强震下弦支穹顶结构的动力失效探讨

为了揭示强震下弦支穹顶结构的动力失效机理,分别采用双线性本构模型和应变-损伤耦合本构模型,对一个8点支承的弦支穹顶结构进行了不同地震加速度下的全过程动力时程分析,考察了2种不同材料模型下的结构动力失效.同时对采用应变-损伤耦合本构模型的结构进行了深入研究,对该结构最大位移、塑性杆件数、杆件的应变能密度和动能密度、构件应力及应力变化率等多个物理量准则进行了考察分析.结果表明:采用应变-损伤耦合本构模型能更加准确地反映结构的动力失效,且这些物理量都能大致反映结构动力失效过程中的失效时刻;同时也反映了失效时结构最大位移、杆件塑性发展、索力松弛等失效特征.     

泵车疲劳损伤计算中的奇异值剔除方法

计算混凝土泵车臂架疲劳损伤时采集的应变数据中含有奇异值会对损伤结果产生较大影响,而传统的3σ准则的判定值为常系数,不适合泵车臂架应变信号的变化.对此,结合泵车臂架应变信号的特点,提出了剔除奇异值的新方法:变化率法,该方法利用应变信号的变化率是否超出随应变信号变化情况而定的剔值范围来进行奇异值的判定,并根据奇异值偏离正常范围的程度修正奇异值.详细阐述了变化率法并且利用Matlab进行了仿真验证.结果表明,变化率法在剔除应变信号孤立奇异值上比3σ准则更为有效,且变化率法剔除应变信号中连续个数不多的奇异值时效果也较好.     

局部应力应变疲劳的能量方法

应用Neuber准则分析弹塑性材料缺口件时局部应力应变估计过高，因此预测初始寿命常给出过于保守的结论.由于当量应变能密度（Equivalent strain energy density, ESED）准则在Neuber准则的塑性变形项上增加了系数，局部应力应变估计结果更为准确.基于能量方法讨论了循环加载下材料的塑性应变能密度，发现ESED准则相比Neuber准则多考虑了塑性应变能密度，这是ESED准则局部应变场估计值远低于Neuber准则的估计值的能量理论基础.疲劳试验的结果验证了以上结论.     

局部应力应变疲劳的能量方法

应用Neuber准则分析弹塑性材料缺口件时局部应力应变估计过高，因此预测初始寿命常给出过于保守的结论．由于当量应变能密度（Equivalent strain energy density,ESED）准则在Neuber准则的塑性变形项上增加了系数，局部应力应变估计结果更为准确．基于能量方法讨论了循环加载下材料的塑性应变能密度，发现ESED准则相比Neuber准则多考虑了塑性应变能密度，这是ESED准则局部应变场估计值远低于Neuber准则的估计值的能量理论基础．疲劳试验的结果验证了以上结论，     

空间杆系结构动力失稳区域研究

结构在外荷载的作用下,其非线性几何刚度随着结构的变形发生变化而变化.基于结构动力学理论,采用有限元方法研究空间杆系结构的动力失稳区域.利用有限元变刚度的理论,同时引入不同参数和变换公式推导出马奇耶-希拉方程式.通过Ansys和Matlab软件进行编程模拟,分析无阻尼情况下的结构动力不稳定区域,并与鲍洛金不稳定区域推导式结果进行对比.结果表明:推导的结果接近鲍洛金不稳定区域结果,第一失稳区域相对保守,第二失稳区域非常接近,从而验证了的推导公式的适用性.可为实际工程结构频率避开失稳区域进行动力失稳设计提供理论的依据.     

预测单层柱面网壳破坏模式的细胞自动机方法

为改进网壳结构有限元数值模拟效率以及拓展数值模拟结果应用,发展了一种预测单层柱面网壳结构破坏模式的细胞自动机方法.该方法通过有限元模拟,给出了单层柱面网壳简谐地面运动下动力失稳破坏模式和TAFT地震波作用下动力强度破坏模式;然后,用归一化节点有限元位移值、以及归一化节点对数应变能密度值构成网壳两种细胞自动机状态模式;进而,建立了单层柱面网壳相似节点域的概念,并给出了相应的匹配准则;最后,以基础网壳破坏模式为依据,通过匹配基础网壳和目标网壳之间的相似节点域,预测了目标网壳失稳破坏位移模式和强度破坏对数应变能密度模式.预测结果验证了所发展的细胞自动机方法的有效性,期待成为分析网壳结构的新途径.     

考虑地震损伤的单层球面网壳结构静力稳定性

为了研究地震损伤对单层网壳结构静力稳定性能的影响,基于考虑材料损伤累积效应的本构模型,对一K8型单层球面网壳结构,首先利用动态增量(incremental dynamic analysis,IDA)方法对单层网壳结构进行动力稳定分析,提出将B-R准则与塑性应变能曲线相结合作为结构动力失稳破坏的判断准则,得到结构动力失稳临界值;然后采用弧长法和Newton-Raphson法相结合的增量迭代法对损伤后的结构进行非线性屈曲分析,得到震后结构的静力稳定临界荷载.结果表明:考虑地震损伤累积效应的结构静力稳定性能显著降低,为该类结构抗震设计、性能评估和震后修复、加固提供参考.     

建筑橡胶支座拉伸性能的计算模型与评价准则

目的建立力学模型,研究橡胶隔震支座稳定性结构体系安全问题.方法基于橡胶支座拉伸应力应变关系曲线,提出了双刚度与原点拉伸刚度应力应变两个计算模型,分析了橡胶支座弹塑性拉伸性能的恢复力模型.结果提出了评价橡胶支座拉伸性能的“3G评价准则”,并采用低弹性天然橡胶和铅芯橡胶支座试件进行了试验研究.建立的计算模型和评价准则所计算的结果与实测值具有良好的一致性.结论工程设计中橡胶支座在拉伸应力不超过3G的条件下,支座具有稳定可靠的力学性能,确保隔震结构处于安全状态.     

单层球面网壳结构动力强度破坏的双控准则

针对在地震等强动力荷载作用下单层球面网壳结构的动力强度破坏问题，通过探讨结构的耗能机理，将结构塑性累积耗能与最大变形进行线性组合建立了动力强度破坏的双控准则，并应用动力破坏指数判定结构的动力破坏程度.以一个跨度为40 m的K8,6型单层球面网壳结构为例，应用动力破坏指数进行了强震下的结构动力强度破坏分析，并同结构最大变形和塑性杆件比例等指标进行了对比.结果表明，应用双控准则和动力破坏指数可以有效地进行单层球面网壳结构动力强度破坏的量化分析，并且对于存在局部刚度薄弱的网壳结构结果更加合理.     

基于应变强化效应的管道流变应力分析

为了得到管道流变应力的计算方法和不同流变应力表达式的适用范围,本文基于变形失稳理论和有限应变理论,在考虑应变强化效应的基础上,得到管道内压作用下流变应力的解析解,并结合试验数据验证了解析解的适用性.通过解析解与常规流变应力进行对比,对不同流变应力表达式的适用性进行分析.研究结果表明:钢材屈服准则和强化指数是影响流变应力...     

Dynamic analysis of fault rockburst based on gradient-dependent plasticity and energy criterion

Fault rockburst is treated as a strain localization problem under dynamic loading condition considering strain gradient and strain rate. As a kind of dynamic fracture phenomena, rockburst has characteristics of strain localization, which is considered as a one-dimensional shear problem subjected to normal compressive stress and tangential shear stress. The constitutive relation of rock material is bilinear (elastic and strain softening) and sensitive to shear strain rate. The solutions proposed based on gradientdependent plasticity show that intense plastic strain is concentrated in fault band and the thickness of the band depends on the characteristic length of rock material. The post-peak stiffness of the fault band was determined according to the constitutive parameters of rock material and shear strain rate. Fault band undergoing strain softening and elastic rock mass outside the band constitute a system and the instability criterion of the system was proposed based on energy theory. The criterion depends on the constitutive relation of rock material, the structural size and the strain rate. The static result regardless of the strain rate is the special case of the present analytical solution. High strain rate can lead to instability of the system.     

大型空间桁架结构装配序列的分层规划方法

为了自主规划空间在轨装配任务的装配序列,结合大型空间桁架结构的固有分层特性,提出了一种基于连接矩阵的分层规划方法.根据连接矩阵的定义和分层规划的基本原理,通过分析几何结构单元之间普遍的三种连接方式,提出了相应结构的连接矩阵建立方法和规则,来组织低层规划;通过对大型结构进行结构分析,运用桁架结构几何原理,建立整个结构的连接矩阵,来实现高层规划,并以常见的空间桁架结构为例进行了说明,从几何特性角度,讨论了该方法的普遍性.     

多轴应力状态下混凝土的动态强度准则

为了解复杂应力状态下混凝土动态强度变化规律,提出了一个考虑应变率效应的八面体应力空间的多轴静动破坏准则．该准则的空间破坏包络曲面采用二次函数形式,在偏平面上的破坏包络线采用Willam-Warnke 模型在偏平面上的椭圆曲线,使用特征应力点法对拉压子午线方程进行修正以考虑偏平面上罗德角对动态强度的影响．通过对大量混凝土多轴静动强度试验成果的分析,表明此强度准则与已有的试验结果吻合较好,能很好地反映平面应力或三轴应力状态下普通混凝土的静动强度变化规律,并且形式简单,便于实际应用．     

Response and energy dissipation of rock under stochastic stress waves

The response and energy dissipation of rock under stochastic stress waves were analyzed based on dynamic fracture criterion of brittle materials integrating with Fourier transform methods of spectral analysis. When the stochastic stress waves transmit through rocks, the frequency and energy ratio of harmonic components were calculated by analytical and discrete analysis methods. The stress waves in shale, malmstone and liparite were taken as examples to illustrate the proposed analysis methods. The results show the harder the rock, the less absorption of energy, the more the useless elastic waves transmitting through rock, and the narrower the cutoff frequency to fracture rock. When the whole stress energy doubles either by doubling the duration time or by increasing the amplitude of stress wave, ratio of the energy of elastic waves transmitting through rock to the whole stress energy (i.e. energy dissipation ratio) is decreased to 10%-15%. When doubling the duration time, the cutoff frequency to fracture rock remains constant. However, with the increase of the amplitude of stress wave, the cutoff frequency increases accordingly.     

空间钢结构临时支撑布置的应变能跟踪算法

针对传统经验方法用于确定空间钢结构临时支撑体系布置方案时的不合理性,提出一种基于小生境遗传算法的优化算法,该算法以指数尺度变换后的结构总应变能为优化目标函数,采用格雷编码作为染色体的编码方式,对于规则的搜索区域,以连续的空间位置作为遗传算法的决策变量;对于不规则的搜索区域,以离散的空间节点作为决策变量,在进化过程中引入自适应的遗传算子和改进的最优个体保存策略;模拟“鸟巢”结构的一榀主桁架,验证了算法的有效性;研究矩形平板网架和某异形网壳的最优临时支撑布置方案.分析表明：应变能综合反映了结构的受力性能,该应变能跟踪算法对空间钢结构施工过程中临时支撑体系方案确定提供了科学的依据.     

钢桁架梁桥结构两层面承载力分析和优化

基于弹性模量缩减法建立了钢桁架梁桥构件安全系数和结构整体安全系数的便捷计算方法,进而提出了结构两层面安全分析和优化方法。首先引入广义屈服准则考虑组合内力作用,根据能量守恒原则确定单元弹性模量缩减策略,利用线弹性有限元法开展迭代计算,求得各迭代步单元承载比,利用迭代首步和末步结果分别确定钢桁架梁桥构件层面和结构层面的安全系数,根据迭代过程各单元承载比的变化,识别高承载构件和低承载构件,据此开展钢桁架梁桥两层面安全分析。结合两层面安全系数之间的定量关系,通过调整高承载和低承载构件的截面强度,使钢桁架梁桥的承载状态和材料消耗得到优化。算例分析表明,该方法具有较高的计算精度,而且能够通过线弹性方法实现复杂结构的安全分析与结构优化,避免了繁琐的非线性分析和优化计算过程。     

Analysis of pre-crack kinking and delamination in terms of SLB test of honeycomb sandwich structure

The flatwise tension(FWT) and single leg bending(SLB) tests were used to investigate the fracture behavior of honeycomb sandwich specimens.In the FWT test,only the interlaminar delamination was observed.The test results show that the interfacial peel strength is higher than the interlaminar peel strength.In terms of SLB experiment,a new fracture mode was found,namely IKP(initiation of interlaminar delamination,kinking into facesheet and propagation of interlaminar delamination).The virtual crack closure technique was applied to separate the values of Mode I and Mode II components of the strain energy release rate in SLB experiment.The finite element analysis result shows that the Mode I strain energy release rate is higher than the Mode II strain energy release rate.To simulate the failure of SLB test of honeycomb sandwich specimens,a new computational model based on the Tsai-Hill failure criterion and the cohesive zone model is proposed.In comparison with experimental results,it can be concluded that the computational model can validly simulate the IKP of a honeycomb sandwich structures with reasonable accuracy.     

机械铰的量化准则及其在倒塌分析中的应用

为了评估建筑结构的抗倒塌能力,在机械铰理论的基础上,提出了机械铰的量化准则,进行了框架节点的数值模拟,并与节点的试验结果进行对比和验证,最后建立了基于机械铰的结构倒塌判定准则,并对某二层钢筋混凝土框架结构进行了倒塌分析。研究结果表明,相比于塑性铰的倒塌判定准则,基于机械铰的倒塌判定准则更接近于结构的真实倒塌极限,可以更真实地模拟结构的抗倒塌能力。     

卸围压条件下砂岩变形破坏特性试验研究

从可释放弹性应变能角度对岩石卸围压条件下破坏特性进行研究,利用MTS815电液压伺服可控制刚性试验机进行保持轴向变形不变的卸围压试验,根据卸围压试验数据,分析了该砂岩卸围压过程中变形、强度、弹性模量及能量变化特征。结果表明:随着围压逐渐降低,岩样发生侧向不断扩容;轴向应力逐渐降低,呈现出非线性特征;弹性模量在初始阶段几乎不变化,越过破坏点之后大幅降低;可释放的弹性应变能在初始阶段增大比较缓慢,当围压降低至一定程度时急剧增大;推导出基于可释放弹性应变能的卸荷岩石的整体破坏准则Ue0。