考虑柱体摇摆效应的殿堂式木结构古建筑非线性地震反应分析

为了准确描述半刚性榫卯连接柱架在地震作用下的动力性能,采用非线性转动弹簧以模拟柱体在地震作用下的摇摆行为,基于柱体、榫卯节点及斗栱的非线性恢复力模型,提出了单层殿堂式木结构地震分析的集中质量简化分析模型,进行了地震作用下的结构动力响应时程分析。通过计算时程曲线与振动台试验结果的对比分析发现,未考虑柱体摇摆的计算值与试验值的误差较大,考虑摇摆效应的整体结构时程曲线计算峰值与柱架的实际位移峰值误差相对较小,且峰值出现的时间基本相同。基于简化模型进一步进行了参数分析,结果表明:竖向荷载可以显著降低殿堂式木结构的地震位移响应;柱高越大,结构的地震位移响应越大;结构的地震位移响应随着榫卯节点转动刚度的增大而显著降低;斗栱数量的增加提高了整体结构的抗侧刚度,从而降低了结构的地震位移响应。研究结果可为木结构古建筑在地震作用下的性能评估提供计算依据。

滑动摩擦振动噪声的非线性显式动力学分析

利用有限元软件ABAQUS/Explicit(显式动态求解器)对球-平面接触条件下的滑动摩擦振动噪声进行了数值模拟分析。对比试验结果,探讨了摩擦噪声的发生机制,并分析了摩擦噪声发生时接触界面的运动特性。结果表明,摩擦噪声主要是由摩擦系统的自激振动引起的,法向振动与切向振动的耦合是系统产生自激振动和摩擦噪声的一个重要因素。当摩擦系统发生自激振动时,从面节点与主面的接触并不是连续不变的,两者在相对运动的过程中具有黏着-滑动-分离-黏着的特性。

工程结构非线性动力响应数值分析显式积分格式的研究

工程结构非线性动力响应数值分析中时间积分的处理是其难点之一，它关系到此类动力响应分析程序的运算效率及分析精度。本文详细介绍了有限元直接积分法中显式积分格式及其稳定性条件。通过分析可看出，对于求解强冲击载荷作用下的非线性结构动力响应及波传播等问题，显式算法是一种好的选择。文中给出了各种类型单元稳定性条件下临界时间步长△tcrit的计算公式，并以数值算例给出了实现的步骤。

基于显式摩擦摆单元的大规模复杂连体结构非线性时程分析

为克服复杂摩擦摆减隔震结构隐式非线性动力分析收敛困难且计算效率低的技术瓶颈;基于经典的摩擦摆力学模型,该文构造了一种2节点12自由度的显式摩擦摆单元,利用修正的向前Euler方法实现了此单元的内力计算;在自主研发的非线性有限元软件中完成开发,通过与SAP2000隐式摩擦摆单元对比,验证了开发内容的正确性。利用自主研发软件对某三塔连体结构进行了整体动力时程分析,研究了结构非线性、连廊支座类型及参数对结构动力响应的影响。

基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析

该文基于Bouc-Wen模型构造了一种2节点12自由度的显式消能器单元;利用修正的向前Euler算法实现了单元内力计算。将该文显式单元及其内力计算方法在完全自主研发的非线性有限元分析程序中完成开发。为提高显式分析效率,自主研发程序采用了CPU+GPU异构并行计算技术。通过与低屈服点钢剪切滞回试验对比,验证了该文显式消能器单元的正确性和适用性。采用该文显式消能器单元模拟某实际消能减震结构的金属消能器;基于结构整体动力分析结果,讨论了金属消能器的减震效果。

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

非线性动力学问题的一个显式精细积分算法

对于非线性动力学问题 ,给出了一个显式的精细积分算法 ,适用于多自由度、强非线性、非保守系统。算例表明本方法精度高。

铅芯橡胶支座非线性动态特性的显式有限元分析

本文在分析铅芯橡胶隔震支座力学特性的基础上,提出了采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA来分析铅芯橡胶支座的非线性动态特性。建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,结果表明,利用有限元数值分析的结果与试验曲线基本吻合,从而为确定铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

非线性管土作用下钢悬链式立管动力响应分析

钢悬链线立管(SCR)在上部浮体运动和波流荷载激励下会与海床土相互作用,传统的线性海床模型假定荷载位移关系是线性的,没有考虑管土相互作用的非线性过程和海床土吸力的影响,本文基于大挠度柔性索理论的钢悬链式立管动力分析程序CABLE3D,将立管受到线性海床的弹性支撑力扩充为立管受到的海床垂向力,充分考虑管土非线性相互作用,并考虑海床土吸力对钢悬链式立管触地点区域的影响,开发出新的动力分析程序。程序采用非线性有限元方法对控制方程进行离散,时域内采用Newmark-β法,求解给定上部浮体运动条件下,SCR的动力响应,通过算例对线性刚度海床和非线性刚度海床进行对比,并分析了不同海床刚度对SCR触地点动力响应和疲劳损伤的影响。结果表明:非线性海床刚度模型比线性海床刚度模型更接近真实的管土作用过程;在非线性海床刚度模型下,海床土刚度越大,SCR触地点区域垂向位移响应越小,应力幅值越大,疲劳损伤越严重。

基于非线性纤维梁柱单元的钢管混凝土框架动力时程分析

目前,用于钢管混凝土框架结构动力时程分析的计算理论模型主要有:纤维模型和三维有限元模型,三维有限元模型计算量大,且数值计算收敛困难,在钢管混凝土结构动力时程分析中的应用受到一定限制。为了研究钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能,本文在构件层次上运用OpenSees计算平台中的非线性纤维梁-柱单元对钢管混凝土框架结构进行模拟计算,通过对其他研究者完成的某模拟地震振动台试验钢管混凝土框架模型进行数值模拟,输入不同工况的地震波对该模型进行了动力时程分析,总体上数值模拟结果和试验结果吻合较好,表明基于OpenSees平台的非线性纤维模型方法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的动力特性。

轻型座椅式架空单线索道非线性动力分析

轻型座椅式架空单线索道运行过程模拟是几何非线性连续系统动力问题。本文提出了张力差调节法，把连续多跨悬索结构的动力分析简化为一系列单跨悬索的计算。提出了不同时刻划分单元的新概念．结合Ｎｅｗｍａｒｋ法与ＮｅｗｔｏｎＲａｐｈｓｏｎ法，建立了索道非线性有限元动力分析模型，为索道系统非线性分析提供了新方法。并针对三跨的索道，进行了模拟计算。

基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

非线性动力系统精细积分下的显式级数解

基于钟万勰等提出的指数矩阵精细算法 ,对n维未知向量v的一阶微分方程 v=Hv +f(v ,t)进行求解 ,其中Hv和f(v ,t)分别是右端项的线性齐次部分和非线性部分。将非线性部分在所论时刻tk处展成t-tk=τ的Taylor级数形式 ,并通过指数矩阵eHt 及其精细算法对状态方程直接积分 ,推导出状态方程的级数形式闭合解 ,此解的精度易于控制。算法不需对矩阵 [H]求逆 ,数值计算的稳定性及效率均可确保 ,对大型问题计算更为有利。

结构动力响应分析的三阶显隐式时程积分方法

基于泰勒级数展开式提出了一种用于结构动力响应分析的高精度时程积分方法,该方法假设t时刻的速度和加速度由t-Δt时刻、t时刻、t+Δt时刻的速度和加速度加权表示,并可根据求解需要调节权值,将积分算法构造成隐式格式或显式格式。通过理论分析和数值算例,计算讨论了该算法的稳定性和精度,确定了最佳的权值和允许的时间步长。结果表明:本文算法最高具有三阶精度,且具有振幅衰减率低、周期延长率极小等优点。最后结合一个铁道工程实例,表明本文算法适用于大型非线性动态响应的精确快速求解。

考虑流固耦合时的海洋平台结构非线性动力分析

采用非线性的Morison方程,建立了考虑流固耦合时的海洋平台非线性动力方程及其时程分析方法。以一固定式导管架平台为算例,计算了考虑流固耦合时的海洋平台浪致振动响应,比较了考虑流固耦合和不考虑流固耦合时海洋平台动力响应的差异。算例表明:在较大的波浪条件下,不考虑流固耦合时的计算结果明显小于考虑流固耦合时的计算结果,因此,偏于不安全。分析认为,在极端海况条件下,考虑流固耦合的分析方法更符合实际情况。

考虑土体非线性特性的直埋管道-土体系统的动力反应分析

本文采用二维有限元方法对连续直埋管道在动力荷载作用下的反应进行分析。管道周围土体采用等效线性粘弹性模型 ;为反映管 -土间的相对滑移 ,在管单元与土单元间加入无厚度Goodman接触单元 ;并利用 Wilson- θ法对管 -土系统进行动力时程反应分析。本文研究了输入波频率 ,输入波幅值 ,管道埋深 ,土体类别和管 -土间摩擦系数等因素对埋管动力反应的影响。

随机结构非线性动力响应的概率密度演化分析

提出了随机结构非线性动力响应分析的概率密度演化方法.根据结构动力响应的随机状态方程,利用概率守恒原理,建立了随机结构非线性动力响应的概率密度演化方程.结合Newmark-Beta时程积分方法与Lax-Wendroff差分格式,提出了概率密度演化方程的数值分析方法.通过与Monte Carlo分析方法对比,表明所给出的概率密度演化方法具有良好的计算精度和较小的计算工作量.研究表明:随机结构非线性动力响应概率密度具有典型的演化特征,随着时间增长,概率密度曲线分布趋于复杂.

曲轴滚压的显式动力学分析

建立了曲轴圆角滚压的显式动力学分析模型,得到了圆角部位应力沿层深分布规律,研究了进给量和滚压道次对残余应力分布以及数值方面的影响。结果表明:圆角滚压后产生了足够强度和分布区域的轴向压应力,有利于抵消曲轴工作状态下由弯曲载荷所产生的拉应力;残余压应力在一定范围内随进给量增加逐渐增加,此后随进给量增加不升反降;残余压应力在滚压过程中小幅波动,随滚压道次增多残余压应力波动范围逐渐减小,最后趋于稳定,增加滚压道次的意义在于稳定和保持已获得的残余压应力。揭示了圆角滚压可显著提高曲轴弯曲疲劳强度的原因所在,提供了理想进给强度和滚压道次的分析计算方法,为曲轴滚压工程实际合理选择工艺参数提供了参考和理论支撑。

结构动力反应分析的三阶显式方法

本文通过对传统动力反应分析方法的总结 ,阐明了建立隐式和显式方法的一般思路及数学本质 ,提出了使用系统位移反应向量三阶导数的隐式和实用显式积分方法— 3阶显式方法 ,分析了该显式方法的精度和稳定性 ,并对建立更高阶隐式和显式方法以及方法的精度和稳定性作了初步讨论。最后 ,通过算例对本文方法、文献 [1]方法和经典的常平均加速度法 (隐式方法、视为精确解 )的精度和稳定性进行了比较分析。结果表明 。