复杂多边形蜂窝结构等效弯曲刚度研究

研究了一种复杂多边形蜂窝结构的等效弯曲刚度。将蜂窝结构简化为正交异性薄板,首先计算薄板在均布弯矩载荷下的变形能,同时利用载荷平衡条件计算蜂窝各胞壁变形能之和,然后利用能量等效原理得到蜂窝结构等效弯曲刚度的解析表达式。蜂窝结构等效弯曲刚度随胞壁夹角及长度的变化非常明显,两正交方向的耦合弯曲刚度会随着胞壁夹角及长度的变化出现反转,等效弯曲刚度的绝对值会随着胞壁高度及厚度的增大而增大。最后利用有限元分析结果反推了蜂窝结构的等效弯曲刚度,验证了理论分析方法的正确性。

盾构隧道纵向等效弯曲刚度的分析方法研究

随着国内外盾构隧道的大量建设和使用,隧道的过量沉降,特别是纵向不均匀沉降引起的问题越来越突出。目前国内外盾构隧道纵向结构性能研究和计算模型理论还不完善,隧道的纵向刚度的确定是其中的重点与难点问题之一。文章通过采用下穿既有隧道的结构变形监测数据反分析隧道纵向弯曲刚度,规避了目前计算分析中难以综合考虑盾构隧道拼装方式、横向刚度、螺栓作用等诸多因素的问题,为盾构隧道纵向弯曲刚度的确定提供了一种新方法。研究发现,盾构隧道在变形过程中纵向刚度并不是不变的,而是会随着隧道的变形而发生变化,呈现非线性特征,并建立了隧道结构纵向刚度有效率与隧道结构最大纵向变形之间的拟合关系。

复合材料加筋板铺层优化设计的等效弯曲刚度法

借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,建立了一种复合材料加筋板铺层顺序优化设计算法。等效弯曲刚度法基于层合板的弯曲刚度与其失稳载荷一一对应的关系,将任意铺层顺序的层合板等效成一个只有8层的对称铺层的辅助层合板,通过优化辅助层合板,得到层合板的最优弯曲刚度参数,最后以获得的最优弯曲刚度参数为约束应用遗传算法进行铺层顺序优化,获得接近最优解的解答。算例表明,通过引入等效弯曲刚度法,实现了复合材料加筋板的铺层顺序优化设计,并且效果明显。

手风琴式蜂窝材料等效弯曲和扭转刚度分析

手风琴式蜂窝材料因其零泊松比和大应变特性,日益受到航空界的关注。将手风琴蜂窝材料等效为均质正交各向异性薄板,提出了基于能量等效原理的手风琴蜂窝材料等效弯曲刚度和等效扭转刚度的理论分析方法,得到了等效刚度系数的解析表达式,并分析了其对胞元结构参数的敏感性。建立了手风琴蜂窝板的参数化模型,并运用数值仿真反演技术,得到了手风琴蜂窝材料的等效刚度系数。通过对比等效刚度系数的理论解与反演解,表明了该理论分析方法的可行性和正确性。

盾构隧道等效弯曲刚度的简化计算

在传统刚度有效率研究的基础上,采用弹性力学的变刚度梁计算方法进行了隧道位移和变形的计算,由此得到了简化的纵向刚度有效率计算表达式.实例分析表明:随着螺栓个数的增加和半径的增大,隧道纵向刚度有效率和纵向等效刚度均增大;但是随着螺栓个数的增加,纵向刚度有效率表现为同方向、近线性关系;同时随着螺栓半径的增大,纵向刚度有效率表现为同方向、近抛物线关系;而随着管片厚度和管片混凝土模量的增大,纵向刚度有效率降低.在此基础上考虑由管片刚度改变引起的应力集中,研究了埋深对刚度有效率的影响,结果表明,随着埋深的增加刚度有效率呈线性降低,即隧道纵向等效抗弯刚度减小.研究结果对盾构隧道设计具有一定的指导意义.

盾构衬砌管片环弯曲等效刚度的一种确定方法

文章根据修正惯用法和梁-弹簧模型法定性分析了由钢螺栓接头拼装而成的盾构衬砌管片环弯曲等效刚度的主要影响因素,并给出了目前我国盾构衬砌环的弯曲刚度的有效率η的一个拟合公式,公式的正确性通过模型试验的验证,有一定工程参考价值.

新型零泊松比类蜂窝结构等效弯曲刚度研究

通过融合正弦波纹结构与蜂窝结构,构建了一种具有零泊松比效应的类蜂窝结构,当波纹幅值为0时,退化为手风琴式蜂窝结构。基于能量法建立了其等效弯曲刚度理论模型,分析了结构参数对弯曲性能的影响规律。结果表明:正弦波纹壁板结构具有典型的正交异性特征,两正交方向弯曲刚度随蜂窝角的增大呈相反的变化规律,随着壁高及壁厚的增大而增大,在一定条件下对波纹幅值不敏感。最后结合有限元仿真,验证了理论分析方法的正确性。

收敛变形对地铁盾构隧道纵向等效抗弯刚度的影响研究

基于场试验监测数据,对等效连续化模型进行了修正,考虑了隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算理论方法进行了对比。弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。

考虑收敛变形的通缝拼装盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算分析

为了研究运营地铁通缝拼装盾构隧道长期沉降过程中衬砌结构横向变形对其纵向变形和受力的影响,基于上海轨道交通8号线西藏北路站—中兴路站运营盾构隧道现场试验监测数据,对等效连续化模型进行修正,考虑隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算方法进行对比分析。结果表明:1)弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。2)结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。3)在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。

复合材料帽形加筋梁强度及刚度实用计算与试验

利用变形协调方程,推导了复合材料帽形加筋梁的等效弯曲刚度公式,建立了复合材料帽形加筋梁的应力、挠度计算公式。计算了均布荷载作用下,不同边界条件下复合材料帽形加筋梁的应力和挠度,并进行了帽形加筋梁的三点弯曲强度试验。对比分析了数值计算结果和试验结果,结果表明:理论计算结果和试验结果吻合较好,说明该方法以及推导的计算公式是可靠的,易于在复合材料船体初步设计阶段中使用。

金属接骨板四点弯曲测试方法差异性分析

本文采用新型试验装具和计算程序对金属接骨板进行四点弯曲测试,在此基础上对YY/T 0342-2002中的不同试验方法进行对比分析。该套试验夹具及分析软件可分别得到试样不同位置的挠度值,进而测出YY/T 0342-2002中不同公式所得到的等效弯曲刚度,有效地避免了非同一样品和两次试验操作存在的误差。通过本文的理论研究及数据分析,为监督抽检和产品研发带来准确、科学、客观的测试数据。

盾构隧道纵向结构刚度性状研究

在隧道等效连续化模型基础上,认为环缝影响范围有限,尚未达到整环管片,对隧道纵向等效连续化模型进行深化。考虑环缝的影响范围,根据在轴力和弯矩作用下,等效连续梁模型的轴线变形与相同荷载作用下隧道的轴线变形一致的原则,并且引入横向接头影响系数和土层约束系数,得到隧道"等效弯曲刚度"的计算公式。最后,以上海地铁一号线隧道的几何数据和力学参数为基础,分别探讨了隧道结构本身各主要参数变化对其纵向刚度的影响,通过对计算结果的分析,可以增强对盾构法隧道纵向性能的认识。

复合材料帽型加筋板等效弯曲刚度

复合材料船体结构主要由纵向或横向加筋板架构成,复合材料加筋板设计可以近似处理成正交异性板,需要定量计算复合材料加筋板的等效刚度。利用卡氏定理推导了复合材料帽型加筋层合板的纵向和横向弯曲刚度,给出了等效层合板弯曲刚度的解析表达式。通过复合材料帽型加筋层合板纵向和横向三点弯曲试验实测梁的跨中挠度并与等效弯曲刚度对应的解析解比较;用ABAQUS有限元软件计算三点弯曲纵向和横向复合材料帽型加筋梁和四边简支复合材料帽型加筋板中心点的挠度并与等效弯曲刚度对应的解析解比较。结果表明:解析解与数值计算及试验结果对比,吻合较好,验证了等效弯曲刚度解析表达式的正确性,且具有较好的计算精度,可作为复合材料帽型加筋板设计的计算依据。

框架中钢-混凝土组合梁等效弯曲刚度分析

框架体系中钢-混凝土组合梁在竖向荷载作用下的弯矩分布与其端部受到的转动约束条件密切相关,而在不同方向的弯矩作用下钢-混凝土组合梁截面的抗弯刚度又差异显著,要准确计算竖向荷载作用下组合梁的等效弯曲刚度必须充分考虑与其相连的梁柱变形对其端部产生的转动约束刚度。为此,采用分段刚度建立了框架中组合梁在竖向荷载作用下的等效刚度理论模型,以考虑不同梁端转动约束刚度和楼板开裂前后截面特性差异对组合梁等效刚度的影响。基于该理论模型进行大量参数分析,识别了影响组合梁等效弯曲刚度的两个关键参数:转动约束刚度与组合梁开裂后截面线刚度比和梁开裂前后截面刚度比,得到了随梁端转动约束刚度变化的组合梁在竖向荷载作用下等效弯曲刚度的计算式,在框架设计时可方便地用于组合梁的变形和内力计算。对比讨论了建议算式和现有公式的计算精度,并通过结构体系的非线性全过程分析对建议算式的合理性做了进一步的验证。理论分析和设计方法表明,组合梁在竖向均布荷载作用下的负弯矩区长度和等效弯曲刚度随梁端转动约束刚度变化显著,必须在设计中准确考虑。

沥青面层的截面弯曲刚度当量模量计算

讨论了各种结构和层间接触条件下等截面弯曲刚度的换算方法,并给出了计算式,当温度沿面层层厚线性分布时,给出了沥青面层当量模量简便的代数计算式,对比分析了几种不同面层当量模量的弯沉计算误差。结果表明:采用所提出的等截面弯曲刚度当量模量所得到的弯沉精度较高,相对误差一般不超过5%;采用面层中点温度所对应的当量模量,在沥青面层与下卧层层间连续,以及温度沿面层层厚分布变化比较剧烈时,其弯沉计算相对误差有可能超过15%;采用面层平均温度所对应的当量模量计算得到的弯沉相对误差有可能超过10%。

压力容器密封垫片接触应力均匀化的措施

平面法兰与密封垫的接触应力分布极不均匀,接触应力较小处易发生漏油现象。微锥法兰取代替平面法兰可大幅提升密封垫接触应力均匀性。通过建立压力容器两螺栓间的抗弯刚度与简支梁的抗弯刚度等效模型,给出使接触应力均匀化的微锥法兰倾斜角工程确定方法。实验测量和有限元数值仿真结果均表明采用微锥法兰倾斜角的工程确定方法,能有效改善密封垫接触应力的均匀性,研究成果和措施对压力容器微锥法兰的加工、提高液体油压力容器密封性具有参考价值。

基于串联式Triple-LET的LEMs滑块机构分析

设计了一种基于串联式的Triple-LET新型柔性铰链,给出了该铰链的三维结构,并对其进行了弯曲等效刚度的理论分析,推导了该结构形式铰链的弯曲等效刚度计算公式并给出了修正系数。基于修正的弯曲等效刚度理论计算公式,对设计实例进行了分析计算,同时建立了该设计实例的有限元仿真模型,通过理论计算结果和仿真分析结果的比较,验证了该铰链设计的可行性。将该新型铰链应用于LEMs柔顺滑块机构的设计中,建立了该机构的基于修正弯曲等效刚度的伪刚体模型,并加工了该串联式Triple-LET铰链的滑块机构铍青铜实物模型,理论计算和实测结果基本一致,验证了理论模型的正确性和机构设计的可行性,同时也表明该滑块机构在工作状态具有较大变形,能保持较好的稳定性。

复合材料加筋板结构的并行空间协同优化设计方法

提出了使用并行子空间协同优化设计方法对复合材料加筋板结构的布局参数和铺层顺序进行协同优化。该方法分为3步:(1)以筋条型式、数量、尺寸和铺层厚度为变量,考虑静强度和稳定性要求,建立3个并行的子优化问题,实现了布局优化;(2)以层合板的各铺层角作为设计变量,考虑层合板的制造和工艺约束,以等效弯曲刚度为中间变量,实现了复合材料加筋板的蒙皮和筋条的铺层顺序优化;(3)通过协调稳定性约束,实现综合优化。本文完成了一个典型算例,算例结果表明,该方法不仅合理而且有很好的优化效果。

复合材料加筋板结构的二级协同优化设计方法

针对复合材料加筋板结构的布局和铺层优化问题,发展了一种二级优化设计技术。第一级采用基于近似模型技术的布局优化方法,以筋条形式、个数、截面形状和铺层厚度作为设计变量,以结构质量最轻为目标函数,实现加筋板结构布局形式和截面尺寸的布局优化;第二级借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,考虑层合板的制造和工艺约束,以层合板的各铺层角作为设计变量,以层合板弯曲刚度系数与上一级优化所给最优弯曲刚度系数之间的误差最小为目标,实现了复合材料加筋板在固定铺层层数下的铺层顺序优化;在二级优化的基础上,通过协调稳定性约束,实现综合优化。算例表明:采用二级优化设计方法,可以很好地实现复合材料加筋板的布局优化设计。

帽型复合材料梁的稳定性分析与固有频率计算

根据经典层合板理论,结合纯弯曲状态下内力与应变的关系,推导了帽型复合材料梁的等效弯曲刚度计算公式,并利用等效弯曲刚度进一步推出了该类型梁的轴向临界载荷与固有频率计算公式,最后用有限元法进行验证,为帽型及其他截面类型的复合材料梁在工程中的应用提供参考。