海上风机支撑结构的时域和频域疲劳对比研究

对海上风机支撑结构进行动力响应分析,求出结构危险节点的载荷谱和功率谱密度函数,结合疲劳损伤模型和Dirlik概率模型,分别在时域和频域内对支撑结构进行疲劳寿命分析.由于时域法计算疲劳寿命需进行应力循环计数,这一过程需处理的数据庞大,耗时长.频域法省去应力循环计数,代之以概率密度函数,可相对准确、快速地计算结构的疲劳寿命.分析结果表明,采用Dirlik概率模型的频域分析法能较准确地反映海上风机支撑结构在随机载荷作用下的疲劳损伤情况,计算结果误差在可接受范围内.     

基于概率密度演化的斜拉索多级变幅时变疲劳可靠度分析

拉索是斜拉桥的主要受力构件,在车辆、风等交变荷载作用下易发生多级变幅疲劳损伤,而经典可靠度方法预测多级变幅时变疲劳可靠度难度大且计算效率低。针对这一问题,提出一种高效的多级变幅斜拉索时变疲劳可靠度预测方法。基于Miner累积损伤理论,建立同时考虑荷载和材料随机性的变幅疲劳损伤概率演化模型;构建应力幅出现频率指标,解决多级变幅疲劳损伤演化过程中偏微分方程难以确定问题,通过概率密度演化方法精确计算多级变幅时变疲劳可靠度,并采用五级变幅材料试验数据和某桥梁斜拉索的模拟数据验证所提方法的可行性。结果表明:所提方法的计算效率远高于蒙特卡洛方法;在小概率失效时,其计算精度高于蒙特卡洛方法。     

基于KENTRACK的铁路沥青混凝土底砟层疲劳特性评价

重复动载疲劳损伤是沥青混凝土底砟层的破坏形式之一。本文建立了沥青混凝土底砟层的三维有限元分析模型,分析其在列车荷载作用下的受力变形特性。采用KENTRACK设计方法分析了沥青混凝土底砟层的疲劳寿命。结果表明:沥青混凝土底砟层等厚度替代基床表层的路基结构形式在列车荷载作用下基床表层的竖向动变形和振动加速度明显减小;沥青混凝土底砟层的层底拉应变在10×10^-6~90×10^-6,处于较低水平;沥青混凝土底砟层具有良好的疲劳耐久性,可用于工程实践。     

垃圾土力学特性及其路基填筑应用研究

将垃圾土应用于公路路基填筑是实现垃圾土大规模资源化利用的有效途径。本文首先对实际垃圾土进行筛分处理,制得适用于公路路基的垃圾筛余土(简称垃圾土);进而,通过室内试验研究了直接压实垃圾土和固化垃圾土的抗剪强度、CBR值等力学特性;以此为基础,修筑直接压实垃圾土路基试验段,并采用适宜的新型施工工艺修筑固化垃圾土路基试验段,监测路基的工后沉降随时间的变化规律,对比两种垃圾土路基的应用效果。结果表明:固化垃圾土与直接压实垃圾土相比,粘聚力提高1.6~1.9倍,内摩擦角提高30%以上,CBR值提高4.5~5.1倍;固化垃圾土路基的工后沉降比直接压实垃圾土路基降低64.7%,且能够更早地趋于稳定。以上结果证明:本文提出的固化垃圾土路基施工工艺和垃圾土资源化利用途径是可行的。     

船体板格极限强度数值计算影响因素及敏感分析

船体板格极限强度的有限元计算方法应用广泛,但其计算方法具有一定的不稳定性,计算结果受多种因素的影响.本文针对船体板格有限元计算方法的不稳定性进行研究,通过将有限元计算结果与其他学者的研究成果进行对比,验证本文所采用的有限元方法的可靠性,然后针对板格材料、初始缺陷、网格密度、边界条件等几种因素的敏感性进行具体研究,发现理想应力应变关系会使得结果偏于危险.网格形状和网格密度对于结果均有影响,边界条件对于有限元结果有影响,最大误差在7.2%,并且模型3会使得结果偏于危险.初始缺陷是一敏感因素,最大误差在20%,因此需要根据实际缺陷选取合适的屈曲模态和比例因子.     

CFRP加固损伤钢板的拉伸及疲劳性能研究

文章基于Dugdale模型理论提出CFRP加固含裂纹钢板加固量的计算方法。通过虚拟裂纹闭合法建立模型来模拟塑性钢板的破坏过程,并完成相关试验,验证了CFRP加固含裂纹钢板有效粘贴长度、有效粘贴宽度取值的有效性。同时利用Paris公式预估疲劳寿命,并结合相关试验数据,探究了CFRP加固对含裂纹钢板疲劳寿命的提高作用。研究表明,有效粘贴长度、有效粘贴宽度的理论取值有效;通过CFRP双侧加固竖裂纹、斜裂纹钢板构件可分别使其疲劳寿命得到显著提高。     

基于一个二维水弹塑性方法和极限强度评估的集装箱船结构优化研究

海上极端波过去常常导致船舶结构的极限破坏,而船舶的极限崩溃涉及到船体结构的动态极限强度和结构非线性.该文通过二维的水弹塑性方法研究了集装箱船在极端波中的非线性动态强度,该方法考虑了船体的极限强度以及船体结构的非线性和波浪之间的耦合.并通过该二维水弹塑性方法和极限评估方法研究了船体结构的结构优化.文中还通过二次规划法(SQP)来优化基于非线性的动态强度的集装箱船体结构.最少的结构成本是本优化的目标函数,约束条件保证船体的强度要小于结构的极限强度,并且结构设计尺寸要满足规范的要求.随着设计波高的变化,这些优化的设计变量的变化趋势得以发现,一些研究的结论可用于船舶规范的参考.     

Assessment of fatigue strength of steel butt-welded joints in as-welded condition – Alternative approaches for curve fitting and mean stress effect analysis

Experimental fatigue data for butt-welded joints in as-welded condition and under constant amplitude tensile loading (secondary bending included) were analyzed using the nominal stress system and the notch stress system. Two approaches were used; a standard fitting procedure and minimization of the sum of squared perpendicular distances from a line with a fixed and free slope. In all cases, the latter method gave better agreement between the experimental and predicted fatigue life and fatigue strength. The analyses showed both with all broken specimen data included and with reduced data that the FAT225 curve, as recommended by IIW, might be too optimistic for the notch stress approach in the case of butt-welded joints in as-welded condition. It was also found that use of the local stress ratio instead of the applied stress ratio might explain many issues concerning current observations and apparent inconsistencies in reported literature.     

基于地基回弹因素的盾构隧道管片上浮预测

针对软弱地层盾构隧道管片脱出盾尾后出现的上浮问题,分析盾构施工过程中管片上浮的诱因,得出软弱地层中管片的上浮主要是地层应力重分布产生的地基回弹力引起的。在此基础上建立隧道开挖动态模型,分析隧道上浮量变化规律以及地层特性对管片上浮量的影响规律,得出地层弹性模量和管片上浮量呈一定的指数关系,且弹性模量对管片上浮量的影响远大于地层黏聚力和内摩擦角。通过力平衡理论计算盾构开挖引起的地层回弹力、管片上浮量以及隧道上浮影响的地层高度范围,并通过对珠江狮子洋工程管片上浮量的计算与实测对比,证明该公式的合理性,为盾构隧道工程中考虑地基抗力引起的管片上浮量预测提供一种新的方法。     

基于发动机台架考核方法的气缸盖高周疲劳特性研究

依据发动机台架考核规范,运用疲劳强度理论,对某铸铁气缸盖进行高周疲劳强度评估。明确温度和应力随考核工况改变的变化行为,研究气缸盖各区域受工作载荷的影响状况,为缸盖寿命评估模型提供载荷边界。结合疲劳理论,在考虑材料修正的基础上进行了疲劳特性分析和损伤状况分析。分析表明,气缸盖各区域的疲劳安全系数均大于1,视为安全,但冷却钻孔区域的安全裕度较小。