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2021年  第38卷  第8期

2021-08期封面+目录
2021, 38(8): 1-8.
摘要:
综述
近断层地震动脉冲特性研究综述
陈笑宇, 王东升, 付建宇, 国巍
2021, 38(8): 1-14, 54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0582
摘要:
近20年来近断层地震动的脉冲效应获得了广泛关注,其与震源过程和结构地震破坏关系密切。该文首先对近断层地震动中速度脉冲的成因进行简要概括,而后对近断层强震记录处理、脉冲识别与特性参数获取方法进行了系统回顾,最后对现有研究中获得的脉冲个数、脉冲周期和脉冲幅值与地震参数间的统计关系进行比较。认为强震记录处理的传统分段校正方法无法在频域最大可能复原有效地震动信息,还存在脉冲识别与提取方法主要基于向前方向性效应引发、相关脉冲参数统计分析中对地质构造和断层类型考虑不足等问题。建议后续研究中多关注基于时频分析的基线校正方法,深入研究滑冲效应引起的脉冲、竖向地震动中的脉冲特性以及地质构造和断层破裂过程等因素对脉冲特性参数的影响。
基本方法
基于扩展型共轭无迹变换的随机不确定性传播分析方法
王涛, 李正良, 范文亮
2021, 38(8): 15-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0569
摘要:
响应的统计矩是描述随机结构系统响应的主要方式之一,相对于响应的概率密度函数,结构响应的统计矩能够较容易获取,因而颇受研究人员的关注,而其中结构响应统计矩的高效计算方法一直是研究的热点。该文以可兼顾精度与效率的共轭无迹变换方法为基础,通过引入正态-非正态变换,发展了可适用于涉及任意随机变量分布类型统计矩估计的第Ⅰ类扩展型共轭无迹变换方法;将第Ⅰ类扩展型共轭无迹变换方法与高维分解模型相结合,发展了可适用于任意维度随机系统统计矩估计的第Ⅱ类扩展型共轭无迹变换方法;通过3个数值算例对建议方法进行了验证。算例分析结果表明:建议的两类方法均可以在拓展共轭无迹变换方法适用范围的基础上兼顾计算精度和效率;对于低维和高维问题,分别建议采用第Ⅰ类和第Ⅱ类扩展型共轭无迹变换方法进行响应统计矩估计。
土木工程学科
观测间隔对极值风速的影响研究
肖钰川, 全涌, 顾明
2021, 38(8): 24-32. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0318
摘要:
由于早期观测设备都需要人工干预,气象部门提供的风气候历史观测数据一般都不是连续观测的,常常是每隔1 h或若干小时观测一次,这导致的数据遗漏可能会使极值风速的估算存在偏差。该文将美国11座城市气象站记录的风速连续观测数据,分别制作成“每隔1 h”、“每隔6 h”以及“无间隔连续”3种观测间隔的2 min平均风速值序列。结合改进的独立风暴法和与极值I型分布模型计算得到给定重现期的风速极值,并分析了3种观测间隔之间关系。研究结果表明:观测间隔为“1 h”和“6 h”的观测数据序列对应的日风速极值,与“连续观测”序列对应的日风速极值的差值均满足瑞利分布;利用风速差值的概率分布特性给出了修正方法。修正后的数据可给出准确性更高的极值风速估算结果。
近海山地台风风场特性实测研究
陈伏彬, 翁兰溪, 肖雁, 李秋胜
2021, 38(8): 33-41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0524
摘要:
基于2017年台风“海棠”和台风“纳沙”登陆近海山地时的实测数据,选取10 min平均风速≥10 m/s的强风样本,研究了平均风速、湍流度、阵风因子和地面粗糙度指数的变化规律,并分析了不同风速区间的风剖面和湍流剖面的变化规律。结果表明:台风登陆过程中风速时程呈双“M”型四峰分布,平均风向发生了260°的转变,10 m高度处湍流强度在0.15~0.34波动,并随地貌粗度指数增大有增大的趋势。实测得到风剖面和湍流剖面与规范GB 50009−2012进行了对比,不同高度处的平均风速变化符合指数率的变化趋势;两个测风塔实测得到台风风场的风剖面指数α均值为0.15和0.14大于季风风场的风剖面指数,接近GB 50009−2012中B类地貌规定值,但台风风场中的湍流强度剖面参数要大于GB 50009−2012中B类地貌规定参数值,该文结果可为近海山区工程结构抗台风设计提供参考。
装配式可更换耗能铰滞回性能试验研究
叶建峰, 郑莲琼, 颜桂云, 薛潘荣, 马永超
2021, 38(8): 42-54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0531
摘要:
提出一种可恢复功能装配式节点,由可更换耗能铰、约束节点核心区、预制梁柱等组成。可更换耗能铰为人工塑性铰,其滞回性能是装配式节点抗震性能的关键影响因素。将可更换耗能铰设置在装配式节点的预制梁与节点核心区外伸梁端之间,对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验。在该试验的基础上仅更换耗能铰中破坏的金属阻尼器,进行第二次试验。考察可更换耗能铰的破坏模态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、能量耗散能力等抗震性能。通过两次试验的对比分析,揭示可更换耗能铰抗震性能的可恢复能力。结果表明:可更换耗能铰弯矩-转角滞回曲线饱满,转动能力与耗能能力强,延性良好,强度退化不明显;可更换耗能铰实现了装配式节点的损伤、破坏集中在耗能铰上,耗能铰耗散的能量占装配式节点耗散总能量的70%以上;两次试验中可更换耗能铰的各项抗震性能基本一致,说明更换破坏的金属阻尼器后,耗能铰抗震性能基本可恢复。
FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土组合柱抗震性能研究
袁方, 赵修远
2021, 38(8): 55-65, 144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0532
摘要:
提出一种在塑性铰区域采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)替代混凝土来改善FRP筋-钢筋增强混凝土柱抗震性能的新方法。对FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土构件进行了低周往复荷载试验,系统地考察了基体材料、筋材种类、轴压比对构件破坏模态、裂缝模式、承载力、残余变形、延性和耗能能力的影响。结果表明,将ECC替代塑性铰区域混凝土能够有效避免FRP筋的受压屈曲,进而显著提升组合柱的抗震性能。与钢筋增强ECC-混凝土组合柱相比,复合筋增强ECC-混凝土组合柱的残余变形明显更小,且屈服后的刚度更高。随着轴压比的增大,构件极限强度升高但变形能力降低。通过有限元参数分析可知,组合柱的承载力和变形能力均随着ECC抗压强度及总配筋率的增大而增大;在总配筋率不变的情况下,FRP筋占比越高,构件的延性越好。
火灾下平行钢丝束温度膨胀及高温蠕变试验研究
杜咏, 严芙蓉
2021, 38(8): 66-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0536
摘要:
采用非接触式应变视频测量系统,对常用于实际工程的1670级平行钢丝束进行了15个温度水平下的温度膨胀试验以及多应力水平下的高温蠕变试验,并对历经2 h高温蠕变试验后冷却至室温的平行钢丝束试件进行了抗拉强度测试,获取了平行钢丝束热膨胀应变历程及高温蠕变应变历程曲线。试验结果表明:平行钢丝束热膨胀应变随着温度升高呈非线性增长,且在750 ℃附近材料微结构发生相变;温度和应力水平对高温蠕变历程均会产生显著影响;蠕变试验温度愈高,应力水平对历经高温后平行钢丝束的剩余抗拉强度的影响愈显著;与1860级预应力钢绞线相比,1670级平行钢丝束具有较小的高温蠕变应变。基于试验数据,建议了平行钢丝束热膨胀系数关于温度的函数式及高温蠕变模型。该文所建议的平行钢丝束热膨胀系数及高温蠕变模型有利于预应力钢结构火灾高温下的力学响应分析。
基于Kresling折纸构型的空间结构可控失稳模式研究
喻莹, 徐新卓, 罗尧治
2021, 38(8): 75-84. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0545
摘要:
基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失稳模式进行控制。该文建立了采用有限质点法进行索、杆、膜结构计算的基本流程,通过对Kresling双稳态失稳模式的分析验证了分析方法的有效性。对Kresling索杆模型、索杆膜模型、嵌套模型的失稳模式进行了分析,研究了弹性模量、预应力水平和结构布置对结构失稳模式和结构应变能的影响。实现了双层Kresling模型的失稳模式控制,为设计破坏可控的智能结构提供了一种新的方法。
考虑场地效应的建筑群动力可靠度PDEM评估
项梦洁, 陈隽
2021, 38(8): 85-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0549
摘要:
城市建筑群的动力可靠度评估对于区域防灾减灾具有重要意义。场地效应会导致地震动的空间变异性和土-结构相互作用效应,进而显著影响区域建筑群的非线性地震响应,而确定性区域震害模拟方法仍不足以准确反映随机建筑群动力系统的整体性态。该研究引入实测地震动场和土-结构相互作用效应,发展了建筑群系统非线性地震响应时域求解方法,并遵循概率守恒假定,建立基于概率密度演化方法(PDEM)的建筑群系统动力可靠度评估框架。以某高层框架结构建筑群为例,进行了场地效应下确定性建筑群非线性地震响应分析,进而完成了随机建筑群动力可靠度评估,并评估了场地效应对建筑群系统动力可靠度影响,得到了有益结论。
面向水面光伏电站的UPVC-FRP复合浮体系统受力试验与模拟
杨晨, 韩娟, 方海, 刘伟庆, 吴启凡
2021, 38(8): 97-110. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0550
摘要:
传统水面光伏电站常采用塑料浮体结构,但其强度低、耐久性差、易沉没,因此该文提出了一种面向水面漂浮式光伏电站的复合材料浮体系统。该复合材料浮体圆管采用在UPVC塑料圆管外侧缠包玻璃纤维增强树脂基复合材料(FRP)制成,对其制造安装流程进行了详细介绍,并对其组成材料的力学性能以及UPVC-FRP复合圆管的平压和弯曲性能进行了试验研究。综合考量其受力特性和经济性,优选出合理的复合浮体系统。进而,基于双向流固耦合数值模拟方法研究了该浮体系统因风、浪、流作用引起的水动力特性。结果表明,该复合圆管浮体方阵结构具备抵御风、浪、流作用的能力,结构安全可靠,为该浮体系统适用水域环境的选择提供参考。
摩擦曲面隔震结构动力学模型及地震响应分析
何文福, 侯雨晴, 潘宁, 刘文燕, 方贝舒
2021, 38(8): 111-120. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0551
摘要:
针对强震下摩擦滑移隔震系统位移较大且震后存在较大残余变形的现象,提出了一种摩擦曲面隔震结构体系,在地震作用和结构重力作用下上部结构绕隔震层曲率中心做往复滑移运动。建立了摩擦曲面结构的简化单质点双支座力学模型,基于模型的运动方程得到了支座轴力的表达式及其参数相关关系。完成了钢筋混凝土框架剪力墙结构模型的地震模拟振动台试验,试验结果表明摩擦曲面隔震结构相比于平面摩擦滑移结构,上部结构加速度略有增大,但在控制隔震层位移及支座应力方面具有更优的效果。进行了振动台试验的数值模拟,通过试验结果对比验证了正确性,并通过数值模拟分析了曲率半径和隔震层摩擦系数对结构响应的影响。
基于六旋翼无人机搭载风速仪的边界层风剖面实测研究
李正农, 冯豪, 蒲鸥, 沈义俊
2021, 38(8): 121-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0553
摘要:
对基于六旋翼无人机搭载风速仪进行边界层风场测量的可行性进行了研究,分析了实测得到的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度与功率谱密度等风场特性参数,并与测风塔上固定安装的风速仪测量结果进行比较。结果表明:基于无人机方法所测得的风速风向值经过修正后与测风塔实测值基本一致,两者误差在±3%以内;基于无人机方法所测风速拟合的风剖面精度较高,且与规范规定的B类地貌风剖面接近,其拟合计算的平均地面粗糙度为0.148;基于无人机方法所测得的各项脉动风特性参数与测风塔的实测值较为接近,两者误差控制在±5%以内;湍流度与阵风因子存在指数相关性;基于无人机方法所测得的脉动风速功率谱与测风塔所测脉动风速功率谱基本一致,且与Karman谱有较好的吻合。
销接式索夹悬索桥成桥线形的高精度计算方法
罗凌峰, 单德山, 陈奉民, 陈品诣
2021, 38(8): 133-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0554
摘要:
由于已有方法对索鞍和索夹的影响考虑不够全面,提出一种求解悬索桥目标成桥状态的高精度方法。该方法通过计入索鞍与主缆间的摩擦影响,全面考虑主缆与索鞍的接触问题,根据分段悬链线方程、闭合条件以及索鞍处主缆的力学平衡关系,分别推导得出中、边跨缆索系统的目标函数,采用Nelder-Mead算法求解函数以确定目标成桥状态。该求解过程自适应地计入了销接式索夹的影响,从而得到可靠的吊索钢丝下料长度和主缆无应力长度。以笋溪河大桥作为工程算例,将所提方法的计算结果与该桥设计值进行对比,验证了该文方法的可靠性。
基于计算机视觉人行桥挠度影响线非接触式识别
朱前坤, 陈建邦, 张琼, 杜永峰
2021, 38(8): 145-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0557
摘要:
该文将便携式相机与无线传感器结合,开发了一种人致挠度影响线非接触式识别系统,避免了传统识别方法需要长时间阻断交通、耗费大量人力物力等不足,可用于运营状态下的桥梁影响线识别。通过便携式相机获取桥上行人行为,引入遮挡模型改进YOLO算法识别桥上行人,跟踪目标行人坐标变化得到行人位置信息,结合无线传感器得到的行人荷载作为结构输入数据。通过视觉识别技术跟踪结构行为获得人行荷载作用下的位移响应作为结构输出数据。根据结构输入输出数据反算人行荷载作用下桥梁挠度影响线。对初始影响线进行高阶滤波处理,消除环境和其他因素干扰,然后利用多项式分段拟合实测桥梁影响线进而得到具有准静态特性的挠度影响线,可为结构工程师准确高效地提供桥梁损伤检测依据。
既有框架性能化抗震鉴定方法研究及工程应用
程绍革, 朱毅秀, 杨欣, 孙魁, 张伟平
2021, 38(8): 154-165. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0559
摘要:
基于震害总结分析及大比例模型振动台试验研究,提出了以层间变形为衡量指标的既有框架结构性能水准,建立了性能水准与建筑损伤之间的联系;采用地震易损性分析方法研究了不同历史时期框架结构的易损性曲线,建立了结构易损性函数与矩阵;基于地震易损性分析结果,提出了基于概率的结构震害指数计算方法,可以对未来遭遇地震的损伤程度给出直观清晰的定性描述。最后以某展览馆为例,对展览大厅抗震加固前后的抗震性能进行了评估,验证了抗震加固的可靠性。
装配铅挤压阻尼器的摇摆-自复位双柱墩抗震性能及设计方法
石岩, 钟正午, 秦洪果, 韩建平, 孙治国, 王军文
2021, 38(8): 166-177, 203. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0575
摘要:
为发展具有损伤可控和自复位性能桥梁双柱墩,选取铅挤压阻尼器(lead-extrusion dampers, LEDs)为可更换耗能装置,并通过预应力筋提供自恢复力,组成摇摆-自复位(rocking self-centering, RSC)双柱墩体系(RSC-LEDs);通过对其抗震性能的研究,对应发展了一种基于等能量设计流程(equivalent energy-based design procedure, EEDP)的设计方法。首先建立了RSC-LEDs双柱墩的数值分析模型,结合一RSC双柱墩试件的拟静力结果验证了建模方法的正确性。在此基础上,定性分析了阻尼器出力、初始预张拉力、无粘结预应力筋配筋率、上部结构重量及盖梁-墩柱刚度比对RSC-LEDs双柱墩滞回性能的影响。设计了32组不同参数的RSC双柱墩试件开展回归分析,并结合RSC-LEDs双柱墩的力学特性,得到了RSC-LEDs双柱墩等效屈服强度、刚度的半经验计算公式。结合中国公路抗震设计规范和EEDP,提出一种适用于RSC-LEDs双柱墩体系的两阶段抗震设计方法,设计案例分析表明:半经验计算公式可较为准确地估算RSC-LEDs双柱墩的等效刚度及屈服强度;所提出的设计方法可使RSC-LEDs双柱墩达到预期的能力曲线,并实现在E1地震作用下保持弹性,在E2地震作用下LEDs屈服耗能且地震位移需求得到控制的设计目标。
CFRP加固火灾作用后圆钢管混凝土构件的侧向撞击性能研究
纪孙航, 王文达, 鲜威
2021, 38(8): 178-191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0586
摘要:
建立了火灾作用后和碳纤维增强复合材料(CFRP)加固受火后圆钢管混凝土构件的侧向撞击数值模型,通过不同试验分别验证了模型的准确性。分析了加固受火后构件的撞击全过程,对比了构件的撞击力、跨中挠度和截面弯矩。对构件的抗撞击承载力和抗弯承载力,塑性变形和吸能能力,以及内力分布与发展进行了分析,并给出构件在撞击荷载作用下跨中最大挠度简化计算公式,最后讨论了CFRP加固方式对受火后构件撞击性能的影响。结果表明:采用CFRP加固受火后构件的撞击力平台值和平均截面弯矩提高,跨中挠度和撞击持续时间明显减小,CFRP加固对构件的抗撞击性能和抗弯能力提升显著;构件的抗撞击承载力、抗弯承载力和吸能能力随着受火时间的增加逐渐降低;构件在跨中产生不同程度的塑性变形,其主要通过形成塑性铰吸收能量;在峰值阶段构件的弯矩和剪力分布形态与相应静态荷载作用时差异明显,但在平台阶段时其分布形态与静态荷载作用时一致;简化计算公式可以很好地计算构件撞击后的跨中最大挠度,CFRP加固方式对受火后构件的抗撞击性能影响明显。
基于ABAQUS的MVLEM模型及其在RC剪力墙抗震分析中的研究
陈庆军, 余梅霞, 李冰州, 凌育洪, 梁竣杰, 左志亮
2021, 38(8): 192-203. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0779
摘要:
多垂杆单元模型(MVLEM)通常被用于钢筋混凝土剪力墙的抗震分析中。基于ABAQUS创建了多垂杆单元模型(ABA-MVLEM),建立了适用于纤维梁单元的混凝土和钢筋的本构模型,开发了二线型原点指向型弹簧UEL单元,并编制了ABA-MVLEM的参数化建模程序。为验证该文模型的准确性,制作了3片RC剪力墙试件并对其进行了低周反复加载试验,将试验数据与该文数值模拟结果进行对比,表明了该模型(ABA-MVLEM)模拟精度较高,可满足工程精度要求。在RC剪力墙抗震研究的应用中,ABA-MVLEM模型既可表征结构的整体响应,也可从材料层次进行细致分析,具有分析高效性和结果可视化的优点。进一步利用此模型进行参数化分析,探究高宽比、轴压比对RC剪力墙抗震性能的影响,计算发现:在相同侧向位移下,增大高宽比,RC剪力墙构件承载力显著降低,但刚度退化较为平缓;在轴压比n≤0.5时,提高轴压比对小高宽比构件的承载力提升更加明显。
高强钢管高强混凝土徐变特性试验研究
黄永辉, 刘爱荣, 傅继阳, 朱书汉, 饶瑞
2021, 38(8): 204-212, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0805
摘要:
高强钢管高强混凝土的应用越来越广泛,但目前对于其徐变特性的试验研究较少。该文对15根不同含钢率的高强钢管高强混凝土轴压短柱进行了365 d的收缩和徐变测试,并将试验结果与常用的徐变预测模型MC90、ACI209和MC2010等进行了对比。试验结果表明:高强钢管高强混凝土的徐变系数远小于素混凝土,当加载365 d后,素混凝土的徐变系数是高强钢管高强混凝土的2倍以上;含钢率对钢管混凝土试件的徐变有一定影响,徐变系数随着含钢率的增大而减小。在对比的3种常用徐变预测模型中,MC2010模型的徐变预测结果与试验结果吻合最好,可推荐用于高强钢管高强混凝土的收缩和徐变效应计算。此外,还将高强钢管高强混凝土与普通钢管混凝土的徐变试验结果进行了对比,结果表明,钢管混凝土的徐变随着核心混凝抗压强度的增加而减小。研究成果可为高强钢管高强混凝土轴心受压构件在正常使用阶段的徐变预测及徐变变形控制提供依据。
长周期地震下风力发电塔架结构地震反应分析
戴靠山, 胡皓, 梅竹, 刘洋
2021, 38(8): 213-221. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0121
摘要:
风力发电在全球范围内得到大规模应用,地震活跃地区已建成和在建风电场数量逐渐增多,地震荷载成为风力发电塔设计中的重要因素。该文针对风力发电塔结构周期较长、对富含低频成分的长周期地震动较为敏感的特性,选择远场长周期地震动与近场脉冲型长周期地震动各20条,并选择20条非长周期地震动作为参照。以一座1.5 MW在役风力发电塔为例,建立其OpenSees的纤维截面梁柱单元模型,并通过现场实测数据对该模型进行了验证。在此基础上,分析了塔架结构在长周期地震下的地震响应,并讨论了近断层脉冲地震动的水平速度脉冲和竖向地震作用对塔架结构地震响应的影响。结果表明:相同峰值加速度条件下,远场长周期地震动更不利,塔顶水平位移和塔底内力均最大,峰值加速度0.15 g远场长周期地震作用与峰值加速度0.45 g非长周期地震作用相当。相对于远场长周期地震动,未发现近场长周期的水平速度脉冲对结构响应产生不利影响;其竖向地震荷载带来的竖向惯性力和P-Δ效应在一定程度上增大了塔架结构的轴力和塔底弯矩,但影响并不明显。近场脉冲型长周期地震动不利的主要因素仍然是其较大的峰值加速度。选择两条主频与塔架基频最接近的长周期地震动并调幅,进行风电塔截面塑性分析。结果表明:距塔底约12 m的截面最先发生屈服。当地震动峰值加速度达到0.5 g时,该截面进入塑性;0.6 g时,达到屈服。
机械工程学科
飞机整体结构件的“加工变形-疲劳寿命”多目标结构优化方法
秦国华, 郭翊翔, 王华敏, 侯源君, 娄维达
2021, 38(8): 222-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0517
摘要:
在毛坯制造过程中,材料力学性能的非均匀性导致铝合金厚板内产生残余应力,以致在后续的高速切削加工过程中,随着材料的大量去除,残余应力的释放使得整体结构件发生变形,严重影响着整体结构件的尺寸稳定性。因此,研究零件结构与零件变形之间的关系对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。首先,将铝厚板内残余应力的释放合理地等效为外载荷的施加,利用材料力学弯曲变形公式建立铝厚板在厚度方向上加工变形的挠度模型。由实际加工测量可知:加工变形的公式解析值、有限元仿真值与实际测量值吻合得很好。为了进一步分析零件结构与疲劳寿命之间的关系,通过名义应力法对零件的最小疲劳寿命与疲劳载荷下零件的最大应力进行等效以简化分析,对部分具有代表性的结构进行静力分析后将其作为样本进行神经网络拟合,得到了以3个腹板位置为输入、零件最大加工变形及最大疲劳应力为输出的神经网络模型。最后利用神经网络模型构建了一个使得最大加工变形和最大疲劳应力都尽可能小的多目标优化问题,使用遗传算法求解该多目标问题后取得的最优解为:3个腹板与零件底部距离分别为8.868 mm、27.992 mm、28.000 mm,此时零件的最大加工变形为0.088 mm,最小的随机疲劳载荷寿命为4.432×107次。
坯料随机局部弯曲对滚弯成形结果影响的蒙特卡洛分析
郑子君, 陶裕梅
2021, 38(8): 237-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0594
摘要:
采用蒙特卡洛有限元模拟方法研究了坯料局部的随机弯曲对滚弯成形结果的影响。为了提高滚弯模拟的效率,提出了基于欧拉网格和经典梁单元的滚弯模拟方案,并与传统有限元模型和理论解对比验证了该方案的正确性。在此基础上模拟了具有零均值正态分布的局部曲率的超长坯料的滚弯过程,并统计产品曲率半径的分布规律。结果表明:输出曲率半径分布近似满足正态分布,且随着坯料曲率标准差的增大,均值减小,方差增大,宏观上表现为产品半径减小。产品的目标半径越大,代表性单元长度越长,受初始弯曲的影响就越大;对于给定的目标形状,辊轮位置参数对实际输出半径的分布没有影响。
其他工程学科
基于循环孔洞扩张模型的Q355钢超低周疲劳断裂数值模拟
尹越, 张松, 韩庆华, 马涛
2021, 38(8): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0522
摘要:
基于微观断裂力学的循环孔洞扩张模型是进行钢材超低周疲劳断裂分析的有效手段。通过光滑圆棒循环加载试验,确定了Q355钢混合强化模型材料参数;进行了不同加载方式下Q355钢单边缺口试件的超低周疲劳试验,确定了试件的超低周疲劳寿命及其断裂发展过程;建立了单边缺口试件有限元模型,基于有限元分析结果,采用循环孔洞扩张模型对试件的超低周疲劳寿命进行了预测,并通过编写用户子程序,删除断裂单元以模拟试件的断裂扩展过程,对试件的超低周疲劳断裂全过程进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果基本吻合,验证了循环孔洞扩张模型对钢材超低周疲劳断裂全过程数值模拟的适用性。