U形金属阻尼器沿开口方向的力学性能参数分析

U形金属阻尼是一种具有良好耗能性能的构件,为研究U形金属阻尼器沿开口方向的受力性能,运用ANSYS有限元软件对U形阻尼器进行循环加载模拟,分析其耗能性能。同时为研究精细化参数对其初始刚度的影响,对阻尼器平直段长度、宽度、厚度以及圆弧段半径4个参数进行参数分析。从分析结果可以看出,4个参数都对其初始刚度有不同程度的影响。     

三阶段屈服金属阻尼器抗震性能研究

总结了弯曲屈服型、剪切屈服型、轴向屈服型及弯剪组合屈服型4种不同耗能机理的分阶段屈服金属阻尼器的研究现状。在此基础上,提出了一种由矩形剪切钢板和U形弯曲钢板组合的三阶段屈服金属阻尼器,分析了其构造形式、耗能机理及设计参数。利用有限元软件ABAQUS对其进行模拟,结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能优良,在不同强度地震作用下能依次实现各耗能钢板的分阶段屈服的目标,以期为分阶段屈服金属阻尼器在实际工程应用中提供借鉴。     

阵列型金属阻尼器钢棒耗能元件设计与性能研究

设计了5种形式的Q235材质钢棒耗能元件,包括1种等截面钢棒耗能元件RED A和4种变截面钢棒耗能元件RED B,RED C,RED D和RED E。首先,以数值模拟结合正交试验的方法分析各耗能元件的直径d、长细比δ、端板锚固长度l_m、内缩直径d₁、锚固端延伸长度l₁以及中部等截面长度l₂等几何参数对其耗能性能的影响;其次,研究钢材力学性能参数对钢棒耗能元件耗能性能的影响,将材质为低屈服点钢LYP100,LYP160和LYP225的耗能元件耗能性能与Q235材质的耗能元件进行对比。结果表明:在5种耗能元件中,RED D的耗能能力最强,且当其几何参数组合为直径d₀=40 mm、长细比δ=4、内缩直径d₁=20 mm、中部等截面长度l₂=20 mm时,耗能性能最优,耗能系数达到2.71;当耗能元件材质为低屈服点钢时,耗能性能进一步提升;耗能元件RED D在最优几何参数条件下,采用低屈服点钢LYP160制作时,耗能系数高达3.12。     

受压U肋加劲板局部稳定受力性能数值模拟

为了掌握受压U肋加劲板的局部稳定受力性能,考虑残余应力与初始几何缺陷,建立U肋加劲板局部稳定试验试件的有限元模型,通过考虑不同宽厚比的试验验证该数值模拟方法的正确性;将U肋加劲板及其腹板简化为四边简支板,并通过数值模拟方法验证四边简支板简化模型的正确性。结果表明:采用数值模拟方法计算得到的破坏模态和应力 位移曲线与试验曲线吻合较好,所计入的残余应力和几何缺陷大小是合理的;采用简化的四边简支板模型和试验试件模型计算的应力 位移曲线从开始到峰值吻合较好,在下降段四边简支板模型下降斜率有所增大;在分析受压U肋加劲板受力性能时,可以选用等效四边简支板简化模型分析其局部稳定承载力。     

双向扭转型金属阻尼器的研究

目前铅阻尼器多数是采用使铅发生相对平行移动的位移从而产生塑性变形,以此消耗外部能量。由于要提供相对平动,使一般的阻尼器都构造复杂。针对以上情况本文提出一种新型的阻尼器——双向扭转型金属阻尼器。该阻尼器利用铅可再结晶的特性,通过金属扭转变形,从而使铅消耗能量。实现了构造简单,原理简明并且可以提供有效阻尼的目的。     

结构附加金属阻尼器减震性能研究

先利用等效线性化方法计算出结构满足目标位移降低率的金属阻尼器投放量,采用自编程序进行了计算分析。结果表明:结构附加金属阻尼器后,抗震性能有了很大提升,对结构的层间位移,层间剪力,以及顶层位移,顶层位移角等起到更好的抑制作用。     

新型双向扭转型金属阻尼器的理论研究

在地震作用下,合理安装阻尼器可以提高结构的抗震性,因此对于阻尼器的构造提出更高的要求,本文提出一种新型扭转型金属阻尼器.通过简单的构造,在地震作用下使金属扭转变形,利用铅可再结晶的特性,达到消耗地震能量的目的.对提出的新型阻尼器力学模型进行数值分析,证明本文设计的金属阻尼器具有良好的耗能生能.     

设置不锈钢U型阻尼器连续梁桥减震性能研究

不锈钢材料耐腐蚀性能强,具有良好的韧性、延性及较高的强屈比,在结构减震器领域有良好的应用前景。本文提出采用奥氏体型不锈钢S304与双相型不锈钢S2205制作U型金属阻尼器,组合板式橡胶支座用于连续梁桥减震设计。采用ABAQUS对不锈钢和高延性SN490B钢U型阻尼器的滞回特性进行对比,并以一座5跨连续梁桥为研究对象,计算比较了设置不锈钢U型阻尼器与SN490B钢U型阻尼器下桥梁在近断层地震动下的地震响应,结果表明：不锈钢U型阻尼器在平面内、平面外和双向加载下均具有稳定的滞回曲线,在相同的位移加载下S2205不锈钢U型阻尼器可提供更大的恢复力和等效刚度,但等效黏滞阻尼比略低;S304不锈钢U型阻尼器耗能能力与SN490B钢U型阻尼器相近,在±100mm位移幅值内可具有更小的等效刚度和更大的等效黏滞阻尼比;设置S2205不锈钢U型阻尼器可以更好地控制连续梁桥墩梁的相对位移,同时没有在桥墩底部产生更大弯矩及造成过大的损伤;设置S304钢U型阻尼器对墩梁相对位移控制能力要弱些,但对桥墩会有更好的保护作用。     

U型软钢阻尼器的设计及力学性能分析

文章提出了一种U型软钢阻尼器,并根据该阻尼器的受力特点,建立了相应的力学分析模型。同时,运用ANSYS有限元软件模拟了该阻尼器的滞回特性,获得了其主要力学性能参数,并与所建立的力学分析模型进行了对比分析,二者基本一致。从分析结果可以看出,本文所设计的U型软钢阻尼器具有良好的受力性能和理想的滞回耗能特性。     

形状记忆合金-摩擦复合阻尼器力学性能研究

提出一种新型形状记忆合金（shape memory alloy,简称SMA）-摩擦复合阻尼器。该阻尼器由超弹性SMA单元和高耗能摩擦单元串联而成,通过控制摩擦单元的摩擦力大于SMA单元的最大输出力,可实现自动调节耗能单元工作状态的功能,即：较小荷载作用下,仅SMA单元工作,消耗能量少,具有自复位功能;较大荷载作用下,SMA单元和摩擦单元依次工作,消耗大量能量,具有一定的变形回复能力。对阻尼器进行拉压循环力学试验,研究了位移幅值、加载频率和扭矩对其输出力-位移曲线以及摩擦力、割线刚度、单位循环耗能量、等效阻尼比、残余位移等力学参数的影响。将基于Graesser本构模型基础上的SMA单元力学模型和摩擦单元的理想刚塑性模型串联,建立了阻尼器的力学模型;数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明了该力学模型的正确性。     

拟线性摩擦阻尼器性能试验与有限元分析

提出一种拟线性摩擦阻尼器,其构造部件主要包括套筒、滑动轴和摩擦环。滑动轴与摩擦环同轴连接为一个整体,套筒中部的内径稍大于其他部位,在内壁形成很浅的凹槽,摩擦环装配在此凹槽内。通过合理设计,使得初始状态时摩擦环与套筒内壁保持间隙配合,二者接触面上无接触应力;而当滑动轴相对套筒左右移动时,摩擦环与套筒内壁形成过盈配合,在接触面上产生摩擦应力,偏离初始位置的移动幅度越大,接触面产生的摩擦阻力也越大,使该阻尼器提供近似线性滞回阻尼,即阻尼力的大小与位移幅值近似成正比,阻尼力的方向与速度相同。有限元数值模拟和试验研究结果表明：该阻尼器能够实现位移相关的线性滞回阻尼的基本特征,基于弹性力学给出的近似计算公式能够反映试验得到阻尼器滞回特性,可以用于阻尼器的初步设计。图12参23     

钢筋混凝土U形截面梁扭转性能有限元分析

混凝土U形截面薄壁梁广泛应用于城市轨道交通及高架桥结构中,在双线单侧偏心荷载作用下承受扭矩作用,然而该类开口薄壁结构的受扭性能较差,因此需对其扭转性能进行研究。在4根固接钢筋混凝土U形截面梁纯扭矩作用试验的基础上,采用ABAQUS分析软件对试验梁建立有限元模型,分析其扭矩-扭转角曲线、裂缝的开展规律、钢筋应变特征及破坏模式。结果表明：U形截面梁出现弯曲裂缝和剪切裂缝,最终发生弯曲破坏（受拉区纵筋屈服,受压区混凝土压碎）,由跨中及支座截面的翘曲正应力决定;有限元模型对U形截面梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载进行预测,并与已有试验结果对比,结果吻合良好。该建模分析方法可以可靠预测U形梁的开裂、屈服和极限扭矩,能够为后续钢筋混凝土U形截面梁扭转性能的变参数分析及结构设计提供参考。     

采用新型阻尼器的框架结构数值模拟分析

采用通用有限元软件MSC.MARC,编制了非线性子程序,对装有新型钢阻尼器的二层框架结构进行了数值模拟,模态分析和动力响应分析,并与不装设阻尼器的框架结构进行了比较,论证了通过编制非线性梁单元子程序来模拟形状复杂的新型钢阻尼器具有可行性。     

ETFE气枕力学性能试验研究及有限元分析

对1个乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)气枕足尺模型进行形态测试、加载测试及自振测试,研究了气枕的静力性能和动力特性.建立了ETFE气枕有限元模型,进行了形态、荷载及模态分析,验证了有限元分析方法的有效性.结果表明:气枕内压对外荷载较为敏感,荷载作用下内压变化幅度随初始内压增加而非线性减小;作用于气枕中部或单侧的荷载较对称荷载会引起更大的变形和内压变化;相同荷载作用下,气枕变形随初始内压增加而非线性减小;在试验内压范围内,测试气枕的基本自振频率位于6 ～ 10 Hz之间,前两阶自振频率间隔较大,2～5阶自振频率分布更为密集,气枕各阶频率均随初始内压升高而非线性增加;在低阶模态中,气枕上、下层膜面呈对称振动;ETFE气枕为低阻尼结构,各阶模态阻尼比随初始内压增加而减小;形态、荷载及模态分析的有限元结果均与试验结果吻合良好,验证了共同作用有限元模型在ETFE气枕静、动力分析中的准确性和适用性.     

扇形铅黏弹性阻尼器综合设计及加固框架抗震性能分析

为研究扇形铅黏弹性阻尼器与加固框架结构之间的匹配关系及其对加固框架抗震性能的影响规律,用ABAQUS软件建立了对比空框架和加固框架的精细化有限元模型,结合试验试件骨架曲线及破坏形态验证了其合理性。提出扇形铅黏弹性阻尼器加固框架的综合设计原则,设定阻尼器扇形有效半径与框架柱净高之比为设计尺寸比,在此基础上,对不同设计尺寸比的加固框架进行对比分析。分析结果表明,合理设置的扇形铅黏弹性阻尼器可以显著提高加固框架的抗震性能,保护梁柱节点核心区;当设计尺寸比取值超过0.24时,会导致加固试件较早达到峰值荷载,但其后承载力又急剧衰减;建议扇形铅黏弹性阻尼器加固框架的设计尺寸比宜控制在0.1~0.2之间,实际设计中应依据不同加固需求选取相应的设计尺寸比。     

新型落地索拱结构及其力学性能分析

提出了一种新型落地索拱结构,相比于其他类型索拱结构,该结构可以保持较高的室内净空,建筑使用功能和建筑效果较好。建立了跨度60 m,矢跨比分别为0.2、0.3和0.4的纯拱和索拱结构的力学模型,对比了不同矢跨比下纯拱和索拱模型的承载力、刚度、动力特性和稳定性等力学性能指标及用钢量。结果表明：该新型索拱结构可以有效降低拱结...     

用于连续体与非连续体共存转化计算的质点元方法

为了进行建筑结构倒塌全过程的力学模拟，针对建筑结构倒塌数值模拟梁壳单元几何、材料、接触三重非线性且连续体向非连续体转化的动力计算问题，提出了显式有限元与离散元的统一模型“质点元方法”，该方法通过定义广义连接模型、构造连接模型转化法则和建立接触碰撞算法，将显式有限元与离散元统一于相同的计算框架之下，较好地继承了有限元的单元技术、本构技术以及离散元的非连续体计算能力，具有效率优先、精度可调的特点。通过某框架剪力墙结构计算表明，质点元方法能够用于建筑结构倒塌的连续体与非连续体共存及转化的强非线性动力计算。     

装有软钢阻尼器钢框架地震作用下的仿真分析

通过对软钢阻尼器进行等价线性化处理,引入现代控制理论,运用状态向量和状态空间的概念,并借助于MATLAB的Simulink工具箱,对安装软钢阻尼器的结构进行了地震作用下的仿真分析,指出该分析方法简便实用,值得推广。     

工程力学中的数值分析方法评述

对工程中常用的数值分析方法进行了论述,简单阐述了它们的基本原理及优缺点,提出了新的数值方法——半弥散单元法,指出该方法的研究刚起步但在理论分析和实际应用中都有重要意义和广阔前景。