基于指数应变能密度的弦支穹顶结构失效准则研究

针对弦支穹顶结构缺少失效判断准则问题,基于结构整体指数应变能密度对弦支穹顶结构在地震作用下的受力状态进行了分析,提出了弦支穹顶结构的失效判定准则。给出了弦支穹顶结构的指数应变能密度和值(Id)的计算公式,并定性地推导了Id随加速度幅值(A)增加能够发生突变的机理,从而奠定了判断结构失效的理论基础。应用ANSYS有限元通用程序对9个不同构造的弦支穹顶结构分别在三向简谐波和TAFT地震波作用下的特征响应进行了全荷载域动力时程分析,并实时提取出各级动荷载幅值下结构全部单元的应变能密度。构建了弦支穹顶结构的Id-A关系模型,并通过分析结构的不同受力状态证实了Id-A曲线上拐点的存在。提出了基于指数应变能密度的弦支穹顶结构的失效荷载判定准则。基于分析所选弦支穹结构动力失效时刻的最大节点位移等动力响应特征,证明了所提出的失效准则的合理性。所提出的弦支穹顶结构失效判断准则及其分析方法,将对完善空间网格结构的设计理论及工程实践具有重要的参考价值。     

弦支穹顶结构实物动力特性研究

介绍了弦支穹顶结构在我国的工程应用实例;针对天津博物馆实物弦支穹顶,理论分析了实物弦支穹顶结构在不同施工阶段的频率值;利用环境激励法和锤击激励法对结构不同施工阶段进行实物动力试验,并对试验过程、结果进行了阐述;通过模态分析,得出弦支穹顶结构具有基频较大、振型密集、整体性好的特性;对比分析了弦支穹顶结构两阶段动力特性的差异。     

强震下弦支穹顶结构的动力性状精细化研究

为了探索强震下材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域对弦支穹顶结构动力性能的影响,通过对承受轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的有限元分析,得到考虑材料损伤累积的焊接球节点M-θ曲线,建立考虑材料损伤累积的半刚性节点、节点刚域模型,然后对5个分别考虑节点半刚性、节点刚域及材料损伤累积的弦支穹顶模型进行对比分析。结果表明:考虑材料损伤累积、节点半刚性使结构塑性发展充分,结构刚度更趋向均匀,会引起结构破坏位置、失效模式及结构延性的转变。考虑材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域等对弦支穹顶的动力性能有较大的影响。     

一种新型杂交空间网格结构一弦支穹顶

弦支穹顶结构是基于张拉整体和单层球面网壳的一种新型空间杂交结构体系。本文对弦支穹顶结构体系的构成、受力特点、研究现状及工况实例等进行了研究，并通过与单层球面网壳结构的对比，得出了有益的结论和今后的研究方向。     

Geiger型碳纤维索穹顶结构连续倒塌性能非线性分析

为了研究Geiger型碳纤维索穹顶结构的连续倒塌路径及破坏模式,基于备用传力路径(alternate path,AP)方法,采用等效荷载瞬时卸载法来模拟初始失效构件的拆除,对矢跨比为0.1的索穹顶结构的连续倒塌全过程进行了非线性动力数值分析。提出结构重要性矩阵和构件重要性系数的概念,建立了倒塌控制方程。依据倒塌控制方程将构件分为:关键构件、重要构件和一般构件。上述三类构件分别对应于在拆除该构件后结构发生整体连续倒塌、局部连续倒塌和不发生连续倒塌三种倒塌结果。通过参数分析,得出结论:对倒塌结果影响较大构件为内环索、内圈和中圈压杆。针对Geiger型碳纤维索穹顶结构提高抗连续倒塌性能提出设计建议。     

随机缺陷模态法在弦支穹顶稳定性计算中的应用

初始几何缺陷对弦支穹顶的稳定性能有较大的影响。在结构整体稳定性计算中,利用随机缺陷模态法为结构施加合理的初始几何缺陷是该文的主要研究目的。首先采用一致缺陷模态法,在不同初始几何缺陷下,对肋环2型弦支穹顶结构进行稳定性能分析,然后讨论随机缺陷模态中方差的取值方法,并利用该方法对肋环2型弦支穹顶结构进行了210种不同初始几何缺陷下的稳定性能分析,两种分析方法所施加缺陷的最大值均为结构跨度的1/300。分析结果表明:结构的初始几何缺陷对结构的稳定性能影响较大,考虑初始几何缺陷后结构稳定性能为完善结构的50%左右,且采用一致缺陷模态法时也需通过考虑不同缺陷分布形式的多次计算才能合理评估结构的稳定性能,建议在跨度较大、较为复杂的结构中采用随机模态法来考虑初始几何缺陷对结构稳定性能的影响。     

基于环索内力相等的椭球形弦支穹顶结构的预应力分析

当椭球形弦支穹顶结构的同圈环索内力相等时,张拉环索是一种高效的预应力施加方式。该文利用平衡矩阵理论分析了3种常见椭球形弦支穹顶索撑体系的可行预应力模态,发现了当索撑体系的超静定次数不小于环索单元数时同圈环索内力可相等的规律。然而相比联方型和凯威特型椭球索撑体系,肋环型索撑体系的超静定次数低,同圈环索内力不能相等,导致不能直接采用张拉环索方式施加预应力。为使肋环型椭球弦支穹顶的同圈环索内力相等,采用扩展力密度法对其索撑体系重新找形分析,得到了同圈环索内力相等的改进肋环型椭球索撑体系。最后对一肋环型椭球弦支穹顶算例进行了找形分析验证,并利用ANSYS有限元软件对传统型和改进型肋环椭球弦支穹顶进行了力学性能的对比分析,提出了张拉环索施工时将张拉点布置在长轴方向下方的建议,这为以后类似工程的施工设计提供了参考依据。     

基于模糊综合判定的网壳结构强震失效模式研究

为合理判别单层网壳结构在强震下的两类失效模式,指导网壳工程在地震区的实践,该文采用考虑材料损伤累积的荷载域全程分析方法,对单层球面网壳和单层柱面网壳在动力荷载下(包括强震)的响应进行了系统的参数分析。简述了两类失效模式的结构表现及结构响应特征;引入模糊数学中的模糊综合判定理论,确定了网壳结构多项响应因素与模糊失效模式集合的关系,建立了基于模糊综合判定的网壳结构动力失效模式判别模型;通过分析表明:所建立的模型具有准确的判别效果,可对网壳结构在动力荷载下的失效模式进行判别。     

体育场管桁架钢罩棚临时支撑整体卸载

钢结构安装过程常需要设置临时支撑,其拆除过程是结构在临时支撑受力状态下转换到自身结构体系自由状态的过程,即卸载过程。本文介绍了刚果布体育场管桁架钢罩棚临时支撑整体卸载案例。该工程在结构分析计算的基础上,按照等量微量下降的原则,分批次、分阶段通过千斤顶拟合同步卸载,实现了荷载的平稳转移。该技术安全经济,可在同类工程中推广应用。     

弦支穹顶施工张拉全过程分析

弦支穹顶由单层网壳和下部索杆组成。在零状态时给结构中索杆单元施加一组既定的初始应变,计算后结构便会得到一组确定的单元内力值,依据这一对应关系,提出了一种求解零状态时,索杆单元所需施加初始应变值的迭代计算法,并给出了相应的计算公式与计算流程。为了准确、可靠地指导弦支穹顶的实际施工,确保施工的顺利进行,该文结合具体的张拉方案,利用迭代计算法,将零状态下索杆单元所需的初始应变确定后,依据各单元在初始态与零状态下无应力长度之差确定的原则,提出了基于初始应变不变的施工模拟计算法,并对一跨度为122m的弦支穹顶,在已定施工张拉工序的基础上进行了施工张拉模拟计算。计算结果表明:迭代计算公式高效准确,施工模拟计算法的计算假定与计算流程更加符合实际施工过程。这一施工模拟计算法可在实际结构施工张拉模拟计算过程中采用。     

板级封装焊点的振动冲击加速失效方法研究

设计了一种针对板级微电子封装微焊点的振动冲击加速失效试验。对线路板施加定频正弦振动载荷,测量线路板应变值以标定PCB板级载荷水平,采用高速数据采集系统记录了振动载荷作用下的微焊点失效动态过程。结果表明：通过调节振动条件,采用板级振动试验可以获得近似板级跌落冲击试验的峰值形变,其峰值载荷作用频次高于跌落冲击试验;失效数据监测结果显示焊点在振动冲击试验中表现为疲劳失效特征。本加速失效试验在保持焊点失效特征的同时提高了试验效率,可作为跌落冲击条件下微焊点板级可靠性评估的备选试验方案。     

坡膛结构变化对弹带挤进过程影响的研究

基于弹塑性有限元接触理论,引入了弹带材料的初始损伤及累计损伤模型,对弹带挤进、冲击坡膛的过程进行了理论分析,建立了弹带挤进、冲击坡膛的显式非线性有限元模型。对在两种不同结构坡膛条件下的弹带挤进过程进行了分析计算,得到了挤进过程弹丸及弹带的动力学响应,并通过计算分析了坡膛结构变化对挤进冲击力的影响,揭示了坡膛裂纹的形成机理。     

圆形孔洞结构岩体冲击响应识别实验模拟研究

孔洞是地质和岩石工程中常见的结构,为了模拟孔洞结构岩体在高速冲击荷载下的响应特征,设计和加工了孔洞结构的花岗岩体试样,采用改进的冲击动力学测试模拟系统,在不同冲击能下,在垂直和平行孔洞轴线方向对孔洞结构花岗岩体进行渐进式循环冲击模拟试验,对实验杆入/反射应力波进行测量。研究表明,峰值反射应力比与冲击能大小无关,但反射应变比能比随冲击能的增大而降低;在低冲击能下,孔洞结构对反射应力波的响应影响不大;随着冲击能的增大,其影响增大;岩体沿孔洞结构的轴线方向发生开裂破坏,与冲击位置无关;在试样开裂后,应变比能显著增高但峰值应力比的变化不大,说明应变比能比可作为岩体结构破坏指示的响应指标。模拟实验为孔洞类岩石结构的钻进识别以及防护设计提供了理论依据。     

约束剪力墙对SRC框排架结构破坏模式及耗能性能的影响研究

通过SRC框排架模型结构拟动力试验、伪静力试验以及结构中典型SRC异型节点的伪静力试验,研究约束剪力墙对结构破坏模式与耗能性能的影响。结果表明：剪力墙能够起到第一道抗震防线的作用,形成利于抗震的破坏模式;薄弱部位随着地震作用的增强由煤斗层、运转层到底部两层下移;结构的荷载-位移滞回曲线比较饱满,耗能性能较好;剪力墙对结构中SRC异型节点的裂缝开展具有很好的约束作用,沿纵横向同时布置约束剪力墙能够改善该类节点的破坏模式;约束剪力墙可明显提高SRC异型节点的耗能性能、承载能力与延性性能。本文的研究可为推广应用SRC框排架结构体系提供基础研究资料。     

一种新的体系可靠度的近似计算方法

提出了一种新的体系可靠度的近似计算方法。首先将一个线性失效模式在另一线性失效模式失效前提下的条件失效模式近似为一个等价的线性失效模式,然后利用条件概率的基本原理并结合所推导的等价失效模式的理论表达式,提出了一种并联体系可靠度的近似计算方法,从而将求解一组失效模式交集失效概率的复杂问题转化为求解一组线性等价失效模式失效概率乘积的简单问题。由于串联体系以及串并联混合体系均可表示为一系列失效模式交集的线性组合,因此方法可以很方便地应用于串联体系以及串并联混合体系的体系可靠度计算。此算法计算过程简单、计算量小、计算精度高,适合于大型结构体系的体系可靠度计算。     

试件断裂对万吨级多功能结构试验系统隔振层影响的数值分析

万吨级多功能结构试验系统是中国建筑股份有限公司研制的重型结构试验设备,试验系统的综合功能和加载能力为世界同类设备之最。为减少试验系统对周边办公区域的影响,在设备的基座下面设置了隔振层。本文采用ANSYS瞬态动力学分析方法,针对试件断裂对万吨级多功能结构试验系统隔振层的冲击影响进行了分析,提取了试验系统基座底部边界角点的X、Y、Z方向位移和单个隔振器的Z方向受力时程曲线,对比分析了不同卸载时间对隔振响应的影响,并校核了隔振器的安全性,对模拟试件断裂的卸载时间提出了建议。针对不同隔振器数量布置的隔振层,计算了试件突然断裂时隔振效果的区别,提出了隔振器数量的建议。     

轴承周期冲击激励下发动机薄壁支承结构响应机理研究

燃气涡轮发动机轴承故障频发,然而,轴承故障信号经过复杂的薄壁结构传至机匣表面衰减严重,致使基于振动信号分析的轴承故障诊断难度增大。为此,从轴承故障特征产生机理出发,在薄壁支承系统固有特性分析的基础上,基于周期冲击激励与振动响应时频域关联分析,阐释了轴承冲击激励下,复杂薄壁支承结构测点的响应特征。相关结论可以为基于共振解调的轴承故障诊断提供参考,对具有薄壁支承结构的燃气轮机轴承故障预警或诊断有一定的参考价值。     

On the effect of the geometric shape of abrasive particles on the threshold rate of erosion

The effect of the geometric shape of eroding particles on the threshold rate of failure has been assessed. It has been shown that when the eroding particle size is changed, the failure mode may change from brittle to ductile and vice versa. The paper presents the results of a comparative analysis of the erosion resistance of some metallic materials, using a structural-time criterion of failure, for the impact of a single abrasive particle of cylindrical shape on the surface of an elastic half-space. Hertz’s classical theory of impact is used. __________ Translated from Problemy Prochnosti, No. 1, pp. 69–78, January–February, 2007.     

Fracture mechanics‐based progressive damage modelling of adhesively bonded fibre‐reinforced polymer joints

A quasi‐static progressive damage model for prediction of the fracture behaviour and strength of adhesively bonded fibre‐reinforced polymer joints is introduced in this paper. The model is based on the development of a mixed‐mode failure criterion as a function of a master R‐curve derived from the experimental results obtained from standard fracture mechanics joints. Consequently, the developed failure criterion is crack‐length and mode‐mixity dependent, and it takes into account the contribution of the fibre‐bridging effect. Energy release rate values for adhesively bonded double‐lap joints are obtained by using the virtual crack closure technique method in a finite element model, and the numerically obtained strain energy release rate is compared to the critical strain energy release rate given by the mixed‐mode failure criterion. The entire procedure is implemented in a numerical algorithm, which was successfully used for predicting the strength and R‐curve response of adhesively bonded double‐lap structural joints made of pultruded glass fibre‐reinforced polymers and epoxy adhesives.     

TC4钛合金板厚度对其撞击失效特性影响研究

为了揭示TC4钛合金板抗撞击性能与失效模式随厚度的变化规律及机理,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立平头弹撞击不同厚度靶板的模型,对弹体撞击不同厚度靶板进行计算。通过对比数值仿真与撞击实验结果,验证仿真模型的有效性。研究结果表明,靶板的主要失效模式、耗能机制、弹道极限随其厚度增加会发生改变,靶板厚度存在对应的转折值。对于TC4钛合金薄板,当靶板厚度比较小时,靶板拉伸撕裂破坏占主导作用。但是,当靶板厚度比较大时,靶板主要失效模式是局部剪切破坏。当靶板厚度小于4 mm、大于8 mm时,弹道极限速度随靶板厚度的增加而增加;当厚度为4~8 mm时,弹道极速度变化不明显。