(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210953611.2 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 哈尔滨工业大 学建筑设计研究院有 限公司 地址 150090 黑龙江省哈尔滨市南岗区黄 河路73号 （哈工大二校区） 申请人 白福波 (72)发明人 白福波　 (74)专利代理 机构 黑龙江立超同创知识产权代 理有限责任公司 23217 专利代理师 杨立超 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/16(2006.01)G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 非线性结构群构件 截面设计方法 (57)摘要 非线性结构群构件截面设计方法， 属于应力 应变为弹塑性本构、 非线性材料应用领域。 本发 明的目的是提供一种节点平衡， 位移协调， 同码 对应， 且能自行校验的非线性结构群构件截面设 计方法。 技术要 点： 确定各单元应力本构曲线， 由 割线将应力本构曲线划分形成一条弯折线， 得到 变换矩阵； 由结构各杆单元的本构可建立区间端 点内力矩阵、 模量数值矩阵， 而内力 区间与模量 数值的编码是同码。 取一组模量， 由单元刚度形 成整体刚度得变模量矩阵方程组， 解得[N ]。 经数 轮循环求解， 若模量的编码与解[N]所在内力区 间编码相同即为内力解[N]。 当出现内力区间与 模量值两组编码重复循环时， 由单元线性刚度等 换式得结构各杆单元截面面积， 代入矩阵位移方 程同码对应得内力解。 在循环中取相邻两组模量 值代入线性等换式， 求解杆元内力数组与杆元截 面面积构成的结构群 。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115221729 A 2022.10.21 CN 115221729 A 1.非线性结构群构件 截面设计方法， 其特 征在于， 所述方法的实现过程包括： 确定各单元应力本构 曲线， 由割线将应力本构 曲线划分形成一条弯折线， 得到变换矩 阵； 弯折线上的折点坐标即特征点内力[N]、 位移[Δ]、 模量[E] 已知， 折点投射至坐标轴 (位移轴)上， 划分成内力值区间； 由结构各杆单元的本构可建立区间端点内力矩阵、 模量数值矩阵， 而内力区间与模量 数值的编码是同码； 取一组模量[E]， 由单 元刚度形成整体刚度得变模量矩阵方程组解得[N]； 经数轮循环求解， 若模量[E]的编码与解[N]所在内力区间编码相同(同码对应)， 即为 内力解[N]； 当出现内力区间与模量值两组编码重复循环时， 由单元线性刚度等换式得结构各杆单 元截面面积[A]， 代入矩阵位移方程同码对应得内力解； 在循环中取相邻 两组模量值代入线性等换式， 求解杆元内力数组与 杆元截面面积构 成 的结构群。 2.根据权利要求1所述的非线性结构群构件截面设计方法， 其特征在于， 所述变换矩阵 为： 多个应力单元对应多个不相同的弯折线， 对第i个应力单元本构(单一拉压杆元结构) 弯折线沿竖向坐标轴划分， 得到如式(1)所示的变换矩阵； 式中Nij： i单元杆件第j个区间端点内力(轴力)； Ai： i单元杆件截面面积； σij： 单元应力； 变量行下标:i＝1， 2， 3， …， n； 变量列下 标： j＝1， 2， 3， …， m。 3.根据权利要求1或2所述的非线性结构群构件 截面设计方法， 其特 征在于， 杆单元截面面积公式： 由式(11)杆元线性刚度等换杆元截面面积回代变模量矩阵方程 组， 式(6)， 求 解内力与s个结构组成的结构群， 上式中， 变量下 标s＝1， 2， 3， …， v； Es,i， js,i:第s组各杆单元模量； Es+1,i， js+1,i； As+1,i:第s+1组各杆单元模量、 截面面积； js,i； js+1,i:单元模量复合 下标； js,i、 js+1,i分别是s， s+1组随机无序码， 是下标i的变 量； Ai:初始设 定的各杆单元截面面积； 式(1 1)表示单 元线性刚度等换 得结构群杆 元截面面积。 4.根据权利要求3所述的非线性结构群构件截面设计方法， 其特征在于， 杆元内力与截 面面积算法的过程 为： 1)选取各单元初始编码 式(2)第一列j＝1的模量Ei1； 由式(6)组装成总刚度矩阵方程， 解得一列向量数组解 Ni； 2)由式(5)判定Ni值在式(3)Nij某一区间内， 并对有模量同码；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221729 A 23)取与Ni值所在区间相同编码的Eij； 由总刚度矩阵方程， 按步骤1解得 下一组Ni值； 4)按步骤2， 若解得Ni值所在区间编码与Eij编码是同码对应， 则为其内力解； 否则返回 步骤3； 5)若出现两组单 元模量值编码互跳循环重复， 则由式(9)， 式(10)解 算A1i， A2i； 6)A1i， A2i参量回代总刚度矩阵方程式， 可算得内力区间编码与各单元模量编码同码对 应； 7)由式(1 1)变换杆元截面面积回代 矩阵方程， 求 解内力与s个结构组成的结构群。 5.根据权利要求1或4所述的非线性结构群构件截面设计方法， 其特征在于， 所述弯折 线是指杆 单元拉、 压内力弯折线， 构建的杆单元内力弯折线是指位移[Δ]与内力[N]关系曲线， 杆单元內力弯折线分布 在第I， III象限， 若解算的内力是拉力， 择取位移[Δ ]与内力[N]关系曲线坐标系第I象限内 弯折线上数据； 若解算的内力是压力， 择取所述曲线坐标系第III象限内弯折线上数据； 当 拉、 压内力单 元本构曲线不相同时， 由所述方法仍可解 算杆元內力与杆 元截面积设计。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221729 A 3