基于向量式有限元的网壳结构地震易损性分析

为解决网壳结构地震易损性研究中,增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)所面临的结构非线性分析耗时长且求解困难的问题,提出了一种基于向量式有限元的IDA方法。首先,以一个Kiewitt-8型单层球面网壳为例,验证了向量式有限元方法求解结构地震响应的准确性,其次选取12个不同参数的Kiewitt-8型单层球面网壳为研究对象,并考虑材料不确定性进行IDA分析,以地震峰值加速度与结构最大节点位移比为参数,绘制了结构在地震作用下的IDA曲线和轻微破坏、严重破坏及倒塌这三种性态下的易损性曲线。结果表明:向量式有限元能高效且准确的求解网壳结构的地震响应,屋面质量和矢跨比的增加均会增加三种性态点的超越概率;对于本文的网壳结构算例,求解时间仅为传统有限元方法的1/15,误差在3%以内,屋面质量和矢跨比的改变导致地震危险性最大增加了75%。

基于ADINA对六棱同步转子混炼流场的有限元分析

专用于短纤维补强橡胶复合材料混炼的新型六棱同步转子的构型特殊,故混炼过程中胶料的流动状态也十分复杂。利用有限元分析软件ADINA对短纤维补强橡胶复合材料混炼过程中六棱同步转子的流场,进行了模拟分析,内容主要包括压力场、黏度场,剪切应力场和速度场。分析了模拟流场的流动特性,以进一步判断和分析胶料的混炼状态。

考虑材料非线性的RC冷却塔风致动力破坏研究

为明确RC冷却塔的风致动力破坏过程和极限脉动风荷载,采用ABAQUS对一代表性结构进行了计算。以分层壳单元模拟塔筒,分别采用塑性损伤模型和双折线模型模拟混凝土和钢筋的非线性本构,在对该塔规范静风极限承载力计算以及与既有弥散开裂模型结果对比的基础上,进行了试验脉动风荷载下的动力增量分析(IDA),结合变形模式、位移IDA曲线、裂缝分布、应力发展、塑性和刚度演化等方面对塔筒的破坏过程进行了系统阐述,并与静风破坏过程进行了对比。结果表明:静风荷载下,塑性损伤模型所得结构开裂荷载与弥散开裂模型结果一致,但前者所得结构极限荷载略高,结构延性更好;静力和动力风荷载作用下的结果差异来自本构模型、荷载模式和动力效应;脉动风荷载作用下RC冷却塔的结构破坏依然源于迎风子午向受拉导致的塔筒开裂和钢筋屈服,但应更关注塔筒大范围开裂导致的结构刚度下降:动力风荷载作用下塔筒破坏(V_(0)=57 m/s)时混凝土受拉开裂单元比例为63.13%,明显高于静风作用下的结果。

超声电机减摩现象的仿真研究

基于商用有限元软件自动增量式非线性动力学分析(automatic dynamic incremental nonlinear analysis,简称ADINA),对超声电机的减摩现象进行仿真研究,提出等效摩擦因数的概念。分别在驻波激励和行波激励下研究了超声电机启动响应过程的瞬时等效摩擦因数。通过仿真计算,得到了不同预压力、激励频率和电压情况下的稳态等效摩擦因数。当预压力较小时,驻波激励下的减摩效应强于行波激励;当预压力较大时,超声振动受到抑制,此时2种激励方式的减摩效应近乎一致。研究发现:激励频率越接近谐振频率,预压力越小、驱动电压越大,减摩效果就越显著;其中,激励频率和预压力的影响要大一些。本研究为超声电机减摩现象的研究与应用提供有益的帮助。

大跨度斜拉桥地震易损性分析

摒弃传统易损性分析假定,采用增量动力分析方法,提出改进损伤指标参数,对脉冲地震波和非脉冲地震波进行对比,定量分析桥梁结构损伤程度.首先,建立大跨度斜拉桥精细化有限元模型,使用增量动力分析方法,进行大跨度桥梁2100次非线性时程分析;然后,以斜拉桥桥墩墩底、主塔塔底和支座系统为研究对象,选取合适的损伤指标建立各构件在不同损伤状态下的限值;最后,根据桥梁构件在各级地震作用下的损伤概率,为桥梁抗震提供参考意见.

基于性能的地震工程研究的新进展及对结构非线性分析的要求

结合国际地震工程界提出的新一代基于性能的地震工程的框架方法,重点阐述了性能评估中涉及的主要问题。对性能评估使用的静力非线性分析、动力非线性分析方法进行了总结,在此基础上详细阐述了在基于概率的性能评估中有应用前景的增量动力分析方法的概念、相关问题及其应用,并简要介绍了基于增量动力分析思想提出的一些简化方法。最后提出了今后研究的建议,特别是结构非线性分析方面的研究重点。

增量动力弹塑性分析方法的改进及其应用

本文主要对增量动力弹塑性分析(IDA)方法的两个方面作了改进:(1)以增量动力弹塑性分析方法的基本原理为基础,以快速非线性时程分析(FNA)方法为计算工具,形成快速增量动力弹塑性分析(FIDA)方法。(2)仅以IDA分析结果为基础,建立地震易损性曲线及地震破坏概率计算的离散型式。为了校验本文方法的可行性与有效性,应用增量动力弹塑性分析、模态增量动力弹塑性分析与快速增量动力弹塑性分析计算一个14层筒中筒结构试验模型,比较了用上述三种方法的计算误差与计算效率,比较了传统方法与本文方法计算该模型结构的地震易损性曲线的差别。

钢管混凝土拱桥的动力稳定极限承载力研究

从结构极限承载力的角度研究钢管混凝土拱桥在地震作用下的动力稳定性能。基于大型通用有限元程序ANSYS的应用平台,使用其APDL语言,采用B-R运动准则结合动态增量法(IDA)提出用特征响应寻求钢管混凝土拱桥动力稳定极限承载力的研究方法,分析地震动输入方向、结构几何非线性、材料非线性及其结构初始缺陷模式和大小对动力稳定极限承载力的影响,结果表明横向输入对拱桥稳定最为不利,材料非线性的影响比几何非线性影响大,几何初始缺陷会降低拱桥的动力稳定极限承载力,其中以反对称最为不利。最后,通过对一钢管混凝土模型拱桥的振动台试验的分析比较,表明该方法的正确性和工程适用性,可为系统研究钢管混凝土拱桥的动力稳定性能提供理论分析基础。

结构抗震分析的耐震时程方法

耐震时程法是一种新的生成地震加速度时程的方法,其典型表征在于随着持续时间的增加,地震动强度逐渐增大,且任一时程的反应谱曲线与目标反应谱吻合。采用非线性最小二乘函数合成了基于我国抗震设计规范反应谱的耐震时程曲线,并研究了该方法的精度和可靠性。以耐震时程曲线和7条地震动作为输入,对比分析了弹塑性SDOF体系和7层钢筋混凝土框架结构的响应特征。结果表明,耐震时程分析结果处于7条地震动增量动力分析结果的包络线之内,其结果宏观上表现为多个地震动输入结果的平均值;耐震时程法能有效地预测结构的抗震效应且计算效率高。耐震时程法将为不同类型结构的地震响应分析与预测,结构抗震动力试验输入,结构的抗震性能评估等提供一种新的分析手段。

输电塔结构的动力稳定性研究

作为一种重要的生命线工程,输电线路的破坏会造成巨大的经济损失。统计显示,风荷载作用下输电塔结构的动态侧倾失稳是输电线路经常发生的破坏形式之一。因此,对风作用下输电塔结构的失稳破坏进行研究有着十分重要的意义。本文应用谐波叠加法模拟脉动风场,分别采用Budiansky-Roth准则和动态增量法(IDA)结合位移相等准则这两种方法,基于ANSYS的非线性屈曲分析和时程分析模块,对沈阳某输电塔的抗风动力稳定性进行了研究。结果表明,风的动力特性对结构稳定性影响较大,现行规范中按等效静力风荷载进行计算是偏于不安全的。

地震作用特征对结构IDA曲线的影响分析

当前IDA曲线离散分析主要采用数值统计方法。为了从受力机理上对IDA曲线差异做出解释,通过反应谱正则化的调幅方法绘制结构等效弹塑性单质点的IDA曲线;并通过对实际结构的IDA曲线适当插值,以结构基底剪力和薄弱层层间侧移角为基准,比较了结构非线性发展沿高度分布特征差异。由此证明IDA曲线差异是由不同地震动的弹塑性谱特征差异以及沿结构高度作用分布特征差异共同构成。本文的分析在数值统计方法之外,形成了对IDA曲线离散特征分析新的分析思路。

大跨度钢管混凝土拱桥非线性抗震性能研究

基于OpenSees平台建立钢管混凝土拱桥动力分析模型,并与Midas Civil模型结果进行比对。通过一条强震记录下的IDA分析,得到钢管混凝土拱桥拱肋横桥向非线性地震性能,比较拱肋采用弹性梁单元和纤维梁单元两种模型的拱脚弯矩时程曲线和拱顶位移时程曲线,分析拱肋关键截面屈服机理,绘制它们的曲率IDA曲线和拱顶位移IDA曲线。研究结果表明:横桥向在强震作用下拱脚和拱顶不一定先屈服,而是在拱肋截面突变或有集中质量连接处,在设计时需重点考虑;随着地震动增大,先是与横撑连接处拱肋首先屈服,然后是拱脚和拱顶位置,最后向整个拱肋扩展,拱肋非线性性能良好,仍有一定的抗震储备能力。

基于CFRP加固的钢混排架厂房全寿命周期地震成本研究

采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)对坐落于我国西部具体地区的单层钢混排架工业厂房基于碳纤维布(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固前后的地震损伤和全寿命周期地震成本进行对比计算分析,研究中参考了中国抗震规范和美国太平洋地震工程研究中心(PEER)强震数据库后拟合建立了与分析地区地质场地条件接近的当地地震风险度概率模型。采用多参数混合加权推导计算出CFRP加固钢混排架柱厂房结构全寿命周期地震损失成本统计值,计算过程中的结构尺寸、材料强度、地震荷载等相关参数变量采用蒙特卡洛(Monte CarloSampling,MCS)随机样本法予以考虑,研究结果显示该地区CFRP加固单层钢混排架厂房结构全寿命周期地震成本统计中位值在5.75元/(年·m2),扣除加固材料成本及加工费用后较同类型未加固普通厂房全寿命期地震成本费用综合节省约16.5%,显示厂房采用CFRP加固技术后具有良好的全寿命周期地震成本经济性,同时CFRP加固后的厂房结构地震年平均成本直接费Co V统计偏差在1.35%～1.36%。

基于横撑非线性钢管混凝土拱桥抗震分析

基于OpenSees平台建立了钢管混凝土拱桥动力分析有限元模型,并与Midas Civil模型前五阶自振周期进行了校核.通过一条强震记录下的增量动力分析得出,拱肋3/8和5/8跨径处截面附近横撑单元最先屈服,并获得了大跨度钢管混凝土拱桥横撑非线性发展规律.分析了横撑构件采用线弹性和双线性两种本构模型时,拱脚、1/4截面和拱顶等拱肋关键截面的内力、位移结果,并对数据进行了分析比对.研究结果表明:钢管混凝土中承式拱桥在横桥向强震作用下,拱顶及拱肋与主梁连接处附近横撑均屈服.横撑采用双线性与线弹性本构模型相比,拱脚内力变化不大,拱肋1/4截面内力及拱顶内力和位移均减小,且随着横撑屈服单元增多,减小趋势越明显.

“依赖应变历史材料”结构动力松弛法静力分析中规避虚假应变历史的非线性弹性增量算法

针对SHDM结构(由依赖应变历史材料制成的结构)有限元非线性静力平衡方程组动力松弛法(DRM)迭代求解时的积分点应力更新步骤,提出非线性弹性增量算法,即在一个静力增量步内固定材料的加卸载路径,使之在该增量步内成为非线性弹性材料。该应力更新算法能使包括收敛解在内的迭代序列中不含虚假应变历史。此外,该算法还可避免静力解答精度依赖于静力增量步长的局限性。通过三个SHDM结构的数值试验对该算法进行了验证。该算法可望对SHDM结构非线性有限元静力问题DRM分析技术的发展起促进作用。

低架桥桁架结构在地震作用下的动力稳定性分析

低架桥空间桁架结构作为自动化码头运输环节中关键的一环,其在地震作用下的动力稳定性至关重要.考虑了材料非线性和几何非线性的双重非线性影响,使用基于B-R(Budianshky-Roth)运动准则的动态增量法分析了低架桥空间桁架结构在地震作用下的动力稳定性,得到了低架桥空间桁架结构动力失稳的临界载荷范围,并通过讨论指出,使用基于B-R运动准则的动态增量法在研究类似的具有稳定后屈曲路径结构的动力稳定性问题时,应当抛弃动力分叉的概念,而将重点放在把临界载荷确定在工程可以接受的范围内.

丰田电子开口机构原理分析及探讨

分析日本丰田电子开口机构的组成和工作原理,发现其开口机构采用的偏心轮四连杆开口方式并非理想的开口方式,该开口方式对运动传递的非线性使得伺服马达在综框开口运动启动段和停止段的加速度变化很大,不利于伺服马达对综框运动的控制,需要加上特殊的补偿方法才能获得理想的开口运动规律。设计了2种新型的按照线性或者近似线性方式传递运动的电子开口机构,数值分析和机构运动仿真结果表明新型机构具有比丰田现有机构更好的控制和运动传递特性。

基于地震易损性分析的平塘特大桥关键构件破坏顺序研究

为探究山区超高墩三塔大跨斜拉桥在地震作用下各关键构件(桥塔、支座、基础和桥墩)的破坏顺序,以在建的贵州平塘特大桥为工程依托,首先基于OPEENSEES软件建立空间有限元模型,然后基于概率理论建立斜拉桥地震易损性模型,最后以混凝土应变和支座相对位移为易损性指标进行增量动力分析,得到各构件易损性曲线,并基于各构件的易损性曲线对此类桥型的构件破坏顺序进行分析。研究表明:横向地震对该斜拉桥造成的破坏程度要大于纵向地震;在纵向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是中塔支座和边塔基础,在横向地震作用下桥梁结构最易发生破坏的是边塔支座和过渡墩基础。

地震作用下简支梁桥支座-挡块-桥墩相互作用研究

为了提高中小跨径简支梁桥的抗震能力,促进多级抗震设计思想的完善,以汶川地震中的寿江大桥为背景,构建了支座-挡块-桥墩相互作用分析模型,采用增量动力分析(IDA)方法,以挡块强度和墩高作为变化参数,研究了支座滑移、挡块限位和桥墩塑性三者之间抗震性能状态的耦合关系。研究表明:提高挡块强度可有效地控制支座的滑移,但会增大桥墩的曲率延性系数,且桥墩越矮,曲率延性系数增长越快;随着挡块强度的变化,支座滑移比的变化幅度明显大于桥墩曲率延性系数;随着墩高的增大,挡块的相对限位能力会提高;对于中小跨径简支梁桥而言,理想的抗震状态为:允许挡块破坏,使得支座出现小幅滑移,桥墩出现可修复的塑性损伤。因此,在挡块设计中,可优先考虑支座的限位效果,再综合考虑桥墩的地震响应,当桥墩为矮墩时,挡块的设计强度不可过大。

灌注桩的重复利用对水闸结构静动力的影响研究

从一个需拆除重建的水闸工程中老闸灌注桩的利用问题出发,采用有限元分析软件ADINA建立能反映水闸结构和地基土特点的三维有限元模型.详细研究了水闸在挡水工况下的静动力响应,对比有无老闸灌注桩2种情况下闸室结构的位移应力情况.结果发现,合理利用老闸灌注桩能够减小沉降,改善结构的应力分布,提高结构的抗震安全性能.