考虑瞬态热应变的钢筋混凝土板火灾反应分析

基于非线性温度场理论,编制了钢筋混凝土构件的温度场分析程序;通过对不同温度-应力途径试件力学行为的对比分析,说明了瞬态热应变的重要性,并提出双轴受压状态下瞬态热应变计算模型和瞬态模量的概念;根据大挠度板单元和热弹塑性本构模型,建立了钢筋混凝土双向板的有限元计算模型,对3块钢筋混凝土双向板的火灾行为进行数值模拟,分析了瞬态热应变和膨胀应变对其火灾行为的影响.计算结果表明,计算模型结果与试验结果吻合较好,验证了瞬态热应变模型的有效性,参数分析得出膨胀应变和瞬态热应变对钢筋混凝土双向板的火灾行为有重要影响.

高温下自密实混凝土的瞬态应变

针对掺加聚丙烯纤维的自密实混凝土,进行了温度应变、自由膨胀应变和高温徐变的试验研究以及差热及热重分析、环境扫描电镜和汞压力测孔法试验.分析了温度和应力水平对自密实混凝土瞬态应变的影响;结合微观结构的变化特征,研究了自密实混凝土的瞬态应变发展规律及其产生机理.结果表明,温度与应力水平是影响自密实混凝土瞬态应变的主要因素;自由膨胀应变与温度呈非线性关系;混凝土微观孔隙结构的变化是产生自密实混凝土瞬态应变的内在因素.

混凝土的瞬态热应变及其计算

为了模拟火灾中混凝土的瞬态热应变,提出2种方法:修改材料的热膨胀系数和修改材料的弹性系数.第1种方法以ABAQUS为平台,通过编制子程序修改材料的热膨胀系数.第2种方法通过理论推导,将瞬态热应变的计算转变为修改材料的弹性系数.算例结果表明2种方法均是合理的.

稳定和过渡工况下柴油机活塞顶面瞬态热负荷变化规律

发动机活塞热疲劳失效主要有稳定工况下周期性热冲击导致的高周疲劳失效和在冷启动、急加速、急减速等过渡工况下热冲击引起的低周疲劳失效两种形式。为探究柴油机活塞在不同工况下活塞的热负荷变化情况,该文以一款非道路用高压共轨柴油机为研究对象,基于活塞顶面瞬态温度试验测试结果,采用热-机解耦方法建立了稳定工况及冷启动、急加速和急减速等过渡工况下的活塞热负荷有限元仿真计算模型,分析了发动机在稳定工况、冷启动、急加速和急减速过程中活塞的热负荷变化规律。研究结果表明:稳定工况下活塞的热负荷波动现象仅出现在活塞顶面、火力岸和第一环槽位置,且热负荷波动幅值随着距离活塞表面深度的增加而逐渐减小,温度波动深度范围为3 mm;活塞周期性瞬态热应力波动主要发生在活塞顶面,其他区域波动较小,热应力波动深度范围为5 mm,最大热应力波动幅值出现在燃烧室喉口区域,达到32.3MPa。过渡工况下活塞的热负荷变化较大,其中:冷启动过程中活塞的热应力出现跳跃性急剧升高,随后又快速降低的现象,活塞热负荷的变化幅度较大,温度、热应力和热应变分别达到200℃、42 MPa和0.3 mm;急加速过程中活塞温度场、热应力和热变形都急剧升高,虽然活塞的温度和热应变的变化量相对较小,为140℃和0.12mm,但活塞燃烧室喉口热应力变化幅值达到93 MPa,易造成活塞热疲劳失效,从而对活塞可靠性和耐久性产生较大影响;急减速过程出现活塞各测点先短暂升高、后缓慢小幅度降低、并在200 s后趋于稳定的现象,急减速过程中活塞的温度、热应力和热应变的变化幅度均较小,最大变化量分别在30℃、10MPa和0.02 mm以内。研究结果可为高强化柴油机铝合金活塞设计提供参考。

基于ANSYS Workbench的百米U75V重轨热-结构耦合分析

基于传热学理论、摩擦分析理论、以及热弹塑性分析理论等,采用SolidWorks三维建模软件建立60kg/m重轨模型。采用ANSYS Workbench对重轨终轧后冷却过程进行热结构耦合有限元分析,揭示了温度场,应力场以及应变场分布情况及变化规律。结果表明,重轨总体温度分布轨头温度最高,轨腰温度次之,轨底温度最低;重轨出现弯向轨底-弯向轨头-弯向轨底-弯向轨头的变化过程,直到终冷重轨依旧保持着弯向轨头趋势;从整体看,重轨两端应力小于中段应力,轨底应力大于轨头应力,轨腰应力最小。

采用壳体应变—应力状态的体—壳过渡元

由于初始热应变表达式不当及不能完全实现泊松效应,以往建立的体-壳过渡元会导致不真实的大应力。本文采用壳体应变-应力状态作为过渡元中的应变应力状态,给出一种新的15节点体-壳过渡元列式,从而解决了以上两个方面的问题。算例表明了这种过渡元的有效性与实用性。本文方法既适用于其它类型的过渡元,对于其它处理体-壳组合结构的方法也有重要参考价值。

预应力混凝土梁板高温下非线性分析方法研究

针对预应力梁板在高温下的受力性能,通过理论计算研究了非线性分析方法在混凝土结构受火后力学性能分析中的具体应用。结果表明:对高温结构的内力分析,必须考虑热-力耦合作用,否则计算结果会存在较大误差;瞬态热应变是混凝土高温应变的主要组成部分,随升温过程产生,降温不可恢复,在温度超过前次最高温度时才累积变形;非预应力筋对分析过程影响较小,可采用理想的弹塑性模型进行简化计算;力法中的位移协调方程和割线刚度迭代法是分析高温结构内力变形的有效方法,通过迭代求解可以得到弯矩-曲率关系曲线。

基于安全阀火灾辐射的LNG全容罐瞬态热力耦合分析

为了防止LNG全容罐温度升高、LNG沸腾气化导致罐内压力升高,常采用安全阀释放罐内气体的方法来控制压力。在LNG蒸气释放过程中,若被点燃会发生火灾,LNG全容罐在火灾产生的温度应力和LNG气压等荷载作用下,有可能开裂、坍塌导致LNG泄漏,进而造成重大的安全事故。目前国内尚无相关规范规定,而国外的标准、规范也仅给出了一般性的条款,没有具体的计算公式。为此,阐述了安全阀火灾热辐射研发的必要性;探讨和建立了LNG全容罐的传导、强制对流、火灾辐射和内部空间自辐射,以及相互耦合的复杂三维瞬态热分析有限元模型,获得了瞬态热分析各个燃烧时间点的计算结果,并给出了合理的解释;最后将热学模型转换为力学模型,施加火灾产生的温度,组合气压和自重,经计算获得了LNG全容罐在火灾燃烧时限内的最大应变。结果表明,与混凝土的极限应变对比,储罐不会发生压碎坍塌。该研究成果为后续国内规范的编制和LNG全容罐结构优化设计奠定了基础。

高温下混杂纤维自密实混凝土管片试验研究及数值分析

为研究预加荷载对混杂纤维自密实混凝土管片高温力学性能的影响,对5块缩尺管片进行高温试验,获得管片炉温、混凝土温度、变形和破坏模式等发展规律。此外,基于ABAQUS软件,建立升降温混杂纤维混凝土各阶段本构关系计算子程序,重点分析了显(隐)式瞬态热应变和预加荷载等对试件位移和等效塑性拉应变的影响规律。结果表明:随着预加荷载增加,管片侧面裂缝数量变多且长度变小,外弧面裂缝数量变少,内弧面裂缝分布更均匀;纤维的掺入有助于降低裂缝平均间距以及管片拱脚处混凝土高温损伤。瞬态热应变对降温阶段管片等效塑性拉应变分布有重要影响,采用显式瞬态热应变时,管片等效塑性拉应变分布与试验裂缝区域较为一致。

轴对称平面应变问题的广义热弹性解

超常传热条件下,热扰动在介质内以有限速度传播,导致材料的热力学行为较在常规传热下具有很大的不同.本文围绕轴对称平面应变问题展开研究,借助于Laplace正逆变换及其极限特性以及贝塞尔函数的渐近公式,推导了基于不同广义热弹性理论模型下轴对称平面应变问题的热弹性解,并对包含圆孔的无限大轴对称结构在内表面受热冲击作用的广义热弹性行为进行了分析.研究发现,当热扰动以有限速度传播时,各物理场的分布呈现阶段性分布,且在波前位置处,温度场和应力场存在阶跃现象;对于各物理场的描述,L-S和G-N理论给出相近的结果,而G-L理论则在描述位移场和应力场的分布时给出了反常的结果.利用本文推导得到的热弹性解可以清楚地获取各物理场与特征参量之间的函数关系,并可以准确地捕捉到波前的阶跃行为,便于超常传热行为的理论分析.

升、降温火灾下混凝土瞬态热应变的计算

该文首先借助等效热膨胀系数将混凝土瞬态热应变转化为自由热膨胀应变;接着基于已有一维瞬态热应变模型和通用有限元程序的开放接口,自编程序实现了考虑升、降温火灾条件和三维应力状态下混凝土瞬态热应变的计算;最后利用相关试验数据对方法验证。结果表明考虑瞬态热应变,结构在升、降温阶段的变形会增大,且计算结果更接近试验值;进一步表明了采用等效热膨胀系数的方法考虑瞬态热应变的合理性。