基于Battelle结构应力法的对接接头应力集中系数回归分析

以12 mm厚的S355J2W+N耐候钢板对接焊接接头为研究对象,进行不同应力水平下的疲劳试验,将试验结果与Battelle结构应力法的主S-N曲线进行对比,验证了Battelle结构应力法在预测焊接结构寿命方面的准确性;采用有限元方法,以焊缝宽度和焊缝余高为变量,探究几何尺寸变化对焊趾部位结构应力集中系数的影响规律,并通过回归分析得出该试验条件下焊趾处结构应力集中系数的经验方程;利用该方程可快速通过接头尺寸计算得出焊趾部位的结构应力,进而对接头疲劳寿命进行大致预测,可为同类对接接头疲劳试验提供参考。

有效减小大细长比微结构电铸层残余应力的兆声辅助微电铸方法

在利用微电铸工艺制作微机电系统(MEMS)开关的过程中,针对离心保险锁结构因电铸层残余应力大而出现翘曲、扭转等变形问题,采用兆声辅助微电铸方法减小电铸层残余应力。为探究兆声波对电铸层残余应力的影响,基于等效参考温度(ERT)法,建立兆声作用下离心保险锁微结构电铸层残余应力的仿真模型以优选兆声辅助微电铸的工艺参数——兆声功率密度。仿真结果表明,随着兆声功率密度的增大,离心保险锁的残余应力呈现先减小后增大的趋势,当兆声功率密度为2.54 W/cm^(2)时,离心保险锁的最大残余应力为52.58 MPa,相较于无兆声作用时减小了85.4%。在数值模拟的基础上进行微电铸实验验证研究。实验结果表明:兆声功率密度为2.54 W/cm^(2)时,大细长比微结构的变形量减小了88.6%,实验结果与仿真结果一致。在上述仿真结果和实验研究的基础上,制作出了高800μm、细长比高达1∶70的离心保险锁结构,并完成MEMS开关的制作与装配。

基于Battelle热点应力法的轻量化桥式起重机主梁焊缝疲劳分析

以额定起重量为5 t的轻量化桥式起重机主梁为研究对象,以主梁疲劳试验数据结果为验证依据,预测主梁焊缝的疲劳寿命,建立了包括焊缝的主梁有限元实体模型,按照试验载荷工况对其进行静强度分析,在静强度满足要求的前提下,运用Fe-safe软件中以Battelle热点应力为核心技术开发的Verity模块对主梁焊缝进行疲劳强度分析,分析结果表明,轻量化后的主梁焊缝疲劳强度可满足使用要求,结果可靠,具有较好的可信性。文中采用的分析方法可直接应用于类似结构的焊缝疲劳分析。

基于等效结构应力法的高强钢焊接结构低温主S-N曲线

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验对该方法进行了验证。在此基础上,结合大量的高强钢焊接结构试验结果,将温度敏感因子c引入到低温疲劳主S-N曲线的推导中,首次建立了基于低温金属焊接结构的主S-N曲线,并对文献中的疲劳S-N试验数据和ASME中的修正方法进行了对比和验证。结果表明,等效结构应力法能够较准确地计算出焊缝疲劳S-N曲线,推导出的金属焊接结构低温主S-N曲线与试验曲线吻合较好,能够满足低温地区工程要求,可为高强钢焊接结构在北极地区低温环境中的广泛应用提供理论指导。该方法可以为金属焊接结构的低温疲劳研究节省大量的成本,减少非标准试验操作造成的不必要的误差。这对北极海洋工程设备的设计、安全运行和疲劳评估具有重要意义。

基于预应力法的钢筋混凝土结构施工加固方法研究

当前钢筋混凝土结构施工加固结构多为单向,加固层级受限制,导致预应力差不断提升,为此提出对基于预应力法的钢筋混凝土结构施工加固方法的设计与实践研究。工程通过放线测定及钻孔清孔处理、支撑构件预应力测算,采用多阶的方式打破加固层级受到的限制,部署多阶支撑结构点位。设置粘钢预应加固梁,并完成钢管支撑的简化,采用混凝土桁架搭接实现结构加固处理。最终的测试结果表明:经过对5个随机选定区域的比对,最终得出的预应力差被较好地控制在40MPa以下,说明当前所设计的混凝土内置结构加固方法的针对性与稳定性较高,故其具有较好实际的应用价值。

引入围岩结构观测系统在地应力测试中的应用

为减小水压致裂法测量地应力时的误差,提高地应力测量成功率与测试结果精度,引入围岩结构观测系统,以某矿8510回风巷为研究背景,开展地应力测试对照试验。试验结果表明:在未引入围岩结果测试系统时,8510回风巷最大水平主应力为8.14 MPa,垂直主应力为11.06 MPa,垂直构造应力占优势,测压比的范围在0.40~0.74之间;引入围岩结构测试系统后,8103回风巷最大水平主应力为14.95 MPa,垂直主应力为11.04 MPa,水平构造应力占优势,测压比的范围在0.69~1.35之间,与区域已测得地应力场较吻合。引入围岩结构测试系统的水压致裂法测量地应力方便、快捷,且所测结果更加真实可靠。

基于模态结构应力法的焊接构架振动疲劳寿命研究

文章结合模态叠加法,提出了一种基于模态法的结构应力计算方法;然后基于刚柔耦合理论,建立了考虑构架柔性的刚柔耦合动力学模型,并利用虚拟激励法再现了转向架构架的真实服役环境,对服役条件下焊接构架的动态薄弱位置进行了识别,确定了焊接车架上的10个动态薄弱点,在连接侧梁外垂直板和下盖板的焊缝处观察到了最高的结构应力(均方根值为65 MPa)。最后,基于主S-N曲线法对焊接构架薄弱位置的服役寿命进行了预测。结果表明:随着曲线半径的增大,构架薄弱位置的损伤呈现出逐渐减小的规律;其损伤最大位置出现在侧梁外立板与抗侧滚扭杆座焊缝处,在1200万km的寿命要求下,其损伤为2.74,安全裕量较低。

后张法预应力框架与钢次梁组合装配式物流库结构设计要点

提出了一种后张法预应力框架与钢次梁组合装配式物流库结构体系,并基于河北廊坊某物流园项目,介绍了该体系的结构布置,阐述了梁柱节点、预应力张拉节点、主次梁节点、组合钢次梁节点的设计要点,提供了一整套技术解决方案。对比该体系与现浇混凝土框架结构的工期与造价得到,相对于现浇混凝土框架结构,该体系能够减少工期并降低造价。

一种基于应力控制的金属薄壳结构变形修复方法研究

研究了一种基于应力控制的金属薄壳结构变形修复方法,通过应用该方法成功实现了飞机整体油箱金属结构变形故障的修复。该方法在能量原理研究的基础上,通过研究变形修复中的结构内应力控制,在变形部位施加反向应力,使变形的金属薄壳结构恢复至原始形貌,从而达到修复变形的目的。整体油箱作为典型的金属薄壳结构,在修复过程中还需要保证气动外形、隐身功能等飞机特有的功能特性,因此,该变形修复过程需要多结构系统协调平衡、多领域综合优化。在修复飞机整体油箱这一典型金属薄壳结构变形故障的实践过程中,研究基于应力控制的金属薄壳结构变形修复方法,实现了对整体油箱金属薄壳结构的变形修复,对金属薄壳结构变形修复的研究具有重要的指导意义,为相关领域的变形修复提供了新的思路。

利用结构应力法预测焊缝疲劳寿命

阐述了结构应力法的原理和计算公式,利用一个经典的T型焊接接头验证了结构应力法的准确性和网格不敏感性,同时分析了该方法网格不敏感性的原因。采用有限元方法对转向架构架进行了分析,得到了构架结构应力分布图,找出了该结构最薄弱的部位并利用UIC标准校核了其疲劳强度。

基于结构应力法的未焊透焊接接头疲劳强度评估

研究了节点力法计算结构应力的计算过程,给出了结构应力的工程计算方法。考虑焊根未焊透缺陷对焊缝处结构应力的影响,提出一种根据焊缝等级及未焊透尺寸的结构应力计算板厚修正方法,通过建立未含焊根未焊透缺陷的焊缝有限元模型,获取未焊透焊缝处的结构应力,并应用该计算方法对某型地铁转向架焊接构架进行疲劳强度计算。计算结果表明,考虑焊缝根部未焊透初始缺陷,构架疲劳强度满足相关标准要求,验证了计算方法的可行性。

基于改进的双向渐进结构优化法的应力约束拓扑优化

工程结构设计时经常需要限制最大名义应力,以避免发生断裂或疲劳破坏,一个有效的策略是采用拓扑优化方法.常规的双向渐进结构优化法(bi-evolutionary structural optimization,BESO)不能有效求解应力约束拓扑优化问题,为此本文提出一种改进的双向渐进结构优化方法,处理体积和应力约束下的最小柔顺性问题.引入基于K-S函数的全局应力度量,以减小大量局部应力约束引起的计算代价.采用拉格朗日乘子法将应力约束函数引入到目标函数,然后由二分法确定合适的拉格朗日乘子的值使得应力约束得到满足.而且,详细推导了基于BESO方法的应力约束拓扑优化模型及其灵敏度列式,最后通过三个典型拓扑优化算例验证改进方法的有效性.为展示考虑应力约束的优点,将应力约束设计与传统的基于刚度的设计进行了比较.结果表明,改进的BESO方法优化迭代过程稳健,获得了边界灰度单元很少的清晰的拓扑构型,并实现了有效降低应力集中效应的设计.

基于子结构瞬态结构应力的轨道车辆焊接结构疲劳寿命评估方法研究

瞬态疲劳分析比频域疲劳分析更能反映结构动态特性。该方法因轨道车辆有限元模型太大,仿真时间成本过高而难以被大量、广泛应用。提出基于子结构瞬态结构应力的轨道车辆焊接结构疲劳寿命评估方法。基于Guyan缩减理论,提出子结构模态匹配方法确定动态子结构模型,再对动态子结构模型进行刚柔耦合仿真获得载荷历程。对该模型生成的焊缝子结构模型进行瞬态分析,获得等效结构应力响应时程进行焊缝疲劳寿命评估。以某高速列车焊接车体验证,研究结果表明:所提出方法能考虑轨道车辆刚柔耦合模拟和结构的动态振动特性,与传统方法相比,模态分析时间减少到47%,焊缝疲劳寿命评估结果误差不超过2%,但瞬态仿真时间减少95%。该方法还可以运用于其他焊接结构的瞬态仿真疲劳寿命评估。

大面积混凝土梁板结构温度应力分析的徐变应力折减系数法

本文对大面积混凝土梁板结构温度应力分析方法进行探讨,从混凝土徐变计算的龄期调整有效模量法(T-B法)出发,通过对比典型框架在混凝土收缩及温度变化作用下的弹性和徐变解析解,提出了框架结构约束系数和徐变应力折减系数的概念及计算方法,结合框架结构空间弹性有限元分析,得到了大面积混凝土梁板结构温度应力分析的徐变应力折减系数法。与现场长期测试结果的比较表明,该法计算简便,计算结果与测试结果有较好的一致性,可以满足工程设计精度要求。

水管冷却混凝土温度场和应力场计算的有限元子结构法

冷却水管离散模型应用于大型混凝土结构的温度场及应力场计算时,需对计算模型进行二次剖分,导致了有限元整体方程阶数的大幅度增加,限制了此方法在实际工程中的广泛应用。针对这个问题,在子结构理论的基础上,推导了含冷却水管的混凝土温度场计算公式,同时为了得到水管周围精确的应力场分布,进一步将子结构理论引入到考虑徐变及自生体积变形的水管冷却混凝土应力场计算中,提出了算法实现的具体步骤,并编制了相应的有限元计算程序。结合某工程现场试验结果,验证了该方法的准确性,同时利用较大模型验证了程序的高效性。

预应力空间网架结构一次张拉计算法

反复张拉和反复调整预应力杆的内力是目前工程上常用的施工方法,该方法十分麻烦且费时费钱.为此提出了预应力空间网架结构一次张拉计算法,将逐次增加预应力杆的预应力值作为未知数,通过结构力学方法,建立预应力准则方程式并求解之;然后计算每次预应力时各预应力杆的控制值、后张预应力对先张预应力杆的影响值,以及网架结构杆件内力和节点变位,直至最后一次预应力时,得到各预应力杆的最终设计内力值及网架结构的内力和变位.采用本文方法对文中算例的计算结果说明,预应力杆的内力值在预应力张拉全过程中无须调整,可一次性完成预应力施加的操作过程.

磁通量法在预应力悬挂结构拉索施工中的应用

为了控制施工过程中悬挂结构预应力索的张拉力值,保证索力施工质量,采用磁通量法对广东省博物馆新馆主桁架的拉索进行了索力检测。运用弹性工程磁学的原理,通过比较不同施工阶段索力的实测值与设计值,给出了拉索预应力损失量值和损失原因,并得到了单索与群索索力的分布规律。检测结果表明,该方法准确可靠,单索和群索在施工过程中都有不同程度的预应力损失。磁通量法作为拉索张力检测的有效方法,可为结构设计提供可靠的试验数据和理论依据。

等效结构应力法的焊接疲劳评估

为了在设计阶段准确地计算出空间任意走向的焊缝疲劳寿命,采用等效结构应力法对管状T型焊接接头的疲劳寿命进行了评估。建立了3种网格尺寸的管状T型焊接接头有限元模型,并计算结构应力。运用FE-weld疲劳评估软件计算出焊缝处的应力循环次数,并与试验数值进行比较。比较结果表明:等效结构应力法对焊接接头疲劳评估具有网格不敏感性和较高的准确性。

基于改进应力变化率法的空间杆系结构鲁棒性分析

为研究空间杆系结构鲁棒性及结构失效模式预测方法,将杆件关键系数引入应力变化率法用于结构失效模式预测和结构可靠度分析以考虑悬链线作用对杆件失效模式的影响。利用ANSYS数值模拟分析了静力阶跃荷载和竖向地震荷载作用下单层星型穹顶结构杆件失效模式,对比了考虑杆件关键系数前后应力变化率曲线。作为对比分析,应用有限元软件ALGOR分析了一种新型张弦桁架结构在7种局部构件损坏工况下剩余构件内力变化的敏感性系数,分析了结构可靠度的鲁棒性并同传统张弦桁架结构进行了对比。结果表明,考虑杆件关键系数后显著提高了临界破坏发生前若干荷载步的应力变化率,从而可利用该方法在结构失效前进行预警。通过改变下弦拉索的数量和布置方式可有效降低其对构件内力变化敏感性的影响,从而有效提高结构可靠度。在断索工况下,该高冗余度张弦桁架结构可提高结构抗连续性倒塌能力,延长结构从局部破坏到全部倒塌的过程,增加了结构安全储备,增强了结构抵抗灾变荷载的能力。

预应力空间结构施工控制张力的逆向计算法

逆向计算法能计算预应力空间结构中索的施工张力控制值,当采用分组分批张拉施工方法时,每批索只要一次张拉到计算所得的施工控制张力值即可,当最后一批索张拉完毕,所有组索的实际内力将达到它们各自的张力设计值。