基于正交异性等效的双向加筋板结构变形简化分析方法

[目的]随着船舶不断向大型化、复杂化发展,舱段级以上的船体结构有限元模型的网格数量将急剧增加,导致碰撞、冲击、接触等大型非线性力学问题均难以求解,故提出一种基于正交异性等效的双向加筋板结构变形简化方法。[方法]首先,将现行成熟的单向加筋板平面应力简化方法推广至更复杂的双向加筋板平面弯曲问题,并引入正交方向上加筋板总惯性矩与板的惯性矩之比来反映结构的正交异性;然后,将惯性矩比值代入推广所得的加筋板等效平面弯曲本构方程,以实现材料正交异性的转化,从而在力学层面上兼顾结构的抗变形能力和中性轴移轴产生中面力的影响;最后,利用有限元计算,根据不同的位移分布对四边固支加筋板的变形模式进行分类,并将加筋板实际结果与该方法及传统方法的等效结果进行误差对比分析。[结果]对比结果表明,在船舶双向加筋板结构中,该方法最多可减少84%的网格数量,且3种变形模式下的等效误差均可控制在6%以内,远低于2种传统方法。[结论]该方法的精度较高、适用范围更广、大幅了节省计算资源,可为大型船体结构非线性力学问题的直接建模仿真计算提供解决方案。

形状记忆合金自复位耗能装置滞回性能及简化分析模型

将形状记忆合金(SMA)应用于耗能装置,可限制耗能装置在强震作用下的残余变形,提升装置自复位能力和结构抗震韧性。采用软钢和SMA材料,设计研发一种由内环和外环核心元件组装而成的新型自复位耗能装置。通过建立自复位耗能装置的精细化有限元分析模型和简化分析模型,分析该新型装置在不同内环和外环核心元件参数下的承载能力、耗能能力、自复位能力等滞回性能变化规律,并通过已有试验结果验证精细化有限元分析模型的有效性,进而通过该模型验证简化分析模型的准确性。设计研发的新型装置内环和外环元件可近似为独立工作,自复位耗能机制明确。当内环和外环元件均采用软钢材料时,装置的耗能能力较强,但残余位移极大;当内环元件采用SMA材料、外环元件采用软钢材料时,装置的耗能能力下降较为明显,但残余位移变化不大;当内环元件采用软钢材料、外环元件采用SMA材料时,装置耗能能力下降明显,但残余位移极小。对于内环元件采用软钢材料、外环元件采用SMA材料的装置,内环和外环元件的厚度增大均可显著提升装置的抗侧刚度、承载能力和耗能能力,残余位移会随着内环元件厚度减小或外环厚度增大而减小。在抗震设计时,可根据结构抗震需求,选取元件设计厚度。

两边连接钢板混凝土组合剪力墙简化分析模型

两边连接钢板混凝土组合剪力墙是指仅与框架梁相连的组合剪力墙,该剪力墙能够避免框架柱过早发生破坏,且布置灵活,可以在跨内分段布置,有利于门窗、洞口的开设以及结构刚度的调整.采用有限元方法对两边连接钢板混凝土组合剪力墙的力学性能进行了研究,给出了其抗剪承载力-位移关系的简化曲线,推导了初始刚度计算公式,回归得到承载力计算公式,建立了便于结构体系应用的两边连接钢板混凝土组合剪力墙简化分析模型-双向偏心支撑模型.通过模型计算结果与试验结果进行对比,验证了其正确性,为进一步分析由钢板混凝土组合剪力墙构成的结构体系提供了有效的简化方法.

地下结构反应位移法的两种简化分析途径及应用

通过反应位移法以及基于地层-结构模型施加加速度或强制位移的简化分析途径分别计算一个双跨箱形地下结构在地震荷载作用下的结构内力,并用时程分析法对计算结果进行校核。结果表明:各方法所得结果相近,均能较好体现地下结构动力响应特征;在我国,由于缺乏完整的速度反应谱、地层峰值位移等参数,且地层弹簧刚度的计算繁琐使得反应位移法未推广应用;反应位移法的两种简化分析途径采用地层-结构模型,省略地层弹簧刚度的取值,提高了计算效率;简化途径中,施加地层加速度时建议模型侧边距取3倍以上结构跨度,施加强制位移时侧边距取1倍结构跨度。

浅基础框架建筑受邻近基坑开挖影响简化分析

基于Winkler地基模型,将框架结构、条形基础、地基的共同作用简化为弹性地基上的剪弯梁模型,研究了不同施工距离等影响因素下,基坑开挖对邻近建筑基础沉降变形和内力的影响。算例结果表明:随着建筑物与基坑开挖面距离的增大,建筑基础梁的相对挠曲将依次呈现为下凹形态、"∽"形态以及上凸形态。当基础梁跨越坑外土体沉降槽最低点和上凸挠曲曲率最大点位置时,基础梁下凹和上凸形态的相对挠曲,以及其正、负弯矩、剪力均达到峰值。

时间约束工作流模型的简化分析与可调度性验证

为解决复杂工作流的时间建模与可调度性验证问题,提出了将简化规则应用到Petri网工作流模型中的方法。首先,给出了时间约束Petri网的相关定义和基于此的工作流建模方法,实现了工作流模型及其时间信息建模。然后,为了对工作流网的可调度性进行验证和分析,给出了时间约束Petri网时间可调度的概念,并根据时间约束等价变换原则,提出了基于时间约束Petri网的四种基本工作流组件模型的简化规则和压缩推理方法。该方法可以对复杂的工作流模型进行简化,计算模型节点的时间参数,从而完成含有时间信息工作流结构或流程的时间建模和可调度性分析。最后,以保险索赔为例验证了所提方法的可行性。

隧道地震响应简化分析与动力离心试验验证

基于平面应变和拟静力假定,采用弹性理论方法,推导出动荷载作用下圆形隧道外围的土体弹簧系数以及土层剪切应力表达式,将其运用于响应位移法分析隧道的地震响应,对该方法做进一步简化与完善;进行隧道响应的动力离心机模型试验研究,将试验结果与改进后的简化分析结果对比,验证该方法的可行性与合理性;通过离心试验的应变测量,以最直观的方式对比隧道在静力和动力荷载作用下受力状态,研究结果表明,隧道和地基土的地震响应与地震强度和边界条件密切相关,隧道地震响应特征与静力状态存在明显差异。研究结果可为隧道抗震设计提供参考。

独塔单索面斜拉桥主塔稳定简化分析

由于悬吊桥梁采用索塔支撑 ,其主塔往往须承受强大的轴向压力 ,因此其稳定是一个比较突出的问题 .尤其是独塔单索面斜拉桥在空间受力和稳定性方面都相对比较薄弱 ,对其进行稳定性分析更显必要 .在对其主塔受力的适当简化之后 ,分别对其弹性及弹塑性稳定进行了简化分析 ,在传统的弹塑性稳定内力分析的基础上提出了一种独塔单索面斜拉桥主塔弹塑性稳定分析的简化方法 ,并以两座独塔单索面斜拉桥为背景做了算例 。

基于相互作用系数探讨的群桩简化分析

相互作用系数法是群桩分析的一种有效的数值计算方法,该方法关键在于确定群桩的相互作用系数。传统的弹性分析方法所得的相互作用系数值偏大,计算结果与实测值差距不小;采用考虑土体弹塑性特征和桩土界面接触的三维有限元方法计算相互作用系数可以有效减少弹性方法的计算偏差,在此基础上推导了高承台群桩的简化分析方法。根据ABAQUS平台进行了大量三维有限元计算,分析了荷载水平、桩土模量比、桩距径比和桩长桩径比对相互作用系数的影响;比较了不同方法下相互作用系数的变化规律。通过有限元方法确定的相互作用系数对两群桩工程实例进行分析,计算结果表明该方法最接近于实测结果。

广义Gibson地基中单桩-土-承台共同作用简化分析

基于广义Gibson地基中单桩桩顶支承刚度和地基土支承刚度,结合单桩与承台间等效相互作用系数,建立了单桩–土–承台共同作用方程,提出了广义Gibson地基中单桩–土–承台共同作用简化分析方法。算例分析表明:简化分析结果与有限元分析结果、Butterfield解之间具有良好的一致性,验证了简化分析方法的合理性。参数分析表明:当桩的长径比l/d≥30,且承台与桩的半径比n≤4时,承台分担荷载较小,承台对带台单桩基础整体支承刚度的影响可忽略不计;弹性模量增加系数kE对带台单桩基础性状的影响比较明显,基础整体支承刚度与kE近似成线性增加关系。

斯特林循环分析法的发展及1kWe斯特林机二级简化分析

通过对各种斯特林循环分析法的综述和比较发现:零级分析法作为一种性能预测和检验工具,在实际应用中可根据温度比的高低选择较符合实际的估算方法;一级分析法一般只适用于定性分析;二级分析法和三级分析法是目前为止最为成熟的斯特林循环分析法;四级分析法正成为研发重点,并将日趋完善而成为主要的斯特林循环分析法。将二级简化分析法应用于1kW_e斯特林机,并与实验结果进行了比较,发现发电功率的分析值与实验值吻合较好。

中国国家大剧院结构分析中钢管混凝土柱的简化分析

由于中国国家大剧院结构体量大,针对其中的钢管混凝土柱进行了有限元简化分析,根据等侧向刚度原则,用等效的普通钢筋混凝土柱代替钢管混凝土柱进行单元简化,然后采用有限元法与公式计算进行对比,证明了钢管混凝土柱有限元简化方法是精确可靠的,该法有效地控制了结构的总自由度数,保证了整体分析的精度及整个结构分析工作的顺利进行。结论对今后进行类似大型结构分析工作具有一定的指导意义。

结构随机振动响应的工程简化分析

鉴于结构随机振动响应有限元分析的复杂性 ,本文提出了一种工程简化分析方法 ,以便于工程人员应用。它可以直接利用结构模型试验数据 ,从而保证分析结果具有足够的精度。

预估深基坑开挖对周边建筑物影响的简化分析方法

提出了预估上海地区深基坑开挖对周边建筑物影响的简化分析方法。首先根据上海地区的大量工程实测数据提出了地表沉降曲线的预估方法并验证了其合理性;然后提出了预估基坑开挖引起的建筑物附加变形的计算方法;最后给出了根据角变量来评估基坑开挖对建筑物影响程度的评判标准。具体工程实例给出了应用简化分析方法的详细流程,验证结果表明该方法能较好地预测基坑开挖对周边建筑物的影响。

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构抗震性能简化分析方法研究

通过对1∶2缩尺三层Y形高强钢组合偏心支撑框架结构(Y-HSS-EBF)模型试件的振动台试验,考察了结构的抗震性能。基于结构的恢复力模型与等代拉杆简化模型,采用SAP2000程序中的多线段塑性Kinematic连接单元代替拉杆,进行Y-HSS-EBF结构的地震反应简化分析,并将简化分析计算结果与试验结果、有限元计算结果进行了对比。研究结果表明:Y-HSS-EBF结构具有良好的抗震性能;由简化计算方法得到的Y-HSS-EBF结构滞回曲线与试验结果基本一致,简化分析模型能较好地模拟结构的非线性性能;振动台模型的简化计算结果具有一定的精度,简化分析模型能够较好的用于Y-HSS-EBF结构的弹性与弹塑性地震反应分析。在初步设计时,可采用简化分析模型对结构地震作用进行计算。

减隔震连续梁桥非经典阻尼问题与地震响应简化分析

针对减隔震连续梁桥地震响应简化分析面临的非经典阻尼问题,以铅芯橡胶支座为例,对比直接积分结果与强迫解耦后的模态时程结果以研究非经典阻尼的影响,并利用线性滞回阻尼特性建立由减隔震装置等效阻尼比计算结构模态阻尼比的方法,在此基础上采用基于反应谱的简化方法计算地震响应,并与非线性时程结果进行比较。分析结果表明:减隔震装置产生的集中阻尼改变结构整体阻尼分布特性,非经典阻尼对结构地震响应的贡献随等效模态阻尼比增加而增大;将减隔震装置等效线性化后,再用反应谱方法按等效线性模型计算结构的地震响应,所得桥墩内力和主梁位移都不一定是可能的最大值,计算结果偏于不安全。

点蚀孔腐蚀钢构件力学性能劣化简化分析方法

点蚀是一种局部和剧烈的腐蚀形态,导致钢结构构件力学性能退化,突然之间发生事故,对结构整体造成安全隐患.本文针对具有点蚀孔腐蚀特征的钢构件,提出一种通过等效弹性模量定量评价其力学性能劣化程度的简化分析方法.依据周期喷雾复合试验数据,以锈蚀率和最大点蚀深度为基础,对点蚀孔深度、直径及分布情况作出适当假定;考虑涂层寿命的影响,以锈蚀率相等为原则建立人工加速腐蚀试验和海洋大气条件下Q235钢构件腐蚀情况的转换关系.建立考虑点蚀影响的有限元构件模型,通过轴向均布力作用下的构件变形确定海洋大气环境不同暴露时间下点蚀构件的等效弹性模量,提出点蚀构件力学性能劣化分析的实用计算方法.数值算例验证了上述采用等效弹性模量分析腐蚀构件受力性能方法的正确性;计算结果表明,在相同锈蚀率条件下,点蚀构件的等效弹性模量低于均匀腐蚀构件.

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析方法

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析属于桩基桥梁抗震设计中的一个关键科学问题,而目前尚缺乏合理的简化分析方法。鉴于此,直接针对振动台试验,基于Penzien模型,建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的数值分析模型与相应的简化分析方法。通过振动台试验验证了数值建模途径与简化计算分析方法的正确性,可用于液化场地桩基桥梁结构地震反应的分析,并且特别考虑砂层中孔压升高引起的砂土承载力衰减效应,推荐了计算参数的合理选取方法;据此进行了桩径、桩土初始模量比、砂土内摩擦角、上部桥梁结构质量等重要参数对液化场地桩-土地震相互作用影响的敏感性分析。研究表明:在液化场地条件下,随桩径和桩土初始模量比的增大,桩的峰值加速度、峰值位移减小,而桩的峰值弯矩则增大;随砂土内摩擦角增大,桩的峰值加速度、峰值弯矩、峰值应力均增大,而桩的峰值位移则减小;随上部结构配重增大,桩的峰值位移、峰值弯矩均增大。

节点间含源电路的简化分析法

节点分析法是学习分析线性时不变网络以及进行计算机辅助网络分析的基本方法之一.文中将含独立源电路的改进节点分析法,推广到既含独立源又含受控源的电路.计算结果表明,这种方法可以极大地简化含源电路的分析过程.

土-地下结构体系地震反应的简化分析方法

基于Penzien提出的土-结构动力相互作用分析的集中质量模型,考虑等价土体的层间剪切刚度与阻尼效应,提出了土-地下结构动力相互作用体系地震反应分析的简化分析方法,选取具有不同地震动特性的Taft波、汶川地震什邡八角波和松潘波作为基岩水平向输入地震动,采用该简化方法和二维有限元法对土-地铁地下车站结构体系的地震加速度反应特性进行了对比分析,结果表明:简化方法计算的地铁地下车站结构峰值加速度反应大于二维有限元法计算的地铁地下车站结构峰值加速度反应,两者的差异与输入地震动特性有关,但其随地铁地下车站结构高度变化的总体趋势较为一致;随着输入地震动强度的增大,其差异程度也有所加大。该简化方法可合理反映土-地下结构体系的动力相互作用效应,可作为地下结构抗震设计分析的一种辅助方法。