体内外配束预应力混凝土箱梁的力学响应研究

对于体内外混合配束的预应力混凝土箱梁,根据层壳单元理论,结合混凝土关联流动法则、混凝土弥散裂缝模式及钢筋的双线性理想弹塑性本构,建立了箱梁结构的非线性有限元模型,并进行了数值分析。通过对称加载和偏载加载的典型加载分析可知,偏载会产生应力集中的现象,使得结构的极限荷载偏低,故在结构运营过程中应尽量避免出现偏载的加载方式。无论对称加载或偏载加载,体内外混合配束的预应力混凝土箱梁都经历了较为明显的4个发展阶段,即弹性受力阶段、非线性初始阶段、非线性发展阶段和高度非线性阶段。研究结论可供工程设计参考。     

体外预应力混凝土箱梁结构的力学响应研究

引入退化壳单元理论,并采用拉伸刚化模型和理想弹塑性模型来描述混凝土和钢筋的材料非线性,并建立体外预应力混凝土箱梁的分析模型。通过典型加载分析可知,受力裂缝发生于跨中,且随着加载量增大,裂缝由跨中向两端发展直至结构破坏。加载初期预应力钢筋的应力变化缓慢,加载后期变化迅速,结构破坏时体内预应力钢筋进入屈服阶段,而体外预应力钢筋仍未屈服。加载初期梁体刚度基本保持不变,挠度随荷载的增加呈线性增加;随着荷载的增加,截面刚度下降,进入加载后期后刚度退化迅速。     

预应力梁结构响应的简要荷载试验法研究

根据简要荷载试验方法,对预应力梁的结构响应进行了研究。采用单级加载的方法,以加载车在主梁控制截面处事先确定的几个停留位置,测量相应的各主梁控制截面处的挠度。依据实测主梁挠度,根据相关数理统计理论,建立主梁的荷载-挠度方程,对主梁在预期较高荷载标准车辆或重车作用下的跨中最大挠度进行预测,从而完成对钢筋混凝土简支梁桥的承载能力预测工作。通过与实桥试验数据对比可知,简要静荷载试验方法能对预应力混凝土梁在正常使用阶段的行为进行有效预测,易于在实际工程中的应用。     

横向体外预应力加固混凝土空心板梁桥的结构响应研究

横向体外预应力方法是一种加固原理简单、易于实际工程实现的加固方法。该加固方法能明显提高装配式混凝土空心板梁桥横向整体受力性能,增大板桥的横向刚度和板间联系,使得各板间的协同作用性能增强。针对某混凝土空心板梁桥实际工程,采用有限元方法,建立了加固前后的空心板梁桥空间计算模型,进行了横向体外预应力的模拟,并从挠度和荷载横向分布系数角度对横向体外预应力方法的加固效果进行了分析。通过实际数据对比分析可知,横向体外预应力加固效果良好,分析方法正确,研究结论可供混凝土空心板梁桥工程设计参考。     

预应力混凝土刚构U型梁的受力性能研究

基于实体退化法,对预应力混凝土刚构U型梁的受力性能问题进行了研究。建立了实体退化单元基本模式,推导了实体退化单元的坐标表达式和位移场表达式,并得到了相应的法向力、弯矩、扭矩和剪力的内力表达式,同时基于四参数屈服准则等考虑了混凝土的材料非线性。对预应力混凝土刚构U型梁实例进行了分析,结果表明,实体退化单元能有效地模拟预应力混凝土刚构U型梁,随着加载量增大,预应力钢筋在普通钢筋屈服后应力增长迅速。研究结论可供工程设计参考。     

各向异性非线性随动硬化本构模型的建立及应用

基于平面应力假设,采用HILL48各向异性屈服准则和A-F非线性随动硬化模型及塑性流动法则建立一种各向异性非线性随动硬化本构模型。运用向后欧拉回映算法,通过Fortran语言编写UMAT子程序,将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中。以板料经过拉深筋的循环加载问题为研究对象,利用开发的本构模型、ABAQUS软件中的各向同性屈服及随动硬化模型对板料经过拉深筋的变形过程进行数值模拟分析,得到切向应力-应变循环变化曲线。对比试验结果,开发的弹塑性本构模型的计算精度更高,验证了所建本构模型的有效性,该模型可以应用于板料反向加载变形行为研究。     

预应力混凝土T形梁破坏全过程的双重非线性分析

根据预应力混凝土T形梁的预应力钢筋配置特点,推导混杂组合单元,建立相应计算模型,并就几何非线性对其力学响应进行研究。基于实体退化单元理论构造混杂组合单元,混凝土和普通钢筋采用层单元模拟,平直和弯曲预应力钢筋分别采用层单元和空间TL单元模拟。根据有黏结预应力钢筋和混凝土的位移协调性,推导了混杂组合单元的整体转换矩阵和钢筋对混杂组合单元整体刚度矩阵的贡献;同时,实现了多组分材料的双重非线性。由算例分析可知,计算结果与试验成果吻合良好;加载初期至屈服荷载阶段,几何非线性影响不到10%,此阶段可只考虑材料非线性;屈服后至破坏阶段,几何非线性影响超过10%,故进行屈服后的受力性能分析应计入几何非线性。     

后张法预应力混凝土T梁的极限承载力研究

钢筋混凝土结构通常由钢筋和混凝土等2种材料组成,正确描述这2种材料的本构关系是准确进行结构分析的关键。非线性分层单元是将1个壳单元划分成若干层,各层可以根据需要设置不同的厚度和材料属性。算例分析表明,非线性单元进行有限元分析得到的试验梁跨中截面荷载挠度曲线与试验值符合较好,且结构破坏时的荷载吻合程度也良好。表明采用该单元对结构的受力行为,特别是结构开裂后的受力行为进行分析,具有较高的可靠性和稳定性。该研究方法可供工程设计参考。     

预应力混杂FRP布加固混凝土梁的抗弯性能试验及裂缝发展模拟研究

预应力混杂FRP布加固混凝土梁是一项新的加固技术,对该加固混凝土梁的抗弯性能进行了试验研究,分析了加固后混凝土梁在荷载作用下三分点加载全过程及破坏形态,对比分析了加固混凝土梁的屈服荷载、极限荷载、变形、裂缝分布及扩展情况,研究了有效预应力、混杂纤维配比对加固混凝土粱抗弯性能的影响。基于分层单元理论建立了加固混凝土梁的计算模型,并对典型加载的混凝土裂缝分布及扩展进行了模拟,实现了裂缝可视化分析,研究结果为实际工程提供了参考。     

偏载工况下修形圆柱滚子轴承接触应力与承载能力分析*

以NJ2205型压缩机用圆柱滚子轴承为分析对象,针对偏载工况下滚子与滚道之间应力分布出现"边缘效应"和"偏载效应"的问题,利用Romax软件对滚子进行修形,分析径向载荷作用下不同偏载系数对接触应力分布特性的影响,确定最佳偏载系数及相应的承载区间。结果表明:滚子偏载后接触应力沿接触线呈非对称分布,最大接触应力向重载端偏移,滚子有效承载长度减小,致使滚子重载区域接触应力远远高于轻载端;偏载作用下滚子与滚道接触应力随着径向载荷的增幅明显大于正载;随着偏载系数的增大,偏载效应得到显著改善,应力分布趋于均匀,但偏载系数增大会导致应力峰值向滚子中部集中;在特定工况下存在一个最优的偏载系数,使得滚子获得最优承载能力,且接触应力降低,疲劳寿命显著提高。     

基于邓肯-张本构的后装压缩式垃圾车车厢有限元分析

以邓肯-张非线性本构模型模拟压缩垃圾的应力-应变关系,在ANSYS中建立了压缩垃圾的邓肯-张三维本构模型;通过分析垃圾压缩过程中垃圾的密度变化,建立垃圾密度关于垃圾车加载次数的密度分布模型;最后分析满载挤入工况下车厢和垃圾的受力情况,用有限元方法计算出该工况下车厢的应力,将实验测试结果和仿真结果相比较,试验值与仿真值误差范围在10%左右,验证了有限元模型以及垃圾本构模型的准确性。     

简支T梁桥横向连接状态评价理论与试验研究

横向连接损伤是简支T梁桥常见的病害形式之一,准确地把握横向连接的使用状态是确保该类桥梁安全应用的关键措施。采用跨中截面的挠度分布系数来代替各梁的荷载横向分布系数,建立了基于BP神经网络的横向连接损伤识别方法,以挠度分布系数为输入,以跨中截面各横隔板的损伤为输出。采用数值模拟算例和实际工程应用的方法,验证了所形成方法的有效性和可行性。     

振动摆动辗压黏弹塑性统一本构关系研究及其滞回过程的模拟

在考虑热成形时的温度场效应并避开屈服面假设的条件下,利用连续介质力学理论和热力学理论建立完善的黏弹塑性统一本构关系。在引入与温度有关的运动硬化内变量和等向硬化内变量后,通过分析热加工的稳态蠕变过程中的内变量与应力的演化过程,建立了基于内变量的黏弹塑性统一本构方程;采用欧拉差分法,得到了统一本构方程的数值解。按照等应变率循环加载方式,并利用MAT-LAB进行计算机仿真,发现了内变量以及黏弹塑性统一本构材料应力应变的变化规律,并验证了所建立的黏弹塑性统一本构模型的正确性。     

基于循环拉-压试验的混合硬化模型参数确定及模型应用

材料弹塑性本构模型是影响有限元模拟精度的最重要因素,混合硬化本构模型能较准确表现材料塑性变形过程真实硬化特征,而本构模型中材料特性相关参数是否准确直接影响到有限元模拟的精度。基于Hill48各向异性屈服准则,结合Voce各向同性硬化模型和Armstrong-Frederic非线性随动硬化模型,建立一个考虑材料各向异性和Bauschinger效应的混合硬化弹塑性本构模型。通过循环拉伸-压缩试验,获得DC54D+ZF镀锌板的循环变形应力-应变曲线,并利用通用全局优化算法,根据单向应力状态混合硬化本构方程,准确地确定了混合硬化模型中的材料特性参数。最后,使用ABAQUS有限元软件对板材循环拉伸-压缩问题和板材过拉深筋问题进行该本构模型的适用性分析,验证了所建立的各向异性混合硬化材料本构模型的可靠性和精确性。循环拉伸-压缩试验是直接准确地获得本构模型材料参数的有效方法。     

筋板及约束条件对双梁桥式起重机主梁挠度的影响研究

针对双梁桥式起重机的主梁挠度有限元分析效率和精度问题,以QD75t-31.5m-A3双梁桥式起重机作为研究对象,基于Ansys Workbench软件分析主梁的筋板和约束条件对主梁最大挠度的影响,推荐主梁挠度有限元分析的主梁模型和约束条件;验证主梁的静刚性,进行主梁的挠曲线仿真分析。结果表明：主梁筋板对最大挠度分析的影响可忽略不计,选用推荐主梁模型作为挠度分析的几何模型;考虑端梁对主梁最大挠度分析的影响,选用推荐约束作为挠度分析的约束条件;主梁的静刚性符合要求,并且挠曲线最大挠度值的精度提高了4.02%。     

轮胎作用下钢⁃混组合梁桥面铺装动态响应

钢-混组合连续梁桥面铺装层受力十分复杂,桥面铺装层早期破坏与其车辆荷载的动态响应密切相关。建立了实体橡胶轮胎和三跨钢-混组合连续梁模型,轮胎采用Yeoh模型,桥面铺装材料(沥青混合料)采用广义Maxwell模型,将整车后轴悬架动态力施加于橡胶轮胎,求解桥面各铺装层垂向挠度、垂向应力、纵向应力、横向应力及位移谱,并且与移动荷载进行比较。结果表明:三跨钢-混组合梁的每跨垂向挠度比移动荷载大21.3%,4.7%,8%,纵梁垂向挠度比桥面铺装层小8.9%;上面层与水泥混凝土层应力变化趋势相似,下面层应力比较复杂;上面层位移响应频率集中于0～6 Hz范围。文中数据对桥面铺装层结构优化具有较大指导意义。     

基于ABAQUS的钛合金切削有限元分析

基于弹塑性的有限元理论建立了钛合金的二维切削模型,运用通用有限元软件ABAQUS对钛合金的切削加工过程进行了非线性的热．弹塑性仿真分析。研究了切削中涉及到的有限元网格模型、材料本构关系、刀-屑间摩擦和材料失效准则等关键技术,得出了切削中的材料表面应力应变和温度分布,为钛合金的切削工艺优化提供了一种方法。     

铜基粉末冶金多孔材料在高应变率下的力学性能及本构关系

通过实验得出铜基粉末冶金摩擦材料在高应变率下的应力应变曲线，建立该材料的本构模型。在分离式Hopkinson压杆(SHPB)上进行了该材料在10^2/s-10^3/s应变率范围内的冲击试验，弹速范围为4m／s-15m／s，在透射杆上采用半导体应变计技术；在MTS实验机上做了该材料在10^-4s/10^-3/s应变率范围内的准静态实验，分别在应变为0．005、0．01、0．02、0．035时卸载再加载，以验证该材料的粘弹塑性特征。通过分析动态和静态实验曲线，发现该材料在应变率300/s和准静态时有应变硬化效应，但在500/s以上却反映出应变软化效应，得出该材料为含损伤非线性粘弹塑性材料，故提出用适应于脆性材料的粘弹塑性模型和粘塑性项的组合本构模型来拟合该材料应变弱化段的本构方程。所得结果可推广应用于类似烧结合金的材料。     

深沟球轴承非赫兹接触及失效机理分析

考虑轴向载荷、弹塑性本构、协调接触、轴承游隙等因素的影响,对某汽车变速器中所采用的深沟球轴承在服役过程中出现的失效问题通过非赫兹有限元数值模型进行了求解,并据此分析了该轴承在工作过程中的失效机理。进一步研究了轴承材料本构、交变载荷等因素对接触状态的影响。结果表明:弹性本构承载体积小于弹塑性本构,应力水平高于弹塑性本构;载荷按一定角度作用可以降低轴承内部应力极值;载荷增加使应力极值和初始屈服深度增加,但当载荷过大时,初始屈服深度会急剧减小。     

自内力加载装置的设计与实践

土木工程本科教学用自内力加载装置着眼于土木工程专业本科生实验教学工作。该装置由钢制自内力反力架、预应力混凝土梁和液压千斤顶组成,采用由下向上的加载方式加载,梁就位后上表面的高度在1.5m左右,方便观察和操作;预应力梁工作期间不产生裂缝,可开设预应力梁应力分布实验、混凝土电阻应变计精度校核实验。