基于多尺度建模的GFRP输电塔数值仿真

兼具高比强度和强绝缘性的GFRP构件在输电线路结构中的应用受到广泛关注.采用复合材料单元对GFRP节点进行精细建模,试验表明该有限元模型可有效反映其渐进损伤破坏特征.采用梁单元进行杆件建模,并合理构造杆件和圆柱壳的连接,实现了多尺度有限元建模,有效提高计算效率.主要设计工况下GFRP输电塔力学行为分析表明,GFRP结构模块位移占总位移比例高达70%,横梁失效和主管失效交替发生,节点失效从下往上依次出现.     

钢筋混凝土结构多尺度建模与数值分析

采用通用有限元软件ABAQUS实现了精细单元与粗糙单元之间的界面耦合及变形协调,并通过算例验证了结构多尺度有限元分析方法的有效性和精确性。基于多尺度方法,结合纤维模型子程序与混凝土塑性损伤模型,对钢筋混凝土框架结构进行多尺度建模,并进行了弹塑性时程分析及局部构件损伤分析。结果表明:对于大型结构或复杂结构来说,多尺度计算可较好地模拟局部构件的复杂边界条件,为大型工程结构进行多尺度计算提供参考。     

BFRP和GFRP筋剪切性能的温度效应EI北大核心CSCD

对温度作用后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋进行了短梁剪切试验,研究了高温后筋材的剪切性能,并提出了温度作用后BFRP、GFRP筋剪切强度的预测计算模型.结果表明:BFRP、GFRP筋的剪切强度均随着温度的升高而逐渐降低;直径为12 mm的BFRP、GFRP筋的剪切强度退化速率比直径为16 mm的更快;270℃高温下,筋材的剪切强度保留率均随着恒温时间的延长呈下降趋势,但BFRP筋的退化速率明显低于GFRP筋;BFRP、GFRP筋剪切强度的退化都主要源于纤维与树脂基体交联度的降低及基体的热降解;与GFRP筋相比,BFRP筋具有更优的耐高温性能.     

输电塔结构的串并行混合多尺度模拟

为了同时精确求解输电塔整体响应和节点局部响应,对输电塔结构进行串并行混合多尺度建模.首先,根据提出的近似影响性判断方法对节点进行分级,并根据影响性级别综合确定节点的串行、并行多尺度模拟方式;其次,在整体刚架模型的基础上,采用子结构法对串行节点建模,并直接对并行节点进行精细化实体建模;再次,通过建立约束方程的方式连接不同...     

基于首次超越破坏的输电塔强风易损性分析

参照输电塔现行设计规范,首先,获得了风荷载作用下单塔结构的能力曲线,并依据结构构件的受力特征,以塔顶位移角为指标讨论了3种首次超越破坏的界限状态。其次,基于拉丁超立方抽样技术获得的结构等效静力计算样本,对界限值划分的合理性进行验证。最后,结合不确定分析样本的统计特性,计算塔架在最不利风向角下,不同顶点位移角限值的易损性曲线,并对比了采用动力可靠性分析获得的“三塔两线”体系计算结果。HCLPF(High Confidence, Low Probability of Failure)对应风速值表明,不同方法的计算结果较为接近,但单塔结构计算效率较高。     

基于性能的输电塔地震易损性分析

本文以某高压输电塔为研究对象,同时考虑了结构本身的随机性和地震作用的随机性,采用了非线性屈曲分析及动力响应分析对结构的抗震性能、地震反应进行了分析。在基于性能的分析框架下,通过蒙特卡罗数值模拟获得了输电塔的抗震能力曲线,并分析了其统计特性,计算得到结构的地震易损性曲线,为输电塔的抗震防灾规划提供风险评估的数据基础。     

基于AR法的某220kV输电塔三维空间风振响应分析

本文以某2E2-SZ2型220kV输电塔为例,建立ANSYS三维有限元模型,并对其进行模态分析.采用自回归(AR)模型编制了输电塔结构的空间三维风速时程模拟程序,在两种攻角风荷载作用下,对输电塔位移、主材应力分布进行计算分析,讨论了脉动风对输电塔的影响并提出一些有益结论.     

基于多尺度小波分析的在线结构损伤诊断方法

将多尺度小波分析引入到在线结构损伤诊断上来,充分利用其在处理非稳态信号上的优势,从在线监测过程中得到的时程曲线中提取结构的损伤信息。通过编制刚度随时间变化的损伤模拟程序,得到损伤结构的时程反应,提出了相应的损伤指标,从而做到对于结构损伤的确认以及时间和空间上的定位,最后通过数值算例验证了该方法在处理在线结构损伤诊断上的可行性。     

基于Midas的输电塔结构模型设计与受力分析

为优化出受力性强、节省材料的输电塔模型,文中借助Midas有限元软件以及结构模型加载试验对输电塔结构模型进行优化.以2019年大学生结构设计大赛的赛题"山地输电塔模型设计"为例,从赛题模型规范、结构选型、Midas软件受力分析、模型加载分析、节点处理等方面进行陈述.结果表明在进行结构模型制作时,结构选型、节点处理以及主...     

基于细观尺度沥青混合料二维建模方法及数值模拟

沥青混合料受非均匀性细观结构影响,其应力特性易发生变化为分析受细观结构影响的沥青混合料应力特性,本研究从细观尺度出发,结合室内劈裂试验结果,利用有限元软件建立二维数值模型分析沥青混合料的力学与损伤特性。结果表明：在沥青混合料疲劳损伤过程中,粗集料尖角附近应力集中现象明显,AC-13C数值模型应充分考虑2.36mm以上的粗集料,并在细观尺度上说明2.36mm作为AC-13C粗细集料分界线的可行性。     

盾构法隧道地表变形影响因素多尺度数值模拟

采用三维非线性有限元数值方法,对上海典型地层中盾构推进过程进行了精细模拟,研究了多几何尺度下盾构外径、隧道埋深及土层力学性质等非施工因素对地表变形的影响。计算结果表明,盾构机外径的尺度效应和隧道埋深对地表变形影响显著;不同尺度下修正剑桥模型中与土性有关的对数硬化模量λ及泊松比μ与地表变形正相关,而临界状态有效应力比M与变形之间的关系不是单调增加或减小的关系。研究成果为软土地区盾构隧道多几何尺度的模型试验和设计施工参数的选取提供了依据。     

基于多尺度结构整体模型的钢管混凝土节点抗震性能分析北大核心

提出了一套快速有效的多尺度计算操作流程,并采用通用有限元软件ABAQUS通过有限元精细化模型与宏观模型之间的界面连接方法分析研究,对一个复杂高层建筑结构植入钢管混凝土精细化节点模型进行弹塑性动力时程分析,多尺度模型和宏观模型计算结果的对比分析表明,多尺度节点对相邻结点位移的影响较小,对相邻杆件内力存在一定影响。多尺度计算能够在并不显著增加计算时间的情况下更为详细地反映复杂受力构件在整体结构中的抗震工作机理。     

基于多尺度分析的遥感变化检测

面向对象的高分辨率遥感影像变化检测中,分割尺度选取的合适与否是影响检测精度的关键因素之一.针对尺度问题本文提出一种基于多尺度分析的遥感变化检测方法.首先利用易康软件的插件ESP2工具进行最佳尺度估算,对影像中目标地物识别进行最佳分割尺度分析,获得各影像的最佳分割尺度;然后将前后时相影像叠置,生成子对象,在子对象中利用结...     

钢筋混凝土空心桥墩的多尺度建模技术优化

为获得精确和有效的钢筋混凝土空心桥墩数值模拟技术,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,根据某空心桥墩试验结果分析建立了多尺度有限元模型;根据实体部分和梁单元部分长度建立不同比例的多尺度模型M1、M2、M3、M4、M5。对各模型在弹性阶段和塑形阶段的地震响应分别与试验结果相对比,从模型的精确性,效率和用时三方面进行分析,结果发现,随着实体结构占比的增加,位移时程曲线、加速度时程曲线和速度时程曲线都越来越接近试验结果,但是耗时和所占内存却逐渐增加;通过对精确性曲线,效率比曲线和用时曲线的对比,结果表明:M2即实体单元部分占比为0.5的多尺度模型更能模拟实际结构耗能破坏,在精确性和效率方面均能得到保证。     

基于多尺度建模的高铁站雨棚结构抗连续倒塌分析

高速通过的失控列车是高铁站雨棚结构的倒塌风险源,对雨棚结构进行抗连续倒塌分析具有重要意义。为兼顾有限元分析的精度和效率,引入一致多尺度有限元结构建模方法,通过算例验证其应用于结构倒塌动力分析的合理性与准确性。以某高铁站的2个雨棚结构为背景,选取易受失控列车影响的区域建模,利用LS-DYNA建立多尺度模型。采用拆除构件法分析拆除柱后剩余结构的非线性动力行为,以考察雨棚结构的抗连续倒塌性能。结果表明:对于钢结构屋盖雨棚而言,拆除边柱、次边柱和中柱后,拆柱点竖向位移分别为17.6、13.1、12.4 mm,对应的梁端转角依次为0.001 5、0.001 1、0.001 1 rad,均小于规范限值0.009 6 rad,即钢结构屋盖雨棚在3种拆柱情形下均未发生倒塌; 对于钢筋混凝土屋盖雨棚而言,拆除边柱和次边柱后,结构均发生了局部坍塌,但坍塌未延续,即不会发生连续倒塌; 拆除中柱后,拆柱点竖向位移为88.6 mm,对应的梁端转角为0.007 7 rad,小于规范限值0.04 rad,即钢筋混凝土屋盖雨棚结构变形较小,未发生倒塌。     

考虑实际风速的输电塔疲劳寿命分析

风致振动是引起输电塔破坏的主要原因之一,为了研究极端大风区域设计基准期内输电塔在实际风荷载作用下是否会发生疲劳破坏,选取750kV吐鲁番—哈密一线的7A5-J1型耐张塔作为研究依据,研究了沿线风速的分布,采用自回归线性滤波法结合Davenport风速谱编写程序模拟了脉动风速时程,并利用Miner线性累积损伤理论结合材料的S-N曲线建立了一套完整的实际风荷载作用下的输电塔疲劳寿命的计算方法,并以此计算了该线路沿线最不利位置的疲劳寿命。结果表明:该线路输电塔在设计基准期内不会出现疲劳破坏。提出的方法可用于输电塔疲劳设计。     

某风电塔结构基于性能的抗震分析北大核心

可再生能源的利用是缓解能源危机的一条途径,而风力发电则是最成熟的新能源技术之一。风电塔架作为风电机组的支撑结构,其安全稳定关系到风场的正常运行。一般认为,风荷载为风电塔结构设计的主导荷载;然而,在高烈度设防地区,地震作用可能会起到控制作用。目前涉及风电塔结构抗震的研究多基于传统抗震设计理念,但作为一类特殊的结构,其风机工作的需求对塔架结构的抗震性能提出比"小震不坏、中震可修、大震不倒"更细化具体的目标。因而,基于性能抗震设计的方法对风电塔结构具有一定适用性。以一座90 m风力发电塔为背景,初步探讨风电塔结构基于性能抗震设计的可行性,对其进行结构反应分析以及损伤分析,并通过全概率理论计算得到风电塔结构在地震作用下出现各类损伤状态的超越概率。     

基于DIP-FFT数值方法的花岗岩多尺度力学特性研究EI北大核心CSCD

为研究花岗岩的细观力学特性及其结构特征对宏观力学性质的影响,先利用X射线衍射和偏光显微镜获得花岗岩各矿物成分及比例和表面形貌,然后通过纳米压痕试验定性分析各相矿物的力学特性,并计算花岗岩的细观力学参数;最后,为了克服传统均匀化解析法求解等效参数时无法考虑细观结构的形状、大小和分布等特征的问题,将数字图像处理(DIP)技术和快速傅里叶变换法(FFT)有机结合,提出一种能直接利用岩石图像构建数值模型的DIP-FFT数值方法,基于真实细观结构计算等效弹性模量和泊松比,并与均匀化解析解和三轴压缩试验测定的宏观弹性模量和泊松比进行对比。研究结果表明:各相矿物在细观尺度上具有明显的异质性,石英强度高,力学性质稳定,长石次之,云母软弱变形大且内部存在孔隙结构;花岗岩的宏观弹性模量随围压的增加呈增大趋势并逐渐趋于稳定;DIP-FFT数值方法合理考虑了岩石细观结构特征的影响,建立了花岗岩宏细观力学参数的联系,其预测的等效弹性模量和泊松比与中围压下的测试结果吻合。该研究成果将为从微细观尺度确定岩石宏观力学性质提供一种更合理高效的方法,对于评价复杂工程环境下围岩的力学性质有着重要的工程实践意义。     

GFRP-混凝土组合桥面的多尺度分析模型研究

文章提出了一种新型GFRP-混凝土组合桥面,它由双层GFRP板和现浇混凝土组成.为了分析桥面板的力学性能,建立了考虑T形肋局部构造的多尺度有限元分析模型.利用约束方程,将实体单元与壳单元进行了节点自由度耦合连接.同时,建立了组合桥面的实体单元和壳单元有限元分析模型,并与多尺度有限元分析模型比较了应力和跨中挠度.分析结果表明,多尺度有限元分析模型能有效地模拟组合桥面的受力特性,准确反映GFRP板与混凝土交结点处的局部应力,减少了单元数量,显著地节省了计算时间.     

基于多尺度细观力学方法计算水泥基材料的导热系数

基于Eshelby等效夹杂理论和水泥基材料微观结构多尺度特征,从细观力学的角度,研究了水泥基复合材料的热力学性能,推导出了水泥基复合材料的导热系数细观力学一般表达式.借助Mori-Tanaka均质化方法,计算了不同化学组分、水灰比和养护龄期的水泥基复合材料导热系数,并研究了孔隙饱和度的影响.将研究结果与参考文献中的测量值进行综合对比后发现,基于多尺度细观力学的计算方法适用于不同饱和度水泥基复合材料导热系数的评估和计算;所得结果可进一步用于不同原材料和养护条件下水泥基复合材料导热系数及其他热力学参数的精确计算.