归一化时-频反应谱与结构损伤曲线的应用

为了研究归一化时-频反应谱和结构损伤曲线在抗震设计中的应用价值,对某十层RC框架结构采用地震动特性截然不同的唐山地震天津波SN方向和集集地震波SN方向进行弹塑性时程分析,对比了2种工况下结构损伤曲线在地震波归一化时-频反应谱上的表现.结果表明,结构的最大地震反应并不一定造成结构最大破坏,而随后很小的反应也可能最终导致结构倒塌,选用不合理的地震记录进行抗震设计是不可靠的,故传统的反应谱理论存在一定的局限性.结构损伤曲线通过自振周期的变化可以反映结构的塑性发展,与同时具备地震动三要素(振幅、频谱和持时特性)的归一化时-频反应谱相结合,可有效预测结构的损伤机制,从而为大震下结构的抗倒塌设计提供参考依据.

利用蠕变等损伤曲线研究蠕变累积损伤

利用蠕变损伤的剩余寿命定义，构造了蠕变等损伤曲线，并给出蠕变等损伤曲线的近似数学描述。通过蠕变等损伤曲线研究了蠕变累积损伤规律，建立蠕变累积损伤公式。利用该公式估算变载蠕变剩余寿命，仅需要材料的蠕变断裂曲线，十分便利。２种Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ合金钢分级加载蠕变试验数据的评估结果表明，其预测寿命的精度较线性法则有明显提高。

混凝土分段曲线损伤模型

在对比分析国内外现有的混凝土受拉损伤模型基础上,结合素混凝土受拉应力-应变曲线的试验结果,提出了一个新的混凝土分段曲线损伤模型,并利用应力连续条件确定了损伤模型中各系数的值。运用该模型到力学分析中,推导了矩形截面的混凝土梁在纯弯矩作用下,在损伤较小和损伤较大时的力学方程,算出了梁的最大承载能力,并与材料力学计算的梁承载能力进行了对比。详细分析了损伤区域及损伤应力在横截面上的变化过程,确定了极限状态下含损伤混凝土梁的应力分布和相应的承载能力,画出了损伤状态梁截面的应力分布图。

利用位移引伸计测定薄板单轴损伤演化曲线的试验方法研究

一套准确而又简便的测试损伤变量的实验方法,对于推动连续介质损伤力学的工程应用是至关重要的。本文系统研究了利用位移引伸计测定薄板材料单轴损伤演化曲线的试验方法。采用引伸计测量大圆弧变截面试样中心部位某一标距段的伸长量,然后计算得到弹性模量的变化,进而确定损伤变量。文中就试样形状尺寸的确定、主损伤区弹塑性大应变的测控和卸载弹性模量的稳定性、与精确测量等关键测试技术问题进行了深入细致的分析和实验研究,并从多角度对该试验方法的正确性进行了实验验证。文中还介绍了该试验方法在确定LY12-CZ铝合金薄板单轴损伤演化曲线的应用,实验表明本文建议的试验方法是简便有效的,初步奠定了发展标准化损伤曲线测试方法的基础。

一种基于增量动力分析法的高耸混凝土电视塔结构整体损伤模型

由于缺乏多道抗震防线,高耸混凝土电视塔结构在地震作用下易发生破坏,评估结构在经历地震作用后的损伤状态对于评价结构的抗震性能以及震后可恢复性能具有重要意义。基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)法,使用IDA曲线围成面积的比值定义了一种新的整体损伤模型;介绍结构损伤状态判定原则以及地震动强度指标的选取方法,并证明了该研究提出的整体损伤值随着地震动强度指标值的增加而单调递增的特性;以北京中央电视塔为对象,研究该损伤模型和其他损伤模型对高耸混凝土电视塔结构的适用性。研究结果表明,该研究提出的模型解决了其他模型的损伤演化曲线局部下降问题;此外,该模型的损伤演化曲线形状特点较符合电视塔结构的脆性破坏特点。

初始损伤对焊接节点疲劳性能的影响

为研究焊接节点的初始损伤对疲劳寿命和损伤演化的影响规律,从损伤力学角度引入了基于裂纹尺寸的损伤变量,介绍了两种常用的疲劳损伤演化模型:Chaboche模型和Lemaitre模型,并分别基于两种演化方程探讨了初始损伤对疲劳寿命和损伤变量的影响,提出了基于初始损伤疲劳寿命折减系数的概念.以非承载角焊缝焊接节点为例得到了焊接节点在不同初始损伤情况下的疲劳寿命折减系数和疲劳损伤曲线.结果表明:当初始损伤分别小于0.055和0.002时,在Chaboche模型和Lemaitre模型中可以忽略其对疲劳寿命的影响,Lemaitre模型比Chaboche模型对初始损伤的影响更为敏感,推荐采用Chaboche模型来描述焊接节点的疲劳损伤演化.

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。

基于模态曲率差归一化的简支梁损伤识别

为了研究以模态曲率差归一化为基础的简支梁损伤识别,对振型曲率差进行归一化,理论推导基于模态曲率差归一化构建的指标与损伤识别的关系,再将归一化的结果进行数据融合,得到新的损伤判别因子,并对简支梁进行损伤识别分析.提取模态曲率差最大值构造损伤评估曲线,并利用其进行结构剩余寿命预测.采用简支钢梁为数值算例,考虑在单个损伤和多个损伤下7种不同程度的损伤工况,分别利用指标DF^(j)与新指标DDF进行识别损伤.采用简支钢梁试验证明了DDF指标识别具有良好的鲁棒性和精确性.

废弃纤维再生混凝土损伤分析

为了研究废弃纤维再生混凝土受压破坏的损伤问题,对30块100 mm×100 mm×300 mm非标准试件进行了棱柱体试块单轴受压损伤试验。通过测定废弃纤维再生混凝土单轴受压试件横向振动时的基频振动频率以及数据采集系统采集到的荷载与应变值,绘制出损伤变量与应变曲线、损伤变量与荷载曲线,通过拟合曲线,建立了废弃纤维再生混凝土单轴受压损伤模型。试验结果表明:废弃纤维再生混凝土在应变增加的同时,损伤变量也随之增加;废弃纤维再生混凝土随着应变的增长,水灰比越大、再生骨料掺入量越多、纤维越长,废弃纤维再生混凝土的损伤增加的越快。

混凝土结构多层次地震损伤模型

结构地震损伤始于材料层次,在截面、构件、楼层、结构层次逐步发展,终止于整体功能失效。为研究其在结构内部的演化机理,提出变形等价原理与广义力-变形关系。由此,建立在各层次上力学概念相一致的多层次地震损伤模型。依据各层次地震损伤破坏的一般规律,结合广义力-变形关系曲线,提出多层次损伤性能水准,定义临界损伤值与临界性能指标。利用归一化参数,以协调各层次广义损伤与性能水准的对应关系。基于大量试验数据及数值计算结果,分析临界性能点处的对应关系,通过数值回归方法得出各层次归一化参数。多层次地震损伤模型和多层次损伤性能水准能够正确计算和评价各层次损伤演化全过程与破坏状态,为进一步揭示结构地震损伤性能的内在规律奠定基础。

模块化舱室的人员冲击损伤研究

在军用标准的理论基础上,对现有舱室和模块化舱室进行了冲击损伤计算,绘制出不同爆距下舰船服役人员损伤等级的关系曲线。研究结果显示,模块化舱室设计在各种程度损伤下对应的临界爆距均比传统设计舱室结构要小,安全性更强。模块化舱室不仅提高了舰船的抗冲击性能同时也很好的降低了人员的冲击损伤,提高了舰船的生命力。

混Ⅲ假人、GHBMC人体模型以及中国人体模型的正碰损伤差异

基于清华大学汽车碰撞试验室关于中国参数化人体有限元模型的研究,根据中国50百分位人体的参数生成了可用于碰撞仿真的中国50百分位人体模型,通过相同车型同一工况下的碰撞仿真分析,使用损伤响应分析和损伤风险曲线两种不同的评价方式研究了HybridⅢ假人、GHBMC有限元人体模型以及中国50百分位人体模型损伤响应的差异性。结果表明,相比中国50百分位人体模型,HybridⅢ50百分位假人模型的颈部和胸部损伤风险更高,而GHBMC 50百分位人体模型的大腿损伤风险更低,分析结果揭示了两种乘员评价工具在评价基于保护中国人体而设计的乘员约束系统时的差异性和局限性。

基于塑性损伤模型的CS复合墙板抗弯性能研究

通过对CS复合墙板的抗弯承载力分析,以塑性损伤理论为基础,使用有限元通用软件ABAQUS对CS复合墙板抗弯过程的损伤过程进行了数值模拟.并将有限元数值计算成果与CS复合墙板抗弯试验的计算成果进行了对比分析.研究结果表明:塑性损伤模型可以很好模拟CS复合墙板的损伤过程,数值计算成果与试验数据吻合较好;到达极限承载力的速度要快于试验值,运用该模型得到的模拟结果是比较安全的.同时,通过对受拉区跨中损伤演化曲线的模拟以及与C30混凝土的受拉损伤演化曲线的对比,总结了CS复合墙板在抗弯时的损伤情况.

适应未来大型飞机的水泥混凝土道面设计方法

现行水泥混凝土道面设计规范,采用"设计飞机"按疲劳等效原则将各型飞机的作用次数换算成"设计飞机"的作用次数,并假定飞机轮迹在通行宽度内均匀分布,实际上飞机轮迹在跑道横断面上服从正态分布.未来大型飞机的起落架更加复杂,各型飞机对道面的累积疲劳损伤峰值不在同一位置,采用"设计飞机"换算的方法日益暴露出不足.按轮迹服从正态分布采用覆盖通行率计算覆盖作用次数,用累积疲劳损伤替代了"设计飞机"在交通量换算中的作用,直接计算各型飞机对道面结构总的累积疲劳损伤,探讨了基于累积疲劳损伤的道面设计方法.实例分析表明:采用累计疲劳损伤作为设计指标的道面设计方法计算结果更精确,更适合未来大型飞机复杂起落架作用下的水泥混凝土道面设计.

客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道疲劳寿命预测

针对客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的疲劳寿命问题,采用有限元软件,通过应力等效原理及列车运行速度确定了室内混凝土疲劳试验的加载值和加载频率;在各组合工况下对混凝土试件进行重复加载,分析了抗折强度和动弹性模量的关系,确定采用动弹性模量衰减幅值来评价混凝土疲劳寿命;将试验结果拟合为混凝土损伤曲线,并基于Palmgren-Miner疲劳累积伤损准则得到不同荷载作用下轨道板疲劳寿命预测值。结果表明:混凝土动弹性模量和抗折强度之间存在良好的相关性;荷载频率越低或应力水平越高,混凝土损伤发展速度越快;忽略其他荷载耦合作用时,客车荷载作用下轨道板的疲劳寿命约为货车荷载作用下的2倍,而客、货车荷载交替作用下无砟轨道的疲劳寿命则介于上述2种荷载作用之间。

几条地震波的归一化时-频反应谱分析

时-频反应谱是地震动幅值、频谱和持时三要素构成的空间三维谱.基于此,本文提出归一化时-频反应谱定义与计算方法,计算三条典型地震波的归一化时-频反应谱,对比分析表明:不同地震记录的时-频反应谱的幅值在时间和周期两个轴上的分布差别很大,具有不同时-频反应谱的地震波可能对结构地震响应产生不同影响;对12层钢筋混凝土框架结构模型进行弹塑性时程分析,通过结构地震反应、结构损伤曲线与输入地震动的归一化时-频反应谱对比,发现结构最大反应并不一定是造成结构倒塌的直接原因,用结构弹性阶段反应最大值进行抗震设计存在一定局限性,从而证明归一化时-频反应谱可有效用来分析地震动特性和结构破坏机理.

基于性能的大跨桥梁颤抖振响应概率性评价

大跨度桥梁颤抖振响应因风场的随机性呈现较大差异,建立基于性能的大跨度桥梁概率性评价方法尤为重要。文章建立了基于性能的大跨度桥梁颤抖振性能概率性评价方法;首先对同风速时的风场进行10~20组多组随机生成,分别计算不同风速、不同随机风场下桥梁的随机振动响应;然后对同风速下多组响应计算结果进行最不利响应曲线拟合,确定结构响应的概率分布;最后基于结构最不利响应,确定不同损伤程度的界限,建立大跨桥梁损伤的评价标准,对桥梁随机振动全过程损伤程度进行评价,建立不同损伤级别下的损伤曲线。研究结果表明:跨中最不利响应的均值在横向与竖向随风速呈幂指数增长;Q-Q图显示同一平均风速下,跨中横向和竖向随机振动的最不利响应符合正态分布且与风速大小无关;基于行人和行车舒适度的评价标准,结构竖向损伤比横向均对风速更加敏感,结构的损伤主要由竖向损伤控制。

再生沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能

为了分析废旧沥青路面材料(RAP)对热拌沥青混合料的黏弹性动态响应及疲劳性能的影响,设计了不同RAP掺量(10%、20%、30%)及不同级配(AC-13和AC-16)的沥青混合料,采用沥青混合料性能试验仪(AMPT)在不同温度和加载频率下的动态模量,之后采用时间-温度等效原理,确定了不同沥青混合料的动态模量主曲线;并对不同沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验,通过简化的黏弹性连续损伤模型(S-VECD),确定了不同级配、不同RAP含量的沥青混合料的损伤特征曲线(C-S),及基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系(GR-Nf).结果表明:沥青混合料的动态模量随着温度的升高、加载频率的降低而降低,温度越低、频率越高,沥青混合料越接近弹性体,反之越接近黏性体;从不同级配的沥青混合料的动态模量主曲线中可以看出,RAP含量越高,其动态模量越高,但总体来看相差不大.疲劳试验及分析表明:RAP含量较高时,其疲劳性能较低,表明其应力松弛能力较差,因此应更加关注再生沥青混合料的抗疲劳性能.

再生混凝土抗压疲劳剩余强度试验研究

混凝土构件在承受循环荷载的过程中其强度不断降低,当疲劳加载至一定次数,构件此时的静载强度称为混凝土疲劳剩余强度,疲劳过程中混凝土剩余强度的衰减是结构破坏的主要原因.本文进行了普通混凝土和再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土抗压疲劳剩余强度试验,对比分析了这两种混凝土的疲劳剩余强度衰减规律,建立了再生混凝土抗压剩余强度和抗压剩余刚度的衰减模型.试验结果表明,利用剩余强度定义疲劳损伤变量,得到普通混凝土和再生混凝土的损伤发展曲线,两种混凝土损伤发展规律基本相同,曲线符合三阶段规律.