基于混合模型的供热直埋弯头应力有限元分析

本文针对大口径弯头,应用ANSYS有限元分析软件。先采用梁单元对管道进行整体结构分析。然后在整体结构分析基础上采用薄壁壳体单元对弯头进行局部有限元分析,可以得到弯头壳体应力的大小和分布规律。     

圆形ETFE气枕粘塑性成形过程分析

设计制作了圆形ETFE气枕模型,进行气枕粘塑性成形试验,得到气枕膜面高度与内压的实时变化曲线。基于Perzyna的粘塑性本构方程,对ETFE薄膜进行单向拉伸试验,得到材料拉伸曲线及屈服强度,通过MATLAB拟合得到Perzyna本构方程参数,利用有限元软件进行了数值分析,并与试验结果进行比较。结果表明:ETFE气枕粘塑性成形过程试验结果与数值分析结果吻合良好,运用Perzyna粘塑性本构方程以及非线性材料模型可以准确、有效地完成ETFE粘塑性成形过程分析。     

箱形柱内套筒式全螺栓柱拼接节点参数化分析

在研究的基础上,运用有限元分析软件ABAQUS进一步分析内套筒长度、内套筒厚度、法兰板厚度以及轴压比等因素对箱形柱内套筒式拼接节点的承载力、刚度以及滞回性能等抗震性能的影响。有限元分析表明:内套筒对于柱拼接节点有着增加节点承载力和刚度的作用,且内套筒长度、厚度越大,节点承载力和刚度越高,耗能能力越强;随着轴压比的增大,下柱腹板鼓曲非常明显,而上柱、柱座和内套筒的等效塑性应变均有减小的趋势。适当地增加轴压比(0.1~0.4范围内),可以提高箱形柱内套筒式拼接节点的承载力和刚度,并增强节点耗能能力,但轴压比不能过大,否则将导致下柱腹板屈曲,反而不利于柱拼接节点的受力。     

薄壁异形截面铝合金轴心受压柱屈曲模态耦合及承载力计算

薄壁异形截面铝合金构件广泛应用于建筑结构中,但其截面的复杂性导致该类构件的破坏模态更加复杂。有限元模型采用有限元软件ABAQUS建立并经过试验结果验证。通过有限元方法,分析了薄壁异形截面铝合金柱的塑性屈服、局部屈曲与塑性屈服耦合、局部屈曲与整体屈曲耦合、以及整体屈曲等4种破坏模式的构件变形和截面应力发展。将有限元方法计算的薄壁异形截面铝合金轴压柱极限承载力,与国内外铝合金结构设计规范的计算结果进行了对比。结果表明,现行规范的设计方法在计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的承载力时都较为保守。     

有多条轴对称焊接凹陷的钢圆柱薄壳在内压力和轴压力共同作用下的强度

钢筒仓中圆柱薄壳承受内压力和轴压力共同作用:在轴压和低内压作用下,壳可发生弹性失稳;在轴压和高内压作用下,壳可发生塑性破坏.内压轴压共同作用下的圆柱薄壳对几何缺陷比较敏感:单条轴对称焊接凹陷可使壳的承载力降低;而多条轴对称凹陷由于相邻凹陷的相互作用,可使壳的强度进一步降低;对于小间距的凹陷,这种相互作用更为明显.本文首次对有多条小间距轴对称凹陷轴压圆柱薄壳的整体结构在不同水平内压作用下的强度进行了有限元分析,并将计算结果与欧洲规范EC3的设计曲线进行比较,对EC3的设计曲线提出了修改意见,从而达到安全设计的目的.     

L形直埋弯头应力计算实验研究

为使有限元法准确用于直埋供热管道L形弯头的应力计算,直埋敷设了DN800预制保温管实验台,测试了5种供水温度下L形弯头的应变,将实验应变值与有限元解进行对比分析,验证了有限元模型及其边界条件的正确性。这种经过实验验证的有限元法可准确用于小于弹性臂长的DN600~DN1200直埋供热L形弯头的应力计算。     

基于ABAQUS的HCFST中短柱力学性能分析

基于有限元软件ABAQUS,对圆钢管高强混凝土轴压中短柱力学性能进行非线性有限元分析。采用混凝土塑性损伤模型,讨论了圆钢管高强混凝土中短柱三维非线性分析的建模方法和模型参数取值,研究了其破坏特征,应力和应变特点等。与实验结果对比,验证了有限元模拟结果的可靠性。     

灌孔速成墙体轴压力学性能的数值模拟分析

根据相关试验结果，选取了适当的有限元模型，利用有限元分析软件ABAQUS提供的塑性损伤模型，模拟分析了灌孔速成墙体在轴压作用下的力学性能，得到了极限承载力、荷载一位移曲线等数据，与相应的试验结果吻合较好。     

碳纤维加固混凝土内压管结构有限元分析

采用有限元方法对碳纤维增强材料 (CFRP)加固混凝土内压管道受力性能进行分析 ,并与试验结果进行比较。分析结果表明 ,合理选用有限元模型可以较好地模拟试验情况。同时根据有限元分析结果对CFRP加固混凝土内压管的受力机理进行初步探讨。     

内压与局部轴压共同作用下钢筒仓屈曲性能研究(Ⅱ):屈曲应力计算方法

采用有限元方法研究了考虑内压影响的局部轴压作用下钢筒仓屈曲应力。考察了内压、局部轴压分布角及径厚比等因素对钢筒仓屈曲应力的影响。将内压与局部轴压作用下钢筒仓屈曲应力的分析结果与现有规范中关于内压与均匀轴压作用下钢筒仓屈曲应力的计算结果相比较,发现现有规范公式不能准确计算内压与局部轴压作用下钢筒仓的屈曲应力。在参数分析的基础上,提出了相应的考虑内压影响的局部轴压作用下钢筒仓屈曲承载力计算公式。经验证,该公式与有限元分析结果吻合较好。     

三轴应力下再生粗骨料塑性混凝土的力学性能和破坏准则

通过单轴、侧压相等和侧压不等三轴压缩试验,研究了再生粗骨料塑性混凝土(RPC)的应力-应变-强度特征,与原生粗骨料塑性混凝土(PC)性能进行了对比,并建立了基于空间八面体的强度破坏准则.结果表明:再生粗骨料塑性混凝土强度与围压的关系符合库伦破坏准则,其黏聚力低于原生粗骨料塑性混凝土,内摩擦角相差不大;再生粗骨料塑性混凝土应力-应变曲线由单轴下应变软化转变为三轴下塑化,且侧压越大,理想塑化越明显;在3种试验下,试件均出现了最大体应变,且随着侧压的增加而增大;再生塑性混凝土抗裂性能高于原生粗骨料塑性混凝土,且随侧压增大而增强.     

考虑温度影响的球形盐穴弹塑性解析分析

地下盐穴储库在存储运营过程中洞室内的高温是关乎盐穴稳定性的重要因素。将地下盐穴储库的形状简化为球形,考虑温度不均匀变化产生的热应力以及温度对黏聚力的影响,基于Mohr-Coulomb屈服准则、理想弹塑性模型以及非关联的流动法则,得到了存储内压、地应力和温度共同作用下盐穴储库围岩应力及位移的解析解答,与相同假定下有限元模型的结果吻合很好。分析了温度以及温度引起的盐岩黏聚力劣化对盐穴稳定性的影响。结果表明,温度对于盐穴洞室的稳定性有着不可忽略的作用,温度升高促进了塑性区半径和变形的扩展;高温差下盐岩黏聚力劣化对塑性区的影响更加明显。     

注采气循环荷载作用下含夹层岩盐储库洞室夹层在不同模型下粘塑性变形分析

本文根据我国岩盐矿层的复杂性，结合现有的岩盐和层状岩盐的压缩试验进行分析，以不同运行内压和泥岩央层作为切入点分析了洞室的粘塑性变形和稳定性。在循环内压的作用下洞室稳定性要好于稳定内压，但在循环内压作用的初期．洞室围岩产生了波动性变形，应注意对注采气速率的控制。以免洞室围岩受到大的围压波动从而产生较大的位移变形．否则会对洞室的稳定性不利。     

Elephant's foot buckling in pressurised cylindrical shells

Metal cylindrical bins, silos and tanks are thin shell structures subject to internal pressure from stored materials together with axial compression from the frictional drag of stored materials on the walls and horizontal loads. The governing failure mode is frequently buckling under axial compression. The internal pressure exerted by the stored fluids or solids can significantly enhance the buckling strength, but high internal pressures lead to severe local bending near the base. Local yielding then precipitates an early elastic‐plastic buckling failure. This failure mode, commonly known as “elephant's foot buckling”, has received relatively little attention to date and until recently was often ignored in tank and silo design. This problem is an unusual buckling condition, because it involves very high tensile stresses in one direction, coupled with rather small compressive stresses in the orthogonal direction. Thus, although it is a buckling failure involving considerable plasticity, it occurs at low buckling stresses and under conditions that appear to be classically “slender”. The normal concatenation of “slender” with “elastic” in buckling formulations does not apply at all here. This paper describes alternative approaches to the formulation of design rules for the elastic‐plastic instability and collapse of axially‐loaded internally‐pressurised thin cylindrical shells adjacent to the base support. The differences between the different approaches arise from different conceptual models for the manner in which an elastic‐plastic slender structure instability should be treated.     

玄武岩纤维加筋黏土三轴试验研究

按纤维与干土质量的百分比0.0%,0.1%,0.2%,0.3%和0.4%配制了玄武岩纤维加筋黏土试样,在控制干密度的条件下,对试样进行了一系列三轴固结不排水剪试验。试验结果表明:(1)玄武岩纤维加筋黏土试样的破坏形态均呈鼓胀型,为明显的塑性破坏;(2)采用玄武岩纤维加筋,能够显著增加黏土的有效黏聚力,但对有效内摩擦角影响不大,当纤维掺量为0.3%时,土体的有效黏聚力最大;(3)玄武岩纤维加筋黏土的应力–应变关系总体表现为弱硬化型,可以用双曲线来拟合,在纤维掺量相同时,其拟合结果的参数b随围压的增大而减小,在围压相同时,参数b随掺量的变化规律与围压大小有关。     

滚石冲击荷载作用下土体屈服特性研究

 滚石冲击压力是滚石防护结构设计的重要参数,当不考虑被冲击材料的弹塑性特性时,获得的冲击压力非常大,几乎不能用于工程设计。而实际岩土材料均为弹塑性体,在滚石冲击压力下,会产生很大的塑性变形,为此,必须研究土体的初始屈服压力作为判断土体是否开始进入屈服的条件。以Hertz接触力学为基础,假设土体服从莫尔–库仑屈服准则,研究土体在滚石冲击荷载作用下的初始屈服压力和初始屈服冲击速度。研究结果表明：土体初始屈服冲击速度非常小,其中黏聚力对其有较大影响,而内摩擦角对其影响相对较小。     

岩石黏结摩擦特性及非线性强度的指数准则描述

 岩石具有黏结和摩擦特性,但两者在同一位置并不同时存在。裂隙摩擦力随围压增加,达到邻近完整岩石黏结力后将不再滑移引起材料破坏,影响试样强度的裂隙倾角范围随之减小,引起强度非线性增加。主控裂隙引起强度在低围压下线性变化,但不能以Coulomb准则直接确定岩石的内摩擦角。砂岩内存在多种倾角的自然裂隙,引起单轴压缩及低围压的强度离散,围压增高裂隙影响减小,强度随围压规则变化而以指数准则描述;轴向压缩塑性变形引起大理岩黏结力由低向高逐步丧失,而热力损伤引起黏结力整体降低;冻结使岩石黏结力提高而内摩擦角不变。若岩石具有宏观各向同性特征,则常规三轴强度可用指数准则描述,据其确定的初始围压影响系数可估计裂隙摩擦系数;进而理解裂隙对试样强度影响的非线性特征,评价岩石材料的真实黏结力和损伤。     

灰岩在三轴变围压循环压缩中的变形特征研究

 岩石在周期荷载作用下的力学性能是影响岩体工程长期稳定性的重要因素之一,需研究循环荷载作用下岩石的特性及演化规律。首先采用声波纵、横波波速测量方法,对岩样进行筛选。设计灰岩在施加不同围压和恒定循环上限应力作用下,三轴变围压循环加卸载下岩石变形特征测试方案。三轴变围压循环试验在GCTS–1000型岩石力学测试系统上进行,通过对试验结果的分析表明：(1) 灰岩在变、恒围压加、卸载循环中,形成一封闭的塑性滞回环。在轴向变形上滞回环面积逐次缩小;而变围压循环在径向变形上滞回环面积逐次增大,而恒围压循环在径向变形上滞回环面积几乎相等。(2) 在三轴变围压循环压缩试验中,围压增加和循环上限应力不变,残余变形量随着循环次数的增加而呈现出一个递减的趋势,轴向应变和径向应变的发展趋势是相反的。(3) 在整个循环加卸载过程中,各个加卸载阶段变形模量值不同,卸载阶段变形模量高于加载阶段变形模量。(4) 变围压循环加、卸载阶段变形模量的值大于恒围压循环加、卸载阶段下变形模量的值。通过试验,揭示灰岩在三轴变围压循环下,加载和卸载2种力学状态时变形特性的差异。同时分析变围压循环和恒围压循环状态下岩石弹性参数的差异性。     

软化Drucker-Prager材料强度参数的测定方法

 通过回顾Drucker-Prager材料强度参数随内变量变化时应该满足的本构关系,给出在常规三轴试验机工况下的简化表达。选择轴向塑性压应变作为内变量,得到内变量增量与应变增量和应力增量之间的关系,从而得出各试验记录点对应的内变量。为通过多次试验确定对应同一内变量的2个强度参数,把各次试验的应力在均匀离散的内变量点上进行插值,使各次试验对同一内变量按屈服面方程求解强度参数的方程成为可能。得到一种不预设强度参数变化模式也可确定强度参数变化规律的方法。实例分析结果显示试验材料的2个强度参数变化趋势并不一致,不同围压下轴向应力达到峰值对应的内变量也不同,这与围压可提高强度极限并推迟强度极限到来的观点是一致的。     

不同初始损伤和卸荷路径下深埋大理岩卸荷力学特性试验研究

 在卸荷速率研究的基础上,较为系统地开展不同初始损伤程度和卸荷路径下深埋大理岩三轴卸围压试验研究。提出新的卸荷力学描述参量：应变围压增量比和统一围压降参数,并结合扩容参数和塑性内变量深入分析初始损伤程度和卸荷路径对深埋大理岩卸荷变形破坏规律的控制作用。通过直观的卸荷破坏概念模型解释卸荷破坏试验中规律的根源和机制。结合深埋隧洞工程,重点探讨初始损伤程度试验规律的重要工程指导意义,为高应力硬岩脆性破坏灾害(如岩爆)的防治提供理论依据。