新型前纵梁结构碰撞吸能特性分析

为使汽车前纵梁在高速碰撞过程中吸收更多能量,减少人员伤害程度,将一种新型的螺纹剪切吸能结构应用于汽车前纵梁结构之中。给出新型结构的同时,利用斜刃冲击剪切板材方法对其吸能机理进行分析,结果表明能够满足不同质量和不同速度下的汽车碰撞要求。通过有限元方法,分析所研究的结构,其力学特性良好,能量可以被良好地吸收,结构简单,对于以更高的速度碰撞,预测其可行性。通过速度和减速度变化曲线,说明碰撞过程连续、平稳,造成的波动很小,降低乘员在碰撞过程中由于碰撞过程不平稳造成的损伤。     

车用吸能部件吸能特性的改进

为了改进汽车上吸能部件的吸能特性,提高汽车正面抗撞性,对常用的圆形截面和矩形截面吸能部件的变形模式和轴向压皱刚度的特性进行了研究;利用拓扑优化的方法,从调整吸能部件轴向压皱刚度观点出发,建立拓扑优化模型进行优化分析。在上述研究的基础上,提出一种新型的碰撞吸能部件,该吸能部件侧壁上沿轴向方向布置了中凹凹槽。有限元分析结果表明:在不增加部件质量、不占用更大空间的条件下,该新型吸能部件具有良好的变形模式,在变形吸能的过程中能够提供较为平稳的轴向反作用力;与圆形截面和矩形截面吸能部件相比,新吸能部件吸收冲击能量的能力显著提高。     

微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性分析

提出了应用车辆结构正面抗撞性的参数化模型进行微型客车概念设计的方法。分析了底部吸能结构的主要刚度参数的变化对乘员舱变形、车体减速度和底部吸能特性的影响,阐述了在概念设计阶段运用参数化模型控制底部吸能结构吸能特性及与乘员舱刚度参数的匹配,从而保证整车的正面抗撞性能。给出了微型客车概念设计阶段车身结构抗撞性设计指标、设计过程与方法,实现了通过参数化模型来快速确定正面碰撞时车身各部分的吸能指标,从而为详细结构设计提供重要依据。     

考虑汽车正面低速碰撞角度偏差的 吸能盒性能优化设计

汽车发生正面低速碰撞时,由于各种因素的影响,不能达到百分之百的正面碰撞。因此,运用非线性有限元LS-DYNA仿真软件对碰撞方向偏差±6°的汽车正面低速碰撞进行了仿真模拟,在确保吸能盒在正面碰撞过程中能够吸收一定能量的基础上,当汽车的碰撞角度发生偏差时也能够使吸能盒具有良好的吸能效果,保障车辆与乘员安全。并通过定义目标优化函数及仿真研究进行了吸能盒优化设计,得到优化后吸能盒的碰撞吸能数值及碰撞角度变化时碰撞吸能的变化情况,从而得出具最佳吸能性能吸能盒的设计变量,即吸能盒壁厚1.5 mm、长180 mm、边数为6,此结构下在碰撞角度偏差±6°时,其T值最小。     

基于显式有限元的轨道车辆撞击能量吸收研究

吸能装置是提高轨道车辆耐碰撞性能的关键部件.将金属切削加工技术应用到轨道车辆的被动安全防护上,提出利用切屑的生成过程吸收列车的撞击能量,作为新型吸能装置的吸能原理.建立了金属薄壁结构切削吸能过程的三维显式有限元模型,分析了刀具的前角对薄壁结构切削吸能性能的影响,并与金属薄壁结构的压缩吸能进行了比较.结果表明,金属切削吸能过程是理想的轨道车辆撞击能量吸收过程.     

高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法

针对高铁运行引起的地基振动和塑性变形问题,提出高铁荷载作用下弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法。将高铁运行诱发的地基变形视为材料非线性问题,采用改进的摩尔-库伦模型模拟地基土,基于弹性地基2.5维有限元法,将通过弹性理论计算得到的位移作为试探位移,经摩尔-库伦屈服准则判定屈服后,引入切线刚度迭代法、后向欧拉积分算法和一致切线模量算法实现刚度矩阵的更新迭代,从而求解出高铁运行引起的塑性变形。在此基础上,将轨道视为Eular梁,采用修正的多频列车荷载模拟高铁列车运行,并使用黏弹性人工边界处理截断边界,建立高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元验证模型。通过与移动点荷载弹性半空间解析解和地面振动实测结果进行对比,验证本文弹塑性地基2.5维有限元法理论的正确性及模型应用的可靠性,表明该方法可用于高效求解高铁运行引起的地面振动及累积变形问题。     

预测合金固溶度的A-I图

单壳船舷侧结构填充设计及其性能仿真

甘浪雄^1,2, 李慧^1,2,3, 张磊^1,2, 周春辉^1,2, 郑元洲^1,2, 赵晓博⁴

（1.武汉理工大学 航运学院,武汉 430063; 2.内河航运技术湖北省重点实验室,武汉 430063; 3. 长江航运发展研究中心,武汉 430014; 4.中华人民共和国南京海事局,南京 210011）

创新点说明：

基于蜂窝式夹层板、折叠式夹层板及圆管式夹层板理论提出三种特殊的单壳耐撞结构形式,利用非线性有限元软件MSC. Dytran对三种特殊夹层板单壳结构的吸能特性、损伤变形等进行数值仿真分析,并与常规单壳舷侧结构进行比较和分析。为以后船舶舷侧碰撞性能的评估及未来新型船舶结构的耐撞性优化设计提供借鉴。

研究目的：

为提高舷侧结构的耐撞性能,通过对常规舷侧结构进行改进,提出一种新型高效的吸能舷侧结构来实现。

研究方法：

数值计算和数值仿真法。其中,有限元建模使用了软件Solidworks,Cad和MSC.Patran ;有限元仿真使用了软件MSC.Dytran和Matlab。

研究结果：

数值仿真结果表明,夹层板舷侧结构显著提高了舷侧结构的耐撞能力,是一种先进的船舶防护结构形式,且圆管式夹层板结构效果最显著。

结论：

研究成果可为以后船舶舷侧碰撞性能的评估及未来新型船舶结构的耐撞性优化设计提供借鉴。

关键词：舷侧结构,防撞性,填充层,船舶碰撞

     

轨道刚度不平顺对高速车-轨-桥系统振动的影响

轨道刚度不平顺从轨面上难以区分,当列车通过时则会产生巨大的轮轨冲击或轨道变形,严重影响系统的安全平稳运营。针对该问题,首先解析推导了轨道刚度不平顺的数学表达式,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论建立了高速列车-板式轨道-轨桥耦合动力学模型;在此基础上从时域和频域角度研究了常规型轨道刚度不平顺对系统的影响;并以扣件失效为例,研究了缺陷型轨道刚度不平顺对系统动态特性的影响规律。结果表明:轨道刚度不平顺对系统振动有明显影响;轮轨力、轮对加速度及构架沉浮加速度等列车振动响应明显,表现出扣件间距及轨道板长度的周期性影响;在所考察的指标中,构架点头加速度对轨道刚度不平顺最为敏感;当考虑结构弹性后,轨道板边缘位置处的振动较板中位置处的振动大,两位置处钢轨加速度幅值比为1.17,而轨道板的加速度比值则达到了2.2;常规型轨道刚度不平顺主要引起结构周期振动,可能导致系统共振,加速结构损伤;缺陷型轨道刚度不平顺会造成轮轨冲击,严重时导致轮轨垂向力和轮重减载率超标,威胁行车安全;列车在250~350 km/h之间速度运行时,失效扣件的数量最多为1个。     

焊缝金属损伤演化规律的试验测定

在焊接过程中，焊缝内部会产生各种微观缺陷．为了模拟这些缺陷的发展对结构性能的影响，需要知道焊缝金属的损伤演化规律．基于各向同性弹塑性损伤假定和应变等效假设，采用重复拉伸的试验方法，得到了焊缝金属的损伤演化规律．试验结果表明，焊缝金属具有比较好的塑性变形能力，焊缝的损伤值与材料的累积塑性应变呈线性关系．     

角钢-双T型纵横梁拼接节点承载特性研究

拼接节点作为钢桁架结构重要的连接部位,其承载力和刚度是影响钢桁架整体结构安全性和稳定性的重要因素。本文结合大直径钢桁架筒仓施工支撑平台设计提出两种角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,为研究其承载特性,采用静力加载试验和有限单元法,对这两种拼接节点进行研究,分析相同受力和相同约束等条件下带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点的抗弯刚度、极限荷载及破坏模式,以确定较合理的角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,实现大直径钢桁架筒仓施工支撑平台的装配化施工。研究结果表明：相同约束条件下,当荷载达到150 kN时,试验测得带腹板连接板拼接节点的位移比带腹板端板拼接节点的位移小–1.73%,且其抗弯刚度比带腹板端板拼接节点高8.76%。采用有限单元法对带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点进行数值模拟,当荷载达到极限荷载200 kN时,带腹板端板拼接节点塑性变形较大,最后带腹板端板拼接节点先于构件发生剪切破坏;当荷载达到极限荷载220 kN时,带腹板连接板拼接节点塑性变形较大,最后构件先于带腹板连接板拼接节点发生压屈破坏。带腹板连接板的拼接节点更符合“强节点弱构件”的节点设计原则,满足大跨度钢桁架节点拼接要求,其研究成果为钢桁架整体结构性能的研究提供理论依据。     

Crushing analysis and multiobjective crashworthiness optimization of bitubular polygonal tubes with internal walls

In order to reduce casualties and property losses in a collision accident, thin-walled structure has been extensively used as energy absorber in crashworthiness design of train. With the help of energy absorber, collision kinetic energy can be controllably dissipated by the plastic deformation of structures. A new kind of multi-cell thin-walled structure called as bitubular polygonal tubes with internal walls(BPTIW) was constructed. The crashworthiness characteristics of BPTIWs were investigated by LS-DYNA. It can be found that the BPTIW with 12 sides has the most excellent crashworthiness characteristics. Therefore, based on response surface method(RSM) and multiobjective particle optimization(MOPSO) algorithm, the BPTIW with 12 sides was selected to optimize the dimensions of cross-sectional configuration under different constraints of energy absorption(EA) and crushing peak force(CPF). The results show that the optimal designs of BPTIW12 under different constraints present excellent crashworthiness characteristics and can be used in the practical engineering.     

人工塑性铰连接的装配式钢混组合节点非线性静力分析

针对装配式框架节点损伤模式不可控、震后修复困难等问题,提出一种基于人工塑性铰连接的新型装配式钢混组合框架节点形式,其具有构造简单、承载耗能、易装配等特点。为进一步明确该新型节点的受力性能,利用ABAQUS建立节点的非线性有限元模型,以轴压比、翼缘连接板厚度、抗剪耗能杆直径为参数变量,研究不同参数对节点破坏模式、受力机理及弯矩-转角曲线的影响规律,并对节点刚性进行评估。结果表明,该新型节点的破坏模式为梁端受弯破坏,人工塑性铰对节点内力分配与传递起关键作用;随着轴压比的增大,节点承载力和延性系数呈现出先增大后降低的变化趋势,翼缘连接板厚度对节点承载力和延性均有较大影响,抗剪耗能杆直径对节点承载力的影响较小,但对节点延性变形影响较大;该新型节点属于铰接连接和完全强度连接。     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能,从有效应力的角度出发,基于连续损伤力学基本原理,根据混凝土的应力-应变关系曲线(以改进的Saenz曲线为例),推导出混凝土受压损伤演化方程,建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析,结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟,结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程,因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

地下水浮力对地下建筑结构安全的影响

为研究地下水浮力对地下建筑结构产生的损伤特征和机理,通过一典型工程实例的结构变形和裂缝原因分析,并结合有限元程序对结构变形和变形后刚度变化的模拟计算,对地下水浮力作用下造成的结构变形机理,混凝土梁、柱、墙裂缝特征,以及对结构安全的影响进行研究。研究结果表明：当地下水浮力超出地下建筑自身重量,地下建筑在浮力作用下产生隆起变形和整体上移的趋势,而在周边挡墙处该上移趋势受土体约束,致使各柱、墙竖向变形不一致,导致结构构件开裂甚至局部破坏。损伤后的结构刚度大大降低。结构的总体损伤程度与平面尺寸相关,并受平面短边尺寸的控制,且结构构件损伤呈现周边大于中部的特征。     

钢结构震损建筑抗震加固修复技术研究

由于种种原因,我国对钢结构震害分析以及震损加固的研究不够深入,本文从钢结构的震害分析入手,总结了钢结构震损加固的原则和方法,强调除了提高结构强度和刚度外,还要从增大钢结构在往复荷载作用下的塑性变形能力和耗能能力以及减小地震作用方面全面考虑.     

材料大塑性变形损伤研究

综述了材料大塑性变形损伤的主要研究方法：基于位错的连续介质位错理论和分子动力学方法,基于宏细观损伤变量的损伤力学方法和基于裂纹及考虑损伤的断裂力学方法．评述了各尺度研究方法的研究概况、特点及其适用范围．重点介绍了材料变形过程损伤的模拟方法,以及运用有限元法进行损伤演化数值模拟的经验公式、统计模型和基于宏细观损伤变量的物理模型．     

钢框架柱带悬臂梁段拼接节点的弹塑性分析

通过有限元模拟研究了钢框架柱带悬臂梁段拼接节点在弹性极限状态和塑性状态下的应力分布规律，将其受力性能和变形能力与普通无拼接节点进行对比，分析2种不同连接节点的变形性能和不同连接刚度对节点承载性能的影响．结果表明：虽然带悬臂梁段拼接节点的梁翼缘、腹板均有所削弱，但其初始刚度和极限承载力受影响较小，且弹性刚度高于无拼接的焊接节点；而在塑性极限状态下，带悬臂梁段拼接节点的高强螺栓拼接会出现滑移，其转动能力要高于无拼接节点，可见利用拼接滑移耗散地震能量输入是可行的．     

悬臂楔形蜂窝构件静力计算方法

为了节省钢材、提高构件的刚度和强度,在楔形构件和蜂窝梁的基础上提出了楔形蜂窝构件.通过对悬臂楔形蜂窝构件进行连续化处理,建立楔形蜂窝构件的微分方程,进一步推导出楔形蜂窝构件的刚度方程.考虑次弯矩对楔形蜂窝构件抗侧刚度的影响,引入二阶塑性铰简化分析方法,来计算悬臂楔形蜂窝构件的屈服后变形,与有限元方法计算结果比较.结果表明:悬臂楔形蜂窝构件计算方法比较准确,满足工程设计的需要.     

预应力混凝土Y型桥墩强震下耗能机理分析

针对强震下预应力混凝土Y型桥墩的损伤问题,以某市二环路改造工程预应力混凝土Y型桥墩为研究对象,提出了该桥墩的损伤变形及耗能机理,并对其进行了分析.结果表明:强震下Y型桥墩变截面处会出现过多的应力集中,从而导致U形槽区域率先发生损伤,并致使墩柱内力重分布;轴压力的增加会加快墩柱的塑性变形,残余应变增大;横桥向会吸收较多的地震能量,但不能承受过多的位移变化;加固Y型桥墩的U形槽区域,减少桥墩的配重,增加桥墩截面刚度和强度可以有效地提高Y型桥墩的抗震能力.     

CFRP-EMD加固灌浆套筒连接装配式桥墩振动台试验

为研究受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的抗震加固方法,以受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩和灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了两个1/6缩尺模型,并依据二者的震害特点提出了一种采用碳纤维复合材料-外置金属耗能装置(简称CFRP-EMD)的组合加固方法。选取近断层地震波作为输入,开展了单、双向激励下模型桥墩的振动台试验,从试验现象、基本动力特性、地震响应规律等方面分析了CFRP-EMD对两类装配式混凝土桥墩的加固效果。结果表明：地震作用下两类试件的主要震损包括墩身开裂、墩底接缝开合、接缝混凝土剥落压碎等;附加预应力筋连接可提高构件刚度和自复位能力,降低墩身和接缝的损伤速率和损伤程度;采用CFRP-EMD组合加固能够显著提高震损装配式构件的刚度、抗震变形能力和耗能能力;CFRP-EMD加固后灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩的塑性变形更加合理。提出的组合加固设计方法和实施原则可用于装配式混凝土桥墩抗震加固中。