钢框架外挂再生混凝土墙板结构局部性能分析

为研究钢框架外挂再生混凝土墙板结构的受力性能,对两榀单层单跨1︰3缩尺的钢框架外挂再生混凝土墙板试件进行了拟静力试验。在对结构滞回曲线分析的基础上,重点研究该结构中外挂节点的破坏模式、框架梁柱和梁柱节点的应力分布、内力传递机理等局部性能。结果表明:钢框架外挂再生混凝土墙板结构的耗能能力偏低,但持荷性能较好;栓焊混合梁柱节点中钢框架内力分布均匀,梁柱节点整体性能好;平齐端板梁柱节点在强震下变形能力强,钢梁受压翼缘和端板局部翘曲;在开裂荷载之前,外挂墙板与连接角钢接触良好,钢框架与墙体协同工作,性能稳定;峰值荷载过后,下部外挂节点处钢柱翼缘局部屈曲,连带角钢产生较大扭转变形,上部外挂节点周围的墙体混凝土局部压碎、脱落,钢筋裸露,结构丧失承载能力。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点恢复力模型试验研究

为了建立型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架中节点的恢复力模型,进行了5个组合框架节点试件的低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及形态特征,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线,重点分析其滞回性能和抗震性能。试验结果表明,各节点试件均发生典型的剪切破坏形态,受力过程大致经历了弹性段、带裂缝工作段、屈服强化段及破坏4个阶段,节点滞回曲线呈较为饱满的梭形,位移延性系数均值为3.29,表现出较好的抗震性能。在此基础上,考虑节点试件受力特征,建立了适合型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的四折线恢复力模型,该模型包括骨架曲线模型、刚度退化规律及滞回规则,计算曲线与试验曲线吻合较好,能够很好反映型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点在低周反复荷载作用下的滞回特性。本文研究结果可为节点抗震设计提供一定参考。     

双材料界面断裂力学模型与实验方法

纤维增强聚合物(FRP)质轻、高强, 可提高结构的刚度、强度、抗震性能和耐久性, 近年来在结构加固及工程改造中得到广泛应用. FRP与传统复合材料之间形成双材料黏结界面, 界面断裂特性是决定双材料结构性能的关键因素. 对双材料界面裂纹尖端应力场理论、界面裂纹模型、黏结界面I型、II型及混合型断裂试验及理论研究现状进行综合评述和分析. 界面模型主要有经典梁/板理论和刚性节点模型、考虑剪切变形的双亚层理论和半刚性节点模型、基于双亚层理论的柔性节点模型、考虑剪切变形的多层亚层理论和多亚层柔性节点模型、弹性地基梁模型以及黏聚模型. 还介绍了双材料界面断裂力学在FRP-混凝土研究中的应用.      

正常及病态下静脉壁的力学特性分析

本文应用多束纤维加强超弹性复合材料应变能函数及厚壁圆筒模型,通过有限变形弹性理论研究了正常及病态下静脉壁在静脉压及轴向预拉伸作用下的变形和应力分布等力学特性,着重分析了静脉移植后自适应变化静脉壁在动脉压下的力学特性.首先利用超弹性材料厚壁圆筒模型得到了静脉壁在静脉压下的变形方程,给出了静脉压下静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了静脉壁的力学特性.给出了静脉移植后,正常和自适应变化静脉壁在动脉压下的变形和应力分布曲线,讨论了静脉移植后静脉壁的力学特性及其自适应性变化.然后给出了各种病态静脉壁的变形和应力分布曲线,讨论了材料参数的变化对静脉壁力学特性的影响规律.     

HPFRCC梁柱组合件节点核心区力学性能及计算模型研究

为了研究高性能纤维水泥基复合材料(High-PerformanceFiberReinforcedCementitiousComposites,HPFRCC)对框架结构节点核心区力学性能的影响，本文对6个预期损伤部位采用HPFRCC材料的带板梁柱组合件和1个钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁柱组合件进行拟静力试验，分析其节点核心区受剪承载能力、变形能力等．研究结果表明，与RC梁柱组合件节点相比，HPFRCC梁柱组合件节点核心区的受剪承载力提高了11.1%；峰值点的剪切变形减小了10.3%，节点核心区剪切变形对层间变形的贡献比率降低了22.7%．柱端弯矩增大系数的取值和翼缘板的宽度取值对HPFRCC节点核心区的剪切变形有显著影响，柱端弯矩增大系数达到1.6或者翼缘板宽度取值为8倍板厚都可以使节点核心区峰值点对应的剪切变形控制在0.01左右．采用BPE(Bayesian Parameter Estimation)方法进行理论分析，分别建立HPFRCC梁柱节点的剪切强度计算模型和剪切变形计算模型，模型分析结果与试验结果符合较好．     

方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能非线性分析

在方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴心受压试验研究的基础上,选择合理的再生混凝土和钢材本构模型,结合现有结构非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件建立该组合短柱的有限元模型,并对该短柱轴压性能进行全过程非线性分析。主要研究其破坏形态、应力分布及荷载-应变关系曲线,分析再生骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度对该短柱轴压性能的影响规律,并将其与试验结果进行对比,同时对短柱进行有限元参数分析。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能;组合柱轴向承载力随再生骨料取代率的增加而有所降低,而随方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度的增加而增加。总体上看,该组合短柱承载力高,变形能力较好,研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的工程应用提供一定参考。     

叠层橡胶隔震支座夹层受拉模型与分析：理论模型

为分析普通圆形叠层橡胶隔震支座的受拉性能,本文基于弹性力学理论,建立了叠层橡胶隔震支座橡胶夹层的受拉分析模型,根据橡胶层的约束边界条件及普通橡胶材料的不可压缩性质,推导了橡胶夹层的应力与位移分布简化计算公式。根据推导结果对橡胶夹层的应力分布与变形规律（如橡胶层内外自由边的变形形状）进行分析,并通过有限元数值模型进行了对比,结果表明,本文的分析模型与计算公式可以较好的分析不同形状系数的普通圆形叠层橡胶隔震支座橡胶夹层的应力分布与变形规律。     

两装药同时起爆时金属靶板的动态响应

采用量纲分析的方法，分析了两装药同时爆炸加载下金属薄板动态响应过程中的相关独立变量，并使用有限元软件进行数值计算，研究了两装药同时起爆情况下装药量、装药间距及炸距对45钢靶板响应特性的影响。基于数值模拟和量纲分析的结果，分别建立了相关参量与金属靶板最大变形挠度的函数关系，获得了适用于一定范围的靶板挠度计算模型。该研究能够在一定程度上实现不同分布装药的爆炸效应快速计算。     

TA2钛合金开口柱壳外爆碎片分布研究

金属柱壳爆炸膨胀断裂机制及其对碎片分布、特征尺寸的影响是应用物理、力学、兵器工程等领域共同关心的重要课题, 但目前除数值模拟外, 考虑断裂机制的简单二维碎裂模型尚未出现.开展TA2钛合金开口柱壳在不同装药条件下的碎裂实验研究, 通过对软回收碎片的统计及微观分析, 探讨金属柱壳外爆断裂模式及二维碎片分布规律, 结果显示:(1) TA2钛合金柱壳在实验爆压(7 $\sim$ 25 GPa)下宏观断口均为剪切断裂模式, 但机制不同, 在较高爆压下柱壳剪切断裂由多重绝热剪切带破坏控制, 在较低压力下为剪切破坏;(2) 与一维拉伸碎裂相比, 柱壳爆炸碎裂不充分, 碎片质量更符合$\beta=1$ (或更接近1)的指数分布; 爆炸碎裂越充分, 碎片越小并趋于均匀, $\beta$趋于较小的值, 趋向Mott和Linfoot提出的泊松统计分布形式;(3) Rayleigh分布可以较好描述柱壳碎片的宽度分布规律, 不同爆压下柱壳碎片宽度归一化尺寸分布具有相似性, 呈现"量子化"特性, 即存在最小的特征尺寸; (4) TA2柱壳碎片特征尺寸远大于G-K剪切断裂公式预测的尺寸, G-K剪切式描述的是多重绝热剪切带间距.本研究为金属柱壳碎片特征、分布规律及其模型分析提供了重要参考.      

水平荷载下型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架受力性能非线性数值分析

在型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架拟静力试验的基础上,采用Abaqus软件建立该组合框架有限元模型并进行非线性数值分析,获取组合框架的变形图、应力云图及荷载-位移骨架曲线,分析组合框架的受力破坏特征,验证了有限元模型的合理性,并对组合框架进行了参数分析。结果表明,数值模拟计算值和试验值对比误差较小,数值计算模型能够较好地模拟该组合框架的受力性能;组合框架符合强柱弱梁的破坏机制;另外,提高型钢强度或再生混凝土强度对组合框架承载力和刚度有利,但对其变形能力不利;框架承载力和刚度随着梁柱线刚度的增加而提高;增大轴压比对于组合框架的抗震性能和延性不利。研究结论可为该类绿色组合框架的工程应用提供参考。     

大瓣片高强钢球壳板冲压成形应力测试与分析

为对大瓣片高强钢球罐壳板成形过程进行应力测试与分析,在分析壳板成形工艺特点和力学特征的基础上,提出了在板材上附加随动测试架的测试方法,该测试架可随板材运动,实现对传感元件的保护,保证测试信号的输出,同时不干扰壳板的工艺条件,实现了准确测定冲压加工过程中特定状态下板壳内的应力分布及变化规律的目的。测试表明,压力加工过程中,当模具完全冲压到位时,在模具中心区域出现最大拉伸应变,应力值也最大,而卸载后该区反而出现了很小的压应力,这对容器的安全是有利的。因此在压制过程中只要控制冲压变形量,使得中间部位应力值小于材料的强度极限,就可保证板材不发生工艺性破裂,而且成形完成后该区也无不利的力学因素。     

各向同性超弹性本构模型数值计算及验证

现有多种形式的橡胶本构模型试图预测橡胶力学性质,其中部分模型已写入有限元软件中用于仿真计算,还存在较多拟合性较好的模型无法在有限元材料库中直接获得。本文详述了由不变量和主伸长率描写的各向同性超弹性本构模型的数值实现方法,并结合最新的本构模型开发了UHYPER和UMAT子程序。将UHYPER用于有限元实现对多孔橡胶板的拉伸仿真,对比仿真和试验结果,验证子程序的正确性以及评估本构模型预测复杂应变场的准确性;将UMAT用于单轴、等双轴和剪切拉伸的有限元仿真,对比仿真和本构模型理论结果,验证子程序的可靠性。结果表明,有限元仿真结果与理论结果拟合较好,子程序能够契合本构模型的力学描述,所述方法可以用于超弹性材料的数值计算。     

液膜润滑机械端面密封流体动压沟槽侧壁效应研究

针对非接触机械密封端面开槽后所出现的膜厚不连续处存在的侧壁效应,在沟槽边界处将广义伯努利方程引入传统润滑方程,建立了考虑动压沟槽侧壁效应的液膜润滑螺旋槽端面机械密封数值分析模型. 采用有限单元法结合拉格朗日乘子法求解润滑方程,研究了不同螺旋槽几何参数和工况条件下沟槽侧壁效应对密封性能的影响. 结果表明:数值模型可方便捕捉沟槽边界处的压力跃变,侧壁效应在不同螺旋槽深度下表现出截然不同的影响规律,高转速、大螺旋角和小密封间隙下动压沟槽的侧壁效应较为显著. 理论模型和计算方法可为超高速工况螺旋槽机械密封的设计和局部惯性效应的研究提供指导.      

高承载梯度分层点阵结构的拓扑优化设计方法

随着增材制造技术的迅速发展, 点阵结构由于其高比强度、高比刚度等优异力学性能受到广泛关注, 但其单胞分布设计大多基于均布式假设, 导致其承载能力相对较差. 基于拓扑优化技术提出了一种梯度分层的点阵结构设计方法. 首先, 基于水平集函数建立点阵单胞几何构型的显式描述模型, 引入形状插值技术实现点阵单胞的梯度构型生成; 其次, 构建基于Kriging的梯度点阵单胞宏观等效力学属性预测模型, 建立宏观有限单元密度与微观点阵单胞等效力学属性的内在联系; 然后, 以点阵结构刚度最大为优化目标, 结构材料用量和力学控制方程为约束条件, 构建点阵结构的梯度分层拓扑优化模型, 并采用OC算法进行数值求解. 算例结果表明, 所提方法可实现点阵结构的最优梯度分层设计, 充分提高了点阵结构的承载性能, 同时可保证不同梯度点阵单胞之间的几何连续性. 最后, 开展梯度分层点阵结构与传统均匀点阵结构和线性梯度点阵结构的准静态压缩仿真分析, 仿真结果表明, 与传统均匀点阵结构和线性梯度点阵结构相比, 梯度分层点阵结构的承载能力明显提高. 研究结果可为高承载点阵结构设计提供理论参考.      

斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型研究

为简化实际工程结构中斜向梁柱外伸端板连接节点的分析与设计，利用欧洲规范EC3的组件法提出了斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型。首先，采用组件法计算了斜向梁柱外伸端板连接节点的初始转动刚度和屈服承载力，提出了外伸端板连接节点考虑钢梁倾角影响的初始转动刚度计算公式。通过对试验试件骨架曲线的无量纲化拟合了此类节点的三折线骨架曲线模型。通过回归分析确定了斜向梁柱外伸端板连接节点的卸载刚度计算公式。在此基础上，建立了斜向梁柱外伸端板连接节点的三线型恢复力模型。通过与试验及参数有限元分析结果的对比，验证了斜向梁柱外伸端板连接节点恢复力模型的准确性，研究成果可为斜向外伸端板连接节点的工程分析提供参考。     

Two-dimensional numerical analyses of double conforming contacts with effect of curvature

Pinned connections and journal bearings with cylindrical conforming contacts are widely used as fundamental building blocks in machines and civil structures of civilization. It is critical to determine their stress fields and contact performances under desired configurations in order to successfully design them. This paper presents a numerical model to deal with such contacts, particularly with the general configuration–double interfaces. Necessary formulae are developed and numerical procedures are described in this paper. Efficient numerical methods, i.e., the discrete convolution-fast Fourier transformation (DC-FFT) method and the conjugate gradient method (CGM), are implemented in the algorithm. Validations are conducted against the Persson’s results and finite element results and demonstrate excellent agreement. This contact analysis can be useful for design engineers to evaluate stress and contact pressure distribution. Furthermore, this efficient method of determining radial displacement can be applied in an elasto-hydrodynamic lubrication analysis.     

Mesoscopic model to simulate the mechanical behavior of reinforced concrete members affected by corrosion

In this contribution, a finite element methodology devised to simulate the structural deterioration of corroded reinforced concrete members is presented. The proposed numerical strategy has the ability to reproduce many of the well-known (undesirable) mechanical effects induced by corrosion processes in the embedded steel bars, as for example: expansion of the reinforcements due to the corrosion product accumulation, damage and cracking patterns distribution in the surrounding concrete, degradation of steel–concrete bond stress transfer, net area reduction in the reinforcements and, mainly, the influence of all these mentioned mechanisms on the structural load carrying capacity predictions.At the numerical level, each component of the RC structure is represented by means of a suitable FE formulation. For the concrete, a cohesive model based on the Continuum Strong Discontinuity Approach (CSDA) is used. Steel bars are modeled by means of an elasto-plastic constitutive relation. The interface is simulated using contact-friction elements, with the friction degradation as a function of the degree of corrosion attack. Two different (and coupled) mesoscopic analyzes are considered in order to describe the main physical phenomena that govern the problem: (i) an analysis at the cross section level and (ii) an analysis at the structural member level.The resultant mechanical model can be used to simulate generalized reinforcement corrosion. Experimental and previous numerical results, obtained from the available literature, are used to validate the proposed strategy.     

无限冰介质中爆炸裂纹扩展机理与数值模拟

根据冰体力学性能,提出了无限淡水冰介质在爆炸冲击载荷下的压碎区及裂隙区的理论计算方法.利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了爆炸载荷下无限区域冰体内裂纹扩展过程,模拟结果与实验结果基本一致,表明采用的损伤断裂模型能够较准确的反映无限冰介质动态力学性能及裂纹成形过程.数值模型可近似计算冰体中裂隙区的半径.数值计算值与理论计算值误差不超过5%,数值模拟结果与实验结果吻合,从而确定了无限区域冰体在-15℃时的基本破坏特征及范围.     

混凝土三维细观模型的建模方法与力学特性分析

根据混凝土材料的细观组成和结构特点，基于三维Voronoi图形提出了一种简单高效的混凝土细观模型生成方法，利用塑性损伤模型对该细观模型进行了单、多轴应力状态下的准静态分析以及SHPB动态有限元分析。结果表明，数值模拟得到的应力应变曲线和破坏模式与实验结果基本吻合，本文中提出的混凝土三维细观模型可较好地模拟混凝土的静、动态力学特性，为进一步从细观力学角度研究混凝土损伤演化规律和破坏机理提供了模型基础。     

精细积分法在迷宫密封转子系统非线性动力学特性计算中的应用

基于Muszynska密封力模型，建立了迷宫密封转子系统的非线性动力学模型，将精细积分法推广应用于非线性情况，计算了迷宫密封不平衡转子系统的动力学特性，依据Floquet理论讨论其分岔特性。研究表明：在2^N类算法计算指数矩阵基础上提出的精细积分法和传统的数值计算方法相比，其精度高，在分析中通过取不同步长计算对比，表明该方法在某些情况下可以采取较大时间步长，有效提高了计算速度。