二道防线耗能结构等效能量法设计研究

在屈曲装置和主体结构组成的二道防线结构抗震设计中,为满足承载力和刚度要求而在弹性变形条件下进行多次迭代的设计方法可能难以定量分析结构的塑性抗震性能。因此用塑性分析方法直接考虑结构构件和屈曲装置的非线性响应,采用考虑塑性变形的能量平衡概念进行设计分析,推导出不同地震强度水平下实现不同抗震性能目标的设计理论公式。最后,结合工程实例详细说明了等效能量法的设计过程,并与常规设计结构的地震易损性进行了比较,主要得出如下结论:将设有屈曲装置的二道防线耗能结构体系破坏过程简化为三线形的力-位移关系,推导出不同地震强度下的变形能方程,可以定量地进行不同抗震性能的需求设计;工程实例应用表明,在相同地震强度下,基于等效能量法设计的二道防线能耗结构具有较低的倒塌概率。在罕遇地震下,倒塌概率由7.9%降到0.7%,相对于框架结构降低了91%;倒塌储备系数CMR由1.72提高到2.80,比框架结构提高了63%。

粘性等效船舶横摇运动降阶预报方法

针对船舶耐波性中的经典横摇问题,本文提出一种针对横摇运动预报的粘性等效降阶方法。在该方法计算框架中,首先采用粘流模型和无粘模型分别模拟船体的强迫放大运动,预报不同运动幅度下的水动力力矩。其次,应用能量等效法获取船舶横摇阻尼随KC数变化的修正函数。最后,在横摇运动响应预报中,基于欧拉方程求解无粘流体,应用获取的阻尼修正函数,对横摇阻尼进行实时修正,以提高预报精度。为验证该方法的有效性,分别采用VEROM模型和RANS粘性模型对典型二维船体中段的横摇响应进行预报,对比结果表明:VEROM模型与RANS模型预报精度相当,但前者的计算时间可缩减到RANS模型的5%。

位移放大型粘弹性阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

提出一种新型位移放大型粘弹性阻尼器,对附加位移放大装置的粘弹性阻尼器进行阻尼力理论公式推导。基于能量等效原则,针对位移放大型粘弹性阻尼器减震结构提出一种简化计算的等效能量法。本文关注结构层加速度,层间位移,层间剪力以及阻尼器的耗能。采用两种模型,验证等效能量法的有效性和分析精度。分析结果表明,新方法计算结果与传统方法计算结果相近。并通过有限元软件ABAQUS对一12层设置传统粘弹性阻尼器与附加位移放大装置粘弹性阻尼器的框架减震结构进行对比分析。结果表明:附加位移放大装置的粘弹性阻尼器能更有效地减小结构的层间位移、层间剪力、层加速度等结构动力响应,且耗能更为显著。

V型波纹夹层板弯曲问题的高阶剪切变形理论计算方法

为了求解V型波纹夹层板的弯曲变形与应力,本文应用能量等效法求解芯层的等效弹性模量,将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性板,夹层板整体则等效成层合板。依据高阶剪切变形理论和最小势能原理,推导波纹夹层板的弯曲微分方程,并采用双傅立叶级数法求解该方程。通过薄夹层板算例验证,在夹层板的变形计算结果中,本文方法与有限元法吻合良好;在夹层板的应力计算结果中,有限元法计算的弯曲应力沿波纹方向分布表现出振荡现象,本文方法的应力分布是其振荡峰值的光滑插值曲线。集中载荷作用下的厚夹层板算例表明,在平行于矩形板边缘的横剖面上,本文方法计算的位移最大值和应力最大值普遍大于有限元法结果。

少林寺初祖庵大殿铺作模型拟静力试验

现存初祖庵大殿建于宋代,为殿堂式木结构古建筑,其建筑形制及技术对研究我国传统建筑具有重要意义。以初祖庵大殿柱头落叶松铺作为研究对象,基于实地调查及数据测量并参考修缮资料,制作1∶1足尺模型,对铺作横向(X方向)和纵向(Y方向)在不同竖向荷载作用下进行水平低周反复荷载试验。依据试验现象和数据研究铺作传力机理,依据等效能量法将滞回曲线等效为双折线模型,得到了宋代铺作2个方向的破坏模式、刚度、变形和能量耗散等力学性能。结果表明:竖向荷载对铺作的抗震性能有很大影响,在铺作的弹性阶段,竖向荷载与铺作的力学性能呈现明显的正相关;随着竖向荷载增加,X方向铺作与Y方向铺作的侧向承载力和能量耗散逐渐增大;X方向铺作的各项力学性能优于Y方向铺作;不同方向铺作在不同竖向荷载作用下的能量耗散效率不同,在相同条件下X方向铺作的能量耗散效率优于Y方向铺作。破坏模式为构件之间以及榫与构件之间发生剪切及承压破坏,导致铺作松散。试验结果为初祖庵大殿后期的加固和监测提供了参考依据及科学指导。

估算金属切口强度的一种混合模型

以 Neuber准则及 Moski- Glinka的等效能量密度法为基础 ,假设在没有亚临界裂纹扩展的条件下 ,切口强度等于切口根部裂纹起裂时的名义应力 ,得到了一种估算韧性金属平面应力条件下切口强度的混合模型。该模型较真实地反映了材料的硬化指数对金属断裂过程的影响 ,因而与其它模型相比 ,其结果最好。

无明显屈服特征构件屈服点的确定与评价

为了深入地认识和理解无明显屈服特征构件的屈服点确定方法,首先,揭示了已有的屈服点确定方法的基本原理;其次,对等能量法、最远点法和双直线能量等效面积法的计算方法和计算步骤进行了简化和改进;再次,比较不同屈服点确定方法之间的关系和计算结果,对计算结果存在的差异进行了理论分析;最后,通过实例验证了理论分析的正确性,并对不同屈服点确定方法进行了分析和评价。通过理论分析和实例验证,得出结论:屈服位移由大小依次为等能量法、最远点法和双直线能量等效面积法;计算工作量由大到小依次为双直线能量等效面积法、最远点法、等能量法。

层合薄膜电容式微加工超声换能器(CMUTs)谐振频率分析

电容式微加工超声换能器(Capacitive micromachined ultrasonic transducers, CMUTs)在3D超声成像、水下超声等领域具有重要应用价值。谐振频率决定着超声成像的分辨率,是CMUTs结构设计的重要参数之一。针对具有多层圆形薄膜的CMUTs结构,提出其薄膜结构和材料参数以及有效电极距离的等效方法,建立在直流偏置电压和交流电压共同作用下多层圆形薄膜的振动方程,并分别采用伽辽金法和能量等效法进行求解,获得多层薄膜CMUTs在偏置电压作用下的两类谐振频率解析式。基于有限元模型,利用数值解来验证谐振频率解析式的正确性,并开展参数化研究。结果显示,基于能量等效法的谐振频率解析式比基于伽辽金法的谐振频率解析式具有更高分析精度,适用于薄膜直径/厚度比在20~100范围内、空腔高度/薄膜厚度比不大于1的多层薄膜CMUTs的谐振频率分析;在从0V到接近于塌陷电压的几乎整个偏置电压变化内,解析解与有限元仿真结果的相对误差小于5%。此外,利用所加工的具有三层薄膜的CMUTs芯片对谐振频率解析式进行试验验证,结果显示在不同偏置电压下谐振频率的试验测试值与理论分析值基本一致。因此,所提谐振频率的理论分析方法可广泛应用于多层薄膜CMUTs结构的设计与优化。