基于改进Reddy型三阶剪切变形理论的弹性地基上FG-CNTRC板屈曲无网格分析

针对含碳纳米管转向的Pasternak地基上功能梯度碳纳米管增强复合材料FG-CNTRC(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite)板的屈曲问题,提出了一种基于改进Reddy型三阶剪切变形理论TSDT(third-order shear deformation theory)和移动最小二乘近似MLS(moving-least square)的无网格分析模型。该模型避免了无网格法第二类边界条件的施加困难问题,且能够满足中厚/厚板的自由表面条件,无需额外引入剪切修正因子。基于最小势能原理推导了弹性地基上FG-CNTRC板的无网格屈曲控制方程,采用完全转换法处理本质边界条件。通过基准算例验证了本文方法的收敛性及有效性,讨论了碳纳米管的转向角、体积分数、分布形式、地基系数、宽厚比和边界条件等对FG-CNTRC板临界屈曲荷载的影响。

Winkler/Pasternak/Kerr地基上多孔FG板基于四变量板理论的自由振动分析

本文提出了一种新的广义四变量板理论,用于弹性地基上孔隙依赖功能梯度材料板(porous func-tionally gradedplate,简称孔隙依赖FG板)自由振动分析。考虑了三种不同的孔隙率分布(包括均匀分布、非均匀分布和对数非均匀分布)并对三种不同的地基(Winkler-Pasternak地基和Kerr地基)行了研究。通过哈密顿原理得到控制方程,通过解特征值问题得到了数值结果,研究了不同孔隙率、长细比、幂律指数和弹性刚度参数对多孔FG板基频的影响,并将所得的结果与已有文献进行对比,验证了本文理论的准确性。

考虑地基水平摩阻的Winkler地基上板模型解析

在Winkler地基模型基础上,采用板与地基之间的水平摩阻应力正比于板与地基接触点间水平位移假设,推演了包含板弯曲和轴向拉压效应的非线性地基板微分方程;应用摄动法分析竖向集中力作用下,板与地基水平摩阻应力对板内力(弯曲力、轴向力和剪应力)、位移(挠度、水平位移)的影响规律,实证了板与地基水平摩阻应力对板剪应力的非线性影响可以忽略不计,从而得到了轴对称条件下计入地基水平摩阻的Winkler地基上薄板的线性微分方程.随后通过汉克尔变换得到了轴对称无限大板的解析解,以及包含四项复宗量贝塞尔函数的轴对称圆形板的解析解,给出了板内力、位移的计算式;最后,通过算例分析了板与地基间水平摩阻状况对板挠度、截面弯矩的影响规律.结果表明:地基板挠度与弯矩随着板与地基间水平摩阻的增大而减少;当地基板水平摩阻参数大于0.01时,地基水平摩阻力对板挠度和弯矩影响有可能超过2%,应予考虑;无限大板作用圆形均布荷载时,水平摩阻的存在最大可使板最大挠度(即荷载圆中心点处挠度)下降约50%,板最大截面弯矩(即荷载圆中心点处弯矩)下降约70%.

有限深度介质上梁非线性能量汇减振的Winkler地基实现

土-结构相互作用对结构动力学特性的影响是一种具有非线性能量汇特征的效应。利用考虑土体质量的Winkler地基梁理论,将有限深度弹性介质等效为非线性能量汇系统的附加质量,建立简谐激励下弹性介质上简支梁系统的非线性动力学模型。采用Galerkin方法和增量谐波平衡法分析了弹性介质上简支梁的非线性动力响应。利用数值计算方法验证了理论结果的正确性,并分析了非线性能量汇的有效性。通过参数优化和分析,揭示了不同参数范围内Winkler地基的减振效果,讨论了其最佳参数范围。研究结果表明:在合理的参数范围内,弹性介质对其支承梁的动力响应有良好的抑制作用,能够快速有效地吸收共振条件下的振动能量,并具有良好的鲁棒性。优化后的非线性能量汇可使梁的共振幅值降低超95%,且具有较宽的减振频带。研究成果从非线性能量汇的角度展现了土-结构相互作用效应的减振机理,为基于弹性地基设计的结构振动抑制提供了理论依据。

正交各向异性Winkler地基板近似弹性理论解

提出一种Ｗｉｎｋｌｅｒ地基板分析新方法。该方法计入了板的横向剪切变形和挤压变形影响，其基本方程如同经典理论一样简单易解。若令地基反力系数Ｋ为零，本文结果即为正文各向异性板的近似弹性理论解。

基于地基土压缩理论的桩筏基础外挑筏板内力简化计算方法及应用

针对桩筏基础外挑筏板内力计算复杂的现状,提出一种简化计算方法。该方法基于地基土压缩理论,在一定的基本假定条件下,利用地基土沉降与筏板底部受力之间存在的关系,建立筏板底部均布荷载系数计算公式;结合筏板顶部均布荷载系数计算,在荷载叠加原理下得到筏板等效均布荷载系数;进而利用结构力学的基本公式,建立外挑筏板内力与筏板以下各层土体压缩量之和的简化计算公式。将该简化计算方法应用于某桩筏基础外挑筏板,验算在规范允许的最大沉降量下外挑筏板的受力状态,并判断其配筋是否满足要求。结果表明,该简化计算方法简单实用,可为类似工程提供参考。

桩筏结构复合地基中筏板受力分析的理论计算模型与试验研究

由于缺乏刚性桩复合地基之上筏板受力的合理计算公式,目前中国高速铁路桩筏结构复合地基中筏板的设计计算仍采用简化算法,其计算结果的准确合理性尚不满足要求,为此拟对桩筏基础之上的筏板进行理论求解。选取桩筏结构中单桩作用的筏板区域作为求解单元,将该单元结构视为位于单桩和Winkler弹性地基共同支撑的四边滑支Reissner矩形中厚板,将Reissner矩形中厚板的基本方程导入Hamilton体系,利用辛几何中的分离变量及本征函数展开等方法,求出矩形中厚板弯曲问题的解析解,进而可求得复合地基上筏板的内力、挠度、桩顶反力和桩间土压力等设计值。最后将现场试验实测值与理论模型解析解的计算结果进行对比,结果采用文中理论模型计算得到的筏板弯矩、桩顶轴力及桩间土压应力等与现场实测结果吻合较好,表明在桩筏结构复合地基的筏板设计中,提出的理论模型是一种准确可靠的计算方法。

Winkler地基板的区间无网格Galerkin方法

研究了具有有界不确定结构参数Winkler地基板的弯曲问题。将无网格Galerkin方法与区间数学相结合,将不确定参数用区间数来描述,给出了估计Winkler地基板弯曲挠度范围的区间无网格Galerkin方法。通过数值算例,表明了本文方法的有效性和可行性。

移动荷载作用下Winkler地基板的等参元分析

采用基于Mindlin板理论的8节点等参单元和Newmark逐步积分法,对Winkler地基上的弹性薄板和厚板在移动荷载作用下的动力响应进行了分析,并与已有的薄板有限条法分析结果进行了对比。考察了荷载移动速度、地基基床系数、系统阻尼比对地基板动力响应的影响。分析结果表明,系统存在固有的共振速度,地基基床系数是确定共振速度的最重要因素,薄板与厚板的挠度响应模态有很大差异。结果证明了该方法的有效性和准确性,对实际工程有重要的应用价值。

基于Mindlin理论Winkler地基参数的Kalman滤波识别

提出了Winkler地基参数的Kalman滤波识别方法。引入Mindlin理论后,推导了Winkler地基上板的控制微分方程。利用Fourier变换,推求了Winkler地基上简支板的Fourier闭式解。推导了Winkler地基参数的Kalman滤波方程,研究了Winkler地基参数的Kalman滤波识别的具体计算步骤。研究表明,运用Kalman滤波理论进行Winkler地基参数的识别,能有效地估计Winkler地基参数;Winkler地基参数的滤波收敛速度和精度受地基参数初始值选取和位移实测资料的影响,且Kalman滤波理论也可用于其他地基模型地基参数的识别。

Winkler地基上变厚度圆板的轴对称弯曲

本文提出了Winkler地基上变厚度圆板轴对称弯曲的传递矩阵算法。首先,根据贝塞尔函数理论获得了等厚度圆板和环板单元在任意荷载作用下轴对称弯曲的解析解,这些解均由通解和特解两部分组成。基于这些解析解,导出了等厚度圆板和环板单元的传递矩阵。然后沿径向将变厚度圆板划分成一个等厚度圆板单元和一系列等厚度环板单元,应用传递矩阵算法原理获得了变厚度圆板的整体传递矩阵。引入圆板的边界条件,给出了该板每条节线上的挠度、径向转角、径向弯矩和径向剪力。最后,讨论了受均布荷载作用的简支线性变厚度圆板的弯曲,将本文数值解与解析解进行比较,证实了本文方法的有效性,并简要地讨论了地基参数对板挠度和径向弯矩的影响。

Winkler弹性地基板梁的自由振动分析

中短型轨道板的几何构型介于梁、板之间,属于宽梁结构。从Mindlin板理论出发,退化得到适用于宽梁的Mindlin板梁控制方程;引入Winkler地基刚度系数,推导得到位移和转角的模态函数表达式。考虑两端简支的边界条件,得到弹性地基板梁的自由振动特征方程。通过无量纲数值算例求解出弹性地基板梁的自振频率,并与Timoshenko梁理论和Mindlin板理论进行对比。研究高跨比、泊松比和弹性地基刚度等参数对结构自振特性的影响,总结出弹性地基板梁方程的特点及适用范围,即宽度效应显著且泊松比较大的宽梁结构。

Winkler地基内磁弹性梁精化理论

结合磁弹性梁和Winkler地基梁精化理论,从线性磁弹性通解出发,利用Lur’e调和函数算子获得了由梁的中线位移、位移梯度和中线上磁场扰动量表示的位移场和应力场;由Winkler地基边界条件和磁场边界条件获得精化理论方程。将应力场分解为关于中线对称和反对称两部分,由反对称部分获得Winkler地基内磁弹性梁的精确挠度方程,磁应力场的对称部分可以分解为纯磁场作用、单向拉伸和超越三部分。

Winkler地基上功能梯度材料矩形厚板的自由振动

直接从三维弹性力学方程基本出发，利用状态空间法并结合层合模型，分析了Winkler地基上具有横观各向异性的功能梯度矩形厚板的自由振动问题，得出了两类独立的自由振动形式。给出了数值例子，并讨论了材料梯度指标的影响。

非均匀Winkler弹性地基上变厚度矩形板自由振动的DTM求解

针对非均匀Winkler弹性地基上变厚度矩形板的自由振动问题,通过一种有效的数值求解方法——微分变换法(DTM),研究其无量纲固有频率特性。已知变厚度矩形板对边为简支边界条件,其他两边的边界条件为简支、固定或自由任意组合。采用DTM将非均匀Winkler弹性地基上变厚度矩形板无量纲化的自由振动控制微分方程及其边界条件变换为等价的代数方程,得到含有无量纲固有频率的特征方程。数值结果退化为均匀Winker弹性地基上矩形板以及变厚度矩形板的情形,并与已有文献采用的不同求解方法进行比较,结果表明,DTM具有非常高的精度和很强的适用性。最后,在不同边界条件下分析地基变化参数、厚度变化参数和长宽比对矩形板无量纲固有频率的影响,并给出了非均匀Winkler弹性地基上对边简支对边固定变厚度矩形板的前六阶振型。

变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的自由振动与屈曲特性

基于经典薄板理论,利用Hamilton原理建立变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板自由振动与屈曲问题的控制微分方程并进行无量纲化。通过一种半解析方法-微分变换法(DTM)研究其无量纲固有频率和屈曲临界载荷特性。采用DTM将其无量纲控制微分方程及边界条件变换为等价的代数方程,得到含有频率和屈曲载荷的特征方程。将该问题退化为面内变刚度矩形板情形,其DTM解与精确解进行对比,结果表明DTM具有非常高的精度和很强的适用性。计算出在不同边界条件下屈曲临界载荷并分析地基刚度变化参数、弹性模量变化参数、密度变化参数、面内载荷和长宽比对矩形板无量纲固有频率的影响,给出了不同边界条件下变刚度Winkler地基上受压非均质矩形板的前三阶振型。

滑动最小二乘插值函数加权残值法在Winkler地基上梁和板分析中的应用

利用滑动最小二乘法构造加权残值法中的试函数 ,采用配点法求出试函数中的系数 ,进而可得到定解问题的解 ;对Winkler地基上的梁和板进行了数值计算 ,并与理论结果进行对比 ,结果表明 ,该试函数适用于多种边值问题 ,且精度高。

加阻尼的Winkler地基上多块板的动力分析

多块板之间的接缝传荷及其与地基相互作用的动力时域问题是刚性路面和机场进行无损检测和评价中的一个重要问题 .利用有限元方法 ,通过对各板隔离分析并将相应矩阵进行扩充 ,使得具有结缝的不连续问题可以像连续问题一样进行有限元分析计算 .该方法不仅可用于求解多块板系统的静力问题、频域下动力问题 ,将地基简化为弹簧和阻尼器 ,可成功地用于动力时域问题 .

基于Mindlin理论的Winkler地基参数动态Bayes识别

基于Bayes理论,提出了Winkler地基参数的动态识别方法。引入Mindlin理论,并利用考虑横向剪切效应板的基本方程,推导了Winkler地基上Mindlin板的控制微分方程。应用Fourier变换技术,推求了Winkler地基上简支板的Fourier闭式解。首次建立了Winkler地基参数的动态Bayes误差函数,推导了地基参数的动态Bayes均值和方差表达式,提出步长的一维自动寻优方案后,并结合共轭梯度法给出了Winkler地基参数的动态Bayes识别步骤。研究表明:动态Bayes识别方法能有效地动态识别Winkler地基参数;Winkler地基参数的收敛性依赖于地基参数先验信息的准确性和考察点位移实测资料的准确性;动态Bayes方法也可用于其它地基模型地基参数的动态识别。

Winkler地基上变厚度矩形板弯曲的微分求积解

运用微分求积法研究了Winkler地基上变厚度矩形板的弯曲问题.给出了四边简支与四边固支Winkler地基上等厚度矩形板的解,同时给出了Winkler地基上变厚度矩形板的解.从算例的结果来看,微分求积法计算精度较高,其是求解各种偏微分方程及工程结构问题的一种较好的数值计算方法.