光弹性—数字散斑相关混合法在光弹条纹主应力分解中的应用

光弹性法是研究结构内部应力分布问题的一个有效方法.光弹性实验中,通常可以方便地得到等色线条纹图.确定了等色线条纹级数以后,为获得平面模型中任意点的应力完全解,需要借助其它方法给出一个补充方程.本文将光弹性法与数字散斑相关法相结合,提出一种用于光弹性法分离主应力的新方法:光弹性-数字散斑相关混合法.在理论研究的基础上,设计了光弹性-数字散斑相关混合法实验系统,并通过相应的三点弯曲实验对该方法和实验系统的有效性做出分析和论证.该研究为光弹全场应力分解以及动态光弹性-数字散斑相关混合法提供了理论和实验基础.     

用三维光弹性和应变片电测技术分析大型飞机主起落架的应力

主起落架是大型飞机重要的部件，其结构和载荷都十分复杂。为对主起落架进行详细的应力分析，本文不但提出一种整体制作主起落架三维光弹性模型的方法；而且将应变片电测技术应用于光弹性模型上，成功地为主起落架关键部件——活塞杆进行了方案的优化，并使其最大应力下降了４０％；同时提出一种载波计算机自动测量边界应力的方法。以上说明，对主起落架等复杂而重要的结构，实验应力分析方法是一种优化设计的有效工具。     

用全息光弹性法解三维应力分析问题

本文介绍了进行三维应力分析的全息光弹性方法及有关技术,分析了全息光弹性方法的主要困难在于冻结材料的应力光学常数比B/A接近-0.5,并提供了一种新的光弹性材料制作和冻结工艺。这种材料冻结时的应力光学常数比可以远离-0.5。用这种材料制成的三维模型,可以通过全息光弹性方法获得三维应力的全应力实验解答。用这种方法测定了对径受压圆球和高压压头对称断面上的应力分布。实验结果和理论解进行了比较。     

高层建筑的光弹性研究

本文通过光弹法的途径给出了在水平荷载作用下的高层建筑应力分布的分析方法。文中所介绍的计算方法和试验技术均有其特点,为高层建筑的结构分析提供了一种实验研究手段。在本文研究中,综合地应用了材料力学、结构力学、弹性理论和光弹性法中的若干原理,将理论研究与实验分析相结合。并在实验分析和模型制作方面做了新的探索,取得了有效的结果。     

热力耦合结构的弹性支撑分析与拓扑优化设计

弹性支撑是保证热力耦合载荷作用下结构有效承载的一种支撑设计方案, 可以在满足结构刚度设计要求的同时有效降低结构内的应力集中, 保证结构的热变形协调. 从理论分析与数值计算两个方面, 研究了热力耦合载荷作用下结构的弹性支撑优化设计. 首先以弹性支撑梁模型为例, 通过给出热力耦合载荷下应力计算的解析表达式, 从理论上说明弹性支撑对结构应力峰值的影响, 阐述了弹性支撑的承载与热变形协调的双重效果. 在此基础上, 提出了解决该类问题的弹性支撑通用优化数学模型和拓扑构型优化方法, 通过数值算例与优化结果展示了方法的有效性.     

刚构连续梁桥墩梁固节点结构的光弹性试验及有限元分析

某铁路特大桥的主桥部分采用预应力混凝土刚构连续梁桥,本文采用光弹性模型冻结应力法对该刚构连续梁桥墩梁固节点结构进行了应力分析,给出了结构边界应力分布和主应力迹线。应用ANSYS软件对墩梁固节点实际结构进行了有限元计算。将实验与有限元分析结果进行了比较,结果表明,实验应力分析法与有限元数值法吻合较好。在有限元分析中,对墩梁固节点结构梁端加载边界的影响区进行了研究,通过合理选择梁的长度可以有效减小局部应力。模型实验和有限元计算的结果为结构的优化设计提供了重要的依据。     

三维光弹模型内部应力全场分析的进一步研究

本文对目前广泛采用的三维光弹性应力分析“冻结”切片法作了扼要的讨论,并提出以“冻结”法为基础,采用一种连续切片法,可将对切片一次正射所获得的实验数据,与弹性理论基本方程和本文所导出的方法相结合,进行三维模型内部应力全场分析,通过电子计算机进行数值计算,获得了满意的成果,且为今后三维光弹性应力分析自动化提供新的途径。     

钢筋混凝土斜交刚构连续梁桥的实验与数值分析

本文利用三维光弹性法和ANSYS软件分析了铁路斜交刚构连续梁桥在一期、二期自重载荷和两种不同工作载荷下的梁体应力分布，数值研究中分别针对实验模型和建筑实物建立计算模型，并将计算结果与实验结果进行了比较，结果表明，桥梁的应力分布呈明显的不对称特征，有其自身的独到之处。     

散斑光弹性干涉法

全息干涉法和普通光弹性法相结合产生了全息光弹性法。与此类似,本文建议将散斑干涉法和光弹性相结合形成具有一定特点的散斑光弹干涉法。近十几年来,散斑干涉法得到了很快的发展,可以获得面内或离面位移,错位散斑干涉法则可获得位移梯度场。本文建议将光弹性透明模型置于双光束散斑干涉光路中,通过两次曝光法可以获得模型的应力条纹图案。但和全息光弹性法相比,只要选择合适的漫反射器,用散斑光弹干涉法可以获得不受等差线干扰的、单纯的等和线条纹图。同样的理由,也可以获得三维应力模型冻结切片的等和线条纹图。更有意义的是采用双光片散光穿透模型的散斑光弹性干涉法将有可能获得整体三维应力模型内部的绝对光程应力条纹图,这将为三维应力分析提供一种新的实验方法。     

数字光弹性法综述

将光弹性法与计算机图像处理技术相结合 ,来自动采集光弹性数据和分析应力的方法 ,称为数字光弹性法 ,与传统光弹性法相比 ,它可以进一步提高实验速度和精度。本文详细讨论了以下两个方面 :一是光弹性条纹的细化和倍增处理技术 ;二是自动确定光弹性参数的技术 ,包括相移法、傅立叶变换法、逐步载荷法、广谱分析法和RGB光弹性法等。通过对近二十年来国内外在这些方面的研究、应用和进展作了综述 ,认为采用白光的彩色域相移技术计算光弹性等倾角 ,结合采用白光源或三色光源的相移法来确定光弹性等色线级数 ,有望成为解决静态二维和三维冻结模型薄切片应力分析的最佳方法 ;另外 ,设计一种能实时和同步采集多幅条纹图的实验装置 ,通过相移法来自动获取动态光弹性数据 ,是数字动态光弹性法很有前景的发展方向     

现代桥梁抗风理论及其应用

介绍了在国家自然科学基金``九五'重大项目(59895410)研究中探索的桥梁抗风理论以及近10 年来在完成中国大跨度桥梁抗风研究项目中所积累的实践经验，主要包括桥梁风环境及其模拟、 桥梁抗风研究方法、风振机理及控制方法、大跨度桥梁抗风设计与评价等，反映了 中国现代桥梁抗风理论与实践的最新研究进展.     

泡沫铝填充薄壁圆管的三点弯曲实验的数值模拟

泡沫金属填充薄壁结构的应用日趋广泛,建立合理的数值计算模型对结构设计和工程应用非常重要.该文通过对泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的三点弯曲实验的数值模拟,研究了它的力学行为.采用ABAQUS软件,建立了空管和泡沫铝全填充管的有限元模型,并对这两种结构在三点弯曲下的力学行为进行了数值模拟,所得结果与实验结果符合得较好.通过数值模拟分析了结构的承载机理和不同压头直径对结构承载能力的影响.此外,还研究了泡沫铝部分填充圆管的三点弯曲行为,分析了不同填充长度对结构承载能力的影响.     

基于多节点微桁架元的薄板锚固区拉压杆模型

目前混凝土桥梁结构D区多依据应力迹线的走向以及应力积分来确定拉压杆模型的基本构形, 模型中杆件 的布置存在一定的困难和随意性.针对此问题, 以后张薄板锚固区为研究对象, 提出一种多尺度分区渐进结构优化算法.首先, 通过一种新的多节点微桁架元构建相应的等效基结构.然后利用此算法对不同偏心锚固力作用下的等效基结构进行分析, 以自动生成锚固区拉压杆模型.最后, 将该拉压杆模型与美国AASHTO桥梁设计规范中推荐的模型进行了对比.研究结果表明:该算法能够定量化确认拉压杆模型中杆件的位置, 特别是拉杆位置与数值分析得到的受拉区合力作用线能较好吻合.     

基于静载试验钢桁梁悬索桥承载能力评估分析

早期修建的小跨径钢桁梁悬索桥大部分已接近设计年限,正确评估其承载能力是桥梁维修、加固和技术改造的基本依据.本文首先简单介绍了桥梁承载能力评估的静载试验方法.同时结合城南大桥的实例,分析了现有桥梁结构存在的主要病害及产生的原因.在充分考虑分析现场检测资料和原有设计荷载等级的基础上,建立了考虑结构损伤的有限元模型,制定了静载试验的加载方案.通过试验结果与修正后有限元模型结果的比较,评估了桥梁结构现有承载能力状况,并针对该桥提出了恢复承载能力的加固措施和建议.     

雁形裂纹扩展的模型试验及断裂力学机制研究

通过相似材料模拟试验的方法研究了双轴压缩载荷作用下闭合雁形裂纹的起裂、扩展和岩桥的贯穿机理，得到了双轴压缩载荷作用下，不同方位雁形裂纹的开裂角、起裂载荷、岩桥贯通载荷及临界失稳载荷等重要的断裂力学参数，提出岩桥的破坏模式有剪切破坏、拉剪复合破坏和翼裂纹扩展三种     

外框密肋复合墙抗剪机理及承载力计算

在外框密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,对墙体的抗剪机理进行了分析;依据极限平衡理论引入砌体抗剪承载力影响系数和框格承载力影响系数,同时考虑RC框格与填充砌块之间的相互作用;提出了外框密肋复合墙抗剪承载力计算公式;本文公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文基于水平薄弱层破坏建立的外框密肋复合墙抗剪公式较传统基于斜截面破坏建立的抗剪公式具有更明确的物理意义;本文公式计算精度较高,与试验结果、有限元数值模拟结果相差不到10%。     

Linear and nonlinear aeroelastic analysis frameworks for cable-supported bridges

Based on the general framework of the linear thin airfoil theory, aeroelastic analysis of bridges has evolved over the last few decades in both time and frequency domains. As the bridge span increases, aeroelastic forces exerted on the evolving bridge deck cross-sections exhibit a clear departure from the linearized analysis framework that have been the basis of conventional schemes. This trend and observations of nonlinearity in the bridge aeroelasticity in wind-tunnel experiments have prompted the need for the development of a new general analysis framework attentive to both linear and nonlinear wind-bridge interactions. In this paper, the existing conventional linear and nonlinear analysis frameworks are first systematically reviewed with a focus on the study of the relationships among them. After analyzing the shortcomings of these conventional frameworks, two advanced nonlinear models, i.e., artificial neural network- (ANN-) and Volterra series-based models are introduced. The important parameters of conventional and advanced models are investigated in detail to emphasize the physical significance of these models in the simulation of the wind-bridge interactions. Application examples of the linear and nonlinear schemes are also presented highlighting the aeroelastic effects under smooth/turbulent wind conditions.     

斜拉桥三维拉索风雨激振准两自由度模型

拉索风雨激振是当前桥梁工程和风工程界非常关注的研究课题。过去用于测量带人工水线的拉索模型都是二维的，所建立的理论模型也是建立在二维拉索气动力的基础上的。本文基于带人工水线三维拉索模型试验得到的气动力，建立了三维拉索风雨激振的准二自由度运动微分方程，讨论了运动方程中各种参数的取值，采用数值求解方法计算了拉索风雨激振振幅。计算结果和三维拉索人工降雨试验结果的对比表明，本文方法能较好地描述三维拉索风雨激振的特征。     

随机车辆冲击作用下简支梁桥疲劳可靠度评估

为了研究考虑随机车辆冲击效应的简支梁桥疲劳安全水平,提出了基于车-桥耦合振动与随机车流的桥梁疲劳应力谱模拟方法,并应用于疲劳可靠度评估。基于某高速公路桥梁动态称重数据建立随机车流模型,采用小样本车辆数据拟合桥梁等效疲劳应力范围的插值响应函数,最后由高斯混合模型拟合大样本随机车流作用于桥梁构件的疲劳应力谱。分析了25 m标准跨径简支T梁桥底部普通钢筋的疲劳应力谱,评估了考虑路面劣化与交通量增长的桥梁疲劳可靠度。数值分析结果表明,基于随机车流模拟的疲劳应力谱具有典型的多峰分布特征,包含了超载车辆产生的疲劳应力;车辆对桥梁的冲击效应致使等效疲劳应力放大系数略大于冲击系数,当路面等级为一般时,采用规范冲击系数将低估车辆冲击效应的疲劳损伤;路面劣化与交通量增长均会导致桥梁运营期内的疲劳可靠指标显著降低,由路面劣化导致车辆对简支梁桥的冲击效应不可忽略。     

Down-flow and horseshoe vortex characteristics of sediment embedded bridge piers

The flow around bridge structures is a recent research topic, given the significance of bridges as basic engineering infrastructures. This study investigates the internal flow features around circular bridge piers by Particle Image Velocimetry applied both in the horizontal and vertical planes and therefore allowing for a quasi-spatial visualization of the velocity field. The temporal evolution of the vertical deflected flow at the pier front and the horseshoe vortex inside the increasing scour hole were explored resulting in the velocity and vorticity profiles. This work, therefore, provides novel insight into the complex and fascinating two-phase flow around circular bridge piers placed in loose sediment and provides an experimental data basis for advanced numerical simulation.