基于SBFEM的剪切型裂纹动态开裂模拟

剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部宏-微观损伤模型的剪切型裂纹动态开裂模拟方法,定义了基于偏应变概念的物质点对的正伸长量,可作为预测剪切型裂纹扩展行为的动态开裂准则,一点的损伤定义为该点影响域范围内连接的物质键损伤的加权平均值,而物质键的损伤则与基于偏应变概念的物质点对的正伸长量相关联,并引入能量退化函数建立结构域几何拓扑损伤与能量损失之间的关系,将拓扑损伤与应力应变联系起来,通过能量退化函数修正了SBFEM的刚度系数矩阵,得到了子域在损伤状态下的刚度矩阵,推导了考虑结构损伤的SBFEM动力控制方程,采用Newmark隐式算法对控制方程进行时间离散.最后,通过3个典型算例验证了建议的模型可较好地模拟剪切型断裂问题,能够很好地捕捉剪切型裂纹的扩展路径,并得到较为准确的载荷-位移曲线.

多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法研究

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法,首先分析了支撑刚度与结构临界承载力之间的关系,推导了层临界支撑刚度计算公式,接着利用弹簧-摇摆柱力学模型推导了任意支撑下框架柱临界刚度比系数计算公式,然后将各楼层的有效抗侧刚度及荷载刚度进行楼层间的组装,将求解剪切型支撑钢框架的临界承载力转化为求解结构的楼层有效抗侧刚度,最后基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接求解多层剪切型支撑钢框架临界承载力的计算公式,该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,有效地弥补规范尚无法求解弱支撑钢框架柱计算长度系数的不足。

一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器及其性能分析

为解决传统剪切型金属阻尼器耗能形式单一,剪切腹板易过早发生局部屈曲的问题,设计了一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器。该阻尼器主要由剪切腹板和防屈曲耗能件组成,防屈曲耗能件分布于剪切腹板两侧,上下两端与固定架相连。为考察其耗能和防屈曲能力,本文以传统的剪切型阻尼器试验模型为参考,利用ABAQUS有限元分析平台建立了14组阻尼器数值模型,分析了防屈曲耗能件的截面形状、使用材料的类型及与固定架间的连接方式等对阻尼器性能的影响,并采用刚度退化系数和等效黏滞阻尼比为评价参数衡量新型阻尼器的抗震性能。结果表明,设置了防屈曲耗能件的新型阻尼器其剪切腹板的最大面外位移与传统阻尼器的比值低于1/4,防屈曲耗能件与剪切腹板的最大屈服位移比超过3∶1,可以有效防止剪切腹板过早发生屈曲,具备多阶段耗能的能力。相比于传统无防屈曲耗能件剪切型阻尼器,此类阻尼器耗能能力强、滞回性能稳定、具备较好的抗震性能,可以满足实际工程结构的抗震设计要求。

折弯翼缘剪切型钢板阻尼器力学特性研究分析

针对目前剪切型钢板阻尼器翼缘根部焊缝处容易断裂问题,本文试验模型采用一种折弯结构形式的翼缘,并提出一套适用于折弯翼缘剪切钢板阻尼器的基本性能参数(弹性刚度、屈服荷载、屈服位移)理论计算式;然后通过Abaqus有限元建模,模拟阻尼器单调加载和滞回受力性能,模拟结果显示腹板应力分布均匀,全截面基本屈服,阻尼器整体稳性良好;最后对设计的阻尼器进行足尺试验,包括阻尼器的基本力学和疲劳性能,基本力学试验中滞回曲线面积饱满,且与模拟滞回曲线吻合度高,试验结果表明阻尼器屈服承载力、屈服位移和弹性刚度的计算值、有限元分析值和试验结果基本吻合,最大误差为5.83%;低周疲劳试验结果表明折弯结构有效解决了翼缘端部的断裂失效问题,提高了阻尼器的抗疲劳性能,且疲劳曲线平滑饱满,重合度高,表明其疲劳稳定性好,耗能能力强。

城市轨道交通剪切型减振扣件区段钢轨波磨测试与预测

城市轨道交通运营过程中会出现钢轨波磨,在剪切型减振扣件区段较为严重。为了预测剪切型减振扣件区段钢轨波磨的发展,对某地铁线进行了为期16个月的跟踪测试,并分析了钢轨波磨的1/3倍频程谱、移动波深幅值峰-峰平均值(PPR)及发展规律。测试结果表明,PPR在波磨的发展上具有良好的可重复性,可用于预测钢轨波磨的发展趋势。然而由于波磨形成的机理复杂,基于传统力学机理特征很难得到普适性的预测方法。基于机器学习的理论,提出了一种改进多项式扩展线性回归模型的钢轨磨耗预测方法。结果表明,所提出的预测方法在移动峰-峰值平均值(PPR)预测方面的均方根误差为4.246μm,超限率误差为5.42%。改进的多项式扩展线性回归模型在钢轨波磨预测中具有较高的准确性和预测能力。

新型抗剪切型有机硅消泡剂的设计合成及其应用研究

本研究专注于抗剪切型有机硅消泡剂的设计、合成与实验研究。通过精心设计的分子结构,并选用活性强的酮氧硅烷作为主要消泡成分,成功制备出一种消泡效果卓越、抗剪切稳定性优良的消泡剂。实验结果表明,该消泡剂在实际应用中展现出强大的抗剪切能力,能有效消除液体中的泡沫,并显著减少泡沫残余量。其独特的结构设计使得消泡剂在强剪切环境下仍能保持出色的消泡效果,为化工生产中的泡沫控制提供了新的解决方案。此外,我们还探讨了该消泡剂在几种典型工况下的消泡效果,发现其消泡率和抗剪切性在工况中都表现出色。这项研究的结果对于制备高效抗剪切消泡剂和优化现有消泡剂的性能有着深远的应用价值。

振动台试验双向层状剪切型连续体模型箱设计及测试

为研究非一致地震激励下土箱边界对埋地油气管道振动台试验的影响,该文章在国内外研制振动台用模型箱的基础上,设计了适用于该试验用的双向层状剪切型连续体模型箱,该模型箱是由层叠式框架箱体、滚动滑移机构、限位滑移机构以及伸缩机构等组成的三维结构体系。运用有限元分析软件ABAQUS对设计的模型箱进行振型分析,并利用振动台试验结果与数值模拟结果对照,探究在一致、非一致地震激励下模型箱的适用性及稳定性。分析结果表明:设计模型箱的自振频率与箱-土的自振频率相差较大,即模型箱对模型箱内土体的自振特性影响较小;同一深度处不同测点的土体加速度时程曲线吻合程度较高,即模型箱的边界效应较小;不同高度处的土体位移时程曲线波动幅度较大,即模型箱的层间剪切变形能力效果较好;同一高度处箱体两端的位移时程曲线表现出明显差异性,即箱体两端的错动变形效果理想。故该文所设计的双向层状剪切型连续体模型箱能够实现剪切变形效果和降低模型箱边界效应的影响,该模型箱的研制为今后研究埋地管道的地震响应问题提供坚实保障。

连梁低屈服点钢剪切型阻尼器力学性能研究

连梁低屈服点钢剪切型阻尼器实际处于多种荷载组合作用下,针对连梁低屈服点钢剪切型阻尼器只考虑了剪力的现象,通过ABAQUS对阻尼器施加纯剪切作用、轴向–剪切作用、弯矩–剪切作用,改变阻尼器材料,将公式推导与有限元模拟相结合,研究轴力、弯矩对阻尼器力学性能的影响。研究结果表明:轴力会使阻尼器提前进入屈服,对阻尼器耗能能力影响较小;弯矩的存在会降低阻尼器的屈服荷载、极限荷载,增强阻尼器的耗能能力;材料改变对阻尼器力学性能影响不显著。

全球最大规格剪切型密炼机下线

据报道,2023年5月4日,中国中化控股有限责任公司旗下益阳橡胶塑料机械集团有限公司(以下简称益阳橡机)自主研发生产的国内首台、全球最大规格剪切型密炼机在湖南益阳成功下线。“作为全球最大规格的剪切型密炼机,GN 700剪切型密炼机主要用于大型轮胎和普通胶料的混炼或再炼,能满足大型轮胎厂的生产工艺技术需求,具有绿色环保、高效节能的特点。”益阳橡机总工程师、首席专家彭志深说。

基于ABAQUS/FE-SAFE的剪切型软钢阻尼器疲劳分析

为研究剪切型软钢阻尼器的疲劳性能,基于非线性分析软件ABAQUS对剪切型软钢阻尼器进行建模并对其进行拟静力循环加载分析,根据得到的应力分布云图和等效塑性应变云图确定其危险位置;分析了在实际工程应用条件下阻尼器产生薄膜效应的原因,及其对耗能性能及疲劳性能的影响。在拟静力分析结果的基础上,运用FE-SAFE软件对剪切型软钢阻尼器进行超低周疲劳寿命分析,得到阻尼器的危险部位以及对数寿命云图,分析结果可为后续相关阻尼器构造设计和优化提供参考。

振动台试验叠层剪切型土箱的研制

在总结国内外振动台试验用土箱的基础上,研制了一个15层叠层方钢管框架并辅之以双侧面钢板约束的叠层剪切型模型土箱,钢管框架层间相对运动和垂直振动方向两边界的自由运动大大削弱了土箱边界效应。平行振动方向土箱两侧安装4根立柱,立柱上安装与土箱侧壁接触的若干轴承以限制箱内土体的转动。采用正弦波激振的扫频法测量了模型土箱的自振频率,与ABAQUS软件模拟的计算结果基本一致;采用脉冲信号激振的自由振动法,测量了土箱的阻尼比;进行了正弦波和地震波激励的自由场地振动台试验研究,测试了模型地基地表和1m深处的加速度时程,提出边界效应指数作为衡量土箱边界效应的指标并对几种土箱进行了比较。结果表明:设计的叠层剪切型土箱能较好地模拟自由场地的边界条件,比较理想地削弱了边界上地震波的反射或散射效应。

北京地铁剪切型减振器扣件钢轨波磨治理的试验研究

北京地铁近年来投入运营的几条线路中，剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象，经过大量的调查和测试分析发现：剪切型减振器扣件轨道系统在200-400Hz频段内的轮轨共振效应是引发钢轨波磨的主要原因。为了抑制波磨发展，在剪切型减振器扣件内增设橡胶垫块，并在北京地铁10号线选择两个试验段进行了现场试验，对两个试验段的钢轨走形带粗糙度进行了为期6个月的跟踪测试。测试结果表明：在剪切型减振器扣件内增设橡胶垫块有效地控制了钢轨波磨的发展，并在一定程度上起到了消减钢轨波磨的作用。

调频式钢轨阻尼器对剪切型减振器轨道动力特性的影响

为了探讨采用调频式钢轨阻尼器（TRD）整治剪切型减振器轨道结构区间异常钢轨波磨的可行性,在长25 m的轨道试验平台上采用锤击试验测试了安装TRD前后剪切型减振器轨道的结构动力特性。结果表明：安装TRD可以优化150~400 Hz频段内剪切型减振器轨道结构的频响特性与钢轨的竖向振动衰减率。一方面,TRD降低了此频段内的钢轨频响函数峰值,而该频段内的轮轨共振被认为是导致剪切型减振器轨道钢轨波磨产生的主要原因。另一方面,TRD使钢轨竖向振动衰减率提高了4倍~8倍,抑制了竖向振动沿钢轨纵向的传播;不仅如此,安装TRD后,钢轨的水平向振动衰减率大于原剪切型减振器轨道,即提高了轨道系统沿钢轨纵向对钢轨水平向振动的衰减能力,增强了对钢轨横向振动的约束,在一定程度上增加了轨道的横向稳定性。

地铁剪切型减振扣件地段钢轨波磨成因与治理措施

针对采用剪切型减振扣件的地铁线路上出现的固定波长的钢轨波磨现象,通过现场测试与室内试验相结合的方法,对其产生的原因及治理措施进行研究.结果表明：这种钢轨波磨现象的产生与该轨道结构形式下钢轨的垂向动力响应特性密切相关;采用剪切型减振扣件地段的钢轨动力响应曲线在180～230和250～320Hz范围内出现共振敏感点,与60km· h^-1车速引起的激振频率相吻合,从而引发了相应固定波长的钢轨波磨现象;为抑制钢轨波磨的发展,选用静刚度和减振性能相近、上铁板直接作用在橡胶垫板上的压缩型减振扣件替换剪切型减振扣件,使轨道结构的动力特性改变,从而大幅降低了在180～210Hz频率范围内轮轨的相互作用;经过近1年的观测,30～100mm波长范围内的移动波深峰—峰平均值最大减少约为20 μm.

基于能量概念的剪切型多自由度体系弹塑性地震位移反应分析

基于能量概念进行结构动力分析能更清楚的揭示结构抗震性能的本质。介绍了基于能量准则的结构抗震设计概念和有关研究状况。同时根据地震作用下剪切型多自由度结构体系的弹性及弹塑性时程分析结果,研究了能量在楼层间分布的特点,指出了能量集中的现象和原因。并且根据大量分析结果,给出了楼层能量集中的规律及相关因素,并采用等往复振动能量准则建议了能量集中楼层的弹塑性位移计算方法。

短剪切型消能梁段的力学性能及其影响因素研究

已有研究表明,长度比小于1.0的短剪切型消能梁段与普通剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角存在较大差异。该文基于Q235和Q345钢材,设计108个考虑加劲肋间距、翼缘与腹板面积比、翼缘强度和跨高比等因素的模型,并采用与已有试验结果对比验证的有限元分析方法,详细研究短剪切型消能梁段的力学性能及各因素的影响规律。结果表明,短剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角分别能达到1.90和0.13,加劲肋间距系数和翼缘宽厚比可分别放宽至40和10(235/f_y)^(1/2)。另外,增大翼腹比可有效提高短剪切型消能梁段腹板受剪屈服后的承载力,但改变翼缘强度和跨高比对其性能无明显影响。

一种剪切型铅阻尼器及其在某火电厂房中的应用

首先介绍了一种新型剪切型铅阻尼器,该剪切型铅阻尼器构造简单、制作成本低,性能试验表明,该阻尼器能够提供与常规剪切型铅阻尼器相近的滞回曲线。然后介绍了该剪切型铅阻尼器在某火电厂房减震控制中的应用,在小震作用下,阻尼器能够为结构提供2%附加阻尼比,非线性时程分析对此进行了验证,在大震作用下,通过Pushover分析表明,安装阻尼器后的结构具有很好的抗震性能,在震后可继续使用。

板式剪切型铅阻尼器的试验研究及有限元分析

提出一种新型的剪切型铅阻尼器,该装置中铅块直接嵌于滑动钢板与固定钢板的凹槽之间,构造简单。基于性能试验和有限元分析对该装置的滞回性能及关键参数进行了研究,研究结果表明:该阻尼器的滞回性能可以采用双线性模型加以模拟;阻尼器屈服阻尼力由铅块的剪切面积决定;加载曲线中弹性阶段与完全塑性阶段之间的过渡弧段的曲率半径与剪切铅块的长厚比成反比。

用于高压电气设备的剪切型铅减震器性能影响研究

作为重要的电气设备抗震技术产品,剪切型铅减震器能够有效降低电气设备的地震响应。但随着电气设备电压等级的提高,设备结构规格不断增大,其地震作用力显著增大,对电气设备安装的减震器性能提出了更高要求。通过剪切型铅减震器的低周反复加载试验研究,分析其受力模型,对比减震器在不同加载频率下的力学和阻尼耗能性能,并根据试验结果提出优化工艺,进一步提高减震器性能。

武当群片岩隧道剪切型纵向裂缝破坏机理

根据现场隧道监控测量数据分析武当群片岩隧道变形破坏特征,利用Phase2.Tunnel有限元软件与实际监测结果相对比的方式,从围岩岩性特征,构造应力和片理面力学性质3个方面,探究十房高速公路通省特长隧道拱顶纵向裂缝形成机理。研究结果表明:该围岩不含蒙脱石,伊利石质量分数同样较低,因此,围岩内部膨胀力的作用可忽略;由于片理面的存在,拱顶两侧围岩发生差异破坏,片理面较低的抗剪强度是导致纵向裂缝的内在因素,其产状控制纵向裂缝的发生位置;随着片理面间距的减小,拱顶右侧产生类似偏压形成的拉伸破坏,是控制纵向裂缝次生裂缝的主导因素;而侧压力系数λ≥1.0的地质构造环境是产生该裂缝的诱发因素。