车辆碰撞钢筋混凝土桥墩撞击力计算方法研究

在试验基础上,探讨了车辆碰撞钢筋混凝土桥墩的撞击力计算方法。应变分析法是根据弹性阶段应变与曲率的关系、曲率与弯矩的关系以及弯矩与外荷载的关系,建立起应变与外荷载的关系,从而根据应变时程求解撞击力时程。动力分析法是将冲击系统简化为双自由度的质量—弹簧体系,忽略桥墩的阻尼作用,建立动力方程,从而求解出撞击力时程。计算结果与试验结果对比表明,本文给出的算法是可行的,具有一定的工程应用价值。     

考虑剪胀的线性软化柱形孔扩张问题

从常规试验成果出发，用弹性软化－残余塑性三线性应力应变模型来模拟应力应变软化关系曲线；用三折线来模拟体积应变、小主应变与大主应变的关系曲线。采用双剪统一强度理论的屈服函数形式，推导并给出了柱形孔扩张时，应力场、应变场、位移场和最终扩张压力计算时所需公式和计算求解步骤。最后，通过对某一算例的计算求解，与弹脆塑性模型作了对比，着重分析了不同软化模式对应力场和位移场的影响。     

网纹红土蠕变应变率试验研究

蠕变应变率是判断蠕变变形所处阶段与发展趋势的重要依据。为了研究网纹红土蠕变应变率的变化规律,对网纹红土未扰动土样进行了分别加载条件下的初始加载、卸载、重复加载蠕变试验,并根据试验结果分析了蠕变应变率与蠕变时间、应力水平之间的关系。分析结果表明网纹红土的蠕变应变率随蠕变时间指数衰减;蠕变应变率随时间变化的曲线与蠕变应力水平相关。同时建立了蠕变应变率与蠕变时间、应力水平之间的函数关系式,并给出了求解蠕变应变率与蠕变时间、应力水平函数关系中相关参数的方法,最后还利用求得的参数对网纹红土的蠕变应变率进行了拟合。     

自适应自然单元法研究——误差估计

实现自然单元法自适应分析的首要步骤是对NEM求解误差进行有效估计,鉴于Z-Z方法在有限元自适应分析中的成功应用以及近年来在无网格伽辽金方法误差估计中的高效实用,尝试将其应用于自然单元法的求解误差估计。应用自然单元法和位移模型求解固体力学问题时,由于NEM形函数在离散节点处的导数不存在以及在边界节点间满足线性插值,以致自然单元法求解不能直接给出节点上的应力、应变值,而且应力、应变值在边界上为分段常数。因此,有必要根据求解得到的位移场进行应力恢复以提取节点处的应力、应变值并构造全域光滑的应力场。针对自然单元法的特点,建议先利用自然单元法求解得到的全域光滑位移场,在节点处应用移动最小二乘方法提取应变、应力值;然后利用节点上恢复的应力、应变值,采用自然相邻点插值构造全域光滑的应力、应变场。大量数值实例表明,构造的光滑应力场具有较原始解更高的数值精度和收敛性。基于Z-Z方法将原始应力解和应力恢复解之间的差值作为误差的近似估计是可行的、简单高效的。     

岩土各向同性损伤本构模型

基于连续介质力学基本概念得出岩土损伤复合体理论的应力–应变合成一般模式,简化得出岩土各向同性损伤复合体理论的应力–应变合成模式,建立了岩土各向同性损伤本构模型。提出了岩土各向同性损伤本构模型的数值求解法。通过对一个算例分析,加深了对岩土损伤机理的认识。计算分析认为:串联假设不适用于岩土体;严格意义上,并联假设不适用于岩土体;当应力较小时混合体的应力–应变关系与理想原状岩土类似,与重塑土差异较大,应力较大时,应力–应变关系特点与应力路径有关。     

混凝土单轴滞回本构模型及ABAQUS二次开发

本文将建立的混凝土单轴滞回本构模型通过用户材料子程序UMAT在ABAQUS中二次开发。数值算法采用增量算法,即根据前一步结束时材料的应力、应变推导当前步结束时的应力、应变。采用状态变量标示应力状态在滞回曲线上的位置,给出假设应力状态下一个增量步的详细求解过程,其他应力状态可采用类似的方法求解。最后通过几个算例证表明开发模型及本文提出数值算法是准确有效的;开发本构模型能较为准确地反映不同截面形式构件箍筋约束作用对混凝土强度的提高效应,适合在实际工程中应用。     

自密实混凝土基本力学性能

文中经试配给出了设计强度等级为C20及C40的自密实混凝土配合比。采用MTS实验机获得了棱柱体单轴受压应力-应变本构关系,得到了C20及C40自密实混凝土物理力学性能指标,给出了单轴受压应力-应变关系中峰值应力对应的应变与棱柱体抗压强度之间的关系。通过自密实混凝土试验梁测试结果获得了受压边缘极限压应变,给出了受弯构件混凝土极限压应变与混凝土单轴受压应力一应变关系中峰值应力对应的应变之间的关系。     

土工格室HDPE片材拉伸应变率相关特性

通过条带拉伸试验,分析了高密度聚乙烯(HDPE)片材的拉伸应力-应变关系,指出了该关系的应变率相关特性,并对HDPE片材的拉伸模量、最大拉伸应力、最大拉伸应力对应的拉伸应变、泊松比等物理力学参数与拉伸应变率的关系进行了详细分析,给出了HDPE片材应变率相关的应力-应变数学模型及其参数的物理意义.     

拉压下不锈钢三阶段应力-应变关系的逆表达式

提出了不锈钢合金应力-应变关系的新表达式,应力为应变的显式函数。基于改进的Ram-berg-Osgood方程,本公式是现有三阶段应力-应变关系的一种近似逆表达。三阶段关系公式比两阶段关系公式更准确,并对拉应力和压应力均适用。基于理想线弹性性能和实际应力-应变曲线误差的合理假定,提出本表达式,其在应力的全范围阶段都是有效的。选取不同的材料参数,对本表达式进行试验验证。结果表明:新公式结果与全范围应力-应变关系的迭代数值求解结果很吻合,最大误差低于4%。     

梯度塑性理论的计算方法与应用

基于有限元自动生成系统 (FEPG) ,开发使用梯度塑性理论的有限元程序,用于解决应变软化后的网格依赖性问题。提出带阻尼因子的 算法,联立求解位移方程和屈服面方程,既可同时解得位移和塑性乘子,又避免了广泛使用的应力返回算法中的应力拉回运算。在 D-P 准则中引入软化模量和材料内部特征长度,使本构模型能够考虑软化和梯度效应。在软化问题求解上使用阻尼牛顿法,算例结果表明,带阻尼因子的算法能够计算应变软化问题,以有限元弱形式表达的梯度塑性理论,使用一阶单元就能够得到合理的结果,在一定网格范围能够得到稳定的应力应变曲线。     

基于安全度约束的多次预应力钢结构优化设计

建立了多次预应力钢结构优化设计的模型,考虑了应力、位移等安全性约束,将线性规划与满约束准则法相结合,提出了效率较高的新优化策略和方法,可以得出每一级的预应力值和各个构件的优化截面。分别对具有局部布索或整体布索的大跨度钢屋架、平行钢桁架进行了优化计算分析,验证了本文的理论和方法。     

基于改进序列线性规划法的空间桁架结构优化设计

在空间桁架的优化设计中,仅把截面面积作为设计变量并不能得到结构的最优解。只有把桁架结构的截面面积和节点坐标作为设计变量,才能大幅降低结构重量及造价。空间桁架结构的优化设计多为复杂的非线性问题,序列线性规划法是解决非线性规划问题的典型算法。本文作者将改进的序列线性规划法结合SAP2000 API功能,对空间桁架进行优化设计。数值结果表明,改进的序列线性规划法具有良好的收敛性和稳定性,可以有效地进行空间桁架结构的形状优化设计。     

粒子群优化算法在桁架优化设计中的应用

粒子群优化（PSO）算法是近年来发展起来的一种基于群智能的随机优化算法,具有概念简单、易于实现、占用资源低等优点。为了解决有应力约束和位移约束的桁架的尺寸优化问题,将PSO算法应用于桁架结构的尺寸优化设计。首先介绍了原始的PSO算法的基本原理,然后引入压缩因子改进了PSO算法,并提出合理的参数设置值。对几个经典问题进行了求解,并与传统的优化算法和遗传算法进行了比较。数值结果表明,改进的PSO算法具有良好的收敛性和稳定性,可以有效地进行桁架结构的尺寸优化设计。     

Two-stage Optimization Based on Force Method for Damage Identification of Planar and Space Trusses

In this study, an efficient two-stage optimization procedure based on the force method is proposed to properly identify the sites and extents of multiple damages in the planar and space truss structures. In the first stage, the elements which have the higher probability of damages are selected by using the anti-optimization (AO) method and the weighed sum procedure. In the second stage, the genetic algorithm (GA) is performed to determine the actual damage sites and their extents based on the force method. The accuracy and effectiveness of the proposed method are proved through the planar and space truss structures. The results from the present study indicate that the combination of the first stage with the second one can provide a reliable tool to accurately and efficiently identify the multiple damages of truss structures.     

改进的多目标启发式粒子群算法及其在桁架结构设计中的应用

针对工程结构多目标优化设计中出现的约束条件处理能力差、编程复杂,计算效率低且收敛精度差等问题,对启发式粒子群算法(HPSO)进行改进,提出了多目标启发式粒子群算法(MOHPSO),并与多目标粒子群算法(MOPSO)和改进的多目标群搜索算法(IMGSO)进行比较。通过对15杆平面桁架、40杆平面桁架和72杆空间桁架3个经典算例的计算,证明了所提出的MOHPSO算法的有效性。结果表明:MOHPSO算法具有收敛精度高、约束处理能力强、全局最优解选取更合理、非劣解集维护效率高等特点。     

桁架结构损伤识别的数据融合方法研究

以数据融合技术进行桁架结构的单损伤和多损伤识别。通过研究基于频率的结构损伤理论,分析归一化的频率和损伤位置的关系;利用小波概率神经网络的算法对决策融合进行修正,建立基于小波概率神经网络的数据融合结构损伤识别模型。运用结构计算软件计算了一典型桁架结构的频率,并融合为小波概率神经网络算法的输入特征向量,并对桁架算例模型结构进行损伤识别。通过桁架不同位置的损伤情况,验证该方法的有效性,并提出工程应用中应注意的问题。研究结果表明,基于小波概率神经网络算法的数据融合技术是一种比较可靠的损伤识别方法,具有良好的工程应用前景。     

满应力齿行法中松弛系数对桁架结构优化的影响

用M ATLAB编制了优化程序,实现带位移约束的桁架满应力优化设计方法,在迭代过程中引入松弛系数,并通过算例分析松弛系数对优化结果的影响及其原因.     

Design optimization of truss structures with continuous and discrete variables by hybrid of biogeography‐based optimization and differential evolution methods

This paper presents a hybrid BBO‐DE algorithm by hybridizing biogeography‐based optimization (BBO) and differential evolution (DE) methods for optimum design of truss structures with continuous and discrete variables. In BBO‐DE, the migration operator of BBO method serves as a local exploiter mechanism during the search process. Besides, DE has a role of the global exploration by performing multiple search directions in the search space to preserve more diversity in the population. By embedding of DE algorithm in BBO method as a mutation mechanism, the balance between the exploration and exploitation abilities is further improved. The comparative results with some of the most recently developed methods demonstrate the fast convergence properties of the proposed algorithm and confirm its effectiveness to solve optimum design problems of truss structures with continuous and discrete variables.     

桁架形状优化的自适应协方差矩阵进化策略方法

自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)是在进化策略算法(ES)基础上发展起来的一种新的全局优化算法,对于处理复杂非线性多峰值优化问题具有很好的适用性.结合有限元方法,提出一种桁架形状优化的自适应协方差矩阵进化策略方法.采用空间25杆桁架和平面37杆桥形桁架两个桁架形状优化的经典算例对方法的可行性和先进性进行验证,其中,空间25杆桁架分为不考虑局部稳定约束和考虑局部稳定约束两种情况进行计算.研究结果表明,该方法是可行的,与基于遗传算法、粒子群优化算法等现代全局优化算法的桁架形状优化方法相比较,具有寻优效率高、收敛速度快、全局优化能力强的优点,在获得相同精度最优解的条件下,调用有限元分析的次数明显较少,从而有效地减少了计算耗时.     

Structural optimization of thin-walled tubular trusses using a virtual strain energy density approach

The present paper deals with the weight minimization of tubular trusses subjected to multiple loads under size, stress and buckling constraints. The applied optimization procedure is based on a virtual strain energy density approach developed by the first two authors, already tested in plane and space truss structures. The key point of the method is the activation of at least one of the imposed displacement constraints. In case where such limitations are absent, a dummy displacement constraint is introduced instead, which iteratively sustains corrections until convergence is achieved within the desirable tolerance. The efficiency and practicability of the proposed method was tested in typical cases of tubular truss structures. For reasons of comparison, the same cases were also optimized using Sequential Quadratic Programming (SQP), which is a powerful mathematical programming optimization method. The results revealed that the proposed method performs very well in terms of convergence, of required number of iterations and of optimum tracing, while the value of the introduced dummy displacement constraint has insignificant effect on the optimization procedure.