刚度弱化边界条件在TI拟声波方程模拟中的应用

由于地震波数值模拟在有限区域内进行,因此减少边界反射波的影响十分重要。完美匹配层(PML)方法被广泛应用于边界反射的吸收。但在各向异性介质模拟中,PML存在稳定性问题。为此,尝试将一种刚度弱化方法(SRM)应用到拟声波各向异性方程的模拟中。首先,给出了TI介质拟声波方程模拟中SRM和PML边界条件的加载方法和差分格式。模拟结果显示,SRM在内存要求和运算速度上优于PML方法。之后,通过对均匀VTI和TTI介质、层状介质以及BP模型进行数值模拟,对比分析两种方法的吸收衰减效果。对VTI介质的模拟结果显示,在本研究的实验条件下,使用同样的吸收层厚度SRM内存需求仅为使用PML方法的50%,运算耗时减少约25%。虽然在VTI条件下SRM吸收效果略逊于PML方法,但在TTI介质、层状介质以及BP模型模拟中显示出了更高的稳定性。模拟结果表明,SRM在TI介质拟声波方程模拟中具有较好的实用性和可靠性。

圆形地连墙接缝刚度弱化对地面沉降的影响

目前,在土岩组合地层中深大圆形竖井的设计和施工方面经验尚缺。为了确保罗田水库—铁岗水库输水隧洞深78 m、直径34.9 m的圆形竖井施工安全和顺利进行,采用大型有限元软件ABAQUS建立了精细化的三维弹塑性有限元数值模型,分析了地连墙施工过程中周边地层的变形特性。通过将是否考虑地连墙接缝刚度弱化的数值计算结果与实测值进行比较,探究了地连墙接缝刚度弱化对墙顶、地表和箱涵的沉降影响。研究结果表明:对于距离竖井较近的地面、箱涵及地连墙墙顶的沉降,考虑地连墙接缝刚度弱化的数值计算结果与实测值的最大平均相对误差分别为10.11%,1.728%和16.49%,较为相符;而接缝刚度无弱化的数值计算结果与实测值的最大平均相对误差为83.02%,3.395%和139.6%,相差较大。研究结果可为超深大直径竖井及地连墙设计提供参考。

静动荷载作用下海洋软黏土刚度弱化特性研究

利用动三轴联合弯曲元测试系统对嘉兴原状海洋软黏土进行了一系列不排水条件下单调和循环三轴试验,分析静动荷载作用对正常固结软黏土的小应变剪切模量及刚度弱化特性的影响。试验结果表明,土体小应变剪切模量在单调荷载作用下先减小后增大,在循环荷载作用时则逐渐减小并最终保持稳定。在中到大应变下,饱和软土归一化动模量随循环单幅应变发展不断减小,且其值相较于单调剪切时的割线模量略大。研究发现,土体动模量弱化规律与动荷载作用下的小应变刚度特性密切相关,在不同固结围压和循环加载条件下表现出很好的一致性。研究结果可为该区域海洋构筑物设计提供依据,也可供其他同类型工程借鉴。

循环荷载作用下海北地区重塑黄土刚度弱化试验研究

基于GDS动三轴对青海海北地区重塑黄土进行不同条件下的循环加载试验,采用应力控制方式进行加载,研究不同循环动应力、不同加载频率对黄土累积塑性应变和刚度弱化特性的影响,并采用Idriss提出的弱化模型对试验进行拟合。试验结果表明:相同振次下,循环动应力、加载频率对累积塑性应变和刚度弱化指数均有影响,较大循环动应力和较低加载频率下试样累积塑性应变较大,且较大循环动应力和较低加载频率下弱化指数的衰减程度较大;弱化指数随着累积塑性应变的增大出现递减,较大循环动应力和较低加载频率下弱化指数的衰减速率相对缓慢;双对数坐标下的刚度弱化指数δ与加载振次N近似呈线性关系,Idriss提出的刚度弱化模型δ=N^(-d)能够较好地拟合试验曲线,相关系数R^(2)均大于0.9,拟合效果较好,弱化参数d随循环动应力的增大而增大,而随着加载频率的增大而减小。

循环荷载作用下重塑饱和粉黏土的刚度弱化特性研究

以东海大桥海上风电场项目为课题背景,通过动三轴系统对重塑饱和粉质黏土开展一系列长期不排水循环加载三轴试验,分别考虑围压、动应力比和频率3种因素,特别是对高频(f>5 Hz)下土体的动力弱化特性进行了研究。试验结果表明:累积塑性应变与累积孔压随着循环次数的增加而增大并且趋于稳定,呈现出应变软化和孔压软化现象。割线动变形刚度模量和割线动弹性刚度模量则随着循环次数的增加,先急剧降低然后趋于稳定,从而表现出刚度弱化现象。进一步研究了割线动弹性刚度模量与循环应变幅值的关系,割线动弹性刚度模量的衰减趋势受动应力比和频率的影响不大,与围压有关,围压越大,割线动弹性刚度模量衰减趋势越慢,衰减稳定幅值越低。

海洋黏土孔压增长和刚度弱化的循环阈值剪应变试验研究

循环阈值剪应变是循环荷载作用下饱和土体的基本特性。针对不同塑性指数(I_(p))的长江口原状饱和海洋黏土,开展了一系列应变控制逐级加载的不排水循环三轴试验,研究了引起原状饱和海洋黏土孔压增长的循环阈值剪应变(γ_(tp))和刚度弱化的循环阈值剪应变(γ_(td))。结果表明:长江口海洋黏土γ_(tp)和γ_(td)均随I_(p)的增大而增大,相同测试条件下,同一海洋黏土的γ_(tp)大于γ_(td),I_(p)≈17时,γ_(tp)=0.018%~0.019%,γ_(td)=0.011%~0.012%,I_(p)≈30时,γ_(tp)=0.037%~0.041%,γ_(td)=0.022%~0.027%;长江口海洋黏土刚度弱化的发生不一定需要孔压的增长,但会因孔压增长而加剧。与已有文献中陆域黏土的γ_(tp)和γ_(td)的对比分析发现:特殊的海洋沉积环境是造成长江口海洋黏土γ_(tp)和γ_(td)低于原状陆域黏土的原因。

基于特征曲线法考虑围岩刚度弱化隧道开挖变形分析

基于特征曲线法,建立考虑围岩刚度劣化本构模型开展不同开挖方式下隧道开挖空间变形特性研究,并与工程实际监测数据进行对比分析。结果表明:考虑刚度弱化后,三种开挖方式拱顶位移数值均增大;隧道开挖只对工作面前方20 m范围内围岩结构产生影响,对20 m范围以外影响甚微;在开挖工程中,距开挖工作面±10 m范围内拱顶围岩位移变化最大;为了有效控制围岩变形,开挖方式的优先顺序依次是中隔壁方式、预留核心土和台阶法;与未考虑刚度弱化的经典本构模型相比,采用刚度弱化本构模型计算得到的围岩压力释放过程更符合实际情况,拱顶位移计算结果与工程现场实际监测数据更为接近。

拉杆转子端面齿刚度弱化对模态的影响及其验证

带有端面齿的中心拉杆式转子结构复杂,结构模化困难。在高速旋转状态下的各类受力改变了转子的接触状态,进而影响到接触界面的刚度特性。因此研究端面齿刚度弱化对转子模态特性的影响,并通过带有端面齿的中心拉杆结构的实验转子开展模态测试,验证了理论计算结果。研究成果可为今后的设计提供指导。

受损发电机基座框架的动力承载能力分析

对某受损伤发电机基座框架进行可靠性分析,现场检测混凝土强度,利用有限元法对该结构进行动态特性、结构位移和内力计算和分析。在有限元计算中,采用弱化受损单元抗弯刚度的方法,考虑损伤的影响。分析结果表明基座框架能够承受改造后的设计荷载,振动线位移也满足规范要求。

铸造起重机桥架结构健康监测中的疲劳寿命晚期特征

跟踪分析钢铁物流生产线上服役中的大型铸造起重机强度测试、刚度测试、应力谱测试数据,讨论了铸造起重机结构件在疲劳使用寿命晚期的质量指标变化和演变特征,分析了结构刚度弱化、强度衰减与损伤破坏集中爆发的关联性,提出了外载荷激励下损伤破坏发生部位依照敏感性逐步推进的规律性。对提高铸造起重机全生命周期的安全运维技术,铸造起重机结构健康监测中的风险识别、安全评价、寿命预测具有针对性的指导意义。

新型限位缓冲结构设计及其缓冲特性分析

大型光电转台的电机力矩结构惯量较大,运转时动能较大,一旦飞车会造成严重的后果。为保证转台的安全性能,转台的限位缓冲装置是必不可少的。设计了一种带缓冲槽式的新型限位结构,利用缓冲槽弱化结构刚度,提高对冲击能量的阻尼耗散。通过ANSYS软件对新型限位缓冲结构进行参数迭代优化分析,寻找合理的结构参数组合。之后通过LS-DYNA软件对结构基于时域法的瞬态动力学性能进行了研究,对比了传统限位结构和新型限位结构的缓冲效果。结果表明,新型限位结构能够瞬间将大量冲击动能耗散掉,使限位时的冲击力和结构回弹时的动能明显降低,对转台飞车起到了很好的缓冲作用。并且,该结构具有简单可靠、尺寸小、成本低的优点。

高层建筑平面不规则结构设计探讨

对平面不规则结构的设计进行了探讨,分析表明,结构抗扭刚度主要取决于竖向结构布置,应弱化平动刚度、强化抗扭刚度,结构设计应加强薄弱部位的抗震措施,增加结构的整体性和延性,改善结构变形能力,从而实现预定的抗震设防目标。

高速公路隧道的围岩变形特性

基于特征曲线法,建立考虑围岩刚度劣化本构模型开展不同开挖方式下隧道开挖空间变形特性研究,并与工程实际监测数据进行对比分析.结果表明:考虑刚度弱化后,三种开挖方式拱顶位移数值均增大;隧道开挖只对工作面前方20m范围内围岩结构产生影响,对20m范围以外影响甚微;在开挖工程中,距开挖工作面±10m范围内拱顶围岩位移变化最大;为了有效控制围岩变形,开挖方式的优先顺序依次是中隔壁方式、预留核心土和台阶法;与未考虑刚度弱化的经典本构模型相比,采用刚度弱化本构模型计算得到的围岩压力释放过程更符合实际情况,拱顶位移计算结果与工程现场实际监测数据更为接近.

天津响螺湾超高层结构设计

首次将六边形网格结构应用于高度达358m的天津响螺湾超高层建筑作为其结构外网筒。深入研究这种新颖结构的工作性能与特点,扬长避短,是实现整体结构安全、合理、经济的关键。针对六边形网格结构抗竖向荷载性能较差,抗水平荷载性能较好的特点,采取如下重要结构设计关键技术:内外筒连接的楼盖钢梁两端铰接,不设伸臂加强层,以适应竖向荷载下内外筒的竖向变形差异,减小外筒承担的倾覆弯矩;网筒水平横梁截面小于斜柱;角部斜柱倾角减小;引入六边形网筒梁柱节点的有效刚度和钢梁连接楼板的栓钉的有效刚度;采用专门施工措施消除中部结构自重向角部转移。

天津大学仁爱学院图书馆结构设计

天津大学仁爱学院图书馆建筑平面形状复杂,层1-2有局部不规则曲线形状的清水混凝土外墙,上部立面为清水混凝土带形窗。结构设计时,根据使用功能合理设置结构缝将整个建筑划分为4个结构单元。结合各单元特点,优化结构体系。针对清水混凝土外墙刚度对整体结构的不利影响,提出了弱化墙体刚度的措施,并对清水混凝土的设计、施工提出了相应的处理方案。