考虑几何与材料及静风荷载的非线性因素的大跨径桥梁静风稳定分析法

针对现有的桥梁静风稳定分析方法中存在的问题 ,提出了增量与内外两重迭代相结合的新方法 ,并且考虑了结构几何、材料和静风荷载非线性。在上述方法的基础上 ,编制了桥梁非线性空气静力稳定分析程序BNAP ,并进行了相应的算例分析 ,所得结果表明该方法具有计算稳定和速度快的优点。最后 ,以一座主跨 10 0 0米的斜拉桥为例 ,分析了结构几何非线性、材料非线性和静风荷载非线性对大跨径桥梁空气静力稳定性的影响。

旋转几何非线性复合材料薄壁梁的自由振动分析

研究具有几何非线性的旋转复合材料薄壁梁的自由振动。梁的变形引入了Von Kármán几何非线性,基于Hamilton原理和变分渐进法(Variational-Asymptotical Method-VMA),导出旋转复合材料薄壁梁的非线性振动偏微分方程组。采用Galerkin法将振动方程离散化为常微分方程组。借助于谐波平衡法(Harmonic Balance Method-HBM)建立自由振动的振幅-非线性固有频率关系方程。将上述方程化为非线性特征值问题,采用迭代算法进行求解。将所建立的旋转复合材料薄壁梁非线性自由振动分析模型和计算方法,应用于周向均匀刚度配置(Circumferentially Uniform Stiffness-CUS)构型复合材料薄壁梁,通过数值计算揭示了纤维铺层角、旋转速度对非线性振动固有频率-振幅关系的影响。

基于非线性接触本构的颗粒材料离散元数值模拟

在考虑颗粒间细观非线性接触关系的基础上,基于空隙胞元法,采用颗粒离散元法对二维颗粒体试样进行了平面应变数值模拟。颗粒间接触用广义弹簧单元表示,相邻颗粒接触点的塑性变形用非线性弹簧表示。在准静态、小变形条件下,研究了试样的微观织构变化和宏观力学行为。单个空隙胞元的变形通过周围颗粒的相对运动来计算,将离散系统中的变形与连续体中的相应变形联系起来,应用于颗粒离散元方法中平均应力的计算。文中给出了细观尺度上局部织构(通过空隙数,接触价键,配位数来表征)的变化过程,对比了不同情况下的应力–应变关系曲线,再现了试样的加卸载曲线。结果表明了颗粒介质之间的咬合作用对材料的宏观力学行为有比较明显的影响。

几何非线性与材料非线性

从基本概念出发,通过例子讨论在结构分析中产生几何非线性与材料非线性的原因,澄清关于它们必然同时出现的误解,并指出根据问题非线性的类型正确选择分析方法的重要性。

非线性弹性材料在多层圆柱结构中接触预紧作用的模拟

利用非线性弹性材料对多层圆柱结构进行接触预紧 ,涉及到几何非线性和材料非线性以及接触面上摩擦力的影响。当材料间刚度差别较大时 ,刚度低的材料呈现大变形特征 ,加大了几何非线性的程度。结构内部预紧力的大小和分布与结构的整体刚度、结合部位的局部刚度、过盈配合程度、接触面积等因素有关。本文对以橡胶作为预紧垫层的双层金属柱体的预紧过程进行了力学实验和数值模拟。预紧后的模型受中心集中力的作用 ,以得到橡胶垫层在复杂载荷作用下的状况。在数值模拟模型中 ,接触面采用直接约束模型 ,摩擦力的模拟选用库仑摩擦模型 ,预紧力的施加与力学实验模型相同 ,利用两个金属半圆环逐步压紧橡胶材料。数值模拟结果和实验数据吻合较好 ,表明结构非线性大变形接触预紧模拟的数值模型是合理的。

湿热环境下复合材料层板的几何非线性分析

根据Reddy的高阶剪切变形理论,在应力应变本构关系中考虑湿热环境的影响,用虚位移原理推导出以位移形式表达的复合材料层板的几何非线性控制方程及相应的边界条件。选定的边界条件为弹性转动约束。选择不同的弹性转动系数,可以得到介于简支到固支之间的不同边界条件。假设材料的物性参数不随湿热环境而变化。用Galerkin方法求解控制方程。数值结果所用的边界条件为四边固支。最后讨论了温度和湿度、长厚比、长宽比和铺层数等各种参数变化的影响。计算和分析的结果均表明温度的升高对层合板的弯曲产生非常不利的影响;而加湿对层合板的弯曲影响是非常有限的。在其它几何条件不变的情况下,增加铺层数,不仅能降低挠度,也能明显地降低弯矩或弯曲应力。

矩形橡胶复合材料层合板几何非线性分析

文中应用简单高阶剪切层合理论和大变形理论对各向异性纤维增强的矩形橡胶复合材料层合板进行了几何非线性分析。与线性理论相比，本文作者进行的层合板大变形状态的几何非线性分析和所计算的层板应力分布，更具有准确性。

高阶剪切变形理论下两邻边铰支两邻边夹紧复合材料层板的几何非线性分析

首先用虚位移原理推导出以位移形式表达的Reddy型高阶剪切变形理论的复合材料层板的非线性控制方程。选定的5个位移函数均满足两邻边铰支两邻边夹紧边界条件。用Galerkin方法把无量纲化之后的控制方程组转化为非线性代数方程组。稳定化双共轭梯度法用于求解稀疏线性方程组,可调节参数的修正迭代法用于求解非线性代数方程组。最后求出了不同复合材料的挠度和弯矩值并同Kirchhoff及Reissner-Mindlin板的结果进行了比较。

含面\芯开裂损伤复合材料夹层板考虑几何非线性的能量释放率数值分析

基于一阶剪切变形理论,zig-zag变形假定和vonKarman大挠度理论,提出了含不同形状面\芯开裂损伤复合材料夹层板在受压缩载荷作用下的开裂前缘能量释放率研究的有限元分析方法,研究了在轴向应变作用下,具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层断裂力学行为,并讨论了在大变形下几何非线性对能量释放率分布规律的影响。通过典型算例分析表明:具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层前缘能量释放率的大小和分布规律与开裂面积、开裂形状和受载方向有关。

几何非线性复合材料层合固体壳单元

通过定义广义应力,提出了一个改进的刚度矩阵,以克服固体壳元的厚度自锁问题,并能保证沿复合材料层合结构厚度方向上的连续应力分布;将应力插值函数分为低阶和高阶两部分,建议了一个新的非线性变分泛函,推导了一个用于几何非线性分析的九节点固体壳单元,该单元的计算精度和效率基本上与九节点减缩积分单元相当,与同类型其他单元相比,该单元显著提高了计算效率。

复合材料薄壁梁几何非线性分析

根据复合材料薄壁梁变形的特点,假设截面有面外翘曲,应变沿薄壁厚度方向呈二次曲线形式变化,采用9节点平面单元模拟复杂薄壁截面,用27节点体单元模拟面外翘曲变形.在Hamilton原理基础上,采用非线性有限元理论,用T.L.法,将位移等状态量写成增量形式后,推导出了任意复杂截面薄壁复合材料梁计入剪切翘曲大变形分析的几何刚度矩阵,建立了一个新的任意复合材料薄壁截面梁几何非线性分析模型,并进行了算例验证.算例表明,建立的模型正确,能够进行复合材料薄壁梁几何非线性分析;截面翘曲对复合材料梁的变形影响明显;与相关文献做比较,说明了模型的优越性.

压电智能薄壁结构电致材料和几何非线性建模与分析

随着压电智能薄壁结构在航空航天领域的广泛应用,对计算模型准确性的要求也越来越高.压电智能结构在强致动电压下会同时发生电致材料非线性和几何非线性,为了给压电智能薄壁结构的设计和应用提供更准确的模型,基于一阶剪切变形假设,同时考虑压电材料非线性本构关系以及多种几何非线性理论(包括冯卡门非线性、中等转角非线性以及大转角非线性),建立了压电智能薄壁结构在强致动电压下的几何非线性有限元模型,并通过已有研究的实验数据验证了模型的准确性.最后,基于电致材料非线性和不同几何非线性模型,进行了平板结构和半圆形压电壳体结构的仿真和分析,显示了同时考虑电致材料和几何非线性的必要性.

复合材料机械连接件非线性接触应力分析

近年来，复合材料非线性效应已引志广泛重视，但是复合材料机械连接件非线性效应的研究尚不多见。F.K.

高阶剪切变形理论下三边夹紧一边铰支复合材料层板的几何非线性分析

首先用虚位移原理推导出以位移形式表达的Reddy型高阶剪切变形理论复合材料层板的非线性控制方程及相应的边界条件。选定的五个位移函数均满足三边夹紧一边铰支边界条件 ,用Galerkin方法把无量纲化之后的控制方程转化为一组非线性代数方程组 ,用线性化的方法和可调节参数的修正迭代法求解这组方程。最后求出了不同复合材料的挠度和弯矩值。

基于本征方程求解复合材料梁几何非线性静力平衡

对基于本征梁理论求解复合材料梁的几何非线性大变形屈曲问题进行了研究,根据材料属性利用渐近变分法确定复合材料梁的刚度矩阵,再根据本构方程和平衡方程求得其静力学行为,结果表明:对单层铺层的复合材料梁来说,刚度矩阵的耦合项可以忽略,其变形构型及梁末端的位移及转角的变化趋势与各项同性材料相同;对一个一般的复合材料梁来说,其刚度矩阵的耦合项不可忽略,耦合项对位移和转角的影响与施加在梁上的载荷大小有关,在载荷小于30 N,以耦合项50%的变化量为界,当变化量小于50%时,位移和转角的变化趋势与初始时相同,当变化量大于50%时,位移和转角的变化趋势发生很大的改变,但与解耦后的变化趋势相似。

考虑材料非线性的梨形吊臂滑块接触强度研究

以160 t双回转伸缩臂铁路起重机作为研究对象,选取最危险工况,在非线性有限元软件ABAQUS中建立其梨形截面形式下的伸缩吊臂模型。设置滑块与吊臂之间的摩擦接触行为,考虑液压缸与吊臂尾部之间的铰接关系,模拟计算出吊臂的整体强度与滑块上的应力分布。在此基础上,考虑滑块局部塑性变形,在弹塑性力学范畴内,采用双线性强化模型作为滑块材料的弹塑性本构关系,以等向强化模型描述滑块材料的加载面,经过95次迭代计算,得到了滑块弹塑性应力结果与塑性区域分布。此结果与工程实际更加贴合,为今后特殊截面形式吊臂设计计算及滑块材料更有效的利用提供了借鉴方法。

复合材料结构几何非线性分析

本文采用退化的等参壳元分析了复合材料板、壳结构的几何非线性特性。数值计算表明:与各向同性材料不同,即使在很小的载荷和挠度下,几何非线性对复合材料结构的影响也是相当显著的。

复合材料旋转壳轴对称问题的几何非线性分析

本文以文［１］为基础，提出了一种修正的二维曲壳等参元，并用之分析了承受轴对称荷载的层会复合材料旋转天的几何非线性问题。数值算例表明：该单元精度较高，对多层复合材料厚薄壳均是有效的。

含几何缺陷旋转FG-CNTRC梁非线性自由振动分析

以含有初始几何缺陷的功能梯度碳纳米管增强旋转梁的非线性自由振动行为为对象开展研究。根据Euler–Bernoulli梁理论,引入von Kármán几何非线性假设,利用Hamilton原理,推导出系统的非线性偏微分控制方程。随后,采用Galerkin法,将控制方程转化为常微分方程,并利用变分迭代法,求得系统非线性频率的解析解。最后,通过数值结果,讨论材料属性、转速、轮毂半径和几何缺陷等因素对结构非线性频率的影响。

考虑几何非线性的复合材料机翼气动弹性分析

本文研究结构几何非线性与气动力非平面效应对大展弦比复合材料机翼的气动弹性行为的影响.将非线性有限元法与曲面涡格法结合,计算机翼静气动弹性变形;通过曲面偶极子格网法结合静气动弹性平衡位置处的结构切线刚度,建立气动弹性方程并求解得到机翼颤振速度.针对板模型机翼,分析了迎角对机翼几何非线性气动弹性特性的影响.结果表明:本文复合材料板模型机翼的颤振形式不受水平弯曲模态影响,属于经典弯扭颤振;在几何非线性的影响下,机翼扭转频率随结构变形增大而明显减小,颤振速度随迎角增大而减小.