动荷载作用下预测玻璃板破坏强度和破坏时间的一种改进模型——Ⅰ.理论

基于已有的玻璃破坏模型,首先运用蒙特卡洛法模拟裂纹的随机性,然后应用有限元软件计算玻璃板的应力,并综合考虑裂纹的动态扩展以及不同材料玻璃板的表面预压力,最后根据裂纹长度和裂纹破坏应力之间的迭代关系式,建立了一种修正的单层玻璃板动态裂纹破坏模型。由此改进模型通过循环计算,可计算出大量玻璃试件的破坏应力和破坏时间,从而得到玻璃板破坏应力和破坏时间的累计概率分布。模型验证对比表明,该改进模型可较好地用于动荷载作用下玻璃板的破坏分析预测,且不受玻璃板形状和边界条件的限制。     

动荷载作用下预测玻璃板破坏强度和破坏时间的一种改进模型——Ⅱ.参数确定及验证

对浮法玻璃,确定了文献[1]中修正的单层玻璃板动态裂纹破坏模型的未知参量。先假定了玻璃板中的裂纹长度服从四种分布,将四种分布与不同的裂纹密度和裂纹最大长度组合模拟玻璃的破坏时间,通过与试验的对比得出四种分布对应的最优裂纹密度和最大裂纹长度;运用四种分布及对应的裂纹密度和最大裂纹长度,计算了玻璃板的破坏应力,经过与试验对比确定出裂纹长度分布。用确定参数后的模型预测了玻璃板的破坏应力和破坏时间,并将改进模型的计算结果与试验值和已有模型的计算结果进行了对比分析,对比表明改进模型能较准确地预测破坏应力和破坏时间。最后用确定的参量模拟了爆炸荷载下玻璃板的破坏时间,模拟结果与试验结果吻合较好。     

窄锥结构的最不利动冰力

破坏模式效应是锥体结构动冰力的主导的综合效应。过渡型弯曲破坏峰值冰力最大,周期性最强,对冰速敏感,是最不利破坏模式,可产生最不利动冰力。通过1个案例、4个分析模型和1个数值模型论证了这一破坏模式效应假设。据此提出了一个窄锥动冰力函数,给出了3个参数的表达式。算例结果显示,在过渡破坏条件下预测的动冰力接近实测值。     

随机荷载作用下结构主动控制的作动器优化配置

针对实际工程结构在持续的环境干扰下的控制问题,提出一种同时选择其作动器数目、位置和控制增益的次优化配置方法。该方法通过不断地从作动器的可选位置中删除对二次型性能泛函最优值贡献最小的可选位置,并同时调节性能泛函中的控制参数,使结构的响应和控制力同时达到其最大值为止。该方法简单易行,计算效率高,避免了复杂的梯度和成本函数计算,适合于实际工程应用。通过对一个多层剪切型框架进行仿真计算,验证了该方法的有效性。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态有限元分析

在持续时间较长的爆炸荷载作用下,钢筋混凝土框架或梁通常会发生常见的弯曲破坏形态,但是在持续时间较短的爆炸荷载,如化学爆炸产生的脉冲荷载作用下,钢筋混凝土结构有可能在弯曲破坏发生之前产生剪切破坏。这种现象已被室内外试验所证实,其原因是脉冲荷载激发了结构中的剪力,从而使结构产生剪切破坏。为了预报钢筋单纯凝土梁在爆炸荷载下的响应破坏形态,本文提出了一种基于Timoshenko梁理论的非线性分层梁有限元法。在材料模型中考虑了混凝土和钢盘的右面线性和应变速率效应等因素。应用这方法,本文计算分析了爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应以及弯曲、弯剪和剪切等不同的破坏形态,计算预报的结构动态响应和破坏形态与现场试验结果有较好的一致性。     

静风荷载作用下覆冰导线的动力特性

在风荷载作用下均匀覆冰导线静力构形和动力特性的分析中,通过对三种静力构形计算方法的比较,给出静风荷载作用下均匀覆冰导线的静态构形计算公式。由静风荷载作用下覆冰导线动力特性分析可知,考虑静风荷载作用的覆冰导线自振特性分析能更全面的反映导线模态随弹性几何参数变化的规律及导线模态间耦合关系,该模态可作为基函数建立用于导线动力响应分析的离散模型。     

交通荷载作用下粘性土破坏时的动剪强度试验

本文选取某原状软土,根据一系列动三轴试验结果,分析了土体的轴向应变以及孔隙水压力随时间的变化规律,提出适合于交通荷载作用下粘性土破坏时的动剪强度判别标准,得出不同标准下粘性土的动剪强度变化规律。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应与破坏模式的数值分析

在爆炸荷载(尤其是脉冲荷载)作用下,除了常见的弯曲破坏形态之外,钢筋混凝土结构还可能发生直剪破坏和弯剪破坏。如何准确地预测爆炸荷载作用下的钢筋混凝土结构动态响应和破坏特征是当前抗爆结构领域十分关注的课题之一。该文介绍作者近年来在这方面的一些研究成果,主要有:将三参数形式的应变速率型材料模型推广应用于二维状态下的混凝土本构关系,建立了弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法;基于Timoshenko梁理论和弹粘塑性理论,分别采用有限差分法和有限元法,建立了土中浅埋钢筋混凝土结构动力响应和破坏模式的有限差分和有限元分析方法。对爆炸荷载作用下的典型钢筋混凝土结构计算结果表明:基于Timoshenko梁理论的有限差分分析方法和有限元分析方法能较好地模拟梁的动态响应和弯曲、弯剪以及直剪的破坏模式,而二维弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法只能较好地模拟梁的弯曲破坏模式。     

锥面的冰荷载

本文针对连续体和非连续体的非协调分析问题提出了一个单位力法。针对锥面与冰面的接触力是一个未知函数,提出了一个虚拟的刚性构件组成的可动加载系统。研究了作用于锥面上的冰荷载。进行了若干参量的正交数值计算。用多元非线性回归给出了作用于锥面上的冰荷载的计算公式。分析了锥面冰荷载各个分量对桩腿安全的作用。     

桥梁结构动应变监测的温度效应实时分离与动荷载识别

应变指标是对桥梁结构进行健康监测和状态评估的一项主要内容。但在实际工程中,应变监测值往往受到温度效应的极大影响,使得由动荷载引起的应变监测值湮没在温度效应中,同时导致监测系统中预先设置的固定预警指标无法实现有效预警。该文以合肥某斜拉桥的动应变及温度监测数据为实际工程背景,研究了一种从应变监测值中实时分离温度效应的工程方法。首先对斜拉桥主梁的温度监测数据分布情况进行了分析,提出了桥梁监测中的温度传感器布点建议;之后通过对实测应变监测数据的分析,提出采用时变的平均值法得到温度效应时程曲线,并将其应用于桥梁在线监测系统中监测数据的实时温度修正和动态预警阈值的设置。最后,以经该方法处理后的应变监测值为基础进行了动荷载识别。     

海冰与直立结构相互作用的离散单元数值模拟

在冰区油气开发中,海冰会导致海洋结构的强烈振动,并对结构累积疲劳损伤、上部油气管线和设备,以及操作人员健康构成很大的威胁。在海冰与直立海洋结构的相互作用中,冰荷载的幅值和频率一直是海冰工程研究的重要内容。该文针对海冰与直立海洋结构作用中的破碎过程,建立了海冰的离散单元模型。它将海冰离散为若干个规则排列且具有粘接-破碎功能的颗粒单元,并通过海冰单轴压缩试验对单元间的粘接强度进行确定;在此基础上对直立海洋平台结构的作用过程进行了数值计算,获得了不同桩径下的冰荷载和结构冰振响应,为冰区平台结构设计和现役海洋结构的疲劳寿命评估提供了参考依据。     

随机参数结构在随机荷载激励下的动力响应分析

研究了基于概率的工程结构动力响应分析方法.利用振型迭加法导出了结构物理参数和作用荷载幅值同时具有随机性时结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式,并提出了求解方法.通过算例考察了结构物理参数和作用荷载的随机性对结构动力响应的影响,表明文中提出的计算模型和方法是正确与可行的.     

海冰与锥体抗冰结构动力作用的数值模拟

结合渤海海冰的实际情况,应用显式动力分析软件LS-DYNA模拟海冰和海洋平台锥体抗冰结构相互作用的弯曲断裂过程。模拟结果展示出和现场观测一致的弯曲断裂过程,海冰断裂长度和冰力分布符合现场实测数据结果。平台结构所受最大冰力出现在环向裂纹出现时;通过分析不同冰速对断裂长度、冰力和平台响应的影响可以发现断裂长度对冰速变化并不敏感,对海冰破碎周期有明显的影响。     

随机结构在随机载荷下的动力可靠度分析

提出了综合考虑动载荷和结构参数双重随机性的动力可靠度分析方法。首先基于随机振动的首次超越破坏准则,参照随机变量功能函数模式,建立了随机结构动力可靠度功能函数;然后引入序列响应面法,对功能函数进行拟合;最后用JC法求解可靠指标。算例分析验证了本文方法具有较好的计算精度和计算效率,尤其在复杂工程结构的动力可靠度分析中有广阔的应用前景。     

复合材料加筋结构的流固耦合振动及动力响应分析

本文通过引用阻尼单元刚度阵法,并用结构有限元与流体边界元相结合的方法对复合材料结构的流固耦合振动及动力响应问题进行研究,较好地反映了复合材料结构动力响应特征。采用修正的RITZ向量法和Newmark直接积分法求解振动及动力响应问题,避免了质量阵因附连水质量阵不对称而引起的求解困难。作为数值分析例子,文中分别计算了船体悬臂板与加筋板结构的自由振动与动力响应问题,并对一复合材料舱段进行了水下爆炸当量载荷的振动与响应计算。     

瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩竖向动力响应计算研究

在前人对瑞利波作用下考虑桩土相互作用的单桩动力响应简化算法研究的基础上,将采用Novak薄层法计算地基土动力阻抗的方法引入到该领域的研究中,得到了单桩竖向动力响应的计算公式.在此计算公式的基础上分析了长径比、桩土刚度比、地基土的泊松比对单桩竖向响应的影响,并与原简化公式的结果进行了对比.     

冰球蓄冷罐蓄冷过程的动态特性

建立了冰球蓄冷装置蓄冷过程的物理模型,该模型包括冰球模型和蓄冷装置模型。采用数值分析的方法对蓄冷罐工作过程进行了模拟,得到一些有益的结论。对冰球蓄冷装置的设计和蓄冷系统的过程控制有一定参考价值。     

地震作用下海冰与桥墩的间距对桥墩动力响应的影响研究

位于冰水海域的桥墩,在波浪力作用下,桥墩结构与周围海冰往往出现间隙,地震作用下海冰与结构的动力相互作用呈现复杂多样化。本文在弹性力学中的弹性波传播理论及结构动力学的基础上,考虑不同的海冰与桥墩间距,建立了地震作用下桥墩、冰与水体的流固耦合动力方程。并以一矩形桥墩为研究对象,研究了地震作用下,海冰与桥墩的间距对矩形桥墩结构的动力响应及动水压力的影响。研究表明：地震作用下,海冰与桥墩间距对桥墩顶部的最大位移和最大加速度响应的影响不显著,但是对桥墩侧面动水压力和墩底内力影响较大;当海冰与桥墩存在间距且小于1倍结构尺寸时,墩底的弯矩和剪力达到最大值。     

含裂纹损伤杆系结构的动态特性研究

运用动刚度有限元法,研究了含裂纹损伤杆系结构的动态特性。提出了一种含裂纹的杆单元,基于断裂力学的线弹簧模型,导出了相应的动刚度矩阵。在此基础上,对含裂纹的悬臂梁和平面框架进行了数值计算,并与已有的实验值和解析解进行了比较。结果表明:损伤位置和损伤程度的不同均会导致结构动态特性发生改变,因而在结构分析中应考虑损伤的影响;而该单元能够方便地用于含裂纹损伤杆系结构的动态特性分析,并具有很好的精度。