20 ft敞顶箱卷钢通用运输座架设计及强度检验

目的 在国家大力发展集装箱多式联运的背景下，研究20 ft(1 ft=304.8 mm)35 t敞顶集装箱的卷钢运输方式，根据卷钢的不同规格设计2类卷钢座架并分析验证其强度性能。方法 利用SolidWorks软件建立座架三维模型，利用Ansys Workbench软件分析座架在静载与冲击条件下的位移与应力变化，然后进行静载与冲击试验，依据《铁路货物装载加固规则》与《机车车辆强度设计及试验鉴定规范车体第2部分:货车车体》规定，对仿真结果与试验结果进行比较分析。结果 在静载与冲击工况下，仿真分析结果的位移与应力均不超过结构材料的最大许用值;试验结果前后座架状态完好，未发生明显损伤变形等情况;2类座架仿真分析结果与试验结果的最大绝对偏差仅为20.19 MPa和22.23 MPa，表明仿真分析结果具有较大精度。结论 设计的20 ft 35 t敞顶箱卷钢运输座架模型设计合理，强度符合规范要求，能够满足卷钢安全高效的运输需求。     

基于SolidWorks和Ansys的铁路卷状货物横向限位运输座架设计

目的 针对卷状货物在铁路运输途中常发生横向窜动,造成货物损伤、危及行车安全等问题,基于当前主流运输座架和技术经验,设计一款安全可靠、适用多种车型、可叠放回送、可循环使用、适合多种规格卷状货物、带有横向限位装置的运输座架。方法 根据《铁路货物装载加固规则》,制定最不利工况下的卷状货物装载加固方案;依据《钢结构设计标准》及敞车、平车的结构,确定运输座架的结构和材料;通过SolidWorks-Ansys对运输座架进行建模和有限元分析,得到卷钢座架变形及应力的变化情况。结果 通过分析可知,运输座架会受到垂向力、纵向力,其最薄弱部分的应力分别为355.14、341.99 MPa,位移变形量分别为0.55、1.069 mm,符合规定;在最不利工况下,横向限位挡件的最大应力为28.89 MPa,最大变形量为0.04 mm,符合规定。结论 设计的铁路横向限位运输座架安全可靠,可有效防止货物发生横向窜动;叠装回送,可实现重去重回。该设计填补了现有运输座架对卷状货物无法进行横向刚性加固的空白,对当下卷状货物运输发展具有较大的促进作用。     

基于SolidWorks和ANSYS的铁路卷状货物横向限位钢制座架设计

目的 针对卷状货物在铁路运输中常发生横向位移，危及行车安全等问题，设计一款安全可靠、适用车型广、结构强度高、循环使用、叠装回送、适合多种规格货物并带可伸缩横向限位装置的卷状货物运输钢制座架。方法 首先依据《铁路货物装载加固规则》，计算发生在卷状货物的各种力，制定装载加固方案;再依据《钢结构设计规范》及敞车、平集两用车内部结构，确定钢制座架材料与规格;然后通过SolidWorks对钢制座架进行三维建模，利用ANSYS对模型进行有限元分析。结果 分析得出，钢制座架受垂向力、纵向力，最薄弱部分应力分别为172.1、244.39 MPa，位移形变量分别为0.23、0.19 mm，均符合规定;横向限位装置在最不利载荷作用下，齿块剪应力为7.11 MPa，横向档杆最大等效应力28.66 MPa，最大变形量0.03 mm，均符合规定。结论 铁路卷状货物横向限位钢制座架安全可靠，能有效防止卷状货物横向位移，降低装载加固成本，对当下卷状货物运输发展有较大作用。     

基于车体协同的铁路运输轮式货物轮挡设计

目的 为保证运输安全,轮式货物在铁路运输过程中需要用轮挡限位。针对我国铁路运输轮式货物的现状及存在的问题,提出车体与加固装置协同设计的理念,设计一种轮挡可调式,适用于多种规格的轮式货物,存用一体、可靠性高、使用快捷。方法 利用SolidWorks建立轮挡三维模型,通过铁路运输加固强度计算,确定在最不利状况下对轮挡的强度要求,进行载荷和约束分析,利用有限元分析软件SolidWorks simulation进行仿真计算及强度分析。结果 得到该轮挡在最不利工况下的应力及位移情况。最大应力出现在轮挡底面与活动销连接部位,最大应力值为499.9 MPa,不超出设计所用材料的许用应力（585 MPa）;最大位移为0.99 mm,在允许范围内。结论 该轮挡的强度满足安全运输的要求,用于多种轮式货物铁路运输装载加固,可有效提高加固效率。     

卷钢专用平台箱的三维建模及有限元分析

目的 针对国内外采用集装箱方式装载卷钢的现状及存在的问题,初步设计一种20 ft(1 ft=0.3048 m)卷钢专用平台箱(内部尺寸为5.9 m×2.35 m×2.393 m,门宽为2.342 m,门高为2.28 m),并分析其力学性能.方法 利用SolidWorks软件建立平台箱的三维模型,通过对其在调车冲击工况下的载荷和约束进行分析,利用Ansys Workbench软件建立有限元模型,并进行平台箱强度有限元计算.结果 得到该平台箱在最不利工况下的等效应力和位移情况.其中,卷钢支架支撑面和角件内侧壁部位出现了应力集中现象,最大工作应力值为234.01 MPa,不超出结构钢材料的许用应力(246 MPa);最薄弱环节的最大变形量为1.0572 mm,在允许范围内.结论 仿真结果表明该平台箱满足结构强度要求.     

小尺寸试件层合板低速冲击后的剩余压缩强度

使用一种小尺寸试件试验方法来测量复合材料层合板低速冲击后的剩余压缩强度(CAI),以便减少试验费用,降低材料研制成本和周期。在试验研究的基础上,建立了复合材料低速冲击后剩余压缩强度估算的一种软化夹杂模型。该模型将冲击损伤等效成圆形低刚度的夹杂,用8节点等参元分析层合板的应力应变状态,以点应力准则为压缩破坏判据。理论分析结果与试验对比显示,该模型简单有效。     

油气输送管典型应力状态下的屈服行为研究

准确计算油气输送管的实际屈服强度对合理确定输送压力有重要影响。该文分析了4种应力状态下对屈服强度有明显影响的钢管轴向应力,发现管材横向小试样试验时,轴向应力为零,工厂静水压试验时,轴向应力小于零,裸露钢管静水压试验时,轴向应力为环向应力的一半,埋地服役状态时,轴向应力为0.3倍环向应力。并从理论和试验两方面分析了实物钢管屈服强度与管材小试样屈服强度的差别。理论计算表明,4种应力状态下,屈服时vonMises理论计算的钢管环向应力值大于或等于Tresca理论计算值,其中裸露钢管受内压状态下,vonMises理论计算的管道屈服环向应力为1.15倍管材屈服强度,Tresca理论计算值为1.0倍,6根钢管爆破试验及小试样拉伸试验表明,该值为1.18倍。vonMises理论比Tresca理论更适合油气输送管的屈服计算。     

考虑层问作用的冷轧钢卷抗凹性分析

针对冷轧钢卷包装中多层材料的接触变形问题,对钢卷包装系统的抗凹性进行了分析与研究;建立了考虑层间作用的钢卷包装系统的力学模型,计算和分析了钢卷的变形和应力,应用HYPERMESH与ANSYS/LS-DYNA对钢卷抗凹性模型进行了有限元仿真;最后进行了抗凹性模型的冲击试验,验证了有限元仿真计算结果,可为钢卷包装工艺设计提供理论依据。     

钢管RPC抗冲击压缩特性及极限强度确定方法

采用74 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)试验装置,分别对20块钢管活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube,钢管RPC)和20块RPC试件进行了不同加载速率的冲击压缩试验,得到了不同应变率下的动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变,分析了试件的破坏特征。在钢管混凝土静态轴向极限承载力计算公式基础上引入应变率效应,得到钢管RPC极限强度确定方法。结果表明:钢管RPC和RPC的峰值应力和峰值应变均随平均应变率增大而增大。冲击荷载作用下,钢管RPC比RPC具有更高的强度,更好的延性和完整性,是一种良好的抗冲击防护工程材料。钢管壁厚对钢管RPC动态应力-应变关系有明显影响,一定冲击速度下壁厚较薄的钢管RPC出现了明显的屈服平台和应力强化现象,峰值应变也显著增大。钢管RPC极限强度理论计算结果与试验结果存在一定的相对误差,但随着响应应变率增大相对误差逐渐减小。     

40英尺液化天然气铁路及其联运罐式集装箱静态蒸发率计算及测试研究

针对铁路及其多式联运液化天然气罐式集装箱,对其静态蒸发率进行了理论计算,在理论计算中引入了温度修正系数kt来考虑装载LNG介质时对液氮温区下绝热层比热流的影响,同时引入了结构修正系数ks来考虑结构和深冷下罐体收缩对支撑部位热传导的影响,采用液化天然气作为介质开展了静态蒸发率试验测试,综合测试结果对理论计算模型进行了验证,在此基础上开展了相关关键参数对LNG罐式集装箱静态蒸发率的影响分析研究。     

冲击载荷下玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系

为了研究玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系,利用Ф100mm分离式霍普金森压杆装置,对玄武岩纤维增强混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析,根据试验结果,通过叠加应变率强化效应和损伤软化效应,对混凝土静态Ottosen非线性弹性本构模型进行修正,建立了玄武岩纤维增强混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,玄武岩纤维增强混凝土的动态性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法可行,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述玄武岩纤维混凝土的动态力学行为,并能为玄武岩纤维增强混凝土的进一步研究和工程应用提供参考依据。     

钢框架结构在坠落块体撞击作用下的动力效应分析

局部构件失效导致钢框架结构的传力路径发生变化,除了影响正上方结构的受力性能,还可能使下层结构受到局部块体掉落冲击影响。下层结构能够抵抗撞击荷载,是框架结构抵抗连续倒塌的重要研究内容。下层框架梁碰撞的动力特性对研究其抗倒塌能力至关重要,其中最大位移和撞击力变化是关键的动力特性。考虑完全塑性撞击和完全刚性撞击两种极端情况,依据动量守恒和能量守恒,并结合框架梁的变形能函数,确定梁在块体撞击后最大位移的上限值和下限值,采用已有落锤撞击试验验证最大位移理论分析的准确性。研究表明:当坠块速度较小时,碰撞接近于完全刚性撞击;当坠块速度较大时,碰撞接近于完全塑性撞击;当坠块撞击点接近于跨中时,理论模型与有限元模型接近;当坠块撞击点位于约束端时,完全刚性理论计算值比模拟值偏大。     

Effect of nonlinear response of concrete on its elastic modulus and strength

The purpose of this paper is to investigate the effect of nonlinear response of concrete on the relationship between modulus of elasticity at static and dynamic loading as well as on its strength. The obtained relationships are based on the thermofluctuation strength theory coupled with a nonlinear stress–strain material model. From the corresponding equations it was found that the ratio of the static to the dynamic modulus of elasticity depends on the strength of concrete, its temperature, rate of loading. Also it was confirmed that the dynamic modulus is greater than static modulus of elasticity. These equations explain the influence of the value of applied stress on the value of the static or dynamic modulus of elasticity. Comparative study shows substantial agreement with existing experimental results and the general equations given in standard BS 8110, Part 2:1985, and ACI documents. Based on the obtained relationships new methods for evaluating the static modulus of concrete and its strength from the results of dynamic tests are described subsequently.     

爆破移除钢筋混凝土框架柱倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土空间框架结构的抗倒塌性能,采用爆破方式对一4层2跨2开间的RC框架结构短边中柱和角柱进行了快速移除倒塌试验,通过试验获取了爆破移除框架柱作用过程、结构的动力响应、柱的失效时间和空间空腹梁对荷载分布的影响等数据。试验结果表明:试验框架在快速移除边中柱与角柱后,柱头位移较小,结构没有发生倒塌,处于弹性变形范围。爆炸引起RC框架柱的失效时间约100 ms,结构变形晚于爆炸应力波40 ms左右。在爆破过程中,柱内纵向钢筋在应力波和爆轰气体压力共同作用下向外严重鼓曲变形,对上部结构产生较大的拉伸作用,加大了结构倒塌风险。横向或纵向的空间空腹梁作用是结构在柱失效后的荷载重分布的主要受力机理。     

Drift-controlled design of reinforced concrete frame structures under distant blast conditions—Part II: Implementation and evaluation

The model for the calculation of an equivalent static force (ESF) and the design procedure with ESF for single-degree-of-freedom (SDOF) systems presented in the first part of the two-part paper are extended into the design for a reinforced concrete (RC) frame structure under distant blast conditions. An empirical formula for the ESF factor involved in the ESF model is presented based on sample points obtained by comparing the nonlinear dynamic responses of frame structures under the blast loading with the corresponding nonlinear pushover analysis of the structure due to an ESF. The use of the method is demonstrated with two six-storey RC frame structures. Numerical verification of the method indicates that the maximum inter-storey drift ratios (MIDR) of the two designed frame structures in comparison to their respective targets are conservative to some extent. The reasons that may lead to the conservative designs are discussed.     

全轻纤维混凝土的SHPB冲击强度与耗能效应

以LC30全轻页岩陶粒混凝土为基准,对聚丙烯纤维、钢纤维和多壁碳纳米管不同组合掺入方式,分别进行了静力和分离式Hopkinson压杆(SHPB)冲击试验,利用HJC模型和LS-DYNA软件对素混凝土和钢纤维混凝土的动态应力-应变曲线进行了数值模拟。结果表明:全轻纤维混凝土不仅具有应变率效应和临界值,而且还具有强度效应和能量效应;并随应变率提高,其动态峰值应力和峰值应变、总能耗随之增大,且动态应力增长系数与应变率的对数具有显著相关性,但纤维掺入方式具有明显的差异性。其中,单掺时以聚丙烯纤维为最好,双掺时差异不大,三掺时为最好。数值模拟与试验曲线相近,但峰值应力较大和下降段差异较大,表明HJC模型对全轻混凝土及其纤维混凝土具有一定的局限性。     

Dynamic tensile behaviour of fibre reinforced concrete with spiral fibres

This paper performs drop-weight splitting tests to study the dynamic tensile properties of fibre reinforced concrete (FRC) materials with different steel fibres. A renovated splitting tensile testing method was developed to ensure a more qualified experimental process. The splitting tensile impact tests were conducted with an instrumented drop-weight impact system consisting of a hard steel drop weight, a fast-response load cell, a high-speed video camera and a high-frequency data acquisition system. The quasi-static compressive and splitting tests were also conducted to obtain the static properties of the FRC materials. The commonly used hooked-end steel fibre and a new spiral shaped steel fibre were tested in this study. The high-speed video camera was used to capture the detailed failure process, deformation and cracking process of the tested specimens. Average strain rates and the cracking extension displacement and velocity under impact loading were estimated by analysing the recorded high-speed images. The strains were also measured by the strain gages on the specimen surface. The dynamic stress–strain and stress–COD (cracking opening displacement) relations, the rate sensitivity of tensile strength and the corresponding energy absorption capacity of plain concrete and FRC with different fibres were obtained, compared and discussed. The advantage and effectiveness of the new spiral fibre in increasing the performance of FRC under dynamic tensile loading were examined. The results show that FRC with spiral fibres outperforms that with hooked-end fibres, and is a promising construction material in resisting dynamic loadings.     

舰载飞机机体主传力结构拦阻冲击动力学试验与仿真分析

舰载飞机拦阻着舰过程中,在多系统相互耦合条件下复杂的拦阻动载荷通过拦阻钩作用于机体结构,对机体结构安全性提出挑战。研究此过程中拦阻动载荷在结构上的传播规律及主传力结构的动响应特性具有极为重要的意义。通过地面拦阻冲击模拟试验,对舰载飞机拦阻减速过程中机体主传力结构动响应进行分析研究,并基于刚柔耦合动力学模型对试验过程进行数值模拟仿真分析。研究得到了拦阻过载和应力应变在结构上的响应特征,获取了过载和应变峰值沿机体传力路径的分布规律,可以作为舰载飞机结构强度设计的重要参考依据。研究表明拦阻冲击过载峰值沿主传力路径顺航向,呈现出明显的衰减趋势。靠近拦阻钩接头结构过载峰值较高,但由于冲击时间短,应变响应较小,不会对机体结构造成损伤和破坏。拦阻载荷在机翼隔离框位置会产生应力集中效应,结构设计时应注意对相应结构作局部加强。     

基于贝叶斯理论的钢筋混凝土框架中节点抗剪强度计算

我国现行设计规范中钢筋混凝土框架中节点抗剪强度计算为半经验半理论计算公式,由于试验数据的有限性和钢筋混凝土材料的离散性,规范建议公式缺乏明确的理论模型。该文以贝叶斯动态信息更新思路,根据主观经验信息选定先验模型,将国内外已完成101组钢筋混凝土框架中节点试件的试验结果作为数据库,应用贝叶斯参数估计方法综合两类信息进行推断,建立了基于贝叶斯理论的多元线性钢筋混凝土中节点抗剪强度概率模型,进而采用贝叶斯后验模型参数剔除理论,剔除影响节点抗剪强度的次要因素,对概率模型进行动态更新,得到中节点抗剪强度简化模型,并将抗剪模型计算值与试验值和美国ACI 352R-02中钢筋混凝土节点抗剪强度的计算公式进行了对比。研究表明:贝叶斯方法继承了先验信息的完备性和大量试验数据的准确性,建议的中节点贝叶斯概率抗剪模型与试验值吻合良好,且较规范值能够更准确地预测钢筋混凝土中节点抗剪强度,可用于该类节点的抗剪强度计算。     

EPE棱跌落缓冲性能试验研究

目的对EPE棱跌落的缓冲性能进行试验研究,验证现有棱跌落当量面积计算方法的局限性,并探索动态当量面积的计算方法。方法通过动态冲击试验研究,对比棱线接触、V台接触和纸箱包装棱部冲击等3种接触方式对当量面积大小的影响程度,以及构成棱部缓冲结构中边长、棱长与缓冲作用的关系。结果 3种接触方式动态冲击试验获得的最大加速度-静应力曲线族表明:在构成的棱部缓冲结构中,在相同当量面积条件下,棱长的增加会降低冲击接触应力和加速度;边长变化对实际应用中缓冲效果的影响不显著。结论现有当量面积计算方法无法作为可靠的缓冲设计依据。在棱跌落冲击状态下,棱垫的边长变化较棱长对缓冲性能有更大的影响。