穿斗式木框架受力性能研究

为研究西南地区穿斗式木结构的承载能力和变形特征,设计了单榀足尺穿斗式木框架进行水平静力单调加载试验,获得了木框架水平荷载-位移曲线关系以及木框架的整体破坏形态等,并采用ABAQUS 软件对木框架进行数值分析．研究表明木框架破坏形式表现为框架整体的严重倾斜,柱与枋本身较为完好;木框架柱顶侧移随着加载位移的增加呈线性增长关系,对称的左右立柱和瓜柱柱顶侧移基本一致;不同节点榫头同步拔出,拔榫量峰值相差较小,表现出较好的协调性;暗销节点的变形主要表现为榫头的挤压凹陷,榫头横纹方向较早地进入塑性变形阶段．卯口受压变形较小,处于弹性变形阶段．     

几种典型钢框架节点连接性能的有限元仿真分析

采用有限元程序ABAQUS进行仿真分析,探讨了钢框架节点的非线性连接性能。针对几种典型节点,包括焊接连接、外伸式端板螺栓连接、平齐式端板螺栓连接、双腹板顶底角钢连接等,分别建立了相应的精化有限元分析模型,实现了结构非线性行为的真实再现和连接性能的准确评估。数值结果还给出了钢框架节点的弯矩-相对转角、弯矩-剪切转角及弯矩-节点转角三种关系曲线,并针对弯矩-节点转角曲线进行了回归分析,从而得到了四种钢框架节点的弯矩-节点转角关系式。建立的有限元分析模型可真实地模拟钢框架节点的非线性行为,分析得到了半刚性节点弯矩-转角关系的一般规律,可为钢框架梁柱连接节点的计算理论和设计方法提供重要参考和依据。     

轻型变截面门式刚架梁-柱端板连接转动模型研究

以门式刚架端板竖放连接节点滞回试验为基础,对节点域的弯矩-转角转动关系进行研究,其中节点域定义为节点、1.0倍柱大端截面、1.5倍梁大端截面长度区域,节点域包含结构破坏位置,可反映出整个门式刚架的受力情况。首先,基于强化双线性模型,通过理论分析得到节点域的初始刚度K_0和极限弯矩M_u的计算公式;其次,根据节点试验结果,确定了分段系数β=0.87,衰减系数α=0.63;最终,建立了门式刚架端板竖放连接的节点域M-θ模型。同时,根据试验结果,拟合出弹塑性阶段卸载刚度Ku的计算公式,并给出滞回规则,建立节点域的弯矩-转角滞回模型。本文的研究可为门式刚架抗震性能简化分析奠定理论基础。     

不同松动程度下古木结构不对称榫卯节点滞回特性及破坏评估试验研究

为掌握古建筑木结构残损榫卯节点地震作用下的耗能能力,以便对震后其破坏程度做出合理评估,制作了缩尺比为1∶3.2的6个不对称榫卯节点,包括1连接个完好节点和5个有不同松动程度的节点;对其施加低周反复荷载,获得了其荷载-位移滞回曲线,并观察了试验过程中各节点的破坏过程及破坏现象,分析了不同松动程度下不对称榫卯节点的滞回特性。结果表明:随着松动程度的增加,不对称榫卯节点的捏拢更明显,滑移量更大;滞回曲线包围的面积减小,说明节点松动程度对不对称榫卯节点耗能能力有较大影响。基于不同松动程度下不对称榫卯节点低周反复荷载试验结果计算其抵抗破坏潜能,建立了基于潜能系数的残损节点破坏评估等级划分模型,所得各松动试件的破坏系数能较好地反映不同松动程度下的破坏状态及残损程度。     

预应力钢框架梁柱节点抗震性能研究

为减少钢框架结构在地震作用下的残余变形和损伤,提出一种新型预应力钢框架梁柱节点。梁柱通过预应力钢绞线进行拼接,当拼接处弯矩超过节点的临界张开弯矩时,梁柱节点张开;卸载后节点在预应力作用下重新闭合,实现自复位功能。采用理论与试验相结合的方法,先研究了预应力钢框架梁柱节点的基本构造和工作机理,推导出梁端剪力、轴力以及弯矩表达式,建立起节点弯矩-转角关系理论分析模型。然后对3个试件进行低周往复加载试验,分析预应力和抗滑移系数对节点抗震性能的影响。试验结果表明,施加预应力能明显提高节点的抗弯能力并减小其残余变形,使试件具有一定的自复位能力;预应力节点耗能系数β_E满足大于0.25的基本要求;基于试验结果,利用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元分析,二者吻合较好。     

缩径焊接空心球压弯下节点刚度研究

以缩径焊接空心球节点为研究对象,运用正交设计法设计了 9个试件,试验研究了压弯受力状态下节点的名义抗弯刚度.利用ABAQUS软件建立缩径焊接空心球节点分析模型,采用线性强化应力-应变关系,考虑几何和材料非线性的影响,对压弯受力状态下的缩径焊接空心球节点的抗弯刚度进行了有限元分析,绘制了节点弯矩-转角曲线,得到了节点名义...     

钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点抗震性能研究

为研究钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点的抗震性能,设计出钢连梁-部分外包组合剪力墙模型试件。通过有限元软件ABAQUS,对其进行低周往复加载数值模拟,研究混凝土强度、水平加劲肋和竖向加劲肋构造形式、连梁跨高比等因素对节点抗震性能的影响。分析表明：钢连梁-部分外包组合剪力墙节点抗震性能优良,滞回曲线饱满且稳定,位移延性系数大于3,跨高比不大于3.8的试件梁端极限转角均达到0.05 rad,节点试件延性较好;混凝土强度的提高能够提高节点试件初始刚度,水平加劲肋和竖向加劲肋的设置提高了对墙肢混凝土的约束作用,能够有效阻止裂缝扩展速度。加劲肋是节点区域应力传递的有效途径,加劲肋的设置使节点区的应力能够平稳传递到相邻区域,降低了加载后期荷载下降速度,提升了节点抗震性能;随着连梁跨高比的增加,节点的承载力和刚度降低。当连梁跨高比大于3.8时,梁端极限转角由0.05 rad降至0.03 rad。     

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅱ)连接转动刚度和算例分析

计算半刚性连续框架柱的有效长度系数时,必须先确定梁柱连续转动刚度。本文提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:用梁线理论和弯矩-转角曲线确定切线连接刚度。另外,通过两个算例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了连接的非线性弯矩-转角特征和荷载水平大小对有效长度系数的影响,比较了本文简化方法、Barakat-Chen简化方法与精确方法计算的有效长度系数。研究表明,本文简化方法具有很好的精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析和设计。     

梁线模型在半刚性连接预制综合管廊中的应用

预制综合管廊在侧壁中间设置拼缝,采用预应力筋连接,连接接头既能发生相对转动,又能传递弯矩,具有半刚性特征。梁线模型将半刚性梁的弯矩–转角直线（需求线）与接头的弯矩–转角曲线（性能线）绘制在一起,通过两者的交点可以确定接头转动刚度。采用经试验验证的Abaqus有限元模型,开展了以拼缝界面应力和壁厚为主要参数的接头受弯有限元分析。基于有限元分析结果,提出了梁线模型用于预应力筋连接预制拼装管廊的结构设计方法。     

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。     

Localization in NiTi tubes under bending

Nearly equiatomic NiTi can exhibit pseudoelastic behavior due to reversible solid-to-solid stress induced phase transformation at room level temperatures. In tension, the transformation leads to localized deformation of several percent that tends to spread at nearly constant stress. The deformation is recovered upon unloading while again localized deformation is exhibited. Under compression, while still pseudoelastic, the transformation strains are smaller, the stress is higher, the response is monotonic, and the deformation is essentially homogeneous. This study examines how this texture-driven, complex material asymmetry affects a simple structure: the bending of a tube. To this end, NiTi tubes are bent in a custom four-point bending facility under rotation control and isothermal conditions. The phase transformations lead to a closed moment-rotation hysteresis comprised of loading and unloading moment plateaus. During loading, localized nucleation of martensite results in a high curvature for the transformed sections of the tube and low curvature for the untransformed. Martensite, which corresponds to the higher curvature regime, spreads gradually while the moment remains nearly constant. The nucleation of martensite is in the form of bands inclined to the axis of the tube that organize themselves into diamond shaped deformation patterns on the tensioned side of the structure. The patterns are similar to those observed in bending of steel tubes with Lüders bands, however, for NiTi they develop only on the tensioned side due to the material asymmetry. A lower moment plateau is traced upon unloading with similar localized bending and the erasure of the diamond deformation patterns. This complex behavior was found to repeat for a number of temperatures in the pseudoelastic regime of NiTi with the moment-rotation hysteresis moving to higher or lower moment levels depending on the temperature.     

Mechanics of advancing pin-loaded contacts with friction

This paper considers finite friction contact problems involving an elastic pin and an infinite elastic plate with a circular hole. Using a suitable class of Green's functions, the singular integral equations governing a very general class of conforming contact problems are formulated. In particular, remote plate stresses, pin loads, moments and distributed loading of the pin by conservative body forces are considered. Numerical solutions are presented for different partial slip load cases. In monotonic loading, the dependence of the tractions on the coefficient of friction is strongest when the contact is highly conforming. For less conforming contacts, the tractions are insensitive to an increase in the value of the friction coefficient above a certain threshold. The contact size and peak pressure in monotonic loading are only weakly dependent on the pin load distribution, with center loads leading to slightly higher peak pressure and lower peak shear than distributed loads. In contrast to half-plane cylinder fretting contacts, fretting behavior is quite different depending on whether or not the pin is allowed to rotate freely. If pin rotation is disallowed, the fretting tractions resemble half-plane fretting tractions in the weakly conforming regime but the contact resists sliding in the strongly conforming regime. If pin rotation is allowed, the shear traction behavior resembles planar rolling contacts in that one slip zone is dominant and the peak shear occurs at its edge. In this case, the effects of material dissimilarity in the strongly conforming regime are only secondary and the contact never goes into sliding. Fretting tractions in the forward and reversed load states show shape asymmetry, which persists with continued load cycling. Finally, the governing integro-differential equation for full sliding is derived; in the limiting case of no friction, the same equation governs contacts with center loading and uniform body force loading, resulting in identical pressures when their resultants are equal.     

永乐大钟梯形木架稳定性初探

对北京市大钟寺悬挂永乐大钟的梯形木架结构的稳定性进行了初步分析. 根据弹性结构稳定 性理论的能量法和中国古建筑结构``卯榫'接头抗弯性能的简化的本构模型,采用``对比法 '分析了二维梯形木架的结构稳定性;结果表明中国古建筑木架结构的``收分'形状设计对 增大木架稳定性有很大作用, 立柱``侧角'越大,稳定性越好. 收分形式设计凸现 中国古代工程技术人员的聪明智慧.     

带接头在役混凝土电杆受力性能试验研究

为了揭示在役混凝土电杆连接接头的破坏机理和承载性能,进行了6根两类不同杆长、跨中带钢圈接头的混凝土电杆的抗弯承载力试验,通过试验观察了各试件的受力全过程和破坏形态,获取了弯矩-挠度曲线、裂缝宽度-弯矩曲线、刚度退化规律曲线以及极限弯矩等重要指标.对比分析了两种杆长试件的承载力和刚度变化规律,并通过试验拟合,提出了相关刚度退化规律公式.研究结果表明,试件所具有的破坏形态大多为混凝土拉裂、接头钢圈不屈服,破坏具有明显的脆性;截面的平均应变符合平截面假定;杆长较短试件的极限承载力显著大于较长杆长的试件;裂缝宽度-弯矩曲线大致经历了4个阶段:即未开裂阶段、逐渐增长阶段、稳定发展阶段、快速开裂阶段;杆长较短试件的初始弹性刚度以及弹塑性刚度都比较长杆长试件的大;电杆连接接头的相对刚域范围对杆身受力性能具有极大的影响.     

A study of contact non-linearities in pin-loaded lugs: Separation,clearance and frictional slipping effects

Pin-loaded lugs with bush fitting are widely encountered in industrial applications to connect parts and transmit loads and motions. Due to their mechanical function, frictional contact inevitably takes place on the pin–bush and lug–pin interfaces, and can lead to non-linear behaviours occurrence under monotonic or periodic loading, such as bush–lug contact separation, pin–bush conforming contact effects in the presence of initial clearance, or bush–lug frictional slipping mechanisms. The aim of this paper is not to present new results of finite element simulations for lugs involving contact with friction but to provide a comprehensive study of those contact non-linearities through a dedicated analytical contact model.     

正弯矩和拉力共同作用下刚性组合节点承载力计算方法

框架结构中某柱发生失效会造成梁跨度增加,进而导致梁的内力增大、跨中挠度变大,作用在失效柱上方节点的荷载组合也由负弯矩转变为同时存在的拉力和正弯矩．针对此工况,本文对在正弯矩和拉力作用下的刚性钢-混凝土组合节点进行内力分析,采用内力平衡法推导了拉弯承载力公式,并与相应的组合梁及钢梁的公式进行对比．同时利用ABAQUS有限元软件建立组合节点的有限元分析模型,得到不同参数下钢-混凝土组合节点的拉弯相关曲线,并与本文所提出的公式的计算结果进行了对比,两者吻合较好,为刚性组合节点在拉力和正弯矩共同作用下的拉弯受力设计提供了一定的参考依据．     

拓扑互锁结构冲击防护研究及优化设计

拓扑互锁结构是一种通过具有特殊形状的元素（块）彼此啮合拼接组成的整体结构,具有很好的增韧和抗冲击特性．目前对拓扑互锁结构的静荷载分析研究逐渐成熟,而对冲击条件下结构的强度、稳定性等性能分析以及对结构吸能性能的定量分析尚有发展空间;另外,对影响拓扑互锁结构力学性能的因素、结构设计优化等研究也有待完善．本文选择四面体元素拓扑互锁结构,通过ABAQUS有限元仿真软件对其进行冲击试验仿真,得出拓扑互锁结构在冲击作用下的变形机制,探索了元素互锁角度、元素间摩擦对冲击性能的影响;指出结构被冲穿的决定因素为冲击能量而非冲击速度;最后研究了局部榫卯对结构力学性能的影响．结果验证了拓扑互锁结构较好的缓冲吸能特性,同时表明拓扑互锁结构的力学性能是各个因素综合作用的结果,实际应用中可以根据使用场景和功能需求等对拓扑互锁元素进行调整优化．     

二维弹性接触问题中随机边界元法与可靠性分析

发展了二维弹性接触问题中的随机边界元法，推导并建立了相应的随机边界元基本方程，并将所发展的方法用于静强度的可靠性分析，讨论了其数值解技术。通过算例分析表明，本文发展的方法是可行的。     

确定微纳米尺度金属薄膜拉伸分叉点的实验研究

为了确定微纳米尺度金属薄膜的拉伸分叉点,本文使用磁控溅射镀膜技术,在PI(聚酰亚胺)基底上沉积500nm厚的铜薄膜,制作薄膜/基底结构拉伸试件。在单轴拉伸作用下,通过测量拉伸加载过程中铜薄膜的电阻变化情况,得到薄膜电阻随应变变化的关系,并与理论推导的结果进行对比分析,从而确定了塑性阶段理论曲线与实验曲线分离的点,即铜薄膜的分叉点。以此为基础,研究了铜薄膜在单轴拉伸作用下的分叉行为。研究结果表明,沉积于PI基底上的微纳米尺度铜薄膜在单轴拉伸下,经过弹性变形阶段后,很快就发生分叉,然后产生破坏,而塑性变形阶段和局部化阶段较短;弹性阶段薄膜的电阻变化速率很小,塑性阶段薄膜的电阻变化速率稍有增大,而当薄膜表面开始出现微裂纹后,电阻变化速率急剧增大。