考虑玻璃结构的上海中心大厦幕墙大震弹塑性分析

常规的幕墙抗震设计,往往只考虑玻璃质量对幕墙整体的影响而忽略玻璃刚度,将玻璃结构转化为等效质量施加于幕墙支撑结构进行抗震分析。然而,当幕墙结构承受大震作用时,幕墙支撑结构已进入塑性状态,将产生较大变形,此时玻璃刚度将在一定程度上影响幕墙整体刚度。尤其是对于复杂的超高层幕墙结构,玻璃刚度对幕墙整体刚度的影响具有一定的未知性,需要深入研究。针对这一问题,本文依托上海中心大厦幕墙结构,研究了考虑玻璃结构的幕墙大震下的弹塑性响应,并将其与未考虑玻璃结构的响应进行对比分析。结果表明,玻璃结构对建筑主体结构影响较少,对幕墙结构层间位移角抑制明显,从而减少了支撑结构内力;对高楼层,加速度放大系数有一定抑制作用,但对低楼层,加速度放大系数抑制作用有限。

复合材料薄膜充气床垫的多物质ALE数值模拟

某型充气床垫是典型的气囊结构,该床垫由新型柔性薄膜材料制成,力学性能复杂。目前,国内外气囊仿真研究多采用两种方法,一种是控制体积方法(CV),该方法比较简便计算需求较少,但计算精度只能满足一般的工程需要;另一种方法是基于有限元技术的ALE方法,该方法计算精度高,可用于气囊的详细仿真。针对充气床垫充气爆破工况和载人工况的复杂性,采用多物质ALE方法对其进行了详细数值模拟。充气爆破工况通过与物理试验对比,判断出床垫结构的薄弱位置,同时提出结构改进方案。载人工作工况通过参数分析方法,分析不同充气内压时床垫变形和应力状况,并判断出床垫最佳工作内压。最终的仿真结果可作为该型产品设计定型的重要依据,也为同类问题提供了参考。

混合模型方法在超大规模输水隧道中的应用

针对某在建超大规模输水隧道,提出了混合模型方法.该方法将局部仿真直接包含在整体仿真中,避免了局部模型分离带来的误差,并且实现了整体仿真与局部仿真的同步.利用显式算法和相关技术,通过实际计算应用,证明了该仿真方法的可行性.

考虑主体结构的上海中心大厦幕墙地震响应分析

在综合考虑上海中心大厦主体结构与其幕墙结构之间相互影响的基础上,建立了大厦工程的全尺度有限元模型,分析了大厦的低阶模态,并分析了多遇地震工况和罕遇地震工况条件下幕墙加速度放大系数、幕墙层间位移角和幕墙支撑结构应力的分布情况.结果表明,大厦幕墙结构具有较好的抗震性能,符合抗震设防目标.

考虑玻璃刚度的高层幕墙地震响应数值分析

玻璃幕墙设计一般认为幕墙结构的力学性能主要由支承结构决定,常常忽略玻璃刚度对于幕墙的影响,或者将玻璃等效为质量施加于幕墙支承结构。然而对于超高层悬挂式幕墙结构,当承受较大风载和地震作用时,幕墙支承结构将产生较大变形,此时玻璃刚度将一定程度影响幕墙整体刚度。针对这一问题,依托上海某在建超高层大厦幕墙,研究了考虑玻璃刚度的大厦幕墙地震响应。并将此与未考虑玻璃刚度的地震响应进行对比分析,结果表明玻璃刚度增大了幕墙整体刚度,从而一定程度上减少了幕墙变形以及幕墙杆件的应力,但对大厦主体结构影响较少。本文最终的计算结果可作为该工程幕墙抗震设计参考依据。

超高层建筑幕墙施工过程分析

传统的幕墙结构设计,往往忽略施工过程对其安全性的影响,这种近似的分析方法会与实际情况有较大差异,结果不可信。尤其对于超高层建筑,其施工过程中力学变化复杂,对幕墙整体安全性的影响具有一定未知性,需要深入分析。针对此问题,结合刚度迁移法对上海中心大厦幕墙施工过程进行研究,重点分析了典型分区幕墙支撑结构应力及吊杆变形在施工中的变化;利用显式有限元方法分析了伸臂桁架的合拢次序,保证了幕墙施工的安全性。结果表明:幕墙支撑结构应力在各施工阶段存在差异,幕墙玻璃施工结束后,应力达到最大值,后续施工中,应力逐渐减小;吊杆最大竖向变形量出现在本区幕墙玻璃施工中;为保证幕墙施工的安全性,应合理安排伸臂桁架的合拢次序及时间。

输水隧道地震响应的多物质ALE数值分析

为研究浅埋输水隧道内部流体对隧道地震响应的影响,考虑黏弹性人工边界、土壤的非线性、隧道结构刚度有效率及流-固耦合作用,建立了双线隧道-土体-流体相互耦合作用的力学模型。通过刚度折减试验得到衬砌环环向、径向、轴向刚度,进而引入正交各向异性连续材料作为衬砌材料模型。采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)描述法的流-固耦合方法,对上海某大直径双线输水隧道在流体作用下的地震响应进行了分析。通过与等效密度法对比,验证耦合模型对于处理输水隧道多物质非线性耦合抗震问题的可行性。计算结果表明,在水平方向地震激励下,无论一致激励或是非一致激励流体对隧道地震变形和内力都有较大影响,但对位移影响较小;对于不同隧道内水量,隧道弯矩均集中于衬砌隧道45°交叉斜线位置;相比于一致激励,非一致激励增强隧道地震位移和变形响应是明显的。

铁道车辆舒适性虚拟试验系统研究

通过建立铁道车辆舒适性虚拟试验系统,可以在设计早期对车辆的舒适性进行分析评估,从而优化车辆设计方案。根据铁道车辆舒适性评估标准,结合虚拟样机和虚拟现实技术,提出了铁道车辆舒适性虚拟试验系统的构建方案,并建立了铁道车辆舒适性虚拟样机模型、虚拟试验场景模型及虚拟现实模型。通过虚拟仪器技术,建立了虚拟试验仪表,使车辆舒适性虚拟试验数据实现了可视化。该虚拟试验系统能支持不同工况下铁道车辆舒适性分析试验。

大型正交异性结构动力学分析的空间-时域多尺度方法及应用

为了更加精确、快速地求解大型正交异性结构整体及局部动力响应,提出了基于有限元模态分析和参数优化的等效及多尺度建模方法,在等效建模时可以充分考虑结构细节对整体动力学属性的影响,在时域内采用基于显式中心差分子循环算法求解系统方程,可以减小局部精细建模带来的求解时间惩罚。通过大型盾构隧道地震响应以及船-桥碰撞过程仿真计算验证了方法的有效性和实用性,仿真得到的响应规律可为相关结构设计提供参考。

Pro/E环境下尺寸公差自动查询及标注软件的开发

针对在Pro/E环境下进行尺寸公差标注,需人工查手册,且过程繁琐、费时费力的问题。利用Pro/Toolkit程序开发技术,在VC++6.0环境下对Pro/E进行二次开发,并且用Access2000将国标公差做成数据库,设计出了一套公差自动查询与标注软件。应用该软件,用户不必再通过查手册获得偏差数值,只需选择相应的尺寸并选择公差代号和公差等级,即可标注出符合国标的各种尺寸公差,并且可以方便地调整尺寸位置和修改参数,实现了尺寸公差的自动查询和公差的快速自动标注。

低温环境下PEEK/CF复合材料结构和性能研究进展

分析了碳纤维(CF)增强聚合物(CFRP)复合材料特别是CF增强聚醚醚酮(PEEK/CF)复合材料在新一代可重复使用航天运载器(RSLVs)低温燃料贮箱上应用的优势,并根据RSLVs低温燃料贮箱对材料的要求,介绍了低温环境及低温-室温热循环处理对PEEK/CF复合材料内部结构、气体渗透性能和力学性能影响的研究进展。在此基础上,借鉴对CFRP复合材料低温性能优化以及对PEEK/CF复合材料的室温性能优化的相关研究,对PEEK/CF复合材料低温性能的优化途径进行了展望,提出改进CF和PEEK界面的结合强度可能是PEEK/CF复合材料低温性能优化的可行方法。

基于人工蜂群算法的复合材料层间内聚力模型参数反演

内聚力模型在复合材料结构分层损伤评估中已得到广泛应用,准确获得内聚力模型的参数对评估结果有重要影响。对内聚力模型的参数反演进行了研究,通过复合材料双悬臂梁试验获取加载点载荷-位移数据信息,结合对应的有限元正演模型输出构建目标函数,采用人工蜂群算法优化识别出层间内聚力模型参数。数值仿真和试验结果表明,人工蜂群算法较遗传算法和粒子群算法具有良好的收敛性和寻优能力,并且有一定的抗噪能力,能够在不同测量噪声影响下优化反演出内聚力模型参数值,运用反演参数模拟得到的加载点载荷-位移数据与实际试验结果一致。

含分层复合材料结构压缩强度研究

对含有不同预置分层的复合材料层合板进行压缩试验,记录不同分层损伤下复合材料层合板的极限载荷和破坏模式,并分析预置分层对复合材料层合板压缩强度的影响。基于ABAQUS平台建立含预置分层复合材料结构的有限元模型,编写UMAT子程序引入Hashin准则和Camanho准则研究结构纤维或基体损伤产生及演化,采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)结合B-K准则计算分层扩展,并将仿真分析结果与试验结果对比,验证仿真模型的正确性。采用相同方法进一步对含分层曲板进行分析,分析曲板弧度、分层尺寸、分层位置对曲板破坏模式以及压缩强度的影响。结果表明:弧度较大的曲板相比平板,其剩余压缩强度较高;弧度较小的曲板,分层尺寸越大剩余压缩强度越小,分层位置越深剩余压缩强度越大。

复合材料格栅圆柱筒稳定性数值仿真与试验

作为一种典型的航空航天结构,复合材料格栅圆柱筒的轴压稳定性决定了航天器结构的极限承载能力。现有的均匀化等效法和梁-壳有限元法模拟均存在一定的不足。考虑到肋条的局部应力和稳定性问题,将肋条等效为壳单元,提出了全壳有限元法。结合某型号飞行器复合材料格栅承力筒,分别采用这3种方法进行了轴压稳定性研究,同时设计了全尺寸轴压破坏试验。对比数值计算和试验结果得知两者的一致性较好,并且验证了该型号飞行器设计的合理性。均匀化等效法、梁-壳有限元法和全壳有限元法得到的结果与试验值的偏差分别为14.9%、9.5%和5.2%。全壳有限元法精度最高,并且能准确预测结构破坏位置,为同类结构的设计提供了参考。

基于混合模型方法的大型输水隧道水锤冲击响应数值分析

针对大型输水隧道水锤分析响应分析中由于超大计算规模和非线性强流-固耦合计算造成的数值计算困难,该文提出将混合模型方法应用到大型衬砌输水隧道水锤冲击响应的数值模拟中,通过该方法不仅可以得到输水隧道全程水锤压力,也可以得到关键区域衬砌环管片结构响应。模型中流场部分通过FLUENT计算得到流场节点压力和速度,然后通过初始条件或边界信息施加到结构部分进行LS-DYNA计算,水锤计算时流-固耦合通过基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述的罚函数实现。该文对上海某大直径双线输水隧道在水锤作用下的结构响应进行了分析,结果呈现了水锤压力在长距离输水隧道内的传播以及对衬砌结构的影响。

含预埋梁蜂窝夹层结构数值仿真与试验研究

含预埋梁蜂窝夹层结构是在纯蜂窝结构基础上改进得到的全新结构形式,综合了蜂窝结构和桁条铆接结构的优点,但该类结构的载荷分布形式以及失效模式缺乏相关研究。针对上述问题,结合国内在研尺寸最大的含预埋梁铝蜂窝夹层结构,采用层合板加筋方法进行了数值仿真,设计全尺寸物理试验对结构性能进行了试验验证。通过数值仿真和试验对比,验证了层合板加筋方法模拟含预埋梁蜂窝结构的准确性,同时研究了该类结构的载荷分布和失效模式,并为同类结构设计提供了参考依据。

基于贝叶斯推断的复合材料层间内聚力模型参数反演

复合材料因为比强度大、比刚度高、可设计性强等优点,在航空航天等领域被广泛应用,其主要的损伤模式为分层损伤。内聚力模型可以很好地模拟复合材料的分层损伤,被广泛应用于复合材料结构设计和分析,因此准确确定内聚力模型参数对计算结果的可靠性具有重要作用。通过复合材料双悬臂梁试验获取载荷-位移数据信息,结合对应的有限元模型,分别采用双线性和指数型内聚力模型,基于贝叶斯推断方法反演确定层间内聚力参数的概率分布。数值仿真和试验结果表明,两种内聚力模型对断裂韧性的识别结果影响较小,而对界面强度的识别结果影响较大;贝叶斯推断能够考虑模型误差和测量噪声等不确定性因素,反演得到的参数信息比确定性方法更丰富,可以对结果进行不确定性分析。