碟形弹簧力学性能研究

针对组合碟形弹簧力学性能数值模拟方法存在较大差别、尚无统一加载及边界约束条件、缺乏对阻尼特性定量描述问题,选B系列碟形弹簧分别对单片、2片叠合、3片叠合、3片叠合2组对合、3片叠合6组对合等组合碟形弹簧进行静、动力加载性能试验,考察加载预压量、动荷载幅值、加载频率对等效刚度、阻尼比影响;利用ANSYS软件模拟试验工况,基于静力加载试验实测数据考虑碟形弹簧与上下压板间摩擦作用,计算碟形弹簧锥面间摩擦系数等效值,并用于组合碟形弹簧件承受动荷载的数值模拟,与试验结果吻合较好。

连续钢-混凝土结合梁桥负弯矩区处理方法研究

北京地铁5号线立水桥-立水桥北站段第2联结合梁桥首次综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法对负弯矩区混凝土施加预压应力,施工工序复杂.为判别该施工方法能否有效控制裂缝开展,保证施工质量及安全,分别采用ANSYS数值模拟和施工监测手段对其各施工阶段的应力和变形进行了研究.结果表明,采用现有通用有限元软件可很好地对实际施工过程进行仿真分析,施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法综合使用可有效为负弯矩区施加预应力,其中预加静荷载法最有效,但对钢梁内力及变形影响较大.

单层柱面网壳结构强震作用下抗震性能研究

地震是严重危害人类生命财产的自然灾害 ,但目前工程界对于网壳结构强震下的抗震性能尚缺乏透彻了解。笔者通过对单层柱面网壳典型算例进行三维地震作用下的双重非线性时程分析 ;观察其多项特征响应指标随地震动逐渐增强的变化情况 ;研究其塑性发展过程和破坏特征 ;对单层柱壳强震作用下的破坏机理进行了探讨 ;并在此基础上对不同参数柱壳弹塑性地震响应规律和破坏特征进行了分析和总结。研究表明 ,地震作用下单层柱壳破坏前均经历了一定的塑性发展过程 ,其破坏的真正原因是结构塑性发展和位形变化的交互作用 ,矢宽比较大的柱壳倾向于动力失稳破坏。

Q235B钢材的微观损伤模型韧性参数校正

Q235B钢材在中国建筑领域应用广泛,但目前却缺乏该类钢材的空穴增长模型(VGM模型)和应力修正临界应变模型(SMCS模型)等微观损伤模型韧性参数.为此,取材自热轧无缝钢管以及冷焊钢管母材、热影响区、焊缝区的4种Q235B钢材,加工了8个光滑圆棒试件和24个缺口圆棒试件,通过系列单轴拉伸试验,辅以数值分析及电镜扫描试验,获得了Q235B钢材的VGM和SMCS模型韧性参数,确定了Q235B钢材的特征长度,然后试验验证VGM和SMCS模型对Q235B钢材韧性断裂的预测效果.结果表明:VGM与SMCS模型对Q235B钢材韧性断裂预测效果均很理想.

建筑用热轧奥氏体304不锈钢管力学性能

为了解热轧无缝不锈钢管材料性能,分别对取材自奥氏体304Φ216×16 mm热轧不锈钢管的光滑和缺口圆棒试件进行单调和循环加载两类试验,获取了应力-应变关系及基本材料参数,得到滞回和骨架曲线,标定钢材循环强化参数,并观察了断面微观破坏特征.研究表明:国产热轧不锈钢管加工工艺对中厚管材性影响不大;奥氏体304不锈钢在循环荷载作用下具有良好强化效应和耗能性能;宜采用随动-等向混合强化材料模型描述其行为,所标定循环强化参数可用于复杂应力状态下的数值模拟;不锈钢材微观破坏特征异于普通低合金或低碳钢.

Q460高强钢材及T形对接接头力学性能研究

为明确高强钢材焊接接头的脆变程度,针对Q460高强钢材及T形对接焊接接头进行试验和数值分析研究。分别从国产Q460钢板母材、热影响区和焊缝处取材,加工19个材性试件,进行单向拉伸试验;加工5个板厚及夹角不同的单面成形全熔透对接焊接T形接头,完成单向拉伸试验;对材性及接头试验结果进行精细化数值模拟,获取Q460钢材基本材性参数、断裂参数和应力-应变关系,分析T形接头试件的破坏模式、抗拉强度及断裂延性指标。研究结果表明:Q460高强钢母材强度符合我国钢结构设计标准要求,焊缝熔敷金属和热影响区塑性变形能力较母材略差。Q460钢T形焊接接头强度符合我国钢结构设计标准要求且有一定安全储备,破坏发生在母材中部,塑性变形能力取决于母材应力状态,基于VGM微观断裂预测理论,能有效预测T形接头断裂性能。

单层柱面网壳结构常遇三维地震作用下的地震响应分析

地震内力系数法是一种适用于空间网格结构的简洁有效的抗震设计方法,但应用于单层网壳结构时需要改进。根据单层网壳结构的受力特点,考虑弯矩影响,修正了传统地震内力系数的定义,并选取大量单层柱面网壳算例进行了常遇三维地震作用下的时程分析,观察其杆件地震内力系数取值随矢宽比、长宽比、杆件截面等参数的变化规律,发现在文中研究范围内,单层柱面网壳结构地震内力系数取值随长宽比增大有逐渐增大的趋势,随矢宽比的增大有逐渐减小的趋势。在大量统计分析的基础上,归纳出可供实际工程设计参考的地震内力系数建议取值。

单层鞍形网壳强动力荷载作用下的破坏模式

采用ANSYS程序,利用全过程分析方法对两种不同网格形式的单层鞍形网壳结构在强简谐、地震荷载下的动力响应规律进行研究,提取最大节点位移、应变能、进塑性杆件比例等多项响应指标,绘制其随荷载幅值增大的变化曲线,总结单层鞍形网壳的动力失效模式,剖析其失效机理,分析了地震作用下结构响应随矢跨比的变化规律.研究结果表明,两类网格的单层鞍形网壳均具有良好的抗震性能,在强动力荷载作用下发生动力强度破坏,可区分为脆性破坏和延性破坏两种失效模式.地震作用下结构破坏模式均为延性强度破坏.

Q235B钢材的微观断裂模型损伤系数识别

为获取广泛应用的Q235B钢材的循环空穴增长(CVGM)和退化有效塑性应变(DSPS)微观断裂模型损伤系数,取材自热轧无缝钢管与冷弯高频焊管母材、热影响区和焊缝区,分别加工12个光滑和8个缺口试件进行低周往复加载材性试验,获取4种材料混合强化参数,利用Fortran语言编译了CVGM模型及DSPS模型程序代码,作为UVARM子程序嵌入ABAQUS中,识别了其CVGM和DSPS损伤退化系数,用于缺口圆棒试件实验过程模拟,取得较好预测效果.

跨座式单轨交通系统动力学问题研究

跨座式单轨交通车辆的转向架和轨道梁与其他轨道交通系统不同,因而其动力学问题具有自身特点,其车桥动力耦合作用影响相对较为突出。文中通过查阅相关资料,系统总结了跨座式单轨交通动力学问题的研究现状及存在问题,为进一步的研究工作打下基础。

连续结合梁桥负弯矩区处理方法的参数分析

目的通过综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋等方法对大跨度钢-混凝土连续结合梁桥负弯矩区混凝土施加预压应力,研究各参数对负弯矩区混凝土内施加预压应力值的影响.方法结合实际工程,采用ANSYS进行施工全过程模拟,以强迫位移、预加静荷载、张拉高强钢筋面积值为参数进行分析.结果得到了预压应力随各参数变化规律,对比了各方法的优缺点,确定了施工方案.结论预压应力随各参数独立线性变化;3种方法综合使用可有效解决负弯矩区混凝土开裂问题,其中预加静荷载和张拉高强钢筋方法更为有效;提出了可用于类似结合梁桥负弯矩区处理的预压应力估算公式.

网壳结构抗震设计方法探讨

网壳等大跨空间结构动力性能与传统多、高层结构相比更为复杂且有明显不同,目前各国均缺乏相应的抗震设计规范。因此,对于网壳结构的抗震性能进行系统研究,提出合理、有效的抗震设计方法是十分必要的。本文依据基于性能抗震设计思想,归纳近年来网壳结构抗震性能的大量研究成果,提出新的网壳结构抗震设计方法,为我国网壳结构抗震规范的制定提出依据。

强下部结构单层球壳简谐荷载下的破坏模式

采用基于响应的研究方法,以有柱间支撑的带下部结构K8单层球面网壳为例,利用ANSYS软件分别对其进行了水平、竖向简谐荷载作用下的动力全过程分析,综合宏观和微观两个方面,通过节点位移、进塑性杆件比例等多项特征响应指标分析了简谐荷载作用下多个算例的动力破坏特点,总结了柱间设置支撑的强下部结构的单层球壳的动力破坏模式,统计了其动力破坏临界荷载,观察了矢跨比参数的影响,为网壳结构动力破坏机理研究提供了基础性材料。

单层鞍形网壳动力破坏荷载预测

为避免全过程响应曲线法反复试算的缺点,将响应面法引入到网壳结构可靠度计算中,以荷载强度和持时作为基本随机变量,采用位移-能量双参数定义失效准则,通过自编MATLAB程序计算单层鞍形网壳简谐和地震荷载作用下的动力可靠度和验算点,对其动力破坏荷载进行预测。研究表明,响应面法可较准确、高效地预测单层鞍壳动力破坏荷载。采样点和基本随机变量的方差变化时,计算结果的准确性仍可保证,但方差大的预测结果可靠度低,建议取动力破坏指标D值大于0.7时的采样中心。

强震作用下球面网壳动力强度破坏研究

为全面认识壳结构塑性发展全过程,以单层K8型球面网壳结构为例,采用ANSYS程序专有的Pipe20单元,对网壳结构的塑性内力重分布、网壳杆件进入塑性比率、杆件截面进入塑性程度、构件塑性变形、结构塑性位移、结构关键节点位移等随地震加速度幅值的全过程响应进行了全面分析.获得了对球面网壳结构有关塑性发展和动力强度破坏行为的认识,较完整地建立了网壳结构高烈度强震分析的实用方法.

单调荷载下Q345钢焊缝金属的延性断裂性能研究

为了研究Q345钢焊缝金属的延性断裂性能,对9个试件进行了单调荷载下试验研究,试件设计考虑了不同应力三轴度和洛德角分布范围。分别采用Swift、Voce及Swift-Voce混合强化模型,拟合得到了能预测到断裂时的完整应力-应变曲线,其中Swift-Voce混合强化模型模拟各试件荷载-位移曲线精度最好。采用VGM,改进SWDM和Lou模型3种断裂模型,通过编写UVARM子程序,校准了各模型的材料参数,并对各试件进行了有限元断裂模拟预测,比较分析了各个模型的预测精度。结果表明,VGM模型对接近于平面应变状态的矩形缺口和槽板试件的预测结果误差较大,而改进SWDM和Lou模型通过引入洛德角参数来描述偏应力状态,对不同应力状态的试件断裂预测结果精度更高,模型的适用性更好。

大跨钢-混凝土连续组合梁桥施工过程的数值模拟

北京地铁5号线立水桥-立水桥北站段第2联组合梁桥首次综合施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法对负弯矩区混凝土施加预压应力,施工工序复杂,须保证其施工过程安全。以ANSYS有限元软件为工作平台,采用一次性建立全桥模型,利用单元生死技术,实现了对桥梁施工过程中每一施工阶段变形和应力的数值模拟。该组合梁桥具有良好的力学特性,桥经过多次体系转换,组合梁桥施工过程安全,可行。与现场实测数据比较,采用现有通用有限元软件可很好地对实际施工过程进行仿真分析;施加强迫位移、预加静荷载和张拉高强钢筋三种方法综合使用可有效为负弯矩区施加预应力,其中预加静荷载法最有效,但对钢梁内力及变形影响较大。

Q460高强钢材及T形对接接头超低周疲劳特性

为明确高强钢材焊接接头的超低周疲劳特性,进行了Q460高强钢母材、焊缝、热影响区钢材及T形全熔透对接焊接接头的超低周疲劳加载试验,基于试验结果校正了Q460高强钢材的随动-等向混合强化材性参数,识别了其循环微孔扩张模型(CVGM)微观断裂预测模型参数,在ABAQUS软件中建立Q460高强钢T形焊接接头的精细化三维有限元模型,采用CVGM模型准确预测了焊接接头循环荷载下的延性断裂行为,继而变化板厚、板件夹角和板件标准段长度针对接头断裂性能进行了参数分析。结果表明,往复荷载作用下,Q460高强T形对接接头失效前内部存在两处危险地带,即钢板内逐步形成的塑性条带和热影响区,接头的断裂特性取决于这两处的缺陷和损伤累积状况。随着板厚、板件夹角和板件标准段长度的增加,对接接头的超低周疲劳寿命断裂延长,位移延性系数增大。

单层鞍型网壳频谱特性分析

采用有限元软件ANSYS系统地研究了单层鞍型网壳结构的自振特性,分析了不同屋面荷载、不同高跨比、不同跨度下单层鞍型网壳自振频率及振型的变化规律,并利用了线性谐响应分析的方法探讨了其对频域上不同频率激励荷载的敏感程度,得出对工程实际有建设性意义的结论。

钢管混凝土柱施工阶段应力应变研究

近年来钢管混凝土柱形成的框架-核心筒混合结构应用越来越多,施工中钢管混凝土柱多采用混凝土一次浇筑完成的工艺施工,混凝土浇筑高度多达到10 m以上,钢管柱外壁受力较大,对于钢管柱外壁钢板在浇筑混凝土过程中的实际受力情况分析不多,故采用有限元软件进行施工校核验算,以验证钢管柱在施工过程中的应力和变形值是否都能满足设计规范的要求。