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2020年  第37卷  第4期

综述
堆石料真三轴条件下力学特性试验研究进展
于玉贞, 张向韬, 王远, 吕禾, 孙逊
2020, 37(4): 1-21,29. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.ST04
摘要:
该文综述了国内外岩土真三轴仪的发展、堆石料力学特性及机理相关的研究现状。重点介绍了该研究团队开发的大型岩土静动真三轴试验机及在堆石料力学特性试验研究方面取得的初步成果。按加载方式,土的真三轴仪可以分为3类:刚性加载真三轴仪、柔性加载真三轴仪和混合型加载真三轴仪。堆石料真三轴试验具有试样尺寸大、承压高、各方向相互干扰强、试样变形后荷载对中难、加压板与试样间摩擦效应强、试样安装和量测复杂等诸多困难。因而,目前适用于堆石料的真三轴仪和试验成果均较少。考虑堆石料真三轴及复杂应力路径条件下的颗粒破碎、各向异性等,研究其力学特性并开发相应的本构模型是该课题发展的趋势。清华大学大型岩土静动真三轴试验机中联合采用了椭圆形试样帽和异形乳胶膜的封样方式,可很好地解决真三轴试样的高压密封、拆装、量测和耐久性等一系列难题。对堆石料进行了一系列真三轴复杂应力路径试验,结果表明真三轴试验中堆石料表现出更明显的应力诱导各向异性和应力状态依赖性,特别是对小主应力-应变关系、球应力-体应变关系和广义剪应力-剪应变关系的影响更显著。球应力和广义剪应力对体积应变和广义剪应变之间存在着明显的交叉影响。
基本方法
基于裂纹尖端应力比值的含裂纹功能梯度材料圆筒应力强度因子计算方法
李戎, 杨萌, 梁斌, NODA Nao-Aki
2020, 37(4): 22-29. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0291
摘要:
由于功能梯度材料(FGM)性质的特殊性,现有含裂纹FGM结构应力强度因子计算方法难以避免复杂的矩阵运算以及数值积分。该文针对含外表面环向裂纹FGM圆筒,利用FGM圆筒与均匀材料圆筒裂纹尖端应力之间的比例关系,将复杂的FGM圆筒应力强度因子求解问题转化为简单的应力值提取问题以及经验公式计算问题,仅由均匀材料圆筒应力强度因子经验公式、均匀材料圆筒和FGM圆筒裂纹尖端应力比值即可得到任意含裂纹FGM圆筒应力强度因子。该方法仅需建立2D轴对称模型即可满足计算要求,在保证精度的基础上成功回避了传统方法中的复杂矩阵运算以及数值积分,且适用于不同FGM、筒体尺寸、裂纹深度等情况下的应力强度因子计算。通过多组算例对比分析,证明该方法计算精度高、计算过程简便,便于工程应用。
土木工程学科
屈曲约束钢板剪力墙边框刚度影响研究
范重, 李媛媛, 李玮, 田玉基
2020, 37(4): 30-40. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST02
摘要:
为了考察边框刚度对屈曲约束钢板剪力墙抗震性能的影响,该文将带边框普通钢板剪力墙和屈曲约束钢板剪力墙作为研究对象,采用ABAQUS非线性有限元分析软件,计算边框刚度对构件受力性能的影响。计算结果表明,在水平往复荷载作用下,带边框屈曲约束钢板剪力墙的滞回曲线饱满,等效粘滞阻尼系数较大,边框柱与边框梁对侧向刚度、承载力与塑性耗能均有一定贡献。在1/50层间位移角时,屈曲约束钢板剪力墙边框柱与边框梁的内凹变形均很小,Mises应力均小于普通钢板剪力墙的边缘构件,损伤程度显著降低,说明对边框柱与边框梁抗弯刚度的要求可以显著低于普通钢板剪力墙。屈曲约束钢板墙内嵌钢板的拉力带分布均匀、细密,最大面外变形与损伤程度均小于普通钢板剪力墙。螺栓对盖板面外变形有很大的约束作用,当螺栓间距较小时,混凝土盖板与钢筋的Mises应力显著减小。现行技术标准中对非加劲钢板剪力墙边框刚度的规定,不能很好地适用于屈曲约束钢板剪力墙。
钢管活性粉末混凝土界面粘结强度计算方法研究
王秋维, 刘乐, 史庆轩, 王朋
2020, 37(4): 41-50. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0236
摘要:
为研究钢管活性粉末混凝土(RPC)的粘结滑移机理,对10个钢管约束RPC试件进行单轴推出试验,分析了试件的破坏特征、荷载-滑移曲线和钢管应变,探讨了长径比、径厚比以及RPC强度的影响规律,结果表明:套箍系数较小时,荷载-滑移曲线有明显的下降段,较大时未出现下降;粘结强度总体随径厚比的减小和长径比的增大而提高,RPC强度的影响不明显;当粘结应力达到粘结强度时,钢管的横向变形系数超过泊松比,其约束作用开始发挥。在此基础上,建立了钢管内压力与粘结应力的关系,并通过试验数据回归提出了钢管约束RPC粘结强度计算模型,公式计算与试验结果符合较好。
超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究
李庆华, 舒程岚青, 徐世烺
2020, 37(4): 51-59. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.02.0060
摘要:
层裂是材料遭受冲击、爆炸等高速荷载时的一种常见破坏方式。该文利用直径80 mm的霍普金森杆实验装置,研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC (Ultra High Toughness Cementitious Composites)中应力波的传播特性和材料的层裂强度。通过在试件表面粘贴5组应变片,获得了在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa打击气压下,UHTCC中应力波的传播曲线。利用高速摄影机记录层裂试验,观测了UHTCC的层裂破坏过程。由试件表面应变片测得的应力波曲线,计算了材料中的应力波波速、动态弹性模量,分析了应力波在该材料中传播的衰减规律,并计算出不同打击气压下材料的层裂强度及应变率。试验结果显示: UHTCC的层裂过程相比混凝土具有更多的韧性特征; UHTCC中的应力波峰值在0 mm~500 mm范围内衰减迅速;在同等应变率下,UHTCC与静态抗拉强度相近的混凝土相比,层裂强度高出10 MPa左右,且UHTCC的层裂强度具有明显的应变率敏感性。
木结构建筑群火灾蔓延危险建筑的识别及防火改造效果评价
张健, 宋志刚, 李全旺, 郝爱玲
2020, 37(4): 60-69. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0270
摘要:
通过火灾蔓延分析找到危险建筑并相应地进行改造,对控制木结构建筑群火灾蔓延的风险具有重要意义。针对上述问题,该文以场-网数值模拟为基础建立了考虑多火灾场景的危险建筑的识别方法。首先结合有向图的基本原理,提出了邻接矩阵、蔓延矩阵的确定方法;在此基础上给出了节点的危险度、连通度、重要度、损失期望等评价指标的计算方法;依据上述指标,利用关键节点的搜索算法识别出危险建筑;进一步考虑对危险建筑进行防火改造,通过更新矩阵、再次评价的方法给出了防火改造的优先级。最后该文将该方法应用于云南省某杆栏式木结构民居建筑群的防火改造分析,结果表明:该方法能有效确定出建筑群中影响火灾蔓延的危险建筑及其改造优先级,并能结合损失期望及改造效果评价,确定出改造建筑的数量。采用上述方法,只需对少数危险建筑进行拆除或防火加强,便可大幅降低火灾蔓延的风险,显著减少引燃建筑的数量及火灾损失。
内置碟簧自复位混凝土剪力墙基于性能的截面设计方法
徐龙河, 肖水晶
2020, 37(4): 70-77,86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0119
摘要:
内置碟簧自复位混凝土剪力墙主要由墙体及墙脚两侧的碟簧装置组成,碟簧装置具有较高的抗压能力,卸载后能恢复到变形前的状态,为墙体提供恢复力,减小结构的震后残余变形。为了较好地设计内置碟簧自复位混凝土剪力墙,该文提出基于性能的截面设计方法。定义了四水准下结构的性能目标和损伤状态,直接基于第三水准下的位移目标设计剪力墙截面尺寸,碟簧装置几何尺寸、承载能力和变形能力。根据自复位剪力墙截面的受力分析,推导其承载力理论计算公式,并对设计的内置碟簧自复位混凝土剪力墙进行弹塑性分析。结果表明,按该方法设计的自复位剪力墙具有较好的复位能力,墙体的损伤也得到有效控制,在位移角分别为0.5%和1%时,残余位移角仅分别为0.012%和0.022%,损伤指标分别为0.12和0.21,符合基于性能的设计目标。推导的理论计算公式能很好地评估剪力墙的承载能力,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。
非高斯风压峰值因子估计:基于矩的转换过程法的对比研究
林强, 刘敏, 杨庆山, 吴凤波, 黄国庆
2020, 37(4): 78-86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0201
摘要:
建筑围护结构抗风设计需要准确估计非高斯风压极值或者峰值因子。对于非高斯风压峰值因子估计,常用的基于矩的转换过程法有Hermite多项式模型(HPM)、Johnson转换模型(JTM)及平移广义对数正态分布(SGLD)模型。极值通常由母本概率密度函数(PDF)的尾部决定,现阶段对于三种模型基于相同前四阶矩预测的非高斯母本PDF尾部的差别尚不清楚,自然,对于这三种模型预测的极值或者峰值因子的差别尚无答案。为了探明三种模型的异同,从而提供一定的选取原则,该文就三种方法对非高斯风压峰值因子估计效果进行了系统的对比研究。首先从理论上对比了三种方法预测得到的母本PDF的差异和估计的峰值因子差别;其次,选用长时距风洞试验风压数据检验了三种方法对非高斯风压峰值因子的估计效果。结果表明在三种模型都适用的偏度和峰度组合范围内,HPM对非高斯风压峰值因子估计结果相比SGLD模型和JTM模型估计结果更准确。
并联高强钢环簧组自复位抗震阻尼器研制与试验研究
王伟, 赵亚硕, 方成, 张瑞斌
2020, 37(4): 87-95. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0289
摘要:
该文在高强钢环簧自复位阻尼器的基础上,提出一种并联高强钢环簧组自复位阻尼器。通过滞回试验验证并联环簧组自复位阻尼器在多次地震工况下的抗震性能。试验结果表明,并联高强钢环簧组自复位阻尼器具有良好的自复位能力,可经历多次地震后不出现性能退化,震后无须更换。同采用单组环簧的自复位阻尼器相比,同等尺寸下可有效提高阻尼器承载力,充分利用阻尼器内部空间。环形弹簧接触表面摩擦条件不同对自复位阻尼器的性能有一定影响。该文提出的理论预测模型与试验结果较为吻合。
组合材料加固砖砌体的有限元模拟方法
陈再现, 杨续波
2020, 37(4): 96-104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0298
摘要:
基于ABAQUS有限元软件,提出了组合材料加固砌体数值建模方法。该方法是在未加固砌体整体式模型的基础上,结合分离式思想建立组合材料加固砌体模型。通过对8片采用粘钢-聚合物砂浆组合材料加固的砖砌体墙体(其中,4片采用粘贴正交钢片,4片采用粘贴斜撑钢片)的拟静力试验结果进行了数值模拟对比分析,结果显示:模拟所得墙体滞回、骨架及刚度退化曲线与试验曲线基本吻合;仿真破坏形态与试验现象一致;计算所得荷载、位移、延性和耗能等全部指标中有81%的误差在20%以内。
PCF-MDC体系技术方案及抗震性能试验研究
吴从晓, 李定斌, 张骞, 吴从永, 邓雪松
2020, 37(4): 105-117. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0300
摘要:
围绕预制装配式混凝土框架金属消能减震连接体系(PCF-MDC)的关键技术问题,提出2种金属阻尼器、1套可拆卸型连接方案和金属阻尼器设计方法。为验证阻尼器设计方法及连接方案的可行性并研究该体系的抗震性能,设计并制作了“等同现浇”的“湿”框架(PCF)节点、采用狗骨阻尼器(PCF-DB)和双弯曲板阻尼器(PCF-DP)的PCF-MDC节点。通过拟静力试验,对比其破坏形态、滞回性能、承载性能、耗能特性等差异。试验结果表明:PCF-MDC节点的承载力均达到预期设计值,采用双弯曲板阻尼器的PCF-DP节点承载性能更优,安全储备更足;PCF-MDC节点的耗能特性和抗震性能优于“等同现浇”的PCF节点;连接方案能可靠的传递金属阻尼器与预制构件间的内力。金属阻尼器先于预制构件屈服形成的梁铰耗能机制合理有效,且具备“集中损伤”特性,为震后更换阻尼器实现结构功能恢复提供了有利条件。
荷载裂缝几何形态对管片外排钢筋锈层分布的影响
余朔, 金浩, 毕湘利
2020, 37(4): 118-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0307
摘要:
针对盾构隧道管片在服役期间出现外弧面开裂及外排钢筋锈蚀的问题,利用扩展有限元方法(XFEM)分析了不同荷载作用下拱腰处管片外弧面裂缝的几何形态,并结合达西定律建立了考虑管片裂缝几何特征的水分传输计算模型,在此基础上研究了荷载裂缝对管片外排钢筋锈层分布的影响。研究表明:在外部荷载作用下,拱腰处管片外弧面的裂缝形态近似为等腰三角形,且同等荷载作用下管片边部的裂缝最深;管片外排钢筋的纵向锈层形态类似“人”字形曲线,裂角越大,钢筋的纵向锈蚀范围越宽;管片钢筋在圆周方向的锈层形态类似椭圆形曲线,其不均匀锈蚀系数主要受裂缝深度的影响,裂缝深度每增加20 mm,不均匀锈蚀系数将增大3%~6%。
平均时距对良态风气候地区极值风速的影响研究
全涌, 肖钰川, 顾明
2020, 37(4): 129-134,152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0308
摘要:
在风气候分析中,风速观测历史数据一般来源于各气象站的归档测量,但不同气象站采用的平均时距并不统一,这导致基于风速观测历史数据的极值风速预测过程存在平均时距的转换问题。该文对美国11座处于良态风气候地区城市气象站记录的风速连续观测数据,进行处理得到不同时距下平均风速序列,并将改进独立风暴法与极值I型分布模型相结合分析得到各重现期的风速极值,分析了平均时距对极值风速预测结果的影响。研究结果表明:在良态风气候地区,一定重现期的极值风速随平均时距的增大而减小,近似呈指数律衰减;平均时距对极值风速的影响规律基本不受极值风速重现期的影响; 1 min平均时距下的极值风速比10 min平均时距极值风速大19%左右。基于这些结果,拟合给出了良态风气候地区不同平均时距极值风速的转换关系式。
预制拼装钢管混凝土自复位桥墩变形分析模型及验证
李宁, 张双城, 李忠献, 谢礼立
2020, 37(4): 135-143. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0321
摘要:
为进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构体系在中、高烈度区的应用,提出了一种内置耗能钢筋的预制拼装钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube,CFST)自复位桥墩。首先阐述其基本力学特性,并基于桥墩的变形行为(弯曲变形、剪切变形、刚体转动)和非线性变形特征(消压极限状态、等效屈服极限状态、可恢复设计极限状态),考虑底部耗能钢筋和混凝土变形不协调引起的应变渗透效应,利用“图乘法”和“修正的等效悬臂梁理论”,提出了一种不需要迭代的变形分析模型,并与循环往复加载试验、已有变形分型模型和OpenSees开发的纤维模型进行了对比。结果表明,该文提出的变形分析模型与拟静力试验得到的消压承载力、等效屈服承载力和可恢复设计极限承载力分别相差7.02%、6.38%和11.06%,可以略保守地准确预测预制拼装CFST自复位桥墩的各阶段载荷-变形关系曲线,为新型结构设计提供参考。
局部锈蚀圆钢管构件轴压力学性能正交试验研究
吴兆旗, 魏源, 王鑫涛, 姜绍飞
2020, 37(4): 144-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0327
摘要:
采用三因素三水平正交试验法研究了近海大气环境下环向锈蚀比例、轴向锈蚀比例和锈蚀时间等参数对圆钢管中长柱轴压力学性能的影响,并基于试验结果提出了局部锈蚀圆钢管的轴压承载力计算公式。结果表明:局部锈蚀未改变试件破坏模式,所有试件均为极值点失稳;锈蚀率接近的试件刚度差别不大,但不同锈蚀模式试件的承载力存在较大差异;锈蚀时间、环向锈蚀比例和轴向锈蚀比例对试件承载力和刚度退化的影响依次降低;承载力退化最大的局部锈蚀模式为H3L3-270,所对应各因素平均承载力退化率分别为19.30%、18.47%、22.24%;刚度退化最大的局部锈蚀模式为H1L3-270,所对应各因素平均刚度退化率分别为13.53%、13.38%、15.22%;建议公式计算出的试件承载力与试验结果较为接近,且有一定安全裕度。
不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究
时旭东, 李亚强, 李俊林, 汪文强, 钱磊
2020, 37(4): 153-164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0339
摘要:
通过混凝土经历3种温度区间(10~℃-40℃、10~℃-80℃和10~℃-160℃)的冻融循环作用试验,探讨不同的超低温温度作用区间对混凝土受压强度的影响。结果表明:经历不同超低温温度区间各种冻融循环作用次数的试件,上下限温度时加载的破坏形态虽基本上呈对顶锥状,但其破坏过程声响和破坏状况等不尽相同;经历超低温冻融循环作用混凝土的受压强度变化规律明显不同于遭受自然环境温度下冻融作用,各超低温温度区间的冻融循环作用影响也不同。下限温度较高温度区间的冻融循环作用初期,混凝土受压强度将提高,但之后随冻融循环作用次数的增加呈波动状的恶化态势;不同超低温温度区间的混凝土单次冻融循环作用损伤指标和累积冻融循环作用损伤指标存在明显的差异。对于下限温度较高的温度区间,下限温度时它们经历较多次冻融循环作用后仍为正值,而下限温度较低的温度区间则经历数次冻融循环作用后便始终为负值,表明混凝土累积损伤较前者严重。这些结果可为可靠地进行液化天然气储罐类混凝土结构设计提供参考。
采用通用有限元程序的弥散裂缝模型和分层壳单元模拟钢筋混凝土构件裂缝宽度
陶慕轩, 赵继之
2020, 37(4): 165-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0342
摘要:
该文基于弥散裂缝模型,采用通用有限元程序的分层壳单元计算钢筋混凝土构件裂缝宽度的方法。讨论了理论基础,Bazant和Oh提出的经典裂缝带理论主要针对素混凝土构件,严重的局部化效应导致显著的网格依赖性,而将裂缝带理论拓展到工程常用的配筋混凝土构件时,由于多裂缝分布发展的特点,裂缝带宽应修改为平均裂缝间距而使计算结果与网格无关。在理论基础讨论的基础上,给出了采用通用有限元程序的弥散裂缝模型和分层壳单元计算钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算流程,其中,平均裂缝间距将有限元分析中的“应变”概念和工程设计中的“裂缝宽度”概念紧密联系起来,是计算流程中最关键的参数。以某承受负弯矩的简支组合梁混凝土板开裂分析为例,验证并讨论了网格相关性、大软化模量导致数值收敛困难的应对策略、平均裂缝间距的决定性作用等重要问题。
考虑板件相关作用的H形截面分类准则
程欣, 侯雪松, 李卓峰
2020, 37(4): 178-185. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0266
摘要:
截面分类是当代钢结构设计规范的重要基础之一,对国内外现行钢结构规范关于H形压弯钢构件截面分类的相关规定进行了综述,对比发现大多数规范都遵循单一板件规则。基于经试验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件绕强轴压弯的参数分析,得出不同的宽厚比及轴压比可导致不同的板件破坏模态和极限承载力,进一步证实了板件相关作用对截面分类的影响。提出了基于极限承载力的H形截面钢构件绕强轴压弯下S2、S3、S4和S5级截面分类方法。经与各规范及试验结果的比较,该文截面分类方法更贴近截面的真实承载情况,更加证实了考虑板件相关作用的必要性。
基于贝叶斯更新和逆高斯过程的在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度动态预测方法
陈龙, 黄天立
2020, 37(4): 186-195. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0273
摘要:
在役钢筋混凝土桥梁在服役环境和车辆荷载的耦合作用下,其服役性能随时间不断退化,采用确定性的性能退化模型无法准确描述退化过程中的不确定性和时间变异性。该文采用逆高斯随机过程描述其抗力退化过程,同时采用复合泊松过程描述车辆荷载效应,建立了基于抗力-车辆荷载效应双随机过程的在役钢筋混凝土桥梁构件时变可靠度分析方法。结合检测数据,采用贝叶斯分析和期望最大化算法,对逆高斯过程抗力退化模型参数进行更新,提出了在役钢筋混凝土桥梁构件可靠度的动态预测方法。以一座钢筋混凝土T梁桥为例,采用其40年服役期的抗力退化数据,分别在四个服役时刻对逆高斯过程抗力退化模型参数进行了更新,演示了提出的可靠度动态预测方法。研究表明:逆高斯随机过程可更合理地描述钢筋混凝土桥梁构件抗力退化过程中的不确定性和时间变异性;融入桥梁服役期间检测的抗力退化信息,采用贝叶斯更新逆高斯过程抗力退化模型参数后,可更准确地预测桥梁未来的可靠度服役状况和估计桥梁的剩余使用寿命。
基于劲度模量分析的橡胶沥青混合料疲劳寿命研究
房辰泽, 郭乃胜, 孙雅珍, 王金昌
2020, 37(4): 196-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0274
摘要:
为了准确地预测橡胶沥青混合料的疲劳寿命(Nf),分析Nf与劲度模量衰减量(SMD)、劲度模量衰减量相对变化率(SMDR)的相关性,根据累积劲度模量衰减量相对变化率(CSMDR)分别建立了其与疲劳荷载次数的函数关系式和损伤模型,基于SMDR与损伤演化速率的相关性分析建立了疲劳方程。结果表明:应用SMD不能很好地预测Nf,SMDR表征了产生损伤变形的劲度模量衰减量占总衰减量的比例,可用于损伤演化分析和Nf预测;建立的函数关系式和损伤模型能分别准确地刻画CSMDR的变化特征和非线性损伤演化规律;建立的疲劳方程能准确地预测橡胶沥青混合料的Nf
钢筋混凝土剪力墙和连梁易损性曲线研究
纪晓东, 徐梦超, 庄赟城, 江枣
2020, 37(4): 205-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0549
摘要:
构件易损性曲线表征了构件的指标参量(如位移角、转角等)与达到某个指定损伤等级的概率之间的函数关系,可用于评价构件的损伤程度和确定修复方法,是结构抗震性能和韧性评价的重要依据。该文对满足中国GB 50011―2010《建筑抗震设计规范》要求的74个钢筋混凝土(RC)剪力墙试件和32个RC连梁试件的试验数据进行了统计分析,确定了构件的各损伤等级对应的损伤状态现象及相应的修复方法;并分别采用位移角和连梁转角为指标参量,建立了RC剪力墙和连梁的易损性曲线。分析讨论了设计轴压比对RC剪力墙易损性曲线的影响,以及跨高比对RC连梁易损性曲线的影响。比较了该文建立的易损性曲线和美国FEMA P-58规定的易损性曲线,并分析了两者差异原因。
机械工程学科
谱载下密封角盒螺栓及长桁端头疲劳寿命估算的逐次累计求和算法
李钰, 陈迪, 张亦波, 宋颖刚, 熊峻江
2020, 37(4): 217-226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0331
摘要:
对在谱载疲劳试验中发生断裂失效的中机身密封角盒连接螺栓和中央翼上壁板长桁端头进行了断口扫描电镜(SEM)分析,研究了谱载下两类连接件的破坏模式和机理,并利用断口定量反推技术,判读了中机身密封角盒连接螺栓和中央翼上壁板长桁端头的裂纹扩展寿命;然后,根据名义应力法,建立了复杂连接结构的疲劳性能S-N-KTE(疲劳应力-疲劳寿命-应力集中系数)曲面模型;利用该曲面模型及断裂力学理论,发展了用来估算谱载条件下复杂连接结构疲劳寿命与裂纹扩展寿命的逐次累计求和算法;最后,运用该文提出的寿命估算方法,估算了谱载下中机身密封角盒连接螺栓及中央翼上壁板长桁端头的疲劳寿命与裂纹扩展寿命,估算结果与断口判读结果吻合良好。
其他工程学科
基于DIC方法的不同退火温度下Cu-Ni19合金损伤演变研究
魏亮鱼, 李磊, 崔晓, 刘道启
2020, 37(4): 227-235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0239
摘要:
采用MTS-Landmark材料试验机及LEICA-LM/DM光学显微镜,结合数字图像相关性(DIC)分析方法,对不同退火温度下Cu-Ni19合金的拉伸力学性能和微观组织进行了实验研究,分析了不同退火温度下大变形区域和小变形区域Cu-Ni19合金的损伤演变行为。结果表明:随着退火温度升高,Cu-Ni19合金的屈服强度和抗拉强度减小,微观组织发生回复再结晶,组织趋于等轴化。Cu-Ni19合金的损伤演变分为均匀变形和局部变形阶段,根据试样变形特征分为大变形区域和小变形区域。在小变形区域,试样以均匀变形为主,晶粒变形程度较小。在大变形区域,试样以快速变形为主,晶粒变形程度较大,同时小变形区域基本停止变形。在大变形区和小变形区试样的损伤因子都随着应变的增加而增大,损伤变形速率和临界损伤因子随着退火温度的升高而减小。基于DIC方法建立了不同退火温度下大变形区域和小变形区域Cu-Ni19合金试样的损伤演变方程,有效地反映了不同退火温度下大变形区域和小变形区域Cu-Ni19合金的损伤演变规律。
卵形弹侵彻混凝土靶的耦合侵蚀模型
李钊, 宁建国, 马天宝, 许香照
2020, 37(4): 236-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0294
摘要:
弹体在高速侵彻混凝土介质过程中会出现明显的侵蚀现象,导致弹体发生质量损失和弹头钝化。据已有的实验观察,弹体表面熔化和骨料切削是侵蚀发生的主要机制。该文基于动态空腔膨胀理论并结合弹体表面熔化和骨料切削这两种机制,提出一种耦合两种机制的耦合质量侵蚀模型。该模型通过二维热传导和改进的Rabinowizc磨损理论分别获取弹体表面熔化和骨料对弹体切削而造成的弹体质量损失,通过Johnson-Cook本构将温度和切削两种机制联系起来,进而建立了结合熔化机制和切削机制的耦合质量侵蚀模型。将耦合模型预测的弹体侵彻深度和质量损失率等参数并与实验结果进行对比,对比结果表明模型的理论预测与实验数据有较好的吻合度,验证了该文耦合模型结合熔化和切削机制的合理性。最后,讨论了侵彻过程中弹体的相关运动参数演变过程,为弹体侵彻中侵蚀现象问题的研究提供一定参考。
空化器形状对超空泡射弹尾拍运动影响的数值研究
陈伟善, 郭则庆, 刘如石, 黄振贵
2020, 37(4): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0328
摘要:
为研究空化器形状对超空泡射弹尾拍航行时运动特性的影响,基于有限体积法和Mixture多相流模型,结合动网格技术构建了三维自由尾拍运动仿真模型,在两种长径比下比较了平头弹、凹口弹、锥头弹的尾拍运动特性,并分析了其水动力影响因素。结果表明:较小长径比下,平头弹可以保持运动稳定,凹口弹和锥头弹易失稳,主要是由于空化器产生的空泡尺寸差异导致其临界失稳攻角依次降低。较大长径比下,临界失稳攻角消失,三种头型射弹均能保持尾拍稳定,锥头弹在速度较高时以“单侧尾拍”保持稳定,速度降低后以“双侧尾拍”保持稳定,而平头弹和凹口弹始终以“双侧尾拍”保持稳定;锥头弹由于“单侧尾拍”会产生与初始扰动方向相反的垂直位移,而平头弹和凹口弹由于弹头升力产生与初始扰动方向相同的垂直位移。