钢筋混凝土拱承载力分析的齐次广义屈服函数

为了解决弹性模量调整法应用于钢筋混凝土(RC)结构的难题,建立了矩形截面RC偏压构件的通用齐次广义屈服函数。充分考虑RC偏压构件的破坏机理,并利用二次函数建立了矩形截面RC构件的分段光滑压弯承载力相关方程。通过回归分析建立分区表达的截面特征函数,以综合考虑钢筋混凝土偏压构件的截面几何和材料性能对承载力的影响,在此基础上采用分数指数幂的一阶多项式建立矩形截面RC偏压构件的齐次广义屈服函数。利用单元承载比定义高承载单元的自适应识别准则,通过有策略地缩减高承载单元的弹性模量模拟RC拱结构高应力区域的刚度退化,并根据线弹性迭代分析确定RC拱的极限承载力,据此提出了RC结构承载力分析的弹性模量缩减法。通过与模型试验及增量非线性有限元法对比分析,验证了该文方法具有较高的计算精度与计算效率。

圆管截面齐次广义屈服函数与结构极限承载力

为克服圆管截面广义屈服准则不满足比例加载条件,导致采用弹性模量调整法求解该类结构极限承载力时存在计算结果受荷载初值影响、计算精度受损等问题,利用回归分析和最小二乘法研究建立了圆管截面广义屈服函数的齐次多项式,通过误差分析确定了齐次化多项式的阶次;据此定义了圆管截面薄壁构件的单元承载比、承载比均匀度和基准承载比,为高承载比薄壁单元的判别及其弹性模量调整提供了动态判据,进而依据能量守恒准则建立了以单元承载比为基本参数的模量调整公式,结合下限原理提出了圆管截面薄壁结构极限承载力分析的弹性模量缩减法。研究表明,选取齐次化多项式的广义屈服函数能更加准确地考虑各项内力对结构极限承载力的综合影响,具有良好的计算精度和效率,可应用于复杂圆管截面薄壁结构的极限承载力分析中。

箱型截面的齐次广义屈服函数与结构极限承载力

针对目前箱型截面广义屈服函数为非齐次函数,采用弹性模量调整法求解箱型结构极限承载力时易出现计算结果受荷载初始值影响和计算精度受损的问题,建立了箱型截面的齐次广义屈服函数,并通过误差分析确定了齐次多项式的阶次,进而定义了箱型截面构件的单元承载比、承载比均匀度和基准承载比,建立了以单元承载比为基本参数的弹性模量调整策略,据此提出了箱形结构极限承载力分析的弹性模量缩减法;并通过算例对该方法进行验证,算例分析表明,该方法计算箱型截面结构极限承载力时,结果不受荷载初始值的影响,具有良好的计算精度和迭代稳定性.

矩形钢管混凝土齐次广义屈服函数与桁架结构极限承载力

研究建立具有广泛适用性的钢管混凝土(CFST)矩形截面的齐次广义屈服函数(HGYF),据此提出CFST桁架结构极限承载力分析的高效、自适应弹性模量缩减法(EMRM)。首先以约束效应系数为自变量,利用高阶多项式拟合HGYF的待定系数,使之与不同的CFST矩形截面相协调;进而,通过回归分析建立CFST矩形截面的HGYF,并据此建立高承载单元的自适应识别准则。然后,通过自适应缩减高承载单元的弹性模量模拟结构的刚度损伤演化,由此确定CFST桁架结构的极限承载力。通过将CFST构件及结构两个层面的计算结果与模型试验及增量非线性有限元法结果对比分析,验证了该文建立的HGYF和EMRM具有良好的适用性与计算精度,且能够取得更高的计算效率。

框架结构箱型构件的通用齐次广义屈服函数

为了克服传统广义屈服函数的局限性,建立了适用于平面和空间框架结构,且对截面几何尺寸不敏感的箱型构件通用齐次广义屈服函数,提出了箱型框架极限承载力分析的高效线弹性迭代方法.首先,通过对比分析遴选出对截面几何参数不敏感的箱型截面广义屈服函数作为基准;然后,根据全面试验法确定了拟合配点,并通过回归分析建立了考虑轴力和双向弯矩联合作用的箱型截面通用齐次广义屈服函数;最后,结合弹性模量缩减策略,提出了箱型截面框架结构极限承载力分析的高效线弹性迭代方法.研究结果表明:建立的箱型截面通用齐次广义屈服函数不仅克服了普通广义屈服函数计算结果不稳定的缺陷,而且克服了现存齐次广义屈服函数存在的对截面几何尺寸敏感且不适用于空间结构等问题;建立的结构极限承载力分析的方法较传统的弹塑性增量分析法相对误差不超过3%,且计算时间不足传统分析法的10%,均表明本文建立方法的精确性和适用性.

工字型钢框架极限承载力分析的通用广义屈服函数

工字型钢构件空间受力下的精确广义屈服函数为隐式函数,不便使用,而现有的近似显式函数不能全面考虑截面几何参数的影响,在适用性和精度方面普遍存在问题。为此,通过合理选择工字型截面几何参数,研究建立了具有广泛适用性的工字型截面齐次广义屈服函数,据此提出了平面和空间受力下框架结构极限承载力分析的高效线弹性迭代方法。研究了工字型截面几何参数对广义屈服函数计算精度的影响;选择腹板面积与单翼缘面积之比γ1和翼缘宽度与腹板厚度之比γ2作为截面几何参数,通过回归分析建立了同时适用于平面和空间受力,且能够全面反映工字型截面几何特征的通用齐次广义屈服函数;通过有策略地缩减高承载单元的弹性模量,建立了工字型截面框架结构极限承载力分析的高效高精度线弹性迭代方法。通过对比分析验证了该方法具有良好的计算精度和效率以及较强的适用性。

矩形截面齐次广义屈服函数及刚架极限承载力

针对矩形截面刚架结构极限承载力分析中存在的问题,本研究通过控制性内力分析遴选了合适的矩形截面广义屈服函数,通过齐次化后建立了矩形截面刚架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法.首先,根据回归分析和拟合误差分析建立了等效齐次广义屈服函数;其次,利用齐次广义屈服函数定义单元承载比,通过有策略地缩减高承载单元弹性模量模拟结构刚度退化,进而通过线弹性迭代分析确定矩形截面刚架结构的极限承载力;最后,根据内力占比研究了平面及空间受力刚架的控制性内力,通过对比分析遴选确定了合理的齐次广义屈服函数,并验证了本研究提出的方法的计算精度和效率.结果表明:本研究提出的方法作为线弹性迭代方法具有很高的计算精度,且克服了传统的非线性迭代方法的缺陷,能够取得更高的计算效率.

一种新型摩擦类材料的广义屈服面

在讨论摩擦类材料的屈服及强度特性的基础上提出了一种将子午面内二维屈服迹线扩展到三维主应力空间的方法,将此扩展方法应用于Mohr Coulomb准则,获得了一种新型的广义屈服面.对这种广义屈服面的特性进行了广泛的分析和讨论,还将此屈服面分别应用于各向同性和横观各向同性摩擦材料,并与现有试验数据进行拟合对比,结果表明这种新型的屈服面可以很好地模拟摩擦类材料的屈服特性,可以涵盖部分经典屈服面,适用性更强.

箱型截面齐次广义屈服函数的数值拟合及极限承载力分析

推导了箱型截面全截面屈服时轴力和弯矩之间的隐式相关关系,揭示了影响相关关系的2个考虑厚度的无量纲几何参数及其影响规律,据此通过数值拟合建立了箱形截面的齐次广义屈服函数,给出了常用箱型截面齐次广义屈服函数待定系数表,进而结合数值齐次广义屈服函数和弹性模量缩减法,提出了箱型结构的极限承载力分析方法,克服了原广义屈服函数参数选取不合理、齐次广义屈服函数式通用性差、结构极限承载力计算精度欠佳等问题。算例分析表明,采用此方法求解结构极限承载力具有良好的计算精度、计算效率和迭代稳定性。

齐次化广义屈服函数与角钢输电塔架极限承载力分析

建立了等边角钢截面广义屈服函数的齐次化表达式,由此定义了角钢构件的单元承载比,依据承载比均匀度建立了弹性模量调整的动态阈值,并根据变形能守恒准则建立了弹性模量调整策略,提出了输电塔架极限承载力分析的弹性模量缩减法,可通过系统缩减结构中高承载比单元的弹性模量,模拟输电塔架塑性失效过程,确定结构极限承载力。该法克服了传统弹性模量缩减法及其他弹性模量调整方法因不满足比例加载条件所导致的计算精度和稳定性不良问题,并继承了该类方法原理简单、计算高效的优点。

工字型截面齐次广义屈服函数与薄壁结构极限承载力

基于传统广义屈服函数的弹性模量缩减法应用于薄壁结构极限承载力分析时,往往出现计算结果不稳定、精度较低等问题.为此通过理论分析探索了问题的根源,研究建立了工字型截面的齐次广义屈服函数,提出了回归分析的配点遴选原则,通过误差分析确定了齐次多项式的幂次数;根据工字型截面齐次广义屈服函数定义了薄壁构件的单元承载比,利用单元承载比特征分布参数定义了承载比均匀度和基准承载比,为薄壁结构高承载单元的判别提供了动态判据,进而依据变形能守恒原则建立了自适应弹性模量调整策略,建立了工字型薄壁结构极限承载力分析的弹性模量缩减法.算例分析表明,本文方法能准确考虑组合内力对工字型薄壁结构极限承载力的综合影响,得到具有良好稳定性和计算精度的结果.

渗流效应对基于广义非线性屈服准则洞室弹塑性解的影响

考虑渗流效应,基于广义Hoek-Brown非线性屈服准则,推导出圆形洞室围岩塑性区半径、洞壁径向位移和洞室周边径向应力的数值解。绘制在考虑渗流的情况下和基于广义Hoek-Brown屈服准则的不同围岩条件下,圆形洞室内外水头差h与R/e(R为塑性区半径,e为洞室半径)的关系曲线、围岩特性曲线和径向应力的分布曲线。研究结果表明:在水头差相同时,位于较差围岩中洞室的塑性区比位于较好围岩中洞室的塑性区发展快;在支护力相同时,支护结构对处于较差围岩中的圆形洞室洞壁位移约束效果较差;在围岩质量较差时,渗流效应对圆形洞室径向应力的影响比围岩质量较好时的影响大。

广义双τ^2屈服准则

建立了金属材料的广义双τ2 屈服准则 ,讨论了准则的屈服线形状 ,通过误差分析 ,给出一种能较好代替Mises准则的加权双τ2 屈服准则 .

刚架结构极限承载力分析的广义塑性铰研究

传统塑性铰法及其改进方法具备比例特点,能够根据外荷载与内力之间的比例关系快捷确定刚架的塑性铰位置和极限承载力,但不能应用于多内力组合作用下的刚架极限承载力问题。随后发展起来的二阶塑性铰法和精细塑性铰法尽管解决了该问题,但不具备比例特点,需通过大量迭代试算、并连续调整荷载增量来确定刚架的塑性铰位置和极限承载力,导致理论复杂,计算效率低。为此,文章利用广义屈服准则提出内力组合因子的定义,据此建立具备比例特点的广义塑性铰法,能够快捷处理刚架结构在多内力组合作用下的极限承载力问题。首先,利用广义屈服准则研究建立内力组合因子,据此修正刚架单元在不同加载步的截面强度。然后,利用齐次广义屈服函数和标准化内力定义单元承载比,并根据荷载与单元承载比之间的比例关系快捷确定各加载步的塑性铰位置和极限承载力。最后,通过与弹塑性增量法和改进塑性铰法对比分析,验证了该方法具有简捷、高效和高精度特性。

基于广义强度模型的焊接空心球节点承载力分析

利用通用软件ANSYS的参数化设计语言APDL和用户编程功能UPFs,将静水应力型广义屈服模型编制成子程序模块,完成了ANSYS二次开发.对承受轴拉力作用的120个空心球节点进行了基于广义屈服模型的数值模拟分析,研究了圆钢管杆件和空心球节点连接区域的应力分布.根据金属椭球面断裂准则,对空心球节点开裂位置进行了断裂预测,并给出了不同型号的空心球节点承载力设计值.

平方律屈服准则

本文提出了在复杂应力状态下各向同性材料的屈服机理及其平方律的数学结构,建立了包括三种广义屈服准则的一个体系。该体系包容了经典的屈服准则及其重要的修正理论,以及近期发展的新理论。

基于广义Hoek-Brown准则的隧道纵向变形曲线研究

纵向变形曲线是隧道开挖面空间约束效应的直观反映,多数纵向变形曲线的研究并未考虑围岩质量和应力水平的影响。基于广义Hoek-Brown准则,采用有限差分法,提出了能够量化不同围岩质量及应力水平下开挖面空间效应差异的纵向变形曲线函数表达式,可以简便地得到不同地质条件下的隧道纵向变形曲线,通过误差分析及与已有研究成果对比,验证了该方法的合理性与普适性。研究结果表明:围岩基本质量指标值相同时,围岩纵向变形曲线随着埋深增加变得更加平缓,即围岩应力及位移的释放过程越缓慢,埋深相同时,随着围岩基本质量指标值的降低,围岩纵向变形曲线显示出同样的趋势,相对于开挖面前方,开挖面后方纵向变形曲线的这种特点更加明显;开挖面处纵向变形也是围岩质量与应力水平的函数,最大值不超过隧道径向变形最终值的30%。

广义双剪粘弹塑性本构模型在渤海海冰动力学中的应用

在连续介质力学基础上建立了一个广义双剪粘弹塑性海冰动力学本构模型。该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹性模型,考虑中间主应力和静水压力对海冰屈服的影响选用广义双剪应力屈服准则作为海冰屈服判据,屈服后采用相关联的正则流动法则。采用该本构模型对渤海海冰动力过程进行了48小时数值模拟,讨论了辽东湾海冰的厚度、密集度、冰速和主应力的分布规律,其中海冰厚度分布与卫星遥感资料符合良好,从而有效地验证了该广义双剪粘弹塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性。

带软弱结构面岩体的弹塑性有限元分析

通过分析指出，用近似于矩形或长方体的常规实体单元描述平面或空间岩体问题中的软弱结构面， 其精度比简化的节理单元或夹层单元要高．在计算效率上，由于简化的节理单元或夹层单元的劲度矩阵元素与常规实体单元相同，因而简化的节理单元或夹层单元并无优越性，对岩体中软弱结构面的描述可采用常规的实体单元而无需进行特殊处理．由于结构面的屈服、破坏一般是沿着结构面的走向发生的，且抗拉强度较低，因而提出了适用于软弱结构面的广义摩尔库仑（ 简称ＭＣ） 屈服准则．用两个简单算例来验证本文提出的常规实体单元结合结构面广义ＭＣ 屈服准则对带软弱结构面岩体进行弹塑性分析的合理性、正确性．

基于弹性补偿有限元法的无梁岔管安全评价

引入承载比和广义屈服准则,提出基于弹性补偿有限元法的无梁岔管安全评价方法,该法根据塑性极限分析原理,先利用承载比改进采用无量纲内力表达的板壳单元广义屈服准则,扩展了广义屈服准则的适用范围,同时利用弹性补偿有限元法设置了单元弹性模量调整的广义应力阈值,改进了传统弹性补偿法的收敛问题,提高了板壳结构极限分析的精度。方法的可靠性通过3个算例得到验证。在此基础上,对某大型水电站的四通无梁岔管通过求解岔管的壳体安全系统和破坏模式进行安全评价。实际应用表明,弹性补偿有限元法可应用于结构极限分析,其收敛性、计算精度和稳定性均较好,可用于无梁岔管的安全评价。