基于改进的多段线性本构模型的超弹性 SMA螺旋弹簧力-位移关系研究

提出了一种改进的多段线性形状记忆合金(SMA)本构模型,在此基础上,结合螺旋弹簧的基本力学性能,给出了复杂荷载下超弹性SMA螺旋弹簧力-位移关系模型的数值仿真方法。对Motahari提出的SMA多段线性本构模型进行了改进,给出了子环曲线弹性模量的定义,使子环的模拟更加逼近试验结果。同时,考虑到SMA螺旋弹簧的轴向大变形,将原来的一维模型推广到兼顾截面扭转和弯曲两种效应的二维模型。通过两种NiTi螺旋弹簧试件在多种荷载工况下的拉伸试验,对所建立的力-位移关系仿真模型进行了验证。仿真与试验结果表明,应用建立的超弹性SMA螺旋弹簧力-位移关系模型能较为准确地模拟复杂加载工况下弹簧的力学行为。和Motahari模型相比,本文提出的力-位移模型更接近试验结果。

水平承载桩的力-位移关系室内实验研究

水平荷载作用下桩-土作用机理十分复杂,伴随着计算机技术的发展,数值计算法可以帮助实现准确拟合桩-土的相互作用关系。基于此,如何建立合理的有限元计算模型,选取相关的计算参数等都是影响数值分析正确性的主要问题。文章通过结合室内实验和有限元数值模拟,验证小区域土体受到边界条件影响时土体模量是变化的这一结论,总结出桩体受往复水平荷载条件下力-位移关系,为工程研究提出一些参考依据。

基于三维本构模型的形状记忆合金弹簧力-位移关系研究

基于已有的研究成果,针对形状记忆合金(SMA)弹簧力-位移关系进行研究,提出了能够描述SMA滞回环宽度随应变幅值变化的三维本构模型,再结合弹簧基本力学性能,考虑弹簧丝截面上弯矩的影响,给出了超弹性SMA弹簧力-位移关系的数值仿真方法。此外,将本构模型编写成Abaqus用户材料子程序(UMAT),对SMA弹簧进行有限元分析。通过SMA弹簧的不同位移幅值加卸载试验,对模型进行了验证。结果表明,基于三维本构模型建立的超弹性SMA弹簧力-位移关系模型能较为准确地模拟不同幅值加载工况下弹簧的力学行为,为SMA弹簧的工程应用提供指导意义。

利用软组织力-位移测试系统诊断颈痛

通过局部软组织力-位移测试系统,对正常对照组、颈痛组的局部软组织力和位移定量检测;同时用目前诊断颈痛的方法作为对照,对局部软组织生物力学测试诊断颈痛的准确性、可靠性及临床作出评价,试图为颈部疼痛的诊断提供生物力学定性、定量指标。

汽车动力总成悬置系统位移控制设计计算方法

论述了动力总成位移控制设计的一般原理。以一轿车动力总成4点悬置系统为例,针对汽车的一特殊行驶工况,对动力总成的质心位移、悬置位移和支承点反力进行了计算。文中论述的动力总成位移控制的设计思想和计算方法对汽车动力总成的设计具有指导意义。

基于Newmark算法的汽车动力总成悬置系统位移计算方法

动力总成悬置系统对汽车的NVH有重要影响.考虑动力总成悬置力-位移的非线性关系,建立了动力总成悬置系统的动力学模型,提出了基于Newmark数值积分算法的动力总成振动位移的计算方法.以一轿车动力总成悬置系统为例,针对汽车制动和转向两种行驶工况,对动力总成的质心位移和各悬置的位移进行了计算.实际应用表明,Newmark数值积分法是动力总成悬置系统位移计算的有效方法之一.

剪跨比不大于2.0的RC剪力墙力-位移全过程计算

为实现以剪切为主的(剪跨比不大于2.0)钢筋混凝土剪力墙力-位移全过程计算,在拉压杆模型基础上通过合理化假定提出了考虑变形协调的改进拉压杆模型.模型由对角斜向混凝土压杆、混凝土次斜压杆、混凝土次生斜压杆、水平拉杆、竖向拉杆及墙肢分布筋拉杆等组成,定量确定了模型中对角斜压杆及次斜压杆变形与墙端位移间的关系,建立了各杆件之间的变形协调条件、物理方程和平衡方程等计算式.此外应用该模型分析了轴压比,剪跨比及墙肢分布配筋率三种参数对剪力墙力-位移骨架曲线的影响.研究结果表明:与6片剪力墙试验结果对比,该模型能够较好地模拟剪跨比不大于2.0、以剪切受力特征为主的钢筋混凝土剪力墙力-位移骨架曲线;当轴压比由0.1依次增至0.5时,峰值承载力最大增量为27%;剪跨比由1.0依次增至2.0时,峰值承载力最大减少30%;分布配筋率由0.25%依次增至0.55%时,峰值承载力最大增量为6%;相比于其余两个参数,配筋率对墙肢承载能力的影响最小.

动力总成-副车架悬置系统的刚体模态和位移控制计算方法

将悬置简化为沿其3个弹性主轴方向具有非线性力与位移关系的元件,针对动力总成-副车架悬置系统建立了一个12自由度计算模型。利用建立的模型计算了一电动汽车上动力总成-副车架悬置系统的刚体模态和能量分布,以及一种极限载荷下的动力总成质心位移、副车架质心位移、悬置位移和悬置载荷。通过ADAMS模型验证了所提出的计算模型的正确性。文中模型为刚体模态优化和悬置力-位移特性设计提供了方法。

形状因子变化时金属橡胶结构的静态力学性能分析

以多孔材料理论为基础,干摩擦非线性理论为依据,并结合小曲梁模型建立了金属橡胶结构的力-位移关系模型,通过空心圆柱形金属橡胶结构的静态试验,对试验数据进行了拟合,得到了力-位移模型中的各项系数与形状因子的变化关系式,同时建立了金属橡胶结构的力学特性与结构参数的变化关系,从而实现了对金属橡胶结构在密度一定、形状因子发生变化情况下的力-位移关系的预估,最后从十三种试件以外取两种形状因子不同的金属橡胶试件进行算例验证,证明本文采用的方法的可靠性,并对这两种试件的应力应变曲线进行比较,为进一步研究金属橡胶材料奠定了理论基础。

汽车动力总成位移计算方法和包络构建研究

本文论述了动力总成位移计算方法的基本原理,并以某款轿车动力总成3点悬置系统为例,结合具体设计实际,论述了动力总成的悬置系统匹配、质心位移计算和包络的构建等方法。这种方法可以避免因距离过小而导致的运动干涉问题发生,对于动力总成悬置的设计和机舱的布置具有指导意义。

串联式锚定板抗拔承载特性及影响因素分析

为提高锚定板抗拔承载能力,设计串联式锚定板锚固系统。借鉴侧向受荷桩的“M”法,通过锚固系统受力平衡条件及位移连续性条件,提出串联式矩形锚定板锚固系统抗拔力-位移关系的理论分析方法。基于FLAC3D有限差分软件,建立锚定板锚固系统与土相互作用的数值模拟模型,进行埋设于黏性土中不同尺寸的方形锚定板抗拔承载力室内模型试验。结合室内模型试验及数值模拟结果,通过拟合分析,获得串联式矩形锚定板锚固系统抗拔力-位移关系的近似解析解,将3个工程案例中不同尺寸及埋深的锚定板抗拔力-位移的现场试验结果与理论分析及数值模拟结果对比,验证理论分析方法及数值模拟结果的正确性。探讨串联式方形锚定板锚固系统埋深及相邻锚定板间距对锚固系统抗拔承载力的影响。研究结果表明:当锚定板锚固系统埋深H<5b(b为锚定板边长)时,其破坏模式呈现浅埋锚定板的破坏特征;当埋设深度H≥5b时,其破坏模式呈现深埋锚定板破坏特征。对于串联式锚定板锚固系统,为避免相邻锚定板相互影响而降低锚固系统的抗拔承载能力,相邻锚定板间距应满足L≥3b。

螺栓滑移对非均匀沉降输电塔承载能力的影响初探

随着煤矿采空区的扩大和西部冻胀区输电塔数量的增加,非均匀沉降对输电塔的影响研究显得越来越重要.目前,输电塔的设计和研究大多忽略螺栓滑移的影响.本研究建立了一个模型塔,选取塔中典型的螺栓接头,通过实验得出接头的力-位移关系曲线,并用非线性弹簧将其引入到有限元分析中.分别建立了含滑移和不含滑移两种输电塔模型,利用有限元软件ANSYS探讨了滑移对承受非均匀沉降输电塔的承载能力的影响.分析表明,无沉降时,两种模型得出的承载能力相差不大;有沉降时,不考虑滑移的模型塔承载能力随沉降量的增加而大幅下降,而考虑滑移模型塔的承载能力下降相对较缓慢.考察杆件受力,发生沉降后,螺栓滑移使塔腿产生附加内力,而各层斜撑杆的内力则趋于均匀.本研究结论对于实际承受非均匀沉降输电塔的承载能力评估具有指导意义.

形状因子对金属橡胶结构力学性能的影响

以多孔材料理论为基础,建立金属橡胶结构的力与位移关系,通过空心圆柱形金属橡胶结构力与位移关系试验,验证形状因子对材料结构的力学性能的影响,并对试验数据进行拟合,得到力与位移关系模型中各项系数与形状因子的变化关系式以及各项系数与材料结构的高度、承载面积的变化关系式,从而实现了对由金属橡胶材料所组成的结构在密度一定、形状因子发生变化情况下的力与位移关系的预估。

串联式锚板抗拔承载力及影响因素

基于室内模型试验对比研究了单锚板和串联式双锚板的拉拔性状。基于FLAC 3D有限差分软件,建立了串联式双锚板的拉拔性能数值模拟模型,获得了上拔力–上拔位移关系曲线,同时,对其影响因素进行了探讨。研究结果表明:1) 串联式双锚板的承载能力远大于单锚板。无论是单锚板或是串联式双锚板,上拔力–上拔位移关系的典型曲线为双曲线,且面积相同的圆形锚板的承载力远大于方形锚板。2) 土的强度参数对串联式双锚板上拔力–上拔位移关系影响明显。3) 对于串联式双锚板,在下锚板埋设深度一定,且为深埋锚板的条件下,土的重度对上拔力–上拔位移关系影响很小,同时,双锚板之间存在临界间距,当锚板间距大于临界间距,随着上锚板埋深增大,串联式双锚板的承载力增加。

一种由圆柱体试件的侧向压缩力-位移关系同时测量材料弹性模量和泊松比的新方法

材料的弹性模量和泊松比是材料表征的重要力学参数,传统的压缩试验需要同时测量荷载、压缩和横向变形,才能实现对弹性模量和泊松比的同时测量。本文从Hertz接触理论出发,推导出弹性圆柱体在侧向压缩下的位移-力关系公式,在该关系式中位移与力的关系除与试件的几何尺寸相关外,还取决于材料的弹性模量和泊松比。因此,可以通过对侧向压缩试验测得的力-位移关系进行非线性拟合,得到材料的弹性模量和泊松比。本文通过对硅胶材料开展轴向与侧向压缩试验,对比两种试验测量得到的弹性模量和泊松比,结果较为一致,验证了本文提出方法的可行性。对于模量较小的软物质,因加载过程的荷载常常较小,系统测量的位移可代表试件的变形位移,故本文提出的新测量方法特别适合应用于该类型材料的相关性能测量。

基于黏弹性接触的颗粒材料蠕变特性研究

强黏结土体或胶凝砂砾石料等颗粒材料的颗粒间存在较大黏结力,在低应力情况下主要由颗粒接触特性决定颗粒材料的宏观蠕变特性。基于颗粒细观力学方法,研究了二维各向同性颗粒材料的蠕变特性。首先引入速率相关的力与位移关系描述颗粒材料细观颗粒间特性。其次,运用Laplace变换,将时间域内的线黏弹性颗粒材料细观均匀化问题转化为拉氏空间内线弹性颗粒材料细观均匀化问题,随后基于颗粒材料线弹性问题在Reuss、Voigt和一般位移场三种假设下的解,通过Laplace逆变换得到颗粒材料相应的宏观蠕变特性解析模型,并建立了材料蠕变特性的上下限。最后,通过理论模型的解析解与商业软件(PFC2D)的数值结果的对比,验证了理论模型的合理性。

串联式双锚定板临界埋深及临界间距研究

在对常规锚定板抗拔能力对比分析之后,提出了串联锚定板抗拔结构。通过模型试验,比较了常规单锚板和串联双锚板抗拔结构的抗拔性能。基于FLAC三维有限差分软件的传统单、串联双锚定板抗拔结构与土壤相互作用的数值模型,同时,以方形串联式双锚定板结构为例,探讨了串联式双锚定板结构的埋深及上下锚定板间距对抗拔承载力的影响。研究结果表明:1) 传统单锚定板结构的抗拔承载力远低于串联式双锚定板结构。2) 在上下锚定板间距恒定时,当下锚定板埋深比H/D (H为下锚定板埋深,D为方形锚定板边长)小于某一埋深比,双锚定板结构的抗拔力系数随埋深比的增大而增大。当下锚定板埋深比H/D大于某一埋深比,双锚定板结构抗拔力系数随埋深比的增大反而降低,其临界埋深比H/D在9~11之间。3) 在下锚定板埋深恒定时,当上下锚定板间距比S/D (S为上下锚定板间距)小于某一间距比,双锚定板抗拔力系数随间距比的增大而增大。当上下锚定板间距比S/D大于某一间距比,双锚定板抗拔力系数随间距比的增大反而降低,其上下锚定板临界间距比S/D在4~5之间,同时,锚定板周围土体破坏模式从“圆柱形破坏模式”转变为“局部独立破坏模式”。

SMA螺旋弹簧消能支撑对框架结构的减震控制研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应,提出了一种由SMA螺旋弹簧和普通钢杆组成的新型消能支撑。通过拉伸试验给出了SMA螺旋弹簧在往复荷载下的力位移关系模型。建立了一个基于新型消能支撑的二层钢框架模型,分析其在不同地震作用下的动力响应,并与无控和装有普通钢弹簧支撑的情况进行对比。结果表明,SMA螺旋弹簧消能支撑可以有效地减小结构的动力响应,与普通钢弹簧支撑相比,新型消能支撑能够提供更好的减震效果。