基于非线性有限元方法的弹塑性钢阻尼器仿真分析

本文简要介绍非线性有限元理论，并利用该方法对弹塑性钢阻尼器的压缩性能进行分析。经过仿真分析与实验结果对比，发现本文所采用的方法可以较好模拟钢阻尼器的压缩力学性能。 概述 弹塑性钢阻尼器利用金属材料塑性屈服吸收外界能量，由于其优异的耗能作用及简单的结构设计，被多种耗能结构作为核心元件使用，比如弹塑性钢减隔震支座、弹塑性吸能器等。为满足各种工程的不同需求，我们需要仔细研究各种结构的变形吸能效果，同时为降低试验成本，数值仿真成为弹塑性钢阻尼器设计的主要计算手段，本文主要利用非线性有限元方法求解弹塑性钢阻尼器压缩变形问题。

货车F型车钩强度非线性有限元仿真分析

对F型车钩零部件进行了三维实体建模,然后在基于车钩不同材料试验数据基础上采用了装配分析、接触非线性分析以及材料非线性分析三者于一体有限元分析技术对其进行了强度分析.最后给出了车钩在拉伸工况下的应力状态,其结果显示应力较大部位很好地吻合了车钩在实际运用中破坏的状况,进而为车钩设计、改进和检修提供了非常有价值的理论依据.

多边形比例边界有限元非线性高效分析方法

比例边界有限元法作为一种高精度的半解析数值求解方法,特别适合于求解无限域与应力奇异性等问题,多边形比例边界单元在模拟裂纹扩展过程、处理局部网格重剖分等方面相较于有限单元法具有明显优势。目前,比例边界有限元法更多关注的是线弹性问题的求解,而非线性比例边界单元的研究则处于起步阶段。该文将高效的隔离非线性有限元法用于比例边界单元的非线性分析,提出了一种高效的隔离非线性比例边界有限元法。该方法认为每个边界线单元覆盖的区域为相互独立的扇形子单元,其形函数以及应变-位移矩阵可通过半解析的弹性解获得;每个扇形区的非线性应变场通过设置非线性应变插值点来表达,引入非线性本构关系即可实现多边形比例边界单元高效非线性分析。多边形比例边界单元的刚度通过集成每个扇形子单元的刚度获取,扇形子单元的刚度可采用高斯积分方案进行求解,其精度保持不变。由于引入了较多的非线性应变插值点,舒尔补矩阵维数较大,该文采用Woodbury近似法对隔离非线性比例边界单元的控制方程进行求解。该方法对大规模非线性问题的计算具有较高的计算效率,数值算例验证了算法的正确性以及高效性,将该方法进行推广,对实际工程分析具有重要意义。

剪力连接件的三维非线性仿真分析方法

基于有限元仿真分析技术和混凝土本构理论,提出了有限元仿真分析和实物验证试验相结合研究剪力连接件的新方法.将此方法用于3类共7个子类新型剪力连接件的全过程受力分析,并将有限元分析结果和模型试验结果进行对比,证实了这一方法的有效性和准确性,使得通过有限元仿真分析和实物验证试验相结合研究多种剪力连接件的受力特性成为可能.

新白云站大体积混凝土楼板跳仓法施工有限元分析

为评估跳仓法施工对大体积混凝土早期应力的影响,基于有限元方法分析不同因素下单块大体积混凝土楼板的早期应力,采用灰色关联度方法确定不同因素的影响程度,并对新白云站大体积混凝土楼板的跳仓法施工进行仿真分析。结果表明:入模温度、混凝土绝热温升值、楼板平面尺寸、楼板厚度、环境对流系数、垫层弹性模量对大体积混凝土楼板早期应力的影响程度依次降低;大体积混凝土楼板内部的钢筋可降低其早期应力,但对其影响可忽略不计;减小大体积混凝土楼板的仓块尺寸可有效降低其早期应力;仓块的浇筑顺序会影响大体积混凝土楼板早期应力的发展,有规律的浇筑顺序可使混凝土受力趋于均匀,以减少应力集中现象。

冲击回波法检测混凝土内部缺陷的有限元仿真分析

为了探究混凝土结构在瞬时冲击荷载作用下的响应特征以及应力波在混凝土介质中的传播规律和影响因素,进一步完善冲击回波法检测理论和提高混凝土缺陷检测与识别精度,基于ADINA有限元分析软件,设计构建了一系列有缺陷和无缺陷的混凝土板结构有限元模型,运用动力有限元分析理论,对混凝土结构冲击回波响应特征以及弹性应力波传播的动力学特征进行数值仿真分析。结果显示:混凝土板内有缺陷存在时,板厚对应频率均向低频漂移,且方形空洞比圆形空洞引起的漂移量稍大;当缺陷埋深超过缺陷横向尺寸3倍以上时,分析结果的偏差会陡然增大;对埋深小于10 cm的浅表层缺陷,其偏差值较大。结果表明,有限元仿真分析直观地展现了应力波在混凝土介质中的动态传播过程以及波场与缺陷体相互作用的规律,仿真分析结果与应力波传播基本理论及物理模型试验结果基本一致,验证了本有限元模型的合理性以及数值仿真分析方法的适用性和可行性。

非线性有限元分析的非协调模式及存在的问题

利用非协调模式提高非线性有限元分析广泛采用的低阶单元的精度和性能,是国际计算力学界研究的热点和难点.阐述了国际上在非线性有限元分析中已广泛采用的增广假设应变法方法(the enhanced assumed strain,EAS)的基本原理,详细讨论了非协调模式用于非线性有限元分析保证收敛、稳定的条件及增广假设应变场插值函数的构造方法.介绍了国内学者关于几何非线性非协调模式的研究方法和研究成果: (1)从Hellinger-Reissner广义变分原理出发,提出了几何非线性非协调模式的收敛条件,并采用非线性计算的若干简化措施建立几何非线性非协调元的简化模型;(2)一类放松单元间协调要求的非线性广义变分原理,对几何非线性问题可以选择事先无协调约束的非协调函数建立非协调元,收敛性可以保证,并根据此非线性广义变分原理可建立C1或C0类几何非线性广义杂交元,C1或C0类精化杂交元和精化直接刚度法.指出了EAS方法用于非线性有限元分析存在的问题,即本构:关系和求解方法的限制,并对非协调元应用于非线性有限元分析提出了展望.

基于向量式有限元法的风力发电机组一体化仿真分析

大型风电机组为强非线性刚柔耦合的周期时变多体系统,传统有限元方法不能解决叶片转动过程中由于刚体位移而导致的刚度矩阵奇异问题,向量式有限元法可有效考虑叶片的几何非线性和大变形运动、塔架的弹性变形、气动载荷等因素.基于MATLAB平台编制空间梁系结构求解程序,选取悬臂梁受端部集中动荷载和欧拉梁绕定轴转动两个典型算例验证程序的正确性.建立包含机舱、轮毂、叶片和塔架在内的风电机组一体化仿真分析模型,根据机组静止状态下自由振动响应,用模态参数识别方法提取了机组的自振频率,计算结果与传统有限元法吻合.采用谐波叠加法和本征正交分解法相结合的方式,运用B样条曲面插值策略,模拟生成风电机组在正常运行状态下的风速时程.采用向量式有限元法对正常运行状态下的风电机组进行风振响应分析,较好地反映了重力对叶片内力周期性变化的影响以及叶片与塔架的共同作用.

基于非线性有限元法的膜结构找形研究

对基于非线性有限元法的两种膜结构找形方法（支座移动法和节点平衡法）进行了分析,在此基础上提出了节点定向移动法。通过计算实例表明,该方法具有更快的收敛速度和更高的计算精度,是一种实用的找形分析方法。

强夯的非线性有限元分析和施工参数优化

基于大变形理论,针对已有强夯数值分析处理边界条件的不足,通过补列夯锤的刚体运动方程,较好地处理了锤土动力藕合相互作用的边界条件。建立了能调整施工参数的强夯法非线性有限元分析模型,同时,为了保证显示算法的网格稳定性,引入"生死单元法"。在同能级条件下,探讨了夯锤底面积和夯锤动量变化对加固效果的影响,分析表明,通过调整夯锤底面积的大小,可以方便地控制夯坑深度,夯锤底面积存在一个优化值,它对应的加固效果最佳;在同能级强夯下,重锤低落距是一种优化设计方案。最后通过工程试验结果,验证了本文计算模型的合理性。

微裂纹检测与定位的非线性超声仿真分析

金属浅表层的微裂纹直接影响金属的性能和使用寿命,非线性超声检测方法对于浅表层微缺陷检测有较好的效果。本文针对钢材浅表层微缺陷检测和定位问题,通过有限元仿真的方式研究裂纹检测与定位的非线性超声规律。在有限元仿真软件COMSOL Multiphsics中建立包含表层裂纹的二维混频表面波检测模型,研究超声波与钢材表层裂纹引起的非线性效应,总结缺陷尺寸与边频信号振幅的变化关系,采用基于时频分析的异侧混频激励方案研究裂纹的定位。仿真结果表明,当金属表面存在裂纹时,检测点接收的回波信号中将出现和频及差频信号;边频信号的信号强度随着裂纹宽度增大而增强,随着检测距离的增大而衰减,随着裂纹深度增加呈现先增后减趋势;通过时频分析实现了表面裂纹的定位。采用激励频率分别为0.5 MHz和0.8MHz、基频幅值均为10^(-5)m的超声信号能够满足浅表面裂纹检测需求,实现浅表面深度为0.2~2 mm、宽度为5~30μm的裂纹检测,定位准确率为88%。研究结果为钢材浅表层微缺陷的非线性混频超声检测和定位提供了参考依据。

用外包钢筋砼法加固RC柱的非线性有限元分析

通过对外包钢筋砼加固RC柱的正截面承载力的非线性有限元分析，探讨 加因固后主柱应力水平对加固柱承载力的影响，采用混凝土Chen-chen模型给出混凝土本构关系矩阵，采用八结点等参砼单元，三结点等参钢筋单元；引入双弹簧联结单元模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移，编制加固柱从受荷到破坏的全过程分析有限元程序，并用该程序对试验柱进行了模拟计算，计算结果与试验结果符合较好。

基于共旋坐标法的空间桁架几何非线性分析

以往提出的共旋坐标法中,随动与整体坐标系的转换矩阵的计算需要中介值,对于大型工程结构会影响计算效率,且共旋坐标法在有限元程序中的实现多基于面向过程技术,以至数据不易管理、功能难以扩充,此外桁架何时考虑几何非线性也缺乏研究。归纳对比了两种常用的共旋坐标法理论,基于整体坐标系原点来建立随转坐标系,给出无需中介值的空间桁架转换矩阵及杆端抗力的具体表达式,并基于此法,使用C++语言在基于面向对象技术的程序Aduts中实现空间桁架单元,进一步简化了共旋坐标法的计算,使其在有限元程序中的数据管理、二次开发和维护更简便。设计典型算例验证了本文桁架单元的正确性,并通过参数分析研究桁架的几何非线性,结果表明桁架的几何非线性不能单纯以经验理论即应变达到5%为判断依据,而需结合拱跨比的值来确定。

基于有限元法的输流管道系统非线性振动研究

输流管道的横向振动是造成管道破坏的主要原因.首先建立了输流管道系统的横向振动有限元方程,给出了四种不同的边界约束条件.应用振型分解法进行了系统的模态分析,分别求解了振动系统在无阻尼和有阻尼情况下的固有频率和固有振型.采用Newmark法求解了系统的响应.研究了管道跨距、流体流速、流体压强、流体流速扰动、流体压强扰动等系统参数对振动系统的模态和响应的影响,为输流管道系统的减振研究提供了理论支持.

有限元分析法在运动生物力学中应用的可视化分析

目的:探究有限元分析法在运动生物力学中应用的研究热点、前沿与趋势,为未来该领域研究提供参考。方法:使用CiteSpace可视化软件,以2001~2022年间中国知网中240篇中文文献和Web of Science中283篇英文文献为样本,通过关键词聚类分析、作者与所属机构分析、突现词探测等生成知识图谱。结果:近二十年有限元分析法在运动生物力学中的应用研究总体呈上升趋势。美国都柏林大学的Gilchrist教授是发文量最多的学者,前交叉韧带和头部分别是突现时间最长和突现强度最高的关键词。结论:以体育学和生物医学工程为主的交叉学科基础下,膝关节和头部的几何模型重建,足球、羽毛球、冰球等专项动作的仿真分析和损伤力学机制探究是当下研究热点,足-鞋和踝关节的仿真分析是前瞻性研究。未来应加强机构间作者的合作,积极探寻人体内部结构在运动过程中的力学响应和损伤机制。

基于节点坐标变量的桁架大位移非线性有限元法

为求解桁架大位移问题,提出了一种基于节点坐标变量的非线性有限元法——以杆端节点坐标向量为显函变量写出单元杆端力向量表达式,由单元杆端力向量装配结构非线性平衡方程。求解时,首先根据矩阵微分理论求出单元杆端力向量关于杆端节点坐标向量的导数矩阵,由该导数矩阵装配结构非线性微分平衡方程;然后按照Newton切线法原理建立等效线性逼近方程,引入边界约束条件得到结构节点坐标的迭代公式。研究结果表明:该方法稳定性好、精度高、收敛速度快且简单易用,为求解桁架大位移问题提供了一种有效方法。

基于位移控制新法的结构非线性有限元数值模拟

在材料、构件和结构的非线性问题有限元数值模拟过程中,当需要模拟达到或通过荷载-位移空间中平衡路径的极值点以及软化下降段时,荷载增量控制法一般是无能为力的。为了克服这个困难,利用杜修力等人提出的位移控制新理论,对有限元求解方程中的刚度矩阵的主对角元素乘以大数,并将边界条件引入到有限元求解方程中,使得新的刚度矩阵依然具有对称性和带状性,仅需要对经典的荷载控制法程序做少量的修补,而且运算过程简单、迭代计算量少。最后采用MATLAB编制程序,并结合实际算例进行分析,结果表明:本文建立的方法不但有效、可行,而且简单。

帕萨特B5密封条大变形非线性有限元分析与评价

利用非线性有限元分析软件MARC对帕萨特B5的车门密封条进行了仿真分析,并借助测试装 置对实际产品材料参数进行了准确测定,解决了该复杂结构的几何非线性、材料非线性和压缩过程边界非线性 的有限元分析难点,获得良好的定量分析结果。

勐岗河大型悬索跨越管道成桥状态下非线性静力有限元分析

云南楚雄—四川攀枝花天然气管道工程勐岗河悬索跨越管道因采用了一跨过河的方式架设,其在清管时产生的变形和应力不可忽视,为了获取清管动力响应特性的初始条件,需要先进行成桥状态下的非线性静力有限元分析。为此,首先基于ANSYS Workbench软件建立了1∶1的仿真模型;然后分析了存在一定起拱高度时,跨越结构在自身重力作用下各部分的应力大小;最后通过对跨越管道施加不同的静载荷,计算了管道的应力和位移并进行了校核。研究结果表明:①所建存在一定起拱高度的跨越结构仿真模型在自身重力作用下的应力与位移均低于许用值,并且与现场测试数据偏差较小;②试压工况下,管道最大应力位置出现在南岸桥面管道开始起拱处而非跨中部;③随着施加载荷的增加,管道的最大应力和位移也不断增大,但整体位移变化较小而应力最先达到许用应力值;④受起拱高度的影响,跨越管道在外载荷作用下各部分的位移变化和极限应力出现的位置均存在着特殊性。结论认为,该研究成果为后续同类型的跨越结构清管动力响应研究奠定了基础。

复杂地基重力坝深层抗滑稳定非线性有限元分析

重力坝的深层抗滑稳定是保证大坝安全的一个重要条件。针对《混凝土重力坝设计规范》(DL5 10 8—1999)中关于复杂地基重力坝的稳定性需进行有限元分析的新规定,笔者结合某重力坝稳定问题实例,用非线性有限元方法进行了分析计算,并与刚体极限平衡法及结构可靠度分析方法的成果进行了对比。对有限元法的适用性。