王棽[1]2004年在《考虑几何非线性的开口薄壁杆件结构有限元分析》文中研究说明薄壁杆件在弯扭变形时的正应力和剪应力分布及大小与通常的实体截面杆件差别很大,而且,在一般情况下,薄壁杆件受扭后,杆件截面上各点不仅在其平面内产生相对位移,而且平面外产生翘曲(凹凸)。因此,对薄壁杆件应用有限单元法时,必须增加表征截面翘曲变形的翘曲角自由度,所以薄壁杆件单元结点具有7个自由度而不是通常的6个。而且,薄壁杆件结构能够承受很大的位移而不产生大的应变,因此,研究考虑几何非线性的薄壁杆件的力学性能具有重要的理论和工程应用价值。本文的主要目的是探讨在需要考虑几何非线性的情况下,开口薄壁杆件结构的地震反应时程分析。为此,本文采用了适用于开口薄壁结构有限元分析的有限元程序XFINAS,该程序能够对开口薄壁杆件结构进行静力和动力,线性和非线性分析,但在考虑几何非线性的地震反应时程分析上的应用尚未见开展。为了开展这方面的研究,本文首先论述了开口薄壁杆件结构的基本理论,并对XFINAS作了细致的研究,总结了该程序的理论背景及计算流程,对程序做了大量的调试和优化工作,确认并删除了程序中过时的和多余的语句,修改了程序中子程序调用等错误,使XFINAS程序最终能够顺利高效地运行。在此基础上,对程序的数据输入文件做了进一步的修改,探讨了XFINAS在开口薄壁杆件结构非线性地震反应时程分析上的应用,并通过算例证明了该程序在开口薄壁杆件结构非线性地震时程分析方面的有效性。
王棽, 伋雨林, 朱宏平[2]2005年在《考虑几何非线性的开口薄壁杆件结构有限元分析》文中研究指明介绍了开口薄壁杆件结构截面易发生翘曲的特点,分析了考虑该特点的有限元程序XFINAS,通过对程序的完善和开发,探讨了该程序在开口薄壁杆件非线性地震反应上的应用,并通过数值算例与SAP2000的计算结果的对比说明了该程序在开口薄壁杆件结构非线性地震反应分析上的有效性.
何育青[3]2007年在《空间薄壁钢结构有限元分析及程序模拟》文中研究表明随着轻型钢结构在工程中的广泛应用,薄壁构件的应用问题也越来越突出,它的受力分析亦变得尤为重要。薄壁构件和实体构件的最大区别就是横截面上的翘曲变形不能再视为相对次要因素而略去不计,因此,由薄壁杆件组成的薄壁结构,无论从薄壁杆件自身还是从薄壁结构整体来讲,其空间的受力反应和变形都十分突出,必须对其进行认真的分析。本文针对开口薄壁杆件主要特征,根据Vlasov的薄壁理论计算了多种开口薄壁截面的几何参数,弥补了《冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018—2002)》中截面相关参数的不足:在约束扭转状态下对薄壁杆件进行静力分析,推导出在集中扭矩和均布扭矩作用下杆件端点的扭矩和双力矩计算公式;考虑翘曲影响,对运用矩阵位移法和有限单元法求得的14×14阶单元刚度矩阵差异进行探讨,求出两种矩阵相吻合的应用范围;采用初参数法和有限元法对算例进行分析,比较两种计算方法的优缺点以及说明翘曲对应力的影响。在静力分析的基础上,运用带有动坐标的迭代法对结构进行几何非线性分析,求解屈服荷载。在振动分析方面采用集中质量矩阵,采用行列式搜索法计算结构的自振频率和振型向量,为薄壁结构的抗震设计提供理论依据。利用Fortran 90语言编制了适用于薄壁结构的计算程序,以14层轻型钢结构为例进行模拟分析,求得结构的屈曲荷载以及自振频率,并将静力计算结果与不考虑翘曲影响的计算结果进行了对比,说明翘曲对内力和应力有明显影响。
张逸凡[4]2005年在《含开口薄壁杆件的大型空间结构热变形与热屈曲分析》文中进行了进一步梳理热屈曲是航天器设计中经常遇到的问题,对于含开口薄壁杆件的大型空间柔性结构来说,热屈曲问题尤为严重。目前热引起结构弯扭耦合屈曲的机理尚未得到充分的阐明。而本文的工作说明,在研究这个问题时开口薄壁杆件本身的特性是必须加以考虑的因素。本文发展了一种包含翘曲自由度的二节点开口薄壁杆单元。该单元可以综合考虑约束扭转与弯扭耦合的影响,并在大变形分析的几何刚度阵中考虑了热应力的影响。在此基础上,本文将该新型单元与其它传统梁单元相结合,发展了一种计算含开口薄壁杆件的大型空间杆系结构热变形以及热屈曲的有限元方法。对于热变形计算,可以考虑杆件截面内非均匀分布的温度场所产生的热力矩以及热双力矩的作用;对于热屈曲分析,给出了复杂结构在一定温度场下的热屈曲问题提法。上述方法已经被编成了相应的有限元计算程序,并且进行了若干计算。对简单梁模型算例,用本文方法所求得的各阶屈曲特征值和屈曲模态与ANSYS二维薄壳有限元解吻合甚好。这表明该开口薄壁杆单元具有良好的适用性。计算结果同时表明在考虑开口薄壁杆的特性之后,杆件的弯扭耦合热屈曲将先于弯曲型屈曲发生。本文进一步对哈勃太空望远镜太阳帆板的简化模型进行了大变形与屈曲分析。用本文的程序计算所得的变形以及预应力屈曲临界值和前人使用解析方法所得到的近似解基本符合,从而进一步验证了本文计算方案的正确性。最后本文利用相同的方法对哈勃太空望远镜太阳能帆板进行了热屈曲分析,成功地解释了热使该太阳帆板发生扭转屈曲的原因。
金声[5]2009年在《开口薄壁构件的单肢解析化分析》文中研究指明开口薄壁构件的一个重要力学特点是翘曲受到约束时对扭转产生不可忽略的影响。前苏联学者符拉索夫(V.Z. Vlasov)在“刚周边假定”基础上提出开口薄壁构件考虑约束扭转的实用分析理论,该理论的一系列观点和措施已成为普通钢构件和薄壁构件一系列分析理论,如弯扭屈曲理论的基础。约束扭转和弯扭屈曲的分析理论具有较为复杂的表述和结论,不便于理解,并带来应用上的困难。本文重视翘曲因素在开口薄壁构件约束扭转问题中的主导地位,并在翘曲与畸变、扭转以及弯曲的之间的关系处理上打破常规,形成对薄壁构件的逐步深入的清晰认识思路。文中首先从薄壁构件剥离出反映其主要力学特点的“板件面内拉弯综合抗力体系”,而该体系的分析方法和结论是平面弯曲理论的自然发展;然后提出一种新的脱离体分析方法——基于抗力的脱离体拆分法,并在视“板件面内拉弯综合抗力体系”为“基本体系”的基础上,以“多余未知力”的形式引入自由扭转刚度的影响,从而对考虑约束扭转的开口薄壁构件分析这个“超静定”问题,提供更加便于理解和应用的“力法”认识思路。在相同前提下,本文取得与传统理论一致的结论。对比这两种方法发现,后者一系列措施围绕着将薄壁构件的分析凝聚到弯心轴这一目的,而本文的方法则可以在单肢化分析的基础上以矩阵为工具提供灵活多变的结论表述方式。针对弯扭屈曲理论中关键的假想力分析问题,本文同样采用单肢化的分析方式。单个板件的稳定分析可从成熟的平面杆件面内稳定分析理论获得有益参考,在此基础上,通过单肢化分析的综合,得到开口薄壁构件的弯扭屈曲分析新方法,该法同样适用于截面构型特点类似的大多数普通钢构件。自Wagner以来,弯扭屈曲理论在不断发展的同时,也不断产生新的疑问,至今仍有争议,甚至在国内外数本现行规范的冲突性条文中有所体现,新的研究倾向于更多非线性因素的引入。文中探讨了其中的理论根源,而本文的思路则避免了以Wagner效应为代表的诸多复杂因素讨论,将“杆件”的稳定理论向最初的简单形式回归。鉴于局部屈曲和畸变屈曲是控制薄壁构件稳定承载能力的重要因素,本文认为,对于开口薄壁构件而言,畸变分析同样必要。因此,文中探讨了考虑畸变的分析方法。与自由扭转刚度一样,对于畸变抗力的考察,同样以“多余未知力”的方式得到实现。文中首先提出了简化方法,通过对截面畸变线型和畸变抗力进行符合开口薄壁构件力学特点的简化假定,可以在材料力学的理论背景下提供考虑畸变的简便分析方案,便于理解且易于实施。然后,通过相应措施的引入,提高了截面畸变线型自由度,并完善畸变抗力描述,使得方法的适用性和精确度得到增强。在全面考虑拉压、弯曲、翘曲、扭转、畸变等抗力刚度的基础上,本文提出全面反映整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等可能性的开口薄壁构件线性屈曲分析方法,作为本文思路应用于非线性分析能力的初步展示。注意到薄壁构件的屈曲模态定义及其分析的重要意义,本文对此进行了深入探讨。其中值得注意的是,目前对于畸变屈曲模态特点的认识尚不足以形成其严格的数学定义。作者从关于畸变屈曲的认识深化和理论发展历史中得到启发,并经分析归纳,提出假想力条件,对畸变屈曲的严格定义进行了必要的补充。本文的模态分析方法对薄壁构件多样化的截面、荷载及约束型式具有统一的适应性。这部分讨论对于进一步推广用于确定薄壁构件稳定承载能力的“直接强度法”有积极的意义。为充分实用的目的,对文中探讨的所有问题,除了必要的理论化结论外,均同时给出了可以在基本的矩阵运算能力平台上迅速得到实现的具体方法,例如矩阵位移法等。本文对开口薄壁构件的分析提出叁个基本观点:首先,翘曲和畸变没必要被视为互不相容的问题;其次,不必强调翘曲和弯曲的正交性,它们的分析可以在单肢解析化的基础上获得统一;最后,对于薄壁构件而言,把分析凝聚到轴上进行这一来源于材料力学的惯用措施并不一定能使分析得到简化。文中各章的分析和讨论表明,在这叁个基本观点的基础上所建立的关于薄壁构件的全新分析思路体系是合理、有效的。
尹永青[6]2005年在《薄壁杆件约束扭转分析》文中研究说明薄壁结构在当今桥梁与建筑工程中是一种比较普遍的结构形式,通常把薄板、壳体和薄壁截面组成的结构称为薄壁结构。与其它结构形式相比,在基于满足强度要求下,薄壁结构具有重量轻,强度大,能充分利用材料的特点,故薄壁结构广泛地应用于工程实践。由于薄壁结构在工程中应用的范围不断扩大,使得薄壁结构的理论和应用技术不断地向前发展,薄壁结构力学已发展成为弹性力学的一个重要分支。 本文研究的是一种特殊的薄壁结构——薄壁杆件结构。文中分别阐述了薄壁结构经典理论与薄壁杆件的有限元理论。 经典理论主要可分为符拉索夫开口薄壁理论与乌曼斯基闭口薄壁杆件约束扭转理论。文中对乌曼斯基理论进行了探讨,并总结了梁的几何特征对乌曼斯基理论的影响。针对开口薄壁杆件理论,本文概括了梁长、壁厚及梁截面几何尺寸对最大应力误差的影响。并以求解简支薄壁开口截面杆件弯
何志[7]2013年在《考虑剪切变形的开口薄壁杆件静动力学理论及其数值分析》文中认为在传统开口薄壁杆件结构力学计算中,常常忽略横向剪切变形和扭转剪切变形,为此本文引入剪切变形的影响,修正了uler-Bernoulli梁与Vlasov薄壁杆件理论,然后用刚度法得到考虑剪切变形影响的数值计算精确的空间薄壁杆件单元刚度矩阵以及用有限元法推导得到类似的单元刚度矩阵,对两种单元刚度矩阵显示表达式中的扭转部分的刚度系数进行了误差比较,并验证了修正后的杆单元刚度矩阵的正确性。研究表明,剪切变形对开口薄壁杆件的高阶振动影响较大,为了得到考虑剪切变形的数值计算精确的动力刚度矩阵,对修正后Euler-Beraoulli梁与Vlasov薄壁杆件理论采用D'Alembert原理形成弯扭耦合振动的控制微分方程,最终用动力刚度法给出了动力刚度矩阵的计算表达式,用Wittrick-Williams (W-W)算法完成对算例的频率的求解,并与其他研究者的结果进行了比较,发现本文计算得到前叁阶自振频率结果与综合考虑转动惯量与剪切变形的影响的结果相比,相对误差不大于3%。在实际薄壁杆件结构位移计算过程中,整体结构分析的误差主要来源于所建立的节点连接模型。为了考虑节点的连接模型的特性,采用了连接单元法,通过数值构造的方法使得所形成的连接单元不仅能考虑节点连接的半刚性,而且能体现翘曲位移传递的规律,然后把该连接单元编制到空间薄壁杆系计算程序中,进行了不同节点连接的杆系结构静力计算以及半刚性连接的门式刚架的自振频率的计算,并利用软件计算得到结果验证了本程序结果的正确性。
张宇[8]2012年在《闭口薄壁杆件关键力学特性研究及其工程应用》文中研究指明薄壁结构与其他形式的结构相比具有重量轻,强度大,材料利用充分等特点,因此,在工程实践中得到广泛应用。目前,薄壁结构力学已然发展成为弹性力学的一个重要分支。本文对一种特殊的薄壁结构——薄壁杆件及其约束扭转理论和工程实际应用进行了分析和研究,主要取得以下几个方面的研究成果：1.采用乌曼斯基薄壁杆件约束扭转经典理论与MSC.PATRAN/NASTRAN数值试验相结合的方法,对类椭圆截面闭口薄壁悬臂杆件的约束扭转问题展开了研究。通过大量的算例分析了类椭圆薄壁杆件几何尺度(即横截面长宽比,杆件壁厚,杆件长度)对约束扭转的扭转角计算精度的影响,获知在满足薄壁杆件几何定义基础上,当横截面长宽比不小于4/3时,理论值与试验值最大相对误差约为3%左右,满足工程实际要求,从而确定了本文推导的理论计算公式的适用范围。2.综合分析大吨位起重机椭圆截面和大圆角矩形截面吊臂力学性能,提出了一种类椭圆截面的大吨位起重机吊臂结构。通过乌曼斯基理论计算其约束扭转翘曲系数,表明在自重相等、承载一致时,类椭圆截面吊臂较矩形截面吊臂拥有更优越的约束扭转性能。然后,通过类椭圆截面吊臂算例,计算分析了其约束扭转翘曲位移、翘曲正应力和临界扭矩等相关参数,为该型吊臂的工程应用提供了理论参考。3.分别推导了实际工程中常见的五边形截面吊臂、六边形截面吊臂和八边形截面吊臂约束扭转参数计算公式,并基于MSC.PATRAN/NASTRAN数值试验,验证了理论计算公式的正确性。然后,通过算例获知了上述多边形截面吊臂影响约束扭转性能的关键点,以及约束扭转临界扭矩,以期为工程设计和结构改进提供理论支撑。最后,对以上四种吊臂的扭转性能做了综合比较,获知：五边形截面吊臂具有较好的约束扭转特性。而类椭圆截面吊臂约束扭转特性优于六边形截面和八边形截面吊臂。4.借鉴桥梁工程的成果,提出了“Y”型薄壁刚构的门式起重机结构。基于ANSYS有限元分析表明,改进后结构的力学特性得到很好地提高；结合某轿车白车身振动模态分析工程实例,研究了薄壁杆件对白车身低阶弯扭模态的影响。以上工作展现了薄壁杆件和薄壁结构在工程中的应用,体现了研究薄壁杆件和薄壁结构力学特性在机械产品静态设计和动态分析中的重要地位。
王元龙[9]2007年在《开口薄壁杆结构抗震分析的有限元法》文中研究指明随着工程技术的发展和进步，开口薄壁杆结构越来越广泛应用于桥梁工程、海洋工程、高层建筑、航空工业以及汽车、农机等机械设备中。针对实际工程的迫切要求，开口薄壁杆结构在强迫荷载作用下的动力反应分析和地震荷载作用下的动力反应分析变得尤为重要。由于实验条件的限制，其数值计算方法将变得十分有意义。本文根据薄壁杆结构的基本理论和符拉索夫的刚性周边假定，建立了开口薄壁杆结构动力特性和地震反应分析的一维离散有限元数值计算理论和方法。本文根据符拉索夫关于薄壁杆结构的理论和假设，利用哈密顿原理分别建立了开口薄壁杆结构约束扭转振动分析和考虑剪力滞后效应的拉压弯扭振动分析的一维离散有限元计算模型，并利用振型分解法求出结构在简谐强迫荷载作用下的动力反应，计算分析了结构的自振频率、振型向量和简谐强迫荷载作用下的位移幅值。最后利用F90语言编制了计算程序。本文利用振型分解反应谱法和振型分解时程法建立开口薄壁杆结构在地震荷载作用下的一维离散有限元计算模型，计算分析了结构的自振频率、振型向量、最大地震作用效应以及结点的位移和加速度响应，为薄壁杆结构的抗震设计提供理论依据。最后利用F90语言编制了计算程序。与一般有限元法相比，本文采用的一维有限元法离散单元较少，数据准备简单，节省内存空间，计算结果精度较好，计算效率较高。
谢雯馨[10]2015年在《基于齐次化广义屈服函数的工字型薄壁杆件结构极限承载力分析》文中研究说明工程实际中,开口薄壁杆件的应用愈发广泛,对其极限承载力的研究也愈发重要。近年来提出弹性模量缩减法(EMRM),建立新的弹性模量调整策略(变形能守恒原理),根据广义屈服准则,据此迭代得到结构的极限承载力。本文以工字型薄壁杆件结构为研究对象,将薄壁杆件的弯扭特性考虑到极限承载力的计算当中。开展能体现薄壁杆件结构的薄壁特性的广义屈服准则的齐次化研究,并应用到工字型薄壁杆件结构的弹性模量缩减法分析中,EMRM的使用范围得到扩大。具体研究工作如下：(1)以开口薄壁杆约束扭转理论为基础,通过Hermite函数,建立位移场,得到总势能泛函。用一维离散有限元法,推导出开口薄壁杆件结构在拉压、弯曲、约束扭转荷载的组合作用时的单元刚度矩阵,并主要针对工字型薄壁连续梁、平面板架、一般空间刚架进行了内力分析,画出主要反映薄壁杆受力特性的双力矩图等。(2)针对工字型薄壁杆件,利用回归分析和最小二乘法推导建立了考虑开口薄壁杆件全部七项内力的齐次化广义屈服函数,从根源上避免了在采用EMRM进行分析时,使用传统非齐次广义屈服函数存在的缺陷。消除了在计算时,因初始荷载乘子的不同而计算结果不同的问题。(3)结合塑性极限分析,基于本文拟合的工字型薄壁杆件齐次化广义屈服准则的弹性模量调整法。针对工字型薄壁杆件结构,推导和建立其数值模型,以计算工字型薄壁杆件结构的极限承载力。本文建立的工字型薄壁杆件结构的弹性模量调整法,将EMRM的适用范围扩大,实现了工字型薄壁杆件在复杂荷载作用下的塑性极限承载力分析。(4)用EMRM对工字型薄壁杆件进行极限承载力分析时,对其网格密度、收敛容差等参数进行敏感性分析,并给出在对工字型薄壁杆件结构的弹性模量缩减法计算参数的取值建议,并与弹塑性增量法(EPIA)对参数的敏感性分析做比较。本文方法与EPIA等方法相比,使用时更简单,能同时兼顾计算效率与计算精度。
参考文献：
[1]. 考虑几何非线性的开口薄壁杆件结构有限元分析[D]. 王棽. 华中科技大学. 2004
[2]. 考虑几何非线性的开口薄壁杆件结构有限元分析[J]. 王棽, 伋雨林, 朱宏平. 华中科技大学学报(城市科学版). 2005
[3]. 空间薄壁钢结构有限元分析及程序模拟[D]. 何育青. 内蒙古科技大学. 2007
[4]. 含开口薄壁杆件的大型空间结构热变形与热屈曲分析[D]. 张逸凡. 清华大学. 2005
[5]. 开口薄壁构件的单肢解析化分析[D]. 金声. 重庆大学. 2009
[6]. 薄壁杆件约束扭转分析[D]. 尹永青. 太原理工大学. 2005
[7]. 考虑剪切变形的开口薄壁杆件静动力学理论及其数值分析[D]. 何志. 广西大学. 2013
[8]. 闭口薄壁杆件关键力学特性研究及其工程应用[D]. 张宇. 西南交通大学. 2012
[9]. 开口薄壁杆结构抗震分析的有限元法[D]. 王元龙. 广西大学. 2007
[10]. 基于齐次化广义屈服函数的工字型薄壁杆件结构极限承载力分析[D]. 谢雯馨. 广西大学. 2015