基于三维接触-摩擦理论的渡槽结构地震碰撞反应分析

地震作用下渡槽梁体间的碰撞反应易对其抗震安全性产生重大影响。本文基于接触-摩擦理论,通过编制FORTRAN程序,建立了渡槽结构的三维动力分析模型,研究其在地震作用下的碰撞反应。结果表明,纵向地震输入是渡槽碰撞反应的控制工况;伸缩缝宽度增大,碰撞次数减少,但碰撞力峰值增大;渡槽的碰撞反应具有明显的地震动频谱敏感性,且随着槽内水深的增加而增大;碰撞会使梁端加速度反应明显增大,而使速度和位移反应趋于减弱;摩擦对渡槽纵向地震反应影响较弱,但对梁端横向位移反应和邻梁相对转角影响较大。

基于三维摩擦-接触模型的连续梁桥地震碰撞效应分析

地震作用下桥梁的碰撞作用是导致桥梁局部破坏的重要原因之一,为分析连续梁桥在地震作用下的碰撞响应,通过Hypermesh与ABAQUS软件建立了全桥有限元模型,基于三维接触-摩擦碰撞模型分析碰撞作用对梁体与桥墩的影响,研究结果表明:多维地震输入时伸缩缝处碰撞总次数与最大碰撞力远大于单维输入与双维输入工况,为设计安全考虑,碰撞作用会抑制梁间相对位移,对主梁切向位移和主梁压应力影响较大,对径向位移与主梁拉应力影响较小;由于碰撞力的方向与惯性力相反以及支座剪切变形作用,碰撞作用对墩底的剪力及弯矩几乎没有影响。

岩石脆性破坏全过程的准态基近场动力学方法

近场动力学(peridynamics,PD)作为一种新兴方法,正展现出成为一种分析复杂岩体力学响应方法的巨大潜力.然而,键基近场动力学与连续介质力学联系薄弱,缺乏对岩石多类型断裂模式和峰后行为的处理能力,而且接触-摩擦模型严重简化.为此,提出了一种准态基近场动力学方法.首先,通过基于键型区分的力密度计算方法,实现了键的应力张量计算,加深了其与连续介质力学的联系;然后,提出了一种通用式的断裂准则引入思路,推导了一种适于当前理论的单直线型虚拟裂缝模型,实现了对岩石多类型脆性破坏的全过程模拟;最后,通过粒子网格孪生算法,实现了不同介质状态的物质点和孪生网格的同步处理,通过势函数和库伦摩擦定律,实现了对各类接触情形和接触程度的准确判断和表征,并增加了考虑摩擦系数的摩擦力密度计算.已有算例表明,模拟结果与实验结果的吻合程度很高.这使得完善后的近场动力学的近场动力学处理非连续介质形成-演化过程的能力得到了有效提升,扩充了原有的理论框架和适用范围.

载货汽车鼓式制动器非金属摩擦片过薄实时检测系统设计

为防止因非金属摩擦片磨损过薄所引起的制动安全问题,提出载货汽车鼓式制动器非金属摩擦片过薄实时检测系统设计方法。首先,根据摩擦片-鼓完全接触理论及实际应用情况,对现有非金属摩擦片的设计进行分析;其次,依据分析实现对非金属摩擦片中预埋3对检测触点的设计;最后,利用单片机AT89C51结合外围LCD1602、功放管理模块等,形成有效的过薄检测系统。整个设计合理,有效报警率达到98%以上。

桥梁地震碰撞的三维撞击模型及非线性响应分析

为合理模拟地震时相邻桥梁间发生的碰撞响应,提出适用于桥梁多维碰撞响应分析的三维Kelvin接触-摩擦撞击模型,即将Kelvin-Voigt模型和库伦摩擦模型相结合,通过一个摩擦元件来模拟发生纵向碰撞后,接触点间的横向和竖向的相对摩擦作用,以真实地模拟结构接触位置的三维撞击行为。进而将该三维撞击模型引入所建立的结构精细化模拟分析平台FENAP中,与纤维梁柱单元模型良好结合,实现对桥梁的多维碰撞响应分析。通过对一钢筋混凝土连续梁桥在双向地震作用下的碰撞响应分析,结果表明:所提出的三维撞击模型能够模拟邻梁间的纵向和横向碰撞响应;纵向碰撞对刚度较大的桥梁影响较大,会增大墩底剪力和墩顶位移,加剧桥墩的塑性发展;横向碰撞对桥梁的碰撞响应影响较大,不可忽略。

近断层地震动下曲线梁桥碰撞效应研究

桥梁的地震碰撞会导致结构局部破坏,甚至造成落梁、倒塌等严重灾害,曲线梁桥的非规则性使得其碰撞效应与直梁桥显著不同。对一典型的三跨曲线梁桥建立多尺度有限元数值模拟模型,利用三维接触-摩擦模型结合显式动力接触算法模拟曲线梁桥上部主梁间的碰撞,研究了近断层地震动下碰撞效应对曲线梁桥地震反应的影响,并对地震动参数、碰撞刚度、伸缩缝间隙及曲率半径进行了详细的参数影响分析研究。研究结果表明:曲线梁桥地震响应受非均匀碰撞影响显著,碰撞限制了主梁相对位移;近断层脉冲地震较其他两类地震对曲线梁桥碰撞效应的影响更为显著,碰撞力最大值随着碰撞刚度和曲率半径的增加而增大,随着伸缩缝间隙的增大而减小,主梁相对位移响应则相反;外侧切向位移较大,落梁很有可能从曲线梁外侧发生。

考虑流固耦合的渡槽结构三维碰撞反应研究

渡槽结构在强烈地震作用下邻梁间发生的碰撞现象易对其输水安全造成重大影响。采用薄壁梁段单元和三维接触-摩擦单元借助FORTRAN程序建立了考虑流固耦合的渡槽结构整体三维碰撞分析模型,并通过工程实例进行了多工况下的地震碰撞反应分析。结果表明,随着槽内水深的增大,渡槽结构的地震反应普遍增大,邻梁碰撞次数、碰撞力和相对转角也随之增大;槽内水体固结和考虑流固耦合的碰撞反应峰值相差不大,但时程曲线差异较大,某些部位水体固结的解会小于流固耦合解,使固结简化的处理偏于不安全。研究结果可供大型渡槽结构抗震设计参考。

基于“接触摩擦-梁-接头”模型的矿山法隧道预制拼装二次衬砌分块方法研究

为分析矿山法隧道复合式衬砌中预制拼装二次衬砌的分块方式和承载特性,根据荷载与结构模型的分析方法,建立考虑衬砌间相互作用的“接触摩擦-梁-接头”复合式衬砌的计算模型,并考虑围岩对初期支护的法向和切向约束作用,分析矿山法隧道复合式衬砌中初期支护与二次衬砌之间的接触压力以及二次衬砌的内力,并讨论预制拼装二次衬砌的6种分块方案及预制块接头的位置和接头抗弯刚度对二次衬砌内力的影响。研究结果表明:接触刚度对层间接触压力影响较大,最大接触压力均位于隧道衬砌拱脚部位,建议接触刚度系数在接触压力稳定段取值;二次衬砌预制块接头位置对二次衬砌的弯矩影响较大,但对其轴力影响较小;当接头抗弯刚度介于0~100 MN·m·rad^(-1)之间时对衬砌间的接触压力、内力和变形产生的影响最大,建议预制拼装二次衬砌的接头抗弯刚度的取值介于50~400 MN·m·rad^(-1)之间。

多维地震作用下曲线梁桥伸缩缝处碰撞响应

为了研究多维地震作用下曲线梁桥的碰撞响应,以某曲线梁桥为例,通过Hypermesh与ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,并结合三维摩擦-接触模型研究其在多维地震作用下的碰撞响应,主要分析伸缩缝处碰撞力、损伤、相对位移、转角等在单向、双向与三向地震作用下差异;通过改变伸缩缝长度,分析碰撞作用对主梁位移、扭转、墩底内力、墩顶位移的影响。研究结果表明:多维地震作用下曲线梁桥的碰撞次数与梁体损坏程度要大于单向与双向地震作用时,因此为安全考虑,分析时考虑多维地震输入以确定最不利地震输入方向是必须的。碰撞作用会限制主梁的相对运动,但会加剧主梁与桥墩的扭转。通过与相关文献结论对比得出,多维地震作用对主梁与桥墩的影响大于单向地震。该研究结论可为曲线梁桥的碰撞效应分析与桥梁抗震设计提供一定参考依据。