冲击下箱型梁弯曲失效临界载荷的评估方法研究

箱型梁作为工程应用最广泛结构之一,其结构安全裕度需得到清晰表达。箱型梁通常具有纵横加筋结构,冲击载荷下容易发生局部结构屈曲,但是箱型梁后屈曲失稳路径相对稳定,难以采用现有方法确定其失效对应的临界载荷。以简支钢质箱型梁为研究对象,首先研究了非线性有限元建模方法因素的影响,分析不同冲击载荷下箱型梁动态响应的变化规律;其次,根据不同冲击载荷工况计算结果,绘制冲击载荷与箱型梁位移曲线,提出了振幅极值准则和曲率极值准则两种新准则用于箱型梁动态失效临界载荷下限值与上限值的评估;最后,将该准则推广应用于三角形、矩形冲击载荷与落锤冲击作用下箱型梁弯曲失效的临界载荷评估,以及不同梁截面、边界条件和载荷工况下箱型梁弯曲失效临界载荷的评估。该研究结论可为冲击载荷下箱型梁结构安全评估提供基础支撑。

循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度研究

[目的]为充分考虑焊接初始变形和残余应力在内的完整初始缺陷,需开展不同循环弯矩下的箱型梁塑性变形分布和极限强度研究。[方法]首先,选用各向同性的强化材料模型与Chaboche材料模型,采用Python语言编制程序并直接在有限元软件中施加初始变形;然后,采用ABAQUS软件针对箱型梁开展多种循环弯矩模式下的极限强度非线性有限元数值模拟,同时考虑焊接初始变形、残余应力、材料强化及鲍辛格效应的影响。[结果]研究结果表明:单向循环弯矩下,箱型梁抗弯刚度和极限强度将随着循环次数的增加而不断下降,塑性变形将从箱型梁的上顶部向侧部区域扩展,其中同时包含焊接初始变形与残余应力缺陷的箱型梁有限元模型处于极限状态时的塑性变形区域更广;相较于单次加载,经过3次双向循环之后,仅考虑初始变形的箱型梁极限强度下降了10.44%~15.15%,而考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度下降了8.41%~14.50%。[结论]在循环弯矩下考虑完整初始缺陷的箱型梁极限强度的下降趋势更为缓和,所得成果可为循环弯矩下箱型梁的极限强度研究提供参考。

极端循环载荷下船体裂纹箱型梁的极限强度分析

为了解极端循环载荷作用下船体裂纹箱型梁的强度变化,本文通过试验分析,利用有限元法建立船体裂纹箱型梁的模型,分析了裂纹类型、位置与长度对极限强度的影响。结果显示:单裂纹模型的极限弯矩值低于双裂纹模型,说明单裂纹对船体结构强度的影响更大。而且,船体极限强度折减,是塑性损伤和疲劳裂纹损伤耦合作用所致。希望通过本次研究,为船体结构设计、施工与维护提供参考,避免船体裂纹产生,提高其使用性能。

箱型梁极限承载能力试验与理论研究

本文对箱型梁船体模型作了总纵极限承载能力试验研究 ,应用基于塑性节点法开发的程序和通用非线性有限元模拟方法对该模型进行了数值计算 ,获得了与试验较为一致的结果。在试验与理论分析的基础上 ,提出了估算箱型梁船体结构极限强度的解析计算方法 ,通过算例考核认为本方法可用于工程结构设计。

连续箱型梁桥分析的新方法

提出以３次Ｂ样条函数及最小势能原理建立的连续箱型梁桥分析的ＱＲ法。该法比有限元法及有限条法优越，很容易在微机上实现。

箱型梁附加挠度与剪力滞效应的一维有限元分析

当前箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法对剪力滞函数的处理存在局限性,而且剪力滞系数难以准确反映翼缘截面剪力滞效应及其变化规律。为此,利用箱梁附加挠度代替剪力滞函数建立箱梁翼缘的纵向位移函数,并根据能量变分原理建立控制微分方程并识别了其中的待定参数。以箱梁挠度、附加挠度及其一阶导数作为单元节点位移参数,提出了箱型梁剪力滞效应分析的一维离散有限元法,给出了箱梁的自然边界条件和强迫边界条件。基于箱梁挠度和附加挠度定义了新的剪力滞系数,分析了不同支撑条件对箱型梁剪力滞效应的影响。算例分析证明了该方法的有效性,且具有较高的计算精度;与传统的基于应力的剪力滞系数相比,基于挠度的剪力滞系数能够更加准确地反映箱型梁截面的剪力滞效应及其分布规律。

箱型梁剪力滞效应的解耦求解

针对运用能量变分理论分析箱型梁剪力滞效应时存在的问题,用箱型梁的附加挠度函数代替剪力滞函数建立箱型梁翼缘截面的纵向位移表达式,用外荷载代替内力建立箱型梁的总势能泛函,根据变分原理推导箱型梁在剪力滞效应下的4阶控制微分方程及各类边界条件,提出剪力滞效应下箱型梁挠度、附加挠度和经典梁挠度的解耦求解方法,首次得到箱型梁在剪力滞效应下自由端的边界条件和固定—简支箱型梁响应量的封闭解。算例分析验证了该求解方法的有效性和计算精度,同时也表明,箱梁挠度和附加挠度具有完全相同的边界条件,但在自由端二者的边界条件与Euler梁理论不同。

考虑剪滞剪切效应的复合材料薄壁箱型梁梁单元

运用层合板理论,用最小势能原理和能量变分法建立了复合材料箱型梁梁单元的控制微分方程,给出了初参数解,导出了考虑剪切和剪力滞效应的单元刚度矩阵和等效节点荷载矩阵,还推导出了每层的应力,并编制出了有限元分析程序。运用该程序对复合材料箱型简支梁和连续梁进行了算例分析,从算例分析的结果与理论分析、实验结果和ANSYS软件的计算结果的比较,可以看出该梁单元有限元方法是正确可靠的。

接触爆炸作用下舰船箱型梁结构的止裂效应仿真分析

为研究箱型梁在舰船结构抗爆中的止裂效应,首先通过模型试验分析不同加筋对板架破口大小和裂纹扩展的影响,然后在此基础上,利用商用有限元程序MSC/Dytran对舰船箱型梁结构的抗爆止裂效果进行仿真分析。结果表明,在接触爆炸下,板架的强力构件(如特大筋)对破口大小和裂纹扩展能起到很好的限制作用;通过将模型数值计算与试验结果进行比较,验证了应用程序和计算模型参数的稳定性与可靠性;箱型梁在舰船结构抗爆中能起到很好的止裂效果,这是由于一方面箱型梁的存在对甲板边板和舷侧顶板以及两者之间的连接进行了加强,减小了甲板和舷侧外板连接处的应力,另一方面,作为舰船整体结构的强力构件,箱型梁本身就能有效阻止破口及其裂纹的扩展,从而大大降低舰船结构整体的毁伤程度。

大桥箱型梁振动时效工艺与效果评定

针对大桥箱型梁拼焊过程中产生的焊接变形,通过应用振动时效(VSR)工艺,以消除拼焊处残余应力,提高箱型梁的尺寸精度。通过振动过程中动应力分析和VSR工艺前后残余应力的测量,了解箱型梁拼焊处动应力和残余应力的分布状况,实验结果表明VSR工艺消应力效果良好。

武汉站轨道箱型梁车致振动响应研究

以建桥结合武广客运专线武汉站为工程背景,针对车致振动可能引起的舒适度问题进行前期列车进出站引起的轨道箱型梁振动响应研究。建立轨道梁结构的有限元分析模型和基于舒适度研究的车致振动分析方法,通过数值研究考察轨道梁的振动状况。进一步地通过环境振动和车致振动实测获取结构关键部位的振动响应,并与理论分析结果进行对比研究。结果表明,前期建立的分析模型正确,计算分析方法可靠,可以有效地反映结构的车致振动响应,为后续上部结构振动舒适度评价奠定基础。相关分析方法可为今后同类建桥结合大型车站结构桥梁部分的振动分析所采用。

箱型梁极限弯矩简化计算方法

本文采用有限元法与强度稳定综合理论(combined theory of strength and stability,CTSS)公式研究箱型梁的极限强度问题。揭示了有限元计算方法的不稳定性,结合Vasta的始屈弯矩法提出箱型梁结构的极限弯矩简化计算公式。通过两个箱型梁结构的实例计算表明,该公式的计算结果相对于试验结果的误差在10%以内,且与非线性有限元法相比有着简单、稳定的优势,可以为工程设计提供参考。

舱内爆炸载荷下箱型梁船体节点结构强度分析

[目的]为了研究箱型梁典型节点结构在舱内爆炸下的结构强度,[方法]基于ANSYS/LS-DYNA显式动力有限元软件,首先建立箱型梁船体舱段结构的有限元模型。然后,采用ALE算法开展舱内爆炸载荷下舷侧箱型梁与强横梁连接处不同型式节点结构的动态响应数值计算。最后,在给定的炸药当量和爆点位置情况下,获得舱室结构的整体变形和破坏模式,并分析在不同节点结构设计方案下典型位置的应力特征。[结果]计算结果表明:舷侧箱型梁与强横梁连接处圆弧式和肘板式节点结构的应力峰值与甲板破口尺寸基本相当;从舱壁撕裂长度来看,肘板式稍逊于圆弧式,在中间箱型梁与强横梁连接处,圆弧连接最优,单侧肘板次之,双侧肘板最差。[结论]所得到的数值计算结果可为箱型梁节点连接结构的工程应用提供有益的参考。

非接触爆炸下纵向箱型梁舰船的极限承载能力研究

以德国F124护卫舰纵向箱型梁甲板结构型式的舱段为研究对象,采用流固耦合方法计算其在空爆作用下的甲板变形。采用阻尼因子法,对各冲击因子下箱型梁和普通甲板结构型式舱段塑性变形后的极限承载能力进行比较分析。研究结果表明:在遭受非接触爆炸冲击后,箱型梁甲板结构型式与普通甲板结构型式相比,具有变形小、变形后舰体极限承载能力下降低等优势,因而能够显著提高舰船生命力。

基于挠度的剪力滞系数分析箱型梁剪力滞效应

为了克服基于应力的传统剪力滞系数的缺陷,提出了基于挠度的剪力滞系数。以剪力滞效应下箱型梁的附加挠度代替传统的剪力滞函数,建立箱梁翼板截面的纵向位移表达式;根据能量变分法建立了箱梁在剪力滞效应下的挠度计算表达式。利用挠度和附加挠度定义了箱型梁截面的剪力滞系数,据此分析了不同支撑条件对箱型梁剪力滞效应的影响。研究结果表明,基于应力的传统剪力滞系数难以正确反映箱梁截面的剪力滞效应,本文建立的基于挠度的剪力滞系数正确揭示了如下规律:剪力滞效应与箱梁支撑条件密切相关,固定端的剪力滞效应最大,简支端次之,自由端最小,而且距受约束边界越远,剪力滞效应越小。

轨道交通箱型梁腔室结构的减振降噪研究

轨道交通箱型梁在列车荷载作用下产生的低频振动与噪声对人体健康危害很大,针对箱型梁的减振降噪研究具有重要意义。将有限元振动分析理论与声辐射分析边界元法相结合,计算列车荷载作用下箱型梁的结构噪声,并对比分析不同的腔室结构对箱型梁结构噪声辐射的影响。计算结果表明:箱型梁场点结构噪声的辐射受振动水平影响较大;对于不同的腔室结构的箱型梁,跨中场点的最大线性声压级从大到小依次为单箱单室、单箱双室、单箱三室、双箱单室箱型梁;箱型梁采用双箱单室结构形式最有利于结构噪声的控制,且随辐射距离的增加,噪声辐射衰减越快;降低翼缘和腹板振动水平能够有效降低箱型梁结构噪声。分析结果可为城市轨道交通箱型梁的结构减振降噪设计提供一定的理论参考。

典型箱型梁极限强度模型试验分析

为验证和完善船体结构极限强度非线性有限元法,采用高强度钢,设计典型箱型梁4点弯曲模型,开展极限强度模型试验,得到典型箱型梁模型的极限承载力和应力分布情况,与模型试验数值仿真的结果对比,结果吻合,可为船体结构极限强度计算方法研究提供试验支撑。

箱型梁剪力滞效应求解的样条里兹法

结合样条函数和里兹法提出薄壁箱形梁剪力滞效应计算的样条里兹法．利用合理假定将三维箱梁弯曲问题简化为一维问题．由于样条函数具有很好的光滑性，因而此方法能以极少的未知量得到较高的精度．

舱内爆炸载荷下箱型梁结构提高舰船极限承载能力的研究

采用数值模拟方法对含箱型梁结构和等重量常规结构舰船舱段在舱室内部爆炸载荷下的结构变形和剩余极限承载能力进行计算,并进行比较分析;综合考虑设置箱型梁结构导致结构重量增加的影响,对含箱型梁结构提高舰船剩余极限强度的效果进行评价分析。研究结果表明:在不增加主船体纵向构件横剖面积的前提下,箱型梁结构仍能显著提高舰船的剩余极限强度,其提升效果与炸点位置有关。

关于箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平的研究

针对箱型梁结构舰船和普通结构舰船,综合考虑多种随机变量的影响,分别计算其在舱内爆炸载荷作用下的结构可靠性,并进行比较分析,从而对箱型梁结构提高舰船抗舱内爆炸可靠性水平进行评价。爆炸载荷作用下的结构响应采用流固耦合方法,借助MSC-Dytran软件进行计算。结构失效概率采用Monte-Carlo方法,通过最大熵法拟合程序进行计算。研究结果表明:箱型梁结构对于降低内部爆炸载荷下01甲板产生破口概率和炸点正上方区域发生塑性大变形概率的作用并不明显,但是能够明显降低01甲板产生横向和纵向大变形的概率。