基于奇异值分解张拉整体结构找形方法

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型;引入力密度的概念,对张拉整体结构进行受力分析,列写包含平衡矩阵的平衡方程;对平衡矩阵进行奇异值分解,利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解,对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定,再依据获得的力密度的均匀性(同组构件力密度大小相等)和正负属性(杆的力密度小于0,索的力密度大于0)对结构自平衡状态进一步判断;通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证,结果表明:该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。

基于ANCF的链型悬挂接触网找形及分析

为精准获得高速铁路接触网的初始平衡构型,基于绝对节点坐标法建立适用于不同悬挂形式接触网系统的找形模型。完成直链型悬挂接触网的找形,其中吊弦长度、接触线初始构型以及接触网静态刚度结果与参考值相比均显示了良好的一致性;完成对实际线路京津线、武广线接触网模型的找形分析,得到的各参数与参考值基本一致,且吊弦长度随承力索张力的增加;通过吊弦力系平衡建立双层迭代获取半斜链型、斜链型悬挂接触网初始平衡构型,解决其吊弦长度不易计算的问题,在动力学模型稳态下的张力结果与预设值基本相同,验证了模型的正确性与适用性;通过对比分析得到斜链型悬挂接触网具有较大的吊弦长度、定位器作用力以及较小的弹性不均匀度,可为接触网系统的工程设计、施工提供参考。

不规则三杆张拉整体结构的找形

为了获得不规则形态的张拉整体结构,本文提出了一种确定稳定构型的思路,即基于规则张拉整体结构在大部分构件长度不变的条件下,在一定范围内改变其个别构件长度,稳定状态时这些构件的长度最小。通过规则张拉整体结构单元稳定条件分析、非规则三杆张拉整体结构的稳定构型分析、求解思路分析几个方面的研究,获得了具体的构型方法,并通过具体数值求解、仿真分析和搭建实物模型等手段对此方法的正确性进行了验证,证明此方法求得的结构稳态数值的精度较高。为张拉整体结构基于构件变化的找形及机构化分析提供了一种思路。

面向几何坐标的张拉整体结构找形算法

提出一种可满足给定几何坐标的张拉整体结构找形方法.从结构平衡方程的2种不同形式出发,借助平衡矩阵奇异值分解与力密度矩阵特征值分解后得到的正交向量,分别构造自应力及几何坐标,并引入节点坐标作为约束条件,给出基于构件自应力与节点坐标非线性迭代的求解技术及其算法流程.结果表明,只需给出结构拓扑连接关系及若干已知节点坐标,找形算法便可用于寻找满足给定几何外形的张拉整体以及新的非规则张拉整体形式.

充气式索膜结构的找形分析

充气膜结构本身需要通过压差作用才能形成完整的结构,从而具备一定的刚度来支撑自重和外载荷.为加强结构的承载能力,通常会增设强度更大的索结构进行调整.对于充气式索膜结构,找形分析在形状设计和优化中具有十分重要的作用,而压差对结构的形态分布有显著的影响,是找形分析中的重要因素.针对充气式索膜结构受压差作用的特点,基于非线性有限元找形方法,提出压差预置法的概念,并且与节点平衡法相结合来实现优化.在此基础上,针对飞艇索膜结构的具体设计要求,提出了多目标优化的找形分析方案,先结合使用压差预置法和节点平衡法,寻找出满足索和膜结构的应力比值的几何外形;然后,通过等比例缩放的方法调整大小,最终得出满足设计体积大小的几何形状.结果表明,采用该方法找形后的索的应力为找形前的2倍,更加充分的发挥了增强索的承载作用,同时,膜的最大应力有所降低,应力分布更加均匀,整体结构的承载能力得到了加强,对于解决实际工程问题具有重要的参考意义.

用节线法计算悬索桥缆形

采用节线法对悬索桥进行初始平衡状态分析,编制MATLAB计算程序,计算了实例的缆索线形及其无应力长度等主要参数;同时利用MIDAS对程序的计算结果进行了分析对比。最后以MATLAB计算结果为边界条件建立ANSYS有限元模型,进行结果分析,验证了节线法在进行悬索桥初始平衡状态分析时不很精确的结论。

悬索桥主缆和短吊杆轴力计算方法

为解决短吊杆轴力难以用频率法确定的问题,提出了确定悬索桥主缆和短吊杆轴力的节点平衡法和比拟法。节点平衡法以吊点为分析对象建立以主缆轴力为未知量的超定平衡方程组,从而获取主缆轴力的最小二乘解,并进一步确定短吊杆轴力。比拟法基于长吊杆轴力与简支梁弯矩间关系,建立主缆线形与长吊杆轴力的关系方程,最终确定主缆的水平张力与短吊杆的轴力。以贵州南盘江悬索桥为例,分别应用节点平衡法和比拟法得出主缆张力和吊杆轴力。计算结果表明:2种方法的计算值与频率法实测值相近,节点平衡法所得主缆张力误差为-4.3%(上游)和3.1%(下游),比拟法所得主缆张力误差为-8.6%(上游)和-0.1%(下游);2种方法所得长吊杆轴力最大误差约为10%,上游吊杆轴力平均误差小于2%,下游吊杆轴力平均误差约为9%。可见,节点平衡法和比拟法是确定主缆和短吊杆轴力的有效方法。

基于节点力平衡的膜、索膜混合结构形态分析方法的一种新形式

本文针对膜、索膜结构的形态分析问题,以节点力平衡原理为基础,结合子结构的数值计算方法,提出了解决该类问题的一种新方法。进行了相应的公式推导,并编制了实现该方法的分析程序。通过经典算例(标准悬链面),对该方法数值收敛性进行了测试,表明该方法具有收敛速度快、占用计算机内存小的特点;结合工程实例,采用自应力判别法,运用有限元分析软件(ANSYS)对该方法的分析结果精度进行了检验,证明该方法具有较高的分析精度,完全能够满足工程应用的要求。