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.

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。

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.

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。

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。

T形短肢剪力墙弹塑性受力性能优化分析

利用大型通用有限元软件ANSYS,对T形短肢剪力墙的弹塑性性能进行了优化分析。分别对常规、带暗柱和带暗支撑的T形短肢剪力墙,进行了承载能力和变形能力的分析。结果表明:常规短肢剪力墙截面高厚比在6.5左右时,受力性能较好;带暗柱及暗支撑肢力墙的受力性能明显优于常规剪力墙,但暗柱及暗支撑的配筋率在超过一定值时,增加配筋率所产生的效果并不明显。本文的研究,对短肢剪力墙的设计具有一定的参考价值。

颗粒增强钛基复合材料的弹塑性能研究

利用MTS810材料试验机对体积含量为3%的TiC颗粒增强钛基复合材料TP-650及基体钛合金进行了准静态拉伸试验,获得了材料弹塑性变形的应力应变曲线。结果表明,复合材料及基体材料达到屈服后,直至材料的迅速失效,几乎没有应变硬化效应。由断口分析可以看出,TP-650断口平齐,无颈缩现象,断口无韧窝,呈明显的脆性断裂特征,颗粒与基体界面有明显的脱粘现象。最后,基于Mori-Tanaka平均场理论和割线模量法讨论了颗粒增强钛基复合材料TP-650的弹塑性性能,理论预测与试验结果基本吻合。

球墨铸铁高温弹塑性力学性能的实验研究

给出了球墨铸铁 ( QT50 0— 7)加载 -卸载 -二次加载特性曲线 ,结果表明 ,加载 -卸载 -二次加载过程的应力 -应变关系基本满足 Prantle假设。测定了 1 8℃～ 1 0 0 0℃应力 -应变关系和各温度下的抗拉强度、屈服强度、弹性模量、剪切模量、泊松比、应变强化率以及它们随温度的变化关系 ,为进行该种材料的弹塑性热应力计算机数值模拟提供了必须的基础数据 ;本文的实验结果表明 ,弹塑性力学的理论和假设基本适用于铁素体 -球光体基体的球墨铸铁材料。

固体火箭发动机滚动球窝喷管弹塑性摩擦接触承载性能分析

固体火箭发动机滚动球窝喷管的弹塑性摩擦接触承载性能,属于复杂结构在复杂载荷作用下的弹塑性摩擦接触问题,它直接决定着系统的结构设计和功能发挥。为保证系统在承受极端工作载荷时,喷管不产生大的轴向位移,阴球、阳球与滚动体间具有一定的接触强度,同时不产生过量的塑性变形,设计阶段,基于计算精度高的三维摩擦接触问题的Lagrange乘子法,解决了与弹塑性耦合的算法问题;在滚动体运动分析及摩擦测试的基础上,模拟系统冷试车冲压试验,充分考虑材料表面强化层,建立了各构件间的弹塑性摩擦接触模型。有限元计算结果及冷试车分解试验、系统作动力矩测试试验结果表明,系统弹塑性摩擦接触承载性能满足结构设计要求,有限元建模及计算结果正确。

不规则超限高层结构抗震性能分析

为了增强不规则超限高层结构的抗震效果,提出不规则超限高层结构抗震性能分析流程,包括超限判定、性能指标界定、弹性性能分析、弹塑性性能分析,进一步评估建筑的稳定程度,并提出抗震加固措施,以更好地降低扭转效应对建筑结构产生的不良影响,提高建筑安全性,延长建筑使用寿命。

基于改进模态推覆法的导管架平台弹塑性抗震性能

针对强震下海洋导管架平台的弹塑性失效问题,提出一种基于性能设计的海洋导管架平台改进模态推覆抗震分析法,获得强震下平台结构的弹塑性抗震性能及其失效模式,解决强震下海洋导管架平台的弹塑性抗震性能评估难题.通过对比分析设防和罕遇烈度8度地震下平台结构弹塑性地震响应的差异性,探讨平台结构的参振振型、振型形状向量以及地震动不确定性对平台结构弹塑性抗震性能的影响.研究结果表明:高阶振型和振型形状向量对导管架平台弹塑性抗震性能的影响较大,需考虑前9阶或9阶以上的模态振型及振型形状向量变化的影响;设防和罕遇烈度8度地震下,平台结构弹塑性抗震薄弱环节均位于导管架顶部,需重点关注;具有相同峰值加速度的不同地震时程下的平台结构地震响应表现出明显的离散性和差异性,建议采用改进模态推覆法评估强震下平台结构弹塑性抗震性能.

计入粗糙度的深沟球轴承弹塑性接触性能分析

为揭示表面粗糙度对深沟球轴承弹塑性接触性能的影响,根据该轴承的载荷分布,把滚动体与内滚道接触转变为二次型函数极值问题,并建立考虑表面粗糙度的该轴承弹塑性接触模型,运用半解析法对该模型进行求解,获得了计入表面粗糙度影响的深沟球轴承弹塑性接触性能。数值结果表明:表面粗糙度会使内滚道宽度方向两端处的局部压力减小,同时使内滚道接触压力、von Mises应力、残余应力和残余变形的幅值较光滑情况时增大;同时表面粗糙度导致深沟球轴承中内滚道接触压力和残余变形分布发生波动,易使内滚道次表面产生应力集中,进而影响轴承整体使用寿命。

单层柱面网壳弹塑性地震反应特征

本文对网壳结构的弹塑性抗震性能进行了探讨．根据结构弹塑性有限元理论，结合网壳结构受力特点，推导出网壳结构单元的弹塑性矩阵表达式。然后对单层柱面网壳结构的弹塑性地震反应进行了具体分析，给出了节点位移和杆件应力变化规律，并讨论了矢跨比变化对网壳弹塑性性能的影响、从而揭示出这类网壳的弹塑性地震反应特点。

功能梯度纯弯曲梁弹塑性问题的解析解

在小变形前提下研究了功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性受力变形特征.假定功能梯度材料为理想弹塑性材料,且其弹性模量与屈服强度沿梁高度方向按照指数函数变化,根据Mises屈服条件导出了纯弯曲梁的弹性极限弯矩、截面弹塑性应力以及塑性极限弯矩的解析表达式.算例分析表明功能梯度材料梁的弹塑性性能与均匀材料梁不同,材料屈服不一定首先产生于截面最大应力点,塑性变形的产生、扩展具有多种不同的模式,材料弹性模量与屈服强度沿截面高度的梯度变化对纯弯曲梁的应力分布规律及极限承载能力均有较大影响.研究结果可为功能梯度材料梁的弹塑性分析提供验证的考题,也可为简化理论的建立提供一定的依据.