圆钢管K型弯管锥头节点轴向刚度曲线参数化分析

K型弯管锥头节点核心区由节点管、空心切头锥两部分组成。本文采用ANSYS参数化分析了节点管外径及其壁厚、弦管外径及其壁厚、腹管外径及其壁厚、腹管轴线与节点管轴线夹角?、屋面坡度i、弦管轴力与其屈服荷载的比值σz/fy对节点轴向刚度的影响。分析表明:减小弦管1与节点管外径之比、增加腹管的壁厚会降低节点的轴向刚度,屋面坡度对节点轴向刚度的影响不大,腹管受拉的节点轴向刚度优于腹管受压的节点轴向刚度;弦管承受轴拉力的节点轴向刚度优于弦管承受轴压力的。引入两个量纲归一化参数,即节点轴向刚度因子η和节点轴力因子ω,根据有限元计算的η-ω曲线,通过多元线性回归拟合了η-ω曲线的计算公式,该计算公式为钢管结构的分析及设计提供了节点刚度计算模型。     

钢管混凝土K型相贯节点试验研究与数值模拟

从钢管混凝土格构式风电塔架原型中取出节点模型,对5个K型焊接相贯节点进行了试验研究和理论分析,研究了不同几何参数条件下节点的破坏过程和特征、荷载-变形关系和承载能力等。建立了有限元模型,分析了各研究参数对节点破坏形态和极限承载力的影响规律,得到了节点失效机制的判别参数与准则。试验结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点在丧失承载力前弦杆的宏观变形特征不明显,腹杆失效是主要破坏形态;与空心圆钢管相贯节点相比,刚度大大增加,相贯线周围应力集中程度也降低。有限元分析结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点的控制破坏形态包括腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制破坏类型的关键指标是腹杆与弦杆的壁厚比τ和夹角θ。为避免钢管混凝土格构式风电塔架出现节点失效,须限制参数τ、θ的取值。本文建议τ≤1,θ≤45°。     

低密度开孔泡沫蠕变松弛特性分析

利用三维Voronoi模型和有限元方法分析了胞壁材料具有粘弹特性的低密度开孔泡沫的蠕变和应力松弛行为.采用了三参量标准线性固体模型来描述胞壁材料的粘弹特性.所得结果表明.低密度开孔泡沫具有与其胞壁材料相同的松弛时间,当相对密度较低时(低于1%)开孔泡沫的松弛模量与胞壁材料的松弛模量和泡沫相对密度平方成正比.此外,计算结果还表明,低密度开孔泡沫在较小的初始应力条件下具有与其胞壁材料相同的延迟时间.其蠕变柔度与胞壁材料的蠕变柔度和泡沫相对密度平方倒数基本成正比.但随着初始应力值的增大,泡沫的延迟时间将会显著增加.     

压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度研究

焊接空心球节点在大跨度空间结构中的应用越来越广泛。为了深入研究压弯作用下焊接空心球节点的抗弯刚度,采用正交设计法设计了6组12个试件,对试件进行压弯试验,绘制节点的弯矩-转角曲线,并计算得到焊接空心球节点的抗弯刚度。运用有限元软件ABAQUS建立压弯作用下焊接空心球节点模型,采用线性强化应力-应变关系,考虑非线性影响,将试验测量和有限元模拟得到的抗弯刚度进行对比分析,验证有限元模型的准确性。再以有限元模型为基础,计算各个参数对焊接空心球节点抗弯刚度的影响,并通过回归分析提出压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度计算公式。结果表明:管径与球径之比对压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度的影响最大,球壁厚的影响次之,偏心距的影响最小;提出的压弯作用下焊接空心球节点抗弯刚度计算公式较为准确。     

潜水器开孔耐压壳半球封头极限承载力分析

为了使潜水器能够在水下完成各种操作项目,必须为潜水器配置适当的设备以及电缆,这就决定了必须在耐压壳两侧的封头上设置各种大小不同的开孔,开孔处需要安装各类接插件.耐压半球封头上开孔的设置导致了应力的增加和壳体强度的减弱;同时,由于结构的连续性被破坏,这将产生较大的附加弯曲应力.本文利用ANSYS有限元分析软件对开孔半球封头的承载力问题进行了非线性有限元分析,计算了开孔的各项参数变化对耐压封头极限承载力的影响.计算结果表明,随着个数和孔径的增大和围壁厚度的减小其极限承载力呈下降趋势.     

聚能射流侵彻页岩储层损伤裂隙形成机制

为研究药型罩对聚能射孔弹侵彻页岩储层的射孔和损伤致裂效果的影响机理，建立了射孔弹-空气-页岩三维模型，设置药型罩的锥角分别为50°、60°、70°和80°，壁厚分别为0.5、1.0和1.5 mm，材料分别为铜、钢、钛和钨。利用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值计算，分别从射流速度与形态、页岩射孔效果及页岩孔裂隙形成规律特征等进行系统性分析。研究结果表明：在射孔弹结构中，随着药型罩锥角的减小，射流速度提高、杵体速度降低、侵彻深度增大同时开孔孔径减小。在一定范围内，适当减小药型罩的壁厚，可以提高射流速度、减小杵体质量、增大侵彻深度和开孔倾斜度。药型罩材料对射流速度、杵体结构和页岩射孔效果均有显著影响，其中钨药型罩射孔弹的侵彻深度最大但开孔孔径最小，钛药型罩射孔弹的侵彻深度最小但开孔倾斜度最大，铜比钢药型罩射孔弹的侵彻深度略大但开孔孔径略小。通过研究不同对照组的页岩孔裂隙形成规律特征发现，页岩孔裂隙发育主要发生在杵体对页岩的再扩孔阶段，减小射流初始扩孔孔径、增大杵体直径、提高杵体速度，可以促进页岩孔裂隙发育程度。     

钢桁腹-混凝土组合梁桥受弯性能分析

基于欧拉-伯努利梁理论,分析钢桁腹-混凝土组合梁桥的受弯性能。考虑到腹杆在纵向的不连续性,通过对腹杆进行受力分析,将腹杆的受力等效为轴力和面内弯矩,分别作用在顶板和底板上。引入奇异函数建立梁挠曲的微分方程,根据支座边界条件和腹杆节点的位移协调方程求解出所有的未知系数,得到了顶板和底板在不同荷载下的挠曲函数以及腹杆的轴力。根据腹杆的轴力确定腹杆的破坏荷载以及破坏形式。最后通过ANSYS建立实体有限元模型,对比了不同腹杆倾角下顶板的挠度和腹杆轴力,计算结果与有限元结果误差在5%左右。说明该方法能计算在弯曲荷载下,任意点的挠度和所有腹杆的轴力,计算方法既简单又能满足精度要求。     

钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力的计算方法研究

为研究钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力沿横桥向的分布情况,运用有限元软件ANSYS建立一座35m等截面简支钢桁腹式混凝土组合箱梁的有限元模型,考虑斜向腹杆杆力作用会使翼板产生附加轴力及相应的附加应力,故利用能量变分法原理推导出组合箱梁的翼板纵向弯曲应力和纵向附加应力计算公式,并据此探讨适用于计算组合箱梁的翼板纵向应力的方法。将有限元值和理论值进行比较,吻合程度良好。研究结果表明,组合箱梁的下翼板纵向应力可采用纵向弯曲应力计算公式进行计算;为获得组合箱梁的翼板附加轴力,可将组合箱梁的钢桁腹杆和混凝土纵梁取出,认为两者通过节点构造共同构成平面桁架,翼板附加轴力即为平面桁架的弦杆杆力;组合箱梁的上翼板纵向应力可通过纵向弯曲应力和经修正的纵向附加应力叠加获得。     

新型装配式塑性铰节点的设计及数值模拟

为适应可更换、高耗能装配式预制构件连接的发展趋势,针对现有连接构造复杂、传力路径不明确等不足,提出了一种新型塑性铰节点。本文详细介绍了新型塑性铰节点的构造特点,并建立了5种新型塑性铰节点ABAQUS数值模型,通过施加单调荷载和变幅循环荷载,探讨节点受力性能和抗震性能。研究表明:5种不同构造特点的新型塑性铰节点具备良好的耗能能力和塑性变形能力,能够实现设计目标。两种荷载峰值时,实心钢板节点承载力和初始刚度分别为330.81kN、12.18kN/mm和315.33kN、12.04kN/mm,实心钢板节点具有更好的承载力和刚度;基于累积耗能方面,曲面钢板节点具备更好的耗能能力,但此节点初始刚度较小,承载力低。     

三角形加劲肋T-Stub钢节点分流系数与尺寸效应分析

本文针对T型连接件(T-stub)带三角形加劲肋与无加劲肋两种构造形式的初始抗拉刚度的相互转换问题,运用了有限元软件ABAQUS研究了150组不同截面几何参数的带三角形加劲肋与无加劲肋T-stub的初始抗拉刚度,提出了适用于求解带三角形加劲肋与无加劲肋T型连接件初始抗拉刚度转换系数的简化计算公式,即力的分流系数;重点考察了腹板横截面与加劲肋横截面面积比、加劲肋高长比和螺栓到腹板距离与加劲肋长度比对分流系数的影响,该拟合公式计算结果与有限元和文献计算结果很吻合,满足精度要求.本文还分析了三角形加劲肋高度、螺栓到腹板距离和试件翼缘尺寸的变化对带三角形加劲肋T-stub初始抗拉刚度和屈服承载力的影响.     

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应，在薄壁箱梁理论的基础上，考虑钢桁腹杆的力学特性，应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程，并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例，对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力，并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明，相同截面参数下，由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小，其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍；梁宽对畸变内力影响较大，当梁宽增加至4.5 m时，畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍，且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓；腹杆俯角对畸变双力矩影响较大，当腹杆俯角增加至27°时，畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。     

菱形开孔剪切钢板阻尼器的形状优化研究

矩形钢板阻尼器在剪力作用下耗能腹板各处受力不均匀,部分区域率先进入塑性而破坏,造成材料浪费甚至阻尼器延性欠佳。为使剪切钢板阻尼器充分发挥材料性能,可将矩形腹板开菱形孔,形成中部菱形孔钢板阻尼器,或两端去除半菱形,形成X型钢板阻尼器。然而,孔洞最优形状鲜有研究,而形状优化方法也很少提及。为了使菱形开孔剪切钢板阻尼器达到更好的滞回性能,对中部菱形孔和X型两种腹板开孔形式的阻尼器进行形状优化。在与试验结果验证的基础上,基于ABAQUS软件平台建立有限元分析模型,利用PYTHON语言开发了一种脚本优化方法,并与软件优化模块对比,分析优化前后的塑性分布和滞回耗能。结果表明,优化后最大塑性应变减小,塑性分布更均匀,利用脚本方法优化后的滞回曲线更饱满,耗能更好,为菱形开孔剪切型阻尼器的设计和优化提供了参考。     

基于能量变分法的钢底板波形钢腹板组合箱梁畸变效应分析

为合理分析钢底板波形钢腹板梯形箱梁的畸变效应，按各板件面内外抗弯刚度不变的原则将全截面等效为钢材，利用圣维南原理考虑顶底板对波形钢腹板的约束作用，修正畸变扇性坐标分布模式，基于能量变分法建立畸变控制微分方程。与已有文献及有限元进行对比分析，并研究腹板俯角和波形钢腹板厚度变化对畸变翘曲正应力的影响。结果表明，本文解析解与文献解及ANSYS解均吻合较好；基于圣维南原理修正后的扇形坐标分布模式更合理；利用本文等效方法亦可分析传统波形钢腹板组合箱梁的畸变效应；腹板俯角的设置有利于减小畸变翘曲正应力；波形钢腹板厚度变化对腹板与底板交接处的畸变翘曲正应力影响显著。     

用可退化有限单元进行平面连续体拓扑优化

提出一种基于准则法的平面连续体结构拓扑优化方法。该方法根据单元在结点处的厚度或应力值决定删除单元或将矩形单元退化为三角单元 ,使迭代过程更加平稳。在一定的计算量下 ,提高了计算精度 ,减少了迭代次数 ,使优化结构的边界更加光顺。该方法可同时应用于等厚度和变厚度平面连续体的拓扑优化问题。本文推导了变厚度矩形有限单元的刚度矩阵 ,并给出了相应的拓扑优化迭代方法     

接触爆炸作用下钢板钢纤维钢筋混凝土遮弹层设计方法(II)

在试验分析基础上 ,采用单自由度体系模型 ,此模型考虑了在钢纤维钢筋混凝土组合板局部破坏时 ,钢纤维的抗拔作用、钢筋的抗剪、钢板薄膜力作用和柔性土介质的耗能等主要影响因素。给出了能够用于钢板 钢纤维钢筋混凝土遮弹板接触爆炸下的极限设计分析的实用方法。     

Elasto-plastic buckling analysis for perforated steel plates subject to uniform compression

This study investigates the elasto-plastic buckling behaviour of simply supported square and rectangular thin steel plates having elliptic cut-outs by means of finite element method. Plates with simply supported in the out-of-plane direction are applied uniform compression in long-edge direction. A50 steel was used in the analysis and the focus was on the effect of plate aspect ratio, elliptical hole size, elliptical hole angle, elliptical hole location and slenderness ratio on buckling behaviour. It was found in the study that as the plate slenderness ratio increases, the critical buckling stress decreases for all the perforated plates.     

On some conditions for detonation initiation downstream of a perforated plate

An experimental study is presented of the influence of detonation wave parameters and detonation product composition upstream of a perforated plate on the onset of detonation downstream. Experiments were performed in detonation tube 106 mm in diameter, separated into two sections by a perforated plate combined with a diaphragm. The tube was equipped with pressure sensors and a semi-cylindrical smoked foil. Hydrogen–air mixtures with different hydrogen concentrations were used upstream and downstream of the perforated plate. It is shown for mixtures containing 25 and 34 % of hydrogen in air that the onset of detonation downstream depends on detonation parameters upstream of the perforated plate. An increase in the initial pressure upstream of the plate leads to detonation initiation immediately downstream. The variation of mixture composition upstream of a perforated plate does not affect on detonation initiation downstream under the present experimental conditions.     

钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变屈曲弯矩计算公式

侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲均为钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,而现有计算方法通常只考虑到侧向弯曲屈曲,未考虑到侧向弯扭屈曲,因此有一定局限性。本文在钢梁腹板对钢梁下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度的计算公式上,结合弹性介质中薄壁杆件的屈曲理论推导了工形钢-混凝土组合梁负弯矩区的侧向弯曲屈曲弯矩及侧向弯扭屈曲弯矩计算公式。实例分析表明,现有计算方法均存在一定理论缺陷,本文计算方法更为合理;同时,本文计算式比现有文献中同类型计算式更为简洁,便于手算,实用性强并适于工程应用。     

含装甲钢和陶瓷板的钢纤维砼复合靶的抗侵彻实验研究

为考察装甲钢板和陶瓷板的抗侵彻特性,在钢纤维混凝土靶中分别加入两种不同厚度的装甲钢板和陶瓷板振动成型。在57mm轻气炮上进行了小尺寸射弹侵彻钢纤维砼复合靶试验,测量了不同速度的射弹在不同靶中的侵彻深度。研究表明,当装甲钢板的厚度在5mm范围内,射弹速度超过400m/s时,装甲钢板的厚度对侵彻深度的影响不明显。对含陶瓷板的钢纤维砼,当射弹超过一定速度时,射弹弯曲断裂。通过分析给出了射弹残余弹长与射弹的密度、射弹的动态屈服强度和垂直撞击陶瓷板的速度的函数关系,理论结果与实验数据基本一致。