横向有限条与无砟轨道板段单元的车轨系统竖向振动分析法

研究高速列车-板式轨道时变系统竖向振动。高速列车(以1动+4拖为例)中的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统。针对无砟轨道(以板式轨道为例)的结构特点,提出横向有限条与无砟轨道板段单元分析模型。考虑轮轨竖向位移衔接条件,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立了此系统竖向振动矩阵方程,采用Wilson-θ法求解。比较了钢轨与轨道板竖向位移的静、动态响应,结果接近。得出200 km/h车速下此系统竖向振动响应时程曲线,计算波形及量值均符合物理概念。分析车速及轨道高低不平顺对此系统竖向振动响应的影响,此系统竖向振动响应随车速及轨道高低不平顺的增大而增大。计算结果表明,本文提出的模型正确、可行。

板桁结构考虑局部屈曲空间计算的横向条带板段单元法

用有限个横向条带法构造了板桁组合结构板段考虑局部屈曲的空间位移模式。基于三维连续体的虚功增量方程，导出了横向条带板段单元的ＵＬ列式，并考虑了板段单元位形变化的影响。此计算方法自由度少，计算精度高，能用于大型板桁结构的几何非线性分析。文末计算了广东西江桥板桁组合结构模型梁，计算结果与实测结果吻合较好。

分析圆板横向振动的动态有限条法

本文首次将动态有限元法应用于轴对称圆板的振动特性分析,采用了位移函数沿周向按三角级数展开的环板弯曲单元,发展成为只需沿径向划分单元的动态有限条法。用单元谐振变形作为形状函数,按频率的升幂级数展开,建立了动态单元的质量和刚度矩阵,并使它的特征值求解问题与常规分析方法相协调。

环板横向振动分析的三结点有限单元法

构造了三结点六个自由度的环形单元 ,然后采用有限元法计算了中间有环形简支的各向异性环板在各种边界条件下的轴对称横向振动频率。计算表明此种有限单元法效率高和收敛性好 ,可以方便地计算环形简支处在板的不同位置处的各向异性环形板的振动频率及振型。所计算出的前几阶固有频率与目前常用的Rayleigh法计算结果相比 。

板桁组合结构空间计算的板桁梁段有限元法

本文考虑了板桁组合结构桥面板的局部屈曲，剪力滞后和板桁梁段截面畸变、翘曲、扭转与剪切变形的影响，利用横向有限条带法构造了桥面板板段的局部空间变位模式，提出了板桁梁段有限元法。该方法自由度少，计算精度高，能用于大型板桥组合结构的空间计算。

一种基于有限单元法的铰接板横向分布实用计算方法

以平面杆系有限单元法为基础,对于工程中常用的铰接板横向分布的计算,通过建立有限单元模型,通过必要的横向加载求出各板的横向分布影响线及横向分布系数,避免了手算查表的繁琐,通过算例验证了文中方法的正确性,可供广大技术人员参考。

板桁组合钢梁的非线性有限元分析

对板桁组合钢梁进行非线性有限元分析。用有限个横向条带法构造了板桁组合结构极段考虑局部屈曲的空间位移模式。基于三维连续体的虚功增量方程，导出了横向条带板段单元U．L列式，用空间欧拉坐标变换考虑其位形变化，用截面塑性系数来考虑其材料非线性。应用所编程序，对广东西江桥原板行组合结构模型梁进行了非线性分析，并对其计算结果进行了一些试验验证。

箱梁剪力滞计算的三维退化梁板单元法

采用三维退化梁、板单元组合的方法 ,分析了薄壁箱形梁在对称荷载作用的弯曲问题。通过具体算例 ,给出箱梁翼板上下表面的弯曲正应力分布曲线 ,讨论了横向荷载作用位置变化对箱梁剪力滞效应的影响 ,为该类问题的计算提供了一种较为行之有效的方法。

T形梁的组合板—梁桥荷载横向分布系数研究

根据现浇桥面板的T形组合简支板—梁桥结构特点,采用平面模型(偏心压力法、刚接板(梁)法)和空间模型(有限单元法)计算该组合简支板—梁桥荷载横向分布系数。运用通用结构分析软件ANSYS将该组合板—梁桥离散成空间有限元,分析该桥荷载横向分布系数变化规律,并将刚接板(梁)法及ANASYS解法计算结果与实测结果进行对比研究。研究结果表明:偏心压力法不适于计算该类组合板梁桥荷载横向分布系数;刚接板(梁)法全桥各截面采用同一横向分布系数并不精确,而ANSYS计算结果能与实测值较好的吻合;同时提出了适合该类桥型的横向分布系数计算方法,并建议了更加准确的计算方法。

初始纵横向荷载效应对薄板自振频率的影响分析

首先基于能量变分原理,给出了同时考虑初始纵向、横向荷载效应情况下板的应变能表达、动力平衡微分方程及单元刚度矩阵。再以动力平衡微分方程为基础,运用伽辽金法解得四种典型板同时考虑初始纵向、横向荷载效应的基频近似解,并运用瑞利法解得简支矩形板考虑初始纵向、横向荷载效应的前三阶频率近似解。然后相互验证了考虑初始纵向、横向荷载效应的板单元刚度矩阵和频率近似解的正确性,并进一步分析了初始纵向、横向荷载及相关因素对板自振频率的影响。结果表明,考虑初始纵向、横向荷载效应后,板的自振频率主要受初始纵向荷载、初始横向荷载、板的厚度及边界条件等因素的影响;初始纵向、横向荷载效应对板的基频影响明显于高阶频率;初始纵向、横向荷载对板的自振频率影响分别呈线性和抛物线规律。

样条有限元法在连续加腋箱梁桥结构分析中的应用

探讨样条有限条法〔1 ,2〕在变高度箱梁桥结构分析中的应用 ,突破样条有限条法只能应用于等截面结构的局限性。通过建立三种类型板 (壳 )条的新型应变—位移关系和位移函数 ,按最小势能原理推导单元刚度矩阵 ,编制程序 。

高速列车与博格板式轨道系统竖向振动分析模型

研究了博格板式轨道结构特点,提出了横向有限条与板段单元高速列车与轨道系统竖向振动分析模型,分析了此系统竖向振动特性。高速列车的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-博格板式轨道系统竖向振动方程组,采用Wilson-θ法对其求解。计算结果表明:钢轨与博格板竖向静、动态位移之差分别为1.1×10-2与2.0×10-4mm,200 km.h-1车速下此系统竖向振动响应计算波形图及量值均符合物理概念,这说明模型正确、可行。

基于Mindlin横剪变形理论的功能梯度板热屈曲分析

Mindlin板理论对挠度和转角采用各自独立的场函数以反映一阶横向剪切变形,具有简明的表达式,适于建立功能梯度板的热屈曲分析模型。本文假设功能梯度材料沿板厚方向的分布为幂函数,采用混合定律和Mori-Tanaka方法计算功能梯度板的均质化等效力学性能。基于Mindlin板理论和von Karman应变-位移关系导出功能梯度板的非线性静力平衡方程,采用3结点三角形MIN3单元建立功能梯度板热屈曲的有限元模型,并分析了典型功能梯度板的热屈曲稳定性和热后屈曲变形。陶瓷-金属功能梯度板的数值计算结果表明:材料分布幂指数越大,即组份中陶瓷体积含量越少、金属体积含量越多,则陶瓷-金属功能梯度板的屈曲温度越低,且热后屈曲变形越大。这与陶瓷的弹性模量比金属的弹性模量大,但金属的热膨胀系数比陶瓷高有关;固支功能梯度板的热屈曲变形幅值比简支功能梯度板的热屈曲变形幅值低,但偏差量随着材料分布幂指数的增大略微降低。

泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板纵向开裂的影响研究

为了研究泊松效应对组合梁斜拉桥混凝土板内力的影响,探究混凝土板纵向开裂的原因,以国内某主跨480m的组合梁斜拉桥为工程背景,采用有限元法分别建立全桥空间网格模型(未考虑泊松效应)和板壳单元模型(考虑泊松效应),从弹性理论的角度探索了组合梁混凝土板的泊松效应,计算辅助墩墩顶5个节段和主跨四分点5个节段混凝土顶板的横向应力和横向应变。计算结果表明:在辅助墩墩顶及主跨四分点处混凝土板的纵向压应力较大,2种模型的混凝土板横向应力也基本处于压应力状态;按照空间网格模型计算得到混凝土板的横向应变基本为压应变,而按板壳单元模型计算得到的混凝土板的横向多处于拉应变状态,接近于混凝土双向受力状态下的极限拉应变;该组合梁混凝土顶板的泊松效应明显,其产生的横向应变是混凝土板纵向开裂的主要原因。

大跨度板桁结合主梁斜拉桥极限承载力分析

The plate trusscompositestructure ,inwhich theconcretedeckplateandsteelmaintrussco actto gether ,hascomeintouseinalongspancable stayed bridgeforbothhighwayandrailwayowingtoits manyadvantages .Thisdissertationproposesasetof methodstoanalyzeultimateloadcarryingcapacity (ULCC)oflongspancable stayedbridgeswithplate trusscompositebeam .Mainresearchworkisasfol lows . (1)Thespatialmechanicsmodelofthecable stayedbridgewithaplate trusscompositebeamfor ULCCanalysisissetup ,whichcantakethecouple functionoflocalandglobaldeformationintoac counts.Themainbeamisdiscreteintofinitesegment elementsthatinvolvetension (compression) ,bend ing ,twisting ,sectiondistortion ,wrappingdeforma tion ,secondarystressoftruss ,localbendingand shearlageffectofdeckplate .Thiskindofelement canbeeasilyusedinprojectdesignforitslittledegree offreedomanddistinctphysicalconcept .Theplate trussdisplacementisentirelyharmonious .Thecalcu latedresultsagreewellwiththetestresults .Itcan analyzethelocalbendingdeformationofdeckplateby introducingtransversefinitestripelementsofconcrete deckplate ,andtheeffectofunevenlongitudinalde formationofconcretedeckplatebyintroducingmulti ple parameterdisplacementfunctionofshearlag warpingdeformationthatisofhighprecision ,com prehensiveconsiderationandwide ranginguse .Based onthethoughtsthatthetotaldisplacementofparti clesisthesumofthedisplacementscausedbyglobal andlocaldeformation ,thedisplacementmodeland calculatingformulaeareformed . (2 )Accordingtotheprincipleofnonlinearcon tinuumandthetheoryofgeometricnonlinearfinite element ,theU L formulationincrementalequilibri umequationforcable stayedbridgewithaplate truss compositebeamissetupandtheexplicitcalculating formulaeoftheelasticstiffnessmatrix ,geometric stiffnessmatrixandthecolumnmatrixofnodalforces equivalenttoelementalstressesofplate trusscompos itebeamarededuced . (3)Aelasto plasticconstitutionrelationofcon cretedeck plateisdegeneratedfromChen Chen′s isotropicstrengtheningelasto plasticmodelwiththree parameters.Theexpressionsofallnodalinternal forcesofusedelementsareobtained .Theplasto coef ficientmethodofgeneralizedinternalforcethatre flectstheinfluenceoflocaldeformationofplate truss compositebeamonplasticyieldingisproposed .Based onthismethod ,theelasto plasticelementstiffness matrix ,whichisusedinthespatialULCCanalysis forcable stayedbridgewith plate trusscomposite beamisestablished . (4 )Virtualtemperatureloadmethodtoadjust ingthetensionforceinthecableisproposed ,andits computingprocedureanditerationexpressionaregiv en .Themethodunitesthecomputingmodelsbefore andafteradjustingcables ,makestheanalysisprocess ofULCCofcable stayedbridgefromexertingdead loadsacontinuousloadingcalculatingone ,andconve nientlytakestheinfluenceofallkindsofnonlinear factorsintoaccount . (5 )Firstly ,elasto plasticincrementalequilibri umequationofeachsub elementisseparatelyestab lished .Then ,itistransformedbymeansofcoordi natetransformationmatrixmentionedinthisdisserta tion .Finally ,basedonthe“Set in Right Position” rule ,itisaddedtostructuralstiffnessequationunder globalcoordinatetoformthestructuralU L .formu lationincrementalequilibriumequationoftheULCC analysisofcable stayedbridgeswithplate trusscom positebeam . (6 )Basedontheanalysismodelandmethods mentionedabove ,acomputing programforULCC analysisofcable stayedbridgeswithplate trusscom positebeamisdeveloped .Accordingtothecomputing resultsobtainedfromclassiccalculatingexamplesand existingexperiment ,thecorrectnessofthemechanics methods ,analysismethodandcalculatingprogramin thisdissertationisproved . (7)ThespatialloadingpropertiesandULCCof alongspancable stayedbridgewitha plate truss compositebeamoverthemainchannelofWuhu YangtzeRiverBridgeunderseveraldifferentloading casesareanalyzed .Thesafetycoefficientsarecalcu lated .

有无横向联结系对小湾中孔弧门的影响

对于小湾中孔工作弧门这一高水头的弧形闸门,其主要构件的刚度较大,结构的节点效应和空间效应很强,现行闸门设计规范的平面体系算法过于简单,计算成果的误差较大,已不能满足大型深孔闸门结构计算要求.本文采用三维有限元法对该闸门进行结构分析和应力计算,并在此基础上分析有、无横向联结系对该弧门整体的变形和应力的影响,结果证明该弧门采用无横向连接系的方案更加优越,对闸门设计有较大的参考价值.

一种无碴轨道动力学建模的新方法

针对无碴轨道(以博格板式轨道为例)结构特点,提出横向有限条与板段单元动力分析新模型。将高速列车(以中华之星为例)的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立高速列车-无碴轨道时变系统竖向振动矩阵方程,采用Wilson-θ法求解。分别采用传统的静力模型和横向有限条与板段单元动力分析模型,计算并比较钢轨与博格板的静、动态竖向位移最大值,得出车速为200km/h时此系统竖向振动响应时程曲线。计算结果表明,钢轨与博格板的静、动态竖向位移最大值接近,计算值均在通常值范围内,说明所提出的新模型正确、可行。

橡胶浮置板式轨道结构竖向振动分析模型

应用轨道段组合单元,建立了能反映橡胶浮置板式轨道结构竖向振动特性的动力分析模型。在模型中,钢轨模拟为连续弹性支承的Euler梁;浮置板视为弹性薄板,用有限元法中的纵横向有限条带单元进行离散;钢轨扣件及橡胶支座模拟为线性弹簧和阻尼。基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的＂对号入座＂法则,建立了地铁列车-橡胶浮置板式轨道竖向振动方程,并对车辆和轨道结构的动力特性进行了数值分析。计算结果表明：地铁列车通过广州地铁二号线橡胶浮置板式轨道时,轮重减载率最大值为0.597,车体竖向振动加速度最大值为0.846 m.s^-2,浮置板式轨道系统的隔振效率为20%~27%,因此,车辆-轨道结构竖向振动分析模型能够准确描述地铁车辆和橡胶浮置板式轨道结构间的动力特性。