Experimental and Numerical Studies of Failure Modes and Load-Carrying Capacity of Through-Diaphragm Connections

Shear failure in panel zones and plastic hinges in steel beams are the two major failure modes of connections between concrete-filled steel tubular(CFST) columns and steel beams. To investigate the behavior of this type of connection in both modes,two through-diaphragm connections were tested under cyclic and monotonic loadings and the load-carrying capacity,ductility,and strength of degradation of connections were discussed. Using ABAQUS software,we developed nonlinear finite-element models(FEMs) to simulate the load-carrying capacity and failure modes of the connections under monotonic loading. The finite-element(FE) analysis and test results showed reasonable agreement for the through-diaphragm connections,which confirms the accuracy of FEMs in predicting the load-carrying capacity and failure modes of connections. Based on the validated FEM,a parametric study was then conducted to investigate the infl uence of the thicknesses of the tube and diaphragm on the load-carrying capacity and failure modes of these connections. The results indicate that the strength,stiff ness,and load-carrying capacity are infl uenced less by the thickness of the diaphragm,and more by the thickness of the steel tube. According to the FE analysis results,it can be found that the critical condition between the two failure modes is determined by the shear resistance and bending resistance.

循环位移荷载作用下路基动力响应特征

以实际填土路基为原型,通过ABAQUS软件构建了动荷载-路基耦合三维仿真模型,分析在循环位移荷载作用下路基表面以及内部的动力响应特征。结果表明:路基表面的动应力随着水平距离的增加而减小,随着加载位移的增加而增加,且随着加载位移幅值、频率的增加由递增趋势逐渐转变为先增后减的趋势;在路基内部垂直方向,加速度峰值在加载位移及频率较小的时候随着深度的增加而递减,然后随着加载位移及频率的增大,逐渐演变为先增后减的趋势,其转折点位于路基表层与下层土体的分界处。

煤矸石的动力特性试验研究

为了分析煤矸石用作高速公路路堤填料的技术可行性,采用固结不排水中型动三轴试验,对煤矸石的动强度、动应变、阻尼比及循环荷载下的动力特性等进行了试验研究.结果表明, 煤矸石的动应力动应变曲线可用双曲线拟合,试验还获得了双曲线动力本构模型的具体形式及参数;根据循环荷载下轴向变形的累计特性,提出了改进的渐近屈服面弹塑性模型.该试验成果可用于煤矸石路堤的动强度、动变形及循环荷载下累计变形的计算.

任意移动荷载列作用下简支梁桥竖向振动响应解析分析

采用振动理论推导欧拉-贝努利梁在任意移动荷载列模型作用下其竖向振动的解析表达式。在表达式中综合考虑列车移动速度、所选取的振型阶数、简支梁自身的质量和刚度以及体系的阻尼比对简支梁竖向动力响应的影响。并用MATLAB语言编程计算,对结果的正确性进行校核。以京沪高速线路上32 m简支梁桥为例,分析简支梁桥在8辆ICE3动车编组的荷载列作用下的竖向动力响应。计算结果表明,该方法能够模拟桥梁在间距、大小均任意的移动荷载列作用下的竖向振动。解析结果应用于高速铁路的初步设计及对最大振动能级进行评估时可快速得出可靠结果。

砰击载荷作用下板结构动力响应的参数分析

对板结构在砰击这一瞬态载荷作用下的动力响应进行参数分析 .在进行动力响应计算时 ,考虑材料的弹塑性 .分析的参数有 :压力峰值、附加质量、结构刚度、载荷作用时间和连续砰击次数 .通过有限元方法进行分析 ,为船舶设计提供有用的建议 .

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点动力循环加载性能分析

进行了4个附设黏滞阻尼器及2个未附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点在动力循环荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线,分析其延性、耗能能力等力学性能。结果表明:附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点试件滞回曲线饱满,延性及耗能性能良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对试件进行数值模拟分析,研究附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点的承载力、延性等性能;非线性模拟分析得出的结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对该类构件进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼器关键参数等对其力学性能影响。结果表明:随混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼系数提高,试件承载能力逐渐增大;随轴压比及混凝土强度增大,试件的承载力虽有提高,但试件延性逐渐降低;提高方钢管屈服强度,试件延性增大;随着阻尼指数的增大,试件的承载力和位移延性呈现出先上升后下降的特征。表明要提高附设黏滞阻尼器试件的抗震性能,应合理选择黏滞阻尼器的性能参数。

冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。

空间框架结构动力不稳定区域的确定

讨论了大型空间框架结构在周期性载荷作用下动力不稳定区域的确定，提出了求解非齐次方程的方法，使动力稳定性分析的范围得以扩展。

湖相软土动力特性影响因素敏感性分析

考查动应力幅值、振动频率和围压3个因素,进行3因素3水平的正交试验设计,根据正交设计方案进行动三轴试验,研究了循环动荷载下湖相软土的轴向累积应变、动孔隙水压力和动弹性模量等动力特性,并通过敏感性分析探讨了各加载因素对软土动力特性指标影响的显著性。结果表明,动应力幅值对软土轴向累积应变、动孔隙水压力和动弹性模量的影响均十分显著,围压为影响轴向累积应变和动弹性模量的次要因素,而影响动孔隙水压力的次要因素为振动频率。

电动钉枪性能试验台加载机构动力学仿真

电动钉枪性能试验台由5部分组成,其中加载机构是其关键机构。文章通过分析试验台加载机构工作原理,用ADAMS仿真软件建立了加载机构虚拟样机模型,通过对样机模型的仿真,来验证加载机构能否满足其设计要求。然后,用参数化分析的方法,分析了加载机构动力学特性,最终得到加载弹簧预紧力和样本钉枪植入力之间的关系。

循环荷载作用下软基上大圆筒结构弹塑性有效应力分析

采用隐式积分算法将改进的剑桥弹塑性动力本构模型引入大型通用有限元软件ABAQUS,对循环荷载作用下软土地基与大圆筒结构耦合系统的失稳破坏机理进行了探讨。与前人的循环三轴试验结果比较表明,该模型可以合理的模拟软黏土在循环荷载作用下的变形、孔压累积效应。进而基于忽略土骨架和孔隙水惯性效应的广义Biot固结理论的简化形式,建立软基上大圆筒结构的有效应力分析模型,探讨不同幅值循环荷载作用下结构的不同变形模式以及失稳机理。计算结果表明:当循环荷载幅值较大时,大圆筒结构与地基耦合系统的瞬时位移较大,而残余变形相对较小;而当循环荷载幅值较小时,大圆筒结构与地基耦合系统的残余位移相对较大。

基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型

利用土体的塑性流动理论,提出了用于描述饱和砂土动力反应性质的弹塑性本构模型。土体总的变形由三部分组成:即弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变。土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映。该模型能够较为准确地描述饱和砂土在单调加载和循环加载条件下的反应性质。

消能支撑框架结构的研究与应用

对几种型式的消能器进行了减震机理分析 ,对消能支撑框架模型进行了低周反复荷载试验和振动台试验 ,编制了非线性有限元分析程序和弹塑性时程分析程序 。

重复荷载作用下加筋挡土墙的疲劳寿命分析

疲劳分析是要确定加筋土挡土结构的疲劳寿命,通过输入不同幅值和频率的正弦波激励,探讨了重复荷载作用下模型挡墙的动力特性与疲劳寿命规律。试验结果分析表明,三种加筋结构的疲劳寿命与其应力幅值均成线性关系,格宾加筋挡土墙的对数疲劳寿命随应力幅的变化的敏感程度比土工格栅加筋挡土墙的要低。试验分析结果有助于揭示挡墙在重复荷载作用下的失稳机制,为加筋挡土墙工程设计提供有益的参考。

通过空间系绳系统返回载荷到地面的误差分析

分析了利用空间系绳系统返回载荷到地面目标点的过程中,由于展开过程中有可能的误差导致着陆点的偏差。首先给出了从系绳展开、自由摆动、切断系绳后进入低轨道,最终进入大气层到落到地面整个过程模型和计算过程;通过载荷整个运动过程中的数据给出星下点轨迹,并给出在没有任何误差情况下,使载荷着陆到目标点上所需要的开始释放系绳的轨道位置;在以上结果的基础上,最后给出当轨道高度、轨道偏心率或者剪断系绳的时机出现一定误差的情况下,载荷返回到地面的偏差范围。

框架结构的动力不稳定区域确定方法探索

本文讨论了空间框架结构在周期性载荷作用下动力不稳定区域的确定方法,利用非齐次方程的转化求解,分析动力不稳定区域,从而扩展了动力稳定性的分析范围。

无损评价固体板材疲劳损伤的非线性超声兰姆波方法

从理论上分析了采用非线性超声兰姆波方法准确评价固体板材疲劳损伤的可行性。对于未承受周期性载荷作用的航空铝板,采用已建立的超声兰姆波实验系统测量了在其中传播的超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线,并对所测得结果给予了合理的物理解释。对两块给定的航空铝板试件施加拉-拉疲劳载荷作用,在超声兰姆波具有强烈非线性效应的条件下,对于不同的载荷循环次数,分别对两试件中超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线进行了测量。结果表明,在板材疲劳损伤的初期,超声兰姆波基波的应力波因子随循环次数的改变并不明显,且与循环次数的对应关系也不确定;然而,在周期性载荷作用的最初阶段,超声兰姆波二次谐波的应力波因子随循环次数的变化非常显著,并表现出明显的单调对应关系,表明超声兰姆波的非线性效应及相应的超声兰姆波二次谐波的应力波因子,可望能为固体板材早期疲劳损伤的准确评价提供一条有效途径。

功能梯度石墨烯增强复合材料拱在脉冲荷载下的动力屈曲分析

采用有限元方法分析了矩形脉冲荷载作用下功能梯度石墨烯增强复合材料拱的动态力学响应,提出了通过参考比较拱静态屈曲路径和拱动态位移响应峰值来判断拱动力屈曲荷载和临界时间的方法。在此基础上,通过参数研究,详细分析了GPLs分布模式、质量分数、形状尺寸及荷载持续时间对拱动态响应的影响。结果表明:很少掺量的GPLs即可显著提高拱的动力屈曲荷载,X型GPLs分布模式对拱动力稳定性的增强效果最好,在其他参数不变的情况下,表面积越大且厚度越薄的GPLs的增强效果越明显。

传统风格建筑钢-混凝土组合结构枋-柱节点承载力及有限元分析

为研究传统风格建筑的钢-混凝土组合结构枋-柱节点的力学性能,本研究完成了2个典型传统风格建筑枋-柱节点试件的快速动力加载试验,分析了试件的恢复力特征曲线、骨架曲线、承载能力及延性性能等力学特征.结果表明:采用钢-混凝土组合结构的传统风格建筑具有优良的抗震性能,与单梁-柱节点相比,双梁-柱节点的承载力较高,约为前者的1.47倍,且其滞回曲线更饱满,但其延性性能较单梁-柱节点的延性性能低16.7%;总体上,双梁节点与单梁节点的开裂特征点值相差较小.基于试验结果,采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,对试件进行了参数分析,对比分析了轴压比、钢管强度及混凝土强度对其力学性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,随着轴压比增大,模型结构的承载力随之增大,而当轴压比较大时,模型结构的承载力变化不显著;随着钢管及混凝土强度的增加,试件的承载力逐渐增大;本研究结果可为传统风格建筑在实际工程中的应用提供有益的参考.

周期性载荷作用下船舶推进轴系运行状态的数值仿真

针对船舶推进轴系运行状态描述、规律分析等问题,首先通过理论分析及推导方法,建立周期性载荷作用下船舶推进轴系运行数学模型,再以某64000吨散货船为研究对象进行数值模拟仿真计算,利用仿真计算结果和实船测试数据进行对比分析,对船舶推进轴系动态运行状态、特征及其规律进行讨论与分析,验证了周期性载荷作用下船舶推进轴系运行数学模型的准确性。