初应力状态下夹芯复合材料曲梁面板的局部振动的理论分析

在船舶领域,以复合材料层合面板及泡沫芯材组成的夹芯复合材料板梁结构已大量应用在游艇及复合材料高速艇上.文章研究了受初始静载荷作用下夹芯复合材料曲梁的面板的局部自由振动问题,并给出一种相应的理论分析方法.文中通过将芯材简化为Winkler弹性地基,将面板简化为一复合材料曲梁,从而使所研究问题蜕化为有初始静载荷作用下弹性地基上任意曲梁的固有振动问题.在局部振动位移是基于初始静载平衡位置并与初始位移相比是小量的假定的基础上,根据能量原理推导出面板的运动方程.研究的结果表明,该面板的局部振动不只取决于面板的弯曲刚度和长度,以及芯材的弹性刚度,也在很大程度上取决于梁的曲率及面板所受到的初始轴向压力.     

基于等效截面的复合材料板格弯曲正应力计算方法

复合材料板格作为复合材料基本板架结构力学性能的最小分析单元,是由不同厚度、不同材料和不同铺设角度的单层板叠合而成。利用材料力学理论和经典复合材料层合板理论,推导一般情况下的复合材料板格中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,提出复合材料板格各单层弯曲正应力的计算公式。复合材料板格各单层的最大正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。此公式形式上和各向同性材料弯曲正应力的计算公式一致,从而将弯曲正应力计算公式由各向同性材料扩展到各向异性材料,为掌握复合材料板架结构应力水平提供方便。此公式形式简洁,便于工程应用。     

一种复合材料加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法

复合材料加筋夹芯板作为复合材料基本板架结构力学性能分析单元,是由夹芯板和加强筋组成,其蒙皮由不同厚度、不同材料和一定铺设角度的单层板叠合而成。利用材料力学理论和经典复合材料层合板理论,将蒙皮等效成正交各向异性层合板,推导一般情况下的复合材料加筋夹芯板中性轴位置控制方程,并采用等效截面方法,将加筋夹芯板截面等效成单一材料的组合截面,提出复合材料加筋夹芯板弯曲正应力的工程计算公式。复合材料加筋夹芯板各部分的最大弯曲正应力由模量比和距中性轴位置共同决定。本文提出的加筋夹芯板弯曲正应力工程计算方法,与有限元计算结果十分接近,主要弯曲正应力计算值与有限元值误差不超过10%,可以满足工程上的计算要求。此公式形式上和各向同性材料弯曲正应力的计算公式一致,给掌握复合材料板架结构应力水平带来方便。     

加筋圆环壳的理论求解及性能研究

圆环形耐压结构以其独特的结构形式,为发展深海装备及资源探索与开发利用提供了新的选择.文章基于弹性薄壳理论,对静水压力作用下圆环壳的应力特性进行了参数化研究;在前人研究的基础上,提出了加筋圆环壳采用弹性基础曲梁复杂弯曲的力学模型,由此推导了关键截面处应力和位移的理论表达式,并与数值解比较验证了简化理论解的合理性和正确性;最终基于文中所给理论解,分析了结构参数对加筋圆环壳结构性能的影响,便于环壳结构的工程应用.     

带径向边裂纹圆盘的权函数和旋转应力强度因子

采用裂纹在均布压力作用下的应力强度因子为参考载荷,通过Petroski和Achenbach的裂纹面张开位移公式推导出了内壁带径向边裂纹的圆盘的权函数,进而得到了计算旋转圆盘裂纹尖端处的应力强度因子公式.该公式可计算旋转圆盘在不同裂纹深度、转速、材料和尺寸情况下的应力强度因子.与有关文献比较,表明本文的公式具有良好的精度.同时文中还研究了旋转圆盘应力强度因子随裂纹深度和圆盘直径之间的变化规律,方便了工程应用.     

合拢弯矩作用下复合材料曲梁突变屈曲的研究

研究了复合材料曲梁在受到合拢弯矩作用下发生的屈曲情况,并给出一种理论解析方法来分析这种很可能发生在复合材料弯曲结构中的脱层耦合屈曲问题.该方法是基于曲梁大变形理论及断裂力学而提出来的.文中并用该解析方法分析了一个特定的常见的情况,在该题例中脱层发生在非常靠近内表面处并且突变屈曲就发生在该薄脱层.在文中也对脱层裂纹的弧角对极限载荷的影响进行了研究.     

软土地基沉降计算中的固结度分析

在软土地基沉降计算中,忽略应力固结度与应变固结度的差异,且推导二者间换算公式时未考虑土体应力历史的影响。采用e-lgp压缩曲线沉降计算方法,考虑土体应力历史,推导应力固结度与应变固结度之间的换算公式,分析应力固结度与应变固结度之间的差异大小及主要影响因素,并结合菲律宾帕塞填海工程实例进行验证。结果表明,通常情况下应力固结度与应变固结度并不相等,二者间差异主要取决于土体压缩特性、天然自重应力、应力历史及上覆附加荷载。     

有档锚链环的应力分析

本文研究了有档锚链环在直拉伸状况下的应力分析,并以A2级φ28有档锚链为例,进行了平面全息光弹性实验和有限元计算,以及三维光弹性切片实验和曲梁理论计算。所得结果完善了国外某锚链厂的结论,给出的极限应力简易计算公式大大提高了锚链设计精度。     

弹性基础上的三维编织复合材料板的非线性振动分析

基于宏-细观力学分析,考虑编织纱线连续性对材料性能的影响,建立了三维编织复合材料板的单胞模型.采用Reddy高阶剪切板理论,给出四边简支编织材料矩形板在不同几何参数、纤维体积含量和弹性地基参数情况下的vonKármán-Donnell型振动方程的解,并讨论了弹性基础刚度、面内载荷、边厚比和编织角等对编织复合材料板的振动频率的影响.理论分析结果与文献结果吻合较好.     

破冰船首部与侧部接触加载工况下海冰弯曲破碎过程

在破冰船对海冰接触加载过程中，海冰会发生以径向和环向开裂为表现形式的弯曲破碎过程。海冰首先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程与海冰首先环向开裂的弯曲破碎过程将导致不同的冰载荷，因此，明确不同接触加载工况下的海冰弯曲破碎过程是理论计算冰载荷的前提条件。文章针对破冰船首部与海冰直线边界接触加载、破冰船首部与海冰凹进边界接触加载，以及船侧部与海冰直线边界接触加载这3类工况，采用弹性地基薄板理论，对控制方程进行归一化处理，并通过有限元法求解归一化控制方程，分析不同工况参数下的海冰弯曲破碎过程，得到上述3类工况下的海冰弯曲破碎过程判断依据。分析结果表明：当船体与海冰接触区域尺寸较大且冰厚较小易发生先环向开裂的弯曲破碎过程，反之则易发生先径向开裂再环向开裂的弯曲破碎过程。     

桩-网复合地基承载及变形特性的三维数值分析

采用有限元程序,利用数值分析的方法,讨论了桩-网复合地基承载及变形特性。对不同荷载水平下复合地基中单桩荷载传递特性、桩间土的沉降、桩间土上的应力及桩土应力比的变化规律进行了分析;同时分析了复合褥垫层的变形模量以及分层地基中第一层土的物性参数对桩土应力比和复合地基中土表面沉降及差异沉降的影响。     

The solution of minimum reliability arbitrary curved beam index for modified weak point of under pure bending

This paper is based on the fundamental loading model of pure bending and the analytical model of a circular beam element with arbitrary initial deflection. The L.W. Guo solution is modified and generalized according to the elastic theory, and the analytical solution for the stress of the beam element with arbitrary initial deflection under pure bending is derived. Using yield theory of edge strength, an expression for the safety margin of one point in the arbitrary curved beam under pure bending （ACPB） is built. This paper modifies the model for weak points of service structures and establishes a foundation for safe design and inspection of imperfect structures. Also, according to the theory of the method of advanced first-order second-moment（AFOSM） , this paper derives an expression for the reliability index of one point in ACPB. Lastly, it modifies the solution for weak points by solving the minimal reliability index.     

砂性地基自动化集装箱堆场ARMG基础分段长度

弹性地基梁具有施工速度快、经济效益高、结构刚度大等优点,是目前自动化集装箱堆场ARMG基础的优选方案。依托某境外砂性地基上的自动化集装箱堆场工程,利用有限元软件建立不同分段长度的ARMG基础模型,分析了弹性地基梁对分段长度、地基不均匀沉降和温度的敏感性。结果表明,在ARMG轮压作用下,弹性地基梁的弯矩和接缝剪力随梁长增大而增大,梁长超过10 m后,梁内弯矩和接缝剪力趋于稳定;当地基发生不均匀沉降时,梁长越大ARMG基础对不均匀沉降的适应性越强,梁长超过10 m后,梁内弯矩和接缝剪力趋于稳定;温度对梁内力影响较小,温度引起的弯矩随梁长增大而增大,当梁长大于25 m,温度引起的弯矩趋于稳定。     

Stress and failure analyses of thermoplastic composite pipes subjected to torsion and thermomechanical loading

The interest of using thermoplastic composite pipes has increased in offshore deepwater oil fields. Thermoplastic composite pipes consist of several carbon/glass fiber reinforced laminate layers to confer stiffness and strength located between inner and outer homogeneous thermoplastic layers for fluid containment and protection. This paper presents a theoretical analysis for thermoplastic composite pipes under combined pure torsion and thermomechanical loading from operational thermal gradients, considering the inner and outer isotropic homogeneous layers and intermediate transversely isotropic laminate ply layers. Perfect bond between adjacent layers and interfaces continuities are assumed. Based on the obtained stresses in the principal material directions, through-thickness failure indexes related to the von Mises and Maximum Stress or Tsai-Hill criteria are respectively evaluated for homogeneous and laminate layers. For each thermal gradient, the limit torque (i.e. when the failure index is equal to 1) is calculated. From the case study, it is observed that without thermal loading or for small operational temperature, failure occurs in the laminate, otherwise it is observed in the inner homogeneous layer. The thickness of the homogeneous layer significantly affects the limit torque and the absolute values of the limit clockwise and anticlockwise torque slightly differ when the operational temperature is included.     

长江下游鳗鱼沙护滩堤工程水下软基分层沉降监测

传统监测技术方法难以用于护滩堤工程这类水下建筑物软土地基分层沉降监测。针对鳗鱼沙护滩堤水下软土地基分层沉降的安全监测问题,提出新型测量仪器设备和技术手段,可避免干扰施工、保护仪器良好工作并获得地基土体压缩量。通过现场仪器安装埋设、原型监测试验及监测成果分析,得到施工加载期和结束运行期水下软基分层沉降及土体压缩过程规律。结果表明水下软基保持安全稳定,验证了水下软基分层沉降新型监测仪器设备及技术方法的可行性及适用性。     

回填土区深层搅拌桩和高压旋喷桩复合地基的静承载性能

结合实际工程现场静载试验,采用有限元计算方法研究了桩长和桩土模量比对深层搅拌桩和高压旋喷桩复合地基在回填土中的桩体承载特性、荷载传递及复合地基变形特性的影响。结果表明,在回填土区,深层搅拌桩以桩体上部破坏为主,增加桩长不能有效地提高复合地基承载力,增加桩体强度尤其是上部桩体的强度则能够较大地提高复合地基承载力,高压旋喷桩可有效增强回填土地基的承载力。提出的桩体弹性模量取值范围可供设计参考。     

整体推进式桩基码头结构设计与施工

针对在拉美和非洲地区部分码头建设中,存在大型船机设备缺乏和长周期波较为明显、常规打桩船作业和预制构件安装困难的问题,基于一般桩基码头结构,在设计和施工两个方面进行优化,采用桩顶施工行走平台方法施工,利用桩基自身作为支撑结构,大量采用叠合式上部结构,实现将海上施工转化为陆上施工的创新,形成整体推进式桩基码头结构,规避大型船机设备缺乏和长周期波较为明显的问题,具有良好的经济性和对强震区的适应性。     

A theory of coupled beams for strength assessment of passenger ships

This paper describes a coupled beam method, which estimates elastic response in the longitudinal bending of a passenger ship with a large multi-deck superstructure. The method can be applied during an early project stage, when detailed three-dimensional finite element modelling is not yet possible. The theory is based on the assumption that each deck in the superstructure and also the main hull can be considered as a thin-walled beam. These beams are coupled to adjacent beams with springs modelling vertical and shear stiffness. The shear effect in the side and deck structures is included with options for large openings. As a result, the method allows for the calculation of the normal stresses and vertical deflections in the arbitrary location of the hull girder. Average longitudinal displacements of deck structures and shear stresses in the side structures can be estimated as well. Simplified structures were analysed in order to validate the coupled beam method against the three-dimensional finite element method.