不同围压及加载速率下的塑性混凝土动力特性研究

为研究塑性混凝土在三向应力状态下的动力特性与破坏规律,设计符合工程实践的配合比方案,借助动三轴试验仪开展了其在不同围压和不同加载速率条件下的强度、应力及应变规律研究。最后依据试验成果建立了基于Bresler-Pister三参数的强度准则。结果表明:塑性混凝土抗压强度与加载速率呈近线性正相关,材料抗压强度小于5.0MPa时对低加载速率更敏感,抗压强度大于5.0MPa时对高加载速率更敏感;不同加载速率下材料应力-应变规律基本一致,当应变达到1.47%~1.90%后其应力出现峰值,随后大幅度降低;不同围压条件下塑性混凝土抗压强度随围压的增加同样呈线性增长趋势,随着围压的提高,塑性混凝土峰值应力维持时间越长,材料抗裂性能越好;基于Bresler-Pister的强度准则公式其计算剪应力与三轴实测误差在1.61%~4.35%之间,基本反映了材料的变形破坏规律。

水平初位移下基础隔震结构现场动力特性测试

应用被动控制技术建成的隔震建筑,其隔震性能缺乏检测手段,因此进行隔震结构动力特性的现场测试具有重要意义。现场测试1栋4层基础隔震幼儿园,展示了试验装置、方法及所得结果,将结果与同条件下非隔震结构模型进行对比分析,探究实际隔震结构动力响应规律及减震效果。用液压千斤顶将建筑物推开使隔震层产生98 mm(对应LNR500剪应变102%)水平初位移,安装混凝土顶杆支撑建筑物;利用炸药将顶杆爆破卸载使建筑物做自由振动;最后测试和分析其动力响应等参数。分析结果表明:水平初位移条件下,隔震结构的一阶自振周期比非隔震结构显著延长,阻尼比增大;隔震层滞回曲线饱满;各楼层动力响应控制效果明显,但观察到屋顶层相比底层加速度略有放大;卸载后隔震层瞬间复位,表明隔震层具有瞬间复位特性。

激光雷迪尔级帆船水动力特性试验与数值计算研究

采用试验观测和数值计算的方法研究了六自由度激光雷迪尔级帆船的水动力特性.设计了一套帆船六元力试验测量方法,通过拖曳水池试验获得帆船的水动力特性.采用雷诺时均计算方法和重叠网格技术,通过对试验和仿真的六元力结果进行对比,验证了数值计算方法的准确性.对不同航行姿态下的帆船水动力性能进行了模拟,分析了船体航速、迎角、侧倾角、漂角四个因素对帆船六元水动力的影响规律.研究结果表明:对纵向力影响权重较高的因子是航速和迎角,纵向力与航速呈非线性关系;对横向力影响较大的因子是漂角且两者呈线性关系;侧倾力矩主要受侧倾角和漂角的影响,随侧倾角的增加先减小后增大,在侧倾角为15°附近出现拐点;俯仰力矩受航速和迎角影响较大,随迎角的增大呈线性增大关系;转首力矩对漂角变化响应最大,随漂角增大线性增大.文中获得的六元水动力特性和数据可为提高帆船的操纵性提供重要数据支撑.

正弯矩循环加载下粘钢加固管片接头动力特性数值模拟研究

为了研究循环加载作用下粘钢加固管片接头的动力响应特性与破坏模式,以某实际城市盾构隧道为背景,建立粘钢加固管片接头的精细化有限元分析模型,开展正弯矩循环加载下粘钢加固管片接头动力特性模拟,研究其损伤演化特征、破坏模式、刚度退化、滞回耗能特性、延性变形能力等。研究结果表明:加载初期加固接头的钢板可有效分担螺栓承担的拉力,加固接头首先在钢板黏结处发生破坏。在钢板大面积剥离后,加固与未加固接头的破坏过程趋于一致;加载初期加固钢板可显著提高管片接头的刚度及接头弯矩。在钢板大面积剥离失效后,加固接头弯矩及刚度仍略高于未加固接头;正弯矩循环加载作用下管片接头存在损伤累积特征:同一级加载下随着循环次数的增加,接头表现出了一定程度的承载力退化特征;加载初期因结构胶的开裂失效,加固接头的耗能能力明显高于未加固接头。加载后期随着混凝土损伤程度的增加,加固与未加固接头的耗能能力均有所增加,但加固接头的耗能能力仍稍强于未加固管片接头。

不同储粮工况下柱承式立筒仓结构动力特性

柱承式立筒仓广泛应用于国家粮食储备,不同储粮工况对其结构动力特性影响显著。为揭示粮食散体对柱承式立筒仓动力特性的影响规律,结合某实际柱承式立筒仓设计制作了缩尺比例为1/25的有机玻璃筒仓模型,在空仓、半仓、3/4仓和满仓4种储粮状态下,进行了振动台模态试验、有限元数值分析和自振频率理论计算。结果表明:不同储粮工况对柱承式立筒仓试验模型的固有频率影响显著,随储粮状态变化,固有频率减小幅度较大,应在结构设计中加以考虑;空仓状态下阻尼比最小,满仓状态比空仓增大42.65%,仓内原有储粮越多,阻尼比增值越大,减震耗能效果越明显;有限元模型一阶固有频率与试验值平均误差为5.1%,所建有限元模型较为合理,为结构动力响应分析及结构设计提供一种合理的数值模拟方法;简化的三质点串联多自由度的弹性动力模型较为准确计算柱承式立筒仓在4种储粮工况下的固有频率,试验值与理论值平均误差为5.6%。研究结果可为柱承式立筒仓结构动力特性计算提供参考,为其抗震性能设计提供理论基础和试验依据。

风对波状涌潮海塘越浪水动力特性影响的数值研究

文章基于二维不可压缩两相流数值模型,首先通过对比数值计算结果与试验数据,验证了该两相流涌潮计算模型模拟波状涌潮与海塘相互作用的可靠性;然后通过设置合理的计算工况,系统分析了风速、涌潮高度、潮前水深和斜坡坡度对波状涌潮在海塘上的越浪水动力特性的影响。计算结果表明:向岸风速会显著影响波状涌潮的海塘越浪量,风速越大,涌潮的越浪量越大,且挡浪墙所受荷载也越大;随着涌潮高度和潮前水深的增大,涌潮越浪量和挡浪墙所受涌潮荷载也随之增大;当增大海塘斜坡坡度时,涌潮越浪量和挡浪墙所受涌潮荷载均呈现先增大后减小的趋势。

双向振动下高聚物胶凝戈壁土的动力特性试验研究

地震灾害是我国岩土工程中经常遇到的问题之一,为研究戈壁土受地震作用时的动力特性变化规律,采用大型动静三轴试验系模拟土体在受到地震纵横波共同作用时的激振应力,研究掺入一定量的高聚物胶凝材料后的高聚物戈壁土受双向振动作用下各因素对戈壁土动剪切模量、阻尼比及残余变形的影响。研究结果表明:双向振动下,动剪切模量随动剪切应变的增长逐渐减小,随径向动应力比增加,动剪切模量呈现出先增后减的趋势;围压和固结比与动剪切模量呈现出正相关;相位在0°~180°内增长时,双向振动作用下的试样动剪应力增大,动剪切模量随之增加,而阻尼比受各因素的影响较小。高聚物胶凝戈壁土的残余变形随高聚物质量比的增大而迅速减小;在相位差为180°时的动残余体应变和残余剪应变均增大。研究结果初步探明了高聚物胶凝戈壁土在双向振动下的动力变形特性,可为高聚物胶凝戈壁土的应用及工程抗震设计提供参考。

精密设备防微振基台动力特性分析与研究

电子制程产业属于高投入、高产出的技术密集型行业,其精密工业设备对微振动环境要求较严格,因此防微振基台尤为重要。基于有限元分析与工程实测方法,分析基台板厚对防微振基台结构固有频率、动刚度等动力特性的影响,并结合精密设备容许振动标准对不同厚度基台振动响应进行振动评估,为精密设备防微振基台设计提供理论依据和制程。

安装肋条斜拉索的涡激振动和气动力特性研究

以安装肋条斜拉索为研究对象,通过风洞试验系统研究肋条的安装方式(通长安装和间断交错安装)、尺寸和数量对斜拉索涡激振动和气动力的影响,并分析涡激振动的抑制机理.结果表明:和标准斜拉索相比,安装肋条斜拉索能有效抑制涡激振动,且间断交错安装方式的抑振效果优于通长安装方式,肋条数量为8根的控制效果优于6根和12根;增加肋条宽度和厚度都会减小涡激振动振幅;肋条斜拉索的脉动升力系数显著小于标准斜拉索,且功率谱尖峰幅值降低或不存在显著尖峰,表明间断交错肋条可以降低卡门涡脱落强度甚至完全抑制;对于气动力,在试验雷诺数范围内,安装肋条后平均气动力系数无明显雷诺数效应;相比于标准斜拉索,肋条为通长安装时均会增加斜拉索的平均阻力系数,而采用间断交错安装时,不同肋条数量、尺寸和风攻角对斜拉索的增阻减阻情况不同.当采用8根尺寸为20 mm×15mm的肋条间断交错安装时,在所有风攻角下都有良好的抑振效果,最大涡振振幅减小率可达到96.79%,且平均阻力系数均稳定在1.13附近,平均升力系数均稳定在0附近.

风浪流耦合作用下锚泊式海上试验平台的水动力特性试验

为了研究国家海洋试验场的“国海试1”平台与锚泊优化方案是否满足设计要求,采用物理模型试验方法,制作1∶30试验平台模型,在国家海洋技术中心海洋动力环境实验室开展百余组不同波高、波周期、波向的不规则波、定常风和等效均匀流联合作用下,两点式躺地链系泊状态下的模型运动响应研究。对比分析试验结果与对应试验平台的设计指标,结果表明:同样海况下,风浪与潮流同向时,试验平台的运动响应更剧烈;流速1.14 m/s、4级海况时,试验平台最大横摇角为10.41°,“国海试1”平台无法开展正常的吊装工作;流速1.14m/s、6级海况时,试验平台最大横摇角为15.07°,“国海试1”平台搭载的试验测试设备无法正常工作;流速1.14 m/s、8级海况时,试验平台最大横摇角为20.21°,平台存在安全隐患,应采取避险措施;“国海试1”满足抗7级风浪的设计要求。该研究成果验证了改进后的国家海洋综合试验场“国海试1”平台满足抗7级海况的设计要求。因此,建议“国海试1”平台在6级海况下应停止试验作业,8级海况下应采取必要的避险措施。该研究为同类新型海洋平台水动力研究提供了参考。

高桩码头群桩绕流水动力特性数值分析

为探究高桩码头桩基础形式下的群桩水动力特征,基于Flow-3D软件对来流速度为0.25~1.50 m/s的3×3群桩阵列绕流的湍流流场进行三维数值模拟。研究结果表明:桩柱的两侧均形成高速区,随着来流速度的增加,高速区范围显示出逐渐扩大的趋势。上游桩后方的回流区范围较大,而中游桩和下游桩的回流区大小基本相同,均小于上游桩的回流区。随着来流速度的增加,剪切力和流体力逐渐增大,并随来流速度呈非线性增长趋势,且上游桩受力最大,下游桩次之,中游桩受力最小。随着来流速度的增加,群桩尾涡核心区的涡量随之增大,中游桩和下游桩后方的尾涡强度明显比上游桩的弱,中游桩和下游桩的尾迹涡长度保持稳定。随着来流速度的增加,漩涡强度显著提高,前桩与后桩之间的漩涡相互纠缠。研究成果对于理解群桩绕流的水动力特性具有重要意义,可为工程设计和实际应用提供参考。

多因素耦合效应对层状千枚岩动力特性的影响

为了研究不同长径比和倾角下应变率对层状千枚岩动力特性的影响,选用4种倾角(α=0°,30°,60°,90°)两种长度(L=25,50 mm)的层状千枚岩为研究对象,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行不同冲击气压(p=0.150,0.175,0.200,0.225和0.250 MPa)的动态压缩试验.研究了两种长径比层状千枚岩不同应变率下动力特性的影响,分析了层状千枚岩层理倾角、长径比和应变率之间的耦合效应对层状千枚岩强度特征的影响关系.结果表明:动态压缩下两种不同长径比层状千枚岩动态抗压强度随层理倾角增加呈现先减小后增大趋势,动态峰值强度和峰值应变均随应变率增大而增大,层状千枚岩动态抗压强度与应变率呈幂函数关系;动态峰值强度关于倾角α和长径比L/D呈二元函数关系,在α=60°时,层状千枚岩动态抗压强度的长径比效应最为显著,在L/D=1时,倾角效应最为显著;不同倾角下,峰值应变在0°倾角下长径比效应最为显著,在90°倾角下长径比效应最弱;动态冲击下层状千枚岩动态抗压强度和峰值应变的应变率效应均强于长径比效应.

地铁循环荷载下黏土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

为揭示地铁循环荷载作用下受黏土污染圆砾的长期动力特性,利用GDS大型三轴循环试验系统,开展了一系列饱和不排水动三轴试验,分析了不同围压及动应力幅值下黏土污染水平(clay fouling level,VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明:随着VCI的增加,试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势,污染黏土由润滑作用转变为填充作用,围压为100 kPa时,界限VCI=30%,围压为200 kPa、300 kPa时,界限VCI=20%;VCI对浅埋地铁隧道(σ_(3)=100 kPa)影响较大,威胁行车安全,而对深埋地铁隧道(σ_(3)=200 kPa、300 kPa)影响较小,地铁运行相对安全;随VCI的增加,试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小,而回弹模量则先减小后增大,但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。

振动台试验饱和机制砂模型土动力特性研究

根据饱和砂土-结构相互作用振动台试验的相似性要求,对饱和砂土的相似性要求进行探讨,提出以机制砂作为通用的饱和砂土模型材料。通过动力三轴分级循环加载试验,研究饱和机制砂模型土的最大动剪切模量Gmax、动剪切模量比G/Gmax-γ曲线、阻尼比λ-γ曲线、孔压比ru-ΔW曲线的变化范围,得到其动力本构模型参数随有效粒径d10、不均匀系数Cu、曲率系数Cc和相对密度Dr的变化规律和拟合公式,并根据相似要求和拟合公式分不同情况给出饱和机制砂模型土的配制方法。与文献中多种原型砂土的相似性分析表明,饱和机制砂模型土可以对大部分原型砂土有效实现动力特性相似和液化特性相似,证明其广泛适用性。

淤泥固化土动力特性及在直立护岸抗震分析中的应用

以大连临空产业园填海造地项目为背景,开展淤泥固化土动力特性试验研究。运用FLAC^(3D)有限元软件对不同地基处理方案的直立沉箱护岸在地震作用下进行动力响应模拟。从加速度响应、孔压与有效应力、残余变形等方面定量评价直立沉箱护岸结构的抗震安全性。动力特性试验结果表明:阻尼比与剪切应变和固化剂掺量呈正相关,且围压越高,阻尼越小。数值分析结果表明:在地震作用下,不同的地基条件下加速度放大系数呈现出不同的峰值;沉箱下方砂土层不液化;淤泥固化土地基上沉箱的残余变形小于原状淤泥地基且高水位能减小残余变形,提高沉箱的安全性。研究成果可为类似港口工程抗震设计提供参考。

峰前峰后循环加卸载对砂岩动力特性的影响

为深入分析砂岩峰前和峰后不同阶段的动力特性规律,开展单轴分级循环加卸载试验,综合分析下限应力对砂岩峰前峰后不同加卸载阶段的表观弹性模量、滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数及动弹性模量等相关动力参数的影响。研究结果表明:①岩样在峰后因内部损伤加深和累积,相同下限应力下滞回曲线位于峰前右侧,且应变量增幅和最大应变增幅均随下限应力的增加而逐渐减小,说明峰后岩样虽然强度已达到极限状态,但只要岩石未完全破坏失稳,其致密性仍可以在高应力条件下的循环加卸载中得到增强。②砂岩在峰前峰后循环加卸载下的变化过程,可以通过表观弹性模量曲线斜率a值的变化得以体现,低下限应力循环加卸载试验中,致密性增强系数a_(1)>致密性劣化系数a_(2),斜率a均为正值,轴向应力对岩石整体的压密作用明显强于劣化损伤作用;随着下限应力升高,a_(2)的降低速率高于a_(1)的升高速率,a值逐渐减小甚至变为负值,说明轴向应力对岩石整体的压密作用逐渐弱于劣化损伤作用。③4组不同下限应力条件下,岩样峰后的滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数均高于峰前状态,而动弹性模量低于峰前状态,说明岩样在峰后循环加卸载过程中内部劣化损伤程度高于峰前。

重载铁路钢轨焊接不平顺对道床动力特性的影响

在车轮反复碾压作用下,钢轨接头区域易出现马鞍形不平顺、低塌等缺陷。为分析重载铁路钢轨焊接不平顺对有砟道床动力特性的影响,首先建立车辆-轨道耦合动力学模型,计算钢轨焊接不平顺影响下的轨枕上动压力;然后采用离散元分析方法,建立有砟轨道结构二维模型,将焊接不平顺影响下的轨枕上动压力作为荷载输入,模拟分析钢轨焊接不平顺对有砟轨道结构道床动力特性的影响。结果表明:钢轨焊接不平顺显著增加了接头两侧轨枕上动压力,且不平顺短波波长越长,影响范围越大,当波长为0.2 m、波深为0.7 mm时,接头两侧轨枕上动压力增加显著,最大值相较于随机不平顺时增加了50.52%;随着焊接不平顺短波波长的减小及波深的增加,道床垂向加速度、摩擦耗能以及累积变形均随之增加;道砟颗粒间最大接触力受焊接不平顺影响较为显著,尤其当短波波深大于0.5 mm时,最大接触力随波深增加而显著增大;当短波波长为0.1 m、波深为0.7 mm时,相较于随机不平顺,道床应力增加55.89%,距道床顶面0.15 m深度处的道砟颗粒加速度增加了449.42%。

基于分层法的石墨烯增强功能梯度Timoshenko梁动力特性有限元分析

基于分层法对石墨烯增强功能梯度Timoshenko梁的动力特性问题进行有限元分析。在有限元建模过程中,首先将Timoshenko梁沿厚度方向分成若干层,然后利用改进的Halpin-Tsai细观力学模型计算各层的弹性模量,相应的泊松比和密度则根据混合率法则进行计算,最后对各层均采用4节点四边形板单元离散。通过数值算例分析分层数和单元尺寸比例的合理性,探究石墨烯片的分布形式、质量含量、几何形状和尺寸等因素对Timoshenko梁动力特性的影响。结果表明,添加少量的石墨烯能显著提高Timoshenko梁自由振动的频率,尤其在梁的上下部位分布较多正方形石墨烯片时效果最佳。随着石墨烯片长厚比的增加,Timoshenko梁的自由振动基频不断增大。当石墨烯片长厚比超过1 000之后,梁的基频变化不明显。

浪流联合作用下箱型主梁水动力特性分析

为分析不同工况下箱型主梁水动力特性的变化规律,采用孤立波与海流联合模式模拟计算了极端海况。以某沿海近岸大桥为模型,利用Fluent仿真软件,结合SST k-ω湍流模型和VOF方法,对波流与桥梁结构在各种工况下的相互作用进行了数值模拟计算。通过绘制受力时程图、气液分布图、水质点速度云图等,对箱梁水动力特性进行了分析。结果表明:随着正向相对流速的增大,箱梁所受水平波浪力峰值逐渐增大,而竖直力峰值逐渐减小,且峰值对应的时间提前;同时,随着波高的增加,箱梁在水平方向和竖直方向所受波浪力峰值呈增大的趋势,并且波浪冲击下,箱梁截面迎波面一侧的水位差增大,导致箱梁迎波面所受竖直方向的抨击力显著增强。

风撑布置形式对大跨径下承式钢箱拱的稳定性及动力特性影响研究

文章以某大跨径下承式钢箱拱桥为研究对象,运用有限元计算方法,研究不同的风撑布置形式下该类桥梁的整体稳定性及动力特性变化,并得出一般结论。计算结果表明,不同的风撑布置形式对大跨径下承式钢箱拱桥的动力特性及稳定性均具有一定影响,合理的风撑设计能够有效提高结构的总体稳定性,并能对结构的动力特性进行调整,所在在设计时应将该因素作为重要考虑因素。