2016年 第33卷 第5期
2016, 33(5): 1-10.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.ST02
摘要:
海底隧道由于其特殊及地质环境的复杂性,为保证海底隧道钢筋混凝土的耐久性与结构服役能力,对其腐蚀状态进行监测尤为迫切。该文研究了翔安隧道钢筋腐蚀监测系统的设计,包括商用的以及基于电化学和物理方法的自主研发的腐蚀传感器,腐蚀监测断面与测点的布置、腐蚀传感器的安装,以及腐蚀数据库的建立。通过现场采集的腐蚀监测数据,评价了翔安海底隧道目前的腐蚀状况。最后介绍了基于超声导波的钢筋腐蚀监测研究新进展。
海底隧道由于其特殊及地质环境的复杂性,为保证海底隧道钢筋混凝土的耐久性与结构服役能力,对其腐蚀状态进行监测尤为迫切。该文研究了翔安隧道钢筋腐蚀监测系统的设计,包括商用的以及基于电化学和物理方法的自主研发的腐蚀传感器,腐蚀监测断面与测点的布置、腐蚀传感器的安装,以及腐蚀数据库的建立。通过现场采集的腐蚀监测数据,评价了翔安海底隧道目前的腐蚀状况。最后介绍了基于超声导波的钢筋腐蚀监测研究新进展。
2016, 33(5): 11-17.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0832
摘要:
利用ANSYS APDL编程语言,采用FAT (Finite-element-analysis Aided Testing)方法获取26NiCrMoV11-5汽轮机转子材料、A508-III压力容器钢和304不锈钢材料全程单轴拉伸本构关系曲线。借助ABAQUS软件中GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman)损伤模型,采用有限元逆向法对3种材料漏斗试样单轴拉伸试验过程进行数值仿真,标定相应的GTN模型参数,获得了较好的结果。在此基础上将3种材料GTN模型参数用以模拟紧凑拉伸(Compact Tension,CT)试样的准静态裂纹扩展,基于载荷分离法实现了对26NiCrMoV11-5、A508-III和304不锈钢3种材料J阻力曲线的良好预测。
利用ANSYS APDL编程语言,采用FAT (Finite-element-analysis Aided Testing)方法获取26NiCrMoV11-5汽轮机转子材料、A508-III压力容器钢和304不锈钢材料全程单轴拉伸本构关系曲线。借助ABAQUS软件中GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman)损伤模型,采用有限元逆向法对3种材料漏斗试样单轴拉伸试验过程进行数值仿真,标定相应的GTN模型参数,获得了较好的结果。在此基础上将3种材料GTN模型参数用以模拟紧凑拉伸(Compact Tension,CT)试样的准静态裂纹扩展,基于载荷分离法实现了对26NiCrMoV11-5、A508-III和304不锈钢3种材料J阻力曲线的良好预测。
2016, 33(5): 18-24,33.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0843
摘要:
该文针对复合材料变截面薄壁旋转轴在不同约束下的振动与稳定性问题,提出了一个动力学模型。基于变分渐进法和拉格朗日方程,推导了复合材料变截面薄壁转轴的自由振动方程。在转轴的结构模型中,综合考虑了扭转、拉伸和弯曲引起的截面翘曲的影响。采用伽辽金法,分析了截面按线性或者抛物线变化的变截面旋转轴的固有频率和临界转速,其中还考虑了一端固定一端自由和一端固定一端铰支两种边界条件以及复合材料铺层角的影响。此外,通过对比分析模型的计算结果与商用有限元软件ANSYS的结果,该文所提出的分析模型的有效性在一定程度上得到了验证。
该文针对复合材料变截面薄壁旋转轴在不同约束下的振动与稳定性问题,提出了一个动力学模型。基于变分渐进法和拉格朗日方程,推导了复合材料变截面薄壁转轴的自由振动方程。在转轴的结构模型中,综合考虑了扭转、拉伸和弯曲引起的截面翘曲的影响。采用伽辽金法,分析了截面按线性或者抛物线变化的变截面旋转轴的固有频率和临界转速,其中还考虑了一端固定一端自由和一端固定一端铰支两种边界条件以及复合材料铺层角的影响。此外,通过对比分析模型的计算结果与商用有限元软件ANSYS的结果,该文所提出的分析模型的有效性在一定程度上得到了验证。
2016, 33(5): 25-33.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0872
摘要:
采用高速加载INSTRON设备对云杉开展100 s-1~102 s-1中应变率压缩实验,研究了材料沿顺纹、横纹径向、弦向、以及径(弦)切面内与顺纹呈15°、30°、45°、60°和75°夹角方向的力学性能。实验表明随着加载方向由顺纹向横纹径(弦)向变化,材料屈服强度逐渐减小,应力-应变曲线塑性流动段由"塑性软化"向"塑性硬化"转变;试件沿不同方向压缩屈服强度表现出较强应变率敏感性。冲击压缩下云杉宏观破坏模式与加载方向相关,沿顺纹方向加载时,试件中部向外膨胀,产生褶皱、纤维屈曲折断;当载荷方向与顺纹夹角逐渐增大时,材料失效模式体现为木材纤维分层滑移、撕裂。采用简化Hill强度理论对中低应变率下云杉空间屈服行为进行了理论描述,不同应变率下云杉空间屈服面为椭圆柱曲面,屈服曲面半径长度随应变率提高而增加。实验与理论分析表明,云杉沿空间不同方向具有各向异性力学特性,屈服强度受应变率和加载方向影响较大,而破坏模式则主要依赖于载荷方向。
采用高速加载INSTRON设备对云杉开展100 s-1~102 s-1中应变率压缩实验,研究了材料沿顺纹、横纹径向、弦向、以及径(弦)切面内与顺纹呈15°、30°、45°、60°和75°夹角方向的力学性能。实验表明随着加载方向由顺纹向横纹径(弦)向变化,材料屈服强度逐渐减小,应力-应变曲线塑性流动段由"塑性软化"向"塑性硬化"转变;试件沿不同方向压缩屈服强度表现出较强应变率敏感性。冲击压缩下云杉宏观破坏模式与加载方向相关,沿顺纹方向加载时,试件中部向外膨胀,产生褶皱、纤维屈曲折断;当载荷方向与顺纹夹角逐渐增大时,材料失效模式体现为木材纤维分层滑移、撕裂。采用简化Hill强度理论对中低应变率下云杉空间屈服行为进行了理论描述,不同应变率下云杉空间屈服面为椭圆柱曲面,屈服曲面半径长度随应变率提高而增加。实验与理论分析表明,云杉沿空间不同方向具有各向异性力学特性,屈服强度受应变率和加载方向影响较大,而破坏模式则主要依赖于载荷方向。
2016, 33(5): 34-43.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0817
摘要:
基于Biot流体饱和孔隙介质理论,采用Hankel积分变换方法,在频域内求解了流体饱和半空间中埋置球面P1、P2和SV波源的动力格林函数。首先由Hankel积分变换将空间域内球面波展开为波数域内柱面波的叠加;然后在半空间表面对称位置虚拟放置一同样大小的球面波源,这样对于球面膨胀波源(P1和P2波源),地表剪应力为零,但存在非零正应力和孔隙水压,对于球面剪切波源(SV波源),地表正应力和孔隙水压为零,但存在非零剪应力;最后叠加球面波源、虚拟波源和残余半空间表面应力产生的动力响应,即可求得流体饱和半空间中埋置球面波源波数域内的动力响应,空间域内埋置球面波源的动力格林影响函数则由Hankel逆变换求得。该文给出的球面波源动力格林函数,为建立以球面P1、P2和SV波动力格林函数为基本解的间接边界元方法,求解饱和多孔介质中三维轴对称弹性波散射问题奠定了基础。
基于Biot流体饱和孔隙介质理论,采用Hankel积分变换方法,在频域内求解了流体饱和半空间中埋置球面P1、P2和SV波源的动力格林函数。首先由Hankel积分变换将空间域内球面波展开为波数域内柱面波的叠加;然后在半空间表面对称位置虚拟放置一同样大小的球面波源,这样对于球面膨胀波源(P1和P2波源),地表剪应力为零,但存在非零正应力和孔隙水压,对于球面剪切波源(SV波源),地表正应力和孔隙水压为零,但存在非零剪应力;最后叠加球面波源、虚拟波源和残余半空间表面应力产生的动力响应,即可求得流体饱和半空间中埋置球面波源波数域内的动力响应,空间域内埋置球面波源的动力格林影响函数则由Hankel逆变换求得。该文给出的球面波源动力格林函数,为建立以球面P1、P2和SV波动力格林函数为基本解的间接边界元方法,求解饱和多孔介质中三维轴对称弹性波散射问题奠定了基础。
2016, 33(5): 44-49.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.ST08
摘要:
大型复杂土木工程结构在地震作用下失效破坏可能由部分关键构件严重损伤破坏导致,而大部分构件仍处于弹性或小变形状态。该类结构的地震损伤和破坏全过程分析涉及超大规模系统强非线性动力分析,目前尚缺乏能很好兼顾效率和精度的计算理论,基于此,该文提出一种新型高效且实用的弹塑性数值子结构理论和计算方法,将大型复杂结构系统的大规模非线性计算问题转化为整体结构适度规模的线弹性分析和数量与规模均较小的局部隔离子结构非线性分析,其中,线弹性整体结构刚度矩阵的集成及LU三角分解仅需进行一次,大大提高计算效率;少数屈服构件的子结构非线性分析采用精细化有限元模型或不同类型单元模型,精确模拟构件局部损伤破坏机理,有效提高结构整体的计算精度。最后通过对一榀平面钢筋混凝土框架结构进行地震动力弹塑性数值子结构方法分析,验证其高效性与精确性。
大型复杂土木工程结构在地震作用下失效破坏可能由部分关键构件严重损伤破坏导致,而大部分构件仍处于弹性或小变形状态。该类结构的地震损伤和破坏全过程分析涉及超大规模系统强非线性动力分析,目前尚缺乏能很好兼顾效率和精度的计算理论,基于此,该文提出一种新型高效且实用的弹塑性数值子结构理论和计算方法,将大型复杂结构系统的大规模非线性计算问题转化为整体结构适度规模的线弹性分析和数量与规模均较小的局部隔离子结构非线性分析,其中,线弹性整体结构刚度矩阵的集成及LU三角分解仅需进行一次,大大提高计算效率;少数屈服构件的子结构非线性分析采用精细化有限元模型或不同类型单元模型,精确模拟构件局部损伤破坏机理,有效提高结构整体的计算精度。最后通过对一榀平面钢筋混凝土框架结构进行地震动力弹塑性数值子结构方法分析,验证其高效性与精确性。
2016, 33(5): 50-56,73.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.12.1008
摘要:
裂缝的存在加速混凝土中氯离子的侵蚀速度,进而加快钢筋混凝土结构力学性能的劣化速度,因此钢筋混凝土结构耐久性设计中需要考虑裂缝的影响。现有文献中关于裂缝对氯离子扩散行为定量影响的试验结果具有很大的离散性,给出的拟合公式带有局限性。对此,该文建立了一个统一的裂缝中氯离子扩散系数Dcr与裂缝宽度wcr之间的定量关系式。该关系式各参数具有明确的物理意义,对应的曲线圆滑且不存在拐点。与已有试验数据吻合良好,验证了公式的合理性。数值模拟了开裂混凝土中氯离子扩散行为,数值结果与文献结果吻合良好,证明了方法的有效性。
裂缝的存在加速混凝土中氯离子的侵蚀速度,进而加快钢筋混凝土结构力学性能的劣化速度,因此钢筋混凝土结构耐久性设计中需要考虑裂缝的影响。现有文献中关于裂缝对氯离子扩散行为定量影响的试验结果具有很大的离散性,给出的拟合公式带有局限性。对此,该文建立了一个统一的裂缝中氯离子扩散系数Dcr与裂缝宽度wcr之间的定量关系式。该关系式各参数具有明确的物理意义,对应的曲线圆滑且不存在拐点。与已有试验数据吻合良好,验证了公式的合理性。数值模拟了开裂混凝土中氯离子扩散行为,数值结果与文献结果吻合良好,证明了方法的有效性。
2016, 33(5): 57-65.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.12.1194
摘要:
基于增量动力分析法,对高耸钢筋混凝土烟囱结构的抗倒塌性能进行了概率性分析,得到了结构的侧向倒塌地震易损性曲线,定量评价了烟囱结构的抗倒塌能力和抗倒塌安全储备。为了探讨土-结构相互作用对烟囱结构倒塌能力的影响,提出了适用于烟囱结构的土体-基础-上部结构共同工作的整体非线性有限元分析模型。研究表明:在7度罕遇地震(PGA=0.22 g)下,该烟囱结构发生倒塌的概率几乎为0%,能够满足规范规定的"大震不倒的要求。不考虑土-结构相互作用与考虑土-结构相互作用的结构平均抗倒塌能力分别为PGA=2.16 g和PGA=1.34 g,相应的结构倒塌安全储备系数分别为9.82和6.09。两种情况下,虽然烟囱结构的抗倒塌安全储备都比较大,但是土-结构相互作用显著削弱了结构的抗倒塌能力,其降低幅度达38%,因此,对于高耸钢筋混凝土烟囱,在进行抗地震倒塌分析时必须考虑土-结构相互作用。该文的研究结果可为烟囱抗震设计和地震风险评估提供理论依据。
基于增量动力分析法,对高耸钢筋混凝土烟囱结构的抗倒塌性能进行了概率性分析,得到了结构的侧向倒塌地震易损性曲线,定量评价了烟囱结构的抗倒塌能力和抗倒塌安全储备。为了探讨土-结构相互作用对烟囱结构倒塌能力的影响,提出了适用于烟囱结构的土体-基础-上部结构共同工作的整体非线性有限元分析模型。研究表明:在7度罕遇地震(PGA=0.22 g)下,该烟囱结构发生倒塌的概率几乎为0%,能够满足规范规定的"大震不倒的要求。不考虑土-结构相互作用与考虑土-结构相互作用的结构平均抗倒塌能力分别为PGA=2.16 g和PGA=1.34 g,相应的结构倒塌安全储备系数分别为9.82和6.09。两种情况下,虽然烟囱结构的抗倒塌安全储备都比较大,但是土-结构相互作用显著削弱了结构的抗倒塌能力,其降低幅度达38%,因此,对于高耸钢筋混凝土烟囱,在进行抗地震倒塌分析时必须考虑土-结构相互作用。该文的研究结果可为烟囱抗震设计和地震风险评估提供理论依据。
2016, 33(5): 66-73.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0763
摘要:
该文定义了构件的截面损伤指标,基于增量动力分析(IDA)方法,对地震输入下结构的失效模式进行分类,进一步统计得出各失效模式下构件端部截面损伤均值。提出基于概率的地震失效模式识别方法,建立各失效模式下结构失效概率关系表达式。基于OpenSees平台,对一个20层benchmark钢框架结构模型进行数值分析,结果表明,根据关键层的损伤状态可以合理地划分失效模式,引入构件重要性系数能较好地反映各构件截面损伤对结构失效模式的影响,基于概率的地震失效模式识别方法能有效的判别结构发生各失效模式的概率大小。
该文定义了构件的截面损伤指标,基于增量动力分析(IDA)方法,对地震输入下结构的失效模式进行分类,进一步统计得出各失效模式下构件端部截面损伤均值。提出基于概率的地震失效模式识别方法,建立各失效模式下结构失效概率关系表达式。基于OpenSees平台,对一个20层benchmark钢框架结构模型进行数值分析,结果表明,根据关键层的损伤状态可以合理地划分失效模式,引入构件重要性系数能较好地反映各构件截面损伤对结构失效模式的影响,基于概率的地震失效模式识别方法能有效的判别结构发生各失效模式的概率大小。
2016, 33(5): 74-81.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0825
摘要:
等效静力风荷载是工程设计中常用的方法,风重耦合效应是指由风荷载引起的重力二阶效应。该文采用结构恢复力等价的原则,将结构恢复力准常定统计均方差作为脉动风等效静力荷载,经推导可以得到沿高度分布的等效静力风荷载。结果表明,计入风重耦合效应的等效静力风荷载表达式比常规表达式多了附加重力项。计算公式加入各分项的峰值系数可以得到设计所用的等效静力风荷载。计入风重耦合效应后的顺风向风振系数与规范给出的风振系数存在着差异,风重耦合效应引起在结构中下部分布值减小而上部分布值增大,结构的重刚比是产生风重耦合效应的重要的因素,其他因素影响不大。
等效静力风荷载是工程设计中常用的方法,风重耦合效应是指由风荷载引起的重力二阶效应。该文采用结构恢复力等价的原则,将结构恢复力准常定统计均方差作为脉动风等效静力荷载,经推导可以得到沿高度分布的等效静力风荷载。结果表明,计入风重耦合效应的等效静力风荷载表达式比常规表达式多了附加重力项。计算公式加入各分项的峰值系数可以得到设计所用的等效静力风荷载。计入风重耦合效应后的顺风向风振系数与规范给出的风振系数存在着差异,风重耦合效应引起在结构中下部分布值减小而上部分布值增大,结构的重刚比是产生风重耦合效应的重要的因素,其他因素影响不大。
2016, 33(5): 82-88.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.01.0025
摘要:
普通软钢剪切屈服阻尼器的低周疲劳破坏常发生在加劲肋焊缝热影响区。为了提高软钢剪切阻尼器的低周疲劳性能,相关研究提出了耗能区域无焊缝的变截面软钢剪切阻尼器,并对其进行了形状优化。该文根据该优化结果,设计了5个变截面软钢剪切阻尼器试件并进行了拟静力试验研究。试验中考察了不同宽度和高度的阻尼器在往复荷载下的力学性能。试验结果显示,试件出现了不同程度的面外屈曲,屈曲程度与耗能板高度和宽度相关。在ABAQUS中建立了该阻尼器的有限元模型,并利用该有限元模型对试验结果进行了补充。根据试验与有限元计算结果,提出了该软钢剪切阻尼器屈服位移,屈服承载力以及面外变形的计算公式。
普通软钢剪切屈服阻尼器的低周疲劳破坏常发生在加劲肋焊缝热影响区。为了提高软钢剪切阻尼器的低周疲劳性能,相关研究提出了耗能区域无焊缝的变截面软钢剪切阻尼器,并对其进行了形状优化。该文根据该优化结果,设计了5个变截面软钢剪切阻尼器试件并进行了拟静力试验研究。试验中考察了不同宽度和高度的阻尼器在往复荷载下的力学性能。试验结果显示,试件出现了不同程度的面外屈曲,屈曲程度与耗能板高度和宽度相关。在ABAQUS中建立了该阻尼器的有限元模型,并利用该有限元模型对试验结果进行了补充。根据试验与有限元计算结果,提出了该软钢剪切阻尼器屈服位移,屈服承载力以及面外变形的计算公式。
2016, 33(5): 89-96,105.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.01.0089
摘要:
针对混凝土I型裂缝扩展问题,分别采用以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则、最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则,数值模拟了强度等级C20、C40、C60、C80和C100的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展全过程,获取了试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线并与试验结果进行了比较。结果表明,三种准则中以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算得到的峰值荷载及P-CMOD全曲线与试验结果差别最小。随着混凝土强度等级的提高,最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则计算出的P-CMOD曲线与试验结果相比均有较为明显的偏离,但以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算结果与试验曲线更为吻合。试验与计算结果表明,以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则更适用于不同强度混凝土材料的断裂分析。
针对混凝土I型裂缝扩展问题,分别采用以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则、最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则,数值模拟了强度等级C20、C40、C60、C80和C100的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展全过程,获取了试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线并与试验结果进行了比较。结果表明,三种准则中以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算得到的峰值荷载及P-CMOD全曲线与试验结果差别最小。随着混凝土强度等级的提高,最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则计算出的P-CMOD曲线与试验结果相比均有较为明显的偏离,但以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算结果与试验曲线更为吻合。试验与计算结果表明,以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则更适用于不同强度混凝土材料的断裂分析。
2016, 33(5): 97-105.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0448
摘要:
设计并制作了4个比例为1:2的传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点模型,通过低周反复荷载试验研究其抗震性能,得到了传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点的破坏形态、滞回特性、延性等指标。研究表明:传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点试件在加载过程中形成了上、下2个小核心区和中间短柱三个区域,其典型破坏形态是节点下核心区在压剪复合应力作用下的剪切破坏。试件变形以下核心区最大,其次为中间短柱。基于试验研究,利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟分析,得到的节点破坏形态、应力分布及滞回曲线与试验结果较为吻合。
设计并制作了4个比例为1:2的传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点模型,通过低周反复荷载试验研究其抗震性能,得到了传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点的破坏形态、滞回特性、延性等指标。研究表明:传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点试件在加载过程中形成了上、下2个小核心区和中间短柱三个区域,其典型破坏形态是节点下核心区在压剪复合应力作用下的剪切破坏。试件变形以下核心区最大,其次为中间短柱。基于试验研究,利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟分析,得到的节点破坏形态、应力分布及滞回曲线与试验结果较为吻合。
2016, 33(5): 106-114,123.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0682
摘要:
对圆弧扩大头狗骨隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点和常规节点进行了循环加载试验,对比研究了圆弧扩大头狗骨隔板对方钢管混凝土柱-H形钢梁节点抗震性能的影响,对节点试验试件进行了基于结构钢椭球面断裂模型和屈服模型的强震灾变分析。结果表明,隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点起裂于梁腹板工艺孔处,节点域核心区混凝土形成"斜压短柱"效应,直至节点破坏时,核心混凝土未发生压碎或拉裂破坏。常规节点脆断于几何变化剧烈、应力高度集中的梁翼缘对接焊缝边缘,节点塑性转角约为0.016 rad。圆弧扩大头狗骨隔板构造消除了梁翼缘对接焊缝处的几何突变,促使塑性铰形成于远离节点区的梁削弱截面。圆弧扩大头狗骨节点的塑性转角可达到0.033 rad~0.041 rad,耗能性能和承载力较常规节点分别提高72%~86%和下降9.6%~12.6%。
对圆弧扩大头狗骨隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点和常规节点进行了循环加载试验,对比研究了圆弧扩大头狗骨隔板对方钢管混凝土柱-H形钢梁节点抗震性能的影响,对节点试验试件进行了基于结构钢椭球面断裂模型和屈服模型的强震灾变分析。结果表明,隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点起裂于梁腹板工艺孔处,节点域核心区混凝土形成"斜压短柱"效应,直至节点破坏时,核心混凝土未发生压碎或拉裂破坏。常规节点脆断于几何变化剧烈、应力高度集中的梁翼缘对接焊缝边缘,节点塑性转角约为0.016 rad。圆弧扩大头狗骨隔板构造消除了梁翼缘对接焊缝处的几何突变,促使塑性铰形成于远离节点区的梁削弱截面。圆弧扩大头狗骨节点的塑性转角可达到0.033 rad~0.041 rad,耗能性能和承载力较常规节点分别提高72%~86%和下降9.6%~12.6%。
2016, 33(5): 115-123.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0695
摘要:
以润扬大桥悬索桥为考察对象,基于实测结果研究了铺装层温度变化对钢桥面板两类焊接细节疲劳效应的影响特征。由于润扬大桥悬索桥疲劳分析模型计算单元数多且耗时大,首先利用模型参数敏感度分析方法确定钢桥面板疲劳效应简化分析模型中的敏感参数,然后利用敏感系数矩阵迭代法计算各个敏感参数的最优取值。在此基础上建立了带铺装层钢桥面板的疲劳效应简化分析模型,并考察了不同温度作用下两类典型焊接细节的疲劳效应。分析结果表明:1)两类焊接细节的日等效应力幅与钢桥面板温度存在较强的线性相关性;2)钢桥面板疲劳效应的简化分析模型为顺桥向支承在横隔板上、横桥向支承在顶板纵肋上的局部受力结构体系;3)带铺装层钢桥面板的疲劳分析方法能够准确计算车辆荷载和温度共同作用下焊接细节的疲劳效应。
以润扬大桥悬索桥为考察对象,基于实测结果研究了铺装层温度变化对钢桥面板两类焊接细节疲劳效应的影响特征。由于润扬大桥悬索桥疲劳分析模型计算单元数多且耗时大,首先利用模型参数敏感度分析方法确定钢桥面板疲劳效应简化分析模型中的敏感参数,然后利用敏感系数矩阵迭代法计算各个敏感参数的最优取值。在此基础上建立了带铺装层钢桥面板的疲劳效应简化分析模型,并考察了不同温度作用下两类典型焊接细节的疲劳效应。分析结果表明:1)两类焊接细节的日等效应力幅与钢桥面板温度存在较强的线性相关性;2)钢桥面板疲劳效应的简化分析模型为顺桥向支承在横隔板上、横桥向支承在顶板纵肋上的局部受力结构体系;3)带铺装层钢桥面板的疲劳分析方法能够准确计算车辆荷载和温度共同作用下焊接细节的疲劳效应。
2016, 33(5): 124-133.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0760
摘要:
通过理论分析与试验回归相结合的方法,对6个局部纤维增强混凝土(FRC)配筋剪力墙循环往复加载试验结果进行研究,提出了考虑轴压比、边缘约束区纵筋率、配箍特征值、FRC和钢筋力学性能以及钢套管等因素的骨架曲线特征点简化计算公式。同时,考虑加载历程对墙体性能退化的影响,通过引入一个基于试验拟合结果的损伤模型,定量描述了各试件滞回环卸载刚度和骨架曲线下降段强度退化规律,给出了恢复力模型滞回规则,并与试验墙进行了模拟对比,验证了模型的准确性。
通过理论分析与试验回归相结合的方法,对6个局部纤维增强混凝土(FRC)配筋剪力墙循环往复加载试验结果进行研究,提出了考虑轴压比、边缘约束区纵筋率、配箍特征值、FRC和钢筋力学性能以及钢套管等因素的骨架曲线特征点简化计算公式。同时,考虑加载历程对墙体性能退化的影响,通过引入一个基于试验拟合结果的损伤模型,定量描述了各试件滞回环卸载刚度和骨架曲线下降段强度退化规律,给出了恢复力模型滞回规则,并与试验墙进行了模拟对比,验证了模型的准确性。
2016, 33(5): 134-141.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0813
摘要:
有限质点法是以向量式结构力学为基础的崭新的结构分析方法。该文以该方法为基础,综合考虑结构的几何非线性、材料非线性和构件断裂,研究单层球面网壳结构在地震作用下的连续倒塌破坏全过程。该文介绍了有限质点法的基本理论,提出了该方法分析结构非线性问题和断裂问题的具体思路。采用直接输入法输入地震波,利用自编程序实现了单层球面网壳结构倒塌全过程模拟。研究了矢跨比对球面网壳强震作用下倒塌性能的影响,讨论了结构的倒塌时间和倒塌模式,并基于结构的倒塌模式通过局部加强法对单层球面网壳结构进行了抗倒塌设计。
有限质点法是以向量式结构力学为基础的崭新的结构分析方法。该文以该方法为基础,综合考虑结构的几何非线性、材料非线性和构件断裂,研究单层球面网壳结构在地震作用下的连续倒塌破坏全过程。该文介绍了有限质点法的基本理论,提出了该方法分析结构非线性问题和断裂问题的具体思路。采用直接输入法输入地震波,利用自编程序实现了单层球面网壳结构倒塌全过程模拟。研究了矢跨比对球面网壳强震作用下倒塌性能的影响,讨论了结构的倒塌时间和倒塌模式,并基于结构的倒塌模式通过局部加强法对单层球面网壳结构进行了抗倒塌设计。
2016, 33(5): 142-149.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0814
摘要:
钢板-混凝土组合(PRC)连梁由于内嵌钢板的作用可显著提高连梁的抗剪承载力和延性耗能能力,但目前对其受剪承载力理论分析研究较少。该文应用软化拉-压杆模型方法对小跨高比PRC连梁进行了受力分析,并结合条带模型,建立了小跨高比PRC连梁受剪承载力分析模型和计算方法,进一步提出了小跨高比PRC连梁受剪承载力简化软化-拉压杆模型计算方法,通过国内外37个小跨高比PRC连梁试验结果对模拟计算建议模型的合理性进行了验证,并与国内外相关规程计算结果进行对比。结果表明:软化拉-压杆模型方法计算值与试验值吻合较好,该方法有明确的力学计算模型,能较为合理的反映跨高比不大于2.5的小跨高比PRC连梁的受剪机理。
钢板-混凝土组合(PRC)连梁由于内嵌钢板的作用可显著提高连梁的抗剪承载力和延性耗能能力,但目前对其受剪承载力理论分析研究较少。该文应用软化拉-压杆模型方法对小跨高比PRC连梁进行了受力分析,并结合条带模型,建立了小跨高比PRC连梁受剪承载力分析模型和计算方法,进一步提出了小跨高比PRC连梁受剪承载力简化软化-拉压杆模型计算方法,通过国内外37个小跨高比PRC连梁试验结果对模拟计算建议模型的合理性进行了验证,并与国内外相关规程计算结果进行对比。结果表明:软化拉-压杆模型方法计算值与试验值吻合较好,该方法有明确的力学计算模型,能较为合理的反映跨高比不大于2.5的小跨高比PRC连梁的受剪机理。
2016, 33(5): 150-156.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0828
摘要:
设计并开展了可液化场地群桩基础大型振动台模型试验,再现了倾斜场地土体液化、流滑以及桩基倾斜等宏观现象,分析了场地土体及桩基结构地震反应特征。结果表明:群桩存在时的液化倾斜场地流滑可区分为局部流滑和整体流滑两个阶段;倾斜场地土体中的振动孔隙水压力演变过程和空间分布受土体流滑影响,桩间土相对不易液化;斜坡倾角越大,土体侧向大位移可引起更大的桩侧动土压力反应和桩基承台偏移量。但是,该文试验结果表明,桩基结构的倾斜在一定程度上弱化了其内力反应;无论是倾斜场地还是水平场地,桩身弯矩最大值均出现在非液化土层与液化土层分界面附近。
设计并开展了可液化场地群桩基础大型振动台模型试验,再现了倾斜场地土体液化、流滑以及桩基倾斜等宏观现象,分析了场地土体及桩基结构地震反应特征。结果表明:群桩存在时的液化倾斜场地流滑可区分为局部流滑和整体流滑两个阶段;倾斜场地土体中的振动孔隙水压力演变过程和空间分布受土体流滑影响,桩间土相对不易液化;斜坡倾角越大,土体侧向大位移可引起更大的桩侧动土压力反应和桩基承台偏移量。但是,该文试验结果表明,桩基结构的倾斜在一定程度上弱化了其内力反应;无论是倾斜场地还是水平场地,桩身弯矩最大值均出现在非液化土层与液化土层分界面附近。
2016, 33(5): 157-165.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0831
摘要:
对于型钢混凝土柱,考虑型钢和箍筋对混凝土的约束作用,将混凝土截面分成无约束混凝土部分、部分约束混凝土部分和强约束混凝土部分。基于附加约束应力作用效应的原理,构建了统一考虑混凝土约束效应影响的本构方程,建立了适用于型钢混凝土构件的数值分析模型。利用ABAQUS有限元软件,考虑混凝土不同约束效应及型钢与混凝土间的组合效应,对型钢混凝土柱进行数值模拟分析,通过模拟结果与试验结果对比,验证了该方法的合理性和正确性。最后采用该方法研究了轴压比、剪跨比和箍筋配置等参数对型钢混凝土柱的抗震性能的影响。
对于型钢混凝土柱,考虑型钢和箍筋对混凝土的约束作用,将混凝土截面分成无约束混凝土部分、部分约束混凝土部分和强约束混凝土部分。基于附加约束应力作用效应的原理,构建了统一考虑混凝土约束效应影响的本构方程,建立了适用于型钢混凝土构件的数值分析模型。利用ABAQUS有限元软件,考虑混凝土不同约束效应及型钢与混凝土间的组合效应,对型钢混凝土柱进行数值模拟分析,通过模拟结果与试验结果对比,验证了该方法的合理性和正确性。最后采用该方法研究了轴压比、剪跨比和箍筋配置等参数对型钢混凝土柱的抗震性能的影响。
2016, 33(5): 166-175.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0846
摘要:
根据活性粉末混凝土(RPC)材料特性及构件受压稳定理论,以截面最薄处抗剪强度为控制指标设计了中空受压构件截面。据此制作了4个中空截面受压构件,对其轴压承载力进行了理论计算并进行了轴压破坏试验。采用数字影像相关技术(DIC)获得了构件全场应变云图进而得到构件荷载-变形关系曲线。基于Weibull构建了RPC的本构模型,并在ABAQUS中构建与之对应的混凝土损伤塑性本构模型。采用RPC损伤塑性本构模型对所设计中空截面构件进行了数值模拟,分析结果与理论计算及试验结果符合较好,构件破坏时RPC强度能够得到充分发挥,由此验证了构件截面设计的合理性。研究工作为RPC在框架结构中应用提供参考。
根据活性粉末混凝土(RPC)材料特性及构件受压稳定理论,以截面最薄处抗剪强度为控制指标设计了中空受压构件截面。据此制作了4个中空截面受压构件,对其轴压承载力进行了理论计算并进行了轴压破坏试验。采用数字影像相关技术(DIC)获得了构件全场应变云图进而得到构件荷载-变形关系曲线。基于Weibull构建了RPC的本构模型,并在ABAQUS中构建与之对应的混凝土损伤塑性本构模型。采用RPC损伤塑性本构模型对所设计中空截面构件进行了数值模拟,分析结果与理论计算及试验结果符合较好,构件破坏时RPC强度能够得到充分发挥,由此验证了构件截面设计的合理性。研究工作为RPC在框架结构中应用提供参考。
2016, 33(5): 176-183.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0864
摘要:
O-Stable Panel是一种新型装配整体式墙板,该文设计制作了三个不同底部连接方式的装配整体式O-Stable Panel试件和一个全现浇O-Stable Panel试件,通过低周反复加载试验评价该类墙板的承载力、延性、滞回耗能等指标,研究不同连接方式下的O-Stable Panel墙板与全现浇墙板在抗震性能上的差异。试验模型为结构原型的1:2缩尺,墙体配筋依据等效全现浇结构的配筋。研究结果表明:装配式O-Stable Panel墙在往复荷载作用下最终都呈现为墙板竖向拼接处和墙板变截面处的贯通墙板裂缝;O-Stable Panel滞回曲线呈对称、稳定、没有明显捏拢收缩特点;采用灌浆套筒的竖向连接,随着控制位移增大,墙体抗震指标呈现急剧退化。采用预制墙片钢筋伸入底座的竖向连接,墙体等效粘滞阻尼系数均高于全现浇试件O-I-1型,滞回耗能性能与全现浇试件相近。
O-Stable Panel是一种新型装配整体式墙板,该文设计制作了三个不同底部连接方式的装配整体式O-Stable Panel试件和一个全现浇O-Stable Panel试件,通过低周反复加载试验评价该类墙板的承载力、延性、滞回耗能等指标,研究不同连接方式下的O-Stable Panel墙板与全现浇墙板在抗震性能上的差异。试验模型为结构原型的1:2缩尺,墙体配筋依据等效全现浇结构的配筋。研究结果表明:装配式O-Stable Panel墙在往复荷载作用下最终都呈现为墙板竖向拼接处和墙板变截面处的贯通墙板裂缝;O-Stable Panel滞回曲线呈对称、稳定、没有明显捏拢收缩特点;采用灌浆套筒的竖向连接,随着控制位移增大,墙体抗震指标呈现急剧退化。采用预制墙片钢筋伸入底座的竖向连接,墙体等效粘滞阻尼系数均高于全现浇试件O-I-1型,滞回耗能性能与全现浇试件相近。
2016, 33(5): 184-192.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0873
摘要:
鉴于蝶撑桁架梁的连接件和弦管之间采用半刚性连接,且桁架梁主要由其跨中挠度控制设计,因此该文在试验研究的基础上,针对此结构的跨中挠度计算方法进行了研究。通过借鉴钢-混凝土组合梁跨中挠度的分析方法,在考虑上下弦管之间错动位移的基础上,以桁架梁微段为受力单元,推导出均布荷载作用下简支蝶撑桁架梁由错动位移引起的附加曲率,继而利用共轭梁法求得桁架梁跨中挠度的计算公式,并将公式计算值和试验及有限元分析值进行了对比。结果表明:该计算公式计算效果理想,可为该类型桁架梁的研究及实际工程应用提供理论依据。
鉴于蝶撑桁架梁的连接件和弦管之间采用半刚性连接,且桁架梁主要由其跨中挠度控制设计,因此该文在试验研究的基础上,针对此结构的跨中挠度计算方法进行了研究。通过借鉴钢-混凝土组合梁跨中挠度的分析方法,在考虑上下弦管之间错动位移的基础上,以桁架梁微段为受力单元,推导出均布荷载作用下简支蝶撑桁架梁由错动位移引起的附加曲率,继而利用共轭梁法求得桁架梁跨中挠度的计算公式,并将公式计算值和试验及有限元分析值进行了对比。结果表明:该计算公式计算效果理想,可为该类型桁架梁的研究及实际工程应用提供理论依据。
2016, 33(5): 193-199.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0874
摘要:
该文研究了超高性能混凝土在埋置炸药爆炸载荷作用下的动态力学性能和损伤规律。通过改变混凝土靶体的配合比和炸药放置深度,得到了不同试验条件下混凝土靶体的破坏数据,采用非线性有限元法对靶体的毁伤效果进行了数值模拟,模拟结果与实际情况吻合较好。研究结果表明混杂纤维增强的超高性能混凝土具备更加优异的抗爆炸性能,炸药在靶体中的放置深度对混凝土的抗爆性能有显著影响。
该文研究了超高性能混凝土在埋置炸药爆炸载荷作用下的动态力学性能和损伤规律。通过改变混凝土靶体的配合比和炸药放置深度,得到了不同试验条件下混凝土靶体的破坏数据,采用非线性有限元法对靶体的毁伤效果进行了数值模拟,模拟结果与实际情况吻合较好。研究结果表明混杂纤维增强的超高性能混凝土具备更加优异的抗爆炸性能,炸药在靶体中的放置深度对混凝土的抗爆性能有显著影响。
2016, 33(5): 200-210.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.01.0031
摘要:
以村镇滑移隔震建筑为研究对象,以总输入能量为响应指标,采用正交试验的方法,研究了总输入能量对刚度比、第二阶段刚度系数、隔震层屈服位移、摩擦系数、质量比和上部结构固有周期的敏感性。研究表明:在该文所研究的参数范围内,总输入能量对参数的敏感性几乎均与地震动幅值和场地条件有关,各种条件下上部结构固有周期对总输入能量的影响都是最为显著的,当上部结构固有周期大约为0.1 s时,总输入能量受场地条件的影响比较小,当地震动幅值较大时,摩擦系数与总输入能量基本呈正比关系,刚度比、隔震层屈服位移、第二阶段刚度系数和质量比均对总输入能量有一定的影响,但影响程度相对较小。
以村镇滑移隔震建筑为研究对象,以总输入能量为响应指标,采用正交试验的方法,研究了总输入能量对刚度比、第二阶段刚度系数、隔震层屈服位移、摩擦系数、质量比和上部结构固有周期的敏感性。研究表明:在该文所研究的参数范围内,总输入能量对参数的敏感性几乎均与地震动幅值和场地条件有关,各种条件下上部结构固有周期对总输入能量的影响都是最为显著的,当上部结构固有周期大约为0.1 s时,总输入能量受场地条件的影响比较小,当地震动幅值较大时,摩擦系数与总输入能量基本呈正比关系,刚度比、隔震层屈服位移、第二阶段刚度系数和质量比均对总输入能量有一定的影响,但影响程度相对较小。
2016, 33(5): 211-219.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0353
摘要:
节点核心区采用同梁等强的低强度混凝土浇筑的夹心节点和采用同柱等强的高强度混凝土浇筑的传统节点相比,施工简单且易保证质量,但是我国规范对其规定过于简单,没有明确的验算方法。通过三组不同混凝土强度等级差的空间夹心节点和传统节点对比试件的双向低周往复性能试验研究,对比分析了二者破坏形式、延性、耗能、变形和承载力等方面的差异,结果表明:中低剪压比夹心节点的整体抗震性能稍弱于传统节点,但相差不明显;中低轴压比、剪压比条件下,当柱与梁混凝土强度等级之比小于1.5时,节点区可直接采用与梁相同强度等级的混凝土浇筑,当柱与梁混凝土强度等级之比大于1.5时,其破坏形式可转变为节点核心区剪切破坏,需采取相应的加强措施。最后在此基础上,给出了与试验结果吻合较好的夹心节点抗剪承载力计算公式。
节点核心区采用同梁等强的低强度混凝土浇筑的夹心节点和采用同柱等强的高强度混凝土浇筑的传统节点相比,施工简单且易保证质量,但是我国规范对其规定过于简单,没有明确的验算方法。通过三组不同混凝土强度等级差的空间夹心节点和传统节点对比试件的双向低周往复性能试验研究,对比分析了二者破坏形式、延性、耗能、变形和承载力等方面的差异,结果表明:中低剪压比夹心节点的整体抗震性能稍弱于传统节点,但相差不明显;中低轴压比、剪压比条件下,当柱与梁混凝土强度等级之比小于1.5时,节点区可直接采用与梁相同强度等级的混凝土浇筑,当柱与梁混凝土强度等级之比大于1.5时,其破坏形式可转变为节点核心区剪切破坏,需采取相应的加强措施。最后在此基础上,给出了与试验结果吻合较好的夹心节点抗剪承载力计算公式。
2016, 33(5): 220-226.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0592
摘要:
搅油损失的影响因素包括润滑油的运动粘度、工作温度,齿轮的模数、齿数、齿宽,旋转速度、齿轮的浸油深度,当地重力数值等,多种因素并存且形成了复杂的函数关系,难以直接用理论确定解析解。在对上述各种影响进行分析的基础上使用流体力学中边界层理论对齿轮搅油功率损失进行了理论分析,使用FLUENT软件中的多相流VOF模型、涡流Kε模型对建立的搅油流动偏微分方程进行数值仿真计算分析,最后通过齿轮搅油功率损失实验对仿真结果进行了验证。分析结果表明,在低转速条件下使用仿真计算的方法可以有效地预测搅油功率损失数值。
搅油损失的影响因素包括润滑油的运动粘度、工作温度,齿轮的模数、齿数、齿宽,旋转速度、齿轮的浸油深度,当地重力数值等,多种因素并存且形成了复杂的函数关系,难以直接用理论确定解析解。在对上述各种影响进行分析的基础上使用流体力学中边界层理论对齿轮搅油功率损失进行了理论分析,使用FLUENT软件中的多相流VOF模型、涡流Kε模型对建立的搅油流动偏微分方程进行数值仿真计算分析,最后通过齿轮搅油功率损失实验对仿真结果进行了验证。分析结果表明,在低转速条件下使用仿真计算的方法可以有效地预测搅油功率损失数值。
2016, 33(5): 227-233,256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0812
摘要:
研究了漂浮基柔性关节双臂空间机器人载体姿态与机械臂关节协调定位的抗力矩饱和控制与柔性振动抑制问题。利用系统动量守恒定律及拉格朗日方法,给出载体姿态受控柔性关节双臂空间机器人的完全驱动式动力学方程。结合柔性补偿及奇异摄动技术,推导系统相应的奇异摄动模型。为实现双臂各关节柔性振动的有效抑制,针对快变子系统提出一种力矩微分状态反馈控制策略;为避免空间机器人实际载体姿态控制系统及关节驱动电机出现控制饱和问题,针对慢变子系统提出一种姿态、关节协调定位且基于力矩主动约束设计的抗力矩饱和控制方法。数值仿真结果显示,所提控制方案不仅可以完成对系统载体姿态、双臂各关节的精确定位,而且还能有效抑制关节的柔性振动、限制实际控制力矩的输出幅值。
研究了漂浮基柔性关节双臂空间机器人载体姿态与机械臂关节协调定位的抗力矩饱和控制与柔性振动抑制问题。利用系统动量守恒定律及拉格朗日方法,给出载体姿态受控柔性关节双臂空间机器人的完全驱动式动力学方程。结合柔性补偿及奇异摄动技术,推导系统相应的奇异摄动模型。为实现双臂各关节柔性振动的有效抑制,针对快变子系统提出一种力矩微分状态反馈控制策略;为避免空间机器人实际载体姿态控制系统及关节驱动电机出现控制饱和问题,针对慢变子系统提出一种姿态、关节协调定位且基于力矩主动约束设计的抗力矩饱和控制方法。数值仿真结果显示,所提控制方案不仅可以完成对系统载体姿态、双臂各关节的精确定位,而且还能有效抑制关节的柔性振动、限制实际控制力矩的输出幅值。
2016, 33(5): 234-240.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0824
摘要:
汽车控制臂衬套对汽车的操控性和舒适性都有很大影响,分析橡胶臂衬套在整车载荷中的变形规律对于产品设计和验收有很大意义。该文首先分析了控制臂衬套在整车中的受力特点;然后进行了橡胶部件的力学性能实验,确定了材料模型和参数;对控制臂衬套在球头销处承受整车x向和y向载荷的工况进行了仿真。结果表明控制臂衬套在该文安装方式下,整车x向力下后衬套的变形接近K1方向;在整车y向载荷下,后衬套变形可以忽略,载荷主要由前衬套承担。该文对衬套刚度设计和台架疲劳寿命实验有指导意义。
汽车控制臂衬套对汽车的操控性和舒适性都有很大影响,分析橡胶臂衬套在整车载荷中的变形规律对于产品设计和验收有很大意义。该文首先分析了控制臂衬套在整车中的受力特点;然后进行了橡胶部件的力学性能实验,确定了材料模型和参数;对控制臂衬套在球头销处承受整车x向和y向载荷的工况进行了仿真。结果表明控制臂衬套在该文安装方式下,整车x向力下后衬套的变形接近K1方向;在整车y向载荷下,后衬套变形可以忽略,载荷主要由前衬套承担。该文对衬套刚度设计和台架疲劳寿命实验有指导意义。
2016, 33(5): 241-248.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0495
摘要:
为了改善民机在紧急迫降情况下的安全性能,对典型机身段水上冲击数值模拟方法及其冲击特性进行了研究。通过合理的简化建立了机身段有限元模型,对有限元方法(FEM)、任意拉格朗日/欧拉方法(ALE)和光滑粒子方法(SPH)水体模型进行了研究,探讨了水体材料模型对机身段结构动态响应特性的影响。在7 m/s垂向冲击速度下,对比分析了水面和刚性地面情况下的机身段结构的耐撞性能。结果表明ALE方法具有最佳计算精度和计算效率。由于忽略了偏应力,采用空材料得到的机身结构响应与弹性流体和弹塑性水体材料有明显不同。在水上冲击过程中,由于水体耗散了大量冲击动能,因此机身加强框变形较小。机身底部蒙皮结构承受较大的均布载荷,因此蒙皮吸能结构吸收了较多的冲击动能,是最重要的吸能结构之一。相对于刚性地面,水面冲击情况下机身具有更小的加速度过载。在紧急迫降情况下,选择湖泊或者江河等水域作为迫降地点可以减小乘员承受加速度过载。
为了改善民机在紧急迫降情况下的安全性能,对典型机身段水上冲击数值模拟方法及其冲击特性进行了研究。通过合理的简化建立了机身段有限元模型,对有限元方法(FEM)、任意拉格朗日/欧拉方法(ALE)和光滑粒子方法(SPH)水体模型进行了研究,探讨了水体材料模型对机身段结构动态响应特性的影响。在7 m/s垂向冲击速度下,对比分析了水面和刚性地面情况下的机身段结构的耐撞性能。结果表明ALE方法具有最佳计算精度和计算效率。由于忽略了偏应力,采用空材料得到的机身结构响应与弹性流体和弹塑性水体材料有明显不同。在水上冲击过程中,由于水体耗散了大量冲击动能,因此机身加强框变形较小。机身底部蒙皮结构承受较大的均布载荷,因此蒙皮吸能结构吸收了较多的冲击动能,是最重要的吸能结构之一。相对于刚性地面,水面冲击情况下机身具有更小的加速度过载。在紧急迫降情况下,选择湖泊或者江河等水域作为迫降地点可以减小乘员承受加速度过载。
2016, 33(5): 249-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0819
摘要:
考虑相邻档距振动时所产生动张力对覆冰导线舞动的影响,综合几何非线性和气动载荷之非线性因素,基于Hamilton原理建立了附带边界条件的面内与轴向耦合的两自由度非线性动力学模型。忽略轴向运动的影响对系统进行简化并借助Galerkin法得到轴向激励下系统的常微分运动方程。通过计算相邻档距运动时产生的动张力确定轴向激励大小的基本范围,进而利用数值模拟考察了轴向激励频率和幅值对系统稳定性的影响。研究发现当轴向激励频率接近该跨导线的固有频率时,系统表现出倍周期、概周期和混沌等丰富的运动模式和动力学现象;并借助与单跨覆冰导线的数值模拟对比,表明相邻档距运动不仅导致该跨舞动幅值明显增大、临界风速下降、增大阻尼失效,且严重影响舞动的稳定性,为工程应用提供一定的理论支撑。
考虑相邻档距振动时所产生动张力对覆冰导线舞动的影响,综合几何非线性和气动载荷之非线性因素,基于Hamilton原理建立了附带边界条件的面内与轴向耦合的两自由度非线性动力学模型。忽略轴向运动的影响对系统进行简化并借助Galerkin法得到轴向激励下系统的常微分运动方程。通过计算相邻档距运动时产生的动张力确定轴向激励大小的基本范围,进而利用数值模拟考察了轴向激励频率和幅值对系统稳定性的影响。研究发现当轴向激励频率接近该跨导线的固有频率时,系统表现出倍周期、概周期和混沌等丰富的运动模式和动力学现象;并借助与单跨覆冰导线的数值模拟对比,表明相邻档距运动不仅导致该跨舞动幅值明显增大、临界风速下降、增大阻尼失效,且严重影响舞动的稳定性,为工程应用提供一定的理论支撑。
