均布荷载作用下一次超静定梁的弹塑性分析

通过虚功原理和单位荷载法分析了均布荷载作用下一次超静定梁的弹塑性加载及变形过程。受力变形可分为四个阶段:弹性阶段、固支端附近产生塑性变形阶段、固支端为塑性铰而固支端附近塑性区卸载阶段、固支端保持为塑性铰而梁中部部分区域产生塑性变形直至形成塑性流动阶段。给出了加载各阶段的弯矩、位移公式及外荷载与支反力的关系式,可供工程结构设计和力学教学参考。     

一种两端固支微开关梁的静力学分析模型

建立了一种两端固支微开关梁的静力变形分析模型,该模型将受电场力作用的两端固支微开关梁的受力变形分为三个阶段:梁受电场力作用、梁中点不受约束的变形阶段;梁受电场力作用、且梁中点变形受约束的变形阶段,即此时在梁的中点还要受到一支反力的作用;梁受电场力和一个附加支反力作用,并在梁的中间一段具有指定的位移和转角的变形阶段;在第二阶段中梁所受支反力的大小及第三阶段中梁所受支反力的大小和位置都与驱动电压有关。在实例中,设计了一种求解各未知量的迭代方法,并给出了部分计算结果,包括:梁中点挠度和驱动电压间的关系、梁中点挠度和梁中点弯矩间的关系、梁长对吸合电压影响、驱动电极长对吸合电压的影响等,从中可得出一些有益的结论。     

基于TiNi合金的超弹性对其相关磨损机制的FEM研究

本文在重点考虑TiNi合金高弹性变形量的前提下，采用等向强化模型，对不锈钢和超弹TiNi合金在法向接触载荷作用下的六种模型进行了有限元(FEM)分析。结果表明：在相同载荷条件下，超弹TiNi合金产生的von Mises弹性应变要高于不锈钢，但其von Mises应力和塑性应变却恰恰相反，在同一载荷下该合金发生塑性变形的区域要小于不锈钢；此外，超弹TiNi合金发生塑性变形要比不锈钢困难，所需的临界载荷值随其最大弹性变形量(屈服点处的应变值)的增加而增加。最后，基于本文的有限元计算结果对超弹TiNi合金的蘑粒磨损和疲劳磨损机制进行了讨论。     

爆炸载荷作用下双向加筋方板的大挠度塑性动力响应

从分别列出加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,分析了爆炸载荷作用下双向加筋固支方板的大挠度塑性动力响应。分析表明:取决于加强筋的相对刚度以及爆炸载荷峰值的大小,加筋板的运动将呈现3种不同的模式。该文限于讨论加筋板的总体变形模式,具体讨论了十字加筋以及双十字加筋固支方板在忽略弯矩影响下的薄膜解法。理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明该文提出的简化理论分析方法能对爆炸载荷下双向加筋方板的永久变形做出较为合理的预报。     

爆炸载荷作用下单向加筋方板的大挠度塑性动力响应分析

从分别列出加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,详细分析了爆炸载荷作用下单向加筋固支方板的大挠度塑性动力响应.分析表明:取决于加强筋的相对刚度以及载荷峰值的大小,加筋板的运动将呈现三种不同的模式.限于讨论加筋板的总体变形模式.首先讨论了同时计及弯矩和面力(轴力)作用的解析解,在此基础上进一步讨论了忽略弯矩影响的薄膜解以及能量解.理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明提出的简化理论分析方法能对爆炸载荷下单向加筋固支方板的永久变形做出较为合理的预报.     

高周疲劳载荷下6061-T6铝合金的温度演化

为了研究金属材料在疲劳载荷下的温度变化,采用红外热像系统对高周疲劳载荷下6061-T6铝合金的温度演化进行分析,用热像图对疲劳裂纹尖端的塑性区进行测量.结果显示,疲劳加载作用下,循环次数达到107次时6061-T6铝合金试样表面温度的变化分为四个阶段:初始温升阶段、温度缓降阶段、温度二次缓慢上升阶段和温度快速上升阶段.结合热弹性理论、铝合金塑性变形的微观机制分析并预测疲劳载荷下温度的演化和宏观裂纹扩展时裂纹尖端塑性区域大小.宏观裂纹开始扩展时,裂纹尖端的塑性区域可达3.6 mm2,红外热像仪测得结果为3.46 mm2,测试结果与理论结果吻合.     

楔形物垂向撞击船体板的简化解析法研究

船体板在受到楔形物撞击下会发生大的塑性变形甚至撕裂。对四周固支矩形板在楔形物垂向撞击下的塑性大变形响应进行了理论分析和试验研究;基于上限定理,提出了矩形板在线载荷或面载荷作用下发生大变形的抵抗力计算简化解析解,将理论计算结果用模型试验验证,表明所提解析方法有较好的计算精度。该解析公式对船体结构初期的耐撞性快速评估和设计具有指导意义。     

镁合金在大变形和高应变率下塑性变形研究进展

介绍了强应变塑性大变形下镁合金研究现状.重点综述了在较高应变率及冲击载荷作用下关于镁合金变形的研究情况,同时也比较详细地综述了在不同温度、不同载荷作用下镁合金塑性变形特征及其物理机制.最后简要介绍了几个描述材料在较高应变率和冲击载荷作用下变形行为的数学表示式,并就镁合金作为结构材料的研究说明了作者的一些看法.     

冲击载荷作用下框架结构的非线性动力响应

基于大变形动力控制方程并应用有限差分离散求解.对冲击载荷作用下框架结构的非线性动力响应进行了初步研究.通过对响应过程中轴力、弯矩、变形以及塑性耗能分布规律的细致分析,探讨了框架结构的非线性响应模式和变形机制.研究表明,冲击载荷作用下,撞击点处"驻定塑性铰"是动力响应过程的主要变形机制,而框架柱"塑性铰"或"塑性区"是响应过程的又一主要模式,且此变形模式的表现形式会随初始动能的差异而发生变化.为验证本文理论计算的准确性,数值计算结果与已有文献的实验数据进行了比较,两者吻合很好.     

柱形波纹压溃元件轴向冲击力学行为研究

针对冲击载荷作用下多层柱形波纹压溃元件的力学特性分析非常困难的问题,结合柱形波纹压溃元件的冲击压溃变形特征,将柱形波纹压溃元件的变形划分为弹性变形阶段、壁面接触前的塑性变形阶段、混合塑性变形阶段、壁面接触过程中的塑性变形阶段,研究了轴向冲击下柱形波纹压溃元件变形抗力的理论计算方法。利用Matlab Simulink软件编程,计算分析了不同高度落锤冲击柱形波纹压溃元件产生的变形抗力与压溃量之间的映射特性,并与实验结果进行了比较。研究结果表明,在不同跌落高度冲击下,理论计算的变形抗力与实验结果吻合较好,证明所提出的理论分析方法是合理的,对波纹压溃缓冲元件的工程应用具有指导意义。     

含缺陷自由梁的弹塑性大挠度动力响应

作为一种近似处理,两端无任何支持和约束的空间自由梁常作为细长结构的简化模型。基于大变形平衡微分方程和有限差分法,通过在弹塑性大挠度模型里引入表征缺陷严重度的截面弱化因子,本文分析了任意位置含一缺陷的理想弹塑性自由梁在自由端受刚性质量块横向撞击作用下的大挠度动力响应。详细讨论了瞬态弯矩分布规律、曲率分布、变形以及缺陷处相对转角随时间的变化,结果表明:响应过程可划分为4个阶段;缺陷的位置和严重程度对结构的塑性动力行为有重要的影响,当缺陷落在此危险区域内,并且离撞击端越近,梁越容易由于缺陷处的断裂而失效。所得结果可为结构的安全防护提供指导。     

钢管混凝土结构材料非线性的一种有限元分析方法

为了更简单地考虑梁单元的材料非线性受力性能,把断面广义力和广义应变的概念运用于单元分析中,将单元的弹塑性刚度矩阵分离为弹性刚度矩阵和塑性刚度矩阵。这样,梁单元的变形可以由弹性变形和塑性变形简单地迭加,结构内力可通过弹性应变能的斜率(弹性刚度矩阵)与位移的乘积求得,从而在增量-迭代计算时可较准确且较快地计算出结构变形后的不平衡力。应用这一计算方法,推导了基于纤维模型的三维梁单元的钢管混凝土结构的有限元基本公式,并将其植入能考虑几何非线性的三维梁单元非线性计算程序NL_Beam3D中以计算结构的双重非线性问题。算例分析表明该方法和程序能较准确地反映钢管混凝土结构的双重非线性特性。     

有限宽中心裂纹板在裂纹面受一对偏心反平面集中力的弹塑性分析

有限宽裂纹板的弹塑性分析是弹塑性断裂力学中最困难的问题之一。本文对有限宽裂纹板在裂纹面任意点受一对反平面集中力的情形采用裂纹线场分析方法,将各场量在裂纹线附近展开,利用平衡方程和屈服准则进行弹塑性分析,这种分析不需要作小范围屈服的假定。通过裂纹线上的弹塑性应力场在弹塑性边界上进行匹配得出荷载与裂纹线上塑性区长度之间的关系,进而分析得出荷载的不同位置和板宽所对应的临界荷载。     

裂纹面受两对集中剪力作用下的弹塑性分析

利用裂纹线场方法对理想弹塑性材料无限大板受两对集中剪力问题进行了弹塑性分析,并且获得了理论解。这个解包括:裂纹线附近弹塑性边界上的单位法向矢量、裂纹线附近的弹塑性解析解、裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律及其承载力。分析不受小范围屈服假设的限制,并且不附加假使条件。结果在裂纹线附近足够精确。     

Parkes revisited: On rigid-plastic and elastic-plastic dynamic structural analysis

In this paper we re-examine a classical problem of rigid-plastic structural dynamics solved by Parkes [1], namely that of finding the deformations of a beam carrying a mass at its tip which is subjected to a short pulse loading. A considerable body of “elementary rigid-plastic theory” has been developed based on the neglect of elastic strain components, the idealization of perfectly plastic behavior (absence of strain hardening or strain rate sensitivity), and the assumption of linear field equations ignoring effects of geometry changes. This theory provides a valuable conceptual framework for problems of dynamic plastic structural response, although corrections are required for many practical applications; for example, Parkes introduced a correction for effects of high strain rates shown to be needed by his experiments on steel beams. The neglect of elastic strains — elastic moduli taken infinite — is a crucial assumption, and its validity is the subject of the present paper. We study it by making comparison between “exact” numerical solutions furnished by an advanced finite element computer program for an elastic-plastic beam, and the rigid-plastic solution slightly modified to allow for large deflections. Further insight is gained by comparisons also with a simplified elastic-plastic approach based on treatment of elastic and plastic action in artificially separated stages. The main conclusions are that the initial travelling-hinge phase of the rigid-plastic solution is essentially a fiction, but that the subsequent mode form phase is a prominent and significant feature of the late-time part of the “actual” elastic-plastic response.     

有限宽偏心裂纹板在裂纹面受两对集中拉力作用时裂纹线的弹塑性解析解

在实际中偏心裂纹板的受力问题比中心裂纹板受力问题更为普遍。利用裂纹线场分析法简化了弹塑性断裂力学问题的复杂性和数学上的困难,求得了偏心裂纹板在裂纹面上受两对集中拉力作用时裂纹线附近弹塑性边界上的单位法向量、裂纹线附近的弹塑性应力场以及裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律。在理想弹塑性情况下,该文中的理论解在裂纹线场附近是足够精确的。     

塑性铰区采用高延性混凝土梁变形性能研究

为提高钢筋混凝土(RC)梁的变形能力,考虑在其塑性铰区采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。共设计6个剪跨比为3.6的RC梁试件,包含5个塑性铰区采用HDC的试件和1个RC对比试件。考虑HDC区长度、纵筋配筋率以及配筋方式和梁端配箍率的影响,研究试件在低周反复荷载下的滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明:与RC梁相比,塑性铰区采用HDC后,试件的破坏形态由弯剪破坏向弯曲破坏转变,延性和耗能能力均得到显著提高;纵筋配筋率、配筋方式相同时,在梁端塑性铰区采用HDC,试件的位移延性系数和极限位移角分别提高30%和53%,而同时采用HDC和箍筋时分别相应提高33%和76%;梁端局部采用HDC替换混凝土可减少箍筋用量;梁端塑性铰区的HDC长度对试件延性的影响较小。分别计算塑性铰区采用HDC梁在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载时的顶点位移,其计算值与试验值吻合较好。     

Precise elastic-plastic analysis of crack line field for mode II plane strain crack

The near crack line analysis method has been used to investigate the exact elastic-plastic solutions of a mode II crack under plane strain condition in an elastic-perfectly plastic solid. The significance of this paper is that the assumptions of the conventional small scale yielding theory have been completely abandoned. The inappropriateness of matching conditions formerly taken at the elastic-plastic boundary ths been corrected as well. By eatching the general solution of the plastic stress (but not the special solution that was adopted) with the exact elastic stresses (but not the crack tip K-dominant field) at the elastic-plastic boundary near the crack line, the plastic stresses, the length of the plastic zone and the unit normal vector of the elastic-plastic boundary, which are sufficiently precise near the crack line region, have been given. The solutions are suitable not only under the condition that the plastic region is sufficiently small but also under the condition that the plastic region is large.     

钢筋混凝土梁在低速冲击下的变形与破坏研究

通过分析钢筋混凝土梁在低速冲击下的应力状态和变形破坏多阶段的性状,建立了冲击体与梁局部与整体相互作用的刚性离散模型,推导了钢筋混凝土梁各构件在不同阶段的变形刚度,利用拉格朗日方程导出了弹性与塑性阶段的运动方程。分析表明：在低速冲击荷载作用下梁的变形与其动力特性、冲击体与梁的质量比Ms/Mb,冲击速度V0、冲击时间和冲击体形状密切相关。在足够宽的Ms/Mb、V0的变化范围内,钢筋混凝土梁呈现出一致的状态特性。