拓扑优化技术在桥梁截面优化设计中的应用研究

基于传统渐进结构优化算法思想,依据Mises应力准则,编制了适合桥梁截面的连续体结构的拓扑优化算法。首先,建立结构模型并进行有限元求解,获取每个单元的应力并进行降序排列;其次,按一定的删除率选取结构中单元应力较小的区域,并利用单元杀死技术进行剔除;然后循环迭代求解,直至结构优化指标出现极大值;最后,通过简支梁与悬臂梁两个算例对拓扑优化算法进行了验证。结果表明:算法获取的优化构形与前人的结果较吻合,说明该方法是有效可行的,具有实际工程意义。     

基于总应变能的多轴疲劳模型研究

该研究提出一种多轴疲劳寿命预测模型。结合现有的几种多轴疲劳模型的优点和不足之处,分别对正应变能部分和剪应变能部分做出了修正,提出了一个能够适用于多种载荷形式的多轴疲劳寿命预测模型。该模型通过求解莫尔圆把剪应变幅作为临界面判定参量,把临界面上的总应变能作为损伤参量。运用SNCM630合金钢、纯钛和钛合金等4种材料的疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证,尽管材料特性和载荷形式各异,但所有的预测寿命基本都落在了试验寿命两倍的公差带以内,这证明提出的新模型具有较高的预测精度。     

基于电化学综合法的混凝土中钢筋锈蚀检测与评价

通过室内试验和工程实际应用,研究了基于电化学综合法的混凝土结构中钢筋锈蚀检测与评价技术。首先通过3组试件试验研究不同腐蚀条件、不同测试条件对混凝土电阻率、半电池电位和腐蚀电流密度3种电化学检测结果的影响规律,得到电化学综合法检测混凝土中钢筋锈蚀状况的递进式评定准则。以某高桩码头检测项目为依托,采用电化学综合法对混凝土中钢筋锈蚀状况进行检测,并根据该递进式评定准则对钢筋锈蚀情况进行综合评价。结果表明,基于电化学综合法的混凝土中钢筋锈蚀检测与评价技术可有效提高钢筋锈蚀状况检测的准确性和可靠性。     

大型船舶结构吊装数值模拟研究

提出描述吊装所引起变形程度的物理量:变形量和变形率,并阐述这2个物理量的概念及运用实例。运用数值仿真方法对18万t散货船的舷侧总段及机舱大总段的吊装过程进行模拟,参照结构吊装安全准则优化舷侧总段吊装加强,将优化成果运用到实际生产中,取消原来的圆管加强,减少安装、拆除的工程量,提高生产效率;在有限元计算的基础上,模拟不同工况下机舱大总段整体结构的受力情况,并对计算结果进行分析。结果表明:机舱大总段结构在起吊上升及移位2个阶段的应力和变形超出了安全范围,需采取应对手段。对机舱总段吊装进行数值模拟有利于实现总段大型化、保证吊装的安全性;同时,可提高总段的完整性,使许多坞内工程陆地化,为缩短船坞周期提供理论依据。     

水面舰船总强度标准应用研究

由于现有国内水面舰船设计规范仅适用于船长160m以下的舰船,有必要提出适用于船长160m以上的水面舰船结构设计标准,本文着重讨论了水面舰船总强度标准,综合分析和比较了现行规范对总强度的相关规定,并在整船三维有限元强度分析的基础上提出了当船长超过160m并接近200m时船体的总强度标准的建议,最后给出了设计目标船的结构设计校核应用实例.     

安全椭圆曲线的选择

通过分析椭圆曲线离散对数问题(ECDLP)目前已知的多种攻击算法,讨论了几种特殊椭圆曲线的安全性隐患,并提出了一套完整的椭圆曲线安全准则。     

基于Griffith强度准则的岩溶区桩基溶洞稳定性分析

为了给出桩端荷载作用于不同位置溶洞的稳定性评价方法,首先,依据岩溶区桩基承载特性,不考虑桩身侧摩阻力的影响,将上覆土层等效为相同重度的岩层,建立简化计算模型。其次,将桩端荷载等效为一集中力,基于Mindlin解求得桩端荷载作用下半无限空间内的地层应力。再次,利用复变函数的方法求得溶洞在重力作用下的地层应力,其主要思想是通过映射函数将溶洞所在平面映射到单位圆外域上,根据边界条件对地层应力进行求解。最后,将桩端荷载作用下产生的地层应力与溶洞在重力作用下产生的地层应力进行叠加,从而得到桩端荷载作用在含有溶洞地层中的应力表达式,并在此基础上求得最大、最小主应力,同时引入Griffith强度破坏准则,对溶洞稳定性进行评价。结果表明：通过计算可得溶洞边界上的应力最为集中,因此在实际工程应用中,可对溶洞边界上关键点进行验算来判断溶洞在桩基荷载作用下是否会发生破坏;理论计算结果与工程实际情况吻合良好,为岩溶区桩端荷载作用下溶洞稳定性评价提供了一种新的、更为接近工程实际情况的理论计算方法;值得注意的是,所提计算模型是基于平面应变假定,不能考虑桩和溶洞之间的空间效应,因此该方法也只能考虑单个溶洞的影响,这些问题在后续研究中值得深入探讨。     

地震荷载作用下钢管混凝土拱桥的动力稳定分析方法

随着钢管混凝土(CFST)拱桥极限跨径不断被刷新，拱肋作为其主要承压构件，其结构趋于细长化，稳定问题日益突出。针对钢管混凝土在地震激励下的动力稳定问题展开了研究，针对钢管混凝土拱结构的静、动力失稳特点，提出了适用于随机动力荷载作用下动力稳定的高效分析方法，并以既有的地震台试验研究为例，对CFST拱进行了抗震稳定分析，并对拱肋的截面、几何、结构等参数进行了敏感性分析。研究发现：CFST拱的动力稳定性对几何参数的变化最为敏感，在大跨度拱桥的设计中，应充分考虑初始缺陷的影响。当CFST拱的矢跨比为1/4时其抗震性能最佳。     

高性能组合桥面板中短栓钉疲劳性能的研究

为探寻高性能组合桥面板中短栓钉的疲劳性能和损伤演化及其评价方法，引入UHPC及短栓钉材料损伤模型的本构关系，利用ABAQUS软件选用显示求解算法对短栓钉抗剪疲劳推出试验进行有限元模拟，研究短栓钉的疲劳性能，并对其寿命进行评估；基于数值模型探究循环加载应力比和直径对短栓钉疲劳性能的影响。研究发现，基于多轴疲劳评估准则预测的短栓钉疲劳寿命与试验值基本吻合，验证了该准则的有效性及数值模型的正确性；UHPC结构层与短栓钉的损伤具有明显的局部特征及累积效应；应力比对短栓钉疲劳性能影响显著，增大循环加载应力比，可显著提高其疲劳寿命值；增大短栓钉直径对短栓钉疲劳性能的改善程度有限。