基于空间斜梁单元斜梁桥结构计算的有限单元法

斜梁桥结构计算中,由于斜交角而使其更加复杂。吸取梁段单元的思想,将斜交箱梁沿纵向划分为若干斜梁段,在位移分析的基础上,通过正、斜交坐标转换关系,直接建立在斜交坐标系内描述单元空间位移的方法,用势能驻值原理推导斜梁单元刚度矩阵并建立其有限单元列式,利用编制的有限元程序进行斜交结构的分析。结果表明:本文计算简单精度较高。

斜交梁斜约束正交梁单元法

视斜交梁结构为集中在梁中轴线上并具有斜交支承约束的弹性杆件 ,将空间梁单元的位移模式引入斜交梁单元中 ,考虑斜交梁的边界约束条件和特点 ,构造了一种 12个自由度的斜约束正交梁单元 ,采用势能驻值原理和坐标变换构造了其相应的有限元列式 ,并证明了一般空间梁单元仅是空间斜约束正交梁单元的一个特例 ;最后简要介绍了 (40 +70 +40 )m预应力混凝土三跨变高度斜交箱形连续梁及其 1∶8模型梁的数值分析结果。模型试验与理论分析结果吻合 。

薄壁斜交箱梁的斜形板梁有限单元法

根据斜交箱梁力学行为为梁特征的特点 ,将围成闭口截面箱梁板件视为板梁 ,然后借助斜坐标系来描述各板件子单元位移模式 。

斜裂纹旋转叶片动力学建模及振动响应分析

为分析航空发动机裂纹叶片的动力学特性,提高航空发动机的可靠性,尽可能避免灾难性事故的发生。本研究基于应变能释放率和Castigliano定理,结合Timoshenko梁理论,考虑裂纹角度的影响,推导了新的裂纹梁单元的应力强度因子与柔度矩阵,根据裂纹面在振动过程中的应力变化,提出了一种根据裂纹面接触区域来计算裂纹梁单元时变刚度的方法,建立了含呼吸效应的斜裂纹扭形叶片动力学模型。通过将本研究模型和ANSYS Solid186单元有限元模型得到的固有频率和振动响应进行对比,验证了所建动力学模型的有效性。结果表明:当裂纹角度从0°增加到80°时,固有频率增加了约3%,即随着裂纹角度的增加(裂纹尖端更靠近叶尖),裂纹叶片固有频率越大;同时,裂纹角度越大,旋转裂纹叶片的振动位移幅值越小,其频谱中常值分量及倍频处的幅值越小,并且第1阶共振状态下1.0倍频的幅值降低了约40%;本研究模型的动力学响应计算速度较ANSYS更快,提高了约22倍。

新型负刚度超材料吸能结构的设计与优化

为了提高负刚度超材料的吸能特性,提出了一种加固圆柱形负刚度超材料结构;它由圆柱面斜梁单元和内部周期性平面斜梁单元组成,其吸能性能主要通过斜梁单元的负刚度特性实现。通过理论解析和有限元分析对结构的力学性能进行研究,结果表明斜梁单元高厚比值越大结构的负刚度和双稳态性能越明显且两种斜梁单元的高厚比取值越接近结构稳定性越好;同时通过与空心圆柱形负刚度超材料结构的对比,证实了加固结构提高了空间利用率以及增强了吸能效果。最后以航天器非火工分离装置为应用背景,基于Kriging代理模型对所提出的新型负刚度超材料吸能结构进行了优化设计,总吸能水平和单位吸能水平均相对增长了20.47%。