复合材料层合板挠曲变形的梁函数分析

本文利用克雷洛夫函数的组合，构造了一个适应于固支边界条件的梁函数。首先将它应用于均质各向同性、受任意载荷二端固主梁．由计算结果发现，该梁函数具有很高的收敛速度，仅取前两项，其结果和材料力学结论相比，其相对误差可控制在1％左右。而后将此梁函数用于求解四边固支复合材料短形板的挠曲变形。通过一系列的参数变化对最大挠度的影响分析，得到一些有益的结果，可供工程应用参考。

罚函数在复合材料工字梁优化设计中的应用

复合材料工字梁的设计属于多变量多约束问题,传统方法在计算时多采用经验公式,计算迭代过程繁琐,不能使材料得到充分利用。本文采用外点法罚函数的数学优化方法,对复合材料的工字梁进行优化设计,获得了较好的结果,与传统优化方法相比,加快收敛速度,缩短了计算时间。

采用新型假设剪切应变插值函数的Timoshenko梁单元

挠度与转角独立插值的Timoshenko梁在板架及高腹板梁的计算中具有很大优势,但传统的采用Lagrange插值的Timoshenko梁单元计算误差较大,且在细长梁情况下易发生剪切锁死。本文从Timoshenko梁理论出发,采用假设剪切应变法,将假设剪切应变的插值函数分别用三角函数、二次多项式及指数函数表示,得到3种两节点四自由度梁单元。这些单元不会发生剪切锁死,且在无论是细长梁还是高腹板梁的计算中均具有不错的精度,特别是在高腹板梁情况下计算结果尤其准确。同时该新型单元表达格式简单,计算效率较高,易于运用。

复合材料Timoshenko梁的自由振动

考虑了横向剪切和转动惯性力而不便于寻求与均匀梁振动解的相似转换关系。采用打靶法数值求解自由振动对应的常微分方程边值问题，获得了两端固定和一端固定一端自由的复合材料Timoshenko梁固有频率数值解，分析材料性质梯度变化参数和长细比对频率频的影响。

解析型弹性地基Timoshenko梁单元

采用双参数弹性地基模型和Timoshenko深梁模型,建立了弹性地基一般梁挠度控制方程,求解得到了挠度方程解析通解,构建了双参数弹性地基深梁的挠度、截面弯曲转角及剪切角的解析位移形函数。建立了梁模型、梁基模型等两种势能泛函,利用最小势能原理,构造了两个双参数弹性地基深梁单元,给出了单元列式。分析表明:梁模型单元在均布荷载作用下误差为0.221%,非均布荷载作用下误差为0;梁基模型单元在均布荷载作用下误差为0,在两端集中力作用下误差为6.597%,在跨中集中力作用下误差为102.716%;同时,该文提出的双参数Timoshenko梁模型单元不存在剪切闭锁的问题。

解析型Timoshenko梁有限单元

为提高深梁结构内力及变形的计算精度和效率,以 Timoshenko 梁理论为基础,建立了深梁位移控制方程,进而构造了深梁挠度、截面弯曲转角和剪切角的解析位移形函数.采用势能原理建立了深梁的势能泛函,利用势能变分原理得到了解析型单元列式,进而给出了解析型单元总刚度矩阵,将其与理论解、插值多项式深梁单元进行对比分析.结果表明:构造的解析型单元只需划分为一个单元即可保证计算的深梁挠度和转角与理论解一致,采用插值多项式单元确定的挠度和转角与理论解的相对误差最大可达到 19.785%.同时,为验证剪切变形对深梁位移影响,将构造的单元与 Euler 梁单元的计算结果进行对比.对比表明:对于承受均布荷载作用的悬臂梁,基于 Euler 梁计算的位移与基于 Timoshenko 梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到 50%;对于承受端部集中弯矩作用的简支梁,基于 Euler 梁计算的位移与基于 Timoshenko 梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到 10.769%.本文构造的单元满足了高精度、高效率的要求;该解析型梁单元可适用于浅梁分析,且不存在剪切闭锁的问题.

移动荷载作用下周期支承Timoshenko梁动力响应

针对移动荷载作用下周期支承Timoshenko梁的具体结构,将其任一梁单元分解为一个支撑单元和两个非支撑单元。在轨道结构动力响应的周期解析解的基础上,采用传递矩阵法,应用Laplace变换等理论,推导周期支承Timoshenko梁的传递矩阵。将激振点的状态变量乘以一系列梁单元的传递矩阵,推得拾振点的传递函数,进而给出移动荷载作用下周期支承Timoshenko梁上任一点的动力响应解。

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析

将钢轨视为无限长Timoshenko梁,由两层弹簧阻尼系统连续支撑,在频域建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型。提出采用格林函数法求解钢轨运动偏微分方程,可在较宽频域内得到轨道动力响应避免模态截断频率限制,结合车辆方程求解点导纳及传递导纳,运用虚拟激励法将真实轨道谱激励作为系统输入,求解车辆-轨道系统随机振动响应,并将该弹性轨道与传统刚性轨道、简化弹簧轨道模型结果进行对比。研究结果表明,采用格林函数法求解无限长Timoshenko梁弹性轨道模型可快速实现全频域计算,得到轨道系统频率响应特性。利用虚拟激励法及叠加法,可得到轮轨多点接触工况下的车辆与轨道结构随机振动响应。采用刚性轨道结构模型会导致过高估计车辆结构在高频的振动,整个耦合系统振动响应均对速度较敏感。考虑轨道弹性影响的弹性轨道模型更符合实际,采用格林函数法求解轨道模型较为快速精确。

非对称混杂边界轴向运动Timoshenko梁横向振动分析

研究两端带有扭转弹簧且弹簧系数均可任意变化的非对称混杂边界下的轴向运动Timoshenko梁的横向振动.利用非对称混杂边界条件推导对应任意弹簧系数的系统超越方程以及特征函数.运用数值方法计算系统的固有频率及其相应的模态函数,并研究确定梁的刚度、轴向速度以及边界处扭转弹簧的刚度的影响.通过数值算例,比较Timoshenko梁、瑞利梁、剪切梁和欧拉梁的固有频率随轴向速度的变化,分析转动惯量和剪切变形的影响.

附加约束阻尼层的复合材料梁单元建模分析

复合材料空心圆截面梁是桁架和刚架结构中大量采用的常用构件,而实践证明约束阻尼层能有效改善复合材料空心圆截面梁的动力学特性,但传统的约束阻尼层结构有限元计算方法需要大量的单元,这给大型复杂结构的计算带来了巨大的困难。本文采用Timoshenko梁假定,建立了一类附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁弯曲的数学模型。应用Hamilton原理,采用三节点高次梁单元对构件进行离散化,建立了附加约束阻尼层复合材料空心圆截面梁的梁单元。同传统的锥壳单元相比,该方法极大地减少了计算时间。用实验验证了本文计算结果的正确性,同时也分析了约束层厚度对损耗因子的影响。

钢板混凝土复合梁在爆炸荷载作用下的损伤评估研究

为满足钢板混凝土复合梁爆炸损伤评估的实际需要,完成了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁承载性能的比较试验,研究了两种梁的承载性能与破坏特点,获得了二者的抗力试验曲线、抗弯变形限值及抗力函数。基于钢板混凝土复合梁的等效单自由度运动方程,采用数值求解方法,得出了评估其在爆炸荷载作用下破坏状态的超压-冲量(P-I)等损伤曲线。研究结果表明:钢板混凝土复合梁的承载力、变形限值、临界超压以及临界冲量比钢筋混凝土梁的都要高,前者的抗爆性能更好。

Timoshenko梁模型下完整桩瞬态横向振动半解析解

文章采用Timoshenko梁模型下桩-土系统横向振动的动力学模型和数学模型,通过Laplace变换,得到桩顶横向振动速度在频域内的解析解,进行快速Fourier逆变换,得到桩顶速度时域内的表达式;根据试验桩参数绘制出速度导纳曲线及桩顶速度曲线,分析Bernoulli-Euler梁模型和Timoshenko梁模型的速度导纳曲线的特点,对比2种模型桩的理论速度曲线与试验桩实测速度曲线的差异;分析不同参数对桩顶横向动力响应的影响。结果表明,Timoshenko梁模型的结果比Bernoulli-Euler梁模型更接近于工程实际中低应变横向测桩的结果,所得半解析解结果能在频域内进行分析,具有很好的适应性和准确性。

基于裂纹扭转弹簧模型的Timoshenko裂纹梁动力特性分析

忽略裂纹对梁剪切变形的影响,基于开裂纹的等效扭转弹簧模型,建立了Timoshenko裂纹梁动力弯曲的控制方程,得到了一种新的裂纹梁动力弯曲控制方程的求解方法,得出了具有任意条裂纹Timoshenko梁自振模态的统一显式表达式。数值分析了简支、悬臂、两端固支Timoshenko裂纹梁的自振频率和振动模态,考察了裂纹数目和裂纹深度等因素对裂纹梁动力特性的影响。结果表明:随着裂纹数目和深度的增加,裂纹梁的自振频率减小,且当裂纹较深时,裂纹深度对自振频率的影响显著;裂纹梁的挠度模态曲线和转角模态曲线在裂纹处分别呈现尖点和跳跃现象,且尖点效应和转角跳跃随裂纹深度的增加而愈加明显。另外,当裂纹处的弯矩为零时,裂纹对梁的自振频率和振动模态没有影响。这些结果可对梁的安全性评估及裂纹损伤检测提供理论指导。

有限挠度下Timoshenko梁中的非线性弯曲波及其混沌行为

以Timoshenko梁理论为基础,引入了有限挠度和轴向惯性,建立了支配梁运动的非线性偏微分方程组,采用行波法求解,通过某些积分技巧,将其转化为一个非线性常微分方程.常微分方程的定性分析表明,在一定条件下,系统存在异宿轨道,预示着有冲击波解存在.借助Jacobi椭圆函数展开求解,得到了非线性波动方程的准确周期解及其当模数m→1退化情况下的冲击波解.进而考虑阻尼和外加横向载荷对系统的摄动,利用Melnikov函数给出了横截异宿点出现的阈值条件,从而表明系统具有Smale马蹄意义下的混沌性质.

弯矩作用下热塑性复合材料悬臂梁弹塑性分析

基于Timoshenko梁理论和Tsai-Hill屈服准则,建立了自由端弯曲载荷作用下悬臂梁弹塑性问题分析的数学模型,并得到了梁应力和位移的精确解。通过与相关文献和有限元计算结果进行对比,验证了该方法的正确性,并在此基础上,进一步分析了纤维方向角、弯矩、跨高比以及纤维体积分数对梁弹塑性应力和位移的影响规律。相关成果可为热塑性复合材料的设计和工程应用提供参考。

复合材料脱层梁的屈曲分析

本文研究了具有任意位置穿透型脱层的复合材料梁的屈曲问题。基于弹性理论建立了复合材料脱层梁的基本方程式。对脱层梁进行了分区处理,利用B样条函数作为位移型函数的基函数,方便地描述了脱层长度、脱层位置。考虑边界条件、区间位移连续性条件和弯矩剪力的平衡条件以及纵向内力的附加条件,对基本方程式进行了求解。得出了脱层位置不同、脱层长度不同的屈曲荷载的变化规律,并与轴对称脱层时的屈曲荷载进行了比较。认为层合梁考虑脱层对屈曲的影响是非常必要的。

任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲

研究边界弹性支承任意阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形,利用Heaviside函数给出了在横向载荷作用下阶梯型截面Timoshenko梁弯曲挠度和转角的解析闭合解,避免了经典解析方法应用分段函数导致的繁琐.在此基础上,数值分析了固支和悬臂单、双阶梯型截面Timoshenko梁的弯曲变形,考察了变截面位置、截面大小、梁高跨比以及边界支承刚度等对Timoshenko梁弯曲的影响.结果表明,阶梯型截面Timoshenko梁的挠度和转角与等截面Timoshenko梁的挠度和转角有较大的差异,虽然阶梯型截面Timoshenko梁挠度光滑,但在截面变化位置处,阶梯型截面Timoshenko梁转角斜率存在明显的跳跃.

用奇异函数法解变截面竹木复合空心板的变形

采用奇异函数法求得了变截面竹木复合空心板的挠曲线方程式,用叠加法验证了奇异函数法所得结果的正确性,比较了变截面与等截面两种结构下的变形。结果表明,用奇异函数法处理集中量或不连续问题较传统方法有明显的优势。

三维编织复合材料矩形空心断面梁的刚度优化

运用约束变尺度法研究三维编织复合材料空心断面梁的刚度特性 目标函数分别为梁的各项刚度系数或其组合 ,设计变量为该复合材料的编织工艺参数和梁的几何参数 采用优化设计方法得到了较理想的结果 ,对三维编织复合材料空心梁的设计有一定的参考意义 表 1,参

弹性地基上复合材料夹层梁的解析分析

针对弹性地基上的复合材料夹层梁 ,从具有两个广义位移的梁理论出发 ,导出了问题的数学模型 .采用状态空间法 ,并定义了一类广义克雷洛夫函数 ,给出了问题的解析解 .为此类问题的具体分析 。