可调热膨胀系数的复合材料层合结构预测与设计

本研究基于层合结构理论,提出了复合材料层合结构等效热膨胀系数预测模型。该模型既适用于对称铺设层合结构,也适用于反对称层合结构的等效热胀系数预测。同时,以碳纳米管增强复合材料层合结构为研究对象,针对反对称角铺设类型,对其等效热胀系数进行计算。计算结果显示,由于层间拉伸-弯曲-剪切耦合效应的影响,采用特定的铺设角度如(35/-35)3 T,(55/-55)3 T,碳纳米管层合结构能够在整体上呈现负热膨胀特性。这不但拓展了该类结构的服役工况,也为负热膨胀结构设计提供新的设计思路。

负泊松比碳纳米管增强层合结构预测与设计

基于层合结构理论,提出复合材料层合结构等效泊松比预测模型。该模型同时适用于对称角铺设层合结构和非对称角铺设层合结构的等效泊松比计算。与此同时,以碳纳米管增强层合结构为研究对象,针对反对称角铺设与对称角铺设两类铺设类型,对其等效泊松比进行计算。计算结果表明:采用[20/-20/20]_(S)、[70/-70/70]_(S)、[22/-22]_(3T)与[70/-70]_(3T)铺设角度,碳纳米管层合结构能够在整体上呈现负泊松比特性。

轴向冲击下C型冷弯卷边槽钢构件的动力响应

针对轴向冲击载荷下C型冷弯薄壁钢构件的动力响应,采用商业有限元软件Abaqus建立了能够反映冲击过程的有限元模型。通过对比有限元模拟和落锤实验中利用数字散斑技术采集的数据以及试样残余变形,验证了数值模型的可靠性。采用该模型分析了在不同冲击速度下翼缘、腹板和卷边质点的轴向位移-时间曲线以及腹板横向挠度的变化,结果表明:在较低冲击能量的作用下,翼缘对卷边的约束作用明显;而在较高冲击能量的加载过程中,冲击端卷边的轴向位移和速度明显大于翼缘和腹板,卷边破坏严重;随着冲击速度的提升,C型冷弯薄壁钢构件的动态屈曲临界载荷相应提升。

偏心受压冷弯薄壁槽钢的卷边角度优化设计

为了使得钢结构的性能与用钢量比达到最优,前人对槽型钢的截面尺寸优化进行了较为充分的研究。但是,涉及卷边角度的优化特别是偏心受压工况下的优化分析却很缺乏。以Yao-Teng偏心受压计算公式,结合遗传算法,以冷弯卷边槽钢柱偏心受压为例,将槽钢卷边角度与偏心距作为设计变量,寻找在不同偏心距受压情况下,达到最大畸变屈曲临界应力的卷边角度。基于有限条分析程序,对两端简支与两端固支情况下不同截面尺寸构件的畸变屈曲临界应力进行了计算分析,最终得出不同偏心距受压下统一的最优卷边角度。为了方便工程设计人员设计时参考,建议卷边角度统一取为100°。

卷边角度对C型冷弯构件抗畸变屈曲性能的影响

应用有限条程序研究斜卷边的角度对轴压和纯弯作用下C型截面冷弯钢构件的畸变屈曲临界应力的影响.采用直接强度计算法分别得到各构件受畸变屈曲后的极限承载力,并与直卷边构件的计算结果进行对比.结果表明：受轴压和纯弯作用下,卷边与水平方向夹角在90°~120°之间时,构件的畸变屈曲极限承载力有不同程度的提升,在105°时构件的极限承载力提升最为明显.结果可供C型冷弯薄壁斜卷边槽钢工程设计参考.

冷弯薄壁C和Z型钢组合框架低层住宅的承载能力比较

利用遗传算法和直接强度法(DSM)得到轴压下优化后的冷弯薄壁卷边C和Z型钢,取相同截面积时两者的最优尺寸相同.利用有线条(CUFSM)和DSM,验证了单根冷弯C和Z型钢的临界屈曲荷载和极限承载力基本对应相等.随后,基于有限元软件SAP2000对冷弯薄壁型钢单层住宅整体建模,将优化后尺寸相同的C和Z型钢应用于结构中,施加相同的荷载,发现两者整体结构的临界屈曲载荷不同,Z型钢房屋框架屈曲后承载能力更高;承载薄弱的风向角所对应的Z型钢房屋组合框架屋檐等薄弱区域所承受的轴力较C型钢房屋更小,因此认为在用钢量相同的前提下,低层房屋建设选择Z型截面更优.

冷弯薄壁卷边槽钢卷边角度优化设计

将遗传算法与直接强度法相结合,以冷弯卷边槽钢柱轴心受压与冷弯卷边槽钢梁受弯为研究对象,把卷边槽钢卷边角度作为设计变量,寻找使构件畸变屈曲承载最大的卷边角度。这种方法不仅可以减少计算的工作量和盲目性,而且还可得到精确的最优角度。最后根据承载力的变化趋势,并考虑工程设计误差,给出不同腹板高度试样对应的最优角度及设计偏差范围。