冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔立柱承载力研究

对冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔短柱进行试验研究,并采用有限元软件ANSYS进行计算,对比分析了ANSYS、中国规范和北美规范的计算结果以及开孔对立柱承载能力的影响。研究结果表明：冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔立柱的破坏模式均出现畸变屈曲;中国规范有效截面法间接计入了畸变屈曲的影响,与北美规范计算结果吻合良好;开孔明显降低了立柱的承载能力,且变化规律与工程中常规轴心受压构件不符,对于冷弯薄壁三次卷边槽钢承载力的开孔折减在设计中应予以足够的重视,其开孔折减系数对于文中截面可取为K=2.41×10 －5λ 2－3.78×10 －3λ+9.59×10 －2。     

斜卷边槽钢偏心受压构件的稳定性分析

为进一步推动斜卷边槽钢在实际工程中的应用,明确其与直角卷边槽钢的区别,采用ANSYS非线性有限元程序,对共计70个算例的斜卷边槽钢在对称轴平面内偏心受压状态下的构件稳定性能进行分析.研究7种卷边弯起角度、10种偏心距对斜卷边槽钢偏心受压构件稳定承载力、失稳模式及变形等性能的影响.结果表明:偏心距对构件的承载力和失稳模式影响显著,所有构件均不是在偏心距为零时获得承载力的最大值.相同负向偏心距下,随卷边弯起角度的增大构件承载力逐渐降低;当卷边弯起角度达钝角后,各构件之间承载力相差较小,基本不再受弯起角度的影响.在正向偏心荷载作用下,越早出现畸变屈曲的构件承载力越低.     

偏心受压冷弯薄壁槽钢的卷边角度优化设计

为了使得钢结构的性能与用钢量比达到最优,前人对槽型钢的截面尺寸优化进行了较为充分的研究。但是,涉及卷边角度的优化特别是偏心受压工况下的优化分析却很缺乏。以Yao-Teng偏心受压计算公式,结合遗传算法,以冷弯卷边槽钢柱偏心受压为例,将槽钢卷边角度与偏心距作为设计变量,寻找在不同偏心距受压情况下,达到最大畸变屈曲临界应力的卷边角度。基于有限条分析程序,对两端简支与两端固支情况下不同截面尺寸构件的畸变屈曲临界应力进行了计算分析,最终得出不同偏心距受压下统一的最优卷边角度。为了方便工程设计人员设计时参考,建议卷边角度统一取为100°。     

腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明,对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现畸变屈曲模式;腹板开孔在对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用,采用折减构件有效截面面积的方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

卷边槽钢梁受压翼缘畸变屈曲时的屈曲系数

通过对卷边槽钢梁畸变屈曲形式的分析，提出了受压翼缘屈曲系数ｋｆ的计算公式，并结合我国常用卷边槽钢的截面尺寸，提出了在受压翼缘屈曲系数ｋｆ≥４．０时板件长宽比α的限值以及在板件长宽比超过此限值时ｋｆ的最低值。指出了我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（ＧＢＪ１８－８７）把受弯卷边槽钢梁受压翼缘的屈曲系数按轴心受压时的１．３５考虑过于保守。     

腹板开孔Σ形复杂卷边槽钢轴压承载力试验

以不同截面形式的腹板开孔薄壁钢构件轴压性能为研究对象,分别对复杂卷边槽钢、Σ形复杂卷边槽钢两种截面形式,共10根腹板开孔轴压简支柱进行了承载力试验。试验结果表明,与相同用钢量下的腹板开孔复杂卷边槽钢相比,腹板开孔Σ形复杂卷边槽钢轴压构件的承载效率可提高30%~50%。与相同条件下的不开孔构件轴压试验相比,开孔构件的破坏模式基本不变,但破坏位置多发生在孔洞附近。利用有限元软件对试验进行模拟分析,模拟结果与试验结果吻合良好。以此为基础,采用有限元模拟对比了相同截面形式下腹板开孔和不开孔轴压构件的承载效率和应力云图,结果表明,与同截面的不开孔构件相比,腹板开孔复杂卷边槽钢的承载效率平均下降6.15%,腹板开孔Σ形复杂卷边槽钢的承载效率平均下降25.57%。孔洞的存在改变了构件的应力分布情况,较大应力区域和最大应力点均出现在孔洞附近。     

冷弯薄壁卷边槽钢的畸变屈曲荷载简化计算

以理论研究成果为基础,结合应用有限条屈曲分析程序,对冷弯薄壁卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载进行了分析.基于对轴心受压和纯弯曲两种极端荷载情况下畸变屈曲荷载的参数分析,提出了屈曲临界半波长度和考虑翼缘自身剪切与畸变影响的修正参数的近似计算公式;对腹板提供给翼缘板的转动约束刚度进行了讨论,提出了精度较高的线性计算公式;利用以上结果,提出了确定冷弯薄壁卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载简化公式.比较研究表明,简化公式具有足够的精度,便于手算,实用性强,可供工程设计人员和各国冷弯薄壁型钢设计规范修订相应内容时参考.     

薄壁卷边槽钢梁板件相关屈曲分析及受压翼缘的有效宽厚比（Ⅰ）

对薄壁卷边槽钢梁的翼缘、腹板、卷边的相关屈曲进行了有限元分析，对卷边的合适宽度提出了建议值。分析表明，当卷边槽钢受弯时腹板对受压翼缘屈曲有较强的嵌固作用，常用截面内受压翼缘的屈曲系数可达到３．８以上。现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（ＧＢＪ１８—８７）中不分轴压和弯曲笼统采用１．３５是不合理的。     

薄壁卷边槽钢梁板件相关屈曲分析及受压翼缘的有效宽厚…

对薄壁卷边槽钢梁的翼缘、腹板、卷边的相关屈曲进行了有限元分析，对卷边的合适宽度提出了建议值，分析表明，当卷槽钢受弯时腹板对受压翼缘屈曲有较强的嵌固作用，常用截面内受压翼缘的屈曲系数可达到３．８以上。现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（ＧＢＪ１８－８７）中不分轴压和弯曲笼统采用１．３５是浊合理的。     

角钢轴压构件畸变与局部相关屈曲分析

采用ANSYS有限元软件,对冷弯薄壁加劲卷边角钢轴压构件的畸变与局部相关屈曲性能进行模拟分析。研究不同卷边宽度对构件的屈曲模式及临界荷载的影响,以及不同厚度对构件的畸变与局部相关屈曲临界荷载及经济系数的影响。结果表明:卷边宽度对构件的屈曲模式及临界荷载有较大影响,对比不同卷边宽度下各构件的临界荷载值,得出卷边宽度与肢长比在6/25左右较合理;板件厚度对于畸变与局部相关屈曲临界荷载有较大的影响,对比不同板件厚度下各构件经济系数的变化,得出板件厚度与肢长比在7/150左右较合理。     

冷弯薄壁C型钢绕强轴偏心受压构件的极限承载力

冷弯薄壁型钢结构多采用有效截面法对构件承载力进行计算,该方法计算繁杂且未考虑构件的畸变屈曲性能。直接强度法采用全截面计算各类参数,能够考虑各种单独屈曲模式及其相关屈曲对构件稳定性能的影响,但目前该方法并不能应用于压弯构件。对冷弯薄壁C形钢绕强轴偏压构件的稳定性能进行参数分析,探讨了构件长度、偏心距、腹板高厚比、翼缘宽厚比和卷边高厚比等因素对构件承载力的影响规律。结合有限元分析结果,基于轴压构件和纯弯构件的直接强度法公式,提出了冷弯薄壁型钢绕强轴偏压构件的极限承载力计算方法。     

卷边薄壁槽钢偏压构件直接变形计算方法

为建立薄壁构件整体弯曲变形的简化计算方法,针对对称轴平面内偏心受压的单轴对称冷弯薄壁型钢构件在弯矩作用平面内的整体弯曲变形,开展了直接变形计算方法(DDM)的探索性研究.分析了荷载偏心距、构件长度、壁厚等参数对截面高宽比为2.0的直角卷边槽钢、斜卷边槽钢和复杂卷边槽钢偏压构件整体弯曲变形的影响.结果表明:参数对整体变形的影响各不相同,尚未找到较为一致的规律将它们综合考虑后建立统一的DDM简化计算公式.对其中部分情况下偏压构件整体变形的直接计算方法进行了初步探索,并提出了相应的变形计算建议公式.     

圆钢管轻骨料混凝土轴压短柱的力学性能分析

分析现有钢管轻骨料混凝土轴压短柱力学性能实验结果,提出轻骨料混凝土轴对称三轴受压轴向应力-应变关系,应用连续介质力学,确立圆钢管轻骨料混凝土同心圆柱体共同受压时的计算模型,建立了圆钢管轻骨料混凝土组合弹性模量理论计算公式和组合应力-应变关系的理论表达式,编制相应计算程序.结果表明,核心混凝土由于受钢管约束,其纵向应力有较大提高,延性得到显著改善,钢管在为轻骨料混凝土提供径向约束的同时,其纵向应力大幅降低;钢管对轻骨料混凝土的约束效果要低于对普通混凝土的约束效果.通过大量参数分析,得到钢管轻骨料混凝土轴压短柱极限承载力计算公式和组合应力-应变关系全曲线,计算与实验结果吻合良好.     

RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载算式

为了对RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲作进一步研究,以既有研究成果为基础,根据广义梁理论推导了两端简支和固支边界条件下RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载计算式.通过求解矩阵的广义特征值,利用推导的算式计算RL型截面型钢构件在轴压、绕弱轴和强轴弯曲下的畸变屈曲荷载和屈曲半波长,并与有限条软件CUFSM分析结果和既有理论公式的解相比,结果表明所得算式具有较高的精度.公式推导过程和结论可以为工程设计和进一步研究中计算畸变屈曲荷载提供参考.     

超高强度钢材焊接箱形轴心受压柱整体稳定的有限元分析

目的运用有限元方法分析计算超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定受力特性的准确性和可靠性,以及残余应力的影响.方法运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对11个超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行了有限元分析,并与相应的试验结果进行对比.结果有限元计算得到的承载力与试验实测结果的平均误差〈4%,且标准差〈5%.残余应力的2种变化对整体稳定承载力的影响〈3%.结论建立的有限元模型能够准确地分析计算超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性,为进一步运用该有限元模型对各种截面的超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性进行分析计算提供了正确性依据.残余应力的变化对超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小,可能采用比普通钢材钢柱高的整体稳定系数.     

FRP轴心受压构件弯曲屈曲临界力计算方法

为分析纤维增强复合材料(简称FRP)轴心受压构件弯曲屈曲临界力,建立了包含176根FRP轴压构件弯曲屈曲试验数据的数据库,总结并评价了目前用于预测FRP轴压构件弯曲屈曲临界力的5种计算模型(欧拉公式、Engesser修正公式、Haringx修正公式、Strongwell公司建议公式及Fiberline公司建议公式)。随后基于FRP构件初始弯曲实测值,提出FRP轴压构件整体稳定系数表达式,并建立考虑初始弯曲影响的FRP轴压构件弯曲屈曲临界力的理论计算模型;同时基于该数据库,通过回归分析建立FRP轴压构件弯曲屈曲临界力经验模型,并采用数据库及数值计算分别验证了上述两种新模型的准确性。最后,对两种新模型预测精度进行分析,结果表明：基于本文试验数据库(截面宽度在25.4～254 mm,高度在25.4～254 mm,有效长度在203～6 300 mm的构件),Strongwell公司建议公式误差最大,欧拉公式、Engesser和Haringx修正公式高估了FRP轴压构件弯曲屈曲临界力,Fiberline公司建议公式低估了弯曲屈曲临界力;本文提出的理论模型及经验模型在预测试验数据库涵盖的截面尺寸及...     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

高速离心泵平衡孔轴面安放角对其性能的影响

为研究高速离心泵平衡孔轴面安放角对其内外特性及转子轴向力的影响,以一台转速为30 000 r/min的高速离心泵为研究对象,利用N-S方程及RNG k-ε湍流模型进行全流场数值计算。结果表明:随着轴面安放角的增大,高速离心泵轴功率P基本保持下降趋势,下降为最大轴功率的2.8%;效率η基本保持上升趋势,上升为最小效率的1.1%;扬程H最大变化量为设计扬程的1.5%,并出现极值点;随着轴面安放角的增大,平衡孔泄漏的高压射流对离心轮进口的主流排挤越小;当轴面安放角? 30° ≤ θ ≤ ? 10°与0° ≤ θ ≤ 20°时,随着轴面安放角的增大,转子轴向力减小,在轴面安放角θ = 0°时,轴向力发生骤增,出现极大值点;与传统轴面安放角θ = 0°的平衡孔安装方式相比,本研究中轴面安放角θ = 20°时,轴向力降低67.92%,可有效平衡转子轴向力。     

两端铰支压杆稳定问题的动态演示

轴向受压的细长弹性直杆,给杆以微小侧向干扰使其稍微弯曲,则在去掉干扰后会出现两种不同情况:当轴向受压较小时,压杆最终恢复其原有直线形状;当轴向受压较大时,则压杆形状不能恢复,甚至继续弯曲。本文以两端铰支的细长弹性直杆这一具体问题来细致描述稳定、临界和失稳。从设计思想、理论依据到处理方法阐述模拟过程,给出用户界面。