露采高边坡模型初始地应力场快速生成方法研究

为防止露采高边坡建模中初始地应力场畸变,采用子模型法和等效应力梯度边界面力法,用等效应力梯度边界面力替代简化部分水平构造应力,施加侧边界条件。以黄山石灰石矿山高边坡为工程实例,建立取至负地形的高边坡整体计算模型和简化子模型,计算对比整体大模型与简化子模型初始地应力场模拟结果。结果表明:整体大模型与简化子模型水平方向和竖直方向应力误差较小,证明此数值模型简化法可行;以工程边界作为简化子模型侧边界,节点和单元简化率约52%,可快速模拟初始地应力场,提高计算效率。研究结果为高边坡整体大模型初始地应力快速生成提供新思路。

双材料接合半无限体三维矩形界面裂纹应力强度因子分析

基于体积力法,研究了双材料接合半无限体三维矩形界面裂纹的应力强度因子问题.在数值计算中,未知的体积力密度采用基本密度函数和多项式乘积的形式来近似,其中基本密度函数是根据界面裂纹应力的振荡奇异性来选取的.计算结果表明,基于本算法得到的数值结果其收敛精度和计算误差都是令人满意的.算例中,给出了应力强度因子随矩形形状及双材料参数的变化规律.

考虑P△效应的体外预应力梁的M-φ分析法

本文推导了T型截面梁的弯矩-轴力-曲率关系,提出了分析大偏心体外预应力筋的应力增量和梁弯曲性能的通用方法。在本方法中,体外筋的效应表示为作用在转向座和锚具处的等效荷载,梁(不含体外筋)的内力是由外荷载和等效荷载共同引起的。把静定梁的变形曲线简化为由单元节点位移所组成的多边形,把DP效应的附加弯矩转化为节点上的集中力,较方便地考虑了这一效应。比较荷载作用前后,转向座和锚具的变形差,计算出体外筋的应变和应力。因此这一方法考虑了体外筋的变形协调条件,同时自动地考虑了体外筋偏心距的损失。计算结果与文献[2,4]相吻合。

基于等效线性模型等价结点力法的高速公路软基震陷反应研究

一般认为 ,震陷发生的机理 ,震陷与地震作用强度、持续时间、土体性状、构筑物强度、位置及抗震措施等有关。从工程应用来看 ,为了预防或降低震陷的危害 ,除了加强抗震设施外 ,通过数值计算来估算震陷量 ,具有一定的社会效益与经济效益。通过有效应力等效线性动力反应分析 ,运用等价结点力法分析了某高速公路软粘土路基震陷随地震最大加速度的变化趋势 ,建立了震陷同路堤高度、软土动模量系数、饱和重度、遭遇的竖向与水平向地震加速度放大系数之比和水平向地震系数等因素的相关关系式。此外还认识了频谱对震陷的影响 ,对相关研究具有一定的启发性。

强夯加固粉土地基的竖向附加动应力传递特性

强夯法在各类地基处理项目中得到了广泛应用,但其加固机理仍落后于实践,特别是强夯引起的地基内部竖向附加动应力传递特性。鉴于此,先基于Boussinesq应力解和动量定理推导强夯竖向附加动应力和附加剪应力拟静力解。然后,以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市机场北区扩建项目为工程背景,运用夯锤速度法,模拟1000~4000 kN·m能级间强夯引起的动力波传播过程、竖向附加动应力传递特性和夯后土体位移场。最后,将拟静力解与动力数值解的计算结果进行对比分析。研究结果表明:强夯引起的动力波传播呈半圆弧形,竖向附加动应力传递呈半椭圆形。动力波的传播距离决定了强夯影响范围,竖向附加动应力显著区边界决定了强夯有效加固区。由拟静力解得到的竖向附加动应力相比数值解沿深度方向的衰减更快。该研究结果可为强夯法地基处理工程提供重要参考。

混凝土结构预应力载荷有限元数值分析方法研究

为研究混凝土结构预应力载荷有限元分析方法,以一环形混凝土围挡墙为研究对象,借助ANSYS有限元软件,搭建混凝土结构精细化模型,分别利用等效载荷法、实体力筋-体分割法、实体力筋-独立建模耦合法三种方法加载预应力载荷,进行有限元数值分析,研究混凝土结构响应特性。数值分析结果表明,三种方法均可以准确反映出混凝土主体结构受力和变形规律,但在顶面和底面局部区域仿真结果存在一定差异。综合分析三种方法优点和不足,为相关计算提供参考和借鉴。

考虑界面滑移效应的组合梁自振频率计算的修正折减刚度法

为建立考虑界面滑移效应的组合梁自振频率实用计算方法,将静力折减刚度法与基于Euler梁模型的理论解析结果进行对比,揭示了静力折减刚度法计算组合梁自振频率的局限性。提出了组合梁自振频率计算的修正折减刚度法,拓展了静力折减刚度在动力计算中的适用范围,且有效统一了考虑滑移效应的组合梁静、动力分析中刚度的计算。基于4根跨度3.8m的简支钢-混凝土组合梁的模态试验结果,对修正折减刚度法进行了验证,结果表明:相比于静力折减刚度法,修正折减刚度法在组合梁自振频率计算中的适用范围更广,且计算精度更高;修正折减刚度法的计算精度与解析公式较为接近,且该方法是通过对广为接受的静力折减刚度法进行修正而得到,相比于解析方法更易被工程设计人员接受。

某高层建筑结构预应力混凝土板式转换层设计施工

利用SAP93软件,根据某高层结构预应力混凝土转换厚板的正常使用极限状态,用等效荷载法确定了预应力钢筋的数量和布置方式;由承载力极限状态得到非预应力筋的大小,采用必要的外加剂保证厚板的施工质量,预应力钢筋的张力大小用双控法确定。在结构的施工过程中,对转换板的受力性能进行了检测,测量值与计算值相符。

预应力混凝土结构有限元数值分析

介绍了如何利用ANSYS有限元软件建立预应力混凝土结构的空间模型,详细讨论了四种不同建模方法的思路和特点,分析了各个模型的优劣及其之间的差异。以矩形截面简支梁为例,采用实体单元和杆单元用四种方法建立了结构的空间分析模型,并与初等梁理论计算结果进行了比较,得到了一些有益的结论。

颗粒性复合材料基体破坏极限应力

若颗粒增强金属基复合材料基体和增强体结合完好,在外载作用下材料会从基体断裂,应用三相模型法确定出外应力一定时二相胞元的外加应变,进而得到基体内的细观应力场,根据损伤过程的广义热力学力计算出损伤等效应力,当损伤等效应力等于基体单向拉伸断裂应力时,计算出复合材料的基体破坏极限应力。

求解混凝土等效断裂韧度的小波基无单元方法

考虑混凝土主裂缝亚临界扩展长度及虚拟裂缝区粘聚力,利用,积分与应力强度因子的解析关系,建立基于小波基无单元方法求解混凝土等效断裂韧度的数值方法,研究不同基底小波分辨率对混凝土等效断裂韧度计算值的影响。对8个带裂缝试件的混凝土等效断裂韧度的计算结果表明:在相同小波基分辨率下,4根体积系列试件的计算值的均方差和变异系数分别小于0.0244和0.0231,4根高度系列试件的计算值的均方差和变异系数分别小于0.0384和0.0362,计算结果的一致性好;与解析解相比,8个试件的计算值的最大相对误差均在5%左右,计算结果的精度高;且不同小波基分辨率对计算结果影响不大。由此得出结论,小波基无单元方法是求解混凝土等效断裂韧度的一种可靠的高精度数值方法,可以作为混凝土断裂力学的一种有力的计算工具。

圆柱型功能梯度双材料界面周期裂纹问题研究

研究了反平面剪切载荷作用下圆柱型功能梯度双材料界面周期裂纹尖端场的力学问题。建立圆柱型功能梯度双材料的控制方程和弧形界面周期裂纹边界条件,将力学问题转变为偏微分方程组的边值问题。利用分离变量和待定系数的方法,设定一个具有待定系数的特殊位移函数,借助于边界条件,获得满足边界条件的偏微分方程的解。引入位错密度函数以及奇异积分方程,从而推导出应力强度因子的计算公式。

反应堆压力容器的应力分析

反应堆压力容器在异常、事故工况下承受包括自重、负载、内压以及地震等载荷,本文拟采用反应谱法对反应堆压力容器进行应力计算,由模态自振频率分析知,反应堆压力容器的一阶固有频率大于33Hz,所以最终采用等效静力法对反应堆压力容器进行应力计算,同时对底封头、筒体、出入口接管段、法兰段、顶盖等主要部分进行应力分析,对法兰密封连接螺栓进行校核,从而证明了反应堆压力容器结构安全,同时也为不同结构的压力容器应力分析提供参考。

原始地层孔隙压力的预测方法优选

本文试图通过分析目前通用计算原始地层压力方法的利弊,选出适合异常压实地层原始地层压力的计算方法。

考虑峰后特性的隧道围岩锚固力学效应

围绕处于峰后状态的隧道围岩在全长黏结锚杆支护下的力学机制进行研究。按力学特征,将在次生应力作用下的峰后状态围岩由隧道临空面往深处依次划分为残余强度区、塑性软化区及弹性变形区。基于锚杆黏结抗滑移变形支护抗力产生原理,导得锚杆轴向应力及抗剪强度方程。将全长黏结锚杆通过岩石-锚固面对围岩提供的支护力等效为围岩单元径向体积力,建立了考虑锚杆支护效应的微元体平衡方程;将该平衡方程分别与考虑峰后体积扩容及软化特征的残余带、软化带塑性相容方程联合,推出了隧道峰后围岩残余区、软化区在注浆锚杆支护下位移、应力及范围的计算公式。基于理论研究的实例分析,进一步揭示了注浆锚杆与围岩内部锚固效应,锚杆端部预紧力对峰后围岩软化、扩容性质的改善作用和对围岩各区范围发展及隧道周边变形的控制作用。

加筋土不同计算方法之间的关系

加筋土中筋材与土的关系与钢筋混凝土中钢筋与混凝土的关系类似。两者的计算方法也具有相似性。等效附加应力法根据附加节点力计算方法的不同分别对应整体式和组合式方法。钢筋混凝土中经典的整体式和组合式方法构成了等效附加应力法的理论基础。反过来,从等效附加应力的角度分析,虽然分离式、整体式、组合式3种方法的单元刚度矩阵不同,但在本质上其实是一致的,区别主要在于边界上等效附加节点力的分配有所不同。(整体式和分离式可看作是特殊的组合式。)等效附加应力法的思想揭示了3种方法内在的处理原理,并且能够用于解释3种方法计算结果异同的原因。借鉴接触面的研究成果,选择合适的应变比例系数计算方法,也能在整体式和组合式方法中考虑筋材和土的滑移情况。

基于改进纤维模型的RC剪力墙静力弹塑性分析

为了使纤维模型能够有效模拟剪切效应,提出了一种基于塑性理论和虚拟单元法的改进纤维模型RC剪力墙全过程静力弹塑性分析方法.推导出等效单轴应力和等效单轴应变的计算公式,在纤维层面建立考虑剪切效应的应力和应变关系,将纤维由多轴受力状态等效为单轴受力状态,引入虚拟单元法来解决有限元数值计算过程中遇到的负刚度问题.利用自编程序及ABAQUS软件对一片钢筋混凝土剪力墙进行静力弹塑性分析,结果表明,自编程序计算曲线与试验曲线及ABAQUS软件计算曲线吻合较好,能够反映出剪切效应的影响.改进的分析方法简便有效,便于编程,可用于分析剪切效应明显的钢筋混凝土剪力墙构件.

考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法研究

针对局部应力应变法在多轴缺口件疲劳寿命研究中未考虑应力梯度的问题,提出了考虑等效应变、非比例附加强化和应力梯度效应的多轴疲劳损伤参量。考虑剪应力和正应力梯度效应对材料疲劳损伤的影响,引入综合反映剪应力和正应力共同作用的等效应力梯度因子;基于Von Mises等效应变准则,结合Manson-Coffin方程,建立了一种考虑缺口件临界面上应力梯度效应的寿命预估模型方法,并且使用航空材料GH4169试件进行试验验证。结果表明,考虑应力梯度效应的多轴疲劳寿命预估方法的预测结果优于局部应力应变法。

复杂气井套管力学分析与可靠度评价

为建立考虑地层和套管参数随机性的套管可靠度评价理论方法,以便得到复杂井况下套管传统设计安全系数与可靠指标之间的关系,提出了非均匀地应力和内压联合作用下,沿套管最大外挤力方向管壁任意位置发生屈服失效时外壁等效均匀外挤力的计算方法;建立了套管抗挤和抗内压三轴强度计算公式以及有效内压计算方法;根据套管载荷和强度影响因素统计参数以及评价过程中参数测试标准值,利用蒙特卡洛法(MC)建立了完整的套管可靠度计算和评价方法;通过实例对传统安全系数与可靠指标的对应关系进行了研究。研究结果表明:指定条件下,套管安全系数与可靠指标之间存在对应关系;利用建立的方法编制计算程序可以为传统设计法中安全系数代表的安全程度进行量化;可靠度评价方法能够为安全系数的选取提供指导。

涂层界面结合强度检测研究(Ⅰ):涂层结合界面应力的理论分析

利用激光划痕测试法和弯曲应力理论,建立了涂层结合界面应力的理论模型,推导出结合界面剪应力、正应力和剥离应力分布公式,分析了结合界面应力产生的机理.理论分析结果表明,界面正应力主要集中在界面中心区域内,而在界面边缘附近,正应力迅速下降,在界面边缘处其值降为0;剪应力和剥离应力主要集中在界面边缘区域内,在远离界面边缘区域,剪应力和剥离应力则迅速下降;涂层中正应力和涂层厚度、基体厚度以及杨氏模量无关,界面间剪应力以及剥离应力随涂层厚度增加而增加,并且由涂层与基体厚度以及杨氏模量所共同决定.