考虑几何及材料非线性直筒-锥段型钢结构冷却塔风致稳定性能研究

作为一种新颖的风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔曲面形状和动力特性复杂、结构柔性和风致效应明显增大,整体稳定性能是其结构设计的瓶颈之一,尤其是结构几何、材料非线性及其高阶振型的影响。本文采用CFD技术数值模拟获得钢结构冷却塔表面风荷载分布模式,基于ANSYS软件建立主筒+加强桁架+附属桁架(铰接)耦合的一体化钢结构冷却塔有限元模型,以不同特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式,并基于几何及材料双重非线性有限元方法,系统研究了此类钢结构冷却塔在不同风速下低阶和高阶模态的稳定性能,涉及分歧失稳形态、极值失稳形态、临界失稳风速和静风响应。研究表明:考虑几何及材料双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降;基阶屈曲波形相对较小,对几何初始缺陷不敏感;随着风速的增大,附属桁架最先发生失稳屈曲,然后依次为加强桁架和主筒。几何初始缺陷系数及阶数的改变对失稳临界风速影响较小,但随着阶数的增加,非线性分析过程中的变形趋势由附属桁架逐渐转移到主筒。所得主要结论可为此类新型钢结构冷却塔的抗风稳定性验算提供参考。

考虑滑移效应的钢-混组合梁非线性有限元研究

混凝土桥面板和钢梁之间的剪力连接件能协调混凝土翼板和钢梁的变形,保证钢梁和混凝土桥面板产生组合效应共同工作,但绝对刚性的连接件并不存在,无论是完全剪力连接还是部分剪力连接都存在纵向界面滑移。纵向界面滑移使截面的实际弹性弯矩小于采用换算截面法的弯矩计算值,同时使构件的挠度和应变增大,所以不考虑纵向滑移就不能真实、准确地反映组合梁的受力性能。基于Newmark几何模型,将混凝土板和钢梁以及剪力连接件按一整体单元考虑,采用T.L列式增量法,推导了考虑纵向滑移效应的非线性钢-混组合梁单元模型,并描述和定义了所采用的组合梁各个构件的材料非线性本构关系,最后通过算例验证了所推导方法的准确性。

大跨越输电塔极限承载力的双重非线性分析

通过考虑几何非线性和材料非线性来研究结构大变形以及材料强度富裕度对输电塔承载能力的影响,利用逐步加载的方式对某大跨越输电塔进行极限承载力分析,得到了荷载步—位移曲线以及极限承载力,分析结果表明所用方法是合理的,进行弹塑性分析更能接近输电塔实际结构的承载能力。

单层球面网壳结构稳定性的双重非线性分析

在单层球面网壳结构稳定性研究方面,同时考虑材料非线性和几何非线性的研究领域,很少有人涉足。首先给出了ANSYS模型参数分析方案,再利用ANSYS,考虑了几何非线性和材料非线性两个方面,分析了影响单层球面网壳结构稳定性的三个因素,即球面矢跨比与分割频数、分割扇形面数。并通过38例单层球面网壳结构的分析数据的回归拟合,得到理想的周边铰接的K6-6型单层球面网壳结构的临界荷载的计算公式,通过算例验证了本文公式的有效性。

斜靠式钢管混凝土异形拱桥非线性稳定分析

斜靠式拱桥是在无风撑拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式.针对此类钢管混凝土异形拱桥的特点对其非线性稳定求解机理和方法进行了分析介绍,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,采用通用程序ANSYS建立该桥的空间有限元计算模型,分工况对其成桥状态进行了线弹性、几何非线性和双重非线性稳定分析计算.同时分析了其主要结构参数(矢跨比、斜拱倾角、横撑数量及位置)对非线性稳定性的影响.计算分析发现:斜靠式拱桥的失稳形式一般表现为面外拱肋侧倾失稳;几何非线性对斜靠式拱桥稳定极限承载力影响较小,要准确的分析其稳定极限承载力必须采用双重非线性的分析方法;横向静风和桥上荷载分布对结构稳定有一定影响而对结构变形影响显著;结构稳定性与矢跨比和斜拱倾角增加均成正比,靠近拱脚和L/4处横撑对结构稳定性影响较大.

钢框架在不同荷载-温度路径下的性能

为了比较不同荷载-温度路径下钢框架的性能反应,采用大型有限元程序ANSYS对4种不同路径下单层单跨钢框架的变形规律及应力分布规律进行分析.计算时充分考虑了高温引起的材料非线性和几何非线性,其中材料力学和物理性能参数随温度的折减系数按照欧洲规范(EU-ROCODE3)取用.通过计算分析得到各种路径下框架梁跨中位移随外荷载或温度的变化规律,并对不同路径下的计算结果进行分析比较,定量给出了不同路径下温度产生的框架梁跨中位移在整个位移值中所占的比例.提出单层单跨钢框架在不同荷载-温度路径下的性能反应完全不同,框架最终变形及其受温度的影响程度也有很大差别,进行计算时应视实际情况区别对待.

压电智能结构有限变形下热-机耦合的有限元分析

采用有限元方法研究了结构在热载荷作用下变形与热传导之间的耦合特性。分析表明,结构变形较小,非线性效应很弱时,变形对材料的热传导系数影响很小,对结构的温度分布几乎没有影响;当变形增大,非线性效应增强时,变形对材料的热传导特性影响显著,热载荷作用下结构的温度变化和变形与现行不考虑热-机耦合效应所得结果产生明显差异。因此,为实现压电智能结构形状(振动)的精确控制,分析及实施控制时须考虑热-机耦合及变形对热传导系数的影响。

塑性梁—柱分析的多分段单元

在材料弹性范围内，梁－柱受力问题可归为几何非线性问题。而材料进入塑性后梁－柱受力问题就成为双重非线性问题。当材料进入塑性后，梁－柱在宏观上表现为截面刚度的改变。因而将一个梁－柱单元看成是多个截面刚度在不断改变的杆段组成后，则梁－柱塑性受力问题就可以简化为几何非线性问题。本文首先推导由3个不等刚度杆段组成的杆元的刚度矩阵，从而得到9个杆段及27个杆段组合成的杆元的刚度矩阵。算例表明，采用27个变刚度杆段的梁－柱单元有很好的精度。在结构整体分析中，采用一个单元来模拟一个梁－柱构件，从而高效、高精度地实现结构的双重非线性分析。

深潜器大开口球形耐压操纵舱结构模型的力学性能

结合模型试验和数值计算对大潜深、带大开口的球形耐压结构静态力学性能进行了研究。研究中考虑到材料非线性、非弹性的因素,通过对材料拉伸试验曲线的分析,得到了材料应力-应变的近似表达式;并且利用超声测厚仪对结构模型的几何缺陷进行了测量。同时基于参数化设计语言建立了有随机几何缺陷的有限元模型,并利用接触单元考虑了大开口观察窗与耐压结构的联系。试验验证表明论文提出的利用有限元软件分析大潜深、大开口耐压壳体力学性能的计算方法和计算策略是准确可靠的,所获得的结果可供设计使用。

晶体微观结构的数值计算

晶体微观结构是晶体材料在特定物理条件下其多个能量极小平衡态在空间形成的某种微尺度的规则分布。几何非线性的连续介质力学理论可以用能量极小化原理来解释晶体微观结构的形成,并用Young测度来刻画平衡态各变体在空间的概率分布。定性的理解与定量地分析和计算晶体材料的微观结构对于发展和改进高级晶体功能材料,如形状记忆合金、铁电体、磁至伸缩材料等,有重要的意义。本文回顾了近年来晶体微观结构数值计算方面的最新进展。介绍了计算晶体微观结构的几种数值方法及有关的数值分析结果。

基于ANSYS的钢管混凝土拱桥的稳定性分析

本文基于弹性理论的内力变形验算和特征值分析验算,考虑非线性的影响,通过ANSYS大型有限元软件,分工况对主跨径为265m的上承式钢管混凝土拱桥稳定分析。一阶屈曲模态为面外失稳时,应注意增强横向刚度。计算表明,考虑双重非线性得到的结构稳定安全系数远小于在线弹性情况下和仅考虑几何非线性得出的稳定安全系数,双重非线性也不是几何、材料非线性的简单叠加。

高混凝土坝气幕隔震控制的模拟分析理论与试验验证

针对高坝动力灾变过程控制这一核心科学问题,首次提出高坝气幕隔震控制的液-气-固三相耦合建模理论和数值实现方法,给出三相强耦合-热力学状态-材料-接触/非接触双重非线性的复杂动力学问题的理论描述和气幕隔震高坝工程的动力灾变关键效应的全过程数值模拟;给出刚性坝-平面波简化情况的解析解.完成了高305m锦屏拱坝的地震灾变过程控制与非控制的对比模拟,结果与振动台实验相互印证,基本相符.提出整体式气室和变厚度优化气幕,发展了高坝控制优化方法.首次完成大型振动台拱坝隔震的模型实验并满足基本动力相似准则,实验数据合理可信,并与模型坝的动力模拟结果基本符合,为模拟理论方法提供了实验验证.数值模型与物理模型相结合的试验表明,动水压力削减可达70%以上,坝体第一/第三主应力峰值降低20%～30%以上,有效地提高了高坝工程的整体抗震能力,表明气幕减震是高混凝土坝防震控制的优先发展方向.

李渡新区体育场拱桁架基于ANSYS的整体稳定性分析

基于建设要求,考虑构件及支座特性,运用ANSYS建立三维有限元模型,对李渡新区体育场拱桁架钢结构的整体稳定性能进行模拟分析。按几何非线性、几何与材料双重非线性两种情况,求得不同最大初始缺陷条件下结构的荷载-位移曲线,进行相关分析、对比与探讨。其中,考虑L/300最大初始缺陷的双重非线性分析所得荷载屈曲系数为2.91,满足规范JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》相关要求,表明此结构整体稳定性能良好。

单肋钢管混凝土拱桥稳定分析

介绍了钢管混凝土拱桥稳定性分析的两种理论:线性屈曲和非线性屈曲。采用大型通用有限元分析程序ANSYS对某单肋钢管混凝土人行拱桥成桥稳定性进行了分析,探讨了拱桥矢跨比、径厚比的变化对该桥稳定性的影响。结果显示,在考虑了双重非线性的影响后,钢管混凝土拱桥矢跨比宜选在1/4~1/5,而加大管径比加大壁厚对结构的安全稳定设计更加有效。