带肋拱形抗爆门的振动基频等效计算方法

带肋拱形抗爆门由于肋的加强改变了结构的刚度、承载性能及质量分布等特性,它的基频计算方法比无肋的等截面拱形抗爆门复杂,为满足工程设计的迫切需求,根据两侧支撑带肋拱形抗爆门的平面内挠曲振动特性,将带肋拱形抗爆门等效为等截面拱形抗爆门,导出了带肋拱形抗爆门的等效等截面拱参数和反对称振动基频计算公式,讨论了影响基频的主要因素。通过与有限元结果比较分析,验证了计算公式的正确性及其适应条件。研究结果表明:带肋拱形抗爆门的振动基频随着肋板与拱板厚度比和肋板数量增加而增大,随着矢跨比增大而减小;当肋板与拱板厚度比在0.5~2.5之间变化,对常用厚跨比的带肋拱形抗爆门,导出的反对称振动基频计算方法可满足工程设计计算的精度要求。

考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元刚度矩阵

ANSYS中的Beam44单元是考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元,为明确其单元刚度矩阵推导方法,以形函数为基础,根据虚功原理,系统给出了考虑剪切变形的变截面欧拉梁单元刚度矩阵推导过程。以矩形、圆形、圆环和箱形截面梁为例,经与ANSYS中Beam44单元刚度矩阵对比,明确了其单元刚度矩阵的推导方法、相关假定和使用要求。研究发现:变截面欧拉梁因形函数本身的近似性和截面参数随截面位置变化的复杂性,难以给出普适性的单元刚度矩阵理论表达式。ANSYS对Beam44单刚矩阵推导时,采用了以下3种处理方式以简化计算:采用与等截面梁相同的厄米特形函数,在纯弯模式单刚矩阵的积分计算中对几何矩阵和截面参数分别积分,不考虑截面剪切系数k随截面位置的变化,由此所得单刚矩阵形式与等截面梁Beam4一致。ANSYS对Beam44单元所给等效截面参数,如面积、抗扭惯矩和抗弯惯矩的表达式,源于梁单元两端截面形状为相似形且截面尺寸随杆件线性梯度变化的情况,应用于其他情况时会与理论值有一定偏差。由此可知,在使用Beam44单元时为提高计算精度,应尽量减小单元长度来控制两端截面参数比值,同时对剪切系数k宜取单元中截面的k值或左右截面的均值。

盾构隧道非均质等效梁模型的建立与分析

盾构隧道管片设计力学模型有均质圆环模型、多铰圆环模型、梁-弹簧模型等。在分析上述力学模型基础上,从管片接头截面力学性质出发,提出一种盾构隧道力学分析方法,建立非均质等效梁模型,即接头处单元与非接头处单元均采用等效参数不同的梁单元模拟,并从理论上推导接头处梁单元高度、宽度、弹性模量等截面性质等效参数解析式。根据现场试验数据,采用正交试验反演分析截面性质等效参数,验证理论解析式的有效性,得到一定条件下截面性质等效参数。将该模型内力结果与现场试验结果及梁-弹簧模型结果进行对比得出:非均质等效梁模型控制性截面内力值比现场试验值偏于安全,其安全系数介于现场试验值与梁-弹簧模型之间。结果表明:该模型可使管片接头力学性质更直观、明确,可在工程中推广应用。