高度修正实现刚度等效的梁结构有限元建模方法

民用飞机中对于梁结构的有限元建模,一般采用刚度等效方法将梁建成杆单元与剪切板单元的组合形式,这种有限元简化方法仅能保证截面刚度与真实截面刚度近似等效,但有限元中的截面面积与实际面积却相差较大,致使有限元分析的结果不能准确反映结构严重部位的应力情况。针对传统刚度等效有限元建模方法的不足,提出一种采用高度修正的刚度等效有限元建模方法;将该方法的计算结果与传统建模方法的计算结果、理论计算结果、试验测量结果进行对比。结果表明:本文提出的高度修正的有限元建模方法比传统杆板系建模方法更准确,与试验结果更接近;将该方法用于民用飞机结构有限元建模,能够对真实结构进行更准确地模拟,分析结果也更精确。

基于刚度等效与实体混合的三排圆柱滚子轴承力学模型与修形设计

三排圆柱滚子轴承具有尺寸大,套圈变形大,滚子多,转速低等特点,需要综合考虑套圈变形以及复杂接触进行轴承接触力学特性分析与修形设计来提高轴承疲劳寿命。针对三排圆柱滚子轴承接触对数量多,计算量大等问题,考虑大型套圈变形提出了基于刚度等效与实体混合的三排圆柱滚子轴承力学模型,其中内、外圈采用有限元,与滚子接触采用非线性弹簧模型与实体有限元模型混合方式,并通过实例将等效模型与整体有限元模型、接触有限元子模型进行对比分析,结果表明:等效模型与整体有限元模型滚子法向接触载荷计算误差在7%以内,且计算效率大幅提升。基于等效模型开展滚子修形设计研究,主推滚子的最优修形方式为对数修形,最优对数修形量范围为0.09~0.13 mm,并且第1列主推滚子的修形量应大于第2列主推滚子。

基于刚度等效的钢波纹板叠合梁结构数值分析

为了探索钢波纹板叠合梁受力性能,依托湖南某旧桥加固工程,通过刚度等效的方法建立了等效矩形梁的数值模型并论述了应力换算方法,在等效矩形梁模型的基础上分析了车辆荷载作用下结构受力特性与施工阶段的结构受力特性.研究表明:采用等效矩形梁模型能够分析叠合梁结构受力,获得的截面边缘应力可根据本文公式换算成相应叠合梁的应力,除边界处应力误差较大以外其他点位的换算应力较为准确;活载作用下最不利工况发生在双后轴对称作用于拱顶情况,此时的弯矩与轴力最大,计算活载时应采用此工况;施工过程中最不利情况为一侧回填产生偏心加载的情况,此时结构弯矩最大但轴力最小,施工结束后结构所受轴力最大,施工过程分析不能忽略这两种工况; CHBDC规范中的计算方法不适于钢波纹板叠合梁结构,需采用其他方法分析.

基于刚度等效的钢波纹板-减压板力学特性研究

为探索钢波纹板-减压板的分析方法与力学特性,以一座设置了减压板的钢波纹板小桥为数值算例,通过刚度等效的方法建立了数值模型,验证了模型的合理性.在此基础上分析了车辆荷载作用下减压板的力学特性.结果表明:设置减压板并不能有效降低钢波纹板结构在恒载作用下产生的内力,反而使结构内力更大;减压板能够有效降低车辆荷载对结构产生的弯矩,比未设置减压板的钢波纹板结构弯矩降低50%以上,但对结构所受轴力的影响不大;最不利的车辆荷载布置为最大轴重作用于拱顶,使钢波纹板产生最大弯矩,设计分析时应加以考虑.

数值分析中埋置式波纹钢板的刚度等效方法研究

为研究数值分析中埋置式波纹钢板的刚度等效方法,基于波纹钢板的实际波形提出刚度表达式、材料常数换算方法及截面内力换算方法,并采用数值分析方法建立4种模型验证刚度等效方法的正确性。结果表明,采用刚度等效方法建立壳单元和实体的三维数值模型可很好地模拟波纹钢结构在外荷载作用下产生的变形与内力,与波纹钢壳模型的误差不超过±10%,不同模型的分析结果可相互换算;土体与波纹钢相互作用产生的轴力与弯矩的分析精度稍差,与波纹钢壳模型的比值为0.73~2.61;波纹钢拉压刚度的等效方法及与土体的相互作用需进一步研究。

一种楔环刚度等效方法

为了确保分析精度的条件下提高带楔环的鱼雷结构分析效率,在优化设计的基础上建立了一种楔环刚度等效方法。建立带接触的三维细节实体元有限元模型和全壳元有限元模型,分别进行非线性静力分析和线性静力分析,以连接部位壳元刚度为参数,以全壳元模型与三维细节模型挠度一致为目标开展优化设计,通过优化设计得到连接部位的楔环等效刚度。采用等效刚度模型和模态分析后发现,等效模型可以在计算精度和计算效率之间取得较好的均衡,证明提出的方法在鱼雷结构设计和强度研究中具有较高的应用价值。

桩顶刚度等效法及其工程应用

基于近海工程桩基模拟中存在的问题，本文提出了一种直接代替桩基作用的新方法——桩顶刚度等效法。文中叙述该法的基本概念和计算方法；并结合实例，详细阐述工程应用问题。

褶皱膜的局部坐标系转置和刚度等效法分析

在对膜结构进行荷载分析时,单向受拉和松弛的膜单元会出现不符合实际受力情况的压应力,计算过程中应对它们进行褶皱处理.为此,文中提出了采用局部坐标系转置和刚度等效分析褶皱膜单元的新方法,并采用有限元软件Strand7及其开发程序Strand7API编制了相应的程序,最后用所编制的褶皱分析程序对典型膜结构在竖向荷载作用下的受力情况进行了全过程的实例分析.通过分析发现新方法经迭代计算可使褶皱单元的第二主应力基本为0,正确地处理了褶皱膜单元,并得到了膜结构在褶皱单元出现后的真实的荷载响应.

波纹板刚度等效的工程方法

本文介绍一种波纹板刚度等效工程方法,等效后的有限元模型变形结果与原模型很接近。

基于渐近均匀化方法的准周期梁结构等效刚度数值实现方法研究

相比周期梁结构,准周期梁结构沿轴向梯度变化,具有更大的设计自由度,能够获得更好的结构性能。由于其非均质性,一般将其均匀化为具有等效性质的均质梁结构,但现有工作很少涉及准周期梁结构等效性质的计算。本文针对由周期梁结构映射而成的准周期梁结构,通过引入雅可比矩阵,基于渐近均匀化方法推导的单胞方程及其等效性质计算列式,并建立了其单胞方程及等效刚度的有限元求解列式。该方法可以处理沿轴向变形的任意微单胞构型,数值算例验证了其正确性和有效性。

基于渐近均匀化的梯度板等效刚度数值计算

基于梯度板结构的渐近均匀化方法,简化梯度板微单胞的单胞方程及等效刚度列式,并推导其有限元求解列式,实现梯度加筋板微结构等效刚度的高效数值求解。相比仅能处理矩形单胞的经典数值均匀化方法,该方法可以处理一般平行四边形微结构,具有更好的普适性。数值算例通过比对梯度加筋板及其对应的等效均质板挠度,最大挠度数值相对误差均在5%以内,验证了所提数值方法的正确性及可行性。

基于子结构等效刚度修正的抗震混合试验方法研究

为了研究试验子结构等效刚度对结构抗震混合试验结果的影响,以结构固有频率设计为基础,并根据振动台的尺寸和承载能力要求设计两榀三层三跨的钢框架模型做地震模拟振动台试验;根据结构的对称特性选取框架底层1/4及1/2结构为试验子结构并利用结构变形协调原理对试验子结构边界自由度进行缩减,设计了双通道作动器协同控制加载技术对试验子结构边界条件进行模拟,最后对所设计的三层钢框架模型进行混合试验,混合试验结果与振动台试验吻合较好,这表明在结构振动台抗震性能试验受限于台面尺寸和承重等因素时,基于子结构等效刚度的混合试验方法可为结构抗震性能分析提供一种有效的途径。

某部分框支剪力墙结构等效刚度比控制分析

转换层下部结构刚度对部分框支剪力墙结构的竖向刚度规则性和地震剪力传递突变程度有较大影响,等效刚度比是衡量转换层下部结构相对刚度的重要设计指标。本文对8度区某部分框支剪力墙结构等效刚度比的控制进行分析讨论。首先,通过转换层下部结构高度线性插值对等效刚度比进行修正,其次,通过调整转换层层高和转换层下部结构剪力墙厚度两种方式,分析不同等效刚度比对结构整体指标、构件受力和结构整体抗震性能的影响。结果表明,等效刚度比越大,转换层与其上一层的层间位移角比和有害层间位移角比越小,等效刚度比小于1.0时,转换层与其上一层的有害位移角比突变增大;设置转换层对转换层以上3层的地震剪力分配产生了较大影响;框支框架的相对刚度比越大,水平力传递突变程度越小;随着等效刚度比增加,结构主要屈服部位由结构底部转移至转换层以上部位。

类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度研究

类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度是衡量其力学行为的重要参数,对于构件结构设计、抗弯承载能力验算具有重要作用。为了分析地铁车站纵向抗弯性能及其影响因素,根据等效连续梁的转角计算公式,得出了纵向等效抗弯刚度(EI)eq及纵向等效抗弯刚度有效率η的隐式表达式。通过截面参数分析,探讨了构件长度对中性轴距离c值、等效抗弯刚度有效率η值、截面最大应力的影响;研究了上下圆弧块厚度、曲率半径、圆心角及半短轴长b值对装配式构件截面上的最大应力的影响规律;为了反映装配式车站环缝实际作用范围,引入了环缝影响系数λ,拓展了类矩形装配式衬砌纵向等效连续化模型。研究结果表明:不同构件长度下截面应力分布状态及η值保持不变,且弯矩方向对其影响较小。在弯矩不变的前提下截面最大应力受半短轴长b值影响较大。当顶板块厚度t1处于0.6~2 m范围时,截面最大拉应力随半短轴长b增加而降低6.8%~9.3%;当底板块厚度t3处于0.6~2 m范围时,随着半短轴长b增加,截面最大压应力降低62.5%~63.6%。随着λ由0增加到1,纵向等效抗弯刚度有效率η由1降低到0.05%且变化趋势逐渐降低,与纵向等效连续化模型计算结论一致。本文研究结论对于装配式地铁车站预制构件结构设计及抗弯承载能力验算可提供有效参考。

动态压剪试验机水平等效刚度测量技术的优化研究

本文针对动态压剪试验机在进行水平等效刚度测量时面临的问题进行研究,旨在提出优化的测量技术。文章首先回顾了动态压剪试验机的工作原理及其在现代工程中的应用,并分析了现有测量技术的不足。其次,深入讨论了水平等效刚度的定义及其测量方法,并对影响测量精度的因素进行了详细分析。在此基础上,提出了一套新的测量方案,并对该方案进行了系统的优化设计。文中进一步通过实验验证了所提技术的有效性,并探讨了其在不同情况下的适用性。结果表明,优化后的测量技术具有更高的准确性和操作的简便性,对提升动态压剪试验机的测试性能具有重要意义。

滚动轴承局部故障时变刚度系统动力学分析

针对滚动轴承局部故障动力学建模问题,通过分析各滚动体在进入、退出载荷区和陷入故障时的变化情况,基于Hertz接触理论,定义了接触变形保留因子,提出了滚动轴承等效时变刚度函数,建立了局部故障滚动轴承单自由度时变刚度动力学模型,并进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:当滚动体进入或退出载荷区时,载荷区中承载滚动体数量增加或减少,引起系统等效时变刚度的小幅增加或减小;当滚动体陷入故障时,因接触变形保留因子的不同使得其有效接触刚度不同程度降低而导致系统等效时变刚度的减小。系统等效时变刚度的变化引起载荷区中其他滚动体的接触变形和接触力产生不同幅度的变化,从而平衡外部径向载荷,对载荷区中心附近的滚动体的影响较为明显,但不影响各滚动体的有效接触刚度。系统等效时变刚度发生突变,导致系统振动。当外环故障时,等效时变刚度等幅变化;当内环故障时,等效时变刚度的变化受到内环旋转的调制而幅值不同。提出的单自由度时变刚度动力学模型与实际更加吻合。

双圆盾构隧道结构纵向等效抗弯刚度解析解

在邻近施工的作用下,双圆盾构隧道会发生纵向不均匀位移;而双圆盾构隧道的纵向等效抗弯刚度是表征其纵向抗弯性能的重要力学参数,也是预测外部荷载作用下双圆盾构隧道纵向变形的关键参数。为保障双圆盾构隧道结构安全,对双圆盾构隧道的纵向受力变形进行预测。基于纵向等效连续化模型,考虑螺栓预紧力的作用和环缝影响范围的影响,推导得到双圆盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解。结合双圆盾构隧道截面的特点,分别考虑中性轴位于上部边缘、上部双拱、腰部和下部双拱的4种情况,并给出界限弯矩表达式。以国内首条双圆盾构隧道为例,分析弯矩、螺栓预紧力和环缝影响范围对双圆盾构隧道纵向抗弯性能的影响。研究表明:1)当存在螺栓预紧力时,纵向等效抗弯刚度随着外部弯矩增加而呈现“反S”形态下降,并最终趋于无预紧力条件下的隧道纵向等效抗弯刚度值。2)中性轴位置亦非固定位置,随着外部弯矩增加,中性轴逐渐下移;且当外部弯矩小于环缝启动弯矩时,隧道的纵向抗弯刚度与均质隧道抗弯刚度一致。3)当环缝长度影响系数小于1时,中性轴位置始终保持不变,但纵向等效抗弯刚度有效率随着环缝作用区系数增大而迅速下降;当环缝长度影响系数大于1时,中性轴上移,管片受压范围增大,随着环缝作用区系数增大,纵向等效抗弯刚度有效率值缓慢减小并趋于一个定值。4)增大螺栓预紧力,环缝张开启动弯矩随之增大,隧道的抗弯刚度衰减更慢,同时中性轴位置上移,管片受压范围扩大。

带聚苯板接缝的剪力墙等效刚度及其对剪力墙结构性能影响研究

为研究带聚苯板接缝的剪力墙对结构整体性能影响,对1片带聚苯板接缝剪力墙试件进行了有限元模拟,在验证有限元模型正确的基础上,为便于工程计算,将带聚苯板接缝剪力墙等效为折减厚度的普通剪力墙,并对带聚苯板剪力墙占比率不同的高层剪力墙住宅结构进行多遇地震下弹性分析。仿真和计算结果表明:采用带聚苯板接缝剪力墙可等效为30%厚度的普通剪力墙;工程算例中几种不同聚苯板接缝剪力墙占比率的剪力墙结构均满足现行规范中剪力墙结构弹性层间位移角要求;剪力墙结构中布置聚苯板接缝的剪力墙增大了结构周期,降低了结构刚度和层间剪力。

考虑横向性能的盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度计算模型

纵向等效抗弯刚度是采用等效连续化模型进行盾构隧道纵向结构分析的关键参数,其在纵向轴力和弯矩耦合作用下具有明显的非线性特征。在既有盾构隧道非线性抗弯刚度理论的基础上,考虑盾构隧道的横向变形特征,建立考虑盾构隧道横向性能的纵向非线性等效抗弯刚度计算模型,基于椭圆积分严格推导纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道在环缝完全闭合、半张开和完全张开3种变形模式下的纵向等效抗弯刚度,并根据中性轴位置方程得到各弯曲模式的临界轴力和弯矩判据,通过与既有解析模型计算结果、模型试验数据和数值计算结果的对比验证了所提出的模型的可靠性。采用该模型开展了纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横向性能对其纵向刚度的影响分析,讨论了理论模型构建时非严格椭圆积分推导的计算误差,并基于该模型提出了附加荷载作用下盾构隧道横纵向变形的耦合分析方法。研究结果表明:该模型的解析推导是准确可靠的;盾构隧道的纵向等效抗弯刚度与其横向刚度密切相关,且为正相关;在压弯状态下盾构隧道纵向等效抗弯刚度随横向刚度的增大而得到明显提升。提出的模型构建了轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横、纵向刚度的匹配性,为盾构隧道横、纵向结构耦合分析搭建了桥梁。

汽车背门连接界面等效刚度辨识研究

结合仿真、试验及集成优化技术,提出一种背门连接界面等效刚度的辨识方法。建立背门有限元模型,并对背门连接界面参数进行等效;分别对背门模态进行仿真分析和试验测试,并揭示引起仿真与试验结果差异的原因;通过集成优化技术对连接界面等效刚度进行多目标优化,使背门模态仿真值与试验值相一致。分析结果表明,背门连接界面等效刚度赋值存在偏差,经过参数优化得到合理的赋值,有效提升了仿真分析与试验测试结果的一致性,实现背门连接界面等效刚度从经验赋值提升到基于仿真和测试相结合的精确赋值。