考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法

刚性直棒法作为一种简单高效的输电导线风偏响应估算方法,在输电工程领域得到了广泛的应用,然而其适用对象仅限于水平风作用下的未覆冰导线,对于线路常遇的覆冰以及二维风荷载情况未能涉及。该文采用阵风荷载包络线法(GLE法)推导了二维等效静力风荷载的表达式,获得了考虑二维风荷载作用的导线风荷载调整系数,通过引入二维等效静力风荷载改进了现有刚性直棒法,改进后的刚性直棒法综合考虑了线路是否覆冰、二维风荷载、上升气流以及风的脉动效应。建立了某真型输电线路的精细化有限元仿真模型,采用覆冰导线气动力风洞试验结果和非线性数值仿真验证了改进后刚性直棒法的准确性。基于改进后的方法分析了竖向平均风速和导线覆冰厚度对风偏响应的影响。研究表明:考虑二维等效静力风荷载的导线风偏刚性直棒法是一种准确度明显提高的通用方法,能适用于常规的、覆冰的、有上升气流的多种工况下的导线风偏位移计算。

复合Mooney-Rivlin本构参数对轨道交通用橡胶减振件垂向静刚度的影响分析

选取合适的本构参数有助于提高橡胶小范围变形的有限元仿真的准确性。文章以轨道交通用某橡胶减振产品的橡胶体为研究对象,首先,利用哑铃型和等双轴试样拉伸试验获得橡胶的应力-应变曲线,拟合得到Mooney-Rivlin的本构参数;然后,利用Abaqus软件进行有限元仿真分析,分别考虑了单轴、等双轴和单轴+等双轴试验数据拟合得到的本构参数对产品垂向静刚度的影响,并与试验结果进行对比验证。结果表明,橡胶材料参数对橡胶减振产品的仿真结果有显著影响,复合Mooney-Rivlin本构参数能较好地预测产品垂向静刚度。

半刚构-连续箱梁桥动静载试验研究

桥梁动静载试验是检测桥梁结构安全的重要方法,可准确评价桥梁结构的受力性能和实际工作状态。文中依据JTG/T J21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》,对陶赖昭特大桥主桥进行动静载试验,测试桥梁结构的挠度、应变及动力特性,并与理论值进行对比分析。结果表明,桥梁处于弹性受力状态,强度及刚度满足设计要求,动力响应及动力特性良好。

FEM Simulation of Effect of Process Parameters on Static Recrystallization in 60SiMnA Spring Steel

Two-dimensional rigid-plastic finite element method (FEM) was used for simulation of the effect of process parameterson the static recrystallization of 60SiMnA spring steel using MARC/AutoForge 3.1 software. A thermo-mechanicalcoupled analysis was conducted considering the heat transfer between the workpiece, the roll and the environment,and the heat generation due to plastic work. The static recrystallization laws under different processing conditionsand the predicted distribution of the static recrystallization volume fraction on the deformation cross section arepresented.

混凝土夹芯复合板抗震性能试验研究

通过9片混凝土夹芯复合板的拟静力试验,对一种混凝土夹芯复合板在低周反复荷载下的抗震性能进行了研究,研究了高宽比、竖向压应力对墙板抗震性能的影响。结果表明:通过设置适当的连接件,能够保证混凝土夹芯复合板两侧混凝土面层整体工作,该种墙板具有良好的抗震性能;混凝土夹芯复合板具有较高的抗剪承载力,在水平荷载作用下最终发生正截面受压破坏,未产生剪切破坏;由于钢筋网强度较高,试件破坏时钢筋强度未得到充分发挥;墙板内的钢筋网对墙板的抗震性能具有重要影响,钢筋网应为完整的网片,不能由两片点焊拼接而成;混凝土夹芯复合板的延性与高宽比及竖向压应力有关,高宽比及竖向压应力越大,延性越好;墙板的水平抗侧承载力由正截面弯曲受压决定,其承载力可参照钢筋混凝土剪力墙计算,但计算时考虑到钢筋强度不能充分发挥作用,应将钢筋的强度乘以0.55的利用系数。

基于有限元的重型数控机床立柱结构创新设计与开发

针对重型数控机床轻量化设计中立柱刚度不足的问题展开研究。首先利用Pro/E重建重型数控机床立柱三维模型,然后将模型导入有限元分析软件中进行静力学、动力学和拓扑优化分析,最后在对立柱的整体结构进行二次分析重构,充分考虑主轴箱平衡系统对立柱的影响,并对边界条件进行处理与简化。由分析结果可知,重构后的立柱结构刚度得到明显提高,且质量减少,满足设计要求。

混合梁刚构桥钢-混结合段的构造优化与试验

为了研究钢-混结合段的破坏模式及承载力,为局部构造优化提供依据,采用有限元模型分析钢格室高度变化对结合段受力的影响,设计制作2个结合段缩尺模型,分别测试现有工程和优化后的结合段在压剪耦合作用下的受力性能,得到结合段的受压极限承载力和破坏模式。研究表明:钢格室高度的变化对结合段后承压板承担的轴力比例的影响不大;现有工程的结合段的极限破坏状态由钢梁过渡段控制,钢梁过渡段和结合段的安全储备系数分别为3.30和6.65;优化后的钢-混结合段,钢格室高度降低1/3,局部钢板厚度减小1/3,其极限承载力仍高于钢梁过渡段,且安全储备系数为5.58。在设计混合梁刚构桥的钢-混结合段时,建议合理降低钢格室的高度,且将U形开孔剪力板改为O形开孔剪力板,以提高对填充混凝土的面外约束效应。

多模式绳牵引刚柔结合夹持器设计与分析

为了解决夹持器难以稳定夹持轮廓复杂的易损异形物体的问题,以提高夹持器的自适应性和保护抓取能力,设计了一种包括绳索驱动系统和柔性铰链结构的绳牵引刚柔结合夹持器。通过设计夹持器的绳索路径实现多种抓取模式之间的相互转换。在载荷平衡方程的基础上对两种抓取模式进行静力学建模,得到输入力与输出夹持力之间的力学模型,并通过数值仿真和物理试验验证力学模型的正确性与夹持器的抓取性能。最后,分别对不同几何形状和不同刚度的抓取目标进行抓取试验,验证了夹持器自适应保护抓取的能力。

基于CAE的车架强度和扭转刚度分析

车架的静强度和扭转刚度是评价车架质量的重要指标。采用Creo软件建立车架的三维模型,利用Hypermesh和Abaqus进行有限元分析,研究了焊缝实际建模和焊缝用绑定接触建模分别采用质量单元和集中力加载对结果的影响。研究表明:焊缝实际建模和焊缝用绑定接触建模并不会影响车架的结构强度,但是会影响车架的整体扭转刚度;强度分析用质量单元或集中力代替配重件,对车架的结构应力结果没有太大的影响。

拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁框架静力性能研究

为解决传统钢结构梁柱节点焊缝过多、现场施工复杂等问题,提出一种全螺栓现场拼接节点。采用该新型拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁装配式半刚性节点,设计和制作了一个单层单跨门式框架,并完成了梁跨中静力加载试验和有限元分析,考察框架荷载-位移曲线、应变发展规律、破坏模式和承载机制,并通过有限元参数分析,研究带肋角钢厚度及长边尺寸、框架柱距、梁上荷载分布形式、柱轴压比对框架静力性能的影响规律。结果表明:钢框架试件遵循“梁跨中-梁端部-柱及节点区”的变形和破坏顺序。梁跨中应变最大,发生严重屈曲,梁端部及节点区除局部出现轻微变形外,总体应变较小。增设带肋角钢可使梁端塑性铰外移,有效地保护节点区各部件,其上加劲肋的设置是影响框架整体静力性能的关键因素,而带肋角钢厚度及长边尺寸对承载力的提高效果有限。框架柱在高轴压比下,受压侧壁应力较大,建议对该部位进行重点关注并适当采取加强措施。

梁–H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁–柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接子结构试件(RWUF)和全螺栓连接子结构试件(RWUT)。对两种子结构试件进行单调静力加载试验并分析其破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明:两种试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段(梁机制与悬链线机制的混合阶段),且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,RWUF在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展,直至丧失承载力,RWUT的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压,并发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升。基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。

引入弹性箔片对动压轴承静动态特性影响数值研究

随着高速透平机械的快速发展,应用其中的动压轴承也在不断与时俱进。但刚性表面动压轴承和弹性箔片动压轴承的轴承特性对比尚不充分,所以本文系统性地比较了两种轴承的静动态特性并总结各自的优劣及其适用环境。基于中心差分法将可压缩Reynolds方程离散化后,分别与两种动压轴承的气膜厚度方程进行耦合迭代,求解获得静态特性结果。在静态特性的基础上,应用小扰动法求解各自的动态特性参数。将这两种动压轴承的静动态特性参数进行对比研究发现,刚性表面动压轴承的承载特性要优于弹性箔片动压轴承,但影响轴承稳定性的偏位角却不如后者;且刚性表面动压轴承的动态特性参数在大偏心、高转速的工况下均要优于弹性箔片动压轴承,但由于没有弹性箔片的保护,在启停过程中磨损较为严重。

墩梁半刚性连接节点受力性能与计算方法研究

提出一种不传递弯矩的墩梁半刚性连接节点,开展12个分别考虑不同影响参数的足尺节点模型拟静力试验,对比研究节点传力机理,分析刚度变化规律;采用验证后的有限元模型开展主要影响参数扩展分析,通过数值拟合方法,建立考虑半刚性节点剪切刚度和抗弯刚度计算方法。结果表明:水平荷载作用下,节点先平动再转动,该构造能利用钢棒的弯曲能力和橡胶套的压缩能力来实现桥梁上、下部结构连接处的半刚接性能。橡胶套厚度与钢棒直径是影响半刚性连接节点剪切刚度和抗弯刚度的主要因素,同时钢棒的根数与节点剪切刚度和抗弯刚度成近线性倍数关系,钢棒高度和橡胶垫厚度对节点受力性能的影响可以忽略不计。随着钢棒直径增大,半刚性节点平动位移逐渐减小,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递增关系。随着橡胶套厚度增大,半刚性节点平动位移逐渐增大,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递减关系。考虑钢棒直径和橡胶套厚度双参数变化的刚度计算公式,可用于墩梁半刚性连接节点设计。

足尺柱承重模块化钢框架稳定承载力试验研究

为研究竖向荷载作用下柱承重模块化钢框架的受力性能、破坏机理及模块间节点对结构整体受力性能的影响,进行了模块间节点静力受弯试验与足尺2层单跨模块化钢框架竖向静力加载试验,分别得到模块间节点的刚度属性及模块化钢框架的整体稳定承载力与破坏模式。最后,考察了模块间节点对模块化钢框架结构整体性能的影响,并验证了结构稳定承载力理论计算模型与数值分析模型。结果表明:模块间节点的半刚性属性对模块化钢框架的稳定承载力影响较大,设计时应加以考虑;竖向荷载作用下模块化钢框架破坏模式为上下层模块角柱整体失稳;子结构模型能够较好地计算柱承重模块化钢框架的整体稳定承载力。

无浆填充墙框架抗震性能拟静力试验研究

为降低由于填充墙而出现的刚度增大效应,提升无浆填充墙框架整体耗能能力,设计了一种无砂浆填充墙框架结构,进行了无浆填充墙框架、有浆填充墙框架与相应RC纯框架结构的拟静力试验,比较了不同填充墙结构形式下的骨架与滞回曲线、刚度、强度退化曲线及耗能能力。研究结果显示:无浆填充墙框架结构在弹性阶段耗能良好,附加给框架结构的刚度很小;在强度退化方面,无浆填充墙框架结构较有浆填充墙框架结构好;无浆填充墙框架结构具有良好的抗震性能。

金属网在刚性弹头静压下的力学性能分析

金属网是由高强钢丝编织而成的三维网状结构,在近程武器(如火箭弹、迫击炮弹)拦截中应用广泛。为研究分析金属网与弹头间相互作用的力学性能,结合金属网的实弹拦截试验情况和破坏特点,设计了刚性弹头加载装置和金属网静压试验平台,开展了刚性弹头加载装置静压金属网的力学性能试验研究。结果表明:在受到加载装置向下静压的过程中,金属网整体上呈现漏斗型变形,金属网中与弹头接触部分的菱形网孔呈现逐步接近于弹头剖面形状的变形;金属网的破坏位于与弹头接触部分的菱形网孔中钢丝交叉节点处。依据试验现象及相关结果的研究,推导了刚性弹头静压金属网临界荷载的理论计算方法,分析了误差产生的原因,理论方法与试验获得的静压临界荷载吻合较好,误差在±10%以内。研究成果可为金属网拦截弹体的初步设计提供参考。

基于Cosserat理论的仿生鱼骨连续型机器人静力学分析

连续型机器人具有良好的灵活性、柔顺性和人机安全性等优点,受生物鱼骨结构启发,提出了结构紧凑、质量轻、灵活性高的仿生鱼骨连续型机器人。但多节垂直交叉的刚柔软耦合结构模式使仿生鱼骨连续型机器人静力学的精确建模难度增加。本文基于Cosserat理论考虑了驱动绳索和弹性骨干的耦合作用对该机器人进行静力学分析,建立了仿生鱼骨连续型骨干的Cosserat-rod模型和驱动绳索的Cosserat-string模型以及二者的耦合模型,预测了一节仿生鱼骨单元以及垂直交叉串联布置的两节仿生鱼骨单元的变形规律。理论与实验结果相比,理论值误差在1.5 mm之内,为其长度的1.2%。本文为绳索驱动的刚柔软耦合连续型机器人的静力学建模提供了理论参考。

半挂牵引车车架的疲劳分析及结构优化

为准确复现某半挂牵引车车架铸造横梁试验场失效模式并提升结构可靠性,对典型工况静强度进行了分析;通过对比仿真结果与应力试验,验证了有限元模型准确性并发现了结构薄弱点,对结构进行了优化设计;建立了刚柔耦合的整车虚拟样机模型及试验场扭曲路面,提取了车架连接处载荷,结合惯性释放的方法完成了两种方案车架疲劳寿命计算,并进行了两种方案扭转疲劳台架试验。结果表明:改进方案在典型工况静强度、基于扭曲路面的虚拟疲劳寿命及基于台架试验的扭转疲劳寿命等方面均有较大提升,验证了改进方案的有效性。

MC劲性复合桩在硬土层中应用的试验研究

结合MC劲性复合桩在硬土层中应用的工程实例,通过静载试验得出,MC劲性复合桩具有较大的竖向承载力优势。M桩取芯检测表明,软土层中成桩效果较好,较硬土层中成桩效果较差。基于此,认为在较硬土层中,桩侧阻由M桩承担,端阻由C桩承担。将动静对比分析得到的预制桩平均侧阻力和端阻力分别代入MC劲性复合桩中,计算极限承载力值介于2 886~3 335 kN之间,较常规桩竖向抗压承载优势明显。针对现行规范中MC劲性复合桩计算端阻力偏低,不适用硬地层的情况,提出了端阻力计算改进公式,侧阻力计算仍用原规范方法。改进后的方法在不影响侧阻计算的前提下,可以明显改善端阻力计算结果。限于各种原因,MC劲性复合桩静载试验没有得到极限承载力,通过高应变进行动静对比试验反推的结果,虽然符合端承摩擦桩的承载规律,端阻比例也在合理范围内,改进的方法虽然比规范方法更容易提高桩端阻力,但准确性和普适性还需进一步验证。

悬挑公路面公铁两用铆接钢桁梁桥次应力分析

钢桁梁设计中常将节点简化为完全铰接状态,但实际节点具有一定约束能力,在杆端会产生一定的次应力。本文以京九铁路赣江南桥悬挑公路面公铁两用的铆接钢桁梁桥为例,建立有限元模型,通过调整节点连接刚度(约束),分析次应力的变化对杆件受力的影响。有限元分析结果表明:随着节点刚度的增强,各杆件产生的轴向应力随之减小而次应力随之增大,在荷载作用下竖杆产生次应力,以面外弯曲应力为主,其余杆件则以面内弯曲应力为主。同时,荷载试验结果与有限元分析结果一致。虽然竖杆实测次应力系数较大,但考虑次应力系数后承载能力仍能满足设计要求。