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铁路混凝土槽形梁弯扭耦合效应分析与设计优化

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铁道建筑 2018年第4期58卷 5-9页

作者：司万胜中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

以西宁—大通铁路50 m单线混凝土槽形梁为实例,介绍铁路混凝土槽形梁的结构特点,分析直线混凝土槽形梁在曲线荷载作用下的弯扭耦合效应,阐述采用空间板壳模型进行结构分析的准确性和铁路混凝土槽形梁结构设计中普遍存在的问题。结果表明... 详细信息

以西宁—大通铁路50 m单线混凝土槽形梁为实例,介绍铁路混凝土槽形梁的结构特点,分析直线混凝土槽形梁在曲线荷载作用下的弯扭耦合效应,阐述采用空间板壳模型进行结构分析的准确性和铁路混凝土槽形梁结构设计中普遍存在的问题。结果表明:对于铁路直线混凝土槽形梁曲线加载情况,平面杆系模型存在缺陷,空间板壳模型的分析结果较为全面,可以精确计算槽形梁弯扭耦合放大效应。对于梁板结合部位应力集中问题,可以通过分析空间实体模型得到全桥范围内该部位最大应力,从而采取相应措施优化构造或配筋率来降低局部应力。

关键词：铁路桥梁弯扭耦合效应数值计算混凝土槽形梁曲线加载

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弯扭耦合效应下桥墩抗震性能有限元分析

工程建设 2017年第9期49卷 26-31,41页

作者：张波邓江东彭国杏广州大学土木工程学院广州510006

基于ABAQUS有限元分析软件,建立了钢筋混凝土桥墩在压弯剪扭复杂受力状态下的有限元分析模型,得到钢筋混凝土桥墩的剪力-位移骨架曲线和扭矩-转角骨架曲线。进而分析了长细比、纵筋率和加载位移比等参数对桥墩试件抗弯抗扭性能的影响。

关键词：钢筋混凝土桥墩弯扭耦合效应延性性能有限元分析

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曲线梁桥弯扭耦合效应研究概述

科技创新与应用 2019年第14期9卷 61-62页

作者：鲍晓非河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038

随着桥梁、公路等工程领域的快速发展,曲线梁桥在该领域得到了快速发展,曲线梁桥的优点不仅在于线路平顺、美观及容易布置,更可以克服地形、建筑物等的限制来满足公路线型的特殊桥型。相比于直线梁桥,曲线梁桥更有价值和发展前景。然而... 详细信息

随着桥梁、公路等工程领域的快速发展,曲线梁桥在该领域得到了快速发展,曲线梁桥的优点不仅在于线路平顺、美观及容易布置,更可以克服地形、建筑物等的限制来满足公路线型的特殊桥型。相比于直线梁桥,曲线梁桥更有价值和发展前景。然而曲线梁桥由于初曲率的影响会出现弯扭耦合效应,使得研究复杂程度相比直线梁大大增加,文章就曲线梁桥的弯扭耦合效应的受力特性以及研究方法进行了概括总结。

关键词：曲线梁桥弯扭耦合效应研究方法

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曲线连续刚构桥平面线形控制体系

公路 2014年第7期59卷 133-137页

作者：陈龙宇刘世忠赵瑶琴兰州交通大学土木工程学院兰州市730070

分析高墩大跨度预应力混凝土曲线连续刚构桥施工过程中的结构特点,探讨施工阶段中因为主墩的横向变形而对主梁线形带来的影响。以某工程实例,建立三维有限元模型计算分析曲线连续刚构桥在施工阶段过程中产生的横向位移,为桥墩设置正确... 详细信息

分析高墩大跨度预应力混凝土曲线连续刚构桥施工过程中的结构特点,探讨施工阶段中因为主墩的横向变形而对主梁线形带来的影响。以某工程实例,建立三维有限元模型计算分析曲线连续刚构桥在施工阶段过程中产生的横向位移,为桥墩设置正确的横向预偏量提供科学依据,并建立一套完善的平面线形控制体系,以保证主梁线形满足原设计要求,保证合龙精度,为此类桥梁的设计、施工以及监控等提供参考。

关键词：曲线连续刚构桥弯扭耦合效应横向预偏量平面线形控制监控

飞行器复合材料结构弹性刚度剪裁优化设计技术研究

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飞行器复合材料结构弹性刚度剪裁优化设计技术研究

作者：张桂江西北工业大学

学位级别：硕士

飞机复合材料结构综合优化设计是充分发挥复合材料可设计的特点、提高飞机整体性能的一种技术,可以充分利用复合材料结构的弯扭耦合效应,设计出满足结构刚度、强度以及气动弹性等性能指标要求且使得结构重量更轻的飞行器结构。 ... 详细信息

飞机复合材料结构综合优化设计是充分发挥复合材料可设计的特点、提高飞机整体性能的一种技术,可以充分利用复合材料结构的弯扭耦合效应,设计出满足结构刚度、强度以及气动弹性等性能指标要求且使得结构重量更轻的飞行器结构。本文应用复合材料层合板理论,严格推导了矩形机翼盒段复合材料层合结构的弯扭耦合本构方程,建立了弯扭耦合系数的解析数学表达式,分析了盒段复合材料叠层铺向角以及整体偏转角对弯扭耦合效应的影响,给出了盒段弯扭刚度与铺向角的曲线变化规律;在此理论研究工作基础上,设计了矩形机翼盒段复合材料层合结构的弯扭耦合优化算法,组织了算法流程,且应用MATLAB编制了算法程序,根据具体算例验证了理论方法的正确性与有效性。由此,提出了有利于复合材料结构气动弹性设计且能够虑及复合材料层合结构损伤容限要求的几种弹性刚度剪裁优化方法。针对某一具体发展型飞机全复合材料机翼结构设计,本文应用大型工程分析软件ANSYS进行了其结构有限元建模。在数值计算仿真的基础上,对该机翼结构的各构件截面几何参数实施了工程优化设计。优化设计分析中,充分应用了复合材料盒段结构的弯扭耦合可设计概念,在结构有限元模型上实施了分级优化数值计算技术,最终获得了较好的优化结果。本文应用几何建模软件UG进行结构几何外形确定,然后利用ANSYS软件进行结构分析与优化设计组织,采用APDL命令流格式,完成了一套完整的结构建模—分析—优化设计过程,并由此总结出诸多有意义的实际应用经验。本文建立的复合材料翼盒弯扭耦合方程、所提出的几种复合材料结构弹性刚度剪裁方法以及分级实用优化设计技术对工程复合材料飞机结构设计具有一定的理论与应用参考价值。

关键词：复合材料结构弯扭耦合效应弹性刚度剪裁优化有限元模型

水平轴水轮机叶片的弯扭耦合设计及流固耦合计算

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水平轴水轮机叶片的弯扭耦合设计及流固耦合计算

作者：庞程燕哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着新型清洁能源技术的不断创新与发展,潮流能的研究发展成为了各国新能源发展的一个新热点。水平轴水轮机是潮流能转换装置应用较为广泛的一种,如何提高水平轴水轮机叶片的性能是成为了潮流能开发研究的重点问题。复合材料由于其比强... 详细信息

随着新型清洁能源技术的不断创新与发展,潮流能的研究发展成为了各国新能源发展的一个新热点。水平轴水轮机是潮流能转换装置应用较为广泛的一种,如何提高水平轴水轮机叶片的性能是成为了潮流能开发研究的重点问题。复合材料由于其比强度高、比模量高、抗疲劳性能好、易成形、可设计性强等优点在风力机叶片和海洋工程结构中广泛应用,是水轮机叶片材料的新发展方向。论文主要内容有这几方面:(1)本文以水平轴水轮机叶片为研究对象,首先从水平轴水轮机的研究概况,接着介绍了近年来流固耦合的国内外研究现状、方法及成果,提出了本文的研究方法、研究思路以及研究内容。(2)本文简要介绍水轮机叶片的主要参数,探讨水轮机叶片的受力与运动特性,给出了影响水轮机性能的无量纲参数,探讨了水平轴水轮机叶片的叶素动量理论、涡理论和CFD三种研究方法,分别分析了这三种研究方法的优缺点。(3)本文基于CFD数值计算和有限元连续梁理论,利用CFX+ANSYS Mechanical建立了水平轴水轮机叶片单向流固耦合的方法,分别针对稳态和瞬态两种情况的数值模拟结果进行比较分析;另外一方面还将单向流固耦合的计算结果与基于叶素动量理论的计算结果做出对比,验证了该方法的可靠性、准确性。(4)本文将基于复合材料弯扭耦合理论设计了水平轴水轮机弯扭耦合叶片,并基于拉格朗日非线性规划理论对叶片的铺层厚度进行了优化设计,在保证叶片结构安全的前提下,将叶片的总量减轻了 6%,碳纤维布的使用面积减少近了 25%。另一方面利用单向流固耦合的方法,对优化后的弯扭耦合叶片的结构性能、弯扭耦合性能以及振动特性进行分析,有限元分析结果证明了叶片的结构强度满足强度要求,指出了叶片结构的危险区域。(5)本文提出研究水平轴水轮机叶片双向流固耦合的方法,该方法是基于CFD数值理论和有限元理论。该方法是通过输出叶片单元的节点信息的变化和更新流体计算域实现的。并利用该方法验证本文所设计的水平轴水轮机弯扭耦合叶片的水动力性能的提高,结果表明弯扭耦合叶片变形之后的最大能量利用率增加了 8%。

关键词：水平轴水轮机叶片复合材料弯扭耦合效应流固耦合优化设计

影响预应力混凝土连续曲线箱梁内力和变形的相关因素的研究

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影响预应力混凝土连续曲线箱梁内力和变形的相关因素的研究

作者：梁长海合肥工业大学

学位级别：硕士

预应力混凝土连续曲线箱梁桥应用日益广泛,已经成为现代交通基础设施的重要桥型。本文首先对曲线梁桥的基本理论和计算方法—符拉索夫弹性薄壁结构理论、平面曲梁的平衡微分方程、力与应变关系的圆弧微分方程等进行了介绍和推导,对曲线... 详细信息

预应力混凝土连续曲线箱梁桥应用日益广泛,已经成为现代交通基础设施的重要桥型。本文首先对曲线梁桥的基本理论和计算方法—符拉索夫弹性薄壁结构理论、平面曲梁的平衡微分方程、力与应变关系的圆弧微分方程等进行了介绍和推导,对曲线箱梁桥的结构力学解法、有限元法进行阐述,论述了曲线梁桥有限单元法的几种模型及其应用特点,介绍了桥梁结构的有限元分析程序的发展,比较了通用有限元分析软件与桥梁结构专用有限元分析软件之间的异同,着重介绍了MIDAS/Civil有限元分析软件。以一座实际立交桥为背景,利用MIDAS/Civil有限元分析软件,用参数变异法对影响曲线桥的主要因素进行了大量的计算和比较,重点讨论了横隔梁、曲率半径、抗扭支承、支座偏心对连续曲线梁桥的变形和内力进行了分析和总结。通过对以上因素的分析可以看出有无横隔梁、曲率半径、支座偏心等因素对结构受力状态和变形影响非常显著。本文特别对支座偏心进行了详细分析,提出了合理偏移量的思想。最后介绍了预应力混凝土连续曲线箱梁桥的设计,重点讨论了总体设计,钢束预应力的损失的计算,预设支座偏心调整扭矩等设计中的关键问题。

关键词：曲线梁桥弯扭耦合效应支座预偏心曲率半径

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弯扭耦合复合材料机翼气弹剪裁优化设计研究

弯扭耦合复合材料机翼气弹剪裁优化设计研究

作者：张宝升陕西理工大学

学位级别：硕士

近年来,为降低结构重量,提高续航里程,飞机普遍采用轻质复合材料使得机翼柔度相比传统机翼增大,导致气动弹性中几何非线性问题更加突出。本文利用复合材料层合板刚度可设计性,构建具有弯扭耦合效应的机翼,开展弯扭耦合复合材料机翼气弹... 详细信息

近年来,为降低结构重量,提高续航里程,飞机普遍采用轻质复合材料使得机翼柔度相比传统机翼增大,导致气动弹性中几何非线性问题更加突出。本文利用复合材料层合板刚度可设计性,构建具有弯扭耦合效应的机翼,开展弯扭耦合复合材料机翼气弹剪裁优化设计研究,控制机翼的弯扭耦合弹性变形,降低机翼结构重量。研究工作如下:(1)构建弯扭耦合复合材料机翼参数化几何模型,基于夹芯板理论提出弯扭耦合复合材料机翼等效分析模型建立方法,研究分析模型控制方程数值求解方法,结果表明控制方程的四自由度微分求积法求解方法可靠。(2)基于CFD/CSD双向流固耦合提出几何非线性静气动弹性数值模拟方法,设计复合材料层合板铺层方案,研究复合材料机翼不同铺层区域、铺层角度对机翼几何非线性气动弹性的影响。研究表明90°铺层可提高层合板的抗拉、抗剪性能,增大翼尖铺层区域中90°铺层比例,机翼翼尖最大变形减小。(3)根据不同铺层区域、不同铺层角度下机翼几何非线性弹性变形规律,确定初始铺层方案中铺层区域与铺层角度变量。分析不同攻角、马赫数下复合材料机翼几何非线性静气动弹性变形,反向研究静气动弹性变形对机翼纵向气动特性的影响,确定弯扭耦合复合材料机翼优化求解的弹性变形及升力系数约束条件。(4)建立弯扭耦合复合材料机翼结构重量两级优化策略,基于多学科优化平台,首先采用梯度法以最大弹性变形为约束,对复合材料机翼铺层厚度进行优化。其次采用近似模型法以升力系数为约束,对弯扭耦合复合材料机翼铺层旋转角优化。优化后弯扭耦合复合材料机翼结构减重26.7%,翼尖最大变形减小47.6%。

关键词：复合材料机翼弯扭耦合效应双向流固耦合多级优化气动弹性剪裁

MEMS扭转谐振器件弯—扭耦合挤压膜阻尼机理与模型

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MEMS扭转谐振器件弯—扭耦合挤压膜阻尼机理与模型

作者：李冲东南大学

学位级别：硕士

对于MEMS谐振器件,品质因数是衡量其动力学特性的重要指标。高品质因数表示MEMS谐振器件振动过程中能量损耗较慢,且具有更高的灵敏度和分辨率。阻尼是影响品质因数的重要因素,对于MEMS扭转谐振器件,挤压膜阻尼一般是其阻尼主要部分,这... 详细信息

对于MEMS谐振器件,品质因数是衡量其动力学特性的重要指标。高品质因数表示MEMS谐振器件振动过程中能量损耗较慢,且具有更高的灵敏度和分辨率。阻尼是影响品质因数的重要因素,对于MEMS扭转谐振器件,挤压膜阻尼一般是其阻尼主要部分,这使得在理论层面上建立一个准确的挤压膜阻尼模型变得非常必要。目前,前人已对MEMS扭转谐振器件的挤压膜阻尼进行了大量研究,但前人的研究大多只考虑了MEMS扭转谐振器件的纯扭转模态,一些学者虽然考虑了支撑梁的弯曲振动,但他们只研究了MEMS扭转谐振器件的静态特性或忽略了器件中存在的弯扭耦合效应。MEMS扭转谐振器件在工作过程中,并不是受到纯扭矩的作用,因此其不可避免的会产生弯曲振动,且弯曲振动和扭转振动之间存在耦合关系。本论文首先在前人研究的基础上,分别在气体不可压缩和气体可压缩两种情况下对弯扭耦合MEMS扭转谐振器件挤压膜阻尼进行了研究,利用Pan等提出的双正弦级数法得到了MEMS扭转谐振器件间隙中气体压力分布函数,并通过积分求得了振动部件所受的阻尼力和阻尼力矩,给出了阻尼系数、刚度系数和品质因数的解析表达式。然后对纯扭转模型和弯扭耦合模型进行了对比分析,发现纯扭转模型和弯扭耦合模型的偏置位移、阻尼系数和刚度系数之间存在一定相对误差,且即使上述相对误差较小,两种模型品质因数之间仍有可能相差较大。最后通过弯扭耦合模型理论结果和有限元数值结果的对比验证了本文模型的准确性。

关键词：挤压膜阻尼 MEMS扭转谐振器件弯扭耦合效应品质因数