基于现行规范的型钢混凝土柱侧力-位移曲线预测方法研究

型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)柱因承载力高、刚度大和耐久性能好等优点而被广泛应用于高层结构中。然而,现阶段SRC结构设计普遍基于承载力设计法,基于性能的抗震设计法在SRC结构方面的应用仍待完善。作为基于性能(位移)的抗震设计方法中最重要的一环,现阶段SRC构件的侧力-位移关系评估缺乏规范指导。基于美国现行规范ASCE/SEI 41-17中针对钢筋混凝土构件的相关规定,结合SRC构件的受力与变形特征,提出了发生弯曲破坏的SRC柱在地震作用下的侧力-位移曲线建模方法。该曲线采用约束混凝土强度计算SRC构件的峰值承载力;使用刚度折减法考虑型钢与混凝土之间的黏结滑移;基于SRC构件的变形特征考虑了纵向受力钢材端部滑移对柱顶侧移的贡献。最后,通过与28根SRC柱试验结果的比较证明了曲线的适用性。计算结果表明:所提出的曲线能合理预测发生弯曲破坏的SRC柱的开裂荷载、开裂位移、峰值荷载、峰值位移和强度退化,可为SRC结构的性能化抗震设计提供参考。

铁路货车轮毂对轴承压装力-位移曲线的影响研究

为保障铁路货车行驶安全,实现对铁路货车轮对磨耗状况的预测,研究铁路货车轮毂对轴承压装力-位移曲线的影响。首先以轮毂轴承内圈与车轴轴颈配合为基础,从力学角度分析轮毂对轴承压装过程,获取轴承压装力-位移间的标准曲线,并以此为基础,依照广义胡克理论计算轮毂对轴承压装力值。然后构建基于最小二乘支持向量机的预测模型,以轴承压装力值与车轮直径等参数为输入向量,以铁路货车轮对磨耗为输出变量,利用量子粒子群算法优化预测模型参数,通过参数编码、确定适应度参数等过程提升预测模型求解效率与精度。最后利用实验证明所提方法的先进性。实验结果表明,该方法可获取研究对象压装力-位移曲线,通过校正可获取满足轴承设计标准的压装力理论结果,以此为基础可准确预测车轮对的磨耗状况。

子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究

现代结构试验通常抽取结构的一部分进行子结构拟静力或拟动力试验,同时对子结构边界进行近似处理,简化加载方案,以期在现有试验条件下满足大比例尺试验的需求。然而,这种方法应用于复杂构件时会带来较大的误差,特别是各向刚度差异很大的构件,由于各自由度之间的耦合效应,以及传统试验装置控制模式和精度的限制,难以实现轴向、剪切、弯曲以及扭转自由度之间的同步协调加载,加载误差严重影响了结构抗震性能评估试验的准确性。针对子结构试验中耦合多自由度同步协调加载问题,利用力-位移混合双闭环控制策略实现多自由度之间的解耦,采用鲁棒性PID控制方法,以减少多自由度同步协调加载过程中试件的材料非线性和加载装置的几何非线性带来的误差,提高子结构试验的精度。通过以某构件的子结构拟动力试验为例验证了所提出的力-位移混合控制方法的可行性和正确性。

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。

边坡稳定分析条块力-位移法及其应用

在现行条分法的基础上,建立了一种全新的边坡条块力-位移分析方法。现行条分法中条块底边的力学参数采用极限平衡状态力学参数,即每个条块底边均处于极限平衡状态,这种极限平衡状态对于残余应力是较为适宜的。采用理想弹塑性模型和一种全新的本构模型描述土条块底边力学特性,并以不平衡推力法为例,提出了临界状态条块的确定方法,针对可能的破坏模式进行了分析,并提出了边坡整体破坏各条块的应力和位移的确定方法,计算出相应的稳定系数,如传统强度折减法、综合下滑力-抗滑力法、主推力法、综合位移法和富余位移法稳定系数。通过计算分析论证了理想弹塑性模型在不改变力学参数的情况下是难以描述边坡渐近破坏过程的,而一种全新的本构模型可以描述渐近破坏各条块的力学行为。提出的条块力-位移法可以确定边坡在不同荷载和位移条件下的稳定性,也可以获得边坡的推力变化和滑面移动特征,进而实施边坡的应力、位移和稳定性的初步预测预报。

力-位移混合控制方法在大型多功能试验加载系统拟静力试验中的应用

为了满足结构试验试件尺寸越来越大、边界条件越来越复杂的需求,国内外多家高校和科研机构都开发了大型多功能试验加载系统,对试验系统的精确加载控制是保证试验顺利进行和取得准确试验结果的关键。通过介绍国内外现有的一些大型多功能试验加载系统,针对哈尔滨工业大学结构与抗震试验中心的大型多功能试验加载系统压剪拟静力试验的竖向加载控制方法展开研究;提出应用力-位移混合控制法实现竖向力加载控制,基于MTS控制系统给出具体实施方案,并通过试验对比传统力控制方法与基于力-位移混合控制法的控制效果。研究结果表明:传统力控制方法虽然能很好实现稳定的竖向力,但很难保证试件的压剪受力状态;而力-位移混合控制法不但可以精确实现轴向力的加载控制,还能确保试件的压剪受力状态;基于力-位移的混合控制法对于该类加载试验系统的竖向力加载控制具有通用性,在大比例尺柱、墙等试件的压剪试验中具有广阔的应用前景。

气动肌肉力-位移迟滞特性实验与建模

搭建了气动肌肉收缩力测试实验台,通过分析不同压力、行程、收缩速率及频率下气动肌肉收缩力与位移的关系曲线,得出气动肌肉的力-位移迟滞现象具有非对称性、非局部记忆性、大压力弱相关性和准率不相关性。针对常见Prandtl-Ishlinskii(PI)类模型难以准确描述气动肌肉力-位移迟滞曲线的问题,对通用PI迟滞模型的dead-zone算子进行方向上的修正,建立气动肌肉修正PI+Dead-zone迟滞模型,利用最小二乘法进行参数辨识,并与经典PI模型、经典Bouc-Wen(BW)模型、PI+Polynomial模型、Wang-Wen模型、BW+Polynomial模型进行精度对比分析。结果表明,PI类模型性能显著优于BW类模型,且修正PI+Dead-zone模型精度最高,各行程下绝对平均误差不超过1 N、均方差不超过1.5 N,能无差别处理气动肌肉力-位移迟滞曲线非对称性问题。小行程工况下,气动肌肉经典PI模型也具有一定的描述其力-位移迟滞现象的能力,且其模型参数相对较少。

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。

柔性多自由度力-位移混合控制在结构循环往复试验中的应用研究

如何模拟试验体在结构中受到的真实边界条件是决定结构试验结果正确性的关键问题,即在边界加载点上实现多自由度系统的命令的准确加载。土木工程结构(或构件)一般竖向刚度大,在重力荷载作用下各个自由度之间存在较强的耦合作用,采用传统方法多个作动器单独加载控制精度低,甚至会出现加载控制失稳的现象。针对这个问题,发展一种可以根据试验体和试验装置特点灵活选择控制点自由度和作动器的力或位移控制方式的混合控制方法,即柔性多自由度力-位移混合控制(FMFDC)策略,提出广义刚度矩阵来近似等效试验体的力-位移关系,并基于广义刚度矩阵设计力-位移转换系数矩阵,采用坐标转换雅可比矩阵将加载装置的几何非线性线性化,采用比例-积分-微分控制方法(PID控制方法)保证各自由度的稳态误差满足精度要求,最终实现多自由度协调加载。基于柔性多自由度力-位移混合控制方法分别建立了六自由度和平面内三自由度加载平台,以小型铁皮筒试验体和足尺钢柱的循环往复试验进行验证,试验结果验证了这种控制方法的可行性和适用性。

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.

力-位移分控多点成形球面回弹的数值模拟

回弹是影响成形件质量的主要因素之一,是板材冷冲压成形必须解决的问题。以球面为例,采用显-隐式算法模拟力-位移分控多点成形在成形球面时的回弹现象。显示算法模拟成形加载过程,隐式算法模拟卸载回弹过程。对不同成形参数下的球面进行回弹数值模拟,分析回弹的影响因素。

三自由度加载系统力-位移混合控制方法

目的研究一类考虑几何非线性的控制器设计问题,改善三自由度加载系统的加载控制效果.方法在传统不考虑耦合作用的外环位移反馈控制基础上,引入非线性变换和外环PI控制器,利用力-位移混合控制的策略实现对试件的精确加载控制.结果笔者提出的考虑耦合作用的力-位移混合控制方法通过合理设置外环PI控制器的比例参数和积分参数可保证控制系统稳定,且能够实现对试件水平位移、竖向力和转角的精确加载.结论该方法相比传统方法具有更好的加载控制精度,在三自由度加载控制试验中有广阔的应用前景.

冲击试样断口与力-位移曲线之间的关系

描述了冲击试样断口的宏观形态及其它与冲击力-位移曲线的关系;考察了断口纤维断面率的定量计算方法。

力-位移测试仪用于按键性能检测

叙述了导电橡胶按键的弹性特性技术标准及测试要求,给出了几组用力-位移测试仪对其进行实测的结果,并对该仪器的技术指标、总体结构、系统组成等作了概括的介绍.

力-位移分控多点成形鞍面回弹的数值模拟研究

本文针对马鞍面的力-位移分控多点成形的回弹进行了研究。采用数值模拟的方法,对不同曲率半径和不同板厚的鞍形面进行了成形过程的模拟和卸载回弹分析。结果表明,曲率半径越大,该方向的回弹越大;板厚越大,两个方向的回弹都变小,且起主导作用的方向对另一方向的影响越小。

采用力-位移曲线法测定高温规定延伸强度的可靠性与稳定性分析

采用力-位移曲线法、力-变形曲线法,进行了一系列高温拉伸试验,测定高温规定塑性延伸强度。进行了不确定度评定,对各不确定度结果进行了汇总和分析。采用E_n值法对力-位移曲线法相对力-变形曲线法所测结果进行了分析,指出采用力-位移曲线法具有良好的精度与准确度,为力-位移曲线法在高温拉伸中的应用提供数据支撑。

力-位移分控多点成形新工艺及其回弹控制机理

目的对比研究力-位移分控多点弯曲成形的受力和变形特点,揭示力-位移分控多点成形技术改善成形质量的机理。方法首先设计制造出采用力-位移分控多点成形原理成形的实验装置,并进行圆柱面的实际成形,比较不同成形模式下所获得成形制件的差异,然后采用理论分析和数值模拟等手段,分析对比不同成形模式的受力与变形条件,探讨不同成形模式下的变形特点与规律。结果从理论上给出了力-位移分控多点成形能有效减小回弹、消除"直边效应"的力学原理,指出了力-位移分控多点成形技术减小回弹的根本原因在于法向约束力的作用,且回弹减小量与法向约束力的大小成正比,并通过数值模拟,从应力和应变分布、支反力变化等方面予以了验证。结论力-位移分控多点成形从本质上改变了板材的受力和变形条件,能有效提升成形质量。

基于LabVIEW的比例电磁铁力-位移特性测试系统的设计和实现

比例电磁铁是电液比例控制系统中的关键执行器件,作为一个动力元件,比例电磁铁的力位移特性,直接影响到由它所构成的元件及装置的整体性能。通过参考其它电磁铁的测试标准与方法,提出了一种基于LabVIEW的电磁铁力-位移特性测试系统,在实际应用中取得了良好的效果,该系统操作方便,自动化程度高,性能稳定。为电磁铁原理研究、设计、测试和检验提供了辅助工具,可以大大提高精度和工作效率。

城市轨道交通车辆轮对轴承压装力-位移曲线研究

通过对城市轨道交通车辆轮对轴承压装过程进行力学分析和计算,得出轴承压装力与轴颈位移的理论曲线;以曲线参数需求为导向对现有车辆轮对轴承压装制造工艺进行优化,建立了城市轨道交通车辆轮对轴承压装统一的标准曲线评价方法。经实际生产应用验证,表明该曲线评价方法可行。

力-位移曲线法测定高温规定延伸强度不确定度评定

通过制备拉伸试验样品并采用力-位移曲线法进行500°C高温拉伸试验,对高温规定塑性延伸强度进行了不确定度评定,对各不确定度分量进行了分析,给出不确定度数值。