基于SiPESC平台的机翼流固耦合分析

基于开放式有限元系统SiPESC. FEMS,构建了机翼流固耦合分析的程序框架。程序框架通过研发流固耦合界面数据交换模块来调用结构和流体分析功能.在流固耦合分析中采用高阶面元法对流体计算以获得飞行器机翼上各点处的压力系数。耦合界面交互采用径向基函数插值算法进行流固两相的载荷和位移的双向插值。进一步通过调用结构分析模块计算结构响应更新结构构型,实现机翼流固耦合整体流程分析。计算过程中各分析模块之间的数据传递均是基于大规模工程数据库SiPESC. ENGDBS来实现的。通过算例测试验证了在SiPESC平台上进行流固耦合分析的可行性。     

基于子模型法的钢桁桥整体节点动力响应分析

以新建铁路铜九线鄱阳湖特大桥钢桁桥段为背景,研究了考虑局部细节特性的焊接整体节点在移动列车荷载作用下的动力响应。在对整体有限元模型进行分析的基础上,应用壳到体子模型法对该桥焊接整体节点进行了瞬态有限元分析,获得了局部细节处的应力时程。对结果的分析表明,箱形下弦杆与节点板连接处、整体节点板几何形状突变处和右斜腹杆与节点板连接处,在满载列车作用下,最大应力幅均超过相关疲劳试验给出的疲劳容许应力幅,可能在使用期间发生疲劳破坏。     

基于多弹簧模型的钢框架结构三维弹塑性地震反应分析

文章提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元,用于反复加载下钢构件的数值模拟。应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度的影响,针对单元模型的塑性区长度和弹簧布置两个参数,文中给出了合理建议取值。数值模拟分析表明,所提出的单元模型能够很好地模拟钢构件的弹塑性性能。在此基础上,以多高层钢结构商业设计软件MTS为平台,进行三维钢框架结构弹塑性动力时程分析模块的开发。最后,文章对一纯钢框架结构足尺振动台试验进行数值模拟,模拟分析结果表明,本文所提出的多弹簧单元模型及开发的动力分析模块能够较好地模拟钢结构在地震作用下的弹塑性性能。     

输电塔风振疲劳可靠性分析

基于时域理论研究输电塔在风振作用下的疲劳可靠性问题。本文采用Davenport谱模拟脉动风速,通过分析计算杆件内力,得到风荷载时程数据。利用分析软件SAP2000建立结构的有限元模型,将时程荷载施加到结构有限元模型上,求得输电塔关键杆件应力时程响应。采用雨流法统计分析应力时程数据,得到应力循环幅值及其应力均值。基于疲劳理论的Basquin方程、Miner累积损伤准则以及Goodman修正方程,推导出处理疲劳问题的概率数学模型。结合平均风的分布概率以及计算结构疲劳寿命的方法,得到关键杆件在一定可靠度下的疲劳寿命。通过文章分析可知,随着可靠度数值的变化,结构的疲劳寿命相差极大。     

基于子结构法的海洋平台疲劳可靠性研究

为了对大型结构如海洋平台的疲劳可靠性进行准确的评价并减小计算工作量,针对海洋平台在疲劳可靠度计算过程中存在的诸多不确定性,如环境的复杂性、载荷的高突发性、强随机性和强可变性及在力学分析中的复杂重复工作等问题,提出了基于子结构法的海洋平台疲劳可靠性评价方法。它先采用子结构法将复杂的海洋平台模型简化,对构件层次和失效模式进行划分,然后对不同构件层次和失效模式的可靠度进行了计算,最后对各个子结构的疲劳可靠度进行组合得到海洋平台的整体可靠度。为了验证所提方法的可行性和有效性,分别对一个平面桁架和导管架型海洋平台进行了疲劳可靠度计算。研究发现,本文所提方法不仅可以简化大型结构的复杂程度,减小疲劳计算的工作量,而且在一定程度上可提高计算精度。     

钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析

传统钢结构建筑钢板外部震动下承载力分析方法,是基于总体钢板结构以及受力特征,获取载荷同振动频率间的关系,实现承载力的分析,并未对钢板同混凝土间的应力-应变关系进行分析,导致分析结果存在较高的偏差。提出新的钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析方法,将钢结构建筑钢板横截面简化成混凝土的矩形截面和波纹钢板的工字形梁截面,采用ANSYS有限元软件中的CONTACI2接触单元仿真分析钢板同混凝土两者的影响,分析混凝土及钢板的应力-应变关系、界面模块的应力-滑移关系,采用力平衡迭代法获取外部震动下钢板荷载增量;在上述基础工作上采用有限元软件,对外部震动下钢结构建筑钢板实施有限元接触单元建模及承载力分析。实验结果表明,该方法能够实现钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析,并且分析结果具有准确性高和效率高的优点。     

角钢高压输电塔疲劳寿命计算与分析

输电塔结构长期受到风、雨等环境荷载作用,常常发生高周疲劳破坏甚至倒塌,但到目前为止该方面的研究还很缺乏。本文以一500kV酒杯型输电塔结构为工程对象,模拟了风荷载时程;通过计算得出结构的危险杆件,利用雨流法统计出应力时程;并基于损伤容限理论和断裂力学理论,计算了输电塔的疲劳寿命。结果表明,结构构件的疲劳破坏对于输电塔整体寿命有重要影响,需要有针对性的防范与加固。     

预应力活性粉末混凝土道面板的疲劳损伤试验研究及有限元分析

为了研究疲劳荷载对预应力活性粉末混凝土道面板损伤性能的影响,设计4块尺寸为5 m×2.5 m×0.12 m的试件进行试验。试验采用的应力比为0.3,试件经200万次加载后未疲劳破坏。并利用有限元软件Ansys Workbench与疲劳分析软件Ncode Designlife对试件进行了仿真模拟,研究应力水平与损伤之间的关系。结果表明:RPC道面板的损伤主要集中于前20万次的加载过程,且受拉区的损伤要大于受压区,受拉区的跨中位置为疲劳破坏的薄弱位置;预应力对于试件损伤的减少,主要是减少了20万次后加载过程产生的损伤,使得相同等级的RPC平均疲劳寿命提高1.3～1.8倍,破坏时的损伤值减少25%～40%;取0.5作为作为变形模量的极限值,经回归分析提出变形模量的计算表达式;应力水平0.7可作为损伤的拐点,小于0.7时损伤值增长缓慢,疲劳寿命超过200万次,0.7及以上时损伤值成数十倍甚至上百倍增长,疲劳寿命显著下降。     

基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟

基于非线性纤维梁-柱单元理论,以OpenSees为求解平台分别进行了钢管混凝土结构滞回曲线计算和弹塑性动力时程分析等数值模拟,计算结果与试验吻合良好。钢管内核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力—应变关系,钢材采用随动强化本构模型。在传统纤维模型法的基础上,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法建立了考虑非线性剪切效应的剪力墙结构数值模型,结果表明该模型能较好地模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化等力学性能。对输入不同地震波下钢管混凝土框架体系的动力时程分析表明,基于OpenSees求解平台的非线性纤维模型法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的非线性动力特性。     

基于Sato模型的近震S波尾波Q值求解及分析软件研制

基于Sato模型,在Matlab平台下开发研制了近震S波尾波Q值的求解及分析软件,本文解释了Sato模型的原理,软件研制的相关思路,介绍了软件模块的功能及使用方法。     

高层框-剪结构空间协同弹塑性地震反应分析

框架－剪力墙结构是一种较好的抗震结构体系。为验算这类结构在强烈地震作用下的塑性菜性能,需开发简便实用的分析方法和软件。本文用框架门型单元和墙四弹簧单元结合进行高层框－剪结构空间协同／平面弹塑性地震反应分析。这两种单元结合,可较好地反映框－剪结构在地震作用下的性能,且模型相对简单,计算时间少,具有较高的的实用性。     

香港青马大桥在交通荷载作用下的疲劳评估

在全桥三维有限元模型基础上 ,进行了车载响应分析 ,得到全桥的动力响应 ,并与实测结果进行了分析对比 ;对疲劳危险部位建立局部有限元模型 ,并进行了局部应力分析。在结构健康安全监测系统实测数据基础上 ,得到应变循环标准块 ,用基于热点应力疲劳评估方法对危险部位进行了疲劳寿命评估。     

复杂桥梁结构不同软件模型转换接口开发及验证

结合桥梁设计软件MIDAS civil方便高效的前处理功能和通用有限元软件ABAQUS强大的分析功能,开发了从MIDAS civil到ABAQUS软件的接口程序,该程序可以实现桥梁结构在MIDAS civil中快速建模和在ABAQUS中精确分析的目的。通过2个实例桥梁模型进行了2种软件之间的转换,对转换前后的模型信息及模态分析结果进行了对比,验证了开发程序的正确性。该项工作可以极大的提高复杂桥梁结构在ABAQUS中的建模效率。     

桥梁结构损伤对其固有振动特性的影响

分析实际桥梁结构的各种损伤状况,采用矩阵摄动理论分析桥梁结构发生损伤时固有频率及振型向量的一阶、二阶摄动结果,并讨论了固有振动特性对结构单元损伤的灵敏性。在理论分析的基础上,编制桥梁结构固有振动特性及其在损伤下的摄动分析程序,并用以分析简支梁、连续梁及拱结构损伤引起的固有振动的摄动结果。分析结果表明:单一单元损伤引起固有频率的摄动结果很小;不同位置处单元损伤与固有频率摄动结果的关系曲线与对应振型曲线具有相似性,但在中间支承处或结构端部有扭转约束处单元损伤影响显著;而单元损伤对振型向量影响极小。     

双层球面网壳动力失效分析及地震损失评估

双层球面网壳结构是一种缺陷敏感型结构,影响结构动力失效的初始缺陷主要有杆件的初弯曲、杆件的残余应力和结构节点的初始安装偏差3种。本文首先利用有限元软件ANSYS的二次开发功能开发了可以考虑初始弯曲和残余应力的杆单元,接着利用动力增量法(IDA)系统地研究了这3种缺陷对结构动力失效的影响,最后总结提出了考虑缺陷的双层球面网壳结构的抗震损失评估方法。     

8度抗震设防烈度区板柱-剪力墙高层结构安全性能分析

板柱结构节约结构空间是一种常用建筑结构形式，通常也被认为是抗震薄弱体系，我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》对板柱结构使用范围以及适用高度作了严格限定，与国外规范相比较，我国结构规范对板柱结构有细致严格的构造要求。结合北京8度区某17层带边框高层板柱-剪力墙结构的实际工程，通过ETABS有限元程序对结构进行多遇地震作用分析，重点研究了楼板应力分布。采用SAUSG有限元程序补充罕遇地震下有限元非线性分析，研究了墙柱损伤情况与主要构件性能。应用SAP2000程序采用拆除构件法，分析了板柱结构抗连续倒塌能力。研究结果表明，在满足规范规定构造措施前提下，带边框板柱-剪力墙结构具有较好的承载能力、良好的抗震性能和抗连续倒塌能力，可以达到8度抗震设防烈度区高层建筑安全性能要求。     

ABAQUS后处理二次开发在结构弹塑性分析中的应用

在弹塑性分析的后处理阶段,通常需要依托大量的分析结果数据对结构进行抗震性能评价,而目前通用有限元软件ABAQUS的后处理功能无法详细提供结构设计过程中所需的数据。为高效、准确的提高结构大震弹塑性分析的效率,节省工程人员在后处理分析时所花费的时间和精力,利用面向对象的脚本语言Python对有限元软件ABAQUS进行了二次开发,实现层间位移角和结构损伤指标的自动计算,并将计算结果以曲线方式输出。文中讨论了ABAQUS自定义功能内核脚本的编写方法和图形用户界面开发的基本方法和流程,分析了插件程序开发中的问题及解决措施,并通过两个算例验证开发插件的正确性。     

多维多点虚拟激励法在ANSYS中的应用

为了进一步推广多维多点虚拟激励法在工程中的应用,以通用有限元软件ANSYS谐分析模块为平台,在结构有限元模型各支撑处激励方向上置大质量块后,直接将地震虚拟激励荷载施加于大质量块上,运用绝对位移直接求解运动方程.与传统虚拟激励法相比,该法不必将绝对位移分解为拟静力位移项和动力相对位移项,避免了求解静力影响矩阵的繁琐,能更...     

基于耦合场分割算法的ANSYS二次开发及其应用

耦合场分割算法是当前研究的热点之一。本文首先对比研究了瞬态热传导方程和孔压增长消散方程,提出了一种适用于ANSYS二次开发的分割算法,并对2种不同的预测值计算模式对计算稳定性的影响进行了分析。然后,据之对ANSYS温度—结构耦合场模块进行了开发,形成了岩土工程有效应力计算模块。数值实验表明,这种方法具有较高的计算精度和良好的计算稳定性,并且能够充分利用现有程序资源,具有较高的工程应用价值。     

基于轴向位移的钢支撑疲劳损伤评估方法

在罕遇地震下,框架-中心支撑结构中的钢支撑常因局部屈曲位置的低周疲劳开裂而过早退出工作。本文在焊接工字形钢支撑低周疲劳试验研究基础上,提出了一种可用于框架-中心支撑体系非线性动力时程分析中钢支撑疲劳损伤评估的经验方法,并给出了相关步骤的算法流程。研究结果表明:本文方法以钢支撑轴向位移为损伤参量,能实时估算在随机位移荷载下钢支撑的低周疲劳累积损伤发展,并与试验结果吻合较好。