液压支架立柱防冲吸能构件优化仿真及压溃实验研究

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,获取吸能构件的吸能性能及屈曲变形形态,验证最优尺寸的吸能性能;对比吸能构件平均支反力的预测数据与有限元仿真数据,误差在15%以内,最优尺寸构件的平均支反力模型预测误差为−3.40%,验证吸能构件预测模型所预测数据较为准确;搭建吸能构件压溃实验台,选择5种加载速度,以准静态压溃方式对定制加工的吸能构件进行轴向加载压溃实验,实验结果表明:不同加载速度轴向压溃实验,支反力波动基本一致,最大初始支反力峰值为2253.52 kN,最大支反力标准差为206.23 kN,最小初始支反力峰值为2096.26 kN,最小支反力标准差为189.83 kN,初始支反力峰值的平均值为2149.32 kN,支反力标准差平均值为196.77 kN;不同压溃速度下的轴向压溃实验数据与吸能构件有限元仿真数据对比,初始支反力峰值、支反力标准差的相对误差分别为5.6%、11.07%;对最优尺寸吸能构件通过预测模型法、有限元仿真法、压溃实验法三种方法进行吸能性能分析,预测模型法的平均支反力为1879.7 kN,有限元仿真法的平均支反力为1945.9 kN,压溃实验法平均支反力为1919.8 kN,预测模型误差3.41%,压溃实验误差−1.3%,通过3种方法的数据验证结果,证明了吸能构件分析方法的可靠性和可行性。

装配式建筑PC构件产销一体化管理系统研究

混凝土预制(Precast Concrete,PC)构件是装配式建筑主体结构的基础,提升其生产的智能化、信息化水平尤为关键。文章以PC构件厂的生产管理模式和普遍管理现状为研究对象,基于PC构件生产线模式的需求分析,设计管理系统的基本组成架构、静态和动态信息模块,完成管理系统的开发。通过订单跟踪和生产管理在管理系统中的集成,完成PC构件的多品种、小批量生产的一体化管理;并基于数字孪生模型与PC构件生产设备之间的信息交互,实现订单跟踪的可视化管理。结果表明:管理系统通过对PC构件的订单跟踪和质量管理,可实现订单数据的全面分析和精细化管理,并有效提升生产效率和决策管理水平。

钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形技术进展

为了解决钛合金薄壁构件热成形效率低、成本高、组织性能控制难度大等问题,近年来钛合金冷模热冲压成形技术受到关注。在该新技术中利用室温模具对加热后的钛合金板材进行快速冲压成形和模内快速冷却,由于取消了模具加热,可以变革性地提高钛合金薄壁构件成形效率、降低成本。然而,与传统等温成形不同,在冷模热冲压成形过程中,钛合金板材温度不断下降,这对钛合金成形极限、回弹及组织性能等的控制提出了全新的挑战。分析了钛合金薄壁构件冷模热冲压成形技术特点及存在的问题,归纳了快速加热对钛合金组织性能的影响规律,综述了钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形工艺进展,最后对该技术未来的发展方向进行了展望。

古建筑木构件开裂机制、评估与加固研究进展

开裂作为古建筑木构件最常见的残损类型之一,影响木构件的长期服役性能,是古建筑稳定性与安全性评估的重要考查内容。本文从古建筑木构件开裂情况、原因、影响,评估方法及修复加固等方面,系统梳理古建筑木构件开裂残损相关研究成果。分析发现我国古建筑木构件开裂的主要原因为木材干缩与受力破坏,主要类型为纵向开裂,开裂可降低木构件力学性能,也可为其他不利因素作用于木构件提供条件。目前主要通过实际试验与数值模拟评估开裂对木构件性能的影响,利用金属材料、纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)与高分子树脂材料对开裂木构件进行修复加固。然而,由于古建筑的特殊性与木材变异性,仍需进一步探索木构件的不同尺度开裂机制,开发适用于古建筑开裂木构件的检测、评估与加固方法,建立科学系统性的古建筑保护体系。

堆内构件螺栓辐照促应力腐蚀可靠性评估方法

堆内构件连接螺栓所处工况环境恶劣,以辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC)为代表的螺栓断裂失效事件时有发生,为了分析评估堆内构件螺栓的可靠性,提出了一种考虑螺栓IASCC失效的可靠性评估方法。首先,基于断裂力学理论中的应力强度因子准则,分别构建了SCC和IASCC失效的极限状态函数,并利用仿真分析方法求解函数中的最大等效应力。其次,考虑函数中各参数的不确定性,应用一次二阶矩法求解堆内构件连接螺栓的可靠度。最后,以堆内使用数量最多的M16型号螺栓为例进行计算分析。结果表明,断裂韧度与螺栓所受最大等效应力对螺栓可靠性的影响最大,裂纹扩展系数、裂纹扩展指数的影响次之,裂纹初始尺寸对可靠性的影响最小。此种评估方法可用于反应堆结构设计中各类连接螺栓的寿命预测及可靠性评估,也可以辅助确定反应堆结构安全检测周期和检测重点。

钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应对比分析:试验研究

文章旨在研究并对比钢筋及BFRP筋(玄武岩纤维增强筋)混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应的异同,对4根钢筋混凝土深受弯构件及4根BFRP筋混凝土深受弯构件(梁高为300~1200mm)进行了剪切破坏试验。对比分析了荷载-位移曲线、斜裂缝宽度、混凝土应变、纵筋应变及腹筋应变随结构尺寸变化的发展趋势。揭示了钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件抗剪强度尺寸效应规律,并分析了设计规范和计算方法的适用性。研究表明:(1)BFRP筋混凝土深受弯构件的极限荷载约为钢筋混凝土深受弯构件的0.3~0.5倍,而挠度约为钢筋混凝土深受弯构件的1.4~1.7倍;(2)梁高从300mm增至1200mm时(试验梁的水平及竖向腹筋率均为0.51%),钢筋混凝土深受弯构件的名义极限抗剪强度下降34.0%,而BFRP筋混凝土深受弯构件下降45.7%;(3)对于大尺寸构件的抗剪承载力,设计规范的计算结果安全储备不足,未能合理考虑尺寸效应;(4)提出的尺寸效应理论公式可以定量描述结构尺寸对钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件名义极限抗剪强度的影响。

大跨度铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响

在已建成的大跨度鳊鱼洲长江大桥原设计宽高比为6.7∶1的四线铁路桥矩形箱型主梁断面的基础上,通过调整断面宽高比,设计宽高比为4∶1的二线铁路和宽高比为9∶1的六线铁路桥矩形箱梁断面。通过节段模型风洞试验,在0°,±3°和±5°风攻角的均匀来流下,对以上3种常用二线、四线和六线铁路桥矩形箱梁断面与对应相同宽高比纯矩形断面之间的涡振特性关系,以及铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响进行研究。结果表明:在宽高比分别为4∶1和6.7∶1的矩形断面上布置铁路桥附属构件能增大断面在负风攻角下的涡振振幅,在-5°风攻角下竖向涡振振幅增大率高达277.5%,但对正风攻角下的涡振响应起到一定的抑制作用,而在宽高比为9∶1的矩形断面布置六线铁路桥附属构件则能明显增大该断面在各风攻角下的涡振振幅,其扭转涡振振幅增大率均在48.3%以上;铁路桥附属构件对矩形断面涡振性能的降低作用随着断面宽高比的增大而提升,针对气动外形较钝的二线和四线铁路桥箱梁,可参考相似宽高比矩形断面涡振特性,并重点考察箱梁在负风攻角下的涡振响应,而针对宽高比较大的六线铁路桥箱梁,由于附属构件影响较大,参考相似宽高比矩形断面涡振特性的意义较小,均应详细研究其在各风攻角下的涡振性能。

复杂微型构件特种能场辅助微成形研究进展

随着复杂微型构件特征尺寸的不断减小,尺度范围不断扩大,材料种类日益增多,单纯依靠模具施加载荷的塑性微成形技术受到越来越多的挑战,成为制约微型构件实际应用的关键技术瓶颈。特种能场微成形技术利用超声场、电场和电磁场等能场与材料相互作用产生的特殊物理效应进行微加工,可以明显改善材料的塑性流动,降低微成形载荷,从而显著提高微型构件成形质量。本文综述了超声场、电场和电磁场等特种能场作用下塑性微成形的研究进展。首先探讨了特种能场作用下材料力学性能响应机制及微成形尺度极限,其次介绍了特种能场作用下微成形过程中材料微观组织结构演化与缺陷形成机理,最后总结了特种能场辅助微成形的关键工艺参数及其对成形质量的影响规律,强调了通过优化工艺参数实现高精度成形的重要性,为复杂微型构件的低成本、高效制造提供了新的技术路径。

异常点云干扰下的车身构件鲁棒性配准方法

点云配准是大型车身构件位姿参数测量的关键方法,但现有算法在大量异常点云干扰下难以配准至有效位姿,从而导致匹配失真,进而无法保证后续机器人作业质量。针对此问题,提出一种能够有效抑制异常点云干扰的车身构件鲁棒性配准算法——鲁棒函数加权方差最小化(RFWVM)算法。建立鲁棒函数加权目标函数,通过施加随迭代次数可变的动态权重来抑制配准过程中异常点云的影响,并由高斯-牛顿法迭代完成刚性转换矩阵的求解。以高铁白车身侧墙、汽车车门框为研究对象的试验结果表明,较经典的最近点迭代(ICP)算法、方差最小化(VMM)算法、加权正负余量方差最小化(WPMAVM)算法和去伪加权方差最小化(DPWVM)算法,所提出的RFWVM算法配准精度更高,能够有效抑制各种异常点云对配准结果的影响,并具有更好的稳定性和鲁棒性,能够有效实现各类车身构件点云的精确配准。

基于损伤因子的T形梁桥横向连接构件损伤识别

近年来,装配式T形梁桥在我国广泛应用,对桥梁易损位置横向连接构件损伤识别成为关注的热点问题.将T形梁桥的横隔梁简化成等刚度桥面板,采用弹簧体系模拟横向连接构件的受力变形,考虑横向连接构件剪力、横向力和翼缘板变形的影响,提出装配式T形梁桥横向连接构件损伤因子的理论计算式.将MATLAB理论计算、ANSYS数值模拟和实验的结果进行对比,验证损伤因子的有效性,并通过7种模拟工况和3种实际工况的对比,发现荷载作用位置越接近损伤横向连接构件,损伤识别的精确度越高.

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6~8根为最优。

防冲击地压薄壁吸能构件的压溃吸能机理分析

当煤矿井下发生冲击地压时,矿用液压支架的冲击性失效,常常会引起巷道支护系统的破坏,进而引发巷道坍塌,造成矿难。当前通过添加吸能构件来提高支架的防冲击性能是防治巷道冲击地压的有效途径之一。而不同类型吸能构件的压溃变形模式不同,表现出的吸能特性和力学特性也不同。本文采用数值方法对不同类型、支座和壁厚的吸能构件进行了冲击压溃模拟,通过对各相关防冲吸能参数的对比分析可知:预折纹吸能构件支撑反力最大、具有良好的吸能能力,但变形过程稳定性较差;外翻式吸能构件的塑性变形能力强,有效让位行程最大,但支撑力较小,不适合单独使用;扩径式吸能构件变形过程稳定性最好,其塑性变形后的径向位移较小,节省工作空间,但支撑能力较差,适用于小型液压支架或用作其他特殊用途。

东北地区教学建筑侧窗导光构件形态模拟研究

目的 为解决东北地区教学建筑中自然光分布严重不均衡,而单纯依靠粗放式地提高窗地比采光计算方法无法改善,通过设置导光构件解决自然光分布不均衡的难题。方法 应用Ecotect软件建立典型教室空间和导光构件的参数化模型,分析导光构件内外位置、水平高度、截面尺寸、截面形态、透光度等参数变化对于采光系数、照度、采光均匀度等参数的影响。结果 通过对模拟数据的比较分析发现,导光板在位于侧窗室内一侧、高度为2 400 mm、截面宽度为1 050~1 200 mm、截面形态为弧形向下的情况下,采光照度和均匀度达到最佳平衡状态;导光百叶中的水平内倾百叶的综合性能优于其他类型。结论 横向比较,导光板最优方案在综合性能上优于导光百叶,是东北地区较为适用的导光构件。

含裂纹损伤试验构件力学试验分析及材料性能研究

以裂纹长度相对于构件宽度的比例作为构件的相对裂纹长度,研究了相对裂纹长度对含裂纹损伤试验构件的剩余极限强度、断后伸长率和力学性能的影响。研究结果表明:随着相对裂纹长度的增大,含裂纹损伤试验构件的剩余极限强度呈现近似线性减小的规律,并且含裂纹损伤试验构件剩余极限强度的有限元分析结果可以近似当作材料的屈服强度;当相对裂纹长度较小时,含裂纹损伤试验构件呈现塑性性能,试验构件在荷载作用下发生塑性破坏;当相对裂纹长度较大时,含裂纹损伤试验构件将由塑性性能朝脆性性能快速转变,试验构件在荷载作用下不一定发生塑性破坏;当相对裂纹长度大到一定程度时,含裂纹损伤试验构件呈现脆性性能,试验构件在荷载作用下发生脆性破坏。

镁合金尾翼类构件径向同步加载工艺研究

目的针对常规挤压工艺成形尾翼类构件飞行时翼片径向产生挠曲变形的问题,提出了一种可调控金属流动的径向同步加载成形方法。方法结合ANSYS、Deform-3D有限元模拟和物理实验,分析径向同步加载的金属流动行为、等效应变和金属流线分布,通过拉伸实验测试成形翼片挤压方向(Extrusion Direction,ED)和横截面方向(Transverse Direction,TD)的力学性能,并通过观察显微组织揭示径向强化机理。结果径向同步加载通过对坯料施加周向压应力促进了金属径向流动,形成了沿径向分布良好的金属流线,有利于提升径向力学性能;采用该工艺试制构件表面质量良好,无宏观缺陷,且形成沿径向分布的宏观流线;翼片径向力学性能显著提升,屈服强度提升了57.8 MPa,抗拉强度提升了80.1 MPa,延伸率提升了1.4%,其强塑性的提升与纤维组织和块状LPSO相的纤维强化密切相关。结论实现了尾翼类构件的径向同步加载整体成形,通过调控金属流动形成径向分布良好的金属流线,提升了成形翼片径向强度,为高性能镁合金尾翼类构件的整体成形提供了理论基础和技术支撑。

南京小西湖街区微更新中结构改造的“构件——体系”方法

结构与空间的关系处理是既有建筑改造的关键问题。本文基于小西湖街区4个建筑改造工程项目的观察,归纳了“微更新”背景下既有建筑改造的多元设计目标、空间设计策略、结构改造策略,建构了结构与空间协同的改造设计方法体系,揭示了结构改造的“构件—体系”策略与空间改造的“形态—性能”策略的协同机制,为建筑改造设计提供了理论基础和实证参考。

高温作用后新型高强QN1803不锈钢轴压构件局部稳定性能研究

通过建立新型高强度QN1803不锈钢工字形和方矩形截面短柱的有限元模型对其高温作用后的局部稳定性能进行了数值模拟分析.通过参数分析探究了残余应力、局部初始几何缺陷及温度工况对构件局部稳定性能及极限承载力的影响.研究结果表明:对于方矩形构件及截面正则化长细比小于1.0的厚实工字形构件,残余应力对承载力的影响较小;对于薄柔工字形构件,残余应力会降低其截面承载力,且降低幅度随着温度的升高而下降.此外,随着温度升高,初始几何缺陷对不锈钢工字形构件承载力产生显著影响且正则化宽厚比的影响限值变大,对不锈钢方矩形构件承载力的影响则相反.最后,本文基于参数分析结果,评估了现行欧洲规范EN 1993-1-4、美国规范ASCE/SEI-8-02以及中国《不锈钢结构技术规程》(CECS 410:2015)中不锈钢构件局部稳定性能常温设计方法的适用性,发现了现有设计方法中对高强不锈钢轴心受压构件的高温作用后设计指导尚存在不合理之处并提出了优化建议.

基于BIM的PC构件排样优化设计

针对PC构件排样与上游装配式建筑设计模型的协同效用问题,进行了基于BIM的PC构件排样优化设计研究。分析了装配式BIM中PC构件的组成元素,完成PC构件信息的提取;结合改进蚁群算法与动态剩余矩形算法对PC构件排样进行优化,采用遗传变异策略与路径选择机制改进算法后期易陷入局部最优的不足,经过多次优化迭代得出最优排样。某PC构件企业的生产排样实例验证了基于BIM的PC构件排样优化方案可实现上游装配式建筑设计模型与PC构件排样的协同效用,提高了排样效率。

基于AHP-QFD-TRIZ的装配式混凝土预制构件质量控制研究

为满足国家对装配式建筑管控的要求,将预制构件的质量从符合型质量提高为满意型质量。运用层次分析法(AHP)分析得到预制构件各质量需求的权重值。通过质量功能展开(QFD)将质量需求转化为预制构件的技术特性,求出技术特性的重要度排序并确定各技术特性间的相关性。采用发明问题解决理论(TRIZ)解决技术特性间负相关关系,即矛盾冲突,并确定解决矛盾对应发明原理,选出最佳方案。集成AHP/QFD/TRIZ模型,根据预制构件的安全性、防火性、吊装特性和构件特殊造型等方面的需求提出解决办法,解决装配式建筑施工、运输等阶段常见质量问题。运用AHP/QFD/TRIZ质量设计流程,在设计阶段考虑装配式建筑生产、施工、运输等阶段的质量问题,为预制构件深化设计提供了新思路。

基于改进遗传算法的PC构件生产调度优化

基于流水线车间生产调度理论,建立以生产成本为决策变量、以最大化生产利润为目标的数学模型;结合预制构件车间生产的实际情况,设计最优选择法、局部变异算子改进遗传算法,求解最优生产调度方案。某预制构件公司订单生产调度仿真研究表明,基于改进遗传算法的PC构件生产调度优化可以在较短的时间内获得更高的利润,为提高预制构件智能化生产效率提供了技术基础。