应力集中的剪切应力模型探讨

从缺口的结构力学模型角度对应力集中现象进行研究分析,提出了缺口部位的附加剪切应力场的模型,并推论了由原生、主导的剪切应变元衍生出附加的正应力,其与结构的其它应力场之正应力矢量叠加,共同构成了结构的应力集中现象。     

哑铃形钢管混凝土截面抗弯塑性发展能力研究

结合纤维模型法研究建立了哑铃形钢管混凝土拱桥拱肋截面受弯塑性发展系数和抗弯承载力计算公式。首先,通过合理遴选钢管和混凝土的本构关系,建立了哑铃形钢管混凝土构件抗弯承载力分析的纤维模型法,并利用试验数据验证了方法的准确性;进而,基于钢管混凝土统一理论,借助塑性发展系数表征截面在弯矩作用下的塑性发展能力,并利用纤维模型法分析了截面高度、钢管和混凝土强度、钢管壁厚和套箍系数对塑性发展系数的影响规律,最终选定套箍系数作为参数建立塑性发展系数表达式;最后,基于新建的塑性发展系数表达式建立了哑铃形钢管混凝土构件抗弯承载力计算公式,并将计算结果与试验结果进行对比。研究表明,建立的纤维模型法能够准确计算哑铃形钢管混凝土构件的抗弯承载力,塑性发展系数与套箍系数之间具有较强的非线性相关关系,所建立的抗弯承载力计算公式结果与试验结果吻合良好。     

钢梁十字形焊接细节的应力集中效应研究

为了探究钢梁十字形焊接细节应力集中系数的影响因素,针对带过焊孔的焊接细节(焊接细节1)和对接焊缝错开的焊接细节(焊接细节2)制作试件进行模型试验,并采用ANSYS软件建立有限元模型,分析各焊接细节腹板、翼缘板和焊缝的应力集中系数,研究焊脚尺寸、过焊孔半径、焊缝宽度、焊缝余高、板件间隙宽度和间隙长度对各部件应力集中系数的影响。结果表明:焊接细节1各部件的应力集中系数均比焊接细节2的大;2种焊接细节典型测点的应变实测值与计算值基本吻合,相差均小于15%;对于焊接细节1,过焊孔半径对各部件的应力集中系数均有较大影响,板件间隙宽度对焊缝的应力集中系数影响显著,焊脚尺寸和板件间隙长度对各部件的应力集中系数影响较小;对于焊接细节2,仅对接焊缝余高对腹板的应力集中系数有显著影响,其余因素对各部件应力集中系数的影响均较小。     

加筋路基边坡筋土界面应变软化模型研究

土与土工合成材料之间相互作用机理的复杂性,使得通用计算程序中简单的接触面单元模型不能满足模拟界面非连续性变形的要求。为了模拟界面的位移-软化特性,通过ABAQUS中FRIC用户子程序二次开发平台纳入了界面非线性应变-软化本构模型。建立的直剪试验数值模拟验证了界面模型的有效性和可靠性。数值试验与理论计算结果非常吻合,表明该界面模型可以模拟土与土工合成材料界面的非线性位移软化行为。非线性应变软化界面模型在ABAQUS中开发的方法和实现过程为其他界面模型的开发提供了参考。     

Stress Analysis of Arc-shaped Cutouts in Steel Orthotropic Deck Plates

正交异性钢桥面板应用广泛、但疲劳问题也较多,特别是与U肋相交的横隔板弧形缺口位置较为严重,各国规范和工程实践做法迥异.为研究弧形缺口边缘的2个主要疲劳开裂热点,选取4种不同缺口形式,考虑横隔板间距与厚度、肋高、缺口间隙等4种尺寸参数,建立桥面板局部空间模型进行分析,结合热点应力法进行疲劳评估.结果表明:对于这些缺口构造形式,与疲劳性能密切相关的热点应力水平和几何应力集中系数均表现出对各尺寸参数的显著相关性;不同缺口构造形式适用于不同的荷载条件.综合分析结果,本文推荐了一种弧形缺口形式,各项计算指标均较好.     

南京长江五桥主桥结构非线性稳定性研究

南京长江五桥主桥为主跨600m的三塔组合梁斜拉桥,半飘浮体系。为研究该桥在施工和运营阶段的极限承载能力,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,考虑几何与材料非线性,计算施工全过程及主要运营阶段各工况下结构的非线性稳定系数,评估主要构件的承载能力,并探讨桥塔钢壳与斜拉索破断对结构非线性稳定性的影响。结果表明:施工阶段及运营阶段,该桥的整体非线性稳定系数均大于临界值2.0,结构的稳定性能满足要求;三大受力构件中,主梁的承载能力最强,桥塔次之,斜拉索的承载能力相对最弱;桥塔钢壳对提升结构整体稳定性能具有不可忽略的作用;与考虑斜拉索破断时相比,不考虑斜拉索破断时结构的非线性稳定系数显著提高。     

高液限红粘土变形特性研究

为了研究红粘土路基的沉降特性,基于一维室内固结试验,分析了高液限红粘土变形特性。引入压缩变形系数,分析了高液限红粘土的物理指标对变形指标的影响,采用应变法来表达压缩变形曲线结果。引入非线性应力、应变关系的割线模量,研究了高液限红粘土的加荷本构模型和增(减)湿本构模型。结果表明:压缩变形系数随含水量的增大而增加,当含水量大于最佳含水量2%~3%后,压缩变形系数随含水量的增加增长幅度迅速变大;压实度越大,压缩变形系数越小,低压实度高含水量的情况下,压缩变形系数显著增大;压缩系数随含水量的增加而增大,压缩系数随压实度的增大而减小;高液限红粘土的应力-应变关系可以用幂函数的形式来表达。提出了高液限红粘土加荷本构模型和增(减)湿本构模型,该模型具有较高的可靠性,为研究红粘土路基沉降特性提供了有力依据。     

柔性基层和半刚性基层沥青路面有限元对比分析

通过级配碎石承载板试验建立级配碎石基层材料的非线性承载力本构模型公式,利用ANSYS通用有限元软件建立柔性基层沥青路面典型结构平面模型。对粒料基层沥青路面和半刚性基层沥青路面结构受力进行分析,包括柔性基层沥青路面在不同受力条件下应力、应变的传播规律以及与半刚性基层沥青路面之间的应力、应变传播差异。     

某异形梁柱构件的往复荷载试验

为了评判某受力复杂的异形梁柱构件的抗震设计合理性,制作了一组1：5的模型试件,在2000t 压剪试验机上进行了往复加载。试件的破坏模式和钢筋应变分布表明,梁柱构件“强节点弱构件”的设计目标得以实现,构件具有足够的延性,所得滞回曲线可供非线性时程分析参考。     

曲轴轴承座裂解槽参数对裂尖应力应变场的影响

裂解技术的核心问题是人为构造缺口,在缺口处形成应力集中,产生初始裂纹源,裂纹扩展直至最终断裂。本研究以某轿车曲轴轴承座为研究对象,利用解理断裂正应力判据作为理论依据,运用断裂力学软件Abaqus模拟分析了不同缺口参数下,裂解前裂尖处的应力应变场。通过模拟分析,研究裂解缺口参数对解理断裂判据中各参量值的影响。分析结果表明:曲轴轴承座材料QT500常温呈脆性,缺口不敏感;鉴于裂解中要考虑裂纹形核、扩展、缺口加工及裂解载荷等问题,初步确定了曲轴轴承座裂解槽的优化参数。经试验验证,缺口参数优化后获得了理想的裂解效果。     

沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析

为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性.根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律.研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况.     

高速列车作用下大跨钢桁拱桥应变响应分析

为了解大跨钢桁拱桥在高速列车和环境温度作用下的动力响应特征,基于南京大胜关长江大桥健康监测系统2015年采集的动应变、温度、车速的长期监测数据,分析大跨钢桁拱桥在高速列车作用下的动应变响应,研究关键构件的应变影响线与温度的相关性特征和应变动力系数与车速的相关性特征。结果表明:高速列车作用下,拱脚桁架处的应变影响线最大值最大,其次为主拱桁架和边跨桁架,拱桥吊杆的最小;吊杆的应变动力系数值偏大;各构件的应变影响线与温度有明显相关性,复杂受力区域呈高次相关,单一受力区域呈线性相关;各构件的应变动力系数与车速线性相关,边跨桁架、吊杆和主拱桁架的应变动力系数随车速增加而上升,拱脚桁架的应变动力系数随车速增加而下降。     

AZ80镁合金动态再结晶软化行为的唯象本构描述

采用热物理模拟机Gleeble1500对多组AZ80镁合金试样进行压缩试验,温度范围为250～400℃,应变速率范围为0.01～10s-1。真应力-应变曲线显示,应力迅速达到峰值之后发生软化,峰值应力随应变速率的增加而提高,随试验温度的升高而减小。金相分析表明,变形条件对动态再结晶软化的影响规律描述为:试样压缩60%后,晶粒大小随着应变速率的增加而减小,显微维氏硬度随细化后晶粒尺寸的减小而非线性减小,随应变速率的增加而减小。引入一种包含软化因子的唯象本构模型,并应用多元线性回归方法对相关的系数进行求解,结果发现求解获得的本构方程能够较好地描述AZ80镁合金的流变软化行为。     

沥青路面坑槽补缝界面应力集中模拟及影响因素分析

为了研究坑槽修补前后补缝界面应力集中程度,给沥青路面修补设计提供科学的理论支撑,通过建立有限元模型,计算补块与旧路面材料模量比、补缝界面接触摩擦系数和修补尺寸对应力集中系数的影响,分析了在各因素影响下其值沿圆弧界面的变化规律。结果表明:受修补料与旧路面材料的协同工作性和界面摩擦接触系数的影响,补缝界面上应力集中现象无法避免。在赤道区,柔性修补下的切向应力集中系数较大;在极区,刚性修补下法向应力集中系数较大;界面摩擦系数越大,各应力集中系数降低越明显;当坑槽修补尺寸较小时,应力集中系数基本稳定在3.0左右;而当修补尺寸较大时,其值受径宽比r/b和偏心率e/b影响显著。     

某钢筋混凝土简支斜板桥失效原因分析

以某高速失效简支钢筋混凝土斜空心板梁为研究对象,建立三维非线性分离式有限元模型,考虑材料非线性与接触非线性,并在支座和混凝土梁底相应部位建立绑定接触,以避免应力集中导致非线性计算难以收敛。重点分析了混凝土空心板梁受力情况、混凝土裂缝分布、板梁变形与刚度验算以及钢筋应力分布情况。计算结果与失效板梁实际情况吻合较好,表明所建模型及模拟方法是可行有效的。模拟方法与所得结果对该工程具有积极的指导意义,对其他类似工程的分析也具有一定的借鉴作用。     

钢管混凝土拱肋滞回性能非线性有限元分析

考虑钢管混凝土中钢材与拉压区混凝土的非线性本构关系，引入几何非线性的影响，采用考虑截面特性的空间组合梁单元，建立钢管混凝土构件非线性有限元模型。首先对试验构件进行计算，与试验结果吻合较好，然后深入研究钢管混凝土拱肋竖向弯矩一曲率、纵桥向荷载一位移以及横桥向荷载一位移滞回关系，从中看出钢管混凝土拱肋具有良好的延性和吸能性质，并得出拱肋滞回性能的各种影响因素。     

粘贴碳纤维加固混凝土板桥ANSYS仿真计算分析

通过建立有限元模型,对粘贴碳纤维布加固混凝土板梁的破坏进行全过程仿真分析。与传统分析方法比较,仿真分析法考虑了各种材料的非线性性、展示了加载的各个阶段裂缝的开展情况、截面的应力应变及挠度。结果表明粘贴碳纤维布可有效提高构件的抗弯承载力、并在一定程度上提高构件的抗裂度与刚度;当考虑结构的卸载和二次受力时,碳纤维布很难达到其极限抗拉强度,设计时应予以重视。     

沥青路面蠕变响应现场预估方法与试验

为了揭示在役沥青路面结构的黏弹特性,给基于黏弹性本构的沥青路面设计提供参考,针对现有沥青路面应变测试仍然基于弹性假设的现状,依据三维线黏弹本构理论,通过现场埋设应变和温度传感器,开展不同温度与轴载作用下的沥青路面静载蠕变试验。基于实测应变变化规律对现有表征沥青混合料黏弹性本构模型的适用性进行了判别,并分析温度、偏应力等外部影响因素对沥青层黏弹性参数的影响规律,由此建立沥青路面应变随外部因素变化的预估模型。结果表明:实测蠕变历时曲线呈现的黏弹特性很好地符合Burgers模型,拟合判定系数超过0.98;Burgers模型的4个参数(G_1,G_2,η_1及η_2)均随温度的提高而减小,随偏应力的增加而增大,与偏应力、温度分别呈良好的线性和指数函数关系,拟合相关系数均大于0.84,其中黏性参数η_1和η_2受温度和偏应力的影响显著;按应变预估模型计算得到的应变与同等工况下的实测应变历时曲线规律吻合,应变值的相对误差在10%以内,表明建立的基于三维黏弹本构关系的沥青面层应变预估方法合理、可行。     

顺置式吊杆锚固区受力特性与极限承载力研究

为掌握顺桥向设置的吊杆锚固区在吊杆力作用下的受力特性和极限承载力,以某在建斜拉-自锚式悬索组合体系桥为依托工程,利用ANSYS软件建立壳单元空间有限元模型,对锚固区在最不利荷载作用下的受力性能进行研究;并分别采用线弹性及非线性分析方法对吊杆锚固区极限承载力进行分析,讨论构件的受力情况。结果表明:在最不利荷载作用下,钢锚箱及钢锚梁应力较横隔板应力小;除钢锚梁与横隔板焊接处应力集中现象显著外,各构件应力分布较均匀;各构件顺桥向变形较大。不同极限承载力分析方法表明,此类结构采用壳单元建模进行极限承载力分析时应仅考虑材料非线性。建议在此类结构设计时,对于横隔板刚度不足问题应给予足够重视。     

粘贴钢板加固钢筋混凝土矩形受弯构件的非线性有限元数值模拟

利用有限元方法建立非线性有限元模型,模拟计算粘钢加固的钢筋混凝土矩形截面受弯构件的受力、破坏全过程。在分析中利用单元生死技术,对构件在受荷载加固和未受荷载加固的不同情况进行比较,有限元计算结果表明:粘钢加固钢筋混凝土受弯构件的加固效果是明显的,同时加固效果与被加固构件破损程度和加固方法有关。