空间钢框架几何非线性分析的新梁-柱单元

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在其势能项中引入了全部六个应力分量,考虑了结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响及弓形效应,采用可计入单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及力矩转动属性的空间钢框架梁-柱单元几何非线性切线刚度矩阵.利用框架节点的平衡条件对单元刚度矩阵进行简化,得到了结构整体的几何刚度矩阵.并通过算例证明了本方法的精确度和有效性.

裂隙岩体损伤锚柱单元支护模型及其应用

考虑断续裂隙岩体加锚，提出一种损伤锚柱单元支护模型，并将该模型应用于三峡船闸高边坡，获得了较为满意的计算结果。

张拉整体三棱柱单元体试验

为了验证张拉整体理论分析的结果并深入了解三棱柱单元的受力性能,在理论分析和找形分析的基础上,针对实际的单元体设计了张拉整体适用的半球节点,选用拉索缩短的预应力施加方法进行了张拉整体三棱柱单元体的足尺模型试验,通过模型试验得到了实际结构在840N、1623N和4000N三种预应力水平下的受力性能.通过试验测定了模型用钢丝绳的弹性模量和p Δh曲线.把试验结果和考虑实际弹性模量的理论分析结果进行了对比,两者吻合很好,验证了找形分析及非线性分析的可靠性.

张拉整体三棱柱单元体结构分析

将杆系非线性有限元方法应用于张拉整体结构,采用增量型的牛顿法来求解其非线性基本方程组,编制了计算程序.以找形分析的结果作为初始态,用所编程序对张拉整体三棱柱单元体的三种预应力状态进行了分析,发现了张拉整体的结构特性及一阶无限小内部机构对结构刚度的影响.

一种新型高效的几何非线性梁-柱单元

进行杆系结构有限元分析时,为得到足够精确的数值解往往需要将构件划分为大量的单元。单元数量的增加不仅会极大的增加计算代价,还易产生数值计算不收敛的问题。在梁-柱单元位移函数中引入了轴力的影响,将传统三次位移函数改进为四次位移函数,并推导得到了新型几何非线性梁-柱单元。新单元几何非线性刚度矩阵中考虑了单元位形变化对平衡方程的影响及单元位形变化对几何方程的影响,进而可以考虑二阶效应、弓形效应。采用新单元编制了有限元程序,算例分析表明:该新梁-柱单元精度得到了显著改善,可以极大减少非线性有限元模型的单元数量,在分析柱的稳定、梁悬链线效应等极限问题时具有显著优势。

一种考虑温度影响的高效几何非线性梁—柱单元

在梁-柱单元位移函数中引入了轴力的影响,将传统3次位移函数改进为4次位移函数,并推导得到了考虑温度影响的几何非线性梁-柱单元.该单元的几何非线性刚度矩阵中完整考虑了单元位形变化对平衡方程的影响、温度变化对材性和单元应变的影响以及单元位形变化对几何方程的影响,进而可以考虑二阶效应、弓形效应.采用该单元编制了有限元程序,算例分析表明,该梁-柱单元精度得到了显著改善,可以极大减少非线性有限元模型的单元数量,在分析火灾下梁的悬链线效应、火灾下杆系结构连续性倒塌等问题上具有显著优势.

基于三角面积坐标法的纤维梁-柱单元研究

借助三角面积坐标法对三角形网格内的纤维应变和纤维应力进行线性插值,利用三角面积坐标的数值特性对纤维梁-柱单元截面刚度矩阵中除扭转项外的其余项进行解析推导,并得出纤维梁-柱单元截面抗力的近似表达式。数值研究表明:对于具有相同纤维单元数的纤维梁-柱单元,三角面积坐标法可以提高算法的计算精度。

带转角自由度的三角形三棱柱单元

本文提出了一个带转角自由度平面三角形单元、两个带转角自由度空间三棱柱单元。对平面单元每个结点有两个线位移自由度、一个转角自由度；对空间单元每个结点有三个线位移自由度、三个转角自由度。这些单元列式简单，其中两个无多余零能模式，数值计算表明，它们的计算精度高。

计入水平力剪切变形和轴力影响的柱单元及其在支座基桩共同作用分析中的应用

基于王用中、Wilson E.L.和赵明华等分别提出的柱单元弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,推导了3种同时计入水平力剪切变形和轴力P-Δ效应的柱单元刚度矩阵方程,可模拟框架柱、剪力墙等小剪切变形轴力构件和支座等大剪切变形轴力构件的动静力工作,为计入剪切变形和轴力P-Δ效应的压弯剪构件静动力有限元分析提供了理论支撑。推导了另外两种形式的仅考虑轴力P-Δ效应的柱单元刚度矩阵方程。通过退化分析验证了本文理论推导正确。最后应用计入水平力剪切变形和轴力P-Δ效应的柱单元模拟支座偏心工作,并建立了支座基桩有限元模型,应用自编的Matlab有限元分析程序进行了案例分析。结果表明,计入水平力剪切变形和轴力效应的柱单元可较好地实时模拟支座大剪切变形下的偏心工作特性,竖向力因支座大水平剪切位移产生的偏心弯矩极为显著,对基桩受力特性影响较大,将进一步扩大轴力P-Δ效应,进而削弱基桩和支座的整体的水平刚度,有效增大了基桩内力和其等效计算长度,减小了支座基桩的整体水平抗推刚度,不容忽略;建议进行基桩设计计算以及水平力在墩台间分配计算时采用支座基桩共同作用有限元模型。

基于三棱柱单元地层与桩基的可视化研究

地质信息的三维可视化是指以适当的数据结构建立地质特征的数学模型,采用计算机技术将数学描述以三维真实感图像的形式予以表现。利用三维可视化的结果不仅可以描述复杂的地质构造情况,还可以反映岩土工程中地层的物理力学性质以及和各种构筑物相互作用的变形等。在矩形网和不规则三角网两种方法的基础上提出了一个以三棱柱为单元的方法来构建地层和桩基的三维实体,并在VC++环境下利用OpenGL技术实现了地质体和桩基的三维可视化。

六棱柱单元可展天线结构设计

提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元，该单元可动机构数较少，展开可靠度高，结构刚度好，具有广泛的应用前景．利用伸缩杆六棱柱单元，文中设计了一大型构架式切割抛物面天线，并简要介绍了天线的可展节点细部设计．该天线的形面精度较高，质量轻，造价低．

任意截面钢筋混凝土柱单元模型

提出了任意截面钢筋混凝土梁柱结构体系的单元模型,该单元模型同时考虑了材料非线性和几何非线性对结构体系的影响.采用三次多项式模拟混凝土、钢筋的本构关系,所推导的单元刚度计算简单、概念清晰,是单元材料非线性刚度矩阵、几何非线性刚度矩阵和位移与内力相互作用矩阵的简单迭加.提出的任意截面钢筋混凝土柱单元模式,含义清楚、计算简便,可用于分析钢筋混凝土柱因材料破坏、失稳破坏或材料非线性与结构失稳综合产生的极限承载力计算,所建立的有限元模型很容易与其他有限元模型兼容.理论分析结果与实验结果吻合较好.

基于二阶梁柱单元的精细塑性铰算法

采用精细塑性铰法考虑残余应力和逐步塑性,并引入弓形效应来提高计算精度,同时基于截面组合法建立的工字形或H形截面的屈服面方程进行严格推导,提出一种单元恢复力迭代算法,减少了半理论半经验公式的使用。此外,所采用的梁柱单元还可以考虑梁构件剪切变形和几何初始缺陷的影响。相比之前的方法,该方法能在进行塑性铰分析的同时,在单元的轴力表达式中考虑二阶效应,更全面地考虑非线性因素影响。最后,通过两个经典算例的对比,证明了该方法具有高效率和高精度的特点。

张拉整体三棱柱单元受力全过程内力变化分析

综合考虑压杆失稳和索破断两种失效模式,提出了张拉整体三棱柱单元极限荷载的近似求解方法。然后分析了不同预应力和索杆刚度比值等参数下内力非线性变化的特性。根据这些成果,制作了一简单的张拉整体三棱柱单元模型,为相关工程应用提供参考。

三维集成电路中基于多棱柱单元有限元法的寄生参数提取

寄生参数提取是集成电路电子设计自动化中的重要议题,其精度与效率取决于所采用的电磁场求解器。该文研究了一种基于多棱柱单元的有限元法,用于参数的提取,该方法采用广义重心坐标系方法,在对偶网格上推导其形函数。为解决常规广义重心坐标系所形成的插值算法计算耗时严重的问题,该文提出一种在多个子区域中分片插值的技术,简化了与形函数相关的微分与积分运算,使多胞体单元的单元刚度矩阵更容易获得,从而显著降低了计算复杂度。文中通过电容参数提取算例表明,多胞体有限元法具有良好的收敛性,精度较高。

纯位移线弹性方程Locking-Free非协调三棱柱单元的构造分析

主要构造了三维空间中线弹性问题纯位移变分形式下无闭锁三棱柱单元.此单元是具有18个自由度的非协调元.单元的形函数满足位移的散度属于零次多项式空间,通过分析得到有限元解和真解误差的能量模具有一阶收敛性,L^2模具有二阶收敛性.

一种三棱柱可展单元机构及其自由度分析

提出一种新型3RRR-3RR-3RRR三棱柱可展单元机构。该三棱柱可展单元机构为空间多闭环耦合机构,首先应用拆杆思想将其分解为一般并联机构,再采用图谱法得到等效串联分支,进而应用复原思想得到最终的等效机构,最后利用G-K公式和螺旋理论对该等效机构进行自由度计算和性质分析。其次,建立了三棱柱可展单元机构仿真模型,应用ADAMS运动学仿真软件对其进行运动仿真分析,仿真分析结果验证了三棱柱可展单元机构自由度理论分析的正确性;最后,计算得到该三棱柱可展单元机构的收拢率。该三棱柱可展单元机构结构简单、铰链种类单一,可用于构造大型空间可展机构。本文的分析方法形象直观,易于理解,对于此类复杂空间可展开机构的自由度分析具有一定参考意义。

基于截面轴力与弯矩屈服面本构积分的梁-柱单元

梁-柱单元模型是杆系结构有限元分析的基础,现有的塑性铰模型和纤维模型无法兼顾计算精度与效率。该文依托Euler-Bernoulli梁理论,并以塑性理论和数值方法为基础,选用截面组合思想构建截面的轴力与弯矩的屈服面,提出了在截面内力空间上基于轴力与弯矩屈服面进行截面本构积分的平面梁柱单元。通过一悬臂柱的静力弹塑性分析和框架柱的动力弹塑性分析算例,验证了所提出的截面轴力弯矩(NM)耦合单元模型,在计算精度上接近纤维模型,在计算效率上远高于纤维模型。

柔度法梁-柱单元考虑损伤分布的高斯积分方法

分析了积分方案对基于柔度法梁-柱单元模型的影响,将高斯积分和钢筋混凝土梁、柱构件损伤特点结合起来,提出了考虑损伤分布的积分方法。将单元非线性区域划分为塑性铰区、开裂区、过渡区,一方面赋予高斯积分区域物理含义,另一方面使得塑性铰区域可以向相邻的开裂区、过渡区扩展,实现塑性铰长度动态变化。对钢筋混凝土框架结构进行静力非线性分析,结果表明:该积分方案更能反映梁、柱构件的实际损伤,具有较好的数值稳定性和收敛性。

组合相变材料柱状储热单元的储热特性实验研究

主要研究由硬脂酸、切片石蜡和月桂酸三种相变材料组合的圆柱型储热单元的储热特性。测试结果表明 ,与单一相变材料的储热单元相比 ,组合相变材料的储热单元的储热速率明显提高。