提篮拱桥吊索静张力测试与计算

中承式钢管混凝土提蓝拱桥是一种新兴的桥梁形式,本文根据结构的振动信号分析对其损伤进行检测与评估这一检测技术,对四川内江新龙坳提蓝拱桥吊索固有频率进行测试与分析,并进一步对吊索的静张力进行了计算。这些测试与分析,是对桥梁进行损伤检测与评估的重要的组成部分,由此可得到桥梁维修与加固的科学可靠的依据。     

反对称角铺设复合材料层合板热后屈曲和模态跃迁分析

为有效分析反对称角铺设复合材料层压板热后屈曲性能,由渐近修正几何非线性理论推导双耦合四阶偏微分方程（即协调方程和动态控制方程）,通过双Fourier级数将耦合非线性控制偏微分方程转换为系列非线性常微分方程,从而获得相对简单的求解方法。使用广义Galerkin方法求解与角交铺设复合层合板相关的边界值问题,研究了模态跃迁前后不同复杂程度的后屈曲模式。通过四边简支、面内不可移边界下复合层合板的数值计算表明：该解析法与有限元方法在主后屈曲区域的计算结果有很好的吻合性;有限元方法在解靠近二次分岔点时失去收敛性,而解析法仍具有深入探索后屈曲区域和准确捕捉模态跃迁现象的能力。     

金属芯压电纤维/聚合物复合材料压电-黏弹-塑性行为的细观力学模型

为了表征金属芯压电纤维增强聚合物基（MPF/PM）复合材料非线性、时变的压电-黏弹-塑性行为,基于变分渐近理论建立MPF/PM增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物和MPF增量型本构方程,基于汉密尔顿扩展原理推导出MPF/PM压电-黏弹-塑性变分原理的能量泛函。考虑材料的时变和非线性特征,建立与求解瞬时有效机-电耦合矩阵有关的增量过程,并通过有限元技术实现模型的数值模拟。利用构建模型研究了不同铝芯体积分数、电场变化率和加载条件对MPF/PM有效全局应力-应变和单轴纵向拉伸性能的影响。结果表明,构建的模型能准确模拟MPF/PM多场耦合作用下的非线性、时变行为,为该新型智能材料的实际工程应用奠定理论基础。     

压电复合材料三维壳体简化数值建模研究

为有效分析三维压电复合材料壳体结构非线性、 单向耦合压电弹性问题, 基于变分渐近方法(VAM)建立了壳体结构在机械和电场作用下的简化模型。推导了基于旋转张量分解概念的压电复合材料三维壳体能量表达式; 利用变分渐近法将三维壳体严格拆分为二维壳体线性分析和沿法线方向的一维非线性分析; 进行了降维后近似能量推导及Reissner-Mindlin形式转换; 提供了三维场重构关系以得到沿厚度方向的准确应力分布。通过对由4层压电复合材料构成的壳体柱形弯曲算例分析表明: 基于该理论和重构过程开发的变分渐近程序VAPAS重构生成的三维应力场精确性较一阶剪切变形理论和古典层合理论更好, 与三维有限元精确解相吻合, 表明该压电复合材料壳体模型的有效性。      

基于变分渐近法的功能梯度板高保真简化模型

为有效分析非均质功能梯度板在载荷下的力学性能, 基于变分渐近方法(VAM)建立高保真简化模型。根据Hamilton扩展原则建立功能梯度板的三维能量方程;利用板固有小参数将三维能量渐近扩展为系列二维近似能量方程, 从而将三维各向异性弹性问题简化为沿板厚向的一维分析和二维板分析;提供重构关系以准确预测沿厚度方向的三维场分布。通过SiC-Al功能梯度板的柱形弯曲算例验证:基于该理论和模型重构的位移和应力分量与三维精确解相一致;在应变很小时, 可考虑任意大位移和全局旋转, 并可准确捕捉板所有的几何非线性。     

聚合物基复合材料有效蠕变响应与单轴拉伸行为的细观力学模拟

基于变分渐近均匀化理论框架建立表征线性黏弹性聚合物基复合材料有效蠕变响应和宏观应力-应变行为的细观力学模型。从线性黏弹性聚合物基复合材料本构方程中构建能量泛函变分表达式出发,采用变分渐近法求解线性黏弹性聚合物基复合材料的有效蠕变柔度系数,并以此为基础计算聚合物基复合材料的时变和单轴拉伸行为。通过算例验证了构建模型的适用性和准确性。由于所有计算均在时间域内完成,不再需要传统线黏弹性复合材料使用的Laplace转换和反演,计算效率大为提高。      

双轴受压反对称角铺设复合材料层合板在固支边界下的后屈曲和模态跃迁

为有效分析双轴受压反对称角铺设复合材料层压板在固支边界下的后屈曲性能, 由渐近修正几何非线性理论推导其双耦合四阶偏微分方程(即应变协调方程和稳定性控制方程), 通过双Fourier级数将耦合非线性控制偏微分方程转换为系列非线性常微分方程, 从而获得相对简单的求解方法。使用广义Galerkin方法求解与角交铺设复合层合板相关的边界值问题, 研究了模态跃迁前后不同复杂程度的后屈曲模式。对四层固支边界复合层合板的数值模拟结果表明: 该解析法与有限元方法在主后屈曲区域的线性屈曲荷载计算结果吻合良好; 有限元方法在解靠近二次分岔点时失去收敛性, 而解析方法可深入后屈曲区域, 准确捕捉模态跃迁现象; 对于反对称角铺设层合板, 可仅用纯对称模态来定性预测主后屈曲分支、二次分岔荷载及远程跃迁路径。      

基于变分渐近法的双周期梯形波纹板等效模型

双周期梯形波纹板是沿两个平面方向均呈周期性梯形波纹变化的新型轻质结构，现阶段对其力学性能与结构参数之间关系的研究较少，限制了该结构的推广应用。针对该问题，以凸起为中心的典型代表单元单胞为研究对象，利用变分渐近法建立单胞等效刚度的数值计算模型。再通过均匀化技术将双周期梯形波纹板转换为具有相同刚度特性的正交异性板进行分析。基于该方法分别计算出不同结构参数下的等效刚度、宏观变形和屈曲模态，通过与三维有限元模拟结果对比验证等效模型的精确性。计算结果表明：由于形貌变化，双周期梯形波纹板的等效刚度较平板的拉伸刚度降低，弯曲刚度增加；随着凸起间距的增大和板高度的减小，波纹板的拉伸刚度逐渐增大，弯曲刚度逐渐降低；而随着板厚度和腰部长度的增加，弯曲刚度呈上升的趋势。构建模型适用于波纹周期远小于结构尺寸的情况，由于等效板模型的近似能量与原三维波纹板能量尽可能接近（通过对能量泛函变分主导项的渐近扩展分析加以保证），可用于计算不同材料波纹板等效弯矩和等效最大拉压应力等，能有效减少计算量和节省计算资源。     

功能梯度材料圆柱壳基于变分渐近法的高保真简化模型

为有效分析涂覆型功能梯度圆柱壳顶面作用正弦荷载下的响应,基于变分渐近方法（VAM）建立高保真简化模型。根据Hamilton扩展原则建立功能梯度材料圆柱壳3维能量方程;利用壳体固有小参数将3维能量渐近扩展为系列2维近似能量方程,并将近似能量转换为工程常用的Reissner-Mindlin模型形式;提供重构关系以准确预测沿厚度方向的3维场分布。通过SiC-Al功能梯度面层-均质基层圆柱壳顶面作用正弦分布荷载的柱形弯曲算例验证,基于该理论和模型重构的位移和应力分量与3维精确解相一致;在应变很小时,可考虑任意大位移和全局旋转,并可准确捕捉翘曲几何非线性。     

提篮拱桥吊索动内力的测试与分析

中承式钢管混凝土提蓝拱桥是一种有效的桥梁形式，对四川内江新龙坳提蓝拱桥吊索在匀速行驶过桥时和在测点附近紧急刹车两种最通常的动态车辆激励下的长／短吊索的动应变响应进行了测试。比较了长索与短索动应变(动内力)之差别，并对吊索的冲击系数和动态增量进行计算。这些测试与分析，对桥梁进行维修与加固有重要的参考价值。