大尺寸薄壁加筋钢结构承载板试验评估及数值仿真

对一种采用薄壁加筋钢结构的大尺寸承载板进行了试验评估和数值仿真,比较分析了其加筋前后的力学性能。对承载板进行了结构特点、力学环境和载荷分析,以及承载板结构刚度和强度的试验评估,并对薄弱部位提出了改进方案;应用ANSYS中的SHELL63单元建立了加筋前后的两种物理模型,对加筋前仿真和试验结果进行了对比验证,并对加筋前后的承载板力学性能进行了有限元比较分析。结果表明,所建立的物理模型能够较好的模拟承载板钢结构受力状态,采用的加筋方案有效提升了钢结构刚度和强度,达到了极限载荷指标要求。     

复合受力作用下的板格和加筋板的极限强度计算与研究

通过非线性有限元对板和加筋板在承受复合受力作用时的极限强度做计算和研究,讨论了非线性有限元计算中板和加筋板的边界条件及初始变形的实现,单元尺寸的选定,边界条件的施加,多载荷步的非线性求解等技术问题.分别选取了一块板格和加筋板作为研究对象,对多种复合载荷形式下的板和加筋板的极限强度进行了计算分析.计算结果表明,在非线性有限元计算中的处理方法是正确、有效的,计算结果与参考值吻合良好.     

流固冲击载荷下加筋板非线性动力响应与敏感度分析

在考虑大变形、忽略阻尼的影响下,基于有限元软件ANSYS分析了加筋板在流固冲击载荷下的非线性瞬态响应.不仅将不同的冲击载荷形式,譬如阶跃载荷和三角形载荷,与流固冲击载荷对加筋板动力特性的影响进行了比较,还分别讨论了载荷峰值、冲击载荷持续时间、板厚、加强筋材料体积比和截面宽高比的影响,并对它们作了敏感度分析.     

惯性载荷作用下结构应力法焊接结构抗疲劳性能研究

基于结构应力法计算了焊缝的等效结构应力和累积损伤比,对这两种焊接形式在惯性载荷作用下的疲劳特性进行了分析.分析了采用名义应力法和等效结构应力法对有限元网格尺寸的敏感性,验证了采用等效结构应力法对网格尺寸不敏感;分析了焊缝类型、承载方向及焊接板厚度对结构疲劳寿命的影响.结果表明,当载荷方向垂直于焊线且垂直板所在平面时,焊缝的寿命最低,且对接焊缝比角焊缝更易发生破坏;在三个方向惯性载荷共同作用下,角焊缝的疲劳寿命要比对接焊缝疲劳寿命长;在保证焊趾两侧刚度协调的前提下,同时增加两个焊接板件厚度可以提高焊缝的疲劳寿命,只增加或者减少一个板件厚度,都会导致焊缝疲劳寿命降低,尤其是角焊缝.     

钢管混凝土风电塔架插板式节点的力学行为分析

为了掌握格构式钢管混凝土风电塔架插板式节点的受力性能,进行了4个插板式节点缩尺模型的静力试验,并在此基础上采用ABAQUS进行参数扩展的有限元非线性分析;通过节点板厚度和球柱高度的变化,对节点的节点板等效应力分布、锥台区等效应力分布等性能指标进行了分析.研究结果表明:插板式节点的破坏形态可分为节点板屈曲破坏模式、包裹体滑移破坏模式和球柱剪切破坏模式,分别取决于节点板厚度、包裹体握裹力和球柱高度;节点板为节点的薄弱部位,随着节点板厚度和球柱高度的变化,其高应力区均集中在节点板下部与球柱相交处;假定腹杆不发生屈曲破坏,在球柱高度相同时,当节点板厚度n≤12 mm时,节点承载力随着n的增大而增加,当n> 12 mm时,随着n的增大,节点承载力增长幅度明显放缓;在节点板厚度相同时,当球柱高度h≤90 mm时,节点承载力随着h的增大而增加,当h> 90 mm时,随着h的增大,节点承载力增长幅度明显放缓;此类节点在实际工程设计使用时节点板厚度n≤12 mm较为合理、球柱高度h≤90 mm较为合理.     

承重型3D板墙体抗震性能数值模拟

为研究承重型3D板墙体的抗震性能,同时考虑单纯采用拟静力等抗震性能试验存在试验周期较长、成本较高等问题,采用有限元分析方法对承重型3D板墙体的抗震性能进行模拟计算,并将计算结果与试验结果进行对比,在验证数值模型准确合理的基础上,进一步分析高宽比、混凝土层厚度及强度对其抗震性能的影响,以此节约试验时间和成本. 研究结果表明:随着高宽比的增大,构件趋于弯曲破坏,有利于增加构件的延性及耗能能力. 增加混凝土层厚度对墙体极限承载力具有一定的提高作用,当单侧混凝土层厚度由30 mm增加至40、50 mm时,墙体极限承载能力由208 kN增加至253、279 kN;墙体的极限承载能力随着混凝土层强度的提高略有提升,当混凝土层强度由C25增加至C30、C35时,构件的极限承载力由236 kN增加至253、260 kN.      

双向正交密加筋板的极限强度研究

基于正交异性板理论,将双向正交密加筋板进行构造正交异性和物理正交异性的等效转换.采用数值分析方法,对一系列单轴受压的双向正交密加筋板进行了有限元非线性计算.基于有限元数值计算结果和正交异性板理论,提出了双向正交密加筋板的极限强度预报公式.比较结果表明,提出的公式更为简便、合理,可以准确对双向正交密加筋板的极限强度进行预报.     

加筋泡沫轻质土三轴剪切力学特性

通过三轴剪切试验, 对比在不同加筋率和围压下, 聚丙烯纤维加筋泡沫轻质土的剪切力学特性; 研究了泡沫轻质土各强度参数与加筋率、围压之间的关系, 获取了加筋泡沫轻质土裂纹扩展规律, 建立了应力-应变全曲线方程, 提出了加筋泡沫轻质土各强度参数关于加筋率和围压的本构方程; 将不同加筋率的试验数据归一化处理后进行分析, 得到了加筋泡沫轻质土的应力-应变全曲线方程, 获取了曲线方程中各参数关于加筋率、围压2个变量之间的函数关系。分析结果表明: 加筋泡沫轻质土三轴剪切强度和黏聚力均随加筋率增加呈现先增加后减小的趋势, 在加筋率达到0.75%时达到峰值; 加筋泡沫轻质土的内摩擦角受加筋率影响较小, 说明纤维作用主要是通过改变材料黏聚力来影响加筋泡沫轻质土的强度; 而强度降低率随着加筋率增加呈现明显的下降趋势, 最大从40%左右降低至10%左右时达到稳定; 加筋率一定时, 加筋泡沫轻质土的极限强度和残余强度均随着围压的升高呈增加趋势; 经过分析体积裂纹曲线发现加筋泡沫轻质土破坏时主要经历受压、产生裂缝、纤维承受拉力限制裂缝、裂缝扩展张力过大纤维拔出4个阶段, 而加筋泡沫轻质土达到屈服阶段时往往包括裂纹的稳定扩展阶段和裂纹的不稳定扩展阶段2个裂纹发育过程, 由于缺乏筋材, 泡沫轻质土属于脆性破坏, 因此, 没有裂纹不稳定增长阶段。      

考虑间接作用影响的加筋土强度特性分析

对于加筋土强度的研究,多数研究者大都仅考虑加筋的直接作用,但还需考虑加筋的间接作用,若考虑间接加筋作用后,加筋土强度还会有很大提高.为此从间接加筋作用出发,仍将加筋土的破坏分为拉断破坏和黏着破坏,针对轴对称荷载下斜向布筋的加筋土三轴试样,认为试样处于极限平衡状态,通过改变间接作用范围内土的黏聚力大小,并通过内力分析,认为试样处于静力平衡状态,从而得到极限平衡条件下加筋土的大主应力表达式,再针对增大的黏聚力满布加筋作用范围、填料为砂土、加筋层与试样横截面夹角为零度及不考虑间接作用等情况做了详细讨论分析.结果表明:当间接加筋作用范围内土的黏聚力增大时,加筋土强度会有很大提高,当间接加筋作用满布加筋层的作用范围,则间接加筋作用会发挥到最大;当筋材与试样横截面夹角为零度时,加筋效果最佳;当考虑间接加筋作用时,加筋砂土也会表现出很高的似黏聚力;当不考虑间接加筋作用时,则强度表达式就变成通常情况下的加筋土强度表达式.     

考虑温度和载荷影响的动车信息窗粘接结构寿命预测

针对动车信息窗粘接结构, 考虑环境和载荷对粘接结构寿命的影响, 提出了一种加速老化与自然老化相结合的寿命预测方法; 对粘接结构影响因素进行分析, 建立了加速老化的温度-动态载荷耦合循环谱, 制作了铝合金对接接头, 分别进行0、10、20、30循环周期的加速老化试验, 定期测试接头的剩余强度和失效形式, 获得粘接剂剩余强度随载荷循环次数的变化规律; 提取自然老化下不同行驶里程的实车胶条, 进行剩余强度测试, 获得了粘接剂剩余强度随行驶里程的变化规律; 采用多项式函数分别拟合载荷循环次数、行驶里程与粘接剂剩余强度衰减率的函数关系式, 建立了载荷循环次数与行驶里程之间的函数关系式。研究结果表明: 相比粘接接头初始强度, 温度循环10、20、30周期后粘接接头的剩余强度下降幅度依次为11.6%、15.9%、20.7%, 而温度-动态载荷耦合循环后强度分别下降了14.1%、18.9%、24.8%, 说明动态载荷加剧了接头强度的衰减, 并且均呈现先快后慢的下降趋势; 温度-动态载荷耦合试验作用后, 接头断面的失效形式和机理变化明显, 初始时接头胶层发生老化失效, 而后随着载荷循环次数的增加, 接头主要失效机理由老化失效转变为疲劳失效; 加速老化与自然老化下粘接剂失效强度的衰减率变化趋势基本一致, 建立的载荷循环次数与行驶里程的函数关系式能够较准确地预测粘接结构的寿命, 预测得到动车最大安全里程为8.34×106 km。      

结构动力屈曲的研究进展

系统地回顾了结构动力屈曲的研究进展,着重阐述了板及加筋板结构在周期载荷、冲击载荷以及随动力作用下的动力屈曲问题.对常用的动力屈曲准则作了介绍.针对目前对复合材料结构冲击屈曲研究较少的情况,提出应开展该领域的深入研究,并指出研究面内动力载荷下板结构的动力极限强度具有重大意义.     

格构式钢管混凝土风电塔架双拼节点性能研究

为了掌握钢管混凝土双肢拼接节点的破坏机理和力学性能,进行了6个钢管混凝土双肢拼接节点缩尺模型的静力试验研究,并在此基础上采用ABAQUS进行了有限元的非线性分析.通过塔柱径厚比、节点板厚度和有无加劲板3个参数的变化,对节点的破坏模式、节点板的等效应力等性能指标进行了分析.研究结果表明:无加劲板节点的破坏区在节点板上,加劲板节点的破坏是由于压杆失稳而引起;加劲板节点的承载力大于无加劲板节点,但对节点板的厚度、初始偏心和塔柱径厚比等因素的敏感度降低,无加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域和拉腹杆下方的区域;加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域;如果腹杆不发生屈曲破坏,当塔柱径厚比27.4时,节点板厚度相同,塔柱径厚比增大,节点承载力下降,当27.4时,节点板厚度增加,节点承载力下降幅度减小;当节点板与塔柱壁厚比2时,节点承载力随着的增大而增加,当2时,塔柱壁厚增加,承载力增加幅度减小.      

加筋板在轴向压力下的极限强度研究

采用非线性有限元直接计算方法,对系列加筋板在轴向压力下的极限强度进行了计算分析.大量数值计算结果与smith及Tanaka的实验结果进行了验证.基于有限元分析结果,提出了加筋板极限强度的预报公式.文中公式与有限元计算及实验对比结果表明,所提出的公式具有较高的精度.     

受火冷却后钢管混凝土叠合短柱的轴压力学性能

为掌握受火冷却后钢管混凝土叠合短柱的轴压破坏机理和力学性能,基于试验研究和有限元模拟,分析了叠合短柱的破坏模式、轴压极限承载力和轴向刚度.考虑截面形状、钢管尺寸和长细比3个参数的变化,完成了8根叠合短柱在ISO-834升温曲线作用下的受火试验和受火冷却后的轴压承载力试验,并采用ABAQUS进行了非线性有限元模拟.研究结果表明:与钢筋混凝土短柱相似,受火冷却后叠合短柱的破坏模式为受压破坏;与常温时相比,受火180 min冷却后,叠合短柱的轴压极限承载力下降27.4%~38.2%,轴向刚度下降61.4%~69.0%;当受火时间和钢管尺寸均相同时,钢管外部钢筋混凝土结构层增大1.53倍厚度,受火冷却后圆形叠合短柱的轴压承载力和轴向刚度降幅分别下降8.4%和1.3%,方形叠合短柱的轴压承载力和轴向刚度降幅分别下降5.8%和4.1%;与模拟值相比,提出的简化计算方法计算的轴压极限承载力偏差的平均值和标准差分别为4.9%和5.3,计算的轴向刚度偏差的平均值和标准差分别为13.8%和9.8.     

充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:（1）随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;（2）节理粗糙度系数（JRC）对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;（3）随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;（4）当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.（5）节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.      

哑铃形EBG结构微带天线的设计与仿真

以哑铃形EBG结构为研究载体,通过数值计算,对其带隙特性进行了研究.结果表明:在一定范围内哑铃形结构矩形边长增加、狭缝长度增加、介质基板厚度增加、介电常数增加,带隙中心频率呈下降趋势,而狭缝宽度增加,带隙中心频率呈上升趋势;同时表明介质基板厚度、介电常数增加,禁带宽度上升,狭缝宽度增加,禁带宽度下降.依据所得结论,设计了一Ku频段的微带贴片天线,与无EBG结构的同尺寸天线相比,其单元天线增益提高了1.68 dB,方向图特性得到了很好的改善.     

哑铃形EBG结构微带天线的设计与仿真

以哑铃形EBG结构为研究载体,通过数值计算,对其带隙特性进行了研究．结果表明：在一定范围内哑铃形结构矩形边长增加、狭缝长度增加、介质基板厚度增加、介电常数增加,带隙中心频率呈下降趋势,而狭缝宽度增加,带隙中心频率呈上升趋势;同时表明介质基板厚度、介电常数增加,禁带宽度上升,狭缝宽度增加,禁带宽度下降．依据所得结论,设计了一Ku频段的微带贴片天线,与无EBG结构的同尺寸天线相比,其单元天线增益提高了1．68dB,方向图特性得到了很好的改善．     

湿陷性黄土-混凝土接触面剪切力学特性及破坏型式研究

对湿陷性黄土-混凝土结构进行直剪试验,研究接触面剪切力学性质,主要考虑法向应力、混凝土表面粗糙度等影响因素下湿陷性黄土-混凝土结构物接触面的剪切力学特性,进而采用数值分析研究接触面的破坏型式.通过直剪试验发现:在两种介质的接触面上剪切应力-剪切位移出现滑移、弹塑性破坏两种型式.接触面粗糙度不同时,结构接触面的抗剪强度峰值也不同,接触面越粗糙,其黏聚力也越大,内摩擦角越小.数值模拟的结果是:在法向应力较小时,剪切破坏模式以滑移破坏为主;法向应力增大后,会在湿陷性黄土内部产生剪切滑动带.在法向应力相同时,湿陷性黄土内部的剪切滑动带的厚度随着接触面粗糙度的增加而增加.湿陷性黄土-混凝土接触面光滑的情况,随着法向应力的变化,土体剪切滑动带厚度约为13～16 mm;接触面为粗糙面时,随着法向应力的变化,土体剪切滑动带厚度约为15～19 mm.     

地震液化对桥梁桩基础极限承载力的影响

地震后砂土液化是地震的主要震害之一．对砂土液化前后桥梁桩基的极限承载力进行了数值计算，结果表明砂土液化后，基桩的横向极限承载力明显降低，其降低程度与桩周可液化土体的厚度及液化程度相关．桩周可液化土体厚度越大，液化程度越高，则地基土的水平抗力系数m降低越多，桩基的横向极限承载力降低也越多．同时，砂土的液化导致基桩的水平位移在同等载荷作用下也有较大的增长．     

复合材料带孔板孔形与铺层优化设计

为提高复合材料带孔板的承载能力,对其孔形和铺层进行优化; 基于损伤力学模型建立了复合材料带孔板的仿真分析模型,并验证了其仿真精度; 选用圆孔、三角孔、方孔3种孔形的复合材料板,分别进行了仅孔形优化、仅铺层优化、先孔形优化后铺层优化、先铺层优化后孔形优化4种优化方案,对不同方案优化后的复合材料带孔板进行失效分析。分析结果表明:仅铺层优化对不同孔形复合材料板的失效载荷提升效果(7.6%~13.4%)明显大于仅孔形优化(2.0%~2.9%),仅孔形优化对三角孔带孔板失效载荷提升幅度最大,仅铺层优化对圆孔带孔板失效载荷提升幅度最大; 同时采用孔形优化和铺层优化对失效载荷的提升效果明显优于单一优化方法,其中先孔形优化后铺层优化方法对不同孔形复合材料板的失效载荷提升幅度最大(11.6%~15.6%); 铺层优化和孔形优化的先后顺序对圆孔带孔板影响最大(相差3.5%),对三角孔和方孔带孔板影响相对较小; 3种孔形的带孔板中,圆孔带孔板优化后失效载荷提升幅度最大(15.6%),在实际应用中圆孔带孔板的性能相对较好,且稳定。