基于平面壳单元的分阶段成形结构平衡方程

为探讨基于平面壳元的分阶段成形结构终状态的影响因素,建立了包含平面壳元无应力状态量的结构平衡方程.以等参平面壳单元为研究对象,建立了单元内任意一点的无应力状态量与单元高斯积分点处无应力状态量的关系;以单元的无应力状态作为零点计算结构的总势能,并根据最小势能原理,导出了包含平面壳元无应力状态量的结构平衡方程,获得了结构终状态与平面壳元无应力状态量的关系.分析结果表明,当结构体系、外荷载和边界条件一定时,如能保证壳元的无应力状态量一定,则结构的终状态是一定的,与分阶段成形过程无关.

含面内转动自由度的广义协调曲面矩形扁壳元

扁壳单元中引入结点转角自由度可以在不增加结点的情况下,增加位移场的阶次,提高计算精度,从而显著地提高单元性能。同时在单元中引入泡状位移场,能有效地扩大了单元位移场的解空间,所构造的单元具有计算精度高、对计算网格畸变不敏感的优良特性。本文利用广义协调薄板单元RGC-12的位移函数作为扁壳元的法向位移,利广义协调矩形膜元的位移函数作为扁壳面的切向位移,通过附加面内转动自由度构造了一个具有24个自由度的4结点广义协调曲面矩形扁壳元GRC-S24。在此基础上再增加一个广义泡状位移,又构造了一个具有更高计算精度的曲面矩形扁壳元GRC-S24M。并通过实例分析对这两个单元的收敛性和精度进行了验证。

接管纵向弯矩下带补强圈容器结构的极限分析

极限分析更能反应结构的性能,进一步发挥材料的潜能,利用试验研究和有限元模拟两种方法分别对3台具有不同d/D比的带补强圈圆柱形容器在接管纵向弯矩作用下进行了极限分析,分析比较了不同求解方法时该结构极限载荷的大小和变化。研究结果表明,在极限分析过程中,可直接用载荷-位移法来确定其极限载荷,且用有限元分析方法代替昂贵的试验研究是一种可行的方法。

一种快速模拟复杂冲压件成形过程的截面分析单元

基于有限变形虚功率增量原理的弹塑性大变形有限元理论，建立了两节点高效率平面应变板壳单元截面分析模型，并应用非均匀有理Ｂ样条曲线描述模具截面线进行接触判断，能快速获得较理想的板料冲压成形模拟结果。并以某发动机油底壳为例，把截面分析结果与三维分析结果、实验结果进行对比，验证了截面分析技术的可行性和高效性。

箱型截面梁桥的结构力学分析

用平板壳元素建立了箱型截面梁桥的结构力学分析模型，并对广东惠洲大桥主桥——异型段箱型截面连续梁桥进行了计算。

磁流变阻尼器受控平面L形框架结构的多维减震

磁流变阻尼器(magnetorheological damper, MRD)广泛应用于土木工程减震防灾领域。为研究加入MRD框架结构的多维减震性能和扭转震动特性,采用MATLAB软件开发了未控和MRD受控平面L形框架结构的空间计算模型程序,在三向地震荷载作用下分别对未控和MRD受控模型进行了动力时程分析,对结构典型节点X、Y、Z向的位移时程响应、加速度时程响应、结构的各层位移、加速度、层间位移角以及空间扭转震动响应进行对比。结果表明:用MATLAB开发的未控和MRD受控平面L形框架结构的空间计算模型程序能有效计算结构的多维地震响应;MRD可以有效减小平面L形框架结构的多维位移和加速度时程响应;MRD可以有效减小平面L形框架结构的各层最大位移、加速度和层间位移角;合理地布置MRD能够稳定地发挥耗能作用,并能有效减小平面L形框架结构的扭转震动响应。

平面单元和壳单元在复合有限条法中模拟加劲肋的应用

有限条法是一种经典的分析薄壁构件屈曲的方法,传统的有限条法在长度方向采用三角函数,无法分析沿长度方向间隔布置加劲肋的构件的屈曲问题,而复合有限条法恰好能弥补这一缺陷.基于复合有限条法,使用平面单元和壳单元分别模拟加劲肋对分析结果的影响.相比于壳单元,平面单元的自由度数量更少,矩阵组合更简便.而壳单元因为考虑到面外的位移自由度而更全面.分别采用两种加劲肋单元分布带加劲肋的构件,发现壳单元和平面单元对屈曲结果的影响甚小,两者之间差异的绝对平均值在0.75%以内,并且屈曲承载力和模态与有限元结果皆能良好吻合.两种形式的复合有限条法与有限元差异的绝对平均值控制在5%以内.平面单元加劲肋的精度已经满足预期要求,有助于减少程序计算量和简化分析的复杂程度;在划分单元较密的情况下,能显著提升计算速度.

斜T型梁桥的有限元分析

目前,对于梁板组合的斜T型梁桥的计算方法,从计算理论上可分为板理论和梁理论两大类,从计算方法上可归纳为梁格法和各向异性板法。而这两种方法的计算结果都未能把梁和板所受的力区分开,这就给梁和板的配筋计算带来一定困难。为此,文章从分析模型和计算方法入手,考虑了梁和板的组合作用,推导出了板作为平面壳体单元的单刚阵,主梁和横梁以板中面作为弯曲中性轴的梁单元单刚阵,较好地解决了这个问题。并依此思路研制了有限元分析程序,对一些实验模型桥进行了分析比较,结果十分接近。

混合单元法在大跨度异形拱桥有限元分析中的应用

针对传统的空间梁-杆单元建模无法考虑异形拱局部应力的问题,以宁波甬江异形拱为研究背景,建立了梁-杆-壳混合有限元模型,并分别对恒载、恒载+活载、恒载+活载+风荷载三种工况下结构整体及局部内力进行对比,整体结构在三种工况下轴力、面内弯矩误差在1.1%以内,拱顶局部段轴力、面内弯矩误差分别为1%和2%,验证了混合有限元模型的正确性。根据混合有限元模型计算结果,截面畸变应力为70~90 MPa,在实际工程中进行整体-局部稳定分析时不可忽视。

自复位预应力剪力墙抗震性能实体和平面单元有限元分析

自复位剪力墙结构是墙体底部与基础间无竖向钢筋贯通,而采用无黏结预应力筋将墙体与基础相连接的结构形式,也是可恢复建筑功能结构体系中的重要组成部分。剪力墙在承受侧向荷载时墙体底端角部抬升,并依靠重力荷载和无黏结预应力筋提供恢复力。采用ABAQUS软件对一个自复位剪力墙的伪静力试验进行实体单元、平面应力单元及薄壳单元的有限元模拟并与试验结果对比,同时对三种单元的计算效率和精度进行对比。结果表明:有限元模拟方法能较好地反映自复位预应力剪力墙的滞回性能、无黏结预应力筋的应力和混凝土的应变等各项指标。验证了在动力显式分析中采用壳单元进行结构模拟的可行性和合理性。

基于薄壳单元的膜材褶皱发展过程研究

考虑到柔性结构几何非线性的特点,采用显式动态分析方法,利用ansys/ls-dyna壳单元对张拉平面膜材褶皱的发展过程进行数值模拟和研究分析。把薄膜结构褶皱的整个发展过程划分为缺陷、微观褶皱和宏观褶皱3种状态,并给出每种状态的特点。选择带有不同初始缺陷的膜片进行加载分析,对每种状态进行了详细描述,且对初始缺陷在每种状态时的影响进行了对比。研究结果表明:把张拉平面膜材褶皱划分为3种状态可以更有效的衡量褶皱发展的程度,并可以方便的对处于特定状态的结构进行研究和描述。

考虑焊接球节点变形的网壳结构多尺度有限元分析方法

为了同时分析焊接球节点的局部受力和网壳的整体受力,根据多尺度有限元法的思想,将焊接球节点以及它所连接的杆件长为S的一小段作为微观尺度模型采用实体单元离散,结构的其余部分作为宏观尺度模型采用梁单元离散。根据经典欧拉梁理论的平截面假定推导了两种尺度模型界面上的位移增量约束方程,并给出了基于Updated Lagrangian法的位移增量约束方程引入方法。给出了S的估计值并采用Zienkiewicz-Zhu后验误差估计理论来确定它是否合理。以考虑节点屈服的单层球面网壳弹塑性静力稳定性分析为例说明了该方法的有效性和可行性。

实体壳单元在板料成形及回弹模拟中的应用

开发了基于实体壳单元的动力显式及隐式程序,模拟了板料成形及回弹过程.该实体壳单元具备如下特性:考虑厚度变化的双面接触判断精确模拟了板材厚向挤压变形;采用厚向多点积分方式求解内力,精确地描述了弯曲效应,回弹预测更为准确;面内减缩积分有效抑制了剪切闭锁与体积闭锁;黏性阻尼沙漏控制算法克服了面内减缩积分激活的零能模式;采用改进的平面应力本构模型且结合希尔二次异性屈服准则,使得实体壳单元同时获得实体单元和壳单元的特性,非常适合于非线性大变形有限元分析.给出了几个算例验证单元的有效性及程序的稳健性,并与实验结果及相关文献中的模拟结果进行了比较.

深圳大运中心体育场钢屋盖设计难点与分析

深圳大运中心体育场钢屋盖采用单层折面空间网格结构,最大悬挑跨度68.4m,用20个球铰支座支撑,具有稳定问题突出、多项技术超规范设计特点。为了结构安全、经济,并具有良好抗风、抗震性能,通过计算分析,研究了结构找形和增设肩谷环梁前后的整体结构动力及静力性能、支座反力等。结果表明:结构体系稳定、安全;悬挑挠度限值的确定经济合理;通过结构找形和增设肩谷环梁,缩短了结构周期、减小了风振效应、增强了结构刚度、提高了抗倾覆能力、减小了支座环向反力、改善了应力集中状况、提高了材料利用率,获得良好的结构性能。