不同加载条件下钢筋混凝土构件力学特性及影响规律研究

基于OpenSees中的BeamwithHingesElement单元,采用直接在截面层次上定义线弹性剪切恢复力模型,引入零长度单元利用粘结滑移材料模拟构件末端粘结滑移,考虑P-D效应引起的几何非线性,钢筋材料采用能精确模拟钢筋低周疲劳损伤与开裂现象的Mohle-Kunnath本构模型,分析构件在不同加载历史条件下的力学特性。研究构件在单调加载、非对称循环加载、对称循环加载条件下构件的力学特性,并进一步分析构件在不同循环周数条件下对称、非对称加载时构件的力学特性及钢筋材料应变随位移加载历史的变化特点,分析结果表明,钢筋混凝土框架柱在循环加载条件下的构件刚度退化、强度退化现象明显,构件的损伤程度随着剪跨比的降低和轴压比的增大逐渐加剧,构件随着循环周数的增加损伤程度更明显,钢筋材料应变随着循环周数的增加变化明显,随着轴压比增加和剪跨比的降低,构件刚度退化与强度退化随循环周数的增加更显著,钢筋应变同样有一定程度增加。     

大跨度缆索承重桥梁非线性静风扭转失稳机理的研究

建立了静风荷载作用下大跨度缆索承重桥梁的非线性扭转失稳模型,导出了求解平衡路径的非线性方程。对于静风扭转平衡路径的稳定性进行了全过程的理论分析。分析了升力矩系数和扭转刚度的非线性特性对于稳定条件、失稳点以及失稳机理的影响。静风扭转失稳的性质为跳跃式极值失稳。发生失稳的条件取决于升力矩系数和扭转刚度的曲线形状。只有当升力矩系数曲线有上凹段或扭转刚度曲线有下凹段存在时,扭转失稳才有可能发生。对于升力矩系数曲线不存在上凹段和扭转刚度曲线不存在下凹段时,平衡路径是稳定的,不会发生静风扭转失稳。扭转刚度的弱化是引起静风扭转失稳的因素之一。升力矩系数的非线性特性将引起等效刚度弱化,也是引起静风扭转失稳的因素之一。当初始攻角较大时,这种等效刚度弱化效应尤其应该给予重视。提出了新的失稳临界风速公式。公式统一,包含了非线性失稳及线性理论的结果;公式简洁,形式上与线性理论的公式相同。对于线性扭转刚度或线性升力矩系数的情形,临界点的物理意义明确、便于图解。新的临界风速公式还反映了初始攻角的影响。初始攻角增大,临界风速减小。     

地铁车站STS新管幕构件抗弯承载力试验研究

某地铁车站采用STS新管幕结构作为初期支护。为研究新管幕构件在跨中集中静载作用下的抗弯性能,共进行8榀新管幕构件的对比试验。主要变化参数为横向连接螺栓、上下翼缘板是否焊接、连接螺栓通长、钢管间距、翼缘板厚度和混凝土强度等级。试验结果表明:下翼缘板焊接显著提高了新管幕构件的刚度和极限承载力;横向螺栓连接、翼缘板厚度加大、混凝土强度等级提高、连接螺栓通长对新管幕构件的极限承载力影响较小,但对新管幕构件的刚度影响较大;上翼缘板焊接、钢管间距减小对新管幕构件的刚度和极限承载力影响均不明显。建议给出新管幕构件正截面抗弯承载力的计算公式,计算结果和试验结果吻合较好。     

不同加载模式下方钢管混凝土力学性能试验研究与理论分析

对钢管和混凝土同时受力和核心混凝土受力的构件进行了试验研究,考虑了钢管和混凝土之间的粘结力对构件力学性能的影响。同时采用有限元法对钢管和混凝土同时受力、核心混凝土受力和钢管存在初应力的构件进行了理论分析。理论分析结果和该文的试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。在此基础上对比分析了3种加载模式下构件受力性能的异同,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率等参数对构件力学性能的影响。研究表明:当含钢率较低时,钢管与核心混凝土同时受力构件的刚度和承载力要明显高于核心混凝土受力时构件的刚度和承载力;在3种不同加载模式下,试件的承载力都要高于钢材和混凝土两者承载力的简单叠加;核心混凝土受力时构件的延性要优于同时受力时构件的延性;钢材屈服强度对核心混凝土受力构件的承载力影响很小,提高钢材屈服强度能提高构件的延性。     

静重式力标准机结构稳定性研究

通常在进行静重式力标准机设计时,设计者主要考虑设备的强度及刚度.实验发现,在一定条件下强度及刚度符合要求的力标准机使用中会发生结构失稳现象.作者通过理论分析和实验研究,用解析法解决了静重式力标准机的结构稳定性设计问题并取得了满意的应用效果,为静重式力标准机尤其是小量程标准机的设计和制造提供了一种有效的方法.     

基于厚度和应变映射方法的成形和抗凹性能联合仿真

为提升汽车板抗凹性能仿真精度,开展了成形和抗凹性能仿真研究。首先,利用模具将HC180BD+Z板料冲压成两种应变量的试样,然后利用半球形钢制压头以10 mm/min速度对试样进行加载,获得试样初始刚度和失稳凹陷载荷;其次,利用Ls-dyna进行成形和抗凹性能仿真,不考虑成形因素的影响下,初始刚度和失稳凹陷载荷仿真误差<10%,通过采用厚度和应变映射方法后,初始刚度和失稳凹陷载荷仿真误差<5%;最后,对比分析了厚度和应变映射对初始刚度和失稳凹陷载荷仿真结果的影响。研究表明：初始刚度与材料厚度相关,而失稳凹陷载荷与材料厚度和屈服强度相关;通过采用厚度和应变映射方法,能有效提升抗凹性能仿真分析精度;各向同性硬化模型高估了失稳凹陷载荷,采用各向同性和随动混合硬化模型能获得更好的仿真结果。     

铜管管网支架,吊架间距的设计计算

本文首先介绍了一般情况下按强度、刚度条件，热水铜管管网支架、吊架间距分析计算，然后介绍在铜管管网中串联波纹管伸缩节时按失稳条件下导向支架之间的跨距计算，最后介绍了计算机辅助分析，实现最有效的支、吊架布置。     

串联隔震构件非线性力学性能试验研究

串联隔震构件作为变刚度、强非线性的组合构件，是柱顶隔震结构最脆弱且最敏感的部位。为能够对串联隔震构件的非线性力学性能有更深入地认识，对不同长细比和轴压比下串联隔震构件进行拟静力加载试验，分析不同长细比和轴压比下串联隔震构件的破坏现象和特点；分析长细比与轴压比对串联隔震构件的水平刚度、强度及力和位移关系等力学性能的影响，探究串联隔震构件在多次实时往复荷载作用下串联隔震构件非线性累积损伤引起的力学性能演化规律。经对试验结果分析表明，构件的延性、耗能能力、极限位移均与长细比和轴压比呈负相关且表现出明显的非线性特征，长细比和轴压比的增加会对串联隔震构件的水平刚度、强度等一些非线性力学性能造成损伤劣化。     

荷载形式对混凝土受弯构件短期刚度的影响

在现行钢筋混凝土结构设计规范(TJ10—74)和即将颁布实施的混凝土结构设计规范(GBJ10—89)中,钢筋混凝土与预应力混凝土受弯构件的短期刚度计算公式是根据纯弯曲段的分析模式得到的,公式中的经验系数是根据单一荷载条件下的试验确定的。本文在给出不同荷载条件下各类混凝土受弯构件短期刚度统一计算公式基础上,对受弯构件在不同荷载条件下短期刚度的变化规律进行了计算分析。     

耗能型辅助墩抗震性能数值研究

耗能型辅助墩可以有效地实现大跨度斜拉桥的地震损伤控制。刚度和强度是耗能型辅助墩的关键设计参数,因此,该文对安装剪切型连梁和屈曲约束支撑两种耗能构件的双柱墩进行理论分析,推导了耗能型辅助墩的刚度和强度的简化计算公式,能够快速准确地估算其弹性刚度和屈服强度。通过有限元模型,仿真分析了其滞回性能,可以准确地模拟耗能型辅助墩的非线性行为,为大跨度斜拉桥的整体弹塑性分析提供了可靠的依据。与试验结果对比,验证了简化公式和有限元模型的准确性。对比研究了安装耗能构件的双柱墩试件和拆除耗能构件的裸双柱墩试件的性能差异,结果表明耗能构件能够显著提高辅助墩的抗震能力。最后,对安装屈曲约束支撑的辅助墩抗震性能进行了参数分析。     

载人潜水器材料技术发展现状

载人潜水器是探索海底资源、执行多种海底任务的必要设备,载人舱球壳是载人潜水器关键部件,必须使用高比强、高韧性的材料以保证它具有足够的有效载重和良好的安全性。同其它船用金属材料相比,钛合金比强度高,非常适合用于建造潜深3000m以上载人潜水器载人舱球壳,而载人舱球壳用钛合金的发展必将促进我国载人潜水器的研制和国产化进程。总结了目前国内外在载人舱球壳材料方面的研究和应用进展,对国产新型Ti6321合金进行了详细介绍。     

Structural design of a composite bicycle fork

Despite the wide literature on the mechanical behaviour of carbon/epoxy composites, it is rare to find practical methodological approaches in finite element design of structural components made by laminate layup. Through the case study of a special bicycle fork needed in a Student Team prototype, this paper proposes a simplified methodology as starting point for educational and manufacturing purposes. In order to compare two manufacturing solutions in terms of stiffness, strength and failure mode, a numerical model was implemented. Since the project requirements imposed to avoid standard destructive testing, the model validation was based on a posteriori linear stiffness comparison with the manufactured component. The slight discrepancies between experimental and numerical results were discussed in order to check their origin and to assess the reliability of the model. The overall methodology, even if complain with only a part of the safety standard requirements, shows to be reliable enough and can be the basis for further extension and refinement.     

钢-混凝土交界面法向粘结性能研究

考虑到钢-混凝土交界面的特殊性，提出了三个用于评价交界面法向粘结性能的参数指标，包括法向粘结刚度、法向粘结强度和法向极限张开位移，使用断裂力学理论推导了参数的计算方法，设计并进行了钢-混凝土交界面法向粘结参数测定试验。试验结果表明:在交界面粘结力的作用下，试验荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线初始上升段会经历线性段、过渡段和平台段三个阶段；随着钢板粗糙度的增加，交界面法向粘结强度的增幅要远大于法向粘结刚度和法向极限张开位移的增幅；单位粗糙度交界面各个法向粘结性能参数的增量随着钢板粗糙度的增加而减小，其中法向极限张开位移值的增量降低最多；在钢板足够粗糙的情况下，交界面的法向粘结性能应趋近于交界面处砂浆的力学性能。将理论计算结果与有限元分析结果进行对比，两者吻合度很好，表明理论分析方法和试验方法的正确性，计算得到的交界面法向粘结参数值可用于实际工程分析。     

基于可变形空腔的起落架舱体噪声抑制研究EI北大核心CSCD

提出了一种基于可变形空腔的起落架舱体结构,通过机械装置调节舱体底板及后壁倾斜角度,不需要额外增加舱体体积,使用声学有限元法探讨了该结构在低马赫数下的噪声抑制效果。研究发现:随着舱体后壁倾斜角度的增大,舱体内部及外部的噪声明显减小,同时模态频率逐渐增大,有助于避免舱体结构发生共振破坏;舱体后壁倾斜一个较小的角度就能有效地改善内部的声反射环境,进而抑制舱体内部的高频模态噪声、总声压级。当后壁倾斜角度大于某个临界值时,继续增大倾斜角度对于舱体内部高频模态噪声以及总声压级的抑制效果不再明显,在当前的仿真条件下,舱体后壁最佳倾斜角度范围为10°~16°。     

The effect of pallet top deck stiffness on the compression strength of asymmetrically supported corrugated boxes

During unitized shipment, the components of unit loads are interacting with each other. During floor stacking of unit loads, the load on the top of the pallet causes the top deck of the pallet to bend, which creates an uneven top deck surface resulting in uneven or asymmetrical support of the corrugated boxes. This asymmetrical support could significantly affect the strength of the corrugated boxes, and it depends on the top deck stiffness of the pallet. This study is aimed at investigating how the variations of pallet top deck stiffness and the resulting asymmetric support affect corrugated box compression strength. The study used a scaled-down unit load compression test on quarter-scale pallet designs with different deckboard thicknesses using four different corrugated box designs. Pallet top deck stiffness was determined to have a significant effect on box compression strength. There was a 27%–37% increase in box compression strength for boxes supported by high-stiffness pallets in comparison with low-stiffness pallets. The fact that boxes were weaker on low-stiffness pallets could be explained by the uneven pressure distribution between the pallet deck and bottom layer of boxes. Pressure data showed that a higher percentage of total pressure was located under the box sidewalls that were supported on the outside stringers of low-stiffness pallets in comparison with high-stiffness pallets. This was disproportionately loading one side of the box. Utilizing the effects of pallet top deck stiffness on box compression performance, a unit load cost analysis is presented showing that a stiffer pallet can be used to carry boxes with less board material; hence, it can reduce the total unit load packaging cost.     

水下爆炸船舱冲击响应时频特征的小波包分析

设计了带设备双层隔振系统的双层底船舱抗爆结构,进行了水下爆炸冲击试验。应用小波包分析方法,研究了水下爆炸压力和船舱冲击响应的时频分布规律,得到了船舱冲击响应时频特征与冲击环境之间的关系。研究结果表明:水下爆炸压力出现冲击波、滞后流和二次压力波过程,含有丰富的频率成分;冲击波主要作用在1kHz以上的高频段,易造成舰船局部结构的破损;滞后流主要作用在10Hz―1kHz的中频段,是舰船设备隔离系统产生冲击振动的主要来源;二次压力波主要作用在100Hz以下的低频段,会加速设备隔离系统的冲击响应;带设备双层隔振系统的双层底船舱抗爆结构,能有效提高船舶的抗爆性能。     

采用机械钻铣轻量化技术的轻型镜研制

以φ400mm轻型平面镜为例，介绍了采用机械减重法制造轻型镜的工艺技术。镜坯的轻量化采用了刚度虽不是最优，但工艺性最好的圆孔结构，并采用专门设计的钻头钻孔，再用氢氟酸消除微裂纹。加工结果表明，该镜的减重比达44．5％，但仍具有足够的刚度，且没有影响加工精度的变形。     

多向模锻液压机机身结构优化设计

采用UG和Ansys Workbench软件建立有限元模型,对机身结构进行了有限元分析,得到了液压机在满负荷条件下的机身变形、应力云图。通过对模拟结果进行分析发现,机身的强度达到了设计要求,但是上横梁和左右侧梁的刚度不够。对3种解决措施进行优化模拟,发现综合采用增厚筋板和合理加装筋板最为有效,机身刚度满足设计规范要求。     

气囊辅助RTM工艺成型导弹舱段构件

导弹舱段构件尺寸较大且内部结构复杂, 无法通过传统树脂传递模塑 (Resin transfer molding, RTM)工艺一次整体成型。本文中利用气囊辅助RTM工艺成功整体成型了导弹舱段, 该工艺无需金属芯模, 模具轻便,充压气囊对构件压实效果显著。研究结果表明, 气囊辅助RTM工艺成型的舱段性能较传统RTM工艺成型的舱段有明显提高, 试样纤维体积分数达到了61% , 拉伸强度和弯曲强度分别比传统RTM工艺制备的同种试样提高了25%和26%, 舱段构件的整体极限轴压载荷与极限弯曲载荷分别达到指标值的130%和132%。      

奇异薄层单元及其在双材料界面断裂分析中的应用

构造了一种平面应力奇异薄层单元并证明了其具有-1/2阶奇异性。用此单元研究了双材料界面层的刚度对界面裂纹尖端场的影响。研究发现:对于I 型界面断裂, 减小界面法向刚度对K_Ⅰ、K_Ⅱ的影响远大于减小界面切向刚度, 且法向和切向刚度的减小对K_Ⅱ的影响均大于对K_Ⅰ的影响, 降低法向刚度会显著改变裂尖正应力和剪应力的分布, 而降低切向刚度只明显改变剪应力的分布, 对正应力的分布影响不大;对于界面II 型断裂, 则减小切向刚度对K_Ⅰ、K_Ⅱ的影响远大于减小法向刚度, 且切向、法向刚度的减小对K_Ⅰ影响均大于对K_Ⅱ影响, 降低切向刚度会显著改变裂尖正应力和剪应力的分布, 而降低法向刚度只明显改变裂尖正应力的分布, 对剪应力的分布影响不大。随着界面刚度增大, 应力强度因子和裂尖应力分布均趋近无厚度理想界面情况。