铁路桥墩通用计算平台任意截面形变刚度与温度初载法研究

为了提高铁路桥墩及基础批量化设计中桥墩外力及变形的计算精度,解决复杂墩形的外力及墩顶位移等设计指标的高效精准求解难题,研制了适用于计算任意横截面、沿墩高形变的铁路桥墩通用计算平台,构建一套基于任意截面形变单元加载技术为核心的铁路桥墩仿真计算方法。该方法的关键步骤有:1)通过自定义任意桥墩截面输入格式及基于泊松方程的有限元网格剖分求解方法,搭建任意截面几何特性计算功能;2)通过基于力的平衡及余能定理、卡氏第二定理,推导形变刚度矩阵,利用结构力学法得到等效节点荷载,进而建立形变单元加载算法;3)通过自定义温度场,并引入初轴力、初弯矩概念,然后基于单元力学平衡关系,得到形变单元的等效温度节点力,从而创建温度效应的初载法;4)据此编制完成铁路桥墩通用计算平台,并分别采用商业有限元软件Midas对(60+100+60)m高铁连续梁桥墩地震力、采用Abaqus对圆端形形变构件空心墩温度作用墩顶位移进行验证。研究结果表明:平台的地震力计算结果与Midas的最大误差为0.18%,表明形变刚度及任意截面几何特性计算功能满足工程精度要求;温度作用下,当墩高超过21 m时,平台计算墩顶位移与Abaqus的最大误差为0.52%,误差随墩高增加而减小,表明温度效应的初载法准确度高。研究成果可为研制相同类型铁路桥墩设计仿真平台提供一种精度高且技术路线可行的简便方法。

典型边界条件下任意截面纵肋加筋圆柱壳固有特性计算与分析

针对纵向加肋圆柱壳自由振动问题,考虑结构边界条件的复杂性和纵肋截面的任意性,在壳体两端引入连续可变的弹性约束,推导任意截面纵肋剪切中心与圆柱壳中面位移协调关系,并利用Gram⁃Schmidt正交法构造的级数表示壳体轴向振型函数。采用Novozhilov壳体理论,计及壳体和纵肋能量泛函中各向平移与转动惯性项贡献,基于Rayleigh⁃Ritz法得到结构自由振动的特征方程表达式,建立纵向加肋圆柱壳自由振动的统一动力学分析模型。调整约束弹簧刚度等效不同边界条件,应用该模型探究了相应边界下肋条附加位置、肋条数量和肋条偏心距对纵向加肋圆柱壳固有频率的影响。研究表明:在一定周向波数范围内,外部加肋和内部加肋圆柱壳固有频率之差的绝对值与周向波数n的变化呈正相关;增加肋条数量会降低内部加肋圆柱壳的固有频率;增大肋条偏心距会降低内部加肋圆柱壳固有频率,且偏心距与肋条数量对固有频率的影响会产生叠加效应。研究结果与验证了所提的统一动力学分析模型的精确性和有效性。

三维有限元任意截面剖分和插值计算方法

利用OpenGL,采用面向对象技术开发操作平台,通过人机交互式操作,将人为控制的粗线条子区域划分与映射法的精细自动剖分相结合,可实现有限元模型任意截面高质量高效率的网格映射法剖分.新生成的截面模型网格形态规则,可满足后处理的要求.提出了位移场插值方法和几种应力场插值方法,工程实例表明,可获得新生成截面模型精确的位移场和较为精确的应力场,使得有限元前后处理的进行不只基于一个模型,实现了前后处理对模型的独立操作,既方便了前处理的建模,也提高了后处理效率.

任意截面波导中截止波长测试的一种新方法

提出了一种测试任意复杂截面波导截止波长的新方法。该方法利用波导及谐振腔的有关理论，把任意复杂截面波导的截止频率测试问题转化为对波导谐振腔的测试，因而不但在测试中回避了匹配和过渡等难题，而且达到较高精度，非常适合于微波工程设计使用。还提出了对波导衰减以及模式场分布的测试方法。

任意截面钢筋混凝土长柱在双向弯曲及轴向作用下的承载力分析

提出任意截面钢筋混凝土长柱在双向弯曲及轴向作用下承载力分析模型 ,同时考虑了材料非线性和几何非线性对柱承载力的影响。混凝土和钢筋的本构关系用三次多项式模拟。所推导的单元刚度是材料非线性刚度、几何刚度以及位移 -内力相互作用矩阵的简单迭加。所建立的标准有限元模型很容易与其它有限元模型兼容。理论分析结果与实验结果吻合较好。

分析任意截面波导的一种新方法

本文提出一种求解任意截面波导截止波长的新方法,基本思想是将外接正规波导位函数作为辅助位,然后利用Green第二恒等式得关于所求波导位的齐次积分方程,离散化后得广义本征值方程,本征根即截止波数。用该方法对方一圆过渡波导的计算结果表明,1项近似就可得与直线法相近的结果。

任意截面任意布筋的配筋计算

研究目的:复杂截面复杂布筋的钢筋混凝土结构的配筋计算一直是困扰工程界的一个难题,对于非对称非均匀布筋的复杂截面,一直没有给出合理的解决方案。本文以AutoCAD为二次开发平台,基于ObjectARX和VC++采用解析法、迭代法和图解法相结合的方式,解决钢筋混凝土任意截面任意布筋的配筋计算问题(允许应力法),并编制相应的允许应力法任意配筋程序AFPA(Arbitrary Fabrication Program for Allowablestress)。研究结论:AFPA对任意钢筋混凝土截面进行配筋计算是可行和可靠的;AFPA对任意混凝土截面进行应力重分布计算是可行和可靠的;双向受力的空心截面通过中间设置隔板来控制截面钢筋拉应力和裂缝宽度作用不大。

滑移流区任意截面微槽道内流动边界条件对流动特性的影响

通过正交函数法就滑移流区内任意截面形状的微槽道在二阶滑移和热蠕流流动边界条件下的流动和阻力特性进行了分析和计算,得到了微槽内的速度分布和阻力系数,并与相关实验结果进行了比较.结果表明,该方法的计算值与实验数据基本吻合;采用二阶滑移边界条件计算的阻力系数略大于一阶滑移边界条件下的计算值,而计入附加热蠕流边界条件时的阻力减小;边界条件的影响随Kn数增加而增大.为任意截面微槽内具有高阶滑移和热蠕流等复杂滑移边界条件下的流动特性计算提供了方法.

任意截面介质填充类矩形波导传输特性的分析

为了分析任意截面介质填充波导问题,建立了一种直线法分析模型,并得到了这种波导的特征方程.以介质条填充的矩形波导为例对该模型进行了验证,结果与相关文献一致.对介质条填充矩形波导的主模和次低模的色散特性和截止特性进行了数值计算,得到了一些有意义的结果.该方法对处理电磁场边值问题有一定借鉴意义.

气体在任意截面形状微尺度槽道中的滑移流动

利用正交函数法对气体在具有任意截面形状的微尺度槽道内的充分发展层流滑移流动特性进行了理论分析 ,获得了任意截面形状微槽道内的速度分布和流动阻力特性的分析解 ,并以矩形微槽为例分析了微槽截面上的速度分布和阻力特性 .结果表明 :随Kn数的增加 ,由于壁面处滑移流动的影响 ,气体流经微槽的流动阻力常数小于大尺度理论预测值 ;理论分析解的结果与实验结果吻合较好 ,表明在一定的Kn数范围内Navier Stokes方程在考虑了速度滑移后可以描述微通道内的气体流动过程 ;正交函数法在微槽内滑移流动的分析中是可行的 .

任意截面预应力混凝土细长柱的非线性分析

提出了轴力和双向弯曲作用下任意截面混凝土和预应力混凝土细长柱的非线性有限元计算模型。分析时既考虑了由单元变形和轴力二次矩引起的几何非线性效应,也考虑了由材料非线性应力应变关系和截面刚度矩阵引起的材料非线性效应。推导了非线性全过程分析的标准有限元公式,得到的单元刚度矩阵可分割成三个子矩阵,分别反映了材料非线性、材料非线性和单元大位移的耦合、轴力二次矩等三种不同的非线性作用效应。计算分析结果和试验结果吻合较好。

双向弯曲及轴向作用下任意截面钢筋混凝土柱强度分析

介绍了在双向弯曲及轴向作用下任意截面钢筋混凝土柱强度分析的精确方法.该方法既考虑了材料非线性特征,也考虑了构件变形对柱承载力的影响.混凝土和钢筋的实际应力-应变关系用三次多项式分段模拟.得到的单元刚度矩阵是小位移材料非线性刚度、几何刚度矩阵以及高阶相互作用矩阵的简单叠加.建立的分析模式既可用于柱的材料强度破坏分析,也可用于柱的稳定破坏分析.分析模型运用于任意形状截面钢筋混凝土中心受压、偏心受压和双向偏压构件.推导的标准有限元公式很容易与其他有限元模型兼容,理论分析结果与实验结果吻合较好.

考虑翘曲时任意截面梁的优化设计

首先以考虑翘曲的位移模式出发，导出了关于变位的控制微分方程和有限元刚度方程；然后通过引入新的坐标变换阵，得出了一般坐标系下关于梁两端任意点Ｐ．Ｑ的刚度矩阵；进而通过引入三种不同层次的变量，给出了数学模型与敏度分析方法。最后采用内切球法解之。将本文方法应用于某汽车主梁的优化设计，取得了合理的结果。

任意截面几何特性研究

任意截面几何性质计算是桥梁结构内力和应力计算的重要环节,探讨了截面几何元素特性和任意截面特性的计算,得出了采用该法计算截面几何特性,可以直接运用构成截面的直线和曲线做参数方程的结论。

任意截面槽波导传输特性的直线法分析

用直线法对任意截面槽波导进行了分析,对几种典型槽波导的传输特性进行了数值计算和分析比较,并将本文分析模型与相关文献进行了对照,误差在1%以内．提出了一种新型截断圆形槽波导,并对其传输特性进行了数值计算和分析．

任意截面的非平行多导体传输线瞬态分析

以分析多导体传输线的时域有限差分(FDTD)法为基础,在考虑任意截面传输线分布参数无法直接计算的情况下,提出MOM-FDTD混合方法对不平行多导体传输线进行瞬态分析。首先,利用FDTD建立多导体传输线时域差分模型,然后用MOM法计算任意截面形状的非平行传输线的分布参数,并且与FDTD法混合进行瞬态分析计算。此算法相对于全波算法,在时间与存储空间消耗上具有很大的优势,并且满足精度要求。最后通过同轴传输线与矩形带状线的例子验证这个方法是正确有效的。

任意截面钢—混凝土组合柱的分析与设计

本文介绍一种通用的数值迭代的计算机方法,用于双向偏压荷载作用下具有任意截面形式的外包混凝土组合柱的截面分析和设计,本文对该方法的基本假定、任意截面的定义、所采用的数值迭代格式以及设计与分析步骤等进行了简要的描述。为了验证该方法的有效性。

分析任意截面波导的一种新方法及其应用研究

首次提出一种新的分析任意截面波导的傅立叶展开-差分法,并对一种新型截断圆波导进行了分析,获得了其模式分布.该方法概念清晰、表达直观、计算简单易行,对于解决微波工程问题中波导性能的分析计算有着一定的参考价值.

基于ObjectARX的任意截面编辑器设计

随着建筑钢结构领域的不断创新,越来越多的造型新颖的结构构件出现在人们的视野中,复杂构件截面形式变得任意而不规则。基于Object ARX技术在Auto CAD平台上开发适用于任意不规则边界截面的编辑器,自动计算截面力学特性,赋予结构构件任意截面的属性完成结构的整体建模。同时可以准确实现任意截面构件的实体显示,帮助用户直观形象地检查前处理建模是否有误。

平面弯曲下任意截面形状钢筋混凝土构件配筋及程序

本文根据极限平衡的力学原理和“桥规”(JTJ023—85)给出了在轴力和主平面内弯矩作用下任意截面形状钢筋混凝土构件断面配筋的计算机方法,并编制了使用方便,计算精度高的微机程序。可在PC—1500上使用。