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当期目录

2020年 第37卷  第7期

基本方法
线弹性断裂力学问题的扩展自然单元法
陈莘莘, 刁呈岩, 肖树聪
2020, 37(7): 1-7. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0502
摘要:
为了更加有效地求解线弹性断裂问题,提出了扩展自然单元法。该方法基于单位分解的思想,在自然单元法的位移模式中加入扩展项表征不连续位移场和裂纹尖端奇异场。通过水平集方法确定裂纹面和裂纹尖端区域,并基于虚位移原理推导了平衡方程的离散线性方程。由于自然单元法的形函数满足Kronecker delta函数性质,本质边界条件易于施加。混合模式裂纹的应力强度因子由相互作用能量积分方法计算。数值算例结果表明扩展自然单元法可以方便地求解线弹性断裂力学问题。
弹性模量比对界面迁移下夹杂演化的影响
井亚彬, 黄佩珍
2020, 37(7): 8-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0444
摘要:
集成电路的导线内不可避免存在夹杂等缺陷。在各种内在机制以及外界环境作用下夹杂会出现形态演化从而影响内连导线的各种性能。该文基于界面迁移机制下微结构演化理论,推导了应力诱发固-固界面迁移的单元控制方程,数值模拟了夹杂-基体弹性模量比对夹杂形态演化的影响。结果表明:不同模量比下夹杂的形态演化存在两种分叉趋势,并且存在着临界应力\begin{document}${\widetilde \sigma _{\rm{c}}}$\end{document}、临界形态比\begin{document}${\beta _{\rm{c}}}$\end{document}、临界线宽\begin{document}${\widetilde h_{\rm{c}}}$\end{document}。当\begin{document}$\widetilde \sigma > {\widetilde \sigma _{\rm{c}}}$\end{document}\begin{document}$\beta > {\beta _{\rm{c}}}$\end{document}\begin{document}${\widetilde h} < {\widetilde h_{\rm{c}}} $\end{document}时,夹杂长大;反之收缩。随着模量比的增加,临界应力、临界形态比随之增大,而临界线宽会减小。并且,当夹杂与基体的弹性模量比\begin{document}$\alpha > 0.6$\end{document}时,模量比对于临界应力和临界形态比的影响可忽略。
土木工程学科
直立锁缝金属屋面加强抗风揭能力的优化设计
许秋华, 万恬, 刘凯
2020, 37(7): 17-26, 167. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.ST13
摘要:
中国2012年以前设计的直立锁缝金属屋面板的公共建筑,因按2006年版荷载规范设计导致设计负风压取值明显偏低而出现了金属屋面板风揭破坏,所以加强其抗风揭能力对此类既有公共建筑的安全使用至关重要。结合直立锁缝屋面系统现已广泛运用于公共建筑屋面系统中的实际,该文阐述了直立锁缝金属屋面系统抗风揭原理,对复杂受力状态下的直立锁缝屋面板系统各关键组成部分在极端暴风工况下的抗风揭能力进行了初步分析:该文从昌北机场T2航站楼工程既有直立锁缝式金属屋面系统破坏后加固设计案件的实际需要出发,通过分析直立锁缝金属屋面系统的传力路径及其破坏特点,探讨了既有直立锁缝式金属屋面系统确保重点区域、兼顾一般区域并通过实物抗风揭对比试验确定的加强设计优化思路,提出了通过实物抗风揭试验来进行评价及具体优化的方法;通过系列抗风揭承载性能的对比试验,提出了在既有直立锁缝式金属屋面板在一般区域及加强区域分别于支座上增加不同间距夹具的有效方法,并提出了对此类屋面板抗风揭承载力设计的优化建议,特别提出了要进一步提高既有直立锁缝金属屋面板板头部位的防掀能力,避免产生“撕纸破坏连锁效应”。不仅可以为此类既有屋面的加固设计提供科学依据,而且为类似大型场馆金属屋面新建工程的设计提供有价值的参考。
基于三维离散-连续耦合方法的NPR锚索-围岩相互作用机理研究
胡杰, 何满潮, 李兆华, 张龙飞, 冯吉利
2020, 37(7): 27-34. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0390
摘要:
恒阻大变形(NPR)锚索作为一种高效的吸能锚索已广泛应用于边坡和采矿工程的加固和监测预警中。NPR锚索工作时的径向膨胀特性将影响整个锚固系统的性能。因此,基于离散元法(DEM)-有限差分法(FDM)耦合方法对静力拉伸作用下NPR锚索-围岩的相互作用机理进行分析。NPR锚索考虑为连续单元体,围岩和锚固材料由离散球体单元表征,将整个NPR锚固系统实现了离散元法与有限元法耦合模拟。围岩的离散元细观参数得到校准,NPR锚索的有限差分宏观参数由相应的静力拉伸室内试验进行验证。通过分析数值结果,对NPR锚索与NPR锚固系统的恒阻力进行了比较;描述了锚索-围岩界面的正应力与切应力的分布特征;此外,对锚固剂与围岩的破坏模式进行了细观研究。研究结果描述了NPR锚索与围岩的相互作用并揭示了NPR锚索的特殊锚固机理,可用于预测和提高NPR锚索锚固系统的性能。
梭形空间桁架约束型防屈曲支撑的性能研究
朱博莉, 郭彦林
2020, 37(7): 35-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0424
摘要:
防屈曲支撑的外围约束体系的革新研究始终是其核心内容。该文提出了梭形空间桁架约束型防屈曲支撑(STC-BRB)的概念,并以BRB工程应用中的四榀桁架约束体系为例,研究了STC-BRB的静力承载力和抗震设计方法。STC-BRB采用与其弯矩分布图相似的梭形桁架作为外围约束体系,具有提高材料利用率及外形美观等特点,适用于高层建筑和空间结构设置外露BRB的工程应用。该文建立了STC-BRB梁单元模型,采用ANSYS有限元软件对其弹性屈曲性能、弹塑性承载力和滞回性能展开研究,分别给出了基于承载力型和耗能型BRB约束比门槛值的设计方法。研究STC-BRB弹性屈曲性能,基于弹性屈曲荷载的理论和数值计算结果,提出了弹性屈曲荷载的计算公式,给出了BRB约束比的表达式。基于变化约束比的STC-BRB算例的计算结果,分别对其单调轴压弹塑性承载性能和拉压循环荷载作用下的弹塑性滞回耗能性能进行分析,研究了STC-BRB的失稳模式、极限承载力以及滞回耗能能力,获得了STC-BRB承载型和耗能型的约束比门槛值,建立了承载力和抗震设计的基本计算理论和设计方法。
内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究
邓明科, 张敏, 张阳玺, 陈森
2020, 37(7): 47-56. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0568
摘要:
为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48~0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。
轻骨料无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应:细观模拟
金浏, 蒋轩昂, 杜修力
2020, 37(7): 57-67. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0253
摘要:
轻骨料混凝土具有轻质、高强及保温隔热性能好等优点,被广泛应用于工程结构中。采用细观数值模拟方法,将普通及轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了无腹筋混凝土梁剪切破坏行为模拟的三维细观力学分析模型,研究了不同尺寸普通及轻骨料无腹筋混凝土悬臂梁在单调加载下的剪切破坏模式与失效机制,揭示了名义剪切强度的尺寸效应规律。此外,结合模拟结果对相关设计规范抗剪承载力计算公式的准确性和安全性进行了初步探讨。研究结果表明:区别于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁由于骨料强度较低而首先发生破坏;不同尺寸混凝土梁的剪切破坏模式基本一致,梁的名义剪切强度展现出明显的尺寸效应;相比于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁剪切破坏表现出具有更强的尺寸效应。
大气边界层大涡模拟入口湍流生成方法研究
周桐, 闫渤文, 杨庆山, PhamVan Phuc, 王京学
2020, 37(7): 68-76. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0381
摘要:
生成满足大气边界层风场特性的入口湍流是开展结构风效应大涡模拟的关键问题之一。该文的主要目的是验证并探讨两类主要的大气边界层大涡模拟入口湍流生成方法的合理性与可行性。采用CDRFG(Consistent Discretizing Random Flow Generation)方法和被动模拟法生成大气边界层风场,从统计特性、流场结构和计算效率等方面进行对比分析,比较不同网格系统下的数值模拟结果,提出结构风效应大涡模拟的网格划分策略。结果表明:相比于CDRFG方法,被动模拟法生成的流场结构更加合理,但无法预先考虑脉动风场的空间相关性,且需要较高的计算成本和先验的流场信息。计算域的网格分辨率对于统计特性和流场结构的模拟精度具有重要影响,而目标区域的网格分辨率应依据控制工程结构风致响应的主要频带范围确定。
平面SV波入射下山体地形中双线隧道动力响应
张海, 杜雪姣, 刘中宪, 徐颖, 杨国岗
2020, 37(7): 77-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0404
摘要:
根据弹性波动理论,结合“分区契合”思想,采用间接边界元方法,考察SV波入射下隧道—山体系统整体地震反应特征和相互作用规律。通过参数分析讨论入射波频率和角度、衬砌隧道位置等因素对山体表面及附近地表的地面运动、山体内部衬砌隧道本身应力、位移的影响。计算结果表明:山体中衬砌隧道的存在对附近地震波有显著的放大作用。整体上看,随着无量纲频率η增大,隧道环向应力逐渐减小,地表位移幅值震荡更为剧烈,空间分布更复杂;山体与隧道尺寸的比值较小时,隧道内环向应力集中比较显著,随着山体与隧道尺寸比的增加,环向应力峰值呈现减小的整体趋势,应力集中区域显著减少;随SV波入射角度α的增大,两隧道衬砌内部环向应力均有增加的趋势。另外,隧道间距越小,衬砌动应力集中效应越发显著。
剪切型消能连梁的循环屈曲特性研究
刘晓刚, 樊健生, 聂建国
2020, 37(7): 89-98. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0426
摘要:
该文对剪切型消能连梁的循环屈曲特性展开了试验研究,并建立了连梁的数值分析模型,分析了不同参数对连梁腹板循环屈曲特性的影响规律。研究表明:轴向位移约束对连梁的腹板的屈曲特性基本没有影响,轴力不大时也基本不影响连梁的腹板的屈曲特性。参数分析表明:腹板高厚比对连梁屈曲位移角的影响最为显著;腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值对屈曲位移角的影响也十分明显,但腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值超过2之后,其对屈曲位移角的影响变得很小;等效连梁长度系数和材料强化特性对屈曲位移角基本无影响。建立了腹板循环屈曲位移角的理论预测方法,试验和数值验证表明:该方法具有较高的可信性。
钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究
李杨, 李延涛, 邢万里, 丁井臻, 宗金辉
2020, 37(7): 99-109. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0427
摘要:
为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。
基于RVE单元的藏式古建石砌体均质化研究
蒋宇洪, 杨娜, 白凡
2020, 37(7): 110-124. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0461
摘要:
在普通砖石砌体结构方面的均质化研究已经较为完善,而在构造、材料存在随机性的古建筑砌体结构方面的均质化研究相对欠缺。该文以有限尺度测试窗法为基础,提出了一种选择砌体结构代表性体积单元(RVE单元)的方法,并与试验和传统有限元模拟结果对比,验证了所提方法的可行性。在此基础上,该文进行了藏式古建石砌体结构RVE单元的选择,探讨了RVE单元的尺寸大小和所包含的组元分布对等效模量的影响,并基于所选RVE单元建立了藏式石砌体结构的均质化模型和整体式模型。结果表明:该选择方法适用于周期性和准周期性砌体结构,能选出与完整结构力学性能接近的RVE单元。随着RVE单元尺寸变大,其Voigt、Reuss等效模量会逐渐向完整结构的模量收敛,呈现先快后慢的变化趋势;组元分布的不同会改变等效模量的收敛程度,但在较大尺寸的RVE单元上,组元分布的影响将被体积造成的影响抵消。该文所建均质化模型能代替传统有限元模型进行局部结构的分析,并给出藏式古建石砌体结构的应力分布规律;所建整体模型能代替传统有限元模型,较为精确模拟结构整体的宏观变形。
矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点抗震性能试验研究
付波, 王彦超, 童根树
2020, 37(7): 125-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0474
摘要:
针对钢结构住宅建筑中柱子宽度日趋减小的趋势,提出了柱内无隔板的矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点。对7个新型节点试件进行拟静力试验,变化参数有钢梁截面、顶板厚度和顶板长边高度。试验主要研究了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化、延性和耗能能力等抗震性能。试验结果表明:外顶板式节点共有梁翼缘受拉破坏、梁翼缘与顶板连接焊缝破坏、顶板与柱连接处的柱壁破坏三种破坏模式。节点延性系数为2.17~3.67,等效粘滞阻尼系数在0.2~0.3之间,极限位移角平均值为1/49,节点抗震性能满足“强节点弱构件”要求。增大外顶板的厚度或长边高度可提高节点承载力,钢梁翼缘、翼缘和顶板连接焊缝或柱壁的过早开裂会降低节点延性和耗能能力。最后提出在验算柱壁和连接焊缝极限承载力时,节点连接系数应取1.4;另外可采取梁端翼缘加强或削弱措施,以保证外顶板式节点具有足够的塑性变形能力。
并联式单向单颗粒阻尼器力学模型及优化分析
闫维明, 王宝顺, 何浩祥
2020, 37(7): 138-150. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0487
摘要:
针对目前颗粒阻尼器的不足及土木工程减震的需求,提出并联式单向单颗粒阻尼器(Parallel Single-Dimensional Single Particle Damper, PSSPD)。在剖析PSSPD减振机理且全面考虑颗粒的受力状态的基础上,建立其力学模型并提出一种高效的变步长数值计算方法。针对简谐激励,获得PSSPD-单自由度结构系统处于稳定、对称、周期碰撞状态时的系统位移响应解析表达,并在该结果的基础上分析各参数对PSSPD性能的影响及颗粒运动最优间距的与其它参数的关系,对其准确性进行验证。提出PSSPD在地震动中的优化分析方法并对其合理性和准确性也进行验证,并研究在最优设计参数和不同场地地震动作用下PSSPD对结构的减震效果。结果表明:因PSSPD属于加速度(力)相关性阻尼器,只要颗粒发生碰撞就会转移受控结构的能量,而地震动频谱的丰富性和随机性增强了颗粒发生碰撞的概率,PSSPD对不同场地下的地震动均有良好的减震效果,且场地效应对其减震效果影响不明显,更加适用于中低层结构。
基于计算接触力学的粗颗粒土体材料细观性质模拟
潘洪武, 王伟, 张丙印
2020, 37(7): 151-158. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0490
摘要:
采用离散元等数值模拟方法研究粗颗粒土体材料的细观力学行为,是近年来岩土力学的热点研究课题。提出了一种基于计算接触力学的粗颗粒土体材料细观力学行为模拟分析新方法。该法将土体颗粒剖分成一定数量的单元,通过计算接触力学方法模拟颗粒间的多体接触行为,是一种基于有限元变分原理的隐式数值求解方法,具有严格的理论基础。和离散元法方法相比,该方法在描述颗粒本身的力学特性方面具有优势,可以计算得到颗粒内部的应力分布情况,从而为颗粒破碎等细观行为的模拟计算提供依据。利用所发展的粗颗粒土体多体接触有限元计算程序,进行了不同围压的常规三轴数值试验,模拟计算结果符合粗颗粒土体材料三轴试验的一般规律,初步验证了所提出的计算方法的适用性。
带消能连梁的矩形空心双柱式高墩抗震性能试验研究
王源, 王天琦, 孙利民, 谢文
2020, 37(7): 159-167. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0496
摘要:
基于震后功能可恢复的设计理念,按1/20几何缩尺比设计和制作了矩形空心双柱式高墩和带消能连梁的矩形空心双柱式高墩模型,开展了低周往复荷载作用下的拟静力试验研究,分析了试件的破坏形态及过程,比较研究了试件的强度、累积滞回耗能、墩柱曲率和位移延性等抗震性能参数。试验结果表明:与普通的矩形空心双柱式高墩相比,带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更好的耗能能力、承载能力和位移延性能力,消能连梁可有效减小墩柱曲率,从而有效降低了墩柱的地震损伤。因此,带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更优良的抗震性能。
考虑壁面浸润性的光滑岩体微裂隙渗流特性数值模拟研究
申林方, 李腾风, 王志良, 李泽, 王鹏宇
2020, 37(7): 168-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0499
摘要:
在工程岩体中存在大量的微裂隙,由于隙宽尺寸微小,其壁面浸润性显著影响着流体在裂隙内的运动特性。为此,基于Shan-Chen伪势模型的格子Boltzmann方法,建立了光滑岩体微裂隙渗流的数值模型,并结合蒸汽中的悬浮液滴和壁面接触角的模拟,证明了该模型的有效性。最后,考虑壁面浸润性、裂隙隙宽、压力梯度及流体黏滞性等因素的影响,研究了重力驱动下光滑岩体微裂隙的渗流特性。研究结果表明:疏水壁面对附近流体的排斥作用产生加速效果,而亲水性壁面则产生阻碍作用,从总体变化趋势看,疏水壁面对微裂隙渗流的影响比亲水壁面更加显著。随着微裂隙隙宽的减小,其壁面浸润性对渗流流速的影响逐渐增大,且壁面亲/疏水性越强,隙宽对其渗流特性的影响越突出。裂隙的平均渗流流速随压力梯度的增加而增大,两者呈线性关系,且壁面疏水能力越强,其直线斜率越大。此外,流体的运动黏度越大,其流动阻力也越大,从而导致微裂隙渗流的平均流速越小,且流体的运动黏度与平均渗流流速呈反比例关系。
锈蚀预应力混凝土梁承载力及破坏模式研究
邢国华, 武名阳, 常召群, 张广泰, 柳明亮
2020, 37(7): 177-188. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0503
摘要:
随着服役时间增长,侵蚀环境下预应力混凝土梁因受力筋发生锈蚀而造成其延性与承载力降低,严重影响结构的安全使用。为分析侵蚀环境下预应力混凝土梁的承载性能,以集中荷载作用下锈蚀预应力混凝土梁为研究对象,分析混凝土梁锈蚀后各材料性能的劣化与预应力对其承载能力的影响,基于桁架-拱模型给出了桁架作用与拱作用的荷载分配系数,建立了预应力混凝土梁承载力计算模型及破坏模式判别方法,并通过76根预应力混凝土梁的试验数据对建议模型进行验证。研究结果表明:预应力混凝土梁承载力试验值与计算值之比的平均值为1.116,方差为0.033,吻合较好;基于建议分析模型对预应力混凝土梁破坏模式的预测判别与试验梁破坏模式符合程度较高,且该模型能反映预应力混凝土梁随着锈蚀程度增大其破坏模式发生演变这一特征。该文建议的理论模型可用于锈蚀预应力混凝土梁的承载力计算与破坏模式预测分析。
高层钢结构考虑长周期地震动的减震加固研究
杜东升, 宋宝玺, 许伟志, 王曙光
2020, 37(7): 189-200. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0508
摘要:
考虑长周期地震动的影响对一高层钢结构进行了减震加固,并对其抗震性能进行了评估。日本东京新宿地区一高层钢结构经历了“3·11”地震,其强震观测系统记录到了有价值的加速度时程数据,为使其成为人流密集区域的避难场所,拟进行减震加固以提高其抗震性能。基于记录数据进行了频谱分析和时频域分析,发现此次地震具有明显的远场长周期和长持时特征,其长周期分量持续到300 s后才逐渐衰减;利用Ai分布地震力研究了结构的非线性特征和损伤分布,并在此基础上采用基于存储刚度的静力分析方法进行了减震优化设计;选取了包含记录数据在内的长周期长持时地震动和一般地震动对减震加固结构进行了非线性动力分析及损伤评估。结果表明:相较于一般地震动,长周期长持时地震动作用下高层结构的减震效果更明显,优化后的减震加固方案使结构的振动衰减较快,不仅减小了结构的最大响应,而且有效降低了构件的损伤数量和损伤程度。衡量钢支撑局部屈曲的累积轴向应变在长周期长持时地震动作用下明显大于一般地震动,故长周期长持时地震动对钢支撑局部屈曲影响较大。
拟静力作用下群钉连接件抗剪性能研究
赵根田, 侯智译, 高鹏, 王达
2020, 37(7): 201-213. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0513
摘要:
为研究低周往复荷载作用下群钉连接件的劣化过程和退化机理,以栓钉直径、混凝土强度等级、加载方式为参数设计9个试件进行试验,并采用ABAQUS进行精细分析,研究群钉抗剪连接件的破坏模式、刚度退化、损伤累积、抗剪承载力及能量耗散等指标。结果表明:混凝土强度相同时,试件的抗剪承载力随栓钉直径的增加而提高,而抗剪刚度和能量耗散等指标变化不明显。对于直径较大的栓钉,各项性能指标还会出现劣化。混凝土强度增加,试件的抗剪承载力和抗剪刚度提高,耗能增加,滑移值减小。低应力循环加载时,试件较早出现损伤累积,其损伤累积速度随栓钉直径的增大而增加。高应力循环加载时,试件表现出损伤累积滞后现象,在第3个循环节开始出现损伤快速累积。群钉多层排列时,栓钉传力不均匀,靠近加载端的栓钉承担的剪力大于其他栓钉。当混凝土强度在C35和C45之间时,建议采用直径16 mm的栓钉与之搭配。
氯离子侵蚀下RC框架结构时变抗震性能研究
周炎, 郑山锁, 龙立, 张艺欣, 贺金川, 董立国
2020, 37(7): 214-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0519
摘要:
氯离子侵蚀作用引发的结构耐久性损伤将导致RC结构抗震性能发生时变劣化。在材料层次,该文通过考虑钢筋截面削弱、保护层混凝土开裂软化、核心区混凝土极限压应变降低等模拟氯离子侵蚀对RC框架结构材料性能的影响,并基于试验数据验证了模拟方法的准确性;在结构层次,基于上述材料力学性能退化模型和纤维模型,对3层、6层与8层多不同服役期(0年、30年、50年和70年)RC框架结构进行数值建模,继而进行了静力与动力弹塑性分析,研究了其随服役期增长承载与变形能力退化规律和层间位移角分布变化规律。研究结果表明:结构腐蚀后,随着服役期的增加,结构承载力、特征点位移、位移延性、软化段刚度等抗震性能指标均逐渐减小,结构的屈服PGA和倒塌PGA亦不断降低,结构最大层间位移角不断增大,且结构在罕遇地震作用下层间位移反应受服役期影响较设防地震作用更为明显。
II型III型动态裂纹尖端断裂过程区近似评估方法
姬晨濛, 戚承志
2020, 37(7): 223-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0580
摘要:
动态裂纹尖端断裂过程区轮廓的确定问题仍然是一个没有得到完全解决的问题。基于弹性动力学的理论和复应力函数方法,提出一种伪应力函数方法,用于近似评估动态裂纹尖端应力场。通过与已知应力场计算结果对比,验证了伪应力函数的正确性。利用此近似方法通过Von Mises强度准则和Tresca强度准则,分别确定了不同强度准则条件下、不同裂纹扩展速度下断裂过程区的轮廓。计算结果表明:II型和III型动态裂纹尖端断裂过程区关于裂纹面对称分布,随着裂纹扩展速度增大而增大。当裂纹传播速度接近瑞利波速时,断裂过程区变化加剧。利用Tresca强度准则计算得到的动态裂纹尖端断裂过程区面积比利用Von Mises强度准则计算得到的断裂过程区的面积大。
机械工程学科
基于联络通道缓解高速列车在长大隧道的压力波波动
高畅, 张继业, 李田, 孙瑶
2020, 37(7): 230-239. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0472
摘要:
为了减缓高速列车通过隧道引起的压力波动对列车运行的影响,基于列车空气动力学研究了高速列车通过带有联络通道的隧道时的压力波特性。建立了3节编组高速列车数值仿真计算模型,基于三维、非定常、可压缩Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型和滑移网格技术,数值模拟了高速列车通过联络通道隧道的气动特性,主要考虑设置联络通道后,联络通道面积、列车运行速度和不同通道间距对隧道压力波动的影响。研究结果表明:列车通过设有联络通道的隧道相比于无联络通道隧道的气动特性得到明显改善;通道对初始压力上升与下降抑制效果更加明显,对膨胀波的抑制更为突出;列车运行速度越高,通道面积越大,压力波回落越明显;联络通道的设置使压力波波形呈现局部锯齿状。提出了列车通过隧道时压力峰值的快速计算公式。
其他工程学科
空调塑料材料的碰撞失效模拟研究
李祖吉, 黄云艳, 刘怀灿, 耿建军, 朱耀辉, 张文超
2020, 37(7): 240-246. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0482
摘要:
研究空调内机塑料材料ABS-121H在跌落工况下的力学行为。通过准静态、动态拉伸力学实验和失效实验,分别建立了不同应变率下材料弹塑性模型及LS-DYNA软件的GISSMO失效模型,并通过整机零部件实验及仿真对材料弹塑性模型和失效模型准确性进行验证。结果表明:考虑应变率效应的材料弹塑性模型可以准确反映结构的加速度和刚度,GISSMO失效模型可以准确预测材料复杂应力状态下的断裂失效行为。该研究为空调跌落仿真的材料模型建立提供参考。
飞机舱门橡胶密封件动摩擦性能实验研究
渠涛, 柳荣, 董弋锋, 柯玉超, 姚学锋
2020, 37(7): 247-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0445
摘要:
橡胶密封件在飞机舱门结构中广泛应用,主要起到密封、隔音、保温等作用,对飞机的正常飞行以及乘客的生命安全至关重要。该文主要研究了不同截面形状的飞机舱门橡胶密封件在不同条件下的动摩擦性能,介绍了应用于飞机舱门上不同形状的橡胶密封件以及对应的加载装置,并且利用动摩擦性能实验机对不同形状橡胶密封件在不同温度、不同压缩量以及不同表面处理条件下的动摩擦性能进行实验研究,分析环境因素对橡胶密封件动摩擦性能的影响。研究结果对于橡胶密封件动摩擦性能的设计和优化有重要作用。