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2017年  第34卷  第6期

基本方法
非均匀热载荷作用下功能梯度梁的非线性静态响应
毛丽娟, 马连生
2017, 34(6): 1-8. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0868
摘要:
由于功能梯度材料结构沿厚度方向的非均匀材料特性,使得夹紧和简支条件的功能梯度梁有着相当不同的行为特征。该文给出了热载荷作用下,功能梯度梁非线性静态响应的精确解。基于非线性经典梁理论和物理中面的概念导出了功能梯度梁的非线性控制方程。将两个方程化简为一个四阶积分-微分方程。对于两端夹紧的功能梯度梁,其方程和相应的边界条件构成微分特征值问题;但对于两端简支的功能梯度梁,由于非齐次边界条件,将不会得到一个特征值问题。导致了夹紧与简支的功能梯度梁有着完全不同的行为特征。直接求解该积分-微分方程,得到了梁过屈曲和弯曲变形的闭合形式解。利用这个解可以分析梁的屈曲、过屈曲和非线性弯曲等非线性变形现象。最后,利用数值结果研究了材料梯度性质和热载荷对功能梯度梁非线性静态响应的影响。
紊流激励条件下基于随机减量法的颤振边界预测研究
李扬, 周丽, 杨秉才
2017, 34(6): 9-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0019
摘要:
发展了一种紊流激励条件下的颤振边界预测方法。首先基于随机减量法从紊流激励响应中提取出系统的自由衰减响应,其次采用矩阵束法从自由衰减响应中识别出振动响应的主要模态参数,最后用识别出来的模态参数构造稳定性判据,根据稳定性判据与动压或风速的变化关系用曲线外推来预测颤振边界。数值仿真与风洞试验研究表明:利用随机减量法和矩阵束法能够较准确地识别出紊流激励响应中的主要模态参数;稳定性颤振判据下降趋势明显、规律性好,有助于在较低风速下提前预测出颤振边界,从而减小风洞试验或颤振试飞的安全隐患。
考虑时效损伤劣化的变参数非线性蠕变损伤模型
蒲成志, 曹平, 张春阳, 章求才
2017, 34(6): 17-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0967
摘要:
应力长期作用下岩体内部损伤不断累积、扩展,导致部分承载单元丧失承载能力,使得岩体内部真实应力强度大于表观应力。该文以流变学理论为基础,将损伤因子引入弹性元件及黏性元件中,给出弹性损伤元件及黏性损伤元件的蠕变特征方程,用以描述持荷过程中由于损伤累积而呈现出蠕变与时间相关的非线性变形特征;然后以弹性损伤元件及黏性损伤元件的蠕变特征方程为基础,给出考虑损伤效应的经典组合模型的蠕变状态方程,并依据稳定蠕变过程中蠕变变形的组成特征,构建了用于描述软岩稳定蠕变的五元件变参数非线性蠕变损伤模型,同时给出了蠕变损伤组合模型的蠕变变形特征方程;最后以江西东乡铜矿砂质页岩稳定蠕变阶段实验数据为基础,分析并验证了蠕变损伤模型在描述软岩非线性蠕变特征方面的准确性及适用性,拟合结果表明:引入损伤因子的蠕变模型元件,能够很好的描述蠕变的时效-非线性特征。
土木工程学科
采用定长索设计的索网玻璃幕墙结构索长误差控制理论
张旭乔, 郭彦林
2017, 34(6): 28-40. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.06.0430
摘要:
单层索网结构体系目前已广泛应用于大尺度玻璃幕墙工程中。而将定长索设计的方法应用于其设计施工中,具有明显优势。在使用定长索设计时,索网玻璃幕墙中整索长度的准确性与节点连接的标定准确性都会影响张拉成形后各索的拉力及节点位形的精确度,进一步影响玻璃幕墙的位形及受力性能。该文首先分别讨论这两种索长误差影响的区别和联系,说明这两者均可转化为索段的索长误差以进行进一步研究。在此基础上,将两种索长误差结合,研究索段初始索长误差的敏感性。之后,应用概率论的相关理论,写出索段索长误差用整索索长误差和节点连接偏差表示的数学关系式,并给出不同施工方法下的不同表达关系。最后,综合应用可靠度理论及线性规划方法,提出整索长度误差和节点连接标定偏差的控制限值。研究成果给采用定长索设计的单层索网幕墙结构的索长误差控制提供指导。
圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱轴压试验研究
郭莹, 刘界鹏, 苗亚军, 王宇航, 许天祥
2017, 34(6): 41-50. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.06.0442
摘要:
CFRP材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐久性好等特点,但在新建建筑中应用CFRP管混凝土柱施工复杂,成本高昂,而采用在薄壁钢管外缠绕CFRP布,用钢管作为CFRP布的施工模板,可大大简化施工过程,且能满足对柱子截面形状的要求,应用前景广阔。该文通过对圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压静力性能进行试验研究,对比并建议了圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压承载力计算方法,可供实际工程设计参考。
底部开水平缝预应力自复位剪力墙有限元模拟
党像梁, 吕西林, 钱江, 周颖
2017, 34(6): 51-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1021
摘要:
底部开水平缝预应力自复位剪力墙在墙体与基础连接处的两端设置水平缝,剪力墙和基础界面中间部位保持正常连接,在墙体内竖向设置无粘结预应力钢绞线提供自复位能力。通过有限元分析软件ABAQUS对低周反复加载试验中的底部开缝剪力墙进行数值模拟,介绍了建模方法及过程,将数值模拟的单调加载和往复加载结果与试验结果进行对比分析,包括骨架曲线、滞回曲线、耗能能力、预应力筋中应力变化、剪力墙底部抬升量、剪力墙混凝土应变和钢筋应力等参数。结果表明,采用的模拟方法能够在各项对比中较好吻合试验结果,证明了数值模拟的合理性和有效性,为工程应用中此类构件的精细化模拟分析提供了参考。
骨料级配对二维模型混凝土单轴抗拉强度影响的理论研究
李冬, 金浏, 杜修力, 杜敏
2017, 34(6): 64-72. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0886
摘要:
混凝土尺寸效应及其宏观力学非线性根源于其材料细观组成的非均质性。结合混凝土细观结构形式,将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的复合材料。采用双线性弹性损伤模型来描述砂浆基质及界面过渡区的力学行为,假定骨料颗粒为弹性体而不发生破坏,进而推导并获得了单轴拉伸条件下不同骨料颗粒级配混凝土断裂裂缝扩展路径长度及其抗拉强度的理论解。最后,对比了建立的理论公式结果与细观尺度数值模拟结果,验证了构建的关于裂缝长度及抗拉强度理论解的准确性和合理性。
地表粗糙度对山区峡谷地形桥址区风场影响研究
遆子龙, 李永乐, 廖海黎
2017, 34(6): 73-81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0970
摘要:
为研究地表粗糙度对山区峡谷地形桥址区风环境的影响,通过计算流体力学数值模拟的方法,对不同粗糙度下理想峡谷与真实峡谷模型中主梁跨中位置的风剖面进行了研究。通过理想模型的计算分析,确定了不同风向角下主梁跨中风剖面随粗糙度变化的一般规律,结合对峡谷内流场特点的分析,揭示了粗糙度对峡谷内风速造成影响的原因,并在真实地形模型中进行了验证,根据地表种类细化了粗糙度设置方案。研究表明,在峡谷地形条件下,粗糙度对风速的影响与常规地形有明显差异,在主梁高度处,随着粗糙度的增加,主梁跨中风速可能会有不同程度的增加。研究结论为山区峡谷地形处桥梁设计风速确定提供了依据。
基于可靠度分析的再生混凝土材料分项系数
肖建庄, 张凯建, 胡博, 陈恩慈
2017, 34(6): 82-91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0982
摘要:
为研究再生混凝土强度变异性对再生混凝土材料分项系数的定量影响,以普通混凝土受弯梁为参照,保持目标可靠指标不变,分别设定再生混凝土的强度均值,标准值和设计值与普通混凝土相同,分析了三种情况下的再生混凝土的材料分项系数和强度设计值的取值。分析结果表明,上述三种情况下,当再生混凝土的强度变异系数大于普通混凝土强度变异系数时,为保证再生混凝土梁受弯时的可靠指标达到现行规范目标可靠指标,其所需配筋率依次降低,所需再生混凝土配合比设计强度依次增加。当再生混凝土的强度变异系数小于等于0.15时,取均值相同时的C30、C40再生混凝土的材料分项系数为1.41和1.35,标准值相同时为1.43和1.41,设计值相同时为1.45和1.41,都可以保证再生混凝土梁的受弯可靠指标达到现行规范的要求。
基于裂缝带理论的深受弯构件受剪分析
吴涛, 魏慧, 刘喜
2017, 34(6): 92-100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0983
摘要:
目前,现行各国规范和典型抗剪模型未能准确、合理考虑尺寸效应对深受弯构件受剪能力的影响。基于拉压杆模型,结合断裂力学中能量损失平衡方程和裂缝带抗剪理论,建立了深受弯构件抗剪计算模型;通过对大量钢筋混凝土深受弯构件受剪试验数据的回归分析,对模型进行简化;采用该模型对343组深受弯构件的受剪承载力进行计算,并将其预测结果及美国ACI318-14、欧洲EC2、加拿大CSA A23.3-04、我国规范(GB50010-2010)、Tan-Cheng模型计算结果与试验值进行对比分析。分析表明:基于裂缝带理论的深受弯构件抗剪模型预测结果较各国规范及Tan-Cheng模型的计算结果与试验值吻合良好,建议模型具有明确的力学概念且受剪跨比影响较小,消除了尺寸效应的影响,能够准确预测深受弯构件的抗剪能力。
建筑结构钢超低周疲劳断裂破坏的损伤预测模型
黄学伟, 张旭, 苗同臣
2017, 34(6): 101-108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0991
摘要:
针对地震作用下建筑结构钢的超低周疲劳断裂问题,在单调加载损伤模型的基础上,提出了一种适用于超低周循环加载情况下的损伤预测模型,并借助ABAQUS软件的用户自定义材料子程序模块,将建立的损伤预测模型引入到有限元分析程序中。然后分别依据建筑钢结构母材、热影响区和焊缝金属缺口试样的单调加载和超低周循环加载试验,标定了材料的损伤模型参数,并对比分析了缺口圆棒试样在不同加载方式下的损伤演化规律,损伤分析结果表明缺口圆棒试样的裂纹都产生于试样截面中心处,这与试验结果一致。最后,以钢框架梁柱焊接节点为研究对象,应用损伤模型分析了节点危险部位的损伤演化规律,数值模拟了节点的超低周疲劳断裂破坏过程,最终得到节点的疲劳寿命与试验结果吻合良好。
多层预应力混凝土框架结构基于IDA的地震易损性分析
卢杰志, 张耀庭, 郭宗明, 王晓伟
2017, 34(6): 109-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0996
摘要:
为研究我国《预应力混凝土结构抗震设计规程》(JGJ40-2004)所规定的PC框架结构轴压比、柱端弯矩增大系数等设计参数取值的合理性,根据该规程设计了6榀轴压比与柱端弯矩增大系数取值不同、抗震等级为二级的PC框架结构,在OpenSees软件中,采用基于材料的非线性纤维梁柱单元建立其数值分析模型,考虑材料、荷载、地震动等参数的随机性,分别对其进行基于增量动力的易损性分析。研究表明:当轴压比相同时,提高柱端弯矩增大系数,或在柱端弯矩增大系数相同时,减小柱的轴压比,均能有效地改善PC框架结构的抗震性能;04规程中规定的二级PC框架结构的柱端弯矩增大系数限值偏小,规程修订时应予以增大,建议≥2.0;04规程中规定的二级PC框架结构的轴压比限值偏大,规程修订时应予以适当减小,建议<0.7。
面向结构有限元分析的模型转换方法研究
张晓洋, 胡振中
2017, 34(6): 120-127. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1014
摘要:
通过分析当前建筑工程项目模型信息传递中存在的典型问题及应用需求,提出IFC-API建筑结构模型转换模式,并结合前期结构分析模型转换框架,形成一套完整的基于BIM的面向结构有限元分析的模型转换体系,对解决设计阶段信息断层、提高效率具有重要意义;同时针对模型显示进行优化,扩展研发基于BIM的模型转换平台,并通过某一小学教学楼进行实例验证。该研究从理论、技术、应用层面就面向结构有限元分析的模型转换取得突破性进展,也为后续基于BIM的时变结构安全性能模拟和分析提供支持。
大型结构小增益分散稳定化容错控制研究
潘兆东, 谭平, 周福霖
2017, 34(6): 128-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1018
摘要:
针对大型土木工程结构,研究了具有完整性的小增益分散稳定化容错控制问题,考虑子控制系统关联项及系统中传感器与作动器出现故障的情况,利用Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式方法,给出了离散时滞关联系统分散镇定的充分条件,并证明了该条件等价于一组线性矩阵不等式的可行性问题。进而,通过建立和求解一个凸优化问题,提出了具有完整性的小反馈增益参数分散稳定化容错状态反馈控制律的设计方法,所得到的子系统控制器能保持全局渐进稳定。针对ASCE 9层benchmark模型,该文分别从部分独立分散控制和重叠分散控制角度研究分析了正常工况、传感器失效、作动器失效及传感器作动器均失效工况的分散控制设计与数值分析。结果表明,该文提出的小增益分散稳定化控制(LMI-SGDSC)算法能获得与集中控制策略接近的控制效果,且无需更多的控制能量;相对于集中控制,重叠分散控制系统具有更高的可靠性;在发生故障时,具有完整性的分散稳定化容错控制(LMI-SGFTDSC)具有较好的控制效果。
重力坝水下接触爆炸的数值分析
徐强, 曹阳, 陈健云
2017, 34(6): 137-145. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1033
摘要:
采用显式程序AUTODYN中的Euler-Lagrange耦合算法模拟混凝土重力坝水下接触爆炸。研究在不同炸点的水下接触爆炸荷载作用下大坝的动力响应以及损伤裂纹分布特点。针对上述特点采用泡沫铝作为抗爆材料,研究了泡沫铝的抗爆效果。研究结果表明:采用泡沫铝作为大坝水下爆炸抗爆材料能大幅降低爆炸冲击波幅值,减小大坝的动力响应,同时能减小爆炸对坝体产生损伤及裂纹分布范围,具有良好的抗爆性能。
块石含量和空间分布对土石混合体抗剪强度影响的离散元分析
严颖, 赵金凤, 季顺迎
2017, 34(6): 146-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0002
摘要:
土石混合体的抗剪强度在很大程度上取决于其块石的含量、空间分布、形态等参数。该文采用球体单元模拟土颗粒,通过组合颗粒单元构造非规则形态的块石,对不同含石量和块石空间分布下土石混合体的直剪过程进行了离散元数值模拟。计算结果表明,在低含石量下,土石混合体的抗剪强度随含石量的增加而增加;在中含石量下,受块石空间分布的影响,其抗剪强度呈现很强的波动性;在高含石量下,其抗剪强度显著增强,波动性相对较小。抗剪强度在中高含石量下波动现象的细观机理是块石空间分布影响下的力链结构特性。当块石的空间分布使其形成较强力链结构时,抗剪强度较高;反之,块石间的力链结构不稳定,抗剪强度相对较低。以上研究有助于从细观尺度揭示土石混合体变形和剪切强度特性的内在机理。
桩基贯入过程中土体大变形分析与流动机理研究
李书兆, 李亚, 鲁晓兵
2017, 34(6): 157-165. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0018
摘要:
土体大变形问题是海洋岩土工程界研究的难点,由于其变形梯度较大、流动机理复杂等特点,常规的岩土工程分析方法在求解该问题时表现出明显的局限性。因此,该文研究了求解土体大变形问题的解析方法,即Strain Path Method (SPM)和Shallow Strain Path Method (SSPM),详细介绍了这两种方法的计算原理;并基于大、小应变理论,采用SSPM分析了理想土性条件下桩基础贯入过程中周围土体的流动机理和位移场变化规律;最后,将SPM和SSPM计算结果进行比较分析,阐明了两者之间的内在关系。基于大应变理论,采用SSPM计算得到的土体位移场与Sagaseta给出的结果具有较好的一致性,验证了计算结果的准确性。研究结果显示桩端上部土体会发生隆起现象,而桩端附近及底部土体具有下沉的位移,且在贯入深度位置处,土体下沉位移达到最大值。在径向位置r/R=3(距桩壁1倍直径)处,基于大、小应变理论计算结果具有较好的一致性。研究成果有助于了解土体的大变形特性,也可为数值计算结果的校验提供基本数据。
钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型及其徐变性能分析
丁敏, 汪友弟, 代春辉, 剧锦三, 蒋秀根
2017, 34(6): 166-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0022
摘要:
为研究混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件长期受力性能的影响,考虑构件截面内力重分布,建立了钢管混凝土轴心受压构件截面应力和应变以徐变系数为参数的随混凝土龄期变化关系的理论模型,结合已有试验数据和国内外常用12种混凝土徐变预测模型对该模型进行验证,并找到了适用于钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型——Huo模型;在此基础上,计算并分析了钢管混凝土轴心受压构件混凝土龄期为10000 d的截面应力和应变;通过对混凝土强度等级、环境年平均相对湿度、初始加载龄期、含钢率、构件长度、截面应力水平等因素的不同取值,分析了各因素对钢管混凝土轴心受压构件徐变性能的影响程度及规律。结果表明:当钢管混凝土轴心受压构件的轴力不大于其极限承载力的60%时,随着加载龄期的增长,钢管截面应力逐渐增大,最大变化量达61.4%,而混凝土截面应力逐渐减小,最大变化量达26.2%;加载初期构件应变增长迅速,1000 d以后应变增长速度减慢,构件最终应变是初始应变的1.61倍;在轴压比相同的条件下,钢管混凝土轴心受压构件的徐变应变终值随着混凝土强度等级的提高而逐渐增大,随着含钢率的增大显著减小,随着初始加载龄期、环境年平均相对湿度、构件长度的增大而逐渐减小,轴压比不大于0.6时,其徐变应变终值随轴压比增长。研究成果可为钢管混凝土轴心受压构件在正常使用阶段徐变计算以及徐变变形控制提供依据。
钢管混凝土多排多列内栓钉受剪性能
陈津凯, 陈宝春, 刘君平
2017, 34(6): 178-189. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0099
摘要:
进行了钢管混凝土多排多列内栓钉(群钉)试件的推出试验,其中6个带栓钉,1个不带栓钉,试件参数为栓钉环向布置间距、纵向布置间距和排数。采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,对试验结果进行了计算分析,计算结果与试验结果吻合较好。试验与分析结果表明:钢管混凝土群钉推出试件受力全过程由弹性段、弹塑性段、下降段和荷载残余段组成;沿加载方向,紧邻栓钉背部的混凝土应力为50.1 MPa~68.8 MPa,超过混凝土圆柱体抗压强度(ƒc'=50.1 MPa),混凝土发生较大塑性变形;栓钉根部Mises应力最大,最先达到材料的极限强度,并发生剪断破坏;单根栓钉平均抗剪承载力随着群钉环向和纵向间距的减小以及排数的增加而降低,提出了这三个因素对单根栓钉平均抗剪承载力的折减系数计算公式。为充分利用栓钉抗剪性能,避免混凝土先于栓钉破坏,建议设计中栓钉环向和纵向间距应分别不小于3.4倍和4.4倍栓钉直径。分析表明,环向间距、纵向间距和排数三个因素对栓钉抗剪承载力的影响彼此独立,它们对群钉抗剪承载力的影响可采用三个折减系数相乘的计算方法。
可提离式桩基础规则连续梁桥的地震响应分析
张菊辉, 管仲国, 陈杨, 王伟, 汪鹏飞
2017, 34(6): 190-197. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.07.0526
摘要:
以上海嘉闵高架桥为依托,利用OpenSees软件构建有限元分析模型进行非线性时程分析,对两种不同基础体系下的规则连续梁桥的主梁、墩柱、基础等的地震响应进行对比分析,并考虑墩高变化的影响。结果表明:基础提离设计,相较常规基础设计,会显著降低墩柱的纵、横向弯矩响应,改善墩柱的受力性能,纵向降幅为20.4%~32.0%,横向降幅为2.5%~23.8%;单桩的纵向弯矩响应减小,降幅达16.2%~40.0%;桩基最大拉力受到有效控制。基于新规范体系,评估了墩柱和基础在E2地震下的抗震性能,结果表明采用提离式桩基础的规则梁桥可有效降低墩柱、基础的地震需求。在E2地震下,墩柱均处于弹性状态,单桩配筋率相较常规基础体系梁桥可随墩高增加适当降低。
我国农村典型砖砌体墙片拟静力试验研究
姚新强, 孙柏涛, 王明振, 杨在林, 陈宇坤, 杨绪连, 付占岭, 周强
2017, 34(6): 198-209. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.08.0617
摘要:
农村房屋抗震是我国防震减灾工作的重要内容。砖砌体结构作为农村房屋的主要结构形式,如何提高其抗震能力具有重要研究意义。为研究砂浆强度、构造措施和窗洞口对砖砌体抗震性能的影响,该文首先对农村砖砌体房屋常用的几种砂浆和砖砌体进行了抗压强度试验,得到了相应材料及构件的强度参数;然后对不同砂浆强度、不同构造措施和开洞的12个墙片进行了拟静力试验,对比分析了不同因素对墙体力学性能影响。试验结果表明,砂浆强度影响最大,构造措施和开洞影响次之。最后依据试验分析结果为我国农居防震减灾工作提出建议。该文相关研究可为农居的抗震设防、标准制定以及施工提供参考。
机械工程学科
聚合物泡沫座垫的多滞回环型动力学特性的一种建模方法
陈娜娜, 吕振华
2017, 34(6): 210-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0220
摘要:
该文进行了汽车座椅聚合物泡沫座垫多滞回环型动力学特性的一种新的建模方法研究。基于对泡沫座垫的动态特性实验测试结果分析,构造了座垫的非线性动态特性的准静态分量和动态分量子模型,并进行了模型及其参数辨识。采用滞回偏移量的概念,建立了准静态分量的非线性特性模型;基于分数阶导数,建立了简明、精细的动态分量子模型。通过系列实验测试结果,验证了所建立聚合物泡沫座垫的静、动态叠加非线性力学模型,表明该模型具有较高的精度。
含多处损伤宽板螺接搭接件疲劳寿命研究
郁大照, 陈跃良, 王允良
2017, 34(6): 217-225. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1027
摘要:
对含多处损伤(Multiple Side Damage,MSD)宽板搭接件做了等幅疲劳试验和断口分析,得到搭接件的疲劳寿命和孔边MSD裂纹的形成特点、裂纹前沿形状及扩展历程。结果表明,搭接件的疲劳破坏具有一定的隐蔽性,其疲劳寿命的绝大部分消耗在螺栓头下裂纹扩展阶段,当孔间裂纹出现首次连通时,搭接件剩余寿命约为总寿命的0.7%~9.4%。基于有限元软件FRANC2D/L和裂纹扩展分析软件AFGROW,建立了考虑钉载、第二弯矩和孔间裂纹干涉等影响因素的含MSD宽板搭接件疲劳寿命计算模型,并对孔边多裂纹的扩展寿命进行了计算分析。计算结果与试验结果的对比表明,该文所建寿命计算模型具有一定的精度,能满足工程需要,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。
铆接界面端三维奇异性应力场的研究
平学成, 吴卫星, 陈梦成, 程里朋
2017, 34(6): 226-235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0001
摘要:
针对铆接结构的特点,应用特征函数扩展技术分析柱坐标下接触界面端的应力奇异性问题。建立了柱坐标下圆柱体端面接触边缘附近的三维渐近位移场和应力场渐近表达式,并根据铆钉/被铆接件接触界面端的位移和应力边界条件,建立一个非线性特征方程组。据此方程组可求解界面端邻域的应力奇异性指数、位移和应力角分布函数的数值解。通过与有限元方法计算结果相对比,验证了该方法的有效性。分析了平头、沉头以及半圆头铆钉构成的铆接结构的应力奇异性问题,考察了铆钉材料、几何形式和摩擦系数对接触界面端应力奇异性指数和应力场角分布的影响。
其他工程学科
严重段塞流引起的海洋立管振动响应
王琳, 李玉星, 刘昶, 胡其会, 王娅婷, 王权
2017, 34(6): 236-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0957
摘要:
基于改进的严重段塞流瞬态数学模型和平面刚架理论,建立严重段塞流海洋立管耦合振动数学模型,对数学模型进行求解,研究了严重段塞流引起的海洋立管振动响应。数值模拟过程中,采用欧拉法计算严重段塞流流动参数,利用Galerkin法对立管结构动力学方程进行有限元离散,Newmark-β法求解离散方程。为了提高计算效率和精度,采用了变时间步长逐步积分方案。将数值模拟结果与实验数据进行对比,验证了数学模型和数值方法的准确性。对严重段塞流引起的立管系统位移响应、内力和支承力变化进行了深入分析。结果表明:立管系统的振动响应、内力变化规律与严重段塞流的周期性特征密切相关;弹性基础可以极大降低管道结构的振动幅度及内力,尤其是下倾管的弯曲内力;上升管的高频振动幅度较大,轴力和弯曲内力变化也较大。严重段塞流引起海洋立管振动响应的分析对海洋立管设计及其支承防护具有重要的指导意义。
华南风化花岗岩劈拉断裂行为的试验与细观模拟研究
唐欣薇, 黄文敏, 周元德, 康政
2017, 34(6): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1009
摘要:
为研究不同风化程度花岗岩在劈拉受载下的破损行为,该文对广东从化地区新鲜、微风化、中风化三种风化程度的花岗岩进行微观特征测量及巴西圆盘试验研究。分别基于考虑空间相关特征的随机模型和数字图像技术两种方法实现对岩样细观结构的表征,结合细观参数反演技术,建立反映岩石细观非均质组构特性的颗粒离散元模型,对花岗岩劈拉试验进行数值仿真试验研究。结果表明,随着风化级别的提高,花岗岩中粘结力较强的长石等矿物向粘土矿物转化,结晶强度降低,微孔隙等软弱结构增多,岩石宏观力学性能不断劣化,劈拉破坏由单一裂纹主导转为多条分叉状裂纹,岩样脆性也逐渐减弱。基于两种方法建立的细观随机力学模型仿真结果均表明岩样的劈拉强度随风化级别的提高逐渐降低,与试验结果变化趋势相符,分析得到不同风化花岗岩的劈拉破裂响应特征与试验结果一致,且从细观层面对花岗岩样受劈拉作用的渐进破裂响应提供了深入认识。