基于等效面积Drucker-Prager模型探讨边坡破坏机制

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用。基于等效面积的D-P屈服准则如DP1,DP2,DP3,DP4等模型来模拟二维和三维边坡稳定状况,进行了边坡稳定性分析计算。得出不同折减系数下边坡中广义塑性应变的变化情况,结果表明用该模型能较好地模拟土坡的渐近破坏过程,有助于对边坡的破坏机制的更深层次的理解;并把计算结果和传统极限平衡方法进行了对比,表明三维稳定有限元分析可较二维有限元更加真实地反映边坡的稳定状况;基于等效面积的D-P屈服准则的DP3模型的计算比较真实,更好地模拟了边坡的破坏机制。     

顶部堆载作用下边坡变形破坏机理的有限元分析

顶部堆载作用下坡体的应力应变场与天然状态有很大不同。通过建立顶部堆载环境下边坡的有限元模型,运用有限元计算程序对坡角为45°的均质土坡进行了变荷载作用下的变形破坏机理分析。结果表明:以计算不收敛为判据的有限元法计算顶部堆载环境下的边坡稳定性是可行的,安全系数与荷载作用的大小关系具有一定的规律;当堆载作用力超过其极限承载力时,边坡的潜在滑面会向临空面移动,后壁变陡;在堆载作用力下,边坡坡面位移在中部最大,且位移会在破坏时迅速增大,堆载诱发滑坡属于推移式滑坡。     

Fracture loci of DP980 steel sheet for auto-body at intermediate strain rates

This paper introduces the effect of the strain rate on the ductile fracture of DP980 1.2t steel sheet. Tensile tests of DP980 sheet are performed at a range of strain rates from 0.001 s^?1 to 100 s^?1 with three different shapes of specimens: the diagonally notched specimen for the in-plane shear test; the dog bone specimen for the uniaxial tension test; and grooved specimen for the plane strain tension test. To trace the strain on the surface of the specimen, 2-D digital image correlation (DIC) technique is adopted to encompass the remarkable transition of the fracture characteristics including the fracture strain, loading path and strain rate sensitivity. The negative stain rate sensitivity is observed on the equivalent strain to fracture which corresponds to the experimental results at low strain rate ranging from 0.001 s^?1 to 0.1 s^?1. The transition of thermal condition from isothermal to adiabatic comes into play to increase the equivalent strain to fracture at the intermediate strain rate from 0.01 s^?1 to 1 s^?1. The fracture loci incorporating with the Lou-Huh ductile fracture criterion are developed to identify the strain rate effect in the wide regime of triaxiality.     

双层反翘滑坡渐进破坏力学模型及失稳判据研究

以襄十高速公路韩家垭滑坡为背景，对滑坡的“双层蠕滑-反翘变形-弯曲折断一坡体滑移”的渐进破坏机理进行了深入分析，通过将滑坡前缘陡倾顺层结构变粒岩层概化为滑床部位锁固而其余边界自由的多层矩形薄板结构，滑坡的反翘弯曲破坏问题视为在纵、横向荷载作用下，多层矩形薄板的屈曲-弯曲变形以及变形到一定程度时岩层板的断裂破坏问题，基于Rayleigh-Ritz能量变分原理，建立了滑坡的渐进破坏力学模型，提出了滑坡的稳定性判据及滑坡整体启动滑动面抗剪强度阀值。最后，根据模型试验的加载参数及渐进破坏力学模型对滑坡的稳定性及抗剪强度阀值进行了计算分析，其结果与模型试验的测试结果相符，表明所建立的力学模型是合理可行的。     

套筒加强式圆形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验

为解决圆形钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓节点在地震荷载作用下存在的安全隐患,提出套筒加强式节点。以节点构造方式和梁柱刚度比为主要影响因素,设计10个1/2缩尺比例的圆形钢管混凝土柱-钢梁节点试件,采用柱端加载方式完成了试件的低周反复荷载拟静力试验,观测了试件的破坏过程与破坏模式,分析了各试件的滞回曲线、承载能力、延性和耗能能力、强度与刚度退化等特征参数,系统研究了不同影响因素下套筒加强式焊接节点、栓焊混合节点与传统螺栓连接节点的破损规律差异,并给出了此类节点极限弯矩的计算方法。研究结果表明：节点的破坏模式主要取决于节点的构造方式和梁柱刚度比,套筒加强式栓焊混合节点避免了螺栓松弛、断裂以及焊缝开裂等破坏形式的发生,达到了“强节点,弱构件”的抗震设计要求;套筒结构使节点核心区的焊缝和螺栓共同承受弯矩和剪力,提高了节点强度和梁柱连接的刚度,节点由螺栓连接时的半刚性连接变为刚性连接;与传统螺栓连接节点相比,套筒加强式节点具有更高的承载力和安全储备,其等效黏滞阻尼系数、转角延性系数、弹性及弹塑性层间位移角均满足规范要求,各抗震性能指标良好;节点极限弯距的计算结果与试验结果吻合较好,表明该方法可用于此类节点的设计计算。     

针对儿童座椅拉拽失效的车身结构改进

在乘用车前期设计阶段,为让儿童保护的安全性能得到控制和优化,以某乘用车根据国家安全法规要求进行儿童座椅拉拽台架试验时,ISOFIX固定装置出现焊点从车身上拉脱失效为例,基于焊点热影响区损伤的焊点失效准则和钣金断裂失效准则,运用有限元分析对其进行虚拟评估和结构改进,有限元分析与试验结果吻合良好.改进结构通过了儿童座椅拉拽...     

油气弹簧独立悬架横臂拓扑优化设计

针对重型特种车独立悬架系统双横臂结构,通过建立整车多体动力学模型,计算得到上、下横臂在3倍垂直载荷、侧翻和紧急制动工况下的受力。在此基础上,借助Optistruct拓扑优化软件,基于变密度法对上、下横臂结构展开了以体积分数(质量)最小为优化目标,结构位移为约束的拓扑优化设计分析,并对拓扑优化后的上、下横臂结构进行强度校核和跑车试验验证。结果表明,在结构强度和可靠性满足设计要求的条件下,拓扑优化后上横臂结构减重10%,下横臂结构减重7.9%,取得较好的轻量化效果并且降低了制造成本。     

定侧压混凝土双轴拉-压疲劳累积损伤试验研究

在对有限预应力混凝土桥梁结构进行损伤分析与剩余寿命估算时,为了解混凝土在双轴波动拉-压应力作用下的疲劳强度和损伤特性,通过室内小尺寸的变截面棱柱体试件的双轴疲劳试验,得到了定侧压下混凝土等幅和变幅重复荷载作用下的轴心拉-压疲劳方程和疲劳变形特性。由等幅疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了相应的损伤演化方程;依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳损伤模型。研究表明:极限疲劳割线模量衰减率可作为混凝土发生拉-压疲劳破坏的标志;用规范化的疲劳变形模量定义损伤变量,建立的损伤累积模型,用于疲劳损伤分析和剩余寿命预测时具有较高的精度。     

Fatigue strength assessment including welding residual stress of spot welded joints subjected to cross-tension loads

This paper presents a method to assess of fatigue strength for resistance spot welded joints, which incorporates welding residual stress effects. To achieve this, first, a non-linear finite element analysis (FEA) was performed to simulate the spot-welding process. To validate the FEA results, the numerically calculated welding residual stresses of spot welds were then compared with experimental results measured by X-ray diffraction method. The residual stress distributions showed good agreement between calculations and experiments. To evaluate the effects of welding residual stress on the fatigue design criterion of resistance spot welded joints subjected to cross-tension load, the stress amplitude (σ_a-res) taking into account welding residual stress at a spot weld was proposed based on a modified Goodman equation incorporating the residual stress effect. Using the stress amplitude σ_a-res at the nugget edge of a spot weld, the ΔP ? N_f relations obtained as the fatigue test results for spot welded joints were systematically rearranged to the σ_a-res ? N_f relation. It was found that the proposed stress amplitude (σ_a-res) provides more reasonable and accurate fatigue design criterion of spot welded joints subjected to cross-tension load.     

近场爆炸时预应力混凝土梁体抗爆分析（双语出版）

为了研究预应力混凝土梁在爆炸荷载下的动力响应、破坏模式以及不同预应力条件对结构抗爆性能的影响，结合流固耦合理论，采用LS-DYNA有限元软件建立预应力混凝土梁实体模型，开展不同炸药条件，不同预应力度和不同爆心位置条件下的预应力混凝土梁体结构抗爆分析。结果表明：①混凝土梁体的破坏模式随炸药当量的增加而变化，小当量炸药条件下，混凝土梁体表现为传统的受弯构件，随着炸药当量增加，梁体迎爆面出现压溃破坏，继续增大炸药当量，梁体迎爆面压溃引起的混凝土剥离面积和深度增大，导致截面抗压能力减弱，梁体由适筋设计的塑性破坏转为脆断；②当中等炸药当量在梁上方爆炸时，按抗弯要求设置的预应力效应能提高抗爆能力10%左右，反之，当其在梁体下方爆炸时，由于预应力效应的不利叠加会导致梁体抗爆能力明显下降；③对于同等炸药当量条件下沿梁跨径方向不同位置的爆炸，跨中爆炸时梁体受力最为不利，爆点位于支座处梁体上方时，由于支座的边界约束作用，梁体动力响应和损伤较小；④同等炸药当量条件下，爆心相对梁体上下位置的改变将引起预应力混凝土梁体破坏模式的改变；⑤灌浆对预应力混凝土梁体的抗爆性能影响不明显，有黏结预应力和无黏结预应力混凝土梁体在不同爆炸荷载作用下表现出相似的动力特性和力筋应力增量变化规律。     

节段预制纤维增强混凝土压杆键齿受力性能试验研究

节段预制桥梁靠近支座处箱梁腹板由于受力复杂,而在键齿处容易发生开裂.为此,以接缝处键齿配筋方式(素齿、构造筋以及体内穿筋)、键齿齿目(单键齿、双键齿)和干接缝角度(30°、45°以及60°)作为试验的设计参数,对8对使用2％配纤率的强度为100.1 MPa纤维增强混凝土干接缝匹配的压杆试件进行试验研究,记录试件的开裂荷...     

堆石料三维强度特性

考虑颗粒尺寸效应、破碎、分形等细观特征，结合大尺寸三轴试验结果，建立了堆石料的各向异性破坏准则。借助砂土细观组构描述方法，用组构张量描述堆石料颗粒细观特性，提出了新的各向异性状态变量；同时将该变量作为堆石料细微观演化的内变量建立了线性形式的堆石料破坏准则，构建过程既简化了表达式，又保留了现有指数形式破坏准则的优点，能够描述复杂应力条件下堆石料的强度特性。通过状态变量的变化，提出的准则能较好地描述不同各向异性条件下应力状态、路径、罗德角、主应力轴旋转等变化对堆石料强度的影响。引入正交各向异性组构，推导了随罗德角、主应力旋转角变化的各向异性状态变量表达式，给出了不同参数变化下的堆石料三维强度破坏面。用大型三轴排水试验结果确定材料破坏准则的参数，基于分形维数理论研究了不同级配的堆石料在不同围压下的强度和变形特性关系。验证表明：提出的各向异性破坏准则可以较好地描述堆石料分形维数、孔隙比和围压对其三维强度特性的影响；随分形维数及强度参数变化，该准则能较好地反映堆石料强度在细观特性下的变化关系。     

强度折减元法在边坡设计中的应用

基于强度折减元法,对一段全风化花岗岩路堑边坡进行了稳定性分析。岩土材料本构模型采用Drucker-Prager屈服准则,以等效塑性应变作为判别边坡破坏的判据。通过两种不同边坡设计方案的对比分析表明,强度折减元法在边坡设计中有较强的可靠性和适用性。     

水泥稳定碎石力学特性研究

为研究水稳碎石材料的力学特性,通过简单加载试验、逐级加载试验和循环加载试验,分析了加载方式、应力水平、龄期对其抗压强度、割线模量、破坏应变和累积应变变化规律的影响.结果表明:水泥稳定碎石是典型的弹塑性材料,应力依赖性明显,对荷载变化敏感,弹性和塑性的临界值为(0.7?0.8)σmax;随着应力水平的增加,简单加载和逐级...     

非均质边坡稳定性分析的有限元强度折减法

在介绍有限元强度折减法基本原理的基础上,以某正实施加固的非均质边坡工程为研究对象,设置了两种最不利工况,采用有限元强度折减法,以等效塑性应变区贯通作为边坡破坏标准,分别对这两种工况下的边坡三维稳定性进行分析。计算结果表明:在微型桩的加固作用下,边坡的稳定系数大大提高,加固后的边坡是稳定的。     

基于PFC3D仿真重演的加载及卸载岩爆破坏特征研究

以兰-海高速公路桐梓隧道灰岩为研究对象,进行室内力学试验,并基于三维颗粒流程序PFC（particle flow code）进行加载和卸载岩爆试验数值模拟,得出不同应力状态下岩样的细观破坏特征。研究结果表明： 1）加载试验中岩石应力变化、颗粒位移、黏结破坏特征及能量变化情况均表现出3个阶段,即弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。2）岩石加载强度随着初始应力的增大而增大,岩石储存的极限应变也随之增大。3）应力越大,卸载试验岩爆倾向及强度越大,这是由于岩石破坏时应力由卸载面转移到内部,导致岩石内部应力集中;在其他条件不变的情况下,初始应力越大卸载岩爆强度越大,径向应力增大对硐室围岩稳定性有着更不利的影响。4）岩石加载和卸载条件下岩石的破坏具有较大区别。     

体外预应力节段预制胶拼梁抗弯极限承载能力模型试验研究

为研究体外预应力节段预制胶拼梁的抗弯极限承载能力和破坏模式,以某3×30m一联连续箱梁桥为背景,以偏不利的实桥中跨为研究对象,根据相似理论,设计制作了一跨缩尺比为1∶3的10m简支工字型试验梁,按照设计承载能力极限状态跨中最大正弯矩荷载组合和活载超载2个阶段进行了分级加载试验。结果表明:跨中最大正弯矩工况下,梁体强度和刚度满足设计要求,结构整体受压,处于弹性受力状态;超载工况下,梁体底板逐渐消压,跨中附近接缝截面底板开裂,随后裂缝逐渐变宽并竖直向上延伸,直至荷载超过接缝截面抗力设计值后,顶板局部混凝土压碎,而钢绞线未屈服;体外预应力节段预制胶拼梁具有较大的抗弯极限承载能力,可能发生的破坏模式为跨中附近接缝截面顶板混凝土受压破坏。     

容重增加法分析边坡稳定性的研究

考虑岩土变形的影响,岩土体的本构关系采用完全弹塑性模型,强度采用修正的Drucker-Prager屈服准则,以边坡最大水平位移增量与计算重力加速度增量之比达到极值作为边坡破坏的标准。文中对一工程边坡的稳定性进行了分析,并利用临界破坏状态时边坡的等效塑性应变图来确定潜在滑动面,为工程设计提供了依据。