薄壁圆板有限元模拟破坏前的应力-应变关系

揭示了有限元模型中低碳钢的真实应力-应变关系。从一系列长宽比不同的构件的拉伸试验中得出了这些应力-应变关系。不同于工程应力-应变关系,真实的应力-应变关系与构件的几何特性是无关的。光学测量的使用将真实应力和应变与有限单元长度联系起来,这是因为应变的参考长度已成为像素尺寸的一个函数。真实的应力-应变关系被用于板的冲击试验的有限元模拟。将基于有限单元长度的破坏应变作为一个应变常量应用于板和拉伸试验的破坏准则,从三轴破坏试验中测量得到。     

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薄壁圆板有限元模拟破坏前的应力-应变关系 摘要：揭示了有限元模型中低碳钢的真实应力-应变关系。从一系列长宽比不同的构件的拉伸试验中得出了这些应力-应变关系。不同于工程应力-应变关系,真实的应力-应变关系与构件的几何特性是无关的。光学测量的使用将真实应力和应变与有限单元长度联系起来,     

非线性有限元模拟中的应力、应变关系

提出一种方法,可以确定直至结构破坏时,与单元长度相关的应力、应变关系,并适用于有限元分析模型。采用已测出的表面位移计算结构直至破坏时的应变。从颈缩处已测出的力和横截面面积可以推导出应力的数值。此外,由于光学测量的数字特性,将应变的参考长度清晰地定义为像素的函数。在数值模拟中有限单元的长度与这个参考长度相等。此法可以对拉伸试验进行精确的数值模拟,除非在结构破坏时曲线无法拟合,或者缺少根据所取的分隔尺寸来调整材料关系的迭代方法。精确的材料关系有助于提高非线性数值模拟的准确性。     

强冲击荷载下RC板失效仿真研究

为了更有效地模拟强冲击荷载作用下混凝土材料的失效行为,采用LS-DYNA软件,基于HJC模型,建立弹体冲击钢筋混凝土(RC)板有限元模型,研究失效类型、主应变、剪应变和应力等参数对弹体侵彻混凝土并贯穿RC板的影响规律。结果表明:当失效控制参数FS值取0或1.0～1.5时,部分模型的弹体未能贯穿RC板,与试验现象不符; 当FS值为0.1～0.9时,弹体侵彻贯穿RC板后的残余速度随FS值的增大而减小,其中FS值为0.3～0.8时,模拟得到的残余速度与试验值吻合较好; 在模型中添加失效准则,当主应变取0.225～0.275或剪应变取0.4～0.5时,弹体以606、746、1 058 m·s^-1的速度冲击贯穿RC板的残余速度计算值与试验值更接近; 在考虑主应变失效、剪应变失效或二者共同作用时,FS值为0.8时的模拟结果与试验结果的吻合程度较好; 拉伸应力失效准则不适用于较薄RC板遭受强冲击荷载作用的情况。     

屈曲约束钢板剪力墙受力性能分析及盖板简化计算方法

内嵌钢板与混凝土盖板之间相互作用机理较为复杂,难以通过简单方法确定屈曲约束钢板墙连接螺栓拉力与混凝土盖板弯矩.为此,采用有限元软件ABAQUS建立屈曲约束钢板剪力墙计算模型,并通过与模型试验对比验证其可靠性.通过非线性有限元数值模拟,分析钢板高厚比、盖板与钢板厚度比以及盖板与钢板间隙等参数对应力分布、屈曲变形和滞回性能...     

模拟严重锈蚀钢筋的混凝土梁试验与钢筋应力分析

锈蚀引起的粘结性能退化导致钢筋与混凝土之间的协同工作性能降低,跨中的钢筋应变较混凝土应变滞后,当构件严重锈蚀时,钢筋与混凝土间的粘结力基本丧失,可能在钢筋达到屈服应变前受压区混凝土先行压坏,形成粘结失效超筋梁。通过严重锈蚀钢筋混凝土梁的模拟试验和有限元分析,研究在完全无粘结的极限情况下影响钢筋应力水平的因素及其影响规律,并建立了无粘结状态混凝土梁受拉钢筋应力与配筋指标的关系,为严重锈蚀混凝土构件的承载力计算提供依据,同时也为研究一般锈蚀钢筋混凝土构件的性能退化机理与承载力计算方法奠定基础。     

Effect of surrounding soil on stress–strain response of buried pipelines under ground loads

In order to determine the stress–strain response of buried pipelines under the ground load, the pipeline–soil coupling finite element model was established. The mechanical behaviours of buried pipelines in the soil stratum and the rock stratum, as well as the effects of surrounding soil's elasticity modulus, Poisson's ratio and cohesion on stress and strain of buried pipelines were investigated. The results show that the maximum von Mises stress, high stress area, axial strain and plastic strain increase with the increasing ground load. Buried pipeline in the soil stratum is more prone to failure than in the rock stratum under the same ground load. The maximum axial compressive strain appears at the bottom of buried pipelines when there is no buckling, and the maximum tensile strain appears on the two sides. High stress area, the axial strain, the plastic strain and the plastic area decrease with the increase of the soil's elasticity modulus and cohesion. But the surrounding soil's Poisson's ratio has a small effect on the stress and strain of buried pipelines under the ground load. The results can provide a theoretical basis and reference for safety evaluation, repair and maintenance of buried pipelines.     

ETFE薄膜双向力学性能试验研究

利用圆形气泡试验研究ETFE薄膜双向受力性能,得到了完整的真实应力-应变曲线和基本力学性能参数.结果表明:当真实应力为17~18MPa时,ETFE薄膜的真实应力-应变曲线出现第1个转折点,与单轴拉伸试验结果相同;当真实应力约为50MPa时,该曲线趋于平缓;当真实应力约为60MPa时,由于局部破损导致ETFE薄膜球冠失效;在双向拉伸下,ETFE薄膜破裂时的真实应变为30%~40%,远小于单轴拉伸试验结果.基于试验结果提出了1种四折线本构模型,并通过数值模拟验证其适用性.     

混凝土非线性有限元分析中的网格尺寸效应

对混凝土结构进行非线性有限元分析时,存在网格尺寸效应.通过对简支梁划分不同网格尺寸进行分析,讨论了单元尺寸大小对荷载-位移关系及极限荷载等计算结果的影响,提出了把极限拉应变作为网格尺寸的函数,以保证混凝土开裂单位面积吸收的能量唯一,从而有效地消除混凝土非线性有限元分析中的网格尺寸效应.     

钢板-超高性能混凝土梁有限元分析研究

为了研究钢板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,在钢板-UHPC-T组合梁方案下,以钢板厚度、钢板强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变为参数,利用ABAQUS软件进行了有限元分析。结果表明:钢板厚度和钢板强度等级的改变对组合梁抗弯承载力的提高作用较为明显;UHPC抗拉强度的提高可以适当提高开裂荷载;UHPC极限拉应变的增加可适当提高梁体的延性。     

平面应变条件下砂土局部化剪切带的有限元模拟

 根据饱和砂土的排水平面应变压缩试验的应变场,分析研究砂土的应变局部化现象以及剪切带的形成。在平面应变压缩条件下,砂土在峰值应力状态附近出现应变局部化现象,在残余状态最终形成一条V型剪切带。剪切带的形成是一个渐进过程,砂土呈现出渐进性破坏特性。这种由软化特性引起的应变局部化剪切带是砂土材料非常重要的变形和强度特性之一。基于砂土的三要素弹黏塑性本构模型和动态松弛有限元求解技术,对砂土的应变局部化现象和剪切带的形成进行有限元模拟。其中,砂土本构模型中引入应变局部化参数S来表示砂土峰值以后的软化和剪切带效果,剪切带在单元内未考虑其方向性,而是假设剪切带方向与最大剪切应变的方向一致。分析结果表明,动态松弛有限元法及砂土三要素模型能合理地模拟砂土的应变局部化现象,剪切带附近的最大剪应变值也非常接近,从而实现对砂土材料从硬化→峰值→软化→残余的全过程模拟以及对砂土应变局部化剪切带的定量化分析。     

Local damage and crack band model for concrete

为消除混凝土开裂使有限元分析结果对单元网格尺寸产生的依赖性，在基于局部本构模型的材料非线性有限元分析中，建立了混凝土局部损伤裂缝带模型。结果表明：该模型所采用的三参数幂函数型拉伸损伤演化方程，可满足不同单元网格尺寸下应力-应变关系调整的需要；在局部损伤本构模型中引入断裂能和与单元网格尺寸相关的裂缝带宽度，可在保证断裂能客观性的前提下依据初始应力-开裂应变关系推导不同单元网格尺寸下的应力-开裂应变关系；提出基于异步粒子群智能算法的优化反演方法，可实现在有限元分析中依据应力-开裂应变关系自适应，从而确定不同单元网格尺寸下的模型参数。在ABAQUS软件平台上采用所建立的模型对算例进行了数值模拟，验证了模型的有效性与程序编制的正确性。     

混凝土局部损伤裂缝带模型研究

为消除混凝土开裂使有限元分析结果对单元网格尺寸产生的依赖性,在基于局部本构模型的材料非线性有限元分析中,建立了混凝土局部损伤裂缝带模型。结果表明：该模型所采用的三参数幂函数型拉伸损伤演化方程,可满足不同单元网格尺寸下应力-应变关系调整的需要;在局部损伤本构模型中引入断裂能和与单元网格尺寸相关的裂缝带宽度,可在保证断裂能客观性的前提下依据初始应力-开裂应变关系推导不同单元网格尺寸下的应力-开裂应变关系;提出基于异步粒子群智能算法的优化反演方法,可实现在有限元分析中依据应力-开裂应变关系自适应,从而确定不同单元网格尺寸下的模型参数。在ABAQUS软件平台上采用所建立的模型对算例进行了数值模拟,验证了模型的有效性与程序编制的正确性。     

T型熔透焊接头残余应变有限元分析

厚板在焊接过程中会产生较大的残余应力和变形,通过对不同形式的T型熔透焊接头的残余应变进行有限元计算,分析了焊缝高度、钢板厚度、预热温度对接头残余应变的影响。     

Finite element analysis of linear plates buckling under in-plane patch loading

The elastic buckling load is physically important in design because it is actually the critical step in the changing plate configuration that will eventually lead to complete failure. The present work investigates the problem of linear buckling of simply supported thin plates subjected to patch compression. In order to satisfy the boundary conditions in a rigorous way, the authors chose the finite element method using the exact stress distribution throughout the plate.In the present paper, the stability problem treated using the total energy is briefly outlined. The plate modelling is made by means of an eight noded rectangular element and a reduction of variable strategy is applied to estimate the number of degrees of freedom leading to little or no loss in seeking solution accuracy.The buckling coefficient is determined for different load cases applied to a range of plate with various edge ratios. The achieved results are summarised through different graphs representing variation of the buckling coefficient against the plate ratio for each load case treated. A comparison with previous works is made. Finally, it is shown that the resolution of the plate buckling problem using true stress distribution with the finite element method leads to a good agreement with results previously obtained by means of analytical methods using an exact stress distribution.     

净剪应变比能强度理论研究

将剪破面及潜在剪破面上的剪应力与摩擦力之差定义为净剪应力,由净剪应力产生的剪应变能定义为净剪应变能。基于剪切破坏假设,针对岩土类材料提出净剪应变比能强度理论,该理论认为当净剪应变比能达到一定值时材料破坏。净剪应变比能理论在π平面上的破坏曲线为光滑的曲边三角形,这个特性有利于将其推广用作屈服准则,以构建弹塑性本构模型。根据文献中提供的混凝土真三轴试验资料,对净剪应变比能理论进行初步检验,并与双剪强度理论和Mohr-Coulomb强度理论进行比较。结果表明,净剪应变比能理论的误差相对较小。此外,当单轴抗压强度与单轴抗拉强度相等时,净剪应变比能理论退化为Mises强度理论。     

基于盲孔法的高强焊接圆钢管表面残余应力试验研究

为研究高强焊接圆钢管残余应力分布模式,基于盲孔法对21个高强焊接圆钢管的5个外表面、1个端部内表面纵向残余应力分布进行测量;对盲孔法应变释放系数A、B进行平面试验及平面有限元标定,验证有限元标定的可靠性;进行柱面有限元标定并依据形状改变比能修正法对试验测量结果进行塑性修正,提出埋弧焊接、高频焊接圆钢管外表面纵向残余应力分布模型。研究结果表明：柱面有限元模型可弥补应变计弧面形状造成的误差,与平面试验标定结果相比,对于截面规格为■325×8的埋弧焊接圆钢管标定系数A误差可达6.1%,对于截面规格为■356×10的埋弧焊接圆钢管,标定系数B误差可达5.0%;与平面有限元模型标定结果相比,由柱面标定得到的应变释放系数A随直径增大而减小、系数B随直径增大而增大,并逐步趋近于平面标定结果。沿着焊接方向1/4、1/2、3/4柱高截面最大纵向残余应力数值相近,最大残余拉、压应力分别为0.96■、-0.27■。高频焊接圆钢管端部内表面与外表面残余应力分布模式不同,外表面以残余拉应力为主且最大为0.46■,内表面以残余压应力为主且最大为-0.37■。提出的纵向残余应力分布模型与实测数据吻合较好。     

Experimental research on surface residual stress of high strength welded circular steel tube based on hole-drilling strain-gage method

为研究高强焊接圆钢管残余应力分布模式，基于盲孔法对21个高强焊接圆钢管的5个外表面、1个端部内表面纵向残余应力分布进行测量；对盲孔法应变释放系数A、B进行平面试验及平面有限元标定，验证有限元标定的可靠性；进行柱面有限元标定并依据形状改变比能修正法对试验测量结果进行塑性修正，提出埋弧焊接、高频焊接圆钢管外表面纵向残余应力分布模型。研究结果表明：柱面有限元模型可弥补应变计弧面形状造成的误差，与平面试验标定结果相比，对于截面规格为φ325×8的埋弧焊接圆钢管标定系数A误差可达6.1%，对于截面规格为φ356×10的埋弧焊接圆钢管，标定系数B误差可达5.0%；与平面有限元模型标定结果相比，由柱面标定得到的应变释放系数A随直径增大而减小、系数B随直径增大而增大，并逐步趋近于平面标定结果。沿着焊接方向1/4、1/2、3/4柱高截面最大纵向残余应力数值相近，最大残余拉、压应力分别为0.96fy、-0.27fy。高频焊接圆钢管端部内表面与外表面残余应力分布模式不同，外表面以残余拉应力为主且最大为0.46fy，内表面以残余压应力为主且最大为-0.37fy。提出的纵向残余应力分布模型与实测数据吻合较好。     

纤维布(FS)约束混凝土矩形柱轴心受压试验及非线性有限元分析

通过29个纤维布(FiberSheet,FS)约束混凝土柱和2个混凝土对比柱的轴心受压试验,以及FS约束混凝土柱的三维非线性有限元分析,研究FS约束混凝土矩形截面柱的轴心受压性能和FS的约束机理。FS约束混凝土柱有斜剪破坏和轴压破坏两种破坏形态;FS约束混凝土的轴压应力-应变曲线有三种形状;增大截面长宽比会减弱FS的约束效果;单独缠绕CFS比复合缠绕CFS和GFS对强度提高有利,但复合缠绕且GFS不少于1层时,对增大变形有利;轴向压应力大于0.6～0.8倍峰值应力后,FS的横向拉应变增大,对混凝土起约束作用;角部FS横向拉应变及截面角部混凝土的水平应力最大;可以将截面分为强约束区和弱约束区;角部的圆弧半径与1/2边长之比越大,强约束区的面积越大;纤维特征值对强约束区面积大小的影响不大,但是纤维特征值大,截面的水平应力也大。     

特高压输电钢管塔主材次应力分析

为了研究特高压输电钢管塔的主材次应力问题,对 1 000 kV特高压输电钢管塔SZ2U进行真型试验,实测主材次应力;通过有限元分析, 得出主材次应力的分布规律及影响因素;分别建立考虑有无节点板刚度的有限元梁杆单元模型,并与实测结果进行比较;对塔脚节点建立精细化有限元模型,考察次弯矩作用下节点的受力性能和破坏模式。研究结果表明：对SZ2U塔次应力影响最大的位置在塔脚主材处,实测最大次应力比（弯曲应力占轴力应力的百分比）达到45%;采用考虑节点板刚度的计算模型与实测结果吻合较好;次应力的影响不仅与主材长细比有关,还与主材和斜材的角度有关;塔脚节点在次弯矩作用下的破坏模式为主管受压一侧环形加强板上部管壁屈曲破坏。