中国古建筑木结构随机地震响应分析

为保护古建筑,采用绝对位移直接求解的虚拟激励法,利用ANSYS有限元分析软件的谐响应分析模块,以故宫神武门为例,研究了均匀地面运动下古建筑木结构的随机地震动响应特征。建立了神武门的有限元模型,通过模态分析,获得了神武门的基频;通过一致均匀地面运动平稳激励作用下结构的响应分析,获得了结构典型节点的位移和加速度响应功率谱,并讨论了榫卯节点、斗木共、侧脚及基底滑移等构造的影响。研究表明:神武门的基频为1.07 Hz,在一致均匀地面平稳激励作用下,结构位移及加速度响应功率谱的峰值在与结构体系基频相同值时发生;榫卯节点、斗木共、侧脚及柱础浮搁等构造均有利于结构发挥抗震性能。     

穿斗木结构房屋地震响应分析与构造技术研究

穿斗木结构是我国西南农村地区较常见的房屋结构类型.以一种典型穿斗木结构房屋为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立结构整体模型,分析其静力反应、动力特性以及不同强度地震下的响应特性.研究结果表明:该类结构平动第二周期与扭转第一周期较为接近,有可能发生平扭耦联现象;不同强度地震下,加速度响应均在柱底最大,越往上越小,而位移响应均在柱顶最大,越往下越小;结构中的榫卯属于抗震有利部件,能够吸收和耗散地震能量,使结构顶部加速度响应较小,但由于节点的半刚性特点及纵向刚度较小,使结构整体性较差,造成顶部位移响应较大;基于有限元分析结论与实际施工特点,提出在中柱间设置剪刀撑,在梁下设置枋,加强檩条、柱、梁之间的连接,加强围护墙体与构件的连接等措施来提高穿斗木结构房屋的抗震性能.     

木结构古建筑抗震性能参数分析

不同构造形式及其参数取值对木结构古建筑的动力特性及抗震性能有直接影响,因此研究参数变化对结构动力性能的影响规律,对于木结构古建筑的修缮与加固保护具有重要的指导意义。基于宋代《营造法式》制作了某单层单开间殿堂式木结构模型,建立了考虑柱础滑移隔震、榫卯半刚性连接及斗栱减震性能的空间杆系有限元模型,并与单向水平地震激励下的振动台试验进行了对比;通过参数分析探索了木结构斗栱、榫卯及屋盖等不同构造方式及相应结构参数取值的改变对其抗震性能的影响。结果表明:随着斗栱刚度的增大,整体结构的自振频率收敛于上限2.08 Hz,且其耗能减震作用逐渐变弱;随着榫卯节点的刚度逐渐变大,整体结构的自振频率收敛于上限3.26 Hz,柱脚的滑移量会随之增大而柱架侧移却随之减小,而榫卯节点刚度的减小在减少柱脚滑移量的同时会使得柱架的侧移变形大大增加,榫卯节点的刚度变化对结构自振频率的影响程度大于斗栱刚度;屋盖质量的增加会降低结构的自振频率,增大斗栱的水平变形,提高整体结构的抗震能力。     

西安永宁门箭楼结构及抗震性能分析

为获取中国木结构古建筑保护和修缮中的技术参考依据,以西安城墙永宁门箭楼为研究对象,采用SAP2000有限元软件中摩擦摆隔振单元模拟柱脚平摆浮搁式连接、橡胶隔振单元模拟斗栱层及虚拟弹簧单元模拟榫卯连接,建立了结构空间有限元模型,并进行动力分析。通过3个模型(柱脚刚接、铰接和平摆浮搁连接)的模态对比分析,发现平摆浮搁连接方式能够延长结构的周期,其中前三阶周期变化较明显,分别比柱脚刚接、铰接时延长了约72％和24％;通过反应谱和动力时程分析,得到各个层面的动力放大系数,结果表明,木结构古建筑的隔震性能主要体现在柱脚、梁柱榫卯连接和铺作层部位;耗能分析结果表明,输入的地震能量大部分被结构自身的振型阻尼(平均74.32％)和结构的连接(11.89％)所消耗。     

网壳结构地震反应分析的振型刚度法

提出振型刚度的概念,通过理论推导,建立振型刚度与结构振型特性之间的关系. 基于振型刚度,通过推覆分析构建非线性能力曲线,该曲线能够考虑结构整体响应而非依赖于特定节点和特征响应. 提出等效线性化迭代方法,结合地震反应谱,克服双线性模型实际耗能不一致的缺点,快速提高目标位移的求解精度. 在此基础上,建立网壳结构地震反应分析振型刚度法（MSPA）. 采用时程分析法（RHA）、传统推覆法（MPA）和振型刚度法（MSPA）计算球面网壳和柱面网壳算例的地震响应,研究结果表明：振型刚度法能较准确地预测结构节点位移、单元应力以及屈服杆件个数,计算精度满足工程要求,大大缩减了计算耗时.     

明代徽派木结构古民居抗震性能分析

利用有限元分析软件ANSYS,对明代徽派木结构古民居进行地震作用下的抗震性能分析。榫卯节点是半刚性节点,采用弹簧单元作为榫卯节点与各个构件之间的连接单元,模拟榫卯的半刚性连接,进行时程分析,找出受力最大和最小的部位,得出了古民居的动力放大系数,并对徽派木结构古民居抗震性能进行了研究。分析结果表明木结构古民居具有较好的抗震性能,其抗震性能主要是通过构架的变形、摩擦滑移来实现的。     

汶川地震古建筑震害研究

为保护古建筑,以四川剑阁县觉苑寺大雄宝殿为例进行了震害分析.通过现场勘查,讨论了汶川地震作用下该古建筑的主要震害症状,建立了震前结构有限元模型.通过进行模态分析,得到了结构的基频和主振型;考虑该建筑所在地区的实际震害烈度,通过进行地震反应分析,得到了不同时刻结构的整体变形、应力响应及典型节点和单元的动力响应曲线.结果表明:大雄宝殿产生柱子歪闪等震害的主要原因为前后檐穿插枋及双步梁拔榫,从动力响应分析结果来看,结构不会出现强度破坏.     

节点刚度对多层平面钢框架抗震性能的影响分析

工程中多层钢框架结构经常采用半刚性连接形式,将半刚性连接节点视为弹簧单元,通过有限元软件A nsys建模进行分析.研究了节点刚度对多层钢框架结构动力性能的影响,结果表明,采用半刚性连接的钢框架结构,相对于理想刚接的情况,结构的自振周期和振型都有很大变化,在地震作用下结构的底部剪力明显减小,动力响应变化很大.     

古建嵌固墙体对木构架抗震性能的影响分析——以太和殿为例

现有的古建筑木结构抗震分析模型很少考虑嵌固墙体。为探讨嵌固墙体对木构架抗震性能的影响,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例进行了对比分析。基于榫卯节点及斗拱的力学特性,建立太和殿的2种有限元模型—包括/不包括嵌固墙体。通过模态分析,研究了嵌固墙体对木构架基频及主振型影响;通过时程响应分析,研究了8度常遇地震作用下嵌固墙体对典型节点位移及加速度响应影响;通过谱分析,研究了8度罕遇地震作用下嵌固墙体对木构架整体变形及内力分布的影响。结果表明：考虑嵌固墙体后,太和殿结构基频变大,在墙体部位的振动不明显;8度常遇地震作用下,所选节点位移响应峰值明显减小,且在跨中位置加速度响应峰值明显增大;8度罕遇地震作用下,太和殿结构变形峰值偏小,有利于避免木构架产生整体倾覆,但结构内力普遍增大。     

古建木结构榫卯连接的扁钢加固试验

通过比例为1:3.52的古建木结构模型振动台试验,研究了用Q235扁钢加固榫卯连接节点的加固性能及效果.对模型加固前后的加速度、位移时程响应、自振频率和阻尼比进行了对比分析.结果表明加固后结构刚度略有提高,但符合刚度等效的加固原则,榫卯结构耗能转变为主要依靠扁钢屈服后塑性变形耗能,有效阻止了结构榫卯节点的破坏.从而验证了榫卯连接的扁钢加固方案是可行的,可为古建筑木结构抗震加固提供一种方法.     

基于有限元的激光熔覆温度场分析

采用Ansys有限元软件对激光熔覆Ni60合金过程中热量传递及温度分布进行模拟,在分析过程中采用三维单元,并考虑了材料热物性的非线性特征及对流和辐射的边界条件,建立了有限元模型,得出了熔覆过程中试样表面、端面的温度分布模拟图,分析了激光熔覆工艺参数对试样表面温度场的影响,为制作高性能的耐磨表面合金层选择熔覆工艺参数等提供了依据.     

多年冻土地区工程桩桩侧冻结力数值分析

依据侧向冻结力试验无厚度的非线性接触面单元模拟桩土界面,采用双曲线非线性模型冻土本构关系编制三维非线性有限元程序.数值分析得P-s曲线与现场静载试验P-s曲线吻合程度良好,结果表明:桩周冻土温度、桩径、桩长强烈影响着桩侧冻结力的分布状态,得到桩侧冻结力的分布影响规律;增大桩径是提高工程桩承载力、减小沉降量的有效措施;增大设计桩长对提高工程桩承载力贡献较小.     

A micro–macro constitutive model for rock considering breakage effects

The paper proposes a three-scale binary medium-based constitutive model on the basis of the meso structures and micro components to describe the elasto-plastic mechanical behavior of mudstone samples. Based on the breakage mechanism of geomaterials, mudstone samples are considered as two different materials (bonded and frictional elements) at mesoscales. From micro to meso scales, given the similar but different mineralogy composition and porosity of the bonded and frictional elements at microscale, as well as their separate mechanical characteristics, different homogenization methods are adopted to obtain their respective meso mechanical properties. At the mesoscale, in view of the unique meso structures and the continuous material transformation, the extended self-consistent scheme (SCS) is improved to be adaptable to elasto-plastic composites with varying meso components. With the consideration of the evolution form of the breakage ratio under the external loading being given based on the assumed strength distribution of the meso bonded elements, the mechanical relations between meso and macro scales are established. Finally, on the basis of the mean-field method and combined with the critical mechanical connections between different scales, the micro-meso-macro constitutive model for mudstone samples are proposed. The model validation shows that, with a few model parameters, the proposed model can well reflect the stress and deformation features of mudstone samples with complex micro-components.     

6061铝合金表面激光熔覆温度场的仿真模拟

利用连续波Nd:YAG固体激光在6061铝合金表面激光熔覆SiC陶瓷粉末，采用ANSYS有限元软件对6061铝合金激光熔覆过程中热量传递及温度场分布进行模拟，在分析过程中采用三维单元，并考虑了材料热物性的非线性及对流和辐射的边界条件，建立了有限元模型，得出了熔覆过程中试样表面的温度分布模拟图.结果表明，温度场模拟等温线呈椭圆形，在移动热源的前方等温线密集，温度梯度较大，热源后方的等温线稀疏，温度梯度较小，熔池内最高温度与激光扫描速度、光斑半径均成反比，与激光功率成正比.模拟结果为陶瓷金属基复合材料激光熔覆工艺参数的优化提供了理论依据.     

Numerical and analytical simulation of the structural behaviour of fully grouted cable bolts under impulsive loading

Designing reliable yielding support system to mitigate the effect of the kinetic energy in burst-prone conditions in mining and tunneling excavations is one of the challenges for geotechnical engineers. A combination of the support elements can be used to increase rock strength and minimise the displacement of unstable rock mass. It is important to understand how the support system works to ensure the stability of underground excavations. Cable bolts have been commonly used as an effective underground support system and an element of reinforcement to improve rock stability. Cable bolts are usually considered to be subjected to static loads under relatively low stress environments, however, in burst-prone conditions, they might be subjected to dynamic loads. Cable bolts as well as other support elements are used in burst-prone conditions to absorb the kinetic energy of the removed rock to avoid sudden and violent failures. This paper develops numerical and a novel analytical simulation technique for cable bolts to assess their structural behaviour under static and dynamic loading conditions. The numerical and analytical models are then validated against experimental observations reported in the literature, which demonstrates the reliability of the proposed models.     

机构运动简图测绘虚拟试验系统的设计与实现

介绍了基于VB编程和SolidWorks运动仿真技术，机构运动简图测绘虚拟试验系统的总体设计与系统功能实现．重点介绍了以机构基本运动要素作为基本图元，并辅以可视化的图元绘制、编辑、定位等技术设计的交互式机构运动简图绘制模块的制作．     

可重构智能表面辅助的非正交多址接入系统的安全通信研究

可重构智能表面是一种可以通过控制反射元件改变反射信号来改善无线信号传播环境和提高通信安全的有效技术。从物理层安全的角度研究了可重构智能表面辅助的非正交多址接入系统的安全通信,其中多个用户在单天线窃听者存在的情况下,以非正交多址接入的方式同时向单天线基站发送机密信息。研究的目的是通过优化用户的发射功率和可重构智能表面反射元素的相移使系统的总保密率最大化,同时满足发射功率约束、用户服务质量约束和可重构智能表面的每个反射元素的模一约束。虽然涉及的优化问题是非凸的,难以求解,但是本文提出一种基于交替优化和半定松弛的算法求得次优解。仿真结果表明,与2种基准方案对比,所提出的算法一定程度上提高了系统的总保密率,为可重构智能表面辅助的非正交多址接入系统的安全通信研究提供参考。     

建筑工程安全事故集成控制模式构建研究

针对当前工程建设领域着重安全技术保障,忽视安全生产管理之弊端,综合考虑建筑工程安全事故控制的各种要素,构建了建筑工程安全事故集成控制模式。文章详细分析了该集成控制模式各要素,并根据各要素间的互异性、互补性,论述了各要素在集成控制模式中的作用机理。     

偏振光应用于癌症早期检测的研究进展

介绍了偏振光在偏振门技术、后向偏振散射光谱术、米勒矩阵测量方面的应用,且引入了偏振门的上皮组织成像将更清晰,后向偏振散射光谱对上皮组织细胞核的尺寸分布、粒子数密度及相对折射率的变化相当敏感,米勒矩阵也能反映散射介质的光学特征等观点。因而认为偏振光在癌症早期检测技术中具有潜在应用意义。     

几何大变形三维梁单元的U．L列式

推出了几何大变形三维梁元的坐标转换矩阵,并且给出了大转角位移的计算公式。考虑空间梁的双向弯曲,同时考虑弯曲与轴向作用的相互耦合,在平截面和小应变的假定下,采用U．L描述,基于非线性增量有限元理论,导出了考虑位移高阶项影响的三维梁单元的切线刚度矩阵,给出了相应的有限元表达式和对应的计算方式,对空间梁元的非线性有限元程序的编制有十分重要的意义。