高速客车车体端板复合材料层合结构的力学性能数值模拟

在高速铁路列车工程应用中典型的一种复合材料为纤维增强复合材料,它主要表现为正交各向异性,对于这种材料组成的较复杂的结构的数值模拟,一直是实际工程设计中的难点.基于对该复合材料做成的样品先做材料性能实验,得到相应的材料参数,然后对车体端板层合结构进行几何建模,采用大型通用软件Hypermesh进行网格划分,采用Ansys软件进行数值模拟,采用特有的层合单元模拟复合材料多层结构的特性,分别模拟了普通层结构及三明治结构,最后采用最大应力失效准则对该端板结构进行强度校核,为该端板结构的开发研制提供了设计依据.     

类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

为了得到适用于类矩形盾构隧道结构设计模型,通过整环足尺试验模拟类矩形盾构隧道在正常运营工况下的实际受力,得到试验结构的变形和内力,采用等效刚度模型和梁-弹簧模型对试验结果进行分析,得到有效的类矩形盾构隧道结构设计参数. 结果表明:采用等效刚度模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,难以得到同时符合结构长短轴变形的管片刚度折减系数;采用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,结构变形和结构内力计算结果和足尺试验结果较为匹配,能真实反应类矩形盾构隧道结构受力,选用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型更为合理,所研究类矩形结构管片接缝的抗剪刚度建议为341 × 106～368 × 106 N/m;负弯矩接缝抗弯刚度建议为114 × 106～491 × 106 N?m/rad,正弯矩接缝抗弯刚度范围为85 × 106～177 × 106 N?m/rad.      

冲击载荷作用下隧道逃生管动力响应研究

为保证隧道塌方时施工人员有足够的逃生空间,结合具体工程,介绍了隧道逃生管设计要点,并对其在冲击荷载作用下的动力响应进行了弹塑性数值模拟。研究表明,逃生管变形随着落石尺寸的增大而增大,随着逃生管壁厚的增大而减小,随着与逃生管端部距离的增大而减小。     

基于测试频率的结构损伤定位与评估方法

基于振动模态的测试、分析技术是一种常用的结构健康监测/检测的方法,文中推导了基于测试频率数据进行结构损伤评估的损伤因子,利用Ansys软件对一压力管道结构和简支梁结构进行有限元数值模拟和模型实验,以刚度折减和挖槽法模拟结构的损伤状态,分析结果表明结构损伤因子是损伤位置和损伤程度的函数,并可据此进行损伤定位和损伤程度的评估和判订。方法原理简单,操作易实现,在结构损伤监测、检测过程中有一定实用价值。     

并行机器人结构刚度有限元数值模拟

通过有限元数值模拟对并行机器人的结构刚度进行了分析。并行机器人的刚度可以通过有限元数值模拟方法对其进行分析．基于子结构的概念并鉴于大多数并行机器人都具有结构对称性特征。提出了一种有效的数值模拟方法——模块设计方法，并通过一个应用实例显示了这种方法的有效性．对数值模拟结果进行了整理并在此基础上绘制了Isoglide3-T3并行机器人的刚度图。     

落石冲击下无回填土拱形明洞结构可靠度设计

为完善拱形明洞结构可靠性设计方法,利用模型试验、数值模拟及理论分析等,结合现场实际,开展了落石冲击下无回填土拱形明洞破坏特征及失效模式、极限承载力、落石冲击荷载及极限状态表达式等的研究.首先,根据落石冲击下无回填土拱形明洞结构失效破坏特征,将结构局部失效范围部分简化为四边固支方形钢筋混凝土板结构,利用塑性极限原理按刚塑性板进行准静态极限荷载计算,得到结构极限承载力即抗力;其次,将离散元颗粒流数值模拟方法得到的落石冲击力最大峰值作为钢筋混凝土板顶部落石冲击力,通过回归分析,得到用落石重力势能的幂函数表示的落石冲击荷载表达式;再次,将得到的结构抗力与落石冲击荷载联立得到极限状态方程,利用MABLAB软件编程求得结构可靠指标,通过与目标可靠指标的比较,进行结构可靠度设计与优化;最后,利用所建立的结构可靠度设计方法,对某客专双线拱形明洞设计进行了可靠度检算.研究结果表明:当落石高度为5~15 m、落石重量为1~2 k N时,原设计明洞结构可靠指标可达到4.2;当将原设计的C35混凝土调整为C40,钢筋由HRB335调整为HRB500后,落石高度为5~20 m、落石重量为1~2 k N范围时的结构可靠指标可达到5.4以上.     

降雨入渗过程中黄土边坡失稳机理研究

由于黄土多孔性、强透水性、湿陷性等自身构造特征,降雨入渗是黄土边坡失稳破坏的主要诱发因素.以朔黄铁路山西段K3+0-400 m黄土边坡为研究背景,基于非饱和土理论进行FLAC3D软件的二次开发,利用数值模拟分析了降雨入渗条件下不同降雨强度、不同坡体角度及高度对黄土边坡稳定性的影响,并通过试验验证了数值计算结果的准确性....     

大跨径贝雷拱架与拱圈联合承力分析

大跨径拱桥主拱圈采用贝雷拱架现浇施工时,受贝雷拱架强度及刚度限制,一般采用分环法,若分环不合理易造成拱架失稳导致安全事故发生.结合110 m跨径箱肋拱桥主拱圈采用贝雷拱架分环现浇施工,数值模拟分析主拱圈分环、加载拱圈、已成环拱体与贝雷拱架联合承力特性,为科学分环提供参考,通过工程实例进行验证,确认其安全可行.     

多层钢筋混凝土框架结构“加层减震”能量时程分析

结合一幢多层框架结构应用铅芯叠层橡胶支座(LRB)进行加层改造的工程实例,在对隔震层的抗侧刚度和阻尼比基于能量准则进行优化的基础上,利用Matlab语言编制了能量时程分析程序,考虑地震动三要素和铅芯隔震支座动力特性(屈服位移和第二刚度系数)等影响因素,分析典型地震动作用下设置上述隔震元件LRB加层结构的能量输入、转化及耗散特性.分析结果表明,输入到结构的总能量较加层前有不同程度的增加,但是大部分都由隔震层来吸收和耗散,使得输入到原主体结构的能量较加层前大大降低,减震效果较为明显,证明提出的基于能量的优化准则的合理性与有效性.     

半埋式海底管道周围海床瞬态液化稳定性研究

为研究波浪荷载作用下半埋式海底管道周围海床的瞬态液化稳定性,通过动量源函数法进行数值造波,以LSM法追踪波浪自由液面,利用有限元法求解海床控制方程,建立了波浪-海床-半埋式海底管道相互作用的二维数值模型.将求解的波浪模块中的海床表面压力作为海床模块的边界条件,得到海床中的超孔隙水压力及有效应力,研究了回填高度及波浪特性对半埋式海底管道周围海床稳定性的影响.研究结果表明:波浪特性对半埋式海底管道周围海床瞬态液化稳定性影响较大,管道底部海床瞬态液化深度幅值随波高及波浪周期增大而增大;当波高为3 m、波浪周期为10 s时,管线底部海床液化深度可达0.92 m;当回填高度大于临界回填高度时,管道底部海床不会发生瞬态液化现象.     

高速客车空气弹簧垂向特性的非线性有限元仿真

采用非线性有限元软件MSC．Marc对空气弹簧的非线性垂向刚度特性进行了数值模拟，分析了胶囊内压、帘线角、铺层厚度、帘布线层数对空气弹簧垂向刚度特性的影响、并通过试验对数值仿真结果进行了验证，结果表明所提出的仿真方法合理、可行．     

客车车身结构侧翻过程数值模拟

客车车顶塌陷侵入性变形是客车侧翻时造成严重人员伤亡的主要原因.依据客车侧翻试验标准,基于非线性有限元数值方法研究客车车身结构的被动安全性.在数值模拟客车侧翻过程中,采用刚体—弹性体转化技术,既加快求解速度,同时又可以采用更小的时间步长得到更精确的结果.某客车车身结构侧翻碰撞数值仿真结果表明:客车上部结构不满足法规ECE R66的要求,应增强该部位结构的刚度,确保最大生存空间以保护乘客生命安全.     

客车车身结构侧翻过程数值模拟

客车车顶塌陷侵入性变形是客车侧翻时造成严重人员伤亡的主要原因.依据客车侧翻试验标准,基于非线性有限元数值方法研究客车车身结构的被动安全性.在数值模拟客车侧翻过程中,采用刚体—弹性体转化技术,既加快求解速度,同时又可以采用更小的时间步长得到更精确的结果.某客车车身结构侧翻碰撞数值仿真结果表明：客车上部结构不满足法规ECE R66的要求,应增强该部位结构的刚度,确保最大生存空间以保护乘客生命安全.     

重载运输条件下12 m低高度混凝土梁承载力研究

12 m低高度钢筋混凝土梁在既有铁路运输中占有相当比例,随着重载运输的发展,该类桥梁冲击振动加剧、梁体开裂现象严重。以12 m低高度钢筋混凝土梁为研究对象,采用有限元仿真分析和实桥静动载试验相结合的方法,对其强度、刚度以及动力特性等进行研究,结果表明该类桥梁竖向刚度及横向振动特性满足既有重载运输承载力要求、竖向强度安全储备不足,运营中应重点关注该类桥梁承载能力。     

预制装配式板梁桥的模型修正方法

为反映在役桥梁的实际状况,提出了板梁桥的模型修正方法.假设铰缝相对位移与铰缝剪力成正比,并将铰缝刚度、板梁抗弯刚度和板梁抗扭刚度均作为未知量进行修正.基于板梁边实测位移建立位移方程,并采用QR分解法得到矛盾方程组的最优解.模型考虑了多个静载试验工况、多个荷载及荷载偏心的特点,可以直接应用于桥梁荷载试验.对有防撞护栏和有损伤的板梁桥进行了数值模拟,结果表明:无论是板梁有较大损伤,还是有复杂附属结构,该修正方法均可给出准确的修正系数;试验应尽可能采用多个试验工况,并将荷载布置在被测试的铰缝和板梁附近.      

高墩大跨连续梁铁路桥动力试验

为检验桥跨结构的实际动力性能，对主跨100m，墩高99m的松头江连续梁铁路桥进行了全桥动力试验，测试其自振特性以及列车以不同速度通过桥跨和在桥上制动时桥跨结构的动力响应，将实测结果与车桥耦合振动分析结果进行了比较，二者基本相符．结果表明，该桥具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度；列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用，而列车行车具有良好的安全性与舒适度。     

落石冲击下无回填土拱形明洞结构可靠度设计王玉锁，徐铭，王涛，王志龙，何俊男，周良

为提供一种结构可靠度设计方法，根据落石冲击下无回填土拱形明洞结构失效破坏特征，将结构局部失效范围部分简化为四边固支方形钢筋混凝土板结构，利用塑性极限原理按刚塑性板进行准静态极限荷载计算，得到结构极限承载力即抗力.将离散元颗粒流数值模拟方法得到的落石冲击力最大峰值作为钢筋混凝土板顶部落石冲击力，通过回归分析，得到用落石重力势能的幂函数表示的落石冲击荷载表达式.将得到的结构抗力与落石冲击荷载联立得到极限状态方程，利用MABLAB软件编程求得结构可靠指标，通过与目标可靠指标的比较，进行结构可靠度设计与优化.利用所建立的结构可靠度设计方法，对某客专双线拱形明洞设计进行了可靠度检算，结果表明，当落石高度为5-15 m、落石重量为1-2 kN时，原设计明洞结构可靠指标能达到4.2;当将原设计的C35混凝土调整为C40,钢筋由HRB335调整为HRB500后，落石高度为5-20m、落石重量为1-2kN范围时的结构可靠指标能达到5. 4以上.     

连续体结构拓扑优化探讨与应用

以连续体结构为研究对象,对拓扑优化的插值方法、求解算法等进行了简单的探讨,将变密度法和优化准则法成功的应用到连续体结构的拓扑优化设计中.应用变密度法建立结构的拓扑优化数学模型减少了设计变量的数量;采用最优化准则法进行求解提高了计算效率.最后计算并讨论了双工况梁和MBB梁的拓扑结构模拟,取得了较理想的拓扑结果,达到了增强刚度、减轻结构质量的目的.     

柔性防护系统环形拦截网分区等代模型

环形网是被动柔性防护系统中的重要结构单元,其冲击变形具有明显的多柔体非线性动力学特征,其计算模型的构建是柔性防护结构理论研究的难点与关键点. 为了建立环形网的计算模型,首先通过柔性被动网整体结构足尺冲击试验,获取了环形拦截网的区域化变形特征以及网环的典型变形状态;其次通过网环拉伸试验与数值仿真计算的方式得到了各典型变形状态下,网环的荷载位移关系,建立了分区等代计算模型;最后通过与网片顶破试验、动力冲击试验展开对比计算的方式校验了模型的准确性. 研究结果表明:环形拦截网具有明显的分区域变形特征,网环（环形网的基本单元）具有3种典型变形状态,各变形状态的网环均具有两阶段受力特征;据此采用连接于圆心、初始长度为网环半径的“X”形4桁架单元模拟单个网环,将典型变形状态下网环的荷载位移关系等效为桁架单元应力应变关系,连接对应节点形成整片网的单元模型,根据网环所处的变形区域赋予桁架单元相应的应力应变关系,建立了整片环形网的高效率分区域等代模型;通过与静力试验及动力试验的对比,模型计算误差小于10%.      

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙受力机制分析

基于刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立了原型挡墙三维精细化数值模型,分析了连接件端板埋深、拉杆刚度、竖向层间距、筋材刚度、加筋长度以及墙体高度等因素对上覆荷载下挡墙受力机制的影响.研究结果表明:端板埋深、筋材刚度、连接件层间距,以及加筋长度等对连接件荷载分担比影响不大,而拉杆刚度增大使得连接件荷载分担比增大明显;组合墙面水平荷载随挡墙高度的增加而增大,可采用朗肯主动土压力计算;挡墙工作状态时连接件荷载分担比随连接件与筋材刚度比的增大而增大,当刚度比达到8.6时,连接件荷载分担比约为60%,并趋于稳定.