基于塑性铰模型的煤层气完井筛管抗挤强度分析

根据煤层气完井筛管受力特点建立了筛管受力的塑性铰模型,利用能量法推导出带有初始椭圆度筛管抗挤强度的计算公式,分析了相位角、射孔直径、射孔密度、初始椭圆度、径厚比和屈服强度等影响因素对筛管抗挤强度的影响规律,并对某煤矿使用的筛管抗挤强度进行了计算,与已有的实验数据和有限元计算结果进行了对比。计算结果表明:筛管抗挤强度的塑性铰模型具有很高的计算精度和准确度,可以满足工程实际需要;筛管抗挤强度随着射孔相位角、径厚比和初始椭圆度的增加而降低,随着屈服强度的增加而增加,相位角和椭圆度对筛管抗挤强度影响比较显著;在射孔直径小于12mm、射孔密度小于120孔/m时,筛管抗挤强度随射孔直径和射孔密度增加变化不明显。建议在实际煤层气完井筛管设计过程中,采用小相位角,严格控制初始椭圆度,适当增加射孔直径和射孔密度,以达到提高筛管抗挤强度和增加过流面积的目的。

基于深度学习的RC梁集中塑性铰模型参数研究

集中塑性铰模型常被用于基于构件的结构弹塑性分析,计算精度依赖于模型参数的选取,但经验公式难以表征构件受力特性与模型参数的复杂非线性关系。该研究收集低周往复加载RC梁试验数据。建立构件试验数据库,采用捏拢型(pinch Ibarra-Medina-Krawinkler,Pinch-IMK)本构建立基于深度学习的RC梁构件集中塑性铰模型参数预测模型。基于试验数据对三折线骨架特征点参数、本构滞回参数进行参数辨识,得到182组骨架特征点参数数据和91组滞回参数数据;以构件特征参数为输入,以骨架特征点参数、滞回参数为输出,建立Pinch-IMK集中塑性铰RC梁构件参数深度学习预测模型HDLM。将HDLM预测骨架特征点参数与截面分析及现有经验公式等方法的计算结果作对比,可见HDLM预测结果有更高的精度;将基于HDLM预测参数计算的滞回曲线与基于经验公式的IMK模型计算结果进行对比,可见HDLM预测滞回曲线更为准确,能够较好地表现RC梁的强度退化、刚度退化和捏拢效应。

基于塑性铰模型的双肢薄壁墩抗震性能研究

为研究基于塑性铰模型的双肢薄壁墩的抗震性能,结合 4种塑性铰模型、基底纵筋滑移模型及双肢薄壁墩简化计算模型,计算其在低周反复荷载作用下的墩顶变形及抗推承载力。建立空间非线性模型,计算分析该桥墩在低周反复荷载作用下的力学性能及破坏形态。同时,制作双肢薄壁墩的缩尺模型,通过拟静力试验研究其破坏形态、滞回曲线及骨架曲线。结果表明:理论计算、数值模拟与试验结果吻合良好,理论计算模型能够对该试验墩在低周反复荷载作用下的抗推承载力进行较为准确的计算,而且有限元模型可对破坏形态进行仿真;试验墩主要呈现以弯曲破坏为主的“弯剪破坏模式”,滞回曲线“捏缩”效应明显;参数分析结果表明体积配筋率及混凝土强度对该桥墩抗震性能的影响较小,而纵筋率与轴压比对其力学性能的影响较大,其中轴压比取5%时试验墩延性最差,取 10%时的延性最好。

考虑剪切和翘曲变形影响的空间钢框架塑性铰模型

采用更新的拉格朗日列式,推导了一种较为精确的用于空间钢框架非线性分析的集中塑性铰模型.利用考虑剪切变形效应的插值函数推导了空间钢框架结构梁柱单元二阶弹性分析的刚度矩阵.在矩阵推导的过程中,引入了基于薄壁构件的Kollbrunner-Hajdin修正约束扭转理论,应用此理论产生的翘曲扭转插值函数可计及二次剪应力对翘曲变形的影响;结合可以考虑残余应力影响的CRC切线模量,利用扩展的Orbison屈服面模型,推导了一种能反映塑性沿构件截面扩展的二阶非弹性分析的梁-柱单元,可用于多种空间钢框架结构的双重非线性分析,具有较强的通用性.最后通过算例证明了本文提出梁-柱单元的精度和有效性.

端部受斜冲击的刚塑性悬臂梁的双铰模型

斜冲击载荷作用在刚塑性悬臂梁的端部，引起作用在梁横截面处的弯矩以及轴力；在发生塑性变形截面处，弯矩及轴力满足交互作用屈服条件。广义应力在移行铰的邻域不违背屈服条件，屈服函数可在移行铰的背面取极大值，移行铰处的剪切力不必为零。如果悬臂梁足够长，在响应的初始阶段移行铰处非零的剪力会在梁上引起多铰变形。通过对双铰模型与单铰模型的比较发现，双铰模型计算的结果与单铰模型计算的结果很接近，单铰模型作为一个近似模型具有一定的合理性。

机动武器系统的含间隙动力学研究——中篇:间隙铰模型

基于前一部分建立的矢量形式的含摩擦碰撞模型 ,分别建立了旋转间隙铰模型和滑环间隙铰模型。在这两个模型中 ,间隙内的运动状态被描述为统一形式 ,间隙铰对系统的作用被分解为一般几何约束和非线性弹性连接关系两部分 ,分别用约束方程和相对位移—相互作用力关系来描述。此模型不需要对接触状态进行判断 ,便于应用于复杂系统中。文中模型都是在三维空间中构造的 。

锈蚀钢结构塑性铰模型研究

通过中性盐雾快速腐蚀(NSS)试验和钢材的拉伸试验,得到锈蚀钢材的材料性能退化规律。通过理论推导得到锈蚀钢构件塑性转动能力的参数模型以及锈蚀H型钢构件的塑性铰模型。结果表明:钢材锈蚀后截面屈服弯矩、屈服曲率和极限弯矩、极限曲率都不断降低,截面的曲率延性系数下降,转动能力减弱,延性变差。相对塑性铰长度、塑性转角随锈蚀率的不断增加而逐渐降低,当锈蚀率达到12%时,钢构件的塑性转角与未锈蚀相比下降了14.3%。

新型无铰模型旋翼弹性轴承研究

柱形弹性轴承和锥形弹性轴承是新型无铰旋翼两个关键的元件。主要介绍了一套较为完整和实用的模型旋翼柱形弹性轴承、锥形弹性轴承的设计与刚度计算分析方法,解决了由于模型旋翼桨毂尺寸小带来的柱形弹性轴承和锥形弹性轴承结构布置及叠层设计的设计及制造技术问题,并通过试验数据验证了理论计算的正确性。

基于塑性铰模型的钢筋混凝土桥墩地震损伤评价

塑性铰模型已被日本JSCE、美国Caltrans、新西兰NZS和中国(征求意见稿)等国家的桥梁抗震规范采纳,用于评价钢筋混凝土桥墩的位移(延性)能力。随着基于性能/位移抗震设计理论的发展,相继提出了残余位移、极限曲率及曲率延性系数、纵筋和混凝土的最大应变、纵筋低周疲劳损伤等桥墩地震损伤量化指标。选用5种常用塑性铰模型,通过数值分析和试验数据对比研究了利用塑性铰模型对上述损伤指标进行估计的准确程度及主要影响因素。结果表明:塑性铰模型计算的滞回曲线及残余位移和试验结果十分接近,但会高估桥墩最终破坏时纵筋的最大拉应变,低估核芯混凝土的最大压应变;对剪跨比λ≥8的(高)桥墩计算的极限曲率小于试验值,可能会导致偏于不安全的设计结果;在最大加载控制位移相同条件下,加载方式对上述损伤指标的计算结果影响较小。

矩形空心墩等效塑性铰模型

为准确计算矩形空心墩变形能力,基于弯曲、剪切和纵筋滑移三分量变形模型分析影响有效刚度和等效塑性铰长度的主要因素。通过考虑剪切变形的贡献引入空心率的影响,确定计算有效刚度和等效塑性铰长度的公式形式。通过对48根发生弯曲破坏的矩形空心墩拟静力试验结果进行回归分析,分别标定出有效刚度和等效塑性铰长度计算公式中的参数。利用基于建议公式的等效塑性铰模型计算矩形空心墩荷载-位移骨架曲线,并与另外3根试件的试验结果进行比较。基于48根矩形空心墩拟静力试验结果,对各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式进行评估。研究结果表明:矩形空心墩有效刚度随轴压比、纵筋率和剪跨比的增大而增大,随■和空心率的增大而减小;等效塑性铰长度随墩高、截面高度、纵筋率、空心率及■的增大而增大;利用基于建议公式的等效塑性铰模型得到的矩形空心墩荷载-位移骨架曲线与试验结果吻合较好;各国规范关于有效刚度和等效塑性铰长度的计算公式对矩形空心墩试验结果的估计均偏于不安全,建议公式具有更高的精度和更小的离散性。

利用等效塑性铰模型对Park-Ang双参数地震损伤模型的改进

Park-Ang双参数地震损伤模型近似考虑了首次超越破坏和塑性累积损伤破坏联合作用的破坏机理,兼顾了最大变形和能量两种破坏准则,在基于性能的抗震设计中受到关注.既有的Park-Ang改进模型（M-Park-Ang模型）通过引入低周反复荷载作用下钢筋混凝土墩柱构件疲劳寿命方程和与加载路径有关的能量项加权因子,并结合构件极限滞回耗能与位移延性系数的关系,已能近似考虑加载路径的影响.M-Park-Ang模型引入了固定的临界位移延性系数以通过能量项考虑低周疲劳损伤效应,从而使大剪跨比墩柱试件的适用性受到了限制.本文利用墩柱拟静力试验数据,基于等效塑性铰模型对M-Park-Ang模型进行了修正,将临界位移延性系数与截面曲率延性系数相联系,使改进的M-Park-Ang模型（M-Park-Ang模型（N））能够考虑截面层次的破坏机理.墩柱试验结果验证表明,当试验试件尚未达到中等破坏状态时,M-Park-Ang（N）模型对其损伤的评估结果略偏小;而一旦进入中等破坏阶段以后,M-Park-Ang（N）模型的计算结果能体现试件破坏过程快速增长的趋势;M-Park-Ang（N）模型考虑墩柱剪跨比影响计算临界位移延性系数,对不同高度墩柱都具有较好的适应性.

设防框架的梁铰模型和能力易损性的试验研究

抗震设防等级越高,建筑物的抗震能力越强。然而反映设防能力区别的实用力学模型及其参数却很少。该研究即通过试验得到RC框架梁的塑性铰的本构模型及概率能力,为整体结构的地震风险研究奠定基础。为此,制作了4组12个基于GB50011-2010不同设防等级和位置的节点缩尺模型并做了拟静力试验。结果表明,节点的破坏实质是梁的受弯破坏,节点所在位置对梁的受力变形指标影响不大。因此,较少的试验试件可得到扩充数倍的梁铰样本,提高概率分析精度。因此,基于试验的统计结果并参照FEMA 356,提炼了不同设防等级的梁的塑性铰归一化本构模型,提出了梁铰破坏程度的性能指标,计算了梁的概率抗震能力,总结了设防能力和易损性的级差。用试验的方法量化结构模型的规范要求并赋予模型指标可靠度,是该文的创新点。

基于集中塑性铰模型的弯曲破坏锈蚀RC框架柱数值模拟方法

出于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估的需要,提出了基于集中塑性铰模型的锈蚀RC框架柱数值模拟方法,并通过对15根锈蚀RC框架柱试验结果进行回归分析,得到了该模拟方法所需的可考虑钢筋锈蚀影响的塑性铰弯曲(弯矩-转角)恢复力模型,进而采用OpenSEES有限元分析软件,建立了弯曲型破坏锈蚀RC框架柱的集中塑性铰模型。通过数值模拟结果与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线以及试件最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明所建立的锈蚀RC框架柱集中塑性铰模型能较为准确地反映锈蚀RC框架柱的受力性能和抗震性能,可用于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估。

H形截面钢构件铰区模型及铰区长度

将局部失稳的集中区域定义为铰区.提出了由局部失稳控制破坏模式的H形截面铰区平均曲率的计算公式.发现铰区长度主要依赖于截面构型及轴力大小,用归纳方法得到了考虑不同截面构型及加载条件影响的铰区长度计算方法.实现了从H形截面悬臂钢构件模型中提取扣除计算长度影响的截面层次的弯矩-曲率关系.该弯矩-曲率关系作为不同受力形式、不同构件长度及边界条件的构件非线性分析的基础,可提高结构体系非线性分析的分析效率,并满足工程研究的精度要求.

铅垂井段钻柱（铰—固模型）的静力屈曲

对钻柱的静力屈曲行为进行深入的研究，对于改善其工作状态，延长其工作寿命具有重要的意义。在以往的研究工作中，轴力沿钻柱长度变化的因素常常被忽略。本文为化的轴对钻柱屈曲的影响，得到了描述柱和屈曲的非线性微分方程。

盾构隧道横向受力分析的框架-弹性铰-全周地基系统模型

盾构隧道衬砌结构由若干管片及其间的连接螺栓组装而成。在横向受力分析的工程设计中 ,目前普遍采用的是梁 弹簧系统模型。采用框架 弹性铰 全周地基系统模型来分析管片结构的横向受力响应 ,可以考虑接头对弯矩的消散作用和地基对结构的均匀连续的抗力 ,并计算了一个实例 。

SAP2000纤维铰模型在某核工程静力弹塑性分析中的应用

本工程紧邻主厂房,而主厂房是与核安全有关的Ⅰ类物项,需对其在极限安全地震动下的变形性能进行验算。通过静力弹塑性分析方法,采用SAP2000的纤维铰模型对结构的弹塑性进行模拟,从而得到结构在极限安全地震动下各构件截面不同位置处材料的应力应变发展情况。本文采用的方法可供同类工程设计时参考和使用。

基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化

针对基于无铰拱模型拱桥拱轴线优化在拱脚处优化效果不好的情况,提出基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化方法。利用ANSYS有限元程序,以拱肋坐标调整量作为优化设计变量并参数化,建立拱桥对应两铰拱的有限元模型。根据恒载作用下所得的拱肋内力,计算拱肋坐标的调整量。将拱肋跨中挠度作为优化状态变量,以拱肋的弯曲应变能函数为优化目标,对拱轴线进行了优化。将弯曲应变能最小时拟合得到的拱轴线代入拱桥无铰拱模型中进行计算,得到优化后的拱桥内力。通过分析优化前、后拱肋内力的变化情况,验证了该方法的适用性。

基于集中铰-纤维模型的小半径曲线桥地震反应

在地震作用下,曲线桥因其几何不规则性会产生扭转作用。因此,曲线桥的桥墩就会受到压-弯-剪-扭耦合受力而发生复杂的破坏形式。以一座匝道桥为工程背景,采用集中铰-纤维模型对曲线桥进行了有限元建模,探究了曲线桥的有限元建模方法,之后研究了不同墩高以及不同桥墩布置型式对曲线桥抗震性能的影响。研究表明:相比于纤维模型,集中铰-纤维模型更适合曲线桥桥墩的模拟。同时墩高的改变对桥墩的受力有显著的影响,等高型式下桥墩受力随墩高的变化规律与变墩高型式下并不一致。同一高度的桥墩在不同布置型式下的受力也有明显的区别。

基于杆系离散元理论考虑构件断裂的单层网壳结构倒塌破坏模拟研究

塑性铰模型计算效率高,可快速获得结构宏观破坏模式,韧性断裂损伤模型从微观机制揭示钢材的断裂机理,可较准确预测钢材的断裂行为。为此,该文基于杆系离散元理论,将两者联合建立构件断裂模拟算法,既具有计算效率高的优势又保证构件断裂模拟的精度。首先介绍杆系离散元法的基本理论,以及宏观塑性铰模型和微观韧性断裂损伤模型具体计算流程;然后给出将两者联合分析的具体实施策略,即以接触截面边缘最不利点处的应力作为整个截面的应力状态,进而调用韧性断裂损伤模型。最后采用Fortran语言编制相应的分析程序,并通过悬臂梁断裂算例和单层网壳振动台倒塌试验,验证该算法对模拟杆件断裂行为的可行性和有效性。杆系离散元法模拟构件断裂时,截面发生开裂,颗粒间发生脱离是一个自然的过程,无需其他任何修正即可实现结构由连续体状态向断裂后非连续体状态过渡,与有限元方法相比,不存在网格畸变重划分、迭代不收敛的问题,更具计算优势,为大跨空间网壳结构倒塌破坏分析提供新的计算手段。