数值模拟联合算法及其在润扬大桥可靠度评估中的应用

为了定量研究大跨桥梁在外界随机因素作用下的结构安全性,实现在线状态的可靠度评估,利用可靠度的随机有限元法对润扬大桥悬索桥在正常运营和损伤等多种工况下的结构可靠度进行了数值模拟和可靠度评估。分析中采用蒙特卡罗重要抽样法和中心复合响应面法的联合算法作为数值模拟的基本工具,介绍了联合算法的具体实现途径、随机变量的参数定义并对大跨桥梁基于可靠度指标的评估准则进行了讨论。得到了多个随机变量的概率灵敏度、主要失效模式所对应的可靠度指标及其相应的状态等级。算例分析结果表明,基于随机有限元的可靠度分析方法可以较好地描述大跨桥梁的非线性特征,联合算法的应用提高了可靠度分析的效率和精度,其结果为润扬大桥悬索桥的状态评估和健康监测提供了参考。     

基于响应面的大型输电塔结构有限元模型动力修正

针对基于灵敏度分析的有限元模型动力修正方法计算效率较低、迭代收敛慢的不足,将响应面法引入500 kV大跨越输电塔基准模型修正.选择塔脚弹性支承刚度为修正参数,依次进行单因素试验、样本值计算、响应面建立与分析、参数优化.修正后,有限元模型非常准确地复现了单塔横、纵两个方向的-阶弯曲动态特性,修正效果与基于灵敏度分析的模型修正方法接近,证明响应面法在有限元模型动力修正领域的应用价值.还探讨了塔架结构修正参数的选取问题,为相关研究提供参考.     

基于区间分析的不确定性结构动力学模型修正方法

提出了一种基于区间分析的不确定性有限元模型修正方法。在区间参数结构特征值分析理论和确定性有限元模型修正方法基础上,假设不确定性与初始有限元模型误差均较小,采用灵敏度方法推导了待修正参数区间中点值和不确定区间的迭代格式。以三自由度弹簧-质量系统和复合材料板为例,采用拉丁超立方抽样构造仿真试验模态参数样本,开展仿真研究。结果表明,当仿真试验样本能准确反映结构模态参数的区间特性时,方法的收敛精度和效率均较高;修正后计算模态参数能准确反映试验数据的区间特性。所提出方法适用于解决试验样本较少,仅能得到试验模态参数区间的有限元模型修正问题。     

复合材料层合板多尺度交互渐进损伤分析

纤维增强复合材料强度的准确表征是复合材料力学性能研究的核心问题之一。该文以碳纤维增强树脂基复合材料层合板为研究对象,基于宏观-细观多尺度分析方法,根据复合材料的物理失效模式分别给出了基体和纤维的细观失效准则,同时考虑基体失效对复合材料层合板纤维轴向力学性能的影响。提出了新的刚度退化方式,可准确表征复合材料层合板的损伤演化过程,开展了复合材料层合板四点弯模型的多尺度交互渐进损伤分析和试验验证。结果表明:基于多尺度方法的复合材料层合板宏-细观交互渐进损伤分析结果与试验结果吻合较好,新的刚度退化方式可以准确模拟层合板的失效过程。     

热残余应力对考虑微观孔隙碳纤维增强环氧树脂复合材料横向拉伸性能的影响

为研究由于材料固化产生的热残余应力对碳纤维增强环氧树脂复合材料横向拉伸性能预测结果的影响,发展了一种基于摄动算法的纤维和孔洞随机分布代表性体积单元（RVE）生成方法,建立更加接近真实材料微观结构的RVE模型。通过施加周期性边界条件,并赋予组分（纤维、基体和界面）材料本构关系,进而实现温度和机械荷载下模型的热残余应力和损伤失效分析。从结果中发现,材料固化过程会在纤维之间产生残余压应力,在模型孔隙周围产生沿加载方向的残余拉应力。所建立不含孔隙RVE模型的失效均是由于界面脱黏引起,材料固化在纤维之间产生的残余压应力会增加模型的预测强度。含有孔隙的RVE模型失效起始于孔隙周围的基体中,而材料固化在模型孔隙周围产生的热残余拉应力对含孔隙RVE模型预测的失效强度有降低作用。对于具有不同孔隙尺寸的RVE模型,模型的失效强度随着孔隙尺寸的增加而不断降低,但是热残余应力减弱了孔隙尺寸对模型预测结果的降低作用。对于具有不同长宽比椭圆形孔隙的RVE模型,热残余应力增加了孔隙长宽比对模型强度的降低作用。      

基于Weibull模型的C/C复合材料销钉剪切强度分布及本构关系

针对C/C复合材料销钉力学性能各向异性的特点,开展基于Weibull分布模型的C/C销钉剪切强度分布及本构关系研究,探讨不同剪切方向对C/C销钉剪切强度和剪切本构的影响规律。基于两参数Weibull分布模型,采用最小二乘法获得不同剪切方向上剪切强度的分布规律;根据C/C复合材料损伤失效机制,采用基于Weibull分布的弹性损伤模型表征材料的剪切本构关系,并通过试验数据获取损伤模型中的参数。结果表明:通过Kolmogorov-Smirnov拟合优度检验,两参数Weibull分布模型能较好地表征C/C销钉剪切强度的分布规律;沿45°方向剪切的C/C销钉,其剪切强度最高;随着剪切角度的增大销钉剪切刚度逐渐降低,从0°方向上的19.46 kN/mm下降到90°方向上的12.70 kN/mm。      

蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法

提出蜂窝夹层复合材料不确定性参数识别方法。采用三明治夹芯板理论建立铝蜂窝夹层结构的初始有限元模型,其中芯层等效弹性参数由均匀化方法计算。据芯层结构及相对灵敏度分析选存在不确定性且对动态特性敏感性较大的面外剪切模量及面板厚度为待识别参数。对6块铝蜂窝复合材料板进行自由-自由边界条件下动态试验,获得试验模态参数的均值及标准差。据试验结果采用所提方法识别铝蜂窝夹层板不确定性参数。结果表明,对存在不确定性参数的铝蜂窝夹层复合材料用该方法能准确识别铝蜂窝夹层板不确定参数的均值及标准差。并建立具有准确统计意义的动力学模型。     

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法试验研究

摘 要：通过钢梁损伤试验,验证基于小波包能量谱的结构损伤预警方法在实际结构上应用的有效性。对钢梁进行完好工况和三个损伤工况的动力响应测试,对得到的响应进行小波包分解,考察损伤前后各个特征频带的能量变化。试验结果显示,损伤预警指标ERV和ERVD能够对三种损伤工况做出有效预警;同一工况的多次测试得到的损伤预警指标ERVD虽有变化但变化不大。基于小波包能量谱的结构损伤预警指标对结构损伤具有敏感性、对测试噪声具有鲁棒性,可以用于实际结构损伤预警。     

基于各向同性本构关系薄层单元的螺栓连接参数识别

针对螺栓连接建模与参数识别问题开展研究。基于各向同性本构关系薄层单元理论,提出螺栓连接结构接触面力学性能识别方法。对单个螺栓搭接及多个螺栓搭接两种结构分别进行有限元建模,忽略螺栓质量、螺孔影响,搭接界面采用各向同性本构关系的薄层单元模拟。根据试验模态参数构造优化问题,识别搭接界面薄层单元材料参数。结果表明,两种螺栓连接结构前四阶弯曲模态频率计算精度较高,薄层单元能准确反映接触界面力学性能。该方法适用于单个螺栓及螺栓较密集工况动力学精确模拟。     

基于Matlab平台的组合结构动态分析工具箱的开发与应用

组合结构动态分析是结构动力学的一个重要分支。本文开发了一个基于Matlab平台的面向对象的组合结构动态分析工具箱，概括了工具箱所采用算法的理论背景，介绍了工具箱的构成和流程，给出了工具箱开发过程中一些关键问题的解决方案，并以一个两层二维框架结构的组合结构动态特性分析为例来验证工具箱的可靠性。组合结构分析结果与有限元理论计算结果符合良好，这说明所开发的工具箱是可靠的。