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基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法

建筑结构学报 2016年第9期37卷 61-68页

作者：李钢余丁浩李宏男大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 沈阳建筑大学辽宁沈阳110168

以拟力法中的弹塑性分解思路和纤维梁理论为基础,将梁单元的截面变形分解为弹性变形和塑性变形,并引入塑性自由度,在材料层面建立了基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法。该方法可以保持结构整体刚度矩阵不变,其非线性状态通过局部... 详细信息

以拟力法中的弹塑性分解思路和纤维梁理论为基础,将梁单元的截面变形分解为弹性变形和塑性变形,并引入塑性自由度,在材料层面建立了基于拟力法的纤维梁有限元非线性分析方法。该方法可以保持结构整体刚度矩阵不变,其非线性状态通过局部塑性矩阵加以体现,在迭代计算时避免了结构整体刚度矩阵的实时更新与分解,且塑性矩阵相比于结构整体刚度矩阵规模小,提高了计算效率。通过数值算例,将文中方法与采用有限元软件ABAQUS的分析结果进行对比,两者吻合较好,证明了该方法的有效性。

关键词：拟力法纤维梁单元有限元法非线性分析

多自由度体系非线性振动控制装置失效的拟力法-多市场机制研究

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建筑结构学报 2017年第1期38卷 93-98页

作者：李宏男宋建筑李钢沈阳建筑大学土木工程学院大连理工大学辽宁大连辽宁工程防灾减灾协同创新中心

随着结构自由度的增多,控制信息量大幅度增加,控制系统的失效概率将增大。集中式控制策略存在明显的不足,分散控制已成为研究的热点。基于市场机制控制(market-based control,MBC)理论作为一种典型的基于非经典信息的控制方法,只需离散... 详细信息

随着结构自由度的增多,控制信息量大幅度增加,控制系统的失效概率将增大。集中式控制策略存在明显的不足,分散控制已成为研究的热点。基于市场机制控制(market-based control,MBC)理论作为一种典型的基于非经典信息的控制方法,只需离散层的信息,属于分布式控制。拟力法(force analogy method,FAM)作为一种弹塑性结构动力分析方法,具有计算速度快,存储空间小等优点。将拟力法与多市场机制控制(multi-MBC,MMBC)策略相结合,可以高效地求解结构非线性控制问题。基于拟力法基本理论,构造了对数供需函数模型,提出了非线性MMBC分散控制器的设计方法。数值分析表明,设计的非线性MBC分散控制器可以取得很好的控制效果,在控制装置失效时,非线性MBC控制策略具有较强的自适应性;并且可以通过价格机制实时对结构进行最优控制,具有较强的鲁棒性。

关键词：多自由度体系半主动控制多市场机制拟力法分散控制鲁棒性

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基于拟力法的钢支撑非线性滞回行为模拟

工程力学 2017年第10期34卷 139-148页

作者：靳永强李钢李宏男大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168

钢支撑在轴力作用下会同时发生材料非线性和几何非线性,复杂的力与变形关系是数值模拟过程中的重点与难点。该文基于拟力法的基本理论,提出了支撑非线性滞回行为的计算模型,通过塑性转动铰来模拟由屈曲行为引起的塑性弯曲变形;通过滑动... 详细信息

钢支撑在轴力作用下会同时发生材料非线性和几何非线性,复杂的力与变形关系是数值模拟过程中的重点与难点。该文基于拟力法的基本理论,提出了支撑非线性滞回行为的计算模型,通过塑性转动铰来模拟由屈曲行为引起的塑性弯曲变形;通过滑动铰来模拟由拉伸屈服和增长效应产生的轴向塑性伸长行为,模型中计及了弹性弯曲变形本身的几何非线性行为。该模型物理意义简单、力学行为明确,在模拟支撑非线性滞回行为的过程中保持初始刚度不变,塑性铰的变形可直观地衡量支撑的屈曲程度。数值模拟与试验结果对比验证了该方法的精确性与适用性。将该模型应用于某钢框架-支撑结构地震反应分析中,计算结果表明:该方法可以模拟支撑在复杂荷载作用下的非线性行为,具备拟力法所特有的精确、高效及稳定等优点。

关键词：拟力法支撑计算模型局部塑性机制滞回行为钢框架-支撑结构

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基于拟力法的消能减震结构地震反应分析

土木工程学报 2009年第4期42卷 55-63页

作者：李钢李宏男李瀛大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116023

基于拟力法的基本理论,提出消能支撑的计算模型,即把消能支撑提供的控制力简化为等效的节点力施加在框架节点处。与以往的变刚度求解非线性变形问题相比,具有存储空间小、计算速度快和求解信息量大等特点。数值算例表明,建立的计算方法... 详细信息

基于拟力法的基本理论,提出消能支撑的计算模型,即把消能支撑提供的控制力简化为等效的节点力施加在框架节点处。与以往的变刚度求解非线性变形问题相比,具有存储空间小、计算速度快和求解信息量大等特点。数值算例表明,建立的计算方法在计算结构动力反应基本要素(位移、速度和加速度等)外,还可以实时获得结构杆件的塑性铰分布特点和塑性变形,与有限元方法计算结果相对比,验证消能减震结构计算模型及计算方法的正确性与有效性。

关键词：拟力法消能支撑抗震分析有限元

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基于拟力法的框架结构静力推覆分析

西南交通大学学报 2020年第5期55卷 1028-1035页

作者：郝润霞王谋庭贾硕李钢内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

传统静力推覆分析方法求解结构非线性变形需对结构整体刚度矩阵进行实时地合成与分解,该过程将占用大量计算资源.基于拟力法的纤维梁有限元分析方法进行静力推覆分析,在迭代求解结构非线性变形时,首先对弹性刚度矩阵进行分解,计算出侧... 详细信息

传统静力推覆分析方法求解结构非线性变形需对结构整体刚度矩阵进行实时地合成与分解,该过程将占用大量计算资源.基于拟力法的纤维梁有限元分析方法进行静力推覆分析,在迭代求解结构非线性变形时,首先对弹性刚度矩阵进行分解,计算出侧向荷载作用下的弹性位移;然后通过反复调用弹性刚度矩阵的分解结果与弹性位移,减少回代计算量;最后采用算法时间复杂度理论定量对比了该方法与传统方法的计算效率,通过一榀八层钢筋混凝土框架结构数值算例,分析比较了两种方法的计算结果与算法时间复杂度.结果表明:两种方法顶点位移-基底剪力曲线基本吻合,层间位移角与楼层之间的关系曲线也基本一致,两者的最大误差出现在第3层,为3.72%,与传统方法相比,基于拟力法的静力推覆分析方法算法时间复杂度降低了80%,计算效率至少是传统方法的5倍.

关键词：拟力法静力推覆分析钢筋混凝土框架结构算法时间复杂度计算效率

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基于拟力法的剪力墙结构力学模型研究初探

世界地震工程 2015年第4期31卷 201-209页

作者：汤姗曲激婷大连理工大学建设工程学部土木学院工程力学研究所大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

剪力墙局部变形机制与整体变形之间的关系是建立基于拟力法的剪力墙结构理论模型的关键环节之一。拟力法以位移变化替代以往通过刚度变化求解非线性的思想,减少了刚度的存储空间,提高了求解效率和稳定性,为结构的非线性动力反应分析提... 详细信息

剪力墙局部变形机制与整体变形之间的关系是建立基于拟力法的剪力墙结构理论模型的关键环节之一。拟力法以位移变化替代以往通过刚度变化求解非线性的思想,减少了刚度的存储空间,提高了求解效率和稳定性,为结构的非线性动力反应分析提供了理想的途径。首先简要介绍了拟力法的基本理论,论述了建立基于拟力法的剪力墙结构力学模型的核心思想;其次,系统总结了剪力墙分析的两大类方法、剪力墙的破坏形态、破坏机理及其骨架曲线确定方法的研究现状;最后,对基于拟力法的剪力墙结构力学模型的研究提出了建议及展望,这是对剪力墙分析的新的探索,也是对拟力法理论体系的补充和完善。

关键词：剪力墙拟力法破坏形态塑性位移骨架曲线

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基于算法复杂度理论的拟力法计算效率评价

计算力学学报 2018年第2期35卷 129-137页

作者：李钢贾硕李宏男大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024 沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168

算法复杂度理论是一种算法效率定量评价方法,该方法通过度量算法的复杂度来客观反映其执行效率,避免了计算机系统性能等因素对效率评价的影响。拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,以往研究工作只是在非线性分析过程和运行时间上对... 详细信息

算法复杂度理论是一种算法效率定量评价方法,该方法通过度量算法的复杂度来客观反映其执行效率,避免了计算机系统性能等因素对效率评价的影响。拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,以往研究工作只是在非线性分析过程和运行时间上对计算效率进行了探索,并没有从理论上量化分析。本文采用算法复杂度理论对拟力法和传统变刚度非线性求解方法进行分析,给出了两种方法的时间复杂度函数,并对比了其计算效率进行定量,从数学角度解释了拟力法计算效率高的根本原因。算例对两种方法的时间复杂度和计算时间进行对比分析,直观地说明了拟力法在计算效率方面的优越性。

关键词：时间复杂度拟力法传统变刚度法非线性分析计算效率

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基于拟力法的桥梁结构地震响应分析

世界地震工程 2015年第1期31卷 22-26页

作者：柳春光姚传国柳英洲大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024 辽宁工程技术大学建筑工程学院辽宁阜新123000

基于拟力法的基本理论,结合桥梁结构非线性变形特点,提出了桥梁结构非线性分析的一种新方法。计算推导中,考虑了混凝土开裂引起的刚度变化不利影响。与以往变刚度有限元法相比,所提方法具有耗时少,所需存储空间小,效率高,稳定性好等特... 详细信息

基于拟力法的基本理论,结合桥梁结构非线性变形特点,提出了桥梁结构非线性分析的一种新方法。计算推导中,考虑了混凝土开裂引起的刚度变化不利影响。与以往变刚度有限元法相比,所提方法具有耗时少,所需存储空间小,效率高,稳定性好等特点。数值算例结果表明,拟力法与有限元法的地震动力响应结果吻合较好,且能确定构件中塑性铰分布及任意位置塑性转角的发展历程,证实了拟力法在连续桥梁结构应用中的准确性和有效性。

关键词：拟力法连续桥梁塑性铰地震响应有限元法

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基于拟力法的负刚度非线性分析

防灾减灾工程学报 2018年第2期38卷 216-223页

作者：李钢李凯余丁浩杨树标河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,当结构进入非线性状态时,拟力法仅需对一个代表局部塑性且规模较小的矩阵进行迭代运算,从而避免了传统方法对规模较大的整体刚度矩阵的分解运算。拟力法在处理负刚度问题时,结构的非线性特征由局... 详细信息

拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,当结构进入非线性状态时,拟力法仅需对一个代表局部塑性且规模较小的矩阵进行迭代运算,从而避免了传统方法对规模较大的整体刚度矩阵的分解运算。拟力法在处理负刚度问题时,结构的非线性特征由局部塑性矩阵集中体现。研究了负刚度条件下拟力法中局部塑性矩阵的正负定特性及条件数与最小特征值等数值特征,得到了第二刚度系数对矩阵数值特征的影响规律,并与传统方法中整体刚度矩阵的相应特征进行了对比分析。结果表明,结构进入负刚度状态时,拟力法中局部塑性矩阵将表现为非正定性,且相比于整体刚度矩阵,数值模拟表明其具有条件数少、数值精度高的特征。最后通过数值算例验证了拟力法在计算负刚度问题的优势与计算能力。

关键词：拟力法负刚度非线性分析条件数最小特征值