桥梁结构动力特性分析中节点刚性区问题的处理

在进行结构动力特性分析中能否正确处理节点刚性区问题关系到计算结果的准确性。为此对节点刚性区的形成原因和力学特性特别是刚性区刚度的变化进行了分析，并提出了可能的处理方法。在对各种方法的原理作了详细的理论分析后，以南京长江二桥桥塔的动力特性计算为算例，分别应用每种方法得出结果。通过计算结果同模型试验实测数据的比较，结合理论分析，确定了最佳的处理方法──刚性材料法。

广州歌剧院铸钢节点刚性区的处理

铸钢节点力学性能分析时,忽略刚性区的影响,将低估节点各肢面内抗弯刚度;采用铸钢节点实体有限元能够较为准确的模拟铸钢节点的各项力学性能,实现比较困难,工程推广甚为不便。采用刚性材料法,在ANSYS中增大刚性区的弹性模量E,可以得到较为理想的计算结果,且较实体模拟法易于实现。以广州歌剧院钢结构的力学性能计算为算例,对比分析了刚性材料法得到的结果与现场试验结果。

圆锥滚子摩擦副的润滑分析(Ⅰ)刚性等粘度润滑区

针对圆锥滚子滚动轴承,建立了其流体动力润滑模型,并进行了完全数值解分析,得到了流体动压力分布与油膜形状;研究了刚性等粘度的润滑区的最小油膜厚度与压力分布随卷吸速度、载荷、滚子长度与卷吸角的变化规律.结果表明,有限长圆锥滚子的润滑问题与无限长线接触、椭圆接触的问题有很大不同.研究结果可以用于指导高速轻载圆锥滚子轴承的设计.

圆锥滚子摩擦副的润滑分析(Ⅱ)——压粘刚性润滑区

考虑到润滑剂的极压效应,建立了圆锥滚子滚动轴承的流体动力润滑模型;并进行了完全数值解分析,得到了流体动压力分布与油膜形状,研究了压力-粘度与压力-密度效应对流体动力润滑的影响.结果表明在厚膜润滑时存在超滑效应,而在薄膜润滑时没有这种现象;增加润滑剂的卷吸速度能显著地提高轴承的承载能力,并且润滑剂的压粘系数愈大,流体动压力愈大.研究结果可以用于指导轻载并使用极压添加剂润滑的圆锥滚子轴承设计.

局部倾斜建筑分区域综合纠倾技术研究与运用

通过对某局部倾斜建筑物不均匀沉降和上部结构受损情况调查,分析该建筑物产生不均匀沉降后其受力及变形特点,给出建筑物局部倾斜基本特征及其与整体倾斜的区别。并根据局部倾斜特征将建筑物分为“刚性转动区”和“转动协调区”,进一步对不同类型的“转动协调区”的受损特征及其影响因素展开分析。分析结果表明,纠倾处理时以“分区处理,整体协调”为总体思路,对“刚性转动区”进行局部顶升复位,对不同类型的“转动协调区”视情况采取截柱迫降、设置纠倾分隔带、受损构件加固、采用拉区围箍式联合顶升承台实施顶升等措施,可取得良好的纠倾效果。

Hooke润滑状态图及其R－V区分析

本文指出了Ｈｏｏｋｅ润滑状态图的刚性－变粘度区（Ｒ－Ｖ区）的位置和大小的不合理性，通过适用于该区的膜厚公式的推导过程分析，重新确定了该区，并分析了Ｂｌｏｋ公式的适用性．

大型振动筛动态有限元模型建立及精度分析

根据振动筛结构和受力特点,提出梁壳单元模型,给出有限元建模中关键问题的解决方法:采用自定义截面梁单元,实现了用变截面梁模拟振动筛实际梁结构;用自由度耦合及建立约束方程的方法实现结构中螺栓连接、焊接连接的合理简化;建立刚性区,合理施加激振力载荷。结合理论分析和实验模态分析结果表明:采用梁壳单元模型进行大型振动筛动力学分析较传统实体单元模型具有精度高、计算资源占用少、计算可靠性高的优点。采用梁壳单元模型可以在一般PC机上实现对大型振动筛结构动态有限元分析。

节点刚域效应对斜拉式桁架桥的受力影响

为研究刚性区域对斜拉式桁架桥受力的影响,运用有限元程序分别建立了考虑节点刚域效应与不考虑刚域效应的模型,分析了斜拉式桁架桥节点刚域对桥梁在施工过程中以及成桥后的标高、内力的影响。结果表明:节点刚性区域对斜拉式桁架桥施工过程中以及成桥后的标高影响较小;对成桥后各杆件的轴力影响较小,普遍小于3%;但对下弦杆的弯矩影响较大,最大可达20%。

平板镦粗方形截面毛坯的数值模拟

利用ＡＮＳＹＳ软件，对平板镦粗方形截面毛坯进行数值模拟，定量分析了：刚性区及毛坯的形状变化与压下量的关系，以及纵向中心对称面上的应力应变分布与参数ｌ／ｈ（ｌ为方柱体的横截面边长，ｈ为方柱体的高）的关系，并得出了内部最大拉应力所在位置，与不产生内部拉应力的最小尺寸比ｌ／ｈ的值。从而定量地验证了方柱体镦粗的刚塑性拉应力力学模型的正确性。为进一步研究制定镦粗及拔长工艺参数提供了定量的理论依据。

刚构体系独塔斜拉桥施工期抖振响应

为了更准确地计算桥梁抖振响应,以采用刚构体系的某带大挑臂钢箱结合梁独塔斜拉桥最大双悬臂施工阶段为研究对象,首先在有限元建模中重点讨论因塔梁固结处节点刚性区建模方法不同而导致的桥梁结构动力特性差异;随后运用二维不可压非定常雷诺平均URANS数值模拟方法,识别大挑臂钢箱主梁断面静力三分力系数和气动导纳;最后基于Davenport准定常理论在ANSYS中开展桥梁抖振时域分析,所得结果与气弹模型风洞试验进行比较.研究表明:施工阶段的独塔斜拉桥结构动力特性及抖振响应受塔梁结合处有限元建模方式影响十分显著,结构基频差异最大可达21.3%,进行此类桥梁动力分析时应予以足够重视;主梁断面的气动导纳识别结果表现出对来流风场参数的依赖性,抖振计算时应合理使用;主梁悬臂端抖振位移响应计算值大于风洞气弹模型试验测试值,该计算结果用于设计参考时是偏于保守的.

塔式起重机起重臂多尺度建模及裂纹损伤宏观表征

文中针对塔式起重机在长期工作过程中起重臂下弦杆上表面出现裂纹的现象,利用多尺度建模的方法在Ansys中建立塔式起重机整机梁杆模型与起重臂局部损伤实体模型,使用生成刚性区法建立约束方程来连接2种模型。在静强度分析的基础上,模拟变幅小车从最大工作幅度处满载至最小工作幅度处的工作过程,获取起重臂上不同位置、程度的裂纹对臂尖宏观表征的影响,即臂尖特征点的位移变化规律,为后期根据臂尖宏观表征判定起重臂损伤位置提供参考。

局部火灾下平面钢框架变形分析

应用有限元方法,采用刚性区法(CERIG命令)自动建立约束方程,并模拟平面钢框架在标准升温曲线下的温度场;然后将温度场导入结构中进行耦合计算,分析平面钢框架结构在局部火灾下的力学性能。结果表明:受火梁在三面受火情况下受热膨胀,产生反拱效应,随着温度的升高,刚度下降,挠度逐渐增大;受火柱在单面受火情况下的竖向位移取决于钢材的膨胀和软化程度,升温初期,热膨胀为主导因素,随着温度的升高,钢材逐渐软化,压缩量大于膨胀量。

加载方式对股骨柄头颈部应力分布的影响

背景:目前已有股骨柄数值计算与实验标准所用的模型与加载方式还不一致。现在使用的股骨柄有限元计算标准ASTM F2996-2013/YY/T 17142020规定了髋关节股骨柄假体的计算模型为单一的股骨柄,加载方式为刚性区加载;实验标准YY/T 0809.6-2018/ISO 7206:2013规定的模型则包括股骨柄、球头和压板,加载方式为位移加载。由于计算模型和实验模型的不同导致了计算结果与实验结果相差较大,而当计算模型与实验模型一致时且加载方式相同时,二者结果的差值明显减小。这表明采用ASTM F2996-201/YY/T 17142020标准的计算模型和加载方式还存在明显缺陷。目的:研究不同加载方式对股骨柄头颈部应力分布的影响,减少计算结果和实验结果的误差,用球头压板模型和位移加载方式替代现有股骨柄数值计算的标准,提高计算精度。方法:①数值模拟:通过有限元分析软件ANSYS APDL对单一股骨柄和股骨柄球头压板2种计算模型分别采用刚性区加载和位移加载,得到2种模型和不同加载方式下股骨柄头颈部的应力分布规律;②电测实验:利用球头压板对股骨假体柄施加载荷通过在柄颈部贴应变片得到应变数值;③比较计算结果和实验结果,确定与实验结果接近的计算模型和加载方法。结果与结论:①股骨柄球头压板模型在位移加载方式下,股骨假体柄的颈部应力峰值为504 MPa,最大拉应力主要集中在头颈部外侧,最大压应力主要集中在头颈部内侧;②单一股骨柄模型在刚性区加载方式下,股骨假体柄的颈部应力峰值为562 MPa,最大拉应力主要集中在头颈部外侧,最大压应力主要集中在头颈部内侧,应力分布规律与位移加载方式接近;③电测实验显示,头颈部内侧应变值为-581.96με,头颈部外侧应变值为666.00με;④与应变片相对应位置位移加载方式下的内侧应变值为-834.91με,外侧应变值为724.32με;刚性区加载方式下内侧应变值为-992.32με,外侧应变值1006.97με;⑤提示采用股骨柄球头压板模型和位移加载方式的结果更接近实验结果,应该作为股骨柄有限元计算的标准。

百岁溪大桥桁架受力分析

以宜昌百岁溪大桥为工程实例,采用有限元分析理论对桁架杆件应力和位移进行综合分析,验证了预应力混凝土斜拉桁架桥这一组合结构的力学特性。这一新型结构利用了组合桁架的特有属性,在保证结构安全的前提下,兼顾经济性和景观需求,对新型桥型结构发展意义重大。