纤维复合材料界面横向拉伸分析

以单纤维十字型横向拉伸试验为研究对象,对纤维/基体界面采用弹性-软化双线性内聚力模型,建立了纤维复合材料在横向拉伸作用下界面法向失效过程的解析模型。得到了沿纤维/基体圆周界面的法向应力分布,纤维/基体界面的状态与界面承载力和单纤维复合材料承载力的关系,以及内聚力参数和试件几何尺寸对它们的影响。结果表明:纤维/基体圆周界面在脱粘前经历全部弹性及弹性+软化两种状态;当界面为弹性状态时,界面法向应力随界面强度线性增加;当界面为弹性+软化状态时,界面软化范围随界面裂纹萌生位移的增加而增大;界面初始脱粘位置与拉伸荷载方向重合;界面初始脱粘时的界面承载力随界面强度及界面裂纹萌生位移的增加而增加,随界面裂纹生成位移的增加而降低;单纤维复合材料的脱粘荷载受基体截面尺寸的影响,当纤维体积含量相同时,沿荷载方向截面尺寸的增大对提高脱粘荷载更显著。     

加窗渐进结构优化算法

渐进结构优化算法通常用于寻找结构最优的拓扑形状,指导结构的设计。但其删除准则的缺陷易引起计算效率低等一系列问题。本文对删除准则进行了改进,提出了加窗渐进结构优化算法。该算法引入结构整体平均应变能密度作为单元删除准则,同时将单元删除率设定为窗口可调的自适应状态。该算法一定程度上解决了传统渐进结构优化算法中计算效率较低和优化过程易发生畸变的问题,且推广至高阶有限元单元应用后扩大了其应用范围。通过与Michell理论解对比,其构造的拓扑的可靠性也得到了证明。     

高层建筑标准模型平均风力的阻塞效应研究

采用一组阻塞比为1.7%、3.1%、4.5%、6.3%、8.6%和10.9%的高层建筑标准模型,分别在均匀低湍流强度风场和均匀高湍流强度风场下进行了多点同步测压试验,研究了阻塞效应对高层建筑平均阻力系数和顺风向平均基底弯矩系数的影响。研究结果表明:在均匀流场下,阻塞效应没有明显改变平均阻力系数沿高度的分布趋势;当阻塞比不大于4.5%时,阻塞效应对高层建筑平均风力的影响可以忽略不计;但当阻塞比大于4.5%时,随着阻塞比的增加,层平均阻力系数和顺风向平均基底弯矩系数逐渐增大;湍流强度的增加,削弱了阻塞效应对平均阻力系数和顺风向平均基底弯矩系数的影响。基于本文试验结果,提出了均匀湍流风场中矩形高层建筑平均阻力系数的阻塞效应修正公式。     

格栅湍流风场风参数变化规律的风洞试验研究

格栅湍流风场常用于研究来流风参数对结构风效应的影响规律与作用机理。本文对不同格栅湍流风场的风参数随横栅板起始高度、孔隙率、距离和栅板宽度的变化规律进行了研究,结果表明:横栅板起始高度为横栅板间距一半时,格栅湍流风场的均匀性较好。湍流积分尺度离散性较大,可采用一定范围内的湍流积分尺度的平均值衡量试验横断面湍流积分尺度的总体大小。随着距离增大,湍流强度呈指数衰减趋势,湍流积分尺度呈增大趋势;随着栅板宽度增大,湍流强度和湍流积分尺度均增大;基于试验结果提出了湍流强度和湍流积分尺度关于距离和栅板宽度的计算公式。根据风参数的变化规律,调试出了两组特定的格栅湍流风场,一组湍流强度接近,湍流积分尺度相差较大,反映了脉动风的涡旋结构不同;另一组湍流积分尺度接近,湍流强度相差较大,反映了脉动风的能量大小不同。上述研究结果为下一步研究风参数对高层建筑风效应的影响规律打下了基础。     

湍流参数影响下高层建筑风压的不确定性研究

极值风压是高层建筑围护结构抗风设计的依据,本文利用挡板和粗糙元模拟出《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)规定的C类风场,以此为基准,保持湍流度基本不变,减小湍流积分尺度得到CL1、CL2风场;保持湍流积分尺度基本不变,增大湍流度得到CI风场。在4类风场下对高层建筑模型均进行了500次重复采样试验,通过试验研究了湍流参数影响下高层建筑风压不确定性的基本规律,并确定了满足工程应用的极值风压所需的采用次数。结果表明,湍流度的增大导致高层建筑极值风压的变异系数增大,而湍流积分尺度对极值风压的变异系数的影响基本可以忽略;风压的变异系数达到稳定所需的样本数量主要取决于采样顺序,与湍流参数没有关联性;按《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2018)的规定,活荷载的分项系数取1.5,以1.5作为目标分项系数,4类风场下均只需单次采样即可获得稳定的极值风压。     

轴向时滞反馈控制下悬索非线性响应分析

采用轴向时滞反馈控制策略对悬索进行振动控制。根据Hamilton原理建立悬索的非线性振动控制方程,运用多尺度法得到时滞反馈作用下悬索第一阶正对称模态主共振响应近似解,得出系统响应与控制参数的关系。结果表明,主共振的响应存在多解和跳跃现象,调节控制增益和时滞值,可以避免共振区,有效抑制大幅振动。     

预制带肋底板混凝土双向叠合板等效各向同性板的弹性计算方法

结合预制带肋底板混凝土双向叠合板(简称双向叠合板)的正交构造异性特征,分析了当前实际工程设计中存在的问题。直接从双向叠合板的挠曲面基本微分方程出发,依据正交各向异性板理论,推导了双向叠合板与各向同性板挠度和内力的等效关系。由此等效关系,引入等效跨度比,修正双向叠合板的预制底板板肋平行、垂直方向边长,将其等效为相应的各向同性板来计算。最后,列举一边固支三边简支边界条件的双向叠合板算例,利用已有的各向同性板弹性计算系数表,直接按照等效跨度比进行插值计算,将所得结果同按照挠度和弯矩计算式计算结果进行比较。结果表明:计算结果吻合良好,各项弹性计算系数均满足双向叠合板与各向同性板挠度和内力的等效关系,说明本文提出的弹性计算方法是正确的。