桥墩新型防船撞装置防撞性能研究

桥墩防船撞装置通常用于减小船撞力或者拨转船只使其远离桥墩,有效的防撞装置对桥梁和船只安全运行都非常重要。采用LSDYNA对一座五跨连续刚构桥采用的新型浮式耗能防船撞装置的防撞性能进行评估。这种新型防船撞装置可以既保护桥墩又可以保护船只,其结构由模块化的FRP套箱组成,套箱内部由八边形FRP柱壳组成,具有初始造价低、施工方便和维修养护成本低等优点。介绍了所用FRP材料的强度试验,包括拉伸、压缩、弯曲和剪切,并根据强度试验定义了正交各向异性本构模拟FRP材料。研究表明:该新型防撞装置具有非常好的吸能能力,可以显著减小作用在桥墩和船只上的撞击力。     

FRP钢管混凝土构件抗冲击性能仿真分析

FRP-钢管混凝土结构是一种新型复合结构形式,该结构由在外壁为FRP（CFRP/GFRP,碳/玻璃纤维增强树脂）材料、内壁为钢材的复合圆管内浇筑混凝土而形成。本文应用有限元方法分析FRP钢管混凝土构件的抗冲击性能,通过变化FRP种类、包裹层数、包裹形式以及钢管的厚度考查不同冲击力下的结构响应,得出冲击力和变形的时程曲线。研究发现利用FRP加固的方法有效地提高了钢管混凝土构件的抗冲击刚度,其增强效果与FRP种类以及FRP的包裹方式和厚度相关,其中以纵向包裹CFRP的试件挠度为最小。为验证数值模拟方法和策略的正确性,对已有钢管混凝土的冲击实验案例进行仿真模拟,模拟结果与实验结果对比良好。     

FRP加固混凝土构件中裂纹扩展规律的数值模拟

用材料破坏过程分析系统MFPA(Material Failure Process Analysis)对FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固混凝土梁在外荷载作用下沿FRP板和混凝土之间界面剥落的不同破坏模式以及混凝土中的裂纹分布进行了数值模拟。通过分析,发现剥落破坏可能产生在FRP板与混凝土之间的粘结层内或其上方附近的混凝土中。模拟结果与实验结果较吻合。粘结层和混凝土的特性对于剥落传播的类型及裂纹的分布有很大的影响。着重探讨了混凝土的强度参数以及粘结层的强度参数对于整个构件承载能力及最终破坏模式的影响。     

角柱型瓦楞纸套箱抗压强度的研究

目的为了提高瓦楞纸箱的抗压强度,采用角柱型瓦楞纸套箱结构是一个新方向。方法通过研究内围框4个角柱的三角边长、挡板位置、高度等对纸箱抗压强度的影响,并使之与相同尺寸、材质的0201型普通瓦楞纸箱对比。结果角柱型瓦楞纸套箱的抗压强度可以提高2倍左右,其中长方形套箱抗压强度的提高幅度要优于正方形套箱,而内围框挡板位置、角柱的折叠角度等对抗压强度的影响不大。结论角柱型瓦楞纸套箱属于重载荷纸箱,可以广泛应用于重型包装。     

外包橡胶混凝土覆层对梁式桥墩防撞性能影响的试验研究

提出将橡胶混凝土以覆层形式外包在桥墩一定高度范围内以提高其防撞减振和能量耗散能力,试验研究了不同橡胶粒径、体积掺量的橡胶混凝土的基本力学性能;其次利用摆锤撞击模型墩柱试验,并结合ABAQUS/Explicit非线性动态碰撞仿真分析,研究了橡胶混凝土覆层对模型墩柱的自振特性、不同撞击速度下的撞击响应峰值及振动衰减规律的影响。结果表明,虽然橡胶混凝土强度、弹模较普通混凝土较低且受橡胶掺量影响显著,但橡胶混凝土覆层兼具防撞和减振的双重优势,可使撞击力峰值减小12.93%~15.87%,墩顶位移减小13.10%~32.11%,墩底应变减小13.1%~46.13%,还能增强原桥墩的主动耗能能力。该形式防撞装置可为桥墩提供有效保护且符合绿色环保的理念,值得推广。     

三维织造复合材料用导向套的表面结构研究

设计并制备了5种不同表面结构的导向套,采用单根导向套压出实验、三点弯曲实验,并结合破坏界面形貌的观察,研究了不同表面结构对导向套与树脂界面结合强度及其自身抗弯性能的影响。结果表明,相对于无加工的导向套,周向粗化后的导向套与树脂结合强度提高了56%。而轴向开槽导向套、径向开孔导向套及表面带嵌合槽的导向套与基体的界面结合强度相对无加工导向套,提高了40%~46%;带凸起结构对于界面结合强度的提高不明显。同时,周向粗化处理和带凸起结构的导向套,其抗弯强度与无加工的导向套相差不大;而轴向开槽、嵌合槽结构、径向开孔处理均不同程度地降低了导向套的抗弯强度,其中径向开孔对导向套的抗弯强度的降低幅度最大。晓国种     

等速万向节星形套闭塞式精锻成形工艺研究

目的研究等速万向节星形套的精密成形方法,提高其材料利用率。方法基于对冷态闭塞式精锻工艺的理论研究,根据星形套的零件结构,选择确定了其工艺流程,并利用有限元分析软件对其进行了一次性冷精锻成形的数值模拟。结果通过有限元分析,得到了成形过程中的应力应变分布、材料流动趋势及载荷变化情况等。结论根据工艺分析及模拟结果,进行了相关试验,并得到了满足尺寸要求的精锻件,提高了生产效率和材料利用率,对实际生产具有一定的指导作用。     

内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩抗震性能研究

基于可恢复功能结构设计理念,提出一种新型内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩。开展了6榀门式箱型钢桥墩试件在变轴压和水平往复加载下的拟静力试验,通过分析试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化特征、强度退化系数和累积滞回耗能等性能指标,探讨了设置耗能钢板、轴压比和耗能钢板厚度等对新型门式钢桥墩抗震性能的影响规律。建立门式钢桥墩试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明：设置耗能钢板能够提升门式箱型钢桥墩的延性、变形能力和耗能能力,且能有效延缓壁板的屈曲变形和开裂。新型门式箱型钢桥墩根部壁板螺栓孔附近钢板易因应力集中而开裂,致使试件最大承载力迅速降低。随着轴压比的增大,试件的承载力、耗能能力和震后可恢复性能提高。可更换耗能钢板的厚度越小,试件的承载力越低、刚度退化越快,但其延性和耗能能力得到提升。轴压比和耗能钢板厚度对试件强度退化的影响相对较小。为便于新型门式钢桥墩的推广应用,基于试验研究结果提出内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩的延性评估简化公式和承载力的抗震设计公式。     

连接接头对复合材料基座减振性能影响研究

通过数值仿真方法研究了复合材料基座连接接头处补强铺层厚度、杨氏模量和阻尼对基座减振性能的影响,研究表明:增大补强铺层厚度和减小杨氏模量都能有效提高基座的减振性能,而增大接头处阻尼则减振效果不明显;然后选取一种典型连接形式的基座进行振动测试,测试所得插入损失与仿真计算插入损失差异较小,验证了本次仿真研究结果的正确性。     

上海长江大桥索塔钢锚箱模型试验研究

上海长江大桥斜拉索与索塔锚固采用结构形式新颖的钢锚箱式锚固结构,最大斜拉索索力达到1127t,钢锚箱板件数量多、构造复杂,在强大索力作用下结构的受力性能值得关注。介绍了该索塔中钢锚箱节段模型试验,得到了钢锚箱板件的应力分布,总结了钢锚箱板件间的传力机理。通过有限元数值计算结果与试验结果的对比分析,验证了数值计算方法的准确性。试验结果和数值计算结果表明:钢锚箱在强大索力作用下,板件应力分布复杂,不均匀程度严重,在1倍设计索力作用下钢锚箱处于弹性状态,但有部分位置的应力超过了规范规定的设计强度值,即使在1.7倍设计索力作用下,钢锚箱仍能继续承载,没有出现明显的变形。建议对于钢锚箱这样的结构在不过多降低结构安全储备情况下可以适当利用部分钢材的塑性。     

关于箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平的研究

针对箱型梁结构舰船和普通结构舰船,综合考虑多种随机变量的影响,分别计算其在舱内爆炸载荷作用下的结构可靠性,并进行比较分析,从而对箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平进行评价。爆炸载荷作用下的结构响应采用流固耦合方法,借助MSC-Dytran软件进行计算。结构失效概率采用Monte-Carlo方法,通过最大熵法拟合程序进行计算。研究结果表明:箱型梁结构对于降低内部爆炸载荷下01甲板产生破口概率和炸点正上方区域发生塑性大变形概率的作用并不明显,但是能够明显降低01甲板产生横向和纵向大变形的概率。     

复合材料胶结修补缺损金属结构的力学性能研究

进行了未修补与复合材料胶结修补的含穿透性裂纹金属试样的力学性能实验,测定了失效载荷,并分析了失效机理;采用实体层单元模拟复合材料补片和胶层,建立了复合材料胶接修补缺损金属结构的三维有限元分析模型,数值模拟了两种试样的载荷-位移曲线和应力分布,预测了破坏位置,与实验现象吻合良好。研究发现,与未修补的试样相比,经复合材料修补后的缺损结构承载能力得到明显提高。     

水下爆炸近距气泡作用下船体箱型梁损伤特性数值模拟方法研究

为了研究水下爆炸近距气泡作用下船体结构损伤特性的数值模拟方法,以某实船缩比试验模型——箱型梁为仿真对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件,建立了船体箱型梁在水下爆炸近距气泡作用下的仿真模型,欧拉水域中考虑静水压力场,采用开放式流场边界技术处理流场边界,应用自适应网格技术处理多材料多欧拉域,引入修正的冲击波压力场对冲击波作用阶段进行修正。对冲击因子为0.236的典型试验工况进行数值模拟,分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明:船体结构与气泡相互作用规律、船体结构的破坏模式及典型部位的应变时程曲线与试验结果吻合良好,两者误差在25%以内,该方法为利用数值手段研究爆炸气泡对整船的毁伤特性提供了一个有效的解决途径。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了\     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究EI北大核心CSCD

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

GF/PCBT复合材料熔融连接接头失效分析的实验研究与数值模拟

为了解决高黏度热塑性树脂难以制备高强度、大尺寸纤维增强热塑性复合材料构件的问题,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺与热压工艺相结合的方法,以环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)在催化剂作用下聚合成的聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)为基体,制备了纤维体积分数达70%的连续玻璃纤维(GF)/PCBT复合材料层合板及熔融连接件,并测得其力学参数。采用数值模拟方法对连接界面层数分别为1、2、3层的A、B、C型3种不同方案的GF/PCBT复合材料熔融连接接头的承载能力和失效模式进行了预测。结果表明:不同的结构设计方案对GF/PCBT复合材料接头性能的影响较大,当连接长度在一定范围内时,接头区域主要发生界面分层失效,接头处复合材料的翘曲为界面裂纹加速扩展的主要因素,C型连接方式的接头结构承载能力相比于A型连接方式有明显提高;增加C型接头连接长度,试件承载能力提高,直至接头处界面分层失效和纤维、基体失效同时发生;继续增加连接长度,纤维与基体失效将成为接头区域的主要失效模式,此时承载能力无明显提升。     

隧道-土-桥桩相互作用体系振动台试验与数值模拟研究

以大连实际工程为背景,通过振动台试验研究了双隧道-砂土-桥桩系统在地震作用下的动力相互作用（SSSI）,得到结构、场地的动力响应规律,并与ABAQUS数值模拟结果进行对比。数值模型引入Kelvin本构模型子程序,利用等效线性方法处理砂土在计算过程中的非线性问题。将试验结果与数值模拟结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性。在此基础上设计了8种工况,通过对比分析研究了体系内各结构之间的相互作用规律。结果表明,隧道会放大桥桩、临近隧道的峰值加速度,而桥桩却会对侧穿隧道的峰值加速度起到减弱作用;隧道与桥桩的存在均会增大彼此的截面剪力与弯矩,其中受影响的区域主要集中在隧道上下拱,桥桩的桩底与桩-土交界面。     

型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术研究

采用ANSYS程序对6个型钢混凝土梁试件的受力性能进行非线性有限元数值分析,对型钢混凝土结构数值模拟中混凝土和钢材材料模型定义、有限元建模、钢筋单元生成及后处理等关键技术进行系统研究。着重对型钢混凝土粘结滑移性能的数值模拟技术进行了研究。采用由ANSYS程序单元库中非线性弹簧单元combination-39组成的三维连接单元模拟型钢混凝土在不同部位及不同方向上的界面相互作用,建议了非线性弹簧单元粘结力-滑移曲线与型钢混凝土粘结滑移本构关系的转换技术,并提出了生成非线性弹簧单元的实用方法。最终形成考虑粘结滑移的型钢混凝土数值模拟技术。型钢混凝土梁数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术合理、可行,可适用于基于ANSYS程序的型钢混凝土结构有限元数值模拟和受力性能深入研究。     

民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler, ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通过对比圆柱体入水冲击试验结果验证网格收敛性及流体域模型;基于验证的流体域模型及机身框段模型,研究机身框段在6.02 m/s速度下的入水冲击特性,并分析与刚性地面冲击特性的差异性以及不同入水冲击速度下的机身框段冲击响应特性。结果表明：ALE方法在结构入水冲击方面具有较高的模拟精度,且采用局部加密网格时可以极大减少流体域模型网格数量和入水冲击计算时间。机身框段入水冲击时的失效模式与刚性地面冲击时的失效模式较为一致,但机身框段结构整体变形程度减小,客舱地板横梁变形程度增大;机身框仍是吸能最多的部件,但水也吸收了大量的冲击能量,使得地板导轨处的加速度始终小于刚性地面冲击时的加速度;随着机身框段入水冲击速度的增大,机身框发生弯折和上翘的程度加剧。     

孔底设复合消能结构的岩体爆破振动特性研究

爆破振动的特性、控制方法及措施一直是工程爆破界的研究热点。基于白鹤滩水电站坝基开挖中开展的孔底设复合消能的岩体爆破开挖试验,结合动力有限元技术数值模拟,以及对实测振动傅里叶频谱分析,研究了孔底设复合消能结构的岩体爆破振动特性。数值模拟与现场监测结果表明:孔底设复合消能结构相对于常规装药结构能够大幅减小炮孔底部岩体的爆破振动速度,减小幅度达到30%以上,相应的傅里叶幅值谱峰值和主频率也有降低,可见爆破孔孔底设复合消能结构可有效降低孔底的峰值振动速度,从而控制孔底岩体的爆破损伤范围。