Three-scale stochastic homogenization of elastic recycled aggregate concrete based on nano-indentation digital images

In this paper, three-scale stochastic elastic finite element analyses are made for recycled aggregate concrete (RAC) based on nano-indentation digital images. The elastic property of RAC contains uncertainties across scales. It has both theoretical and practical values to model and predict its mechanical performance. Based on homogenization theory, effective stochastic elastic moduli of RAC at three different scales are obtained using moving window technique, nano-indentation digital images, and Monte-Carlo method. It involves the generation of a large number of random realizations of microstructure geometry based on different volume fraction of the inclusions and other parameters. The mean value, coefficient of variation and probability distribution of the effective elastic moduli are computed considering the material multiscale structure. The microscopic randomness is taken into account, and correlations of RAC among five phases are investigated. The effective elastic properties are used to obtain the global behavior of a composite structure. It is indicated that the response variability can be considerably affected by replacement percentage of recycled aggregates.     

复合材料层合板的层间应力有限元分析

本文研究复合材料层合板的层间应力,以经典板理论为基础,考虑横向剪切变形和层间相互挤压,构造每一铺层与层间胶层的位移场,采用有限元方法,应用广义势能原理确定位移场中的待定系数,从而确定层合板的位移场和应力场。采用ANSYS计算,计算结果显示,这种解法克服了经典层合板理论的缺点,提高了层间应力的计算精度。     

层合板壳振动控制LQR方法的理论推导

从层合板壳弹性力学基本方程出发,考虑各种因素影响,导出统一形式的振动方程,利用LQR最优控制理论,根据能量原理确定了Q,R,求出符合条件的最优控制集中力,等效分布荷载的表达式及位移衰减函数。     

反对称层合板屈曲性态分析

应用屈曲控制方程，导出了反对称层合板在面内双向压缩下的屈曲方程，计算了相应的临界荷载并讨论了层合角对临界应力的影响，分析表明层合角对材料的临界应力有较大的影响。     

弹性地基上自由层合圆板弯曲问题的解析解

从三维弹性力学基本方程出发 ,建立了弹性地基上周边自由的横观各向同性层合圆板轴对称弯曲问题的状态方程 ,并将板面的法向载荷展成傅里叶 -贝塞尔级数 ,从而给出问题的解析解。此解满足弹性力学全部方程 ,计及了所有独立的弹性常数 ,并满足层间连续性条件。     

Free vibration analysis of laminated FG-CNT reinforced composite beams using finite element method

In the present study, the free vibration of laminated functionally graded carbon nanotube reinforced composite beams is analyzed. The laminated beam is made of perfectly bonded carbon nanotubes reinforced composite (CNTRC) layers. In each layer, single-walled carbon nanotubes are assumed to be uniformly distributed (UD) or functionally graded (FG) distributed along the thickness direction. Effective material properties of the two-phase composites, a mixture of carbon nanotubes (CNTs) and an isotropic polymer, are calculated using the extended rule of mixture. The first-order shear deformation theory is used to formulate a governing equation for predicting free vibration of laminated functionally graded carbon nanotubes reinforced composite (FG-CNTRC) beams. The governing equation is solved by the finite element method with various boundary conditions. Several numerical tests are performed to investigate the influence of the CNTs volume fractions, CNTs distributions, CNTs orientation angles, boundary conditions, length-to-thickness ratios and the numbers of layers on the frequencies of the laminated FG-CNTRC beams. Moreover, a laminated composite beam combined by various distribution types of CNTs is also studied.     

微孔混凝土预制叠合板力学性能试验研究

为得到微孔混凝土叠合板预制底板的力学性能,采用结构试验和有限元分析相结合的方法进行分析。首先对预制底板进行加载试验,得到预制底板的极限承载力,然后利用有限元分析软件ABAQUS模拟,所得数据与加载试验数据吻合,最后对比两种不同容重下微孔混凝土对叠合板底板极限承载力的影响。结果表明,微孔混凝土抗压强度越大,预制叠合板底板的极限承载力越大,与有限元模拟的极限承载力趋于一致。     

钛-钢复合板轴压稳定性分析研究

结合经典的板件稳定性理论,综述钛钢复合板受压稳定性的研究进展。分析双面钛层板、合金复合材料等,并对此类构件所需解决的问题进行了讨论,为板件的稳定性分析提供研究基础。     

18m跨组合空腹板架结构坡屋盖分析及特点

坡屋顶是屋盖的主要形式之一,组合空腹板架结构是一种新型的组合结构形式。本文对一18 m跨的组合空腹板架结构坡屋盖进行了计算及理论分析,运用大型有限元软件ANSYS对模型在正常使用荷载下的内力进行了精确计算。研究表明,组合空腹板架结构坡屋盖具有力学性能良好、结构形式美观、空间利用效果好及结构维护便利等特点,可以在特定的使用条件下进行推广运用。     

Random response of antisymmetric angle-ply laminated plates

The random response of an antisymmetric angle-ply composite plate subjected to random lateral load on its surface is obtained. The first-order transverse shear deformation theory, involving five coupled partial differential equations, is used. To evaluate the effect of shear deformation, anisotropy and other problem parameters on the response, the numerical results obtained with this theory are compared with the results obtained by the classical plate theory. Significant differences are observed in the two sets of results obtained by the two theories especially for thick plates, thus demonstrating the importance of shear deformations and need for utilization of plate theories which properly account for such deformations.     

组合空腹板架结构研究与应用

钢-混凝土组合空腹板架是一种新的组合结构形式,本文详细介绍和总结了该类结构的构造、理论分析方法、试验研究及工程应用情况。理论分析方面,总结了离散化的有限元法及连续化的拟板法两类分析计算方法,并给出了算例对比。研究表明,基于梁单元、壳单元的混合有限元模型可以满足工程设计精度的需要,同时计算和数据处理工作量较小。试验研究方面,介绍了针对该类结构所做的四项试验,其中既有结构模型试验,也有结构原位试验;既有结构静力试验,也有结构动力特性测试试验以及节点低周反复加载的拟静力试验研究。试验结果证明了此类结构的安全性,也验证了理论分析的可靠性,同时为结构形式的完善和工程设计提供指导。组合空腹板架结构已在多项工程中应用,具有代表性的有两项,其一,为跨度19.5m的大荷载楼盖结构;其二,为跨度33m的楼盖结构,两项工程均已使用多年,效果良好。     

叠层钢板橡胶垫隔震结构的发展及应用

对隔震结构的概念、基本原理以及叠层钢板橡胶垫的构造进行了介绍,概括了隔震结构的发展及工程应用情况,指出隔震结构的应用具有明显的经济效益和社会效益,值得推广使用。     

双钢板混凝土组合剪力墙滞回性能的有限元分析

对双钢板混凝土组合剪力墙进行了3个试件的ABAQUS有限元分析,变化了剪跨比参数,分析结果表明,双钢板混凝土组合剪力墙最后的破坏形态为端柱混凝土压碎和端柱钢板鼓曲;破坏过程可以分为弹性工作阶段、塑性工作阶段和破坏阶段三个阶段;滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力;随剪跨比的增加,试件峰值承载力减小。     

Static analysis of corrugated panels using homogenization models and a cell-based smoothed mindlin plate element (CS-MIN3)

Homogenization is a promising approach to capture the behavior of complex structures like corrugated panels. It enables us to replace high-cost shell models with stiffness-equivalent orthotropic plate alternatives. Many homogenization models for corrugated panels of different shapes have been proposed. However, there is a lack of investigations for verifying their accuracy and reliability. In addition, in the recent trend of development of smoothed finite element methods, the cell-based smoothed three-node Mindlin plate element (CS-MIN3) based on the first-order shear deformation theory (FSDT) has been proposed and successfully applied to many analyses of plate and shell structures. Thus, this paper further extends the CS-MIN3 by integrating itself with homogenization models to give homogenization methods. In these methods, the equivalent extensional, bending, and transverse shear stiffness components which constitute the equivalent orthotropic plate models are represented in explicit analytical expressions. Using the results of ANSYS and ABAQUS shell simulations as references, some numerical examples are conducted to verify the accuracy and reliability of the homogenization methods for static analyses of trapezoidally and sinusoidally corrugated panels.     

渐进均匀化理论在复合材料力学性能中的应用

本文以渐进均匀化理论模型来分析碳纤维增强木质复合材料,利用插入小参数的方法把宏观和微观两尺度耦合起来,再把小参数渐进展开的力学变量代入单胞控制方程,推导研究材料的弹性模量来解方程,通过实验来验证渐进均匀化理论对复合材料力学性能的预测精度,以此来研究渐进均匀化理论的有效性。     

考虑堆石料软化的坝坡随机地震动力稳定分析

地震尤其强震作用下,土石坝筑坝堆石料会逐渐呈现出软化特性,影响坝坡安全。为有效评估堆石料软化对坝坡稳定性的影响,结合地震动随机性,考虑不同地震强度水平,提出了基于等价极值分布和广义概率密度演化方法的坝坡安全概率分析方法,并基于坝坡稳定最小安全系数、安全系数超限累积时间、累积滑移量3个物理量,对242 m高的面板堆石坝进行随机动力响应分析和概率可靠度分析。结果表明:地震作用过程中,随着地震强度的增加,考虑软化与不考虑软化的计算结果差别逐渐增大,因为地震作用下,堆石料软化特性逐渐显现;同时,在地震激励下,堆石料软化是一个渐进过程。因此,考虑坝坡堆石料软化,对高土石坝抗震性能分析具有重要的意义。此外,单纯从最小安全系数角度考察土石坝坡稳定性,是不合理的,需要结合安全系数超限累积时间和累积滑移量,全面评估坝坡的安全性。提出的随机概率分析方法,可以对土石坝坡的可靠度给出较为准确的评价。     

高速铁路隧道围岩参数空间变异性的力学响应分析

 针对大断面高速铁路隧道围岩的参数变异性及空间相关性等问题,在随机场理论的基本框架下,将非侵入式随机分析、地层结构模型、有限差分法和蒙特卡洛模拟有机结合,提出考虑围岩参数空间变异性的非侵入式随机有限差分分析模型。运用该模型对隧道开挖后围岩的力学响应进行分析,得到围岩参数空间变异性的2个基本要素：参数变异性和空间相关性,其特征参数的取值变化会直接影响到围岩变形特性、塑性区发展模式以及地表沉降形态。同时与确定性模型的计算结果进行比较,提炼出隧道开挖后围岩参数空间变异性的4种典型工程效应：(1) 围岩结构性低强度荷载占优效应;(2) 围岩结构空间相关各向异性效应;(3) 功能函数敏感性差异及非线性效应;(4) 功能函数转变分布类型效应。研究成果为拓展基于空间变异性的高速铁路隧道工程稳健性设计奠定了一定的基础。     

一种改进的Pasternak地基模型及层合地基板的解析解

从三维弹性力学基本方程出发,建立了正交异性材料层合板的状态方程,并提出一种改进的Pasternak弹性地基模型,给出了四边简支层合地基板的解析解。此解满足层合板的基本方程和层间连续条件,适合任意厚跨比,计及了所有材料常数,考虑了基底切向接触应力的影响。算例讨论了地基参数对几种地基模型的影响。计算结果表明,随着地基刚度的增大,剪应力的影响是不可忽略的。     

33m跨度组合空腹楼盖设计及测试

本文详细介绍了一跨度33m的钢-混凝土组合空腹楼盖的结构形式。采用基于壳单元和空间梁单元的混合有限元模型对其进行了理论分析,得到了结构的位移、内力、自由振动的振型及频率。介绍了结构各构件及支座节点的设计、结构的施工方法和流程。为验证理论分析的可靠性,对该组合空腹楼盖结构进行了原位试验,测试了结构自由振动的基本频率,并与理论计算值进行了比较和分析。研究表明,组合空腹楼盖的下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土板处于压-弯的受力状态,从支座到跨中,其轴力逐渐增大而弯矩逐渐减小,因此,组合空腹楼盖的应力分布比较均匀,可以充分发挥材料的强度,有效地节省材料;剪力键主要承受弯矩和剪力,从支座到跨中,其弯矩和剪力逐渐减小。设计荷载下,结构最大挠度110mm;结构的前10阶振型均为竖向振型,振动规律类似于实体平板;基本频率的理论计算值与实测值分别为3.15Hz和5.0Hz,分析了误差存在的原因,进而说明了理论分析的可靠性。     

石膏复合墙板的安装及其装饰工艺

石膏复合墙板是一种新型墙体材料，就此阐述了其安装方法、注意事项和装饰工艺，同时指出该复合墙板具有施工方便、自重轻、防水、防蛀、隔音、抗震等优越性能，是理想的中高档墙面装饰材料。