含口盖复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

对完整复合材料圆柱壳进行了轴向压缩破坏试验,得到了圆柱壳的载荷-应变曲线和破坏载荷,试验结果表明:在轴压载荷作用下,圆柱壳的破坏形式为屈曲破坏。结合ANSYS有限元软件对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,有限元计算结果与试验结果一致,验证了模型和计算方法的有效性。利用所建立的模型,对圆柱壳的铺层顺序进行改进设计,分析了铺层角度对开口圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖进行补强,计算了不同口盖铺层方式下的柱壳屈曲强度。计算结果表明:优化复合材料叠层顺序可提升结构的屈曲载荷,开口后圆柱壳的轴向屈曲载荷大幅降低,加装口盖可使开口圆柱壳的轴向稳定性得到有效的增强。提出了一种提高含口盖的复合材料圆柱壳轴向屈曲强度的改进设计方法,为复合材料壳体的稳定性设计提供参考。     

某输流管道两种管壁应力作用下的屈曲分析

压力管道在航空、航天、机械工程、工业与民用建筑领域以及其他领域有着广泛的应用,失稳屈曲是其主要失效形式之一。首先将复杂的流固耦合问题简化为2种管壁应力作用下的管道屈曲问题。这2种应力是指:垂直于管壁的压应力和平行于管壁的切应力。其次,采用有限元方法分析了压力管道工作状态和非工作状态的屈曲性能。通过求解和分析,得出以下主要结论:第一,切应力不变,随着压应力的增大特征值屈曲临界载荷增大,而非线性屈曲临界载荷减小。第二,压应力不变,切应力与轴向压力方向相同时,随着切应力绝对值增大,屈曲临界载荷减小;切应力与轴向压力方向相反时,随着切应力绝对值增大,屈曲临界载荷增大。     

非屈曲织物增强复合材料双轴压缩力学行为

在实际工程应用中,复合材料与构件往往处于复杂的应力状态,开展近似真实载荷环境下的力学实验分析,能够更准确地认识实际应用中材料的真实承载能力和失效机理.基于非屈曲单向碳纤维织物复合材料层合板的细观结构特征,设计了双轴压缩试样,开展了材料单轴、双轴压缩试验研究,对比分析了单向织物复合材料在不同压缩载荷下的力学行为.研究结果表明:非屈曲单向织物复合材料的单轴压缩行为表现为线性、脆性断裂;破坏模式整体表现为剪切屈曲破坏,与单轴压缩相比,双轴压缩载荷作用下材料整体表现为线性、脆性断裂,但其应力-应变曲线表现出一定的非线性特征;双轴1∶1等比例压缩对材料抵抗变形能力有一定强化效应,材料压缩模量增加;双轴2∶1非等比例压缩的结果与之相反,材料压缩模量大幅降低;双轴压缩强度均低于其单轴压缩强度;破坏模式主要表现为分层、基体开裂和纤维断裂,其中以分层现象尤为明显.     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

焊接对大型石油储罐象足屈曲的影响规律

为了研究大型石油储罐在地震载荷作用下发生象足屈曲时的临界载荷与理论计算值之间的差异成因,采用数值模拟方法分析大型石油储罐纵环焊缝、焊接次序等因素对象足屈曲临界载荷的影响. 提出焊接残余变形可以看作圆柱壳壁上的初始几何缺陷,在一定程度上会减小大型油罐的象足屈曲临界载荷.利用固有应变有限元法建立考虑焊接残余应力及变形的大型油罐象足屈曲准静态计算模型,分析焊缝有无、焊缝类型、焊接残余应力和变形、焊接次序对油罐象足屈曲的影响. 结果表明,焊缝的存在都在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷;在相同的固有应变下,油罐象足屈曲临界载荷降低的程度与焊缝的类型有关;焊接残余应力和变形越大,象足屈曲临界载荷越低,焊接次序对油罐的象足屈曲临界载荷影响不大;焊接产生的残余应力及变形的存在使得油罐罐壁发生象足屈曲处的位置有了一定程度的提高．     

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁破坏机理试验研究

对高强钢筋混凝土井壁结构进行了破坏性试验研究。结果表明：在加载初期,高强钢筋混凝土井壁结构中混凝土应力分布符合弹性厚壁筒的应力分布规律;在临近破坏时,高强钢筋混凝土井壁结构中混凝土的应力都大大超过了混凝土的单轴抗压强度,这是由于井壁结构中混凝土处于复杂应力状态下强度提高所致。另外,高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,出现斜向断裂裂纹,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,并且其破坏面与最大主应力的夹角约为25°～30°,属压剪破坏。     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明：宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

基于充气梁理论的充气桁架屈曲行为分析

为了研究在空间充气展开结构中作为承力结构的充气桁架的屈曲行为,利用充气梁理论建立了充气桁架的屈曲分析模型,重点分析了屈曲模态特性及充气桁架主要结构参数对屈曲行为的影响.分析结果表明,径向载荷个数和压强对屈曲行为的影响很小,屈曲载荷受横截面半径的影响很大.为充气桁架结构的设计优化提供依据.     

2018规范对集装箱船结构强度直接计算的影响

根据现行海船规范对集装箱船舱段结构强度直接计算(DSA)的内容修订,通过对一艘135m1 140TEU沿海敞口集装箱船进行结构强度直接计算和评估,从载荷、工况、屈服强度衡准及屈曲评估等方面与旧规范进行对比,分析新规范对集装箱船DSA的影响。结果表明,载荷的修订对应力计算结果的影响不大,屈服强度的校核要求更为全面;新规范进一步完善了屈曲校核的计算方法,对屈曲的要求有所提高。     

微纳米尺度薄膜/基底材料残余应力研究进展

残余应力是功能失效的主要原因，它可能导致薄膜形状发生重大变化，甚至产生分层、屈曲和裂纹。这不仅会破坏器件的结构完整性，而且直接影响到薄膜光学、电学、力学等物理性质，导致严重缩短使用寿命。为了研究薄膜特征参数与残余应力的关系，本文首先概述了微纳米尺度薄膜/基底体系中残余应力的机理模型及测试方法。然后，在单层膜领域，综述了沉积条件、薄膜厚度、工艺参数(溅射功率、工作压力、基底温度、退火状态)等因素对薄膜残余应力的影响；在多层膜领域，介绍了调制周期、缓冲层对薄膜残余应力分布的作用。最后展望了薄膜/基底体系残余应力研究的发展方向，指出应该从机理模型、应力分布规律以及探索功能材料的残余应力等方向开展研究。     

RC框架空间节点力学性能研究和有限元分析

文章基于对钢筋混凝土框架中柱内节点的受力分析、三个钢筋混凝土框架空间节点低周反复荷载作用下的试验研究以及OpenSEES程序的有限元数值模拟,研究了在斜向方向地震作用下框架结构柱因其斜向承载力不足而发生“强梁弱柱”的破坏机制及其抗震性能.结果表明：45°方向地震作用下柱梁强度比小于1.0且随轴压比的增大该系数减小;对比有限元分析与试验结果,两者吻合较好;此外,应加强在斜向地震作用下结构抗震设计方法的研究.     

开口薄壁杆的板件面内拉弯综合抗力体系

针对薄壁杆件力学分析较为复杂的问题,讨论了一种把开口薄壁杆的分析拆分为2个较简单部分的方法。针对薄壁中面内荷栽效应的分析问题,首先在适当简化基本应力应变条件的基础上,按平面应力问题分析单肢板件面内荷载效应,然后对其进行向量综合,得到反映开口薄壁杆轴向伸缩、弯曲及翘曲性质的“板件面内拉弯综合抗力体系”及其变形方程;探讨了刚度方程的建立及其计算特点,并与经典理论进行对比。分析表明,在板件面内弯矩定义中引入板件间纵向相互作用力,可简化该体系分析过程和结论,使之具备与平面弯曲问题一致的形式。作为应用举例,推导了求解薄壁截面主轴方向、主轴惯性矩、弯心坐标、主扇性惯性矩的线性方程组,剖析了经典理论中这些截面几何特性对于计算的意义及其效率。     

钢管混凝土梁柱新型连接节点抗震性能试验

为进一步研究钢管混凝土桥墩在地震作用下的变形与破坏机理,促进钢管混凝土墩柱在桥梁中的应用,提出一种新型的钢管混凝土梁柱节点,并对新型节点试件与传统一体化浇筑的节点试件进行了轴压和水平低周反复荷载共同作用下的试验.考察了节点不同浇筑方式、钢管柱不同埋深、选用不同屈服强度钢管对该类节点的抗震性能的影响,对节点破坏形式、滞回曲线、变形能力、累积耗能等抗震指标进行对比分析.结果表明:新型节点试件相对传统节点,钢管与混凝土粘结良好,无明显滑移或脱开破坏;试件的延性和耗能都相对于传统节点试件稍有提高.对于设计为耗能元件的构件,柱选用屈服强度低的钢管比屈服强度高的钢管耗能效果更好,并且能够更好的保证连接梁的完整性.     

基于XFEM的混凝土三点弯曲梁开裂数值模拟研究

扩展有限元法通过在相关节点的影响域上富集非连续位移模式,使对非连续位移场的表征独立于单元边界.采用扩展有限元法对单边切口混凝土三点弯曲梁进行数值模拟,混凝土采用最大主拉应力牵引损伤开裂准则和线性软化损伤模型,并将结果与试验进行对比,验证模型有效性.结果表明,扩展有限元法模拟值与试验值在起裂韧度、失稳韧度等方面存在差异,但总体相差不大.分析认为存在的差异主要是由于混凝土梁自重、支座摩擦力等原因造成,扩展有限元可有效模拟混凝土梁在含有初始裂缝情况下从加载到失稳破坏的全过程,获得裂纹萌生、扩展的过程及破坏形态.     

深井特大箕斗装载硐室支护结构受力监测及分析

为了解决深井主井箕斗装载硐室断面尺寸大和埋深大的技术难题,首先对原支护结构设计进行了优化,即通过采用钢梁代替原钢筋混凝土平台,而在二侧墙相应位置设置小锚索来代替楼板对二侧墙的支撑作用,并且对优化后的钢筋混凝土山墙受力进行了受力监测,监测结果表明：竖向钢筋一直处于受拉状态;钢筋应力值远小于钢筋强度设计值。证明了优化方案是合理的,优化后的主井箕斗装载硐室支护结构是安全可靠的。     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验,分析各框架试件有限元模型和试验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,研究蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对节点框架滞回性能的影响。结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力;蜂窝式耗能环阵列法向厚度从H型钢梁腹板厚度增加到3倍H型钢梁腹板厚度时,蜂窝式梁柱框架试件的耗能能力显著提高。蜂窝式梁柱框架试件试验中蜂窝式耗能单元的破坏位置与蜂窝式梁柱框架试件有限元模型中应力分布较大的位置几乎完全吻合,符合实际情况。相较于传统钢结构梁柱抗震节点,蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点将梁柱焊缝处的脆性破坏转化为梁上特定位置的破坏,充分转移梁柱节点焊缝处的应力,蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。蜂窝式可替换塑性铰节点有效减少梁柱节点焊缝开裂现象,降低钢结构在大震下发生焊缝开裂而倒塌的几率,易于模块化工厂加工,显著提高施工效率,便于消防管道、电缆等设施的转向和穿线。     

型钢再生混凝土梁的抗弯性能试验研究

为了充分了解型钢再生混凝土梁的破坏特征,对4组型钢再生混凝土梁进行抗弯静载试验,了解型钢再生混凝土梁从开始加载直至破坏各个阶段的受力特点和变形特征,分析不同粗骨料取代率和钢筋配箍率对其受力性能的影响。研究表明,取代率不同对型钢再生混凝土梁的极限承载力的影响甚微,配箍率对型钢混凝土梁的裂缝间距及裂缝发展有一定影响,型钢再生混凝土梁截面基本符合平截面假定。     

风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁破坏形式与数值模拟研究

强台风形成的巨浪、风暴潮对跨海桥梁的安全造成了严重威胁,为探讨台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁上部结构和下部结构的破坏机理及台风风暴潮期间不同水位下的波浪对下部结构的作用规律,开展了台风风暴潮、浪共同作用下中小型跨海桥梁破坏形式调研,发现风暴潮、浪作用下中小型跨海桥梁上部结构的破坏形式主要有梁体离位、梁体脱落和梁体断裂,主要原因为梁体被迫发生无约束运动;下部结构破坏主要表现为结构偏移、倒塌以及盖梁连接失效破坏,主要原因为水动力作用较强及上部结构撞击。通过CFD三维数值模拟研究了桥梁下部结构波浪荷载,给出了考虑风暴潮水位下波浪冲击桥墩的经验公式。根据调研及数值模拟,提出了设计及施工建议。     

真三轴压缩下大理岩强度、变形与损伤特征数值

为研究真三轴条件下岩石的力学行为,采用离散元颗粒流程序,探析不同应力路径下大理岩试样的变形破坏过程、微裂纹演化机制及其中间主应力效应。结果表明：平行黏结模型能较准确地反映大理岩真三轴压缩下力学特性和破坏模式;中间主应力对峰值强度、弹性模量、破坏角和破坏模式演变的影响较为显著;八面体理论可较好地拟合出大理岩真三轴压缩中的破坏应力,所得的破坏强度包络线具有明显线性特征;结合应力-应变曲线形状,该大理岩在压缩过程中裂纹扩展可划分为4个阶段,即线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段及峰后破坏阶段;随着中间主应力增大,应力-应变曲线峰后段的脆性破坏特征变强,试样从拉伸破坏向拉剪混合破坏转变,且中间主应变符号由拉转向压,岩石损伤演化与中间主应力间呈现出“对勾”型趋势。     

疲劳荷载作用下钢筋混凝土梁的刚度退化规律及计算公式

对承受疲劳荷载反复作用的钢筋混凝土结构而言,疲劳是一种重要的损伤形式,如何判断和描述其损伤程度是结构损伤与寿命评估领域的一大难题.结构刚度会随损伤发展而逐渐发生不可逆的退化,刚度退化与疲劳损伤之间存在一定的内在关联,且刚度测试简单易行,开展了一系列的疲劳试验研究刚度退化规律和计算方法.通过疲劳试验观测,钢筋混凝土梁刚度退化呈现出非常明显的三阶段规律,刚度退化曲线符合“S”型形态.根据刚度退化规律对试验数据进行拟合,得到可用于计算钢筋混凝土梁刚度退化程度的公式,该公式与10根试验梁的试验结果吻合度较好,能够实现对刚度退化的描述.利用钢筋混凝土梁刚度退化计算公式,可以预测结构在服役过程中的变形发展情况,也可以进行结构疲劳损伤、性能退化程度判定及剩余寿命预测.