基于模拟退火粒子群算法与小冲杆试验确定材料塑性性能的方法

为了能够准确合理地从小冲杆试验曲线中获取材料的塑性参数,提出了一种基于模拟退火粒子群算法和有限元模拟获得材料断后伸长率及断面收缩率的方法。首先通过小冲杆试验获取X65、X70管线钢的载荷-位移曲线;其次利用模拟退火粒子群算法和有限元模拟相结合的方法,使得小冲杆模拟曲线逼近试验曲线,进而识别Johnson-Cook(J-C)本构模型参数;最后将识别的参数用于模拟单轴拉伸试验,从而获取材料断后伸长率和断面收缩率。该方法所获得的两种管线钢的断后伸长率、断面收缩率与单轴拉伸试验结果的最大相对误差分别为23.58%、3.70%。

基于纤维梁柱单元的墩柱弹塑性性能数值分析模型

基于OpenSees开源平台,采用基于位移的纤维梁柱单元和零长度单元,建立了考虑钢筋混凝土墩柱塑性弯曲变形和粘结滑移效应的滞回推覆(Pushover)分析有限元模型,分析了塑性铰区单元长度对墩柱弹塑性性能数值模拟结果的影响,探讨了单元长度的合理取值,最后,基于美国PEER结构试验数据库中3个弯曲破坏的钢筋混凝土悬臂墩的拟静力试验结果,验证了数值模型的正确性。结果表明:采用基于位移的梁柱单元模拟钢筋混凝土墩柱弹塑性性能时,塑性铰区单元长度对其最大水平抗力和位移延性都有显著的影响;合理单元长度为等效塑性铰长度,而等效塑性铰长度可以采用Priestley等提出的经验公式计算。

考虑橡胶垫弹塑性性能及结构阻尼比变化的隔震结构动力分析

本文的主要工作:(1) 在一个通用的高层建筑空间动力分析程序HBTA[1]的基础上增加了铅芯叠层钢板橡胶垫的弹塑性本构关系,改进后的程序能够考虑橡胶垫在双向水平力作用下两个方向恢复力和位移相互耦合的弹塑性性能。(2) 为了反应橡胶垫隔震层与上部混凝土结构阻尼比不同的特点,本文还运用线性加速度逐步积分法和Wilson抭法的基本原理,推导出了适用于隔震结构动力方程的逐步积分公式,该公式能够同时进行隔震建筑上部和下部两个子结构动力方程的时程反应计算。笔者对上述工作进行了程序实现和实例计算,结果表明考虑上部结构及橡胶垫隔震层不同阻尼比是完全必要的。

空心微珠增强铝基复合材料弹塑性性能的模拟预测

基于代表性体积元的细观力学有限元的方法预测空心微珠增强铝基复合材料的弹性模量、弹塑性应力应变。研究了空心微珠体积百分比(Vf)和空心微珠壁厚与空心微珠半径的比值(t/R)对弹塑性性能的影响。研究表明复合材料有效弹性模量随着Vf的增大而减小,随着t/R的增大而增大;另外,随着Vf的增加复合材料逐渐表现出泡沫金属材料的特性。

纤维增强复合材料弹塑性性能的细观研究

基于Mori-Tanaka方法和Eshelby等效夹杂理论,建立弹性阶段基体和纤维平均应力之间的桥联矩阵,导出了该矩阵各元素的显式。鉴于工程实际材料对柔度矩阵对称性的要求并考虑组分材料物理性能和细观几何特征等因素的影响,对所导出的桥联矩阵进行合理简化。引入与基体等效塑性应变相关联的修正参数,以此确定纤维和基体中应力分配。数值结果表明,本文中建立的复合材料非线性理论模型与实验结果吻合较好。

有界面脱粘时颗粒增强金属基复合材料的弹塑性性能分析

基于Mori-Tanaka理论和Eshelby等效夹杂理论,假定基体和增强相界面结合完好,推导出在力的边界条件下两相复合材料各组成相的应力、应变以及复合材料的体平均应变和应力,并考虑了基体和增强颗粒热膨胀系数引起的热应变以及各相塑性应变的影响。在此基础上,假定基体和复合材料均为各向同性材料,颗粒仅产生弹性变形,基体产生弹塑性变形且满足Mises屈服准则和等向强化准则,由颗粒所受的拉应力控制界面的脱粘,脱粘概率由Weibull分布函数来描述,脱粘后的颗粒等效为孔洞,采用割线模量法讨论了球形颗粒增强金属基复合材料有界面脱粘时的弹塑性性能,理论预测与实验结果吻合较好。

材料弹塑性性能数值模拟的多尺度方法

将均匀化方法和渐近分析(Asymptotic Analysis)与参变量变分原理相结合提出了一种模拟复合材料非线性性能的多尺度数值方法.该方法用渐近分析建立宏-细观变量之间的联系,利用参变量变分原理计算非线性响应,求解过程采用迭代算法.为提高计算精度,针对Von-Mises准则和Tsai-Hill准则,提出了一个基于参变量变分原理的改进算法,算例表明该方法可以显著消除传统方法采用线性展开式构造线性互补条件所带来的误差.

预应力预制混合装配双肢墙弹塑性性能

提出了新型预应力预制混合装配双肢墙(PPHCW)结构,推导了PPHCW的整体性系数和肢强系数的计算公式,以DRAIN-2DX软件为分析平台,基于自行开发的5,12号单元,对PPHCW结构的弹塑性性能进行参数分析,包括:肢强系数、整体性系数、连接钢筋面积、预应力筋面积、有效预应力和墙肢纵筋配筋率.结果表明:增加连接钢筋及预应力筋面积,减小有效预应力、墙肢纵筋配筋率和整体性系数可延迟连梁中预应力筋的屈服;随整体性系数、预应力筋和连接钢筋的面积、墙肢纵筋配筋率的增大及肢强系数的减小,结构承载力随之提高;上述参数对结构延性均有影响,但其影响结果与结构的破坏极限状态相关;与整体性系数相比,耦联率可综合反映结构几何尺寸、连梁与墙肢配筋对结构弹塑性性能的影响.

连续组合梁的塑性性能研究

在试验基础上推导出连续组合梁负弯矩区极限抵抗矩的计算公式．以跨中受集中荷载作用的连续组合梁为例，介绍其极限荷载的求法．提出连续组合梁调幅系数的确定方法．

短肢剪力墙的弹塑性性能拟试验研究

基于一试验模型,采用等代框架的有限元方法,应用带刚域的弹塑性杆单元来模拟短肢剪力墙的连梁进行模拟试验研究,对比分析计算结果与试验结果。对轴压比、墙肢高厚比、连梁跨高比等参数不同的短肢剪力墙进行了弹塑性分析,研究了这些参数对短肢剪力墙弹塑性性能的影响。结果表明,在墙肢截面和配筋率一定时,随着轴压比的增加,短肢剪力墙的承载能力提高,位移增大;而在墙肢高度不变时,随着墙肢高厚比的增加,短肢墙的承载力降低,位移结果离散;在连梁跨度不变情况下,随着跨度增加,短肢剪力墙承载力降低,延性增大。因此在设计中,通过合理选择这些参数,可以使短肢剪力墙具有较高的承载力和良好的延性。

含裂纹损伤钢构件塑性性能分析方法

在含裂纹损伤钢构件试验分析的基础上,考虑将含裂纹损伤钢构件的剩余极限强度近似当作材料的屈服强度,并引入含裂纹损伤钢构件的塑性承载能力Rd和脆性承载能力Rb,提出了含裂纹损伤钢构件塑性性能的分析方法,即基于剩余极限强度的Rb-Rd方法。通过对比该方法的理论计算结果与试验结果,验证了其可行性和有效性。基于剩余极限强度的Rb-Rd方法不仅弥补了含裂纹损伤钢构件塑性性能分析方法的空缺,而且能够较为快速准确地计算含裂纹损伤钢构件呈现塑性性能和脆性性能的概率。

部分界面脱黏时颗粒增强金属基复合材料的弹塑性性能

基于Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka平均场理论,导出含损伤两相复合材料的刚度张量.认为颗粒增强金属基复合材料的界面脱黏受控于颗粒所受的拉应力,引入Weibull分布函数描述颗粒脱黏概率,且受单向拉伸载荷作用时,仅在沿受力方向的上下两侧发生部分界面脱黏,从而将部分脱黏的各向同性颗粒由一完好的横观各向同性颗粒来等效,建立了部分脱黏模型.假定基体为各向同性材料,颗粒仅产生弹性变形,基体产生弹塑性变形且满足Mises屈服准则和等向强化准则,采用割线模量法讨论了球形颗粒增强金属基复合材料部分界面脱黏时的弹塑性性能,理论预测与实验结果吻合较好.

充分利用钢结构的塑性性能

为充分利用钢材的塑性性能,从结构设计中进一步节约钢材,本文就有关二阶效应、非比例加载和材料应变硬化对框架极限承载力的影响以及安定性问题等方面,进行了分析;并对快速加荷作用下钢材、钢构件及其连接具有良好的塑性进行了论述。指出前者在设计中引人强度折减系数0.9并无必要;后者在一般动荷载作用下,只要考虑相应的动力系数,可以允许塑性有适当发展。通过上述分析与论述,本文特对新订 GBJ 17-88规范塑性设计一章有关条款,提出了修改建议。

冷轧扭钢筋塑性性能的研究

综合评价冷轧扭钢筋的塑性性能 ,进一步阐明了冷轧扭钢筋作为钢筋混凝土用钢筋的可靠性。

短肢剪力墙结构弹塑性性能分析

短肢剪力墙结构体系是顺应我国住宅产业化迅猛的发展形势,并以中国具体的社会经济和科学技术水准为基础的一种新型剪力墙结构体系,具有鲜明的中国特色结构。通过ANSYS软件对短肢剪力墙结构进行非线性分析,根据结果分析得到短肢剪力墙结构的破坏形态。同时,研究通过改变翼缘宽度、轴压比等影响因素,分析出其对短肢剪力墙结构弹塑性性能的影响,得到分析结论,供工程设计参考。

真空高温退火对锻态Ti-6Al-4V合金显微组织与超塑性性能的影响

退火处理是改善钛合金显微组织,提高力学性能及超塑成形性能的一种重要工艺。使用真空退火炉在850℃-950℃温度区间内对锻态Ti-6Al-4V合金的进行了高温退火处理,研究了退火态Ti-6Al-4V合金微观组织演变及其在温度为900℃,应变速率为0.01 s;时的超塑拉伸性能。结果表明,锻态Ti-6Al-4V合金的初生α晶粒尺寸随真空退火温度的升高而减小,β相比例随真空退火温度升高而增大。当真空退火温度为910℃时,Ti-6Al-4V合金的晶粒尺寸和α相与β相分布较为均匀,其超塑拉伸试验结果表明,该合金表现出最佳的超塑拉伸性能,其拉伸延伸率达到785%,峰值应力仅为26.8 MPa。

奥氏体不锈钢凝固期间高温塑性性能的模拟

由于临界温度区间的存在，对钢铁产品的加工来说了解钢种的高温塑性性能是非常重要的。液态／固态两相区和沉淀区的脆性可以被区分。在这些温度区间，发生的材料失效可能是由于在一定温度下当出现的应变和应力超过材料的可成形性而发生了断裂。因此，必须确定出现塑性降低的温度范围，以确保在接下来的铸造或焊接时采取合适的材料加工工艺。这些温度区间一般是通过现场试样熔炼后的热拉伸试验来研究的，由于这些试验不仅耗时而且昂贵，因此一种对试验结果的数学测定方法将是一个重大的进步。

短肢剪力墙的弹塑性性能研究

随着建筑业的快速发展和建筑技术的不断进步,目前建筑物广泛采用短肢剪力墙结构体系,短肢剪力墙是比较适合我国建筑的一种结构体系,它的弹塑性性能与其他类型的剪力墙相比略有优势。研究短肢剪力墙的弹塑性性能采用了模型法,即把待研究的短肢剪力墙按比例缩小制模型,对此模型进行研究。本文通过对研究数据的分析指出了影响短肢剪力墙的弹塑性性能的主要因素,并提出了短肢剪力墙的最佳设计方式。

带楼梯框架结构静力推覆分析及弹塑性性能研究

通过对带楼梯钢筋混凝土框架结构的静力推覆分析,并与不计入楼梯的框架模型进行分析对比,研究了楼梯对框架结构弹塑性性能的影响以及带楼梯框架结构的屈服机制。研究表明:不计入楼梯计算的常规设计方法不能达到预期的抗震设防目标,为此提出一种楼梯与主体脱离的设计措施。