考虑翘曲影响的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合振动

通过直接求解均匀薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程 ,推导其自由振动时的精确动态传递矩阵。采用考虑翘曲影响的Bernoulli Euler梁理论 ,且假定薄壁梁单元的横截面是单对称的。动态传递矩阵可以用于计算薄壁梁集合体的精确固有频率和模态形状。针对两个薄壁梁算例 ,采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程 ,并讨论翘曲刚度对弯扭耦合Bernoulli Euler薄壁梁固有频率的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性 ,并指出翘曲刚度可以显著改变薄壁开口截面梁的固有频率。

轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁固有振动和稳定性的理论研究

通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其动态传递矩阵。讨论了轴向载荷的变化对薄壁梁弯扭耦合振动固有频率的影响,并由此得到零频率振动(弹性屈曲)发生时相应的轴向载荷。数值结果表明本文方法在其适用范围内是精确有效的。

双向弯曲与扭转耦合Bernoulli-Euler薄壁梁稳定问题求解

基于薄壁杆件理论,研究了Bernoulli-Euler薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的稳定问题.运用能量变分原理,推导了薄壁梁双向弯曲与扭转耦合的振动微分方程,引入轴向荷载的影响,建立了求解稳定的特征方程,运用降阶法和变轴向荷载的扫描法求得了薄壁梁稳定临界力的解析解.通过算例验证,证明了本文计算的稳定临界力收敛的可行性,并与有限元法结果吻合较好,验证了本文方法的正确性.

非对称Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合振动

通过直接求解均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元自由振动的控制运动微分方程,推导了其精确的动态传递矩阵。采用Bernoulli-Euler弯扭耦合梁理论,假定梁横截面没有任何对称性,考虑了薄壁梁在两个方向的弯曲振动及翘曲刚度的影响。动态传递矩阵可以用于计算非对称薄壁梁及其集合体的精确固有频率和模态形状。针对具体的算例,给出了各种边界条件下固有频率的数值结果并与文献中已有的结果进行了比较,还讨论了翘曲刚度对固有频率和模态形状的影响,结果表明如果忽略翘曲刚度的影响,可能得到毫无意义的结果。

轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应

建立了一种普遍的解析理论用于研究确定性载荷作用下轴向受载的单对称Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应。首先通过直接求解轴向受载的单对称均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,给出了计算其自由振动的精确方法,并导出了轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁自由振动主模态的正交条件。然后利用简正模态法研究了确定性载荷作用下轴向受载的Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合动力响应,该梁所受到的载荷可以是集中载荷或分布载荷。最后假定确定性载荷是谐波变化的,得到了各种激励下封闭形式的解,并针对具体算例讨论了动力弯曲位移和扭转位移的数值结果。

偏载作用下薄壁箱梁空间整体效应的综合分析

为了研究斜腹板箱梁在竖向偏心荷载作用下的受力性能,在合理构造各翘曲位移函数的基础上,用能量变分法建立全面反映竖向弯曲变形以及剪力滞、约束扭转、畸变等翘曲变形的控制微分方程,通过对既有文献中的模型梁进行计算分析,明确剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力在竖向弯曲应力中的占比情况,并揭示各翘曲广义内力的分布规律。结果表明:按文章解析法求得的模型梁应力理论值与实测值吻合良好,从而验证文章方法的合理性;在偏载作用下箱梁的约束扭转微分方程与畸变微分方程是相互耦联的,这在已有文献中往往被忽略;在剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力中,畸变翘曲应力占据主导地位,剪力滞和约束扭转翘曲应力相对较小,但仍不可忽略,在控制截面上因各种翘曲变形引起的应力放大系数达到1.362;偏心集中荷载引起的各翘曲广义内力均具有快速衰减的分布规律,剪力滞和约束扭转广义内力分布范围很小,而畸变广义内力分布范围广阔。建议在桥梁设计规范相关条文及实际箱梁桥设计中,对畸变效应给予充分重视。

用于液体容器内液位测量的金属薄壁梁振动模态仿真研究

为实现用于液体容器内液位测量的金属薄壁梁振动模态的准确模拟,构建金属薄壁梁的有限元圆梁模型。该模型采用有限元法对金属薄壁梁纵向振动模型的特征频率进行分析,从而对金属薄壁梁暴露于外部刺激时所产生的纵向振动进行准确模拟。在所开展研究中,对薄壁梁采用圆梁分布质量模型,分析模型的前4种振动模态的特征频率。为验证该模型的有效性,将该模型对金属薄壁梁前4种纵向振动模态的模拟结果与理论模型结果、实际金属薄壁梁试验结果及其他两种仿真模型的模拟结果进行了对比。对比结果表明,所构建圆梁模型对金属薄壁梁纵向振动模态的模拟结果与理论、试验分析结果高度一致,且模拟结果效果明显优于其他两种模型。

温湿变参数旋转复合材料薄壁梁扭转振动特性

复合材料梁具有强度高、质量轻、耐腐蚀、耐高温以及抗疲劳等诸多优良性能,在工程中有广泛的应用,如风力机叶片、直升机螺旋桨等.基于湿热环境下旋转复合材料薄壁梁振动方程,研究了梁的扭转运动.采用Rayleigh-Ritz法求解振动特性,分析了温度、湿度、转速、安装角、铺层角等因素对固有频率和模态振型的影响.采用有限元方法验证了计算结果的精确性.研究表明:前2阶频率随着温度和湿度的升高而降低;与湿度相比,温度对频率的影响更为显著;T=325~425 K且铺层角为15°~30°时,温度对频率的影响略小;铺层角在0°或90°附近时,湿度对频率的影响不大;频率随转速增大而增大,随安装角增大而降低;铺层角对频率有较大影响;温度、湿度、转速、铺层角和安装角对前2阶模态振型影响很小.

基于辛理论的Bernoulli-Euler梁波散射分析

为研究辛对偶力学体系下Bernoulli-Euler梁波的散射问题,通过构造Lagrange乘子以解除泛函约束,引入对偶变量,提出了Bernoulli-Euler梁的Hamilton对偶方程。综合运用本征向量展开法、辛Gram-Schmidt正交算法,以及精细积分法等方法剥离了Bernoulli-Euler梁能带结构中的禁带部分,获得了端部散射体的散射矩阵。结果表明:辛体系下Bernoulli-Euler梁的状态向量是由一对通带本征向量和一对禁带本征向量所组成的,其端部散射体的散射矩阵是一阶酉矩阵,入射波的功率流等于反射波的功率流,满足功率流守恒。

简支矩形薄壁箱梁受不确定移动偏载作用的竖向振动响应研究

针对工程中薄壁箱梁受不确定移动偏载作用的振动问题,给出了一种基于区间过程的求解简支矩形薄壁箱梁结构竖向振动响应边界的方法.基于修正Timoshenko梁理论、乌氏第二理论和箱梁畸变理论,求得了移动偏载作用下考虑截面扭转和畸变的简支矩形薄壁箱梁受迫竖向振动解析解,通过引入区间过程描述移动偏载的不确定性,推导了简支矩形箱梁竖向振动响应边界的计算过程,分析了不确定性参数的相关性和荷载速度对简支矩形薄壁箱梁竖向振动响应的影响,与有限元计算结果对比验证了本文方法的正确性.

基于变形机动分析的薄壁箱梁畸变效应研究

提出一种通过角点位移分析箱梁畸变效应的理论解析法。基于变形机动分析,以分解的角点位移描述和分析箱梁畸变行为;根据应变假设和闭合箱室满足的翘曲位移连续性条件推导畸变翘曲位移及应力分布模式;根据势能驻值原理,建立以角点位移为未知量的畸变控制微分方程。通过数值算例,验证解析理论和计算方法的正确性。结果表明:按翘曲模式分析的截面翘曲位移沿板宽按直线分布,翘曲正应力的分布与在板元弯曲假设下的应力分布规律相同;考虑泊松比影响后的横向弯矩相比于忽略泊松比时增大未超过0.6%;角点沿垂直顶(底)板方向的畸变位移大于其沿垂直腹板方向的位移分量;腹板与顶板交点处的翘曲正应力和横向弯矩小于腹板与底板交点处的相应值;腹板倾角变化对翘曲正应力和横向弯矩有显著影响,合理减小腹板倾角可一定程度减小翘曲正应力和横向弯矩。

冷弯薄壁C型钢组合桁架梁受力性能试验研究

随着我国绿色建筑发展的不断推进,轻钢结构开始展露头角。冷弯薄壁型钢作为新型建筑材料,在轻钢建筑中仍有较大的发展空间,因此对冷弯薄壁型钢的受力性能进行分析具有一定程度的工程价值。首先开展C型钢组合桁架梁承载力和变形实验,在此基础之上利用ABAQUS建立C型钢组合桁架梁有限元模型,分析有无缀板、自攻螺钉等因素对于组合桁架梁承载力的影响。本文的实验结果表明裸露的骨架梁由于自攻螺钉的剪切而损坏,最终的承载能力取决于螺钉的抗剪能力;缀板的加固对提高梁的承载能力有着显著的影响。

一类具有C-F边界的旋转薄壁梁振动方程整体解的存在性

航空发动机作为大型飞机的心脏,为大型飞机提供动力,是航空工业发展的重要支柱.同时,航空发动机的制造水平也是每个国家国力、科技和工业基础的重要体现.航空发动机零部件中最多也最重要的当属发动机叶片,其重要性主要体现在高速旋转时转子叶片发生的振动故障.为了研究高速旋转时转子叶片发生的振动,在C-F边界条件下考虑了一类圆截面旋转薄壁梁振动方程,其中C-F边界为常见的叶片左端固定(clamped boundary)、右端自由振动边界(free boundary).首先,将振动方程组简化为向量方程,并给出向量方程弱解的定义;其次,借助Faedo-Galerkin方法构造了振动方程的近似解,并利用常微分方程解的存在性理论证明了近似解存在的唯一性;最后,利用能量方法和Gronwall不等式得到了近似解的一致估计,进而得到了方程整体弱解存在的唯一性.利用Gagliardo-Nirenberg不等式、Young不等式和Holder不等式得到了整体弱解的高阶估计,进而证明了整体强解的存在性.

面向薄壁复合梁结构的数据驱动计算均匀化方法研究

面向薄壁复合梁结构开展了数据驱动计算均匀化方法研究,构建了基于模型缩减技术的高效数据驱动多尺度模型.首先,在宏细观关联计算方面,基于数据驱动计算均匀化方法,解耦了传统计算均匀化框架中相互嵌套的宏微观尺度计算,取而代之的是“细观离线-宏观在线”的计算方案,即离线生成细观代表体元的应力-应变等效数据库,以驱动宏观模型在线计算,从而提升在线计算效率.其次,在宏观模型方面,基于Carrera统一理论构造薄壁复合梁结构的宏观降维缩减模型,以减少宏观模型的自由度数和积分点数.最后,在数据搜索方面,采用分层数据搜索方案替换遍历式数据搜索方式,以减少单次搜索的数据量.研究显示,结合模型缩减技术的数据驱动计算均匀化方法,可在保证精度的情况下提高数据驱动计算的效率,为快速预测薄壁复合梁结构多尺度力学行为提供了高效可靠的工具.

基于不同广义位移的薄壁箱梁剪力滞效应分析

为了分析基于不同广义位移下剪力滞效应的状态,分别选取翼缘板最大剪切转角差和剪力滞产生的附加挠度作为广义位移,利用能量变分法推导出基于不同广义位移下的箱梁在跨中集中荷载作用下相应的剪力滞系数和应力。引入ANSYS软件建立箱梁有限元模型,结合典型简支箱梁算例进行分析。研究表明:基于不同广义位移所求得的简支箱梁各关键点处的应力值和剪力滞系数与ANSYS值吻合良好,并且基于附加挠度所求得的实际应力值与ANSYS值更为接近;在顶板中点处按选取附加挠度计算的剪力滞系数为0.846,比按选取最大剪切转角差计算的剪力滞系数0.610增大了38.69%;在底板中点处按选取附加挠度计算的剪力滞系数为0.799,比按选取最大剪切转角差计算的剪力滞系数0.610增大了30.98%。

集中扭矩荷载作用下简支薄壁单室箱梁的约束扭转应力

为研究简支薄壁箱梁横截面参数对扭转应力的影响,以单室箱梁为例,推导出扭转中心、广义主扇性坐标及主扇性静矩等扭转几何特性的实用计算公式。用解析法和ANSYS实体单元计算简支箱梁算例的翘曲正应力和剪应力,并研究悬臂板宽度和箱室高度变化对广义扇性静矩、二次剪应力及剪应力系数的影响规律。结果表明:按本文方法计算翘曲应力与ANSYS模拟结果吻合较好;悬臂板宽度和底板宽度比值为0.3时,能充分发挥腹板承受剪力的作用;随着悬臂板宽度与顶板宽度的比值和箱室高宽比的增大,顶、底板中点处的广义扇性静矩呈现出完全不同的变化规律。

轴向运动复合材料薄壁梁的横向振动分析

研究可轴向运动复合材料薄壁梁的动力学特性.基于VAM(变分渐进法)复合材料薄壁梁理论,采用Euler-Bernoulli梁模型并根据Hamilton原理来建立复合材料薄壁梁的动力学方程.应用假设模态法对薄壁梁进行自由振动分析,通过比较研究验证了该建模方法的正确性,并分析了几何参数和物理参数对薄壁梁固有频率的影响.推导了轴向运动复合材料薄壁梁的横向振动方程,借助四阶Runge-Kutta法进行数值计算,研究了不同纤维铺层方式和不同匀速度大小对可轴向运动复合材料薄壁梁横向振动末端位移响应的影响.

桥梁高空双肢薄壁墩重难点施工技术应用研究

在诸多矩形高墩桥梁建设项目中都广泛运用了液压自爬模施工技术,形成了标准化作业,然而,在设计有横系梁的双肢墩施工中需要进行工序调整,其施工难度大、安全风险高,因此,高空横系梁施工环节成为桥梁下部结构施工的重难点。文章结合目前高空横系梁两种常规的施工技术进行对比分析,即高空横系梁和双肢墩节段同时浇筑及双肢墩墩身与横系梁异步施工技术,并以河南省某山区高速公路跨河大桥为依托,综合分析了高空双肢薄壁墩横系梁关键施工技术应用情况,以便对相关重要技术参数进行及时调整,对相关工艺进行优化和创新。

高等级公路42 m先张法预应力薄壁体U型梁施工技术探讨

针对42 m先张法预应力薄壁体U型梁施工的技术难点,文章依托某高速公路施工项目,通过分析U型梁施工的主要工序,研究了预制梁场布置、混凝土配合比设计及钢绞线分阶段张拉,提出了U型梁预制施工工艺和关键技术。在预制梁工程中,提出完善的分阶段温控蒸汽养护系统及方法,介绍了混凝土浇筑过程中同步安装模板的施工工艺,制订并实施了成品U型梁的静态承载力检测方案,研究成果可为U型梁的预制生产提供经验。

双肢薄壁空心墩系梁施工支架方案的研究与应用

结合乌鲁木齐绕城高速(西线)工程PPP项目头屯河连接线特大桥主桥双肢薄壁空心墩系梁的特点,重点介绍了墩系梁支架的设计思路及施工工艺流程。该墩系梁支架方案由穿心棒法与满堂脚手架现浇支架法相结合,有效地解决了双肢薄壁空心墩系梁施工平台的搭设问题,既保证了施工安全,又节约了工程措施费,加快了工程进度,所取得的经验可为后续类似高墩系梁的施工借鉴。