具有边界记忆阻尼的Euler-Bernoulli梁模型的指数稳定性

该文研究了具有混合边界条件的Euler-Bernoulli梁模型,其中仅一端边界条件具有黏弹性记忆阻尼,而内部无其他阻尼影响。通过选择合适的乘子构造Lyapunov辅助函数,并利用能量估计方法,证明了此模型在其记忆核函数满足适当的假设条件时具有指数形式的衰减率。该结论表明,对于混合边界条件欧拉-伯努利梁模型,一个部分边界黏弹性记忆阻尼也足以产生一个整体的耗散机制,并且确保与全局内部摩擦/记忆效应的情况同样具有指数型衰减率。

预制装配式型钢混凝土梁抗剪承载力的智能模型研究

通过建立计算预制装配式型钢混凝土(PSRC)梁抗剪承载力的智能模型,在一定程度上提高了计算精度与适用性。基于BP人工神经网络算法,通过对影响PSRC梁抗剪承载力的相关参数进行梳理,选取14个主要影响参数作为输入层,以试算法确定隐含层节点数为5,初步构建了3层结构人工神经网络系统;以收集的76组试验数据作为学习样本,对构建的神经网络系统进行训练,建立了对PSRC梁及SRC梁抗剪承载力计算的N14-5-1智能模型。使用智能模型对6个PSRC梁构件及6个SRC梁构件进行抗剪承载力计算,并通过与规范公式计算结果、试验结果的对比分析,证明了智能模型具有良好的计算精度及较好的泛化能力,具有一定的工程参考意义。运用Garson算法对输入参数进行敏感性分析,结果表明箍筋间距、型钢屈服强度、箍筋屈服强度、型钢腹板含钢率对抗剪承载力影响较大。随着研究试验的开展,在收集更多具有代表性的试验数据以扩充学习样本后,可对智能模型进一步优化。

基础激励下裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

为了发展基于模型的裂纹梁结构疲劳寿命预测方法,提出了一种新的三维裂纹梁单元刚度矩阵。基于该刚度矩阵,建立基础激励下裂纹梁结构的三维有限元模型。推导三维裂纹梁单元的应力强度因子,建立三维裂纹梁单元的疲劳裂纹扩展模型。采用振动响应与裂纹扩展增量交互计算方法,计算循环载荷作用下裂纹梁结构的疲劳寿命。研究结果表明:裂纹梁结构寿命预测模型较好地体现了疲劳裂纹扩展寿命与基础激励参数、结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了基础激励对裂纹梁结构疲劳寿命的影响。最后通过实验对模型进行了验证。

波形钢腹板工字梁的等效计算模型及稳定性分析

基于变形与应变能相等的原则,提出波形钢腹板工字梁的等效平直钢腹板计算模型。通过波形钢腹板直板段与斜板段应变分析,推导了波形钢腹板工字梁及等效计算模型的应变能,建立等效惯性矩与等效扇性惯性矩,利用平直钢腹板工字梁的临界荷载计算公式,对波形钢腹板工字梁进行稳定性分析。研究结果表明:该方法简单、便捷,对波形钢腹板工字梁的稳定分析准确、有效;建立的等效惯性矩与翘曲惯性矩仅取决于截面及波形钢板尺寸,不受工字梁的边界条件、跨径等因素的影响,具有良好的适应性。

基于缩尺模型的高铁桥梁预应力损失试验研究

【目的】为更好的评估在役预应力混凝土桥梁结构预应力损失状况。【方法】选用国内高铁中应用最广的32 m预应力混凝土箱梁作为研究对象,按照1:16的缩尺比例将箱梁转化为T形截面制作了26根C50混凝土试验模型梁。通过对试验梁预应力钢绞线应变、伸长量的瞬时和长期监测得到预应力损失的实际值,并将此实际值与目前国内外常用预应力损失规范计算所得值进行对比分析。【结果】预应力损失主要发生在前期即瞬时损失,约占总损失的70%;84.6%的试验梁锚固损失占瞬时损失总和的70%以上,最高达80.57%;试验梁的长期损失在锚固后的前10 d内变化较快,后期逐渐趋于稳定;将5种规范的计算结果与试验实测值进行对比,对于长期损失,数据显示实测数据与《铁路桥涵设计规范》(TB 10002—2017)计算结果最为吻合。【结论】研究结果可为实际工程中预应力梁的预应力损失计算提供参考。

机翼结构梁模型修正及不确定性传递精度研究

机翼梁模型对于颤振预测和飞行载荷识别十分重要。采用MATLAB+Hypermesh联合建模方法建立细节模型,基于闭室原理建立梁单元机翼模型(简称梁模型),对梁模型进行了模态试验,并采用秃鹫算法对梁模型进行修正。比较了细节模型与修正后梁模型的频率误差与MAC值,结果显示,修正后的梁模型能够达到和细节模型相当的精度,梁模型的频率误差在5%以内,MAC值对角元素大于0.75。基于正态分布的不确定性反向传递研究结果表明,细节模型保留的局部信息较多,用于不确定性研究结果更加准确,未经修正的梁模型精度过低,不能用于不确定性研究,而修正后的梁模型也能满足不确定性研究的精度要求。

预应力UHPC-RC无腹筋组合梁足尺模型抗弯试验及极限弯矩计算研究

为了解预应力UHPC-RC无腹筋组合梁(简称组合梁)的抗弯性能,以2座组合梁桥实际工程为背景,分别制作25 m长工字形组合梁及30 m长箱形组合梁足尺模型进行抗弯试验,研究组合梁在弯曲荷载下的裂缝发展形态、荷载~挠度曲线及不同截面高度应变等。结果表明:2种组合梁最终受弯破坏时,1条主裂缝快速发展为贯穿弯曲裂缝,组合梁裂缝细密;荷载~挠度曲线较为饱满,刚度折减较普通预应力混凝土梁明显推迟,结构性能更为优良;开裂前组合梁截面受力发展满足平截面假定,出现主裂缝后逐渐不满足平截面假定。为考虑组合梁截面在极限状态不满足平截面假定的情形,基于UHPC材料本构关系,提出采用体外预应力筋极限理论推导组合梁极限弯矩计算方法,并将该方法与平截面假定理论计算结果及试验结果进行对比。结果表明:提出的组合梁极限弯矩计算方法较平截面假定理论计算方法能更好地反映结构受力。

结合贝叶斯-MCMC更新的RC梁抗剪承载力概率模型的可靠度分析

为分析钢筋混凝土(RC)梁抗剪承载力,首先,基于国内外100组RC梁抗剪承载力试验数据作为先验信息,结合我国GB 50010-2010规范的抗剪承载力,综合考虑混凝土与箍筋的材料强度、截面尺寸、剪跨比、配箍率等因素的影响,通过贝叶斯-马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法对我国规范模型进行更新与修正;随后,结合Monte Carlo模拟,对所建立的RC梁概率抗剪承载力模型进行可靠度分析,验证了该模型具有较好的计算精度与可靠性。结果表明:概率模型均值与试验值比值K的均值与标准差分别为1.013与0.171,试验值落在概率模型的95%置信区间范围内,且可靠指标分布在4.0左右,说明建立的概率模型具有较好的预测效果与可靠性。

预应力混凝土箱梁爆炸荷载模型试验及有限元分析

目前针对箱梁爆炸荷载以及冲击波传播规律的研究较少,以目前混凝土桥中应用较为广泛的预应力混凝土箱梁桥为依托工程,以1∶5缩尺比例设计箱梁爆炸荷载试验。试验表明,箱梁顶板超压沿箱梁纵向呈非线性下降梯度分布特点,超压沿箱梁横向近似于梯形荷载分布,随着比例距离的减小,结构超压增大。其次,基于箱梁爆炸荷载试验,建立箱梁三维爆炸数值分析模型,通过将数值分析结果和试验数据进行对比,验证数值模拟的准确性。基于数值分析,揭示爆炸冲击波与箱梁的相互作用机理,明确箱梁冲击波的传播规律。对不同爆炸工况箱梁各部位超压分布规律研究显示:当爆心位于箱梁顶板上方时,顶板迎爆面超压较大;当爆心位于翼缘板下方时,在翼缘和腹板处产生较大超压,其余部位超压较小。而当爆心位于箱梁底板下方时,翼缘、腹板和底板均受到较大的冲击波超压,结构全截面受爆炸影响较大。最后,基于试验和数值分析结果,对不同工况下箱梁顶板、腹板和底板的超压峰值进行方程拟合,建立不同爆炸工况下箱梁关键部位荷载模型。

箱外/箱内连续爆炸作用下混凝土箱梁爆炸毁伤模型试验及机理分析

为研究爆炸作用后二次起爆对单箱三室混凝土箱梁的破坏行为,开展节段箱梁试件箱外/箱内连续爆炸试验。在10 kg TNT药柱爆炸作用后,施加5 kg TNT药柱继续作用,观测箱梁试件毁伤及动态响应。利用LS-DYNA软件分析了TNT当量、爆炸距离及起爆位置对箱梁破坏形态及动态响应的影响。结果表明:5 kg TNT炸药在中间箱室底板中心正上方0.35 m处二次起爆后,中间箱室顶板破洞进一步增大,底板破洞沿横、纵桥向长度分别为48.50 cm、62.50 cm,底板中心钢筋凹陷18.30 cm,两侧腹板有明显损伤。采用10 kg、5 kg TNT分别对3个箱室进行箱外/箱内连续爆炸作用,且二次起爆为内部接触爆时,箱室顶、底板均出现贯穿性破洞,底板破洞均大于顶板。相较于药柱位于箱室底板上方0.35 m,采用接触起爆时,箱室顶板沿横、纵桥向破洞长度分别减小21.2%、33.8%,底板破洞长度分别增加103.9%、113.2%。

爆炸荷载线性强化抗力模型梁构件动力系数研究

目前梁构件抗爆设计动力系数计算常采用理想弹塑性抗力模型,制约着塑性强化抗力构件的精细化抗爆设计。为解决线性强化抗力类型梁构件的爆炸作用动力系数计算问题,由抗力强化系数和阻尼比数值大小关系,分三种情况推导了柔性和刚性两类构件关于延性比的动力系数解析解。有限元分析及规范对比算例表明,本文推导理论公式精度较高,与抗爆设计规范公式计算结果趋势相似;延性比为1时,抗力强化系数与动力系数无关;延性比大于1且抗力强化系数小于0.01时,可忽略抗力强化系数的影响;延性比大于2时,需考虑阻尼参数后完成抗爆设计分析;延性比大于3时且抗力强化系数大于0.1时,线性强化抗力模型具有较好经济效益。

基于相似理论的钢结构模型实验结果修正:以空腹梁为例

以相似理论设计大跨度钢结构缩尺模型试验时常因材料及尺寸等多参数同时畸变的问题而无法正确反映原型结构力学性能。提出了基于响应面法的响应面预测模型对畸变参数进行修正,并考虑材料加工难度及制作成本,基于相似理论设计了三种不同材料制作的1/2空腹梁缩尺模型且梁截面厚度产生畸变,对多参数畸变模型修正前后的误差进行分析。结果表明:建立的响应面方程具有很好的拟合精度和对未知参数的预测能力,在各级均布荷载作用下,多参数畸变的钢空腹梁缩尺模型通过数值模拟及等效刚度理论计算后,未经修正的缩尺模型映射原型结构的力学性能误差较大,而经过建立的响应面模型修正后,误差显著减小,多参数畸变的缩尺模型能够有效地预测原型结构的力学性能。

不同法向载荷与滑动速度下铁路货车制动梁磨耗套材料磨损行为与模型研究

铁路货车制动梁磨耗套在使用过程中容易产生严重磨损,进而影响制动性能与行车安全。为研究制动梁磨耗套材质的磨损行为,利用销盘摩擦磨损试验机对磨耗套材质进行不同法向载荷与滑动速度下的摩擦磨损试验,分析磨耗套材质的摩擦学行为。结果表明:当载荷由100 N增大到350 N时,摩擦因数呈现减小趋势,磨损质量与磨损长度增长,轮廓曲线起伏变大且最大磨痕深度增加,损伤加重;当载荷相同,滑动速度不同情况下,摩擦因数、磨损质量与磨损长度变化不大。采用MATLAB对试验数据进行拟合优化,得到磨损模型,并利用ANSYS进行磨损仿真分析。仿真与试验结果误差在6%以内,验证所得磨损模型的合理性。建立的磨损模型为磨耗套使用寿命仿真预测提供理论与技术支撑。

基于裂缝滑移模型的无腹筋RC梁抗剪承载力计算

为了考虑翼缘对无腹筋钢筋混凝土(RC)梁抗剪承载力的影响,基于裂缝滑移模型,考虑了受压区的贡献、销栓作用贡献和受拉区骨料咬合作用的贡献,提出了一种无腹筋RC梁抗剪承载力计算公式。为验证该计算公式的准确性,分别应用该公式和国内外规范对收集的444根矩形截面梁与172根T形截面梁的试验数据进行计算,并将结果与国内外规范计算结果进行对比;基于所收集的数据集,利用5种常用的机器学习算法对收集的数据集进行回归分析,在数据集较小的情况下验证各算法的拟合度。结果表明:各国规范提出的抗剪承载力计算公式与试验值吻合较好;相较于规范的计算方法,该研究提出的计算方法较为准确,且可以有效地考虑T形截面梁翼缘对于抗剪承载力的贡献;选取的5个机器学习算法在测试集上表现良好,且与计算结果表现出了相同的规律,验证了机器学习算法在数据集较小的情况下对钢筋混凝土梁抗剪承载力计算的适用性。

圆环非线性恢复力的梁约束模型建模

圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器,圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用,从而产生非线性恢复力,对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁,利用梁约束模型对每段曲梁建立计及几何非线性的力-位移关系模型,结合曲梁间的力传递关系和几何约束关系,建立了圆环整体在压缩过程中的非线性恢复力模型,并计算了圆环变形过程中所有分段点处的正应力。通过电子伺服疲劳试验机对圆环结构在压缩过程中的恢复力进行了测量,验证了梁约束模型的建模精度。研究结果表明,利用梁约束模型可以表征圆环结构非线性恢复力特性,其建模精度与椭圆积分法相当,而模型表达式和求解过程都比椭圆积分法简洁。圆环在压缩量最大时正应力最大,此时最大正应力在圆环的上下端点。梁约束模型的建模精度随着分段数的增加而提高,当分段数大于12时,梁约束模型的恢复力计算误差小于2%。

基于有限质点法和代理模型的加筋箱梁结构筋板尺寸优化

为解决加筋箱梁结构筋板尺寸的优化问题,文中先用无需构建刚度矩阵直接求解几何非线性问题的有限质点法对结构进行屈曲分析,再由基于泛克里金代理模型和多岛遗传算法相结合的全局搜索策略优化筋板的尺寸,从而在保证分析精度的条件下节省数值计算的时间,最后以单向受弯箱梁节段为例对其屈曲分析和尺寸优化设计。通过与原模型的比较,在优化过程收敛性好、时间成本低的情况下满足了提升承载性能的目标,验证了所提出的优化方法的可靠性。

多箱式小箱梁模型横向受力试验研究

为研究多箱式小箱梁桥的横向应力分布规律,通过设置开展不同数量内横隔梁的小箱梁模型横向静力静载试验,测定不同工况下的横向应变,并结合梁格法及三维实体有限元分析等方法综合比对,验证各种方法应用于多箱式小箱梁横向受力分析的适用性。研究认为,增设内横梁对多箱式小箱梁横向受力的改善效果具有边际效应,可根据实际截面刚度大小综合考虑。

基于机器学习的梁片预制质量评价模型--以梁片混凝土强度为例

针对现行公路桥梁梁片预制质量评价存在的评价指标不够全面、质量差异无法有效体现及过程控制指标精度缺乏等问题,提出了一种基于机器学习的梁片预制过程质量评价方法。通过对梁片预制的混凝土试块、混凝土拌和、浇注振捣、钢筋试验、梁片蒸养、智能张拉压浆等关键工序控制的物联网数据采集,并对所采集的数据进行归一化处理、过滤异常值及离群数据,实现数据降噪处理,采用皮尔逊相关性分析算法,建立相关性分析矩阵图,找出关键工序控制偏差对梁片质量影响的强相关因子,实现数据降维处理,为机器学习提供优质降噪数据。通过对处理后的梁片样本数据采用线性回归、决策树回归和XGBoost等多种机器学习算法建立梁片质量评价模型,并采用均方根误差、平均绝对百分比误差率对所建立的梁片质量模型进行定量评价,找出最优的梁片质量评价模型,以此进行梁片质量评价。以梁片混凝土强度为例,测试验证结果显示,XGBoost模型在预测梁片混凝土强度方面的平均绝对百分比误差率为1.87%,低于目前行业内采用的回弹法无损检测的3.59%误差值。该方法不仅能精准评估成品梁片的混凝土强度质量,还能识别影响梁片预制质量的关键工序和指标,实现对这些关键环节的精准控制,并能有效精准识别梁片质量检测的人为造假情况,促进梁片预制质量的均质化提升。

弹簧-梁模型计算浆锚连接节点受拉研究

为可靠解决涉及浆锚连接节点受拉工况的工程结构力学模拟计算问题,首先应用文献试验与模拟对比分析方法,验证滑移模型、断裂模型可靠性;然后应用弹簧-梁模型建立浆锚连接节点模型,赋予滑移模型、断裂模型本构关系,反复调整弹簧-梁模型R参数,复现3组预埋波纹管浆锚连接钢筋混凝土试件受拉试验;最后得到保证计算结果与文献试验数据较为接近的R参数值。引进Ductile Damage失效准则,梁单元断裂本构模型能准确模拟砂浆的黏结失效;仅改变钢筋预埋长度时,不影响R参数的取值。应用弹簧-梁模型模拟浆锚连接结构节点受拉问题,结果可靠,其中关键参数R可以通过试验与模拟对标方法确定。

液压马达式起吊梁有限元模型建立及力学分析

单轨吊机车是目前广泛应用于煤矿巷道内实现人员和物料高效运输的首选辅助运输装备。起吊梁是单轨吊机车实现人员和物料运输的重要结构件,其承载性能直接影响着单轨吊机车运载的安全性和稳定性。液压马达式起吊梁是一类重要的液压驱动式起吊梁,其具有竖向空间占用小、动力大、作业稳定等优点。选取16t液压马达式起吊梁为研究对象,综合考虑液压马达式起吊梁结构和承载特点,建立其有限元数值仿真模型,并针对其危险工况开展力学性能分析,校核其强度和刚度情况。仿真结果表明,在预设工况下,液压马达式起吊梁副梁受载荷的影响较大,除去应力集中部位,其最大等效应力值为200MPa,而主梁的最大应力值为72MPa。此外,副梁在载荷作用下,其位移变形亦高于主梁,其最大值为9.382mm,而主梁的最大位移值为1.2mm。最后,液压马达式起吊梁的整体安全系数大于1.5,除副梁载荷承载悬臂连接处,副梁整体安全系数大于3,主梁整体安全系数大于6,满足工程应用和设计要求。