压气储能地下洞室密封钢衬的非线性力学响应特征

依托某压气储能电站实际工程,基于ABAQUS平台,研究密封钢衬应力的非线性影响因素,分别探究了围岩与混凝土材料非线性、密封钢衬-混凝土接触非线性的影响机理。结果表明,浅埋地下储气洞室围岩初始地应力水平不高,巨大气压导致围岩局部塑性屈服,混凝土严重开裂,密封钢衬高应力区-混凝土严重开裂区-围岩塑性区三者存在对应关系;考虑密封钢衬-混凝土之间的接触关系,使得密封钢衬应力分布更加均匀;检修期在重力影响下密封钢衬顶部与混凝土脱开,检修后再加压密封钢衬应力分布出现调整现象,顶部应力峰值和应力不均匀度有所增大;密封钢衬应力峰值随摩擦系数与缝隙值的增大而增大,当摩擦系数大于0.5时其影响不明显,随缝隙的变化梯度大致为30~40 MPa/mm;地下储气洞室密封钢衬受力分析时需同时考虑材料非线性与接触非线性,以保证密封钢衬具有足够的安全储备。

考虑扣件系统非线性力学行为的车辆与轨道动力分析模型

为深入研究扣件系统的力学特性及其损伤失效对轮轨系统振动的影响,基于精细的扣件系统有限元模型揭示扣件弹条扣压状态和轨下胶垫支承状态的非线性力学特征,提出并建立考虑扣件系统非线性力学行为的车辆与轨道动力分析模型。通过实测结果验证本文模型的计算可靠性,并分析扣件失效类型对轮轨系统动力响应特性的影响。研究结果表明:弹条扣压力随弹程增大而近似呈双线性特征,单个弹条扣压刚度在“2点接触”状态时为0.675 kN/mm,在“3点接触”状态时为5.11 kN/mm;本文模型计算得到的钢轨加速度响应频率100 Hz以上的较传统模型明显增大,与实际情况更为接近;传统模型利用刚度属性折减或去掉弹簧单元来实现扣件弹条失效的模拟,会放大失效区域附近的轮轨系统动力响应;针对扣件失效的情况,包括弹条失效和胶垫失效,实际现场运营维护时不仅要关注失效区域内的轨道结构状态,对于后邻近区域也要及时加强关注。

张拉整体机器人构型设计及非线性力学特性分析

六杆张拉整体结构通过索-杆间内力实现平衡,具有大位移强非线性的特点,在机器人的行星探索领域具有较大的应用潜力。为得到该结构的非线性力学性能,通过节点矩阵、连接矩阵、矢量矩阵建立结构数学分析模型。在此基础上,考虑几何非线性,通过ANSYS软件建立力学分析模型,分析不同载荷及结构参数对张拉整体力学性能的影响。计算各参数的变形量敏感度,得出改善张拉整体结构力学性能的有效措施,最后研制了六杆张拉整体机器人样机进行翻滚实验,该结果为后续结构优化、运动学控制提供一定的理论支持。

大型射电望远镜悬挂馈源结构的非线性力学分析

从降低风荷的角度 ,设计了大型射电望远镜的悬挂馈源舱体外形及舱内框架支撑结构 .对馈源悬挂系统进行了非线性有限元静力分析 ,结合优化方法 ,联立迭代求解了馈源舱体的位置、姿态、悬索的悬链线、张力和长度 ,为进一步系统地模拟分析非线性馈源悬挂系统在随机风荷作用下的风振响应奠定了基础 .

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

复合材料层合板壳非线性力学的研究进展

复合材料层合板壳是由多种组分材料组合而成.与单一材料的板壳结构相比,它无明确的材料主方向,各层间材料间断和不连续,具有明显的几何非线性和材料非线性等新的特点.其失效模式也远比单一材料的情况复杂,具有如基体开裂、脱胶、分层、分层裂纹偏转、多分层以及分层传播等多种模式.各国学者基于不同的考虑,提出了多种方法研究复合材料层合板壳的失效.首先,在简要介绍了层合板壳线性力学基本理论的基础上,重点回顾了层合板壳结构非线性力学几种基本理论发展的过程,主要阐述了经典大挠度非线性理论、一阶剪切变形理论、高阶剪切变形理论、锯齿理论、广义分层理论的理论体系及基本公式,并对几种理论之间的联系和差异进行了总结;其次,介绍了当前层合结构非线性领域的研究进展,综述了典型复合材料板壳结构的失效机理及优化设计、复合材料板壳结构在复杂环境下的破坏机理、复合材料板壳结构的物理非线性、含脱层纤维增强复合材料板壳结构的破坏机理等各研究热点的最新研究成果;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望.

采油井架钢结构非线性力学行为分析

本文对采油井架钢结构进行了非线性有限元分析。采用空间梁单元，通过包含单元几何刚度阵和变形刚度阵的增量切线刚度法考虑大变形问题；用杆端集中塑性法来简化材料非线性；采用弧长法迭代计算，最终可得到考虑几何和材料双重非线性情况下，井架钢结构的极限承载力。文中最后给出了A型采油井架的算例。

小井眼钻具非线性力学分析及应用

考虑钻具沿井深和井眼圆周方向的随机接触摩擦以及钻具在钻压、自重作用下的纵向弯曲，建立起小井眼下部钻具双重非线性力学分析模型，运用空间梁单元和多向接触摩擦间隙元进行求解。经现场试验表明：用该理论方法所设计组配的三稳定器和四稳定器防斜钻具组合起到了良好的防斜效果，机械钻速得到明显提高，为小井眼钻具设计提供了一种实用的计算方法。

径向带槽金属爆破膜结构非线性力学行为研究

用于压力设备与管道超压安全泄放的安全阀不可能密而不漏 ,因而对有毒介质、稀有元素介质等场合常用爆破膜代替安全阀或采用爆破膜在前安全阀在后的组合式结构。但受侧向载荷作用的金属薄膜 (壳 )结构由于其几何及材料的非线性特点使得解析计算工作非常困难 ,目前其设计和制造主要依赖于实验。通过一个普通结构实例 ,基于TotalLagrange列式 ,对 5种类型壳元进行了几何及材料非线性耦合分析的考核 ,并选择其中的 4结点四边形混和壳元对径向带槽防爆结构进行了有限应变弹塑性有限元分析。结合实验结果发现 :等效应力的最大值出现在 10 %～ 2 2 %径向位置的沟槽根部 ;结构的极限载荷与槽底余厚之间存在着明显的线性关系 ;此外 ,带槽结构的极限载荷要明显小于厚度为槽底余厚的普通结构的极限载荷。最后从理论上对上述结论给予了解释。

分形理论及其在材料非线性力学行为研究中的应用

分形是一门正处于迅速发展中的新学科 ,其影响范围和应用领域也在日益扩大。本文简要介绍了分形的基本概念 ,以及分形应用于材料力学行为研究中的进展情况。

苏州世乒赛装配式看台盘扣节点非线性力学性能分析

对看台事故的分析表明,节点损坏是导致结构整体倒塌的重要诱因之一。围绕苏州世乒赛装配式钢结构临时看台盘扣节点开展了研究。首先,介绍了该项目结构体系和盘扣节点的设计,进而考虑材料和接触的非线性,建立了盘扣节点的三维有限元模型;随后,针对衔接盘抗剪承载力、横杆连接节点抗拉(压)承载力和斜撑连接节点抗拉(压)承载力开展了非线性分析,获取了节点的屈服承载力,并将横杆节点承载力与文献已有试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的准确性;最后,对临时看台整体结构建立模型进行了设计荷载下的受力分析,并选取了其中一个9根杆件交汇节点,开展了设计荷载下盘扣节点复杂荷载情况下的非线性力学分析。结果表明:设计荷载下,结构横杆和斜撑最大轴力均在节点屈服承载力的范围内。同时,所分析的复杂受力节点基本处于弹性状态,所做研究可为类似临时看台的设计与建造提供参考。

基于试验的串联隔震体系非线性力学性能有限元分析

为研究由铅芯橡胶支座(LRB)和钢筋混凝土(RC)柱组成的串联隔震体系(SIS)的非线性力学性能,以LRB的试验和SIS的振动台试验为基础,建立8组带LRB的SIS模型。首先用有限元软件MARC对LRB进行分析,LRB的等效刚度和滞回曲线与试验结果基本一致。在此基础上,对8组SIS模型进行Pushover分析和不同幅值的循环荷载分析,研究SIS的力和位移曲线、特征承载力、刚度、阻尼比和破坏特点,分析RC柱的高宽比对SIS的特征承载力、刚度、阻尼比和破坏形式等力学性能的影响,并对比SIS等效刚度的有限元分析结果和试验分析结果,变化趋势基本一致。结果表明,SIS的非线性力学性能受LRB力学性能影响较为明显,而当高宽比大于4时,RC柱对SIS的力学性能随着高宽比的增大影响逐渐增大,建议柱高宽比损伤限值3.5(含3.5)和安全限值5,为结构设计提供参考依据。

间隙元在钻柱接触非线性力学分析中的应用

为了描述钻柱与井壁的接触摩擦非线性问题,构造了多向接触摩擦间隙元,并进行了理论公式推导,把多向接触摩擦间隙元与梁单元相结合,建立了钻柱接触和几何非线性有限元分析方法.经大庆油田GP1水平井应用表明,该方法能够求出钻柱在不同井深处的接触摩阻力,其井口悬重计算误差低于10％,为钻柱设计和现场施工提供了可靠的理 论依据。

聚甲基丙烯酸甲酯与碳纳米管纳米复合材料玻璃化转变及其非线性力学行为的分子动力学模拟

短纤维结构对聚合物材料玻璃化转变温度及非线性力学具有非常重要的影响.本文利用粗粒化分子动力学方法研究了碳纳米管(CNTs)含量对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)玻璃化转变、扩散系数及非线性力学特性的影响.分子动力学模拟结果显示:短CNTs纤维的加入的确会改变PMMA体系的玻璃化转变温度,模拟结果与实验测量结果一致,而且随着CNTs含量的增加其对应的玻璃化转变温度也会随着增加.进一步分析扩散特性发现,CNTs加入PMMA对于体系扩散特性的改变主要发生在玻璃化温度以上,玻璃化温度以下结构对应的扩散系数差异非常的小.聚合物材料在服役过程中难免要遭受应力-应变的作用,而且其结构对应的模量和韧性成反比.基于此,本文通过非平衡分子动力学探究了短CNTs纤维添加PMMA复合材料的非线性力学特性.模拟结果显示:随着CNTs纤维的含量增加,其对应的屈服模量也在不断的增加,而且含有短CNTs纤维的体系还能够保持原来的韧性.因此,分子层面的理论研究策略可以为进一步的实验和加工提供理论指导.

微观接触颗粒岩土非线性力学分析模型

建立了一个基于细观层次数值分析研究具有内部粘连接触特征的岩土材料非线性力学行为的力学模型 ,给出了细观非线性问题分析 ,尤其是考虑了粘连接触面的求解技术 ,在此基础上给出了加载条件下不同内摩擦系数的宏观介质的非线性力学行为 ,研究了两种不同细观颗粒排列介质在剪切性能上的差别。研究成果可以作为材料与其他相关科学研究工作的借鉴。

侧钻开窗钻具组合挠性短节非线性力学模型及失效分析

挠性短节是套管侧钻开窗钻具组合中易产生弯曲大变形失效的管柱,合理设计钻压、扭矩、挠性短节尺寸等参数,保证挠性短节安全是侧钻成功的基础。为建立挠性短节受力失效条件与影响因素的定量关系,文章考虑开窗钻进的动态过程,建立了挠性短节非线性力学模型,采用ANSYS Workbench数值分析了挠性短节的应力与变形分布,研究了钻压、扭矩、挠性短节壁厚对挠性短节力学状态的影响规律,得到了三种型号挠性短节失效时的极限钻压和极限扭矩。研究结果表明,挠性短节壁厚是影响开窗钻具安全的首要因素,其次为钻压和扭矩;挠性短节壁厚增加20 mm(10.4 mm增大至30.4 mm)时,开窗钻具最大压应力由870.64 MPa减小到804.04 MPa,减幅为7.65%;钻压由3 t增大到13 t时,挠性短节最大压应力由838.33 MPa增大到860.13 MPa,增幅为2.60%;扭矩由1.5 kN·m增大到6 kN·m,挠性短节最大压应力由842.42 MPa增大到849.56 MPa,增幅仅为0.85%。文章所建立的挠性短节力学模型及失效分析方法为开窗施工参数及钻具尺寸的设计提供了参考。

用内禀方程解一个非线性力学问题

本文用自然坐标系求解质点在有摩擦的斜面上的运动，得到以物理意义很明确的参数表示的解析解，讨论了可以写出轨道方程和运动方程的条件，并给出几种情况下的运动方程和轨道方程。

板壳非线性力学研究的最新进展

本文简述了近十几年来国内外学者在板壳非线性弯曲、稳定和振动方面研究的最新成果。

非线性力学与计算

本文阐述了计算在非线性力学中的地位与作用,并分析了在非线性力学计算中可能遇到的数学问题。列举了在非线性力学若干研究领域中的前沿课题,还探讨了如何充分利用计算机功能与资源的问题。

非线性力学及其应用

1939年底,冯·卡门在美国科学促进协会(American Association for the Advancement of Science)和美国数学学会(American Mathematical Society)做了题为“工程师与非线性问题拼搏”的讲演(The Engineer Grapples with Nonlinear Problems)。该文于次年发表于美国数学学会会报上。文中,他写道:“在许多情况下,工程师靠简化假设。