封面图片说明

正封面图片来自本期论文"泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管构件轴压力学性能",是哈尔滨工业大学土木工程学院翟希梅课题组提出的泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管在轴压作用下破坏模式的漫画图。     

泡沫混凝土填充圆钢管的轴压力学性能

采用试验和有限元模拟方法,研究泡沫混凝土填充圆钢管构件在轴压荷载作用下的力学性能. 通过轴压试验,分析短柱构件的耗能能力和长柱构件的轴压承载力,短柱构件发生叠缩破坏变形模式,耗能能力随着泡沫混凝土密度的提高而显著增强,长柱构件发生整体失稳破坏,稳定承载力随着泡沫混凝土密度的增大而增大. 基于ABAQUS的Explicit求解器,建立泡沫混凝土填充圆钢管构件的数值模型,获得的模拟结果与试验结果吻合良好. 开展参数分析,讨论径厚比、长细比及填充泡沫混凝土密度等因素对长柱构件承载能力的影响. 研究结果表明：长柱构件的稳定承载力随着长细比和径厚比的增大而减小,随着填充的泡沫混凝土密度的增大而增大. 基于Perry-Robertson公式,推导了泡沫混凝土填充圆钢管长柱构件的稳定承载力公式. 预测结果表明,该公式能够很好地预测长柱构件的稳定承载力.     

RPUF填充薄壁圆钢管短柱构件的轴压力学性能

基于建筑工程领域存在的碰撞、冲击等工程背景,提出密度为300 kg/m~3的硬质聚氨酯泡沫(RPUF, rigid polyurethane foam)填充建筑圆钢管短柱吸能构件,为获得该类构件在轴压荷载作用下的基本力学性能及吸能能力,开展了3组空钢管和3组RPUF填充圆钢管短柱构件的轴压试验.试验结果表明:轴压荷载作用下,填充RPUF能够有效改善建筑圆钢管在轴压荷载作用下的叠缩变形模式,使构件趋于对称叠缩变形;同时,RPUF填充圆钢管构件较空钢管的首个峰值荷载及各项吸能指标都有了较大幅度的提升,且壁厚越薄,提升幅度越大,体现了填充RPUF对建筑圆钢管的力学性能及吸能能力的提升.基于ABAQUS/Explicit求解器建立RPUF填充圆钢管短柱构件的轴压有限元模型,将仿真结果与试验结果对比,以验证有限元模型的准确性,随后开展参数分析,结果表明RPUF填充圆钢管耗能能力随壁厚和管径的增大而增大.在Alexander经典叠缩模型的基础上,推导了平均压缩力预测公式,与试验结果和数值模拟结果对比发现该公式能够有效预测RPUF填充圆钢管短柱构件在轴压荷载作用下的平均压缩力.     

高强铝合金压弯构件稳定承载力中欧规范对比

为获得高强铝合金压弯构件稳定性能及其承载力,对29根箱型截面与L型截面6082-T6型高强铝合金构件进行偏心受压稳定承载力试验,获得其失稳破坏特征、承载能力及变形性能.在有限元模型获得试验结果验证的基础上,分析了初始缺陷幅值、截面尺寸、正则化长细比、偏心方向及偏心率等参数对构件的稳定承载力影响及其规律.利用试验及有限元稳定承载力影响参数分析结果,对中国《铝合金结构设计规范》和欧洲规范Eurocode9中的相关计算方法进行验证与结果对比,并对中国《铝合金结构设计规范》中L型截面压弯稳定承载力计算方法进行补充.结果表明:本文有限元模型可以精确地预测铝合金偏压构件的稳定承载与变形性能;中国《铝合金结构设计规范》和欧洲规范计算公式可以用于6082-T6铝合金箱型和L型截面构件压弯构件稳定承载力计算,但都相对保守.     

冲击荷载作用下内嵌泡沫铝耗能节点试验

为吸收爆炸时产生的爆炸能量以及减少建筑物所受到的爆炸荷载,提出一种连接防爆幕墙和建筑物的内嵌泡沫铝新型耗能节点.通过冲击试验对这种节点的耗能性能进行试验研究,探究了泡沫铝填充、折板厚度等参数对此节点构件耗能性能的影响.试验结果表明:冲击过程中泡沫铝填充的耗能节点试件,其受压阶段包括弹性、塑性和致密化阶段,可通过钢折板塑性变形以及泡沫铝受压密实过程实现冲击能量的吸收与消耗,而无泡沫铝填充的节点试件仅依靠折板塑性变形转动耗能.在试验结果基础上,利用LS-DYNA有限元软件建立了耗能节点构件的精细化有限元模型,并对冲击试验结果进行了验证,得到了吻合程度较好的力-位移曲线.试验和有限元分析表明,内嵌泡沫铝新型节点构件耗能性能优良,泡沫铝填充可以明显改善此类耗能节点的耗能性能.     

泡沫铝填充钢/铝复合管轴向抗冲击吸能特性

为揭示泡沫铝填充复合材料的力学行为,本文以泡沫铝填充钢/铝复合管(Al-Foam filled clad tube,简称AlFFCT)为研究对象,采用多孔泡沫材料Crushable-foam本构模型,在ABAQUS平台上模拟分析了泡沫铝孔隙率、高径比、径厚比、界面结合状态和复合管层厚比等材料和结构参数对AI-FFTC吸能特性的影响。结果表明:泡沫铝孔隙率低于90%时,Al-FFCT的冲击屈曲模态均为轴对称变形,与结构参数无关;泡沫铝与复合管以及复合管组元间界面结合状态和层厚比对结构变形协调性和整体的抗冲击能力具有显著影响,可通过上述多个结构参数的组合匹配,实现综合吸能特性的柔性定制,比传统的泡沫铝填充管具有更大的设计空间,为汽车保险杠、吸能盒等缓冲结构设计提供了新的轻量化材料。     

新型叠合式剪力墙力学性能有限元分析

为了系统研究新型叠合式剪力墙力学性能,以不同偏心距、轴压比为设计参数,共设计2组5片新型叠合式剪力墙和2片全现浇剪力墙.采用ABAQUS有限元软件对所有试件进行偏心荷载和单调水平荷载作用下的数值模拟,研究分析试件的破坏过程、破坏形态、承载能力及变形能力.结果表明:新型叠合试件在偏心荷载作用下的破坏过程和压弯性能与全现浇试件基本一致;在单调水平荷载作用下,新型叠合试件的承载能力和变形能力低于全现浇试件;在加载过程中,所有叠合面未出现较大分离,而现浇部分先于预制部分发生塑性损伤,且损伤发展更为充分;新型叠合试件的水平承载能力在轴压比小于0.4范围内随轴压比增大而提高,而在轴压比大于0.4后基本恒定,延性性能急剧降低;预制板设置圆形凹槽抗剪键可提高试件承载能力和变形能力;由于墙体周边现浇整体性较好,以致叠合面变形协调一致,摩擦系数的设置影响较小.     

CFRP-方钢管高强混凝土中长柱的轴压性能

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的受力全过程,得出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的工作机理和静力性能,为更进一步的研究奠定基础.方法在6根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱试验的基础上,比较分析了6种构件不同的破坏形态、荷载—纵向应变曲线、荷载—横向应变曲线以及各种因素对承载力的影响.结果在加载过程中,对比于同等尺寸的普通方钢管高强混凝土构件,构件的弹性段明显增加,构件的破坏形态均为失稳破坏,达到极限承载力后,构件的承载力有反弹.结论CFRP的存在有效地延缓和抑制了高强混凝土中剪切斜裂缝的产生,使方钢管的约束作用得到充分发挥,内置CFRP圆管轴压中长柱的极限承载能力相比于普通方钢管高强混凝土轴压中长柱有了显著的提高.     

考虑剪切变形的轴心受压GFRP圆管临界荷载

为了考虑剪切变形对玻璃纤维增强复合材料（GFRP）构件屈曲荷载的影响,利用Engesser剪切变形理论,推导考虑剪切变形和初弯曲的临界荷载. 应用于GFRP圆管时,考虑材料各向异性特征对剪切系数及强度的影响. 对4根具有不同长细比的GFRP圆管试件进行轴压试验. 结果表明,GFRP圆管在截面强度估算时应综合考虑轴向纤维压缩破坏和环向基体拉伸破坏. 所推导的临界荷载计算式的结果和试验结果吻合良好.     

双层柱间支撑框架在循环荷载下的破坏机理

为研究双层柱间支撑框架（steel two-tiered braced frames,简称STBF）的滞回性能及在罕遇地震作用下的破坏机理,对1个1/2缩尺STBF进行了往复加载试验。在试验基础上,又对31个经试验验证的STBF模型进行了数值模拟。分析了STBF在循环荷载作用下的破坏模式、变形和内力变化规律,研究了柱顶荷载、支撑长细比、支撑截面径厚比和层高比等参数对STBF破坏机理的影响。结果表明:STBF在循环荷载作用下,支撑破坏主要集中在某一层,该层支撑会出现较大支撑平面外屈曲变形,并可能发展为断裂破坏;由于上、下层支撑不同时破坏,导致柱产生支撑平面内弯矩;随着层高比的增大,STBF的耗能能力提高;当轴压比大于0.5或层高比小于0.5时,STBF可能由于柱失稳而过早破坏,建议柱轴压比不应大于0.5,且层高比不应小于0.5。     

6082-T6铝合金构件受弯承载力计算方法

为获得6082-T6铝合金箱型截面构件受弯承载力的计算方法,通过24个材性试验和19根箱型截面构件三点弯曲试验结果,在ABAQUS有限元模型获得弯曲试验结果验证的基础上,对468根铝合金三点弯曲构件进行数值模拟分析.鉴于现行美国、欧洲和中国铝合金设计规范在计算受弯构件的承载力时,均未考虑板组效应的影响,且计算过程繁琐,结果相对保守,针对6082-T6铝合金箱型截面受弯构件,基于直接强度法,提出了考虑材料非线性特征和构件初始缺陷的受弯承载力计算方法.最后,将本文提出方法的计算结果与试验数据及各国规范计算结果进行对比,结果表明:本文提出的计算方法具有较高精度,且使用简便,可较好预测6082-T6铝合金箱型截面三点弯曲构件的受弯承载力.     

薄板铝合金的CMT焊接工艺

为了解决利用传统焊接方法焊接铝合金时容易造成生产效率低、焊接变形大以及夹钨、裂纹、气孔等缺陷,对6082-T6铝合金进行了冷金属过渡焊,并确定了最佳焊接工艺参数.利用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对铝合金的焊缝成型、显微组织与相组成进行了分析.利用维氏显微硬度计和万能拉伸试验机测量了焊接接头的硬度和拉伸力学性能.结果表明,在最佳焊接工艺参数下6082-T6铝合金焊缝成型良好,其焊缝组织主要由α-Al固溶体组成.焊接接头的拉伸断裂位置处于热影响区,其最高拉伸强度约为母材的61%,拉伸断口形貌为塑性断口.     

Dynamic rupture and crushing of an extruded tube using artificial neural network(ANN) approximation method

A numerical study of the crushing of thin-walled circular aluminum tubes has been carried out to investigate the crashworthiness behaviors under axial impact loading. These kinds of tubes are usually used in automobile and train structures to absorb the impact energy. Previous researches show that thin-walled circular tube has the highest energy absorption under axial impact amongst different structures. In this work, the crushing between two rigid flat plates and the tube rupture by 4 and 6 blades cutting tools is modeled with the help of ductile failure criterion using the numerical method. The tube material is aluminum EN AW-7108 T6 and its length and diameter are 300 mm and 50 mm, respectively. Using the artificial neural network(ANN), the most important surfaces of energy absorption parameters, including the maximum displacement of the striker, the maximum axial force, the specific energy absorption and the crushing force efficiency in terms of impact velocity and tube thickness are obtained and compared to each other. The analyses show that the tube rupture by the 6 blades cutting tool has more energy absorption in comparison with others. Furthermore, the results demonstrate that tube cutting with the help of multi-blades cutting tools is more stable, controllable and predictable than tube folding.     

Collision performance of bitubular tubes with diaphragms

A numerical study of bitubular tubes with diaphragms compared with single and bitubular tubes subjected to dynamic axial impact force was presented. At first, the energy absorption response of the composite structure under axial loading was analyzed by finite element simulation. The results show that the efficiency of energy absorption can be improved by introducing diaphragms to the double-walled columns. Then, the effect of the amount and location of diaphragms, the shape and the size of the inner tubes, and the thickness of the composite structures were also studied numerically. The collision performance of the composite structure is affected by the deformation of diaphragms, as well as the interaction of outer and inner tube. The non-uniform distribution of diaphragms can improve the energy absorption efficiency of structures for a constant number of diaphragms. The specific energy absorption of the hexagonal inner tube is the highest, followed by the circular, octagonal and square ones.     

铝合金板件螺栓连接承压强度试验与计算方法

螺栓连接是铝合金结构中最常用的节点形式,对铝合金板件螺栓连接节点的承压性能进行试验研究与分析是十分必要的。结合建筑结构领域常用的2种铝合金材料6061-T6和6063-T5,设定螺栓直径和端距为试验参数,总共对20个螺栓连接节点试件进行了加载试验,得出了节点试件的承压承载力以及荷载与螺栓孔变形的关系。利用ANSYS建立...     

Influence of Density on Compressive Properties and Energy Absorption of Foamed Aluminum Alloy

The foamed aluminum alloys with different densities were fabricated by melt foaming technique. The compressive properties and energy absorption of the foamed aluminum alloy with different densities were analyzed. The results reveal that the compressive stress-strain curves follow the typical behavior of cellu- lar foams with three deformation stages. Under the same strain, the energy absorption capability decreases with the decrease of density. However, with increasing the strain, the energy absorption efficiency of foamed metal increases initially and then decreases. The lower the density, the longer the plateau region, within the range of high strain, the energy absorption efficiency is always high.     

受轴向压缩GFRP圆柱壳渐进失效行为分析

对层状纤维复合材料ＧＦＲＰ圆柱壳受轴向压缩下的失效模式进行准静态下试验研究。研究此类薄壁结构的缓冲性能,分析其渐进压缩破损模式和整体破坏模式的形成机理。结果表明随着纤维铺设角度的改变其压缩失效模式发生变化,并影响结构的能量吸收能力,其破 损模式的主导形式与分导扩展强度、环向断裂强度和纤维与基体脱胶裂纹相关。