任意边界条件下Timoshenko梁及其修正理论的自振特性分析

提出一种求解任意边界条件下经典Timoshenko梁以及修正Timoshenko梁自振频率和振型的新方法。利用改进的傅立叶级数消除传统傅立叶级数的边界不收敛问题,然后通过Rayleigh-Ritz法导出Timoshenko梁的拉格朗日泛函,根据Hamilton原理将原问题转化为求解矩阵广义特征值问题。通过与解析解对比,本文采用的方法具有较好的收敛性以及较高的计算精度;通过数值计算发现,经典Timoshenko梁的自振频率略高于修正的Timoshenko梁,随着振型阶数的提高,经典Timoshenko梁的计算结果逐渐偏离文献解和有限元结果,而修正的Timoshenko梁能够保持较好的一致性;对于不同边界条件下修正Timoshenko梁的计算结果均能与有限元的计算结果吻合得很好。最后运用MATLAB编程软件将程序设计为App,对于不同情形的梁只需要修改参数即可,可为实际工程提供高效便捷的计算方案和可靠理论依据。

基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法

相比于传统拟静力和拟动力试验,混合试验通常存在较为复杂的试验子结构边界条件。受到实验室加载条件的限制,子结构的边界条件往往难以完全实现,这将对混合试验的保真度产生很大影响,即混合试验中的不完整边界条件问题。为解决不完整边界条件问题,提出一种基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法。该方法为试验子结构建立两套数值模型,并通过两套数值模型修正试验子结构的不完整恢复力。两套数值模型的区别在于边界条件的设定:第一套数值模型具有完整的边界条件;第二套数值模型具有与试验子结构相同的边界条件,为不完整边界条件。该研究分析了边界自由度耦合程度、数值模型误差对该方法精度的影响,验证了该方法对存在模型误差的数值模型具有较好的鲁棒性;最后,采用所提方法对一座两层两跨抗弯框架结构进行了抗震性能数值分析。结果表明:与常规混合试验方法和弱耦合混合试验方法相比,该方法不仅具有解决不完整边界条件问题的能力,而且也表现出较高的仿真精度。

考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型修正

由于在大型塔机的模型修正中为简化计算,往往忽略了边界条件的不确定性,导致修正结果精度不够或修正计算收敛困难,为此提出一种考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型修正方法。首先,以某型塔机为研究对象,进行整机风致振动实测,获取结构的实测动态特性;其次,建立考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型,基于二次响应面法对该有限元模型进行修正;最后,将模型修正前后的计算结果与实测值进行对比。结果表明,考虑边界条件的影响能有效提高修正的精度,对结构的边界条件进行修正后的有限元模型能复现实测频段内的模态,也能以一定精度预测实测频段外的模态,证实了所提出的考虑边界条件不确定性的修正方法的有效性。

SIMPLE算法中压力修正方程边界条件确定新探

不可压缩粘性流体Naver-Stokes方程SIMPLE算法求解中压力修正方程起着很关键的作用,但其边界处理的特殊性常给正确应用带来一定困难. 提出从连续性方程本质出发确定压力修正方程边界条件的新方法.通过对二维层流流动的计算分析表明了该方法的正确性。

组件均匀化中的边界条件误差修正方法研究

目前常用堆芯物理计算程序在进行组件等效均匀化时大都采用反射边界条件,本文分析了真实边界条件对组件均匀化参数的具体影响,并将这些影响归结为四个可以量化的效应,然后通过线性化假设,得到影响公式。在一个测试模型上的计算发现,通过这四个效应的修正能有效还原回Colorset输运解。该方法可以在不增加更多计算时间的前提下,使采用组件均匀化方法的堆芯计算程序的精度得到明显提高。

基于模态参数的梁桥结构模型边界条件参数修正

针对实际桥梁结构复杂的边界条件,详细分析边界条件的附加约束参数。以梁桥结构的水平平动附加约束与扭转附加约束参数为讨论对象,采用最小二乘约束优化反演理论,建立以模态参数实测值与理论计算值误差平方和最小为目标的桥梁结构边界条件变异参数约束优化反演求解问题。在其基础上引入矩阵摄动理论,将结构动力方程的特征值及特征向量一阶摄动代入所建立约束优化方程,显著提高优化求解效率,并通过迭代求解的方式提高边界条件变异参数的求解精度。编制相应求解程序,通过某磁浮轨道梁方案的损伤识别验证表明,仅用前几阶仿真计算得到的模拟实测频率与振型经过4次迭代即可精确反演桥梁结构边界条件变异参数。

可压缩流动SIMPLE算法压力修正方程边界条件处理探析

可压缩粘性流体Nivier-Stokes方程SIMPLE算法求解中压力修正方程起着关键的作用。提出从连续性方程本质出发确定压力修正方程边界条件的方法。通过对双圆弧(凸包)通道内流场的计算验证了方法的正确性。

机床丝杠进给系统有限元热分析的热边界条件修正方法

符合实际的热边界条件是机床有限元热分析获得准确结果的关键。以龙门加工中心X向丝杠进给系统为例,提出了一种基于实验数据的热边界条件修正方法。该方法利用Workbench多目标优化模块,以热边界条件为变量,以实验测量得到的丝杠上各点的温度值为目标,对计算得到的热边界条件进行修正。然后,在ANSYS经典环境中,以移动热源的形式施加修正后的边界条件,得出丝杠进给系统的瞬态温度场。最后,从有限元分析结果与实验结果的对比可以看出,该方法具有较高的准确性和实用价值。

浅谈桥梁建模时边界条件对某大跨桥梁有限元模型修正的影响

本文通过对某大跨桥梁的数值模拟,讨论了边界条件对大跨度桥梁模型修正的影响,证实建立大跨度桥梁的初始有限元模型时必须根据实桥情况模拟边界条件,否则难以达到模型修正的目标。

基于Kriging模型和分层模型修正技术的结构边界条件识别

为得到能够准确反映结构装配关系的有限元模型边界条件,结合Kriging模型和分层模型修正技术,提出了一种结构边界条件识别方法。为削弱材料参数误差对边界条件识别的影响和改善修正不适定,利用实测自由模态频率,修正有限元模型的材料参数;以修正后的模型为基础进行边界条件识别,通过灵敏度分析确定模型的待修正边界参数,采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)进行试验设计,并以实测约束模态频率与Kriging模型预测频率的差值最小为目标函数,利用粒子群算法求解最优参数。某包装机械摇臂连杆结构的试验结果表明,与传统的边界条件识别方法相比,所提方法具有较好的识别效果,识别得到的边界参数、结构响应等与实际结构具有较好的一致性。

考虑边界约束条件的悬索桥有限元模型修正研究

针对以往模型修正过程中常忽略边界约束条件影响的问题,为考虑大桥初始有限元模型中边界约束条件与实际情况的差别,以某塔梁分离的悬索桥为工程背景,以现场动载测试结果为基本依据,采用Combine14单元模拟该悬索桥加劲梁的纵向约束作用,运用响应面方法并结合大桥特点选取一系列算法组合考虑了边界约束条件对悬索桥初始有限元模型的影响,并对其进行修正。研究结果表明:考虑了边界约束条件的修正结果与悬索桥实测值更为接近,且各修正参数的修正量均在合理范围内,验证了上述考虑边界约束条件的方法在有限元模型修正中的有效性。修正后的模型可以作为该悬索桥的基准有限元模型,并可为大桥的进一步响应分析提供基础。

XB油田特高含水期油井单管深埋冷输边界条件研究与应用

为了简化集输工艺和降低运行成本,对特高含水期油井单管深埋冷输边界条件进行研究,通过建立单管深埋冷输工艺模型,明确了单管深埋冷输工艺边界条件的计算方法,该方法可指导单管深埋冷输的应用范围。并在XB油田31口采油井开展了现场试验,结果表明,单管深埋冷输工艺适合于现场应用,应用后可有效节约电能及天然气消耗,年节电量11.12×10^(4)kWh,年节气量24.40×10^(4)m^(3),年节约管道维护费用49.6万元,可促进油田绿色低碳高效发展。

河流混合污染物浓度二维移流扩散方程的解析计算及其简化计算的条件Ⅱ:顺直河流考虑边界反射

在保守物质恒定连续点源条件下,从包含河流纵向扩散项的二维移流扩散方程解析解出发,考虑两岸边界反射作用,给出了河流污染物浓度的二维解析计算方法及污染物的无量纲浓度分布方程。定义了能综合反映纵向移流作用与纵向、横向扩散作用比值的修正贝克来数Pw。在Pw相等以及在相对浓度达到10-6的精度条件下,通过数值计算给出了边界反射次数与修正贝克来数的回归关系式。当Pw≥7.5,忽略纵向扩散项的条件下,岸边排放与中心排放浓度分布的一半具有自动相似性。给出了河流污染物相对浓度分布、排放岸和对岸特征浓度点的无量纲纵坐标以及全断面均匀混合的无量纲距离与修正贝克来数Pw之间的关系曲线。研究结果论证了以修正贝克来数作为移流扩散方程简化的判据,并据此给出考虑边界反射时移流扩散方程的简化条件,其是可行的。

预修正快速傅里叶变换高阶边界元方法在波浪对物体作用问题中的应用

边界元方法被广泛应用于波浪对海上建筑物作用领域,但由于传统边界元方法的存储量和计算量均为未知量的平方量级,很难满足大范围多未知量问题的计算需要。本文基于高阶边界元方法,应用预修正快速傅里叶变换方法,使计算量与存储量分别降低至O(NlogN)和O(N)量级,并得到一个连续的压强分布以适应结构设计的要求,同时可以通过使用满足无限水深自由水面边界条件的格林函数来克服多极子展开方法无法应用于深水问题的缺点。计算结果表明,该方法特别适用于多未知量问题的计算,在提高计算效率的同时也保证了计算精度。

公铁两用钢桁梁温度场边界条件及分布研究

以沪苏通长江公铁大桥主航道桥为工程背景,基于该桥梁结构健康监测系统运营期极端高温和低温的现场实测数据,对既有温度场边界条件进行修正,并运用有限元软件ANSYS对钢桁梁结构温度场时空分布进行研究。结果表明:桥梁结构温度场受结构的形式、尺寸和材料特性,桥梁的轴线方向和经纬度,风速风向及大气温度等因素的共同影响;在进行其温度场边界条件计算时,太阳直接辐射计算应考虑钢桁梁结构遮蔽影响,对流换热计算应考虑钢桁梁结构中存在双面对流换热现象及风速折减,辐射换热计算应考虑结构表面倾角、流体温度和桥梁结构温度及二者温差的影响;因结构材料导热特性存在差异,钢桁梁温度场分布在时间和空间上分别具有时滞性和横(竖)向差异性,桥梁钢结构和沥青桥面分别约在14:00和15:00达到自身最高温度,且在15:00各结构之间温差较大,最高可达18.4℃;公路桥面、铁路桥面顶板和底板、中间横联与其连接的腹杆连接点是温度差异显著部位。

山区型水库有限元计算模型边界水位的修正方法研究

介绍在对山区型水库大坝坝基、绕坝、高边坡等渗流场有限元计算分析时,在计算模型区域有限、模型边界条件难以准确确定的条件下,为提高计算精度,考虑了模型边界水位受水库水位抬高影响情况,提出了一种边界水位修正方法。

黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁横向自振特性分析

基于修正Timoshenko梁理论,建立黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的横向振动控制方程,运用回传射线矩阵法推导出黏弹性Pasternak地基上两端简支修正Timoshenko梁自振频率和衰减系数的解析解,结合二分法和黄金分割法计算了经典边界条件下黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的自振特性,对比分析了考虑剪切变形引起的转动惯量、梁长及不同的边界条件对结构自振特性的影响。研究表明:黏弹性Pasternak地基上修正Timoshenko梁的各阶自振频率和衰减系数小于经典Timoshenko梁的各阶自振频率和衰减系数;梁越短,剪切变形引起的转动惯量对结构自振频率和衰减系数的影响越大,且对高阶的影响明显大于低阶;边界约束条件越强,振动能量衰减越明显。

基于修正翘曲位移模式的薄壁箱梁剪力滞效应分析

选取剪力滞效应引起的附加挠度作为描述剪力滞变形状态的广义位移,在合理构造剪力滞翘曲位移函数的多参数修正模式基础上,提出薄壁箱梁剪力滞效应的分离解析理论,避免了已有文献中将剪力滞变形状态与初等梁挠曲变形状态联合在一起分析时的复杂性。用基于最小势能原理的变分法建立关于附加挠度的控制微分方程及边界条件。通过对箱形截面引入两个整体修正系数,使剪力滞翘曲应力在箱梁横截面上不合成轴力和弯矩,以充分反映剪力滞翘曲应力的自平衡性质。对悬臂翼缘板引入边界约束修正系数,以便反映悬臂翼缘板与顶板的不同边界约束对剪力滞翘曲模式的影响。根据空间有限元计算的翼缘板应力结果,确定悬臂板边界约束修正系数的具体数值。简支箱梁及连续箱梁数值算例表明,按本方法计算的翼缘板应力与空间有限元计算结果吻合良好,从而验证了本分析方法的正确性。

地板辐射采暖传热模型修正及散热因素分析

楼板向下散热量和内外墙体温度差异较大时,利用现有的模型计算地板辐射采暖系统地面温度分布导致误差较大。通过分析内外墙和楼板对地板辐射采暖系统传热的影响,找出零热面模型的不足,修正了传热模型,并分析影响采暖盘管的散热因素。研究结果表明,(1)内外墙体的壁温相差大时,零热面模型误差偏大,则内外墙边界条件设为第一类边界条件较合理;(2)楼板下表面设为由辐射换热等效的第三类边界条件较合理;(3)管径增大导致地板表面温度增加趋势减小。管间距、热水温度增大导致供热区域地板表面温度分布呈周期性变化逐渐明显。且管间距变大导致其周期增加、热水温度变大导致其振幅增加。选择合适的地板层材料才能保证舒适的地面温度。

固定舵二维弹道修正弹网格模型研究

为确定固定舵二维弹道修正弹的网格划分方法,分别建立非结构网格和结构网格模型。应用Fluent软件对所得网格模型进行数值计算,获得修正弹在不同马赫数下的气动参数。对所得气动参数与风洞试验结果进行对比分析,确定不同马赫数下更准确的网格模型。分析结果表明:2种网格模型均可应用于修正弹的气动数值计算,但在准确性方面,结构网格模型更适用于跨声速条件下的数值计算,非结构网格模型更适用于高声速条件下的数值计算。在不同条件下,将2种模型结合起来进行数值计算,会得到更加准确的气动参数。