纯弯曲理想弹塑性模型梁大变形的优化算法

目的研究纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形问题.方法以受弯曲力偶作用的纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁变形后的平衡状态为研究对象,应力-应变关系采用理想弹塑性模型;再将其分为若干微段,通过整体坐标的递推关系式求得微段端点坐标,构建微段端点未知坐标的目标函数;最后确定纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形的最优化问题,并编制相应优化程序进行求解.结果将本文优化算法用于分析典型算例,并同有限元方法的计算结果相比较,说明提出的优化算法的正确性和有效性.结论本文优化算法为纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁的非线性分析增加了一种新的处理方法,由于其是在变形后的位置上建立平衡方程,因此,适合于非线性分析,具有广阔的应用前景.

基于理想弹塑性模型的复合材料结构耐撞性分析

以含外倒角薄弱环节复合材料圆管的耐撞性分析为例,提出了基于理想弹塑性模型进行耐撞性设计分析的方法,并给出了等效参数的确定策略。研究表明:利用复合材料宏观力学理论计算得到复合材料圆柱壳的等效弹性常数,并结合有限元软件计算得到的临界屈曲应力,可以将复合材料圆管等效为各向同性材料圆管进行耐撞性设计分析;采用该数值模拟策略,能够以较少的计算量来预报复合材料圆管的耐撞性能,并使得在普通的计算机上进行全尺度复合材料飞行器结构的耐撞性设计分析成为可能。

基于Mogi-Coulomb强度准则的隧道围岩理想弹塑性解答

合理选择岩石强度准则对隧道应力及位移预测和支护设计都具有重要意义,基于MogiCoulomb强度准则和理想弹塑性模型,通过中间主应力系数反映中间主应力的影响,推导了圆形隧道围岩应力和位移的解析解,并对所得结果进行比较与验证,得到了中间主应力和围岩抗剪强度参数的影响特性。研究表明:具有广泛的适用性和较好的可比性,Mohr-Coulomb强度准则解答和Matsuoka-Nakai准则解答均为其特例;结果关于中间主应力系数b=0.5对称,较好地反映了岩石强度的中间主应力效应及其区间性;粘聚力及内摩擦角对围岩塑性区半径和隧道洞壁位移的影响显著,应充分考虑中间主应力影响及围岩抗剪强度参数变化对隧道设计与施工的影响。

工程材料弹塑性应力应变模型分析

研究工程材料的弹塑性应力应变简化模型,主要包括理想弹塑性模型、线性强化弹塑性模 型、幂次强化模型与Ramberg-Osgood模型,以及应变的表示法。

功能梯度纯弯曲梁弹塑性问题的解析解

在小变形前提下研究了功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性受力变形特征.假定功能梯度材料为理想弹塑性材料,且其弹性模量与屈服强度沿梁高度方向按照指数函数变化,根据Mises屈服条件导出了纯弯曲梁的弹性极限弯矩、截面弹塑性应力以及塑性极限弯矩的解析表达式.算例分析表明功能梯度材料梁的弹塑性性能与均匀材料梁不同,材料屈服不一定首先产生于截面最大应力点,塑性变形的产生、扩展具有多种不同的模式,材料弹性模量与屈服强度沿截面高度的梯度变化对纯弯曲梁的应力分布规律及极限承载能力均有较大影响.研究结果可为功能梯度材料梁的弹塑性分析提供验证的考题,也可为简化理论的建立提供一定的依据.

考虑P-Δ效应的弹塑性反应谱归一化

为了获得考虑P-Δ效应的强度折减系数R谱和弹塑性动力放大系数β谱,对理想弹塑性(EPP)滞回模型的单自由度体系在地震作用下的响应进行分析,得到不同场地类别、结构自振周期、位移延性、阻尼比和二阶效应的反应谱,并利用2个特征周期Tga和TgR对横轴进行标准化处理.结果表明:周期标准化的R谱和β谱很好地保留了特征周期处的峰值特性,延性、结构周期、二阶效应和阻尼比都对β谱起着显著影响,利用β谱来计算弹塑性地震力,要比采用R来对弹性地震力折减的结果更加理想.

两向不等压非饱和土柱形孔扩张弹塑性解

为了求解两向不等压应力场下非饱和土柱形孔扩张的弹塑性解,基于非饱和土统--强度理论和理想弹塑性模型,推导了两向不等压应力场下非饱和土的弹塑性交界线,并与已有文献解答进行了对比验证来保证计算精度,最后分析了水平和竖向地应力比值、扩孔压力、基质吸力和中间主应力对塑性区半径的影响。研究表明:当λ≤1时,弹塑性交界线相交于θ=30°;当λ>1时,弹塑性交界线相交于θ=60°;在0°≤θ≤30°(λ≤1)和0°≤θ≤60°(λ>1)范围内,弹塑性交界线随水平和竖向地应力比增大而增大;在30°≤θ≤90°(λ≤1)和60°≤θ≤90°(λ>1)范围内则相反。

梁和框架塑性极限分析的新方法

采用一种固体新单元模型来进行梁和框架的塑性极限分析,通过与结构塑性极限分析法进行对比,指出这两种方法得到的极限荷载很吻合。

爆炸条件下结构超压-冲量曲线简化计算研究

超压-冲量(P-I)曲线可用于快速评估爆炸荷载作用下建筑结构的毁伤效应。基于单自由度等效体系运动方程和结构变形的理想弹塑性模型,在传统能量法基础上考虑阻尼影响,运用图像法计算阻尼耗能,得到了P-I曲线冲量区和准静态区的渐进线方程,在此基础上通过大量计算,得到了P-I曲线动态区的拟合公式。提出的简化计算公式与运用Newmarkβ法计算结构响应得到的P-I曲线相比较为一致,验证了所提方法的合理性。通过算例表明,随着延性比的增大,P-I图的冲量渐近线和准静态渐近线的值逐渐变小;随着阻尼比的增大,P-I图的冲量渐近线和准静态渐近线的值逐渐变大,且阻尼比对冲量渐近线影响明显。

爆炸挤淤法处理软基扩腔过程数值模拟

研究福建罗源湾淤泥做爆炸挤淤法处理软基扩腔过程数值模拟.考虑淤泥自身重力及其上部水的影响,用理想弹塑性模型模拟淤泥在爆炸压力作用下的力学性质,建立爆炸挤淤中扩腔过程的三维分析模型.通过对炸药挤淤的空腔扩展过程的数值模拟与扩腔过程的规律的分析,得出空腔扩展过程中关键点的位移、质点速度及空腔压力的变化规律.理论分析表明,所建模型是合理的.

饱和砂土中打桩效应的有限元分析

运用Crisp程序,对饱和砂土中的打桩效应进行有限元分析.对桩周土采用线弹性、理想弹塑性2种本构关系以及圆柱孔扩张的应力边界条件法、圆柱孔扩张的位移边界条件法2种沉桩过程模拟方式分别进行组合计算,并对其中3种组合计算的超孔隙水压力、径向有效应力增量以及地面隆起等打桩效应的差异进行讨论.结果表明:运用理想弹塑性模型和圆柱孔扩张的位移边界条件法计算出的超孔隙水压力、径向有效应力增量以及地面隆起量等结果更为可靠.

条带开采中采出率对地表沉陷影响的数值模拟研究

对水平煤层条带开采进行了二维有限元数值模拟研究,分析了条带开采中采出率的变化对地表沉陷的影响,提出了条带开采中比较适合的采出率,为工程实践提供了依据。

岩土工程中一类双重非线性问题的处理方法

针对土体和土体与结构接触面上的双重非线性性质,提出了采用理想弹塑性模型来模拟土体和采用非线性弹性-理想塑性模型来模拟土体与结构接触面相结合的方法,详细叙述了该方法的原理和数值实现方法。编制了面向对象的有限元计算程序,通过对地基极限承载力的计算验证了理想塑性模型的正确性,通过对一个受弹性基础梁作用的弹塑性地基分析验证了本文方法的适用性。计算结果表明,该方法简单实用,有一定的推广应用价值。

海中取淤的海堤安全距离分析

在距离海堤较近的海中取淤会引起海堤较大的变形。针对某围海造地工程,选择常规的斜坡堤进行分析。采用理想弹塑性模型,改变取淤位置与堤脚的距离进行计算。结果表明如果以10 mm为控制标准,取淤距离保持300 m是比较合适的。放松对位移的要求,取淤距离可以更近一些。

沉桩效应的差异分析

运用Crisp程序, 对饱和砂土中的打桩效应进行有限元分析。采取线弹性、理想弹塑性两种本构关系以及应力边界条件法、圆柱孔扩张理论两种沉桩过程模拟方式分别进行组合计算, 并对三种计算组合由于不同的本构关系和沉桩过程模拟方式所引起的超孔隙水压力、径向有效应力增量、地面隆起以及桩周土径向位移等沉桩效应的差异进行讨论, 得出一些初步结论。

考虑固结的新近吹填场地桩侧负摩阻力分布特性

为研究新近吹填场地中,因软土地基固结沉降引起的桩基侧摩阻力的分布特性,基于连续排水边界条件和理想弹塑性荷载传递模型,建立考虑土体固结效应的新近吹填场地桩基础变形分析理论模型。引入连续排水边界,求解双层地基的固结沉降,并采用理想弹塑性荷载传递法模拟桩侧位移-应力关系,求解桩侧摩阻力及桩顶沉降解析解。通过与试验数据进行对比,验证本文解的正确性,并讨论时间因子、双层地基厚度比、桩顶荷载和桩基受力对轴力以及侧摩阻力的影响。结果表明:随着时间的增加,负摩阻力增大,中性点下移;原位土层与新吹填土层厚度比增大,负摩阻力减小,中性点上移;随着桩顶荷载的增加,桩侧负摩阻力减小,中性点上移。

层状地基中静钻根植竹节桩单桩沉降计算

静钻根植竹节桩是一种由预制桩和水泥土组合而成的组合桩基,通过将预制桩和水泥土的复合弹性模量作为其桩身弹性模量,同时考虑桩身弹性模量沿桩身改变以及桩端水泥土扩大头的作用,采用理想弹塑性荷载传递函数提出了一种在均匀地基中静钻根植竹节桩单桩沉降计算方法。在此基础上,提出了静钻根植竹节桩在层状地基中荷载-位移曲线的递推计算方法。用所提出的计算方法对实际工程中的静钻根植竹节桩试桩的荷载-位移曲线进行计算,并与实测曲线进行比较,验证了所提计算方法的可靠性。选取土体基于预制桩的桩侧摩阻力值作为静钻根植竹节桩的侧摩阻力,计算所得极限承载力与实测极限承载力接近,说明静钻根植竹节桩桩-土接触面摩擦性质与预制桩桩-土接触面摩擦性质相似,且优于钻孔灌注桩桩-土界面摩擦性质。

三轴压缩荷载下高温处理后泡沫混凝土力学性能试验研究

为探究围压、高温处理以及加载速率3种因素对泡沫混凝土(FC)三轴压缩性能的影响,针对湿密度为500 kg/m3的FC(FC-500)开展高温后三轴压缩试验。研究结果表明:在低围压作用下,FC-500以剪切破坏为主;随着围压增加,FC-500出现局部压溃现象;在高围压作用下,FC-500主要以压溃破坏为主。FC-500三轴压缩应力-应变曲线在峰前表现为弹塑性特征,峰后表现为屈服平台特征;FC-500三轴压缩强度随着围压、加载速率的增加而增加,随处理温度的升高而减小;采用折减系数法可将FC-500的峰后应力-应变曲线简化为理想弹塑性模型。

柔性基础下等芯型水泥土复合桩荷载传递特性分析

为探讨柔性基础下等芯型水泥土复合桩的荷载传递规律,首先深入分析了它在竖向荷载作用时的受力变形模式,并基于试验研究成果,引入双指数函数型荷载传递模型刻画芯桩-水泥土界面的剪切软化过程,同时引入理想弹塑性荷载传递模型描述水泥土-土界面的剪切变形特性;然后将桩划分为若干个单元体,基于荷载传递法,建立了芯桩、水泥土桩、桩周土之间的荷载传递分析模型,导出了各部分单元体应力与变形计算递推公式;再采用迭代计算法,构建了芯桩、水泥土桩和桩周土的轴力、侧摩阻力以及界面相对位移的计算流程,从而提出了一种柔性基础下等芯型水泥土复合桩的荷载传递规律分析计算方法;最后,通过与现场试验结果和工程案例进行对比分析,验证了本文方法的可靠性,同时基于计算结果分析得到了柔性基础下等芯型水泥土复合桩的侧摩阻力和轴力分布规律.研究成果可为柔性基础下等芯型水泥土复合桩的工程设计提供参考.

双周期标准化的位移放大系数谱

采用理想弹塑性滞回模型,分析了4类场地共370条地震波作用下,单自由度体系的动力响应,得到了弹塑性体系与相应弹性体系间最大位移的关系,建立了等延性的位移放大系数谱Cd,用以评估新建或已有结构体系的弹塑性变形。考虑了二阶效应和阻尼比的影响,并采用2个特征周期Tga和TgR对周期进行标准化(Tga和TgR将整个周期划分为:加速度敏感区、速度敏感区和位移敏感区),标准化后的位移放大系数谱,保留了特征周期处的谷值特性,消除了场地类别的差异。结果表明:二阶效应和阻尼比对位移放大系数都有影响,并随周期变化,在特征周期附近的影响最为明显。