近场动力学与有限单元法的混合模型与隐式求解格式

利用近场动力学方法(PD)在模拟不连续变形问题的独特优势和有限单元法(FEM)的计算效率,提出近场动力学与有限单元法混合建模的方法,并用于求解断裂力学问题.裂纹出现的区域采用改进的近场动力学微观弹脆性(PMB)模型进行离散,其他区域采用有限元离散,通过杆单元连接不同的子区域.在隐式求解体系下实现了两种方法的混合建模,该模型在求解静力学问题时无需引入阻尼项,有效提高了计算效率和计算精度.通过模拟计算简支梁的弹性变形和三点弯曲梁I型裂纹的扩展过程,与理论解吻合良好,验证了提出的混合模型和求解方法的准确性和有效性.

基于有限混合单元法的受弯构件剪力滞效应研究

为研究对称荷载下受弯构件的剪力滞效应,以某(40+90+70+300+20)m独塔自锚式悬索桥为研究对象,采用ANSYS 11.0建立全桥空间有限元模型(主跨300m钢箱梁用板壳单元模拟,其余部分用杆系单元模拟),采用TDV/RM 9.1建立全桥空间有限元杆系模型,运用有限混合单元法进行剪力滞系数和有效分布宽度计算,并与欧洲、日本规范有效分布宽度的计算值进行比较。结果表明:支点截面的正应力沿着梁宽方向变化较为剧烈,其它截面的正应力变化较为平缓,越接近支点的截面剪力滞效应越明显;受弯构件支点截面与跨中截面的有效分布宽度可通过采用该方法的计算值内插求得;欧洲、日本规范受弯构件的有效分布宽度计算值较有限元计算值偏大,且未能考虑复杂受力情况下的精确计算。

基于向量式混合质点单元薄壳非线性分析方法的膜材褶皱形变模拟研究（英文）

研究目的:建立一种适用于理想膜结构可进行高精度褶皱形变模拟的稳定可靠的数值分析技术及方法。创新要点:根据薄壳理论,在向量式混合质点单元方法(VFPEM)薄膜计算理论的基础上,引入弯曲内力分析模型并与其进行组合,发展了一种能够描述膜材面外变形的新型非线性薄壳计算理论,同时给出了将其应用于褶皱形变模拟的关键求解技术。研究方法:1.针对薄壳计算模型中的弯曲内力,利用移动基础架构和逆向刚体运动的概念扣除刚体转动,在只含有节点独立转动自由度的单元变形坐标系下根据虚功原理和平衡条件进行计算;2.借助于薄壳非线性屈曲模拟方法,引入合理的初始扰动作为诱发理想平面膜材中形成褶皱的有效机制;3.采用拟动力显式数值积分技术求解质点运动方程,通过追踪质点平衡位置来获得稳态的褶皱构形。重要结论:采用本文模型和方法可以模拟薄膜结构在面内荷载作用下褶皱的分布模式、具体构形信息及应力状态,计算过程不存在收敛性困难,结果准确。

基于有限质点法的输电导线找形研究

对输电导线进行动力分析前,需先确定其初始形态,为此采用有限质点法进行输电导线的找形,通过自编MATLAB程序,动态模拟导线找形全过程,并确定导线最终形态。最后,分别采用有限质点法、悬链线法和有限单元法对一些算例进行计算并进行对比,结果表明了有限质点法的精确性和有效性,为导线的动力分析打下基础。

基于有限质点法的输电导线微风振动研究

特高压输电线路导线微风振动对线路的破坏日趋明显,基于此,采用有限质点法对导线的微风振动响应进行研究。通过采用构件的点值描述,将构件离散为质点,质点与质点之间通过单元连接,质点的运动遵循牛顿第二定律,并通过中心差分法求解质点的运动来追踪构件的行为。计算发现,有限质点法能考虑输电线质量、几何非线性的影响,计算结果更加真实。最后,采用有限质点法计算了不同风激励条件下导线微风振动的响应,且计算分析结果与能量平衡法的结果基本吻合,表明有限质点法的正确性。

索强化剪式铰机构力学性能研究

剪式铰机构的开合过程易于控制,为可展结构的一个重要分支。基于剪式铰的可展结构展开成形后,由于剪式铰单元杆件间的相对转动特性使得结构刚度较低,在受力时表现出较强的几何非线性。为增强基于剪式铰的可展结构的刚度,该文采用索来强化剪式铰机构。该文推导了规则的索强化剪式铰单元的轴向刚度和抗弯刚度计算公式,揭示了索强化剪式铰单元承载能力和单元组成构件的相关关系,给出了有限质点法计算框架下的索强化剪式铰机构的计算分析方法,并对一个典型索强化剪式铰拱的受力性能和断索行为进行了分析。研究结果表明:索强化后的剪式铰机构在不影响机构可展性的同时提高了机构的刚度和承载能力。

基于Kresling折纸构型的空间结构可控失稳模式研究

基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失稳模式进行控制。该文建立了采用有限质点法进行索、杆、膜结构计算的基本流程,通过对Kresling双稳态失稳模式的分析验证了分析方法的有效性。对Kresling索杆模型、索杆膜模型、嵌套模型的失稳模式进行了分析,研究了弹性模量、预应力水平和结构布置对结构失稳模式和结构应变能的影响。实现了双层Kresling模型的失稳模式控制,为设计破坏可控的智能结构提供了一种新的方法。

基于有限质点法的单层球面网壳强震作用下连续倒塌破坏研究

有限质点法是以向量式结构力学为基础的崭新的结构分析方法。该文以该方法为基础,综合考虑结构的几何非线性、材料非线性和构件断裂,研究单层球面网壳结构在地震作用下的连续倒塌破坏全过程。该文介绍了有限质点法的基本理论,提出了该方法分析结构非线性问题和断裂问题的具体思路。采用直接输入法输入地震波,利用自编程序实现了单层球面网壳结构倒塌全过程模拟。研究了矢跨比对球面网壳强震作用下倒塌性能的影响,讨论了结构的倒塌时间和倒塌模式,并基于结构的倒塌模式通过局部加强法对单层球面网壳结构进行了抗倒塌设计。

求解平面固体几何大变形问题的有限质点法

有限质点法是基于向量式力学提出的一种新兴的数值计算方法。它采用物理计算模式,将分析域定义成一组质点的集合,并根据牛顿第二定律描述质点的运动,从而取代了传统数值方法中数学连续体的概念。该方法通过虚拟逆向运动分离刚体位移和变形位移,并采用变形坐标的形式来计算内力,再利用显式时间积分逐步求解质点运动方程。分析中可以通过描述各质点的轨迹来追踪整体的运动行为。该文阐述了有限质点法的基本概念和原理,推导了平面固体的内力求解公式,并将其应用于平面固体几何大变形问题的数值计算,通过自编程序对实例计算的结果表明,该方法有良好的精度和收敛性,对于求解平面固体的大位移、大转动问题是有效的、可行的。

索穹顶张拉过程中环索滑移分析的驱动索单元法

索穹顶结构在张拉过程中一般采用分批分级张拉斜索的方式.由于索穹顶结构的环索通常采用连续布置方式,当相邻分批张拉索的内力差作用在环索节点上的分量超过环索与索夹间的最大静止摩擦力后,会引起环索与环索夹之间的滑移.由于环索往往是索穹顶结构中预应力最大的构件,其滑移会对整体结构的内力分布和位形产生严重影响.在准确计算分析的基础上优化张拉方案,控制环索滑移对整体结构的影响是索穹顶结构能否张拉成形且满足设计要求的关键问题.本文提出基于向量式有限元的驱动索单元法进行索穹顶张拉全过程模拟,分析环索滑移对结构内力和位形变化的影响.