外压作用深海夹层管复合结构屈曲失稳分析

为研究深海夹层管在高静水压力作用下的屈曲失稳性能,运用有限元软件ABAQUS建立夹层管复合结构在外压作用下的数值模型,通过广泛的参数化分析,系统地阐述了外管初始几何缺陷、内外管径厚比、夹芯层厚度和材料特性、钢管屈服强度和应变硬化特性等因素对夹层管屈曲失稳的影响机理.结果表明:与单层管相比,外管初始几何缺陷对夹层管屈曲失稳压力影响较小,外管径厚比越大,夹层管屈曲失稳压力越小,屈曲失稳前的变形能力越强;内管径厚比越大,夹层管屈曲失稳压力也越小,但屈曲失稳前的变形能力却越弱;夹芯层厚度、夹芯层及内外管材料特性对夹层管屈曲失稳性能影响较为显著.     

外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理

为了研究外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理,通过深海压力舱小比例模型试验,测得钢管试件发生屈曲失稳时的压力和变形形态. 利用有限元软件ABAQUS建立管道的三维数值模型,模拟外压作用下完好无损管道和腐蚀缺陷管道的准静态屈曲失稳过程,得到钢管的压力-直径变化曲线和变形形态,与试验结果吻合良好. 采用建立的数值模拟方法,分析管道长度、径厚比、初始椭圆率、钢材等级、钢材应变硬化特性和缺陷几何尺寸等因素对腐蚀缺陷管道屈曲失稳的影响. 结果表明,初始椭圆率、缺陷几何尺寸、钢材应变硬化特性是深海腐蚀缺陷管道标准化后失稳压力的主要影响因素,管道长度、径厚比、钢材等级对标准化后失稳压力的影响相对较小.     

深水水下夹层管非线性屈曲特性

针对受外压作用下夹层管的屈曲失稳问题,基于有限元软件Abaqus建立了夹层管在外部压力作用下的非线性有限元数值模型,分析了各层结构参数以及层间不同粘结条件等因素对夹层管屈曲特性的影响.结果表明,结构参数和层间粘附条件对于夹层管屈曲特性具有重要影响:完全粘结夹层管的屈曲压力高于非粘结夹层管,在达到临界屈曲前的塑性变形也大于非粘结夹层管;增大内管和外管的厚径比都会增大夹层管的承载力,层间完全粘结时增大内管的厚径比对承载力的提高更为明显;夹层管的承载力随着夹芯层材料弹性模量的增加而增大.     

深水水下夹层管非线性屈曲特性

针对受外压作用下夹层管的屈曲失稳问题,基于有限元软件Abaqus建立了夹层管在外部压力作用下的非线性有限元数值模型,分析了各层结构参数以及层间不同粘结条件等因素对夹层管屈曲特性的影响.结果表明,结构参数和层间粘附条件对于夹层管屈曲特性具有重要影响:完全粘结夹层管的屈曲压力高于非粘结夹层管,在达到临界屈曲前的塑性变形也大于非粘结夹层管;增大内管和外管的厚径比都会增大夹层管的承载力,层间完全粘结时增大内管的厚径比对承载力的提高更为明显;夹层管的承载力随着夹芯层材料弹性模量的增加而增大.     

设置RB和BRB的钢框架工业厂房无楼板结构单元抗震性能试验研究

为解决大型工业厂房中因功能需要某些交叉支撑框架无楼板结构单元抗震性能不佳的问题,以某电力厂房纵向某3层框架局部为研究单元,设计制作两榀结构试件,其中一榀为设置普通工字型截面钢支撑的试件(F-RB),另一榀为设置防屈曲支撑的试件(F-BRB).分别对其进行静力反复加载抗震试验,对比分析两榀结构的抗震性能,包括水平荷载-框架层间位移滞回曲线、骨架曲线、等效刚度、等效黏滞阻尼比等,研究2种支撑的变形和破坏特点.研究表明,在较大层间位移角及横梁变形失效情况下,F-BRB的抗震明显优于F-RB结构且耗能稳定.无楼板横梁对于发挥结构抗震和消能减震性能不利,建议在横梁设计时要考虑到支撑失效后仍具备传递水平荷载的功能.     

高静水压力作用下深海油气管道的局部屈曲

以有初始缺陷的厚壁钢管为研究对象,开展外部高静水压力作用下管道结构的模型试验和有限元数值模拟分析. 通过在压力缸内泵入水的方式对钢管试件施加均匀外部压力,测得钢管发生局部屈曲时的压力峰值. 基于ABAQUS软件,数值模拟分析试验钢管在静水压力作用下的屈曲和后屈曲行为,得到钢管的失稳压力和屈曲后的形态,与试验结果相比吻合较好. 利用建立的数值模拟方法,分析不同材料性能、径厚比和初始椭圆率对钢质管道屈曲的影响. 结果表明：材料硬化系数较大的管道,失稳压力较大;随着初始椭圆率的增加,管道的失稳压力显著减小;对于深水或超深水油气管道的屈曲失稳压力,国外规范的计算公式偏保守,而且不能解释不同材料硬化系数的影响.     

中空夹层圆钢管超高强混凝土短柱火灾后承载性能试验研究

为研究中空夹层钢管超高强混凝土受压构件火灾后的力学性能,开展了4个火灾后中空夹层圆钢管超高强混凝土短柱轴压试验,夹层超高强混凝土的抗压强度超过160 MPa,通过试验结果可以看出,试件的荷载-位移曲线可以分为四个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和下降阶段.结果表明：即使试件已经历前期耐火极限试验,该组合构件仍有较好的剩余承载能力和延性性能.剥去试件部分外钢管,对夹层超高强混凝土的碎裂、外钢管的凸曲及内钢管的凹曲破坏机理进行了阐释.建立中空夹层圆钢管超高强混凝土柱有限元计算模型,考虑钢管壁与夹层混凝土之间的接触效应,并根据材性试验对已有的钢材及混凝土火灾后的材料本构关系模型进行修正,将修正后的材料本构关系模型应用到试件数值模拟中,最终计算得到试件有限元模型的破坏模式与试验后的破坏模式近似,荷载-位移曲线计算结果与试验结果吻合较好,试件经历的最高温度对剩余承载力影响显著.     

防屈曲支撑-混凝土框排架结构抗震试验及设计建议

为了研究防屈曲支撑-混凝土框排架结构的抗震性能,以某双跨框架和排架组成的钢筋混凝土火电厂主厂房为原型,设计制作了一榀四层防屈曲支撑-钢筋混凝土框排架结构试件,通过水平静力反复加载试验,研究其裂缝开展及损伤机制、滞回曲线、刚度退化规律、结构变形能力、防屈曲支撑耗能能力等.研究结果表明:结构水平力-顶点侧移滞回曲线饱满,防屈曲支撑与主体结构协同工作性能好,可实现这种结构体系的消能减震耗能机制,实测应变和应力应变曲线得到的防屈曲支撑轴力-轴向位移曲线显示其耗能效果显著,增加结构阻尼比.针对除氧间及煤仓间底部2层的抗剪构造设计、煤仓间刚性层(由钢梁、钢支撑及混凝土梁组成)的薄弱部位设计、BRB支撑形式及单榀结构试验模型设计试验等提出了建议.     

防屈曲支撑的力学性能研究

为检验防屈曲支撑的构造和抗震性能,对所设计的两个T型截面防屈曲支撑试件进行了低周反复加载静力试验,研究了包括力-位移滞回曲线、力-应变曲线、最大轴向拉压力变化等在内的力学性能.试验表明：试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称,塑性性能良好;试件的力学性能在拉、压状态下基本保持对称性;钢材品种、截面形式对防屈曲支撑的力学性能几乎没有影响.研究表明,防屈曲支撑构造合理,不会发生受压屈曲失稳,具有一定的刚度,同时又具有良好的耗能性能和抗疲劳性能,是一种新型的耗能支撑.     

双核芯全钢防屈曲支撑的设计与试验

为了解防屈曲支撑作为抗侧力构件的性能,设计一种可拆解组合的全钢双核芯防屈曲支撑,并通过拟静力试验,研究了其承载能力和耗能特性.首先通过一个单核芯试件的试验发现了设计和锚固的不足,改进后成功获得了单、双核芯试件的荷载位移曲线和低周疲劳曲线,并通过研究曲线特征和规律,取得了强度、变形、耗能等设计参数,最后用Bouc-Wen模型对防屈曲支撑进行了地震作用下的数值模拟.试验和分析结果表明:防屈曲支撑克服了普通支撑受压屈曲的缺点,滞回曲线拉压基本对称,呈饱满的梭形,具有较高的阻尼比,且往复荷载下耐疲劳.Bouc-Wen模型可以较好地模拟其滞回性能.所设计的双核芯支撑性能稳定,组装灵活,适合工程应用.     

(第六届水利岩土学术讨论会推荐稿)水平受荷大尺寸钢管桩离心数值试验研究

大尺寸钢管桩是近海风电场建设中最常用的单桩基础之一。基于水平受荷钢管桩离心物理试验成果,以三维有限差分方法为技术手段开展离心数值试验,深入揭示桩-土相互作用关系。研究结果表明：水平受荷下钢管桩侧向变形显著受控于土层弹性模量,通过对计算参数的反演,在验证各级水平荷载条件下离心数值试验桩顶变形、桩身挠度及弯矩分布等与离心物理试验基本吻合的前提下,提取水平受荷条件下钢管桩不同埋深截面区间的荷载-位移（p-y）关系,对不同层位地基土所提供的水平抗力及其分布规律有了系统认识。物理试验和数值试验相结合的研究方法有效克服了物理试验中监测数据有限、监测工具布设困难等缺点;同时,本研究中基于数值试验获取水平受荷桩p-y曲线关系的方法具有普遍适用性,可供实际工程中桩基水平承载力设计参考。     

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.     

薄壁衬层再生复合管材层间界面力学行为分析

为研究薄壁衬层再生复合管材层间界面力学行为,对带腐蚀缺陷管钢与薄壁不锈钢衬层所组成的复合管材进行切向与法向拉伸破坏试验,基于试验结果,建立了带腐蚀缺陷管钢修复后的有限元分析模型.试验试件在切向力作用下的试验结果表明,随着带腐蚀缺陷管钢腐蚀程度的增加,粘结层与基层管钢剥离所占的比例逐渐减小,界面极限强度逐渐增大,界面黏聚...     

强夯加固机理的大变形数值分析

强夯过程的动力响应问题非常复杂,理论上难以用解析方法进行分析和求解,目前已有的数值分析方法多为小变形分析方法.考虑到强夯过程中实际土体的变形基本上属于大变形,因此采用大变形几何非线性有限元法分析强夯加固机理.在强夯计算模型中,引入P波阻尼和S波阻尼的概念来说明土体的材料阻尼特性,同时运用改进人工边界法来模拟波在人工边界上的传播.为了保证模型的网格稳定,计算程序中增加了液化单元分析.通过一个工程实例,对其加固深度、变形特征、应力分布进行了数值分析,对比结果验证了强夯大变形分析的正确性     

Cracking Propagation of Hardening Concrete Based on the Extended Finite Element Method

Self-deformation cracking is the cracking caused by thermal deformation, autogenous volume deformation or shrinkage deformation. In this paper, an extended finite element calculation method was deduced for concrete crack propagation under a constant hydration and hardening condition during the construction period, and a corresponding programming code was developed. The experimental investigation shows that initial crack propagation caused by self-deformation loads can be analyzed by this program. This improved algorithm was a preliminary application of the XFEM to the problem of the concrete self-deformation cracking during the hydration and hardening period. However, room for improvement exists for this algorithm in terms of matching calculation programs with mass concrete temperature fields containing cooling pipes and the influence of creep or damage on crack propagation.     

弯矩作用下玻璃钢内衬再生复合管稳定性能分析

为研究弯矩作用下玻璃钢内衬再生复合管的稳定性能,采用有限元分析软件,基于层间双线性本构关系,建立玻璃钢内衬再生复合管有限元模型,分析外管腐蚀程度和内衬层厚度对玻璃钢内衬复合管稳定性能的影响,得到复合管受弯作用的应力云图并提取弯矩-管道中心点位移曲线。结果表明:外管壁与玻璃钢内衬层之间的层间作用力在一定程度上限制了管道变形的快速发展,提高了复合管的极限弯矩与因屈曲导致管道失稳破坏前的抗变形能力。带腐蚀坑的复合管道的变形与应力主要集中在腐蚀坑最深处周围,随着腐蚀深度的增加,弯矩极值逐渐降低。     

Analysis of adiabatic shearing failure mechanism for aluminum matrix composites based on experimental and numerical simulation

Adiabatic shear behavior and the corresponding mechanism of TiB2/Al composites were researched by split Hopkinson pressure bar (SHPB).Results show that the flow stresses of the TiB2/Al composites exhibit softening tendency with the increasing of strain rates. All the composites fail in splitting and cutting with a 45 degree, and the phase transformed bands of molten aluminum are found on the adiabatic shear layers. The deformation behavior and shear localization of the TiB2/Al composites specimens were simulated by finite element code MSC.Marc. The Johnson-Cook model was used to describe the thermo-viscoplastic response of the specimen material. There was unanimous between the numerical result and the experimental result on the location of the adiabatic shear band. From the numerical simulation and experiment, it was concluded that the instantaneous failure of the composite was ascribed due to the local low strength area where the formation of adiabatic shear band was, and the stress condition had significant effect on the initiation and propagation of adiabatic shear band (ASB).