基于杆系离散元理论的结构屈曲显式弧长法研究

基于杆系离散元理论,提出了一种显式弧长法用于结构弹性屈曲全过程分析。建立了新型接触单元-铰固接触单元的本构模型,分别采用离散元法和结构力学方法对铰固接触单元在已知端部位移工况下进行受力分析,并通过端部内力相等建立方程,推导了接触刚度系数;采用动力阻尼技术简化了颗粒运动方程的求解过程,然后引入总位移约束弧长法,详细阐述了与离散元法相结合的求解策略和实施过程,并给出了相关分析参数的计算公式;通过算例验证了该方法的准确性和适用性。在追踪结构屈曲平衡路径时,该方法无需组集刚度矩阵、不涉及矩阵奇异等不收敛问题,且参数少、稳定性好,与传统有限元弧长法相比更具优越性,为结构分析提供了新的算法工具。

基于弧长法的HB-FRP黏结滑移特性研究

HB-FRP(Hybrid Bonding FRP)与混凝土的黏结性能是HB-FRP加固混凝土结构的关键。该文建立HB-FRP单剪数值模型,采用双线性本构考虑FRP与混凝土的界面黏结滑移,采用三线性本构考虑钢扣件部位的界面黏结滑移,采用双弹簧模拟钢扣件部位的黏结滑移特性。基于弧长法开展HB-FRP单剪模型的加、卸载的全过程,研究其受力性能。与试验数据对比分析验证数值模型的有效性,揭示卸载过程中HB-FRP的黏结滑移特性,修正已有黏结滑移模型。对粘贴长度进行参数分析,基于分析结果计算HB-FRP的有效黏结长度为2500 mm左右,揭示在有效黏结长度范围内钢扣件数量与其抵抗剥离荷载能力呈线性关系。

改进弧长法求解屈曲问题

为了解决结构非线性有限元分析求解过程中结构失稳或材料出现软化时传统Newton-Raphson法无法通过极值点的问题,在传统弧长法的基础上,提出了求解过极值点问题的改进弧长法.该方法将非线性方程求解过程中出现的不平衡力向量分解为两个相互正交的向量,并建立其弧长的约束方程,求解得到非线性计算中的荷载因子.在求解过程中,给出了改进的确定弧长方法,通过弧长调整避免了求解荷载系数中出现复根的问题.通过两个拱型结构的屈曲分析算例,分别考虑几何非线性和几何材料双重非线性效应,对两个拱形结构进行了非线性屈曲分析,结果表明:结构在出现屈曲时发生急跳现象,验证了改进的弧长法在结构出现材料软化和失稳时能通过极值点.

基于弧长法的加筋板后屈曲特性分析及试验

作为飞机上重要的承载部件,加筋壁板在发生初始屈曲后仍具有较强的后屈曲承载能力,因此研究其后屈曲特性对于确定破坏载荷具有重要意义。传统的特征值屈曲分析是以小位移小应变的线弹性理论为基础的,且不考虑结构在受载过程中结构构形的变化,因此误差较大。本文采用Riks弧长法,结合材料弹塑性理论对铝合金整体加筋壁板轴压加载后的屈曲破坏过程、传载机制、极限载荷进行了研究,并进行了轴压加载的试验验证,得到了加载过程中的应力、应变曲线以及极限载荷,还对后屈曲破坏形式进行了分析。数值模拟结果表明:本文研究的整体加筋板初始屈曲发生在蒙皮,后屈曲过程筋条是主要的承载部位,与试验中观察到的现象一致;试验中加筋板最终破坏部位发生在筋与蒙皮连接处,有限元模拟结果与试验中加筋板的最终破坏部位一致;数值模拟得到的极限载荷与试验的相对误差在5%以内。这表明基于弧长法的后屈曲计算能够准确跟踪整体加筋板的后屈曲平衡路径和预测极限载荷。

星体弧长法标定光电经纬仪指向精度

星体标校技术是利用恒星在天球上的准确视位置标定光电经纬仪的指向精度。其方法主要采用两种方式：时角法和弧长法。时角法是采用恒 星视位置的计算公式，通过光电经纬仪瞄准并测量，然后与理论计算的真值进行比对，从而求出光电经纬仪的指向误差。弧长法则是利用天球中北极星与任一颗恒星弧长不变的原理而发展起来的新型技术。本文详细介绍了星体弧长法标定光电经纬仪指向精度的基本原理，对标定精度进行了分析，指出了影响其精度的因素，并对其应用到靶场的外场实时检测方法进行了探讨。

确定结构分支点及跟踪平衡路径的改进弧长法

在非线性有限元法的基础上，提出了一个新的搜索及确定结构非线性分支点并跟踪屈曲平衡路径全过程的求解方法─—改进弧长法.利用弧长控制多数和结构协线刚度矩阵特征值之间的非线性关系，建立了搜索并确定位于结构屈曲平街路往任一区段内的分支点的精确分析方法.改进弧长法已用于薄壳结构的非线性屈曲分析之中，数值结果表明了新方法的精确性、可靠性及计算效率.

一种改进的弧长法及在结构后屈曲分析中的应用

基于一般的弧长法 ,提出了一种高效的改进弧长法· 通过对增量弧长作了以考虑结构刚度变化为主的加权修正和利用已知平衡点信息的外插修正 ,而大大提高了求解效率 ;利用对累加弧长和期望弧长作近似展开的方法使求解能收敛到预定的载荷值 ,而拓宽了弧长法的应用范围· 两个典型算例表明 ,采用改进的弧长法在板 /壳结构后屈曲分析中 ,无论是追踪后屈曲的全程路径 ,还是求得指定载荷点的收敛解都有良好的适应性和较高的效率·

混凝土结构全过程非线性分析的弧长法研究

弧长法作为结构非线性分析算法 ,具有很强的结构负刚度求解能力 ,已被广泛应用于结构的几何非线性有限元分析 ,但将其应用于混凝土结构的材料非线性分析存在一定的困难。本文首先介绍了弧长法的基本思想 ,在此基础上尝试将弧长法用于混凝土结构的全过程非线性有限元分析 ,并对出现的问题提出相应的解决措施。

弧长法在边坡稳定非线性有限元分析中的应用

在有限元强度折减法的基础上,引入计算结构临界状态荷载值的弧长法进行边坡工程稳定分析。该方法是在迭代过程中调整荷载增量的大小以得到收敛的解,从而在计算时可自动调整土体强度参数的降低程度。最后通过算例验证了本算法的有效可靠性和适应性。并与直接有限元强度折减法计算结果进行比较,结果表明,在边坡稳定非线性有限元分析中,引入弧长法不仅改善了有限元迭代的收敛性,而且还可以更准确地求出边坡安全系数。

求解非线性有限元方程的弧长法及在工程稳定分析中的应用

本文讨论了求解非线性有限元方程弧长法的基本原理及具体实施,并应用于压杆及滑块的稳定性分析。由于弧长法具有确定并通过结构临界应力状态的临界荷载值,因此可以应用于工程稳定性分析。算例表明,弧长法确定的临界荷载值是令人满意的。

基于弧长法的预应力框架结构非线性分析

根据后张有粘结预应力混凝土框架结构的受力特点,编制了适用于预应力建立和施加外荷载两个阶段的静力杆件非线性有限元分析程序.该程序直接从材料的应力-应变关系出发,考虑了混凝土的受拉硬化和受压软化,采用截面分层杆系有限元模型和弧长法,在刚度矩阵中同时考虑了材料非线性和几何非线性.经与两榀预应力混凝土框架试验结果校核,程序模拟精度较好,可用于后张有粘结预应力混凝土框架结构的计算与分析.

求解微分方程初值问题的一种弧长法

对于连续介质力学问题中导出的微分方程初值问题，常常具有解奇异性，如不连续、Ｓｔｉｆ性质或激波间断·本文通过在相应空间，引入一个或数个弧长参数变量，克服解的奇异性·对于常微分方程组引入弧长参数变量后，奇异性得以消除和削弱，应用一般的解常微分方程组的方法（如Ｒｕｎｇｅ＿Ｋｕｔａ法）求解·对于偏微分方程引入弧长参数变量后，在相应的空间离散成常微分方程组。

双相钢板料的单向拉伸断裂失效研究(Ⅱ)——弧长法非线性有限元分析

为了获得docol800DP双相钢板料的等效塑性应变和应力三轴度在单向拉伸断裂失效过程中的变化历程,对其拉伸过程进行了弧长法非线性有限元分析。根据试验得到的材料参数建立了双相钢单向拉伸试件的有限元模型,考虑大变形引起的几何非线性和塑性强化引起的材料非线性,模拟了试件拉伸变形的全过程。计算结果表明:弧长法可较好地模拟试件变形的全程,计算得到的典型变形阶段、集中性失稳带的分布及方向与试验结果吻合很好;发生失稳变形时的应变与理论分析结果一致。最后,给出了起裂点处失效参数的变化历程,为定量化研究双相钢材料的断裂失效模型提供准确的数据支持。

求解预定位移水平的改进弧长法

为了在使用弧长法进行结构非线性分析时能够收敛到指定的位移,基于广义弧长的概念,对传统弧长法进行改进。改进后的方法不仅能够自动跟踪结构非线性平衡路径,同时能求得位于结构平衡路径的任意区段的任意预定位移时的受力状态。数值算例表明本文计算方法的精确度、效率以及可靠性较好。

基于改进弧长法的层压复合壳后屈曲反应分析

研究了层压复合壳在横向均匀外压作用下的后屈曲反应。应用全拉格朗日公式描述和9结点退化三维壳单元。提出了一种渐进破坏的模式,并且引入改进的弧长法用于非线性有限元分析。重点研究了不同铺设顺序及方向的层压复合壳后屈曲变形形态和破坏过程。数值计算结果的精度和稳定性得以证实。

基于弧长法的有限元逆算法在板料成形中的应用

有限元逆算法能够预测冲压产品的毛坯展开形状和应变分布。初始解的确定是有限元逆算法的关键问题,它往往会引起单元拓扑关系的变化。经过研究,提出了弧长法,通过计算出最终构形上每个节点到所选取的弧长起始点之间的弧长,能够将产品的最终构形准确的映射到初始平面,并保持每个单元的拓扑关系,所获得初始解能够使有限元逆算法迅速收敛。通过圆盒件和类车门件的应用实例,证明了基于弧长法的有限元逆算法能高效和精确地对板料成形工艺方案进行快速评价。

基于弧长法的桁架臂结构全过程非线性稳定性分析

履带起重机的桁架臂通常为大长度的空间格构式结构,对其进行稳定性计算较为复杂.针对此问题,采用弧长法,考虑臂架初始缺陷、载荷分布和几何非线性,对臂架进行了载荷-位移的全过程非线性稳定性分析.通过分析臂架的载荷-位移全过程曲线,并和线性稳定性分析结果进行对比,得到了较为符合工程实际的臂架极限载荷.该方法可为工程设计和评估提供分析依据.

弧长法中初始荷载增量参数符号确定准则的改进

在结构非线性全过程跟踪分析中，弧长控制类方法由于其概念简单明了、计算方便可靠，目前已成为一种最主要的跟踪技术。在该方法的使用过程中，初始荷载增量参数符号的确定非常重要，它决定了当前跟踪分析是向前还是返回(Tracing-back)。本文在比较现有准则的基础上，提出了一种依据当前刚度参数进行判定的新准则，并以两个经典算例为例进行考证，其中一个算例同时存在跳跃(Snap-Through)及跳回(Snap-Back)现象且具有分枝路径。分析结果表明，该准则简单实用，在跟踪复杂失稳过程中是非常有效的，具有很好的适用性。

基于弧长法的平面连杆机构运动分析

将弧长法应用于平面连杆机构的运动解析,使得体系运动路径和形态稳定性跟踪可统一求解.基于有限元法,建立以驱动杆件伸长量为控制变量的连杆机构运动分析基本方程.提出弧长法求解体系运动路径的基本策略,并通过监测体系切线刚度矩阵最小特征值的变化来跟踪运动形态的稳定性.阐述了精确定位运动路径中奇异点的计算方法以及判别奇异点是否为运动分岔点的准则.进一步通过增加约束条件并修改控制方程,实现分岔路径的跟踪.将一采用"机构法"施工的柱面网壳简化为平面连杆机构,根据基于弧长法的机构运动分析方法分析了不同分段、不同吊索布置情况下机构的提升形态特点.计算结果表明:该弧长法计算策略能够有效实现平面连杆机构的施工路径模拟和临界状态的判别.

等弧长法及其在土钉墙整体稳定分析中的应用

在利用条分法进行土钉墙整体稳定分析中,采用等弧长法将滑动面以上土体分成若干个等弧长的竖直土条。在此基础上,提出了土钉墙整体稳定安全系数与岩土参数、支护参数、地面附加荷载分布状态、基坑开挖深度及滑动圆圆心坐标之间的函数解析表达式。编制了应用程序并给出了工程实例。