基于BB-递归核函数SVR算法的U型折弯件模型参数优化研究

影响U型折弯件回弹的因素众多,工件尺寸、力学性能、负载条件、材料各向异性等相互耦合,表现出高度复杂的非线性,从而导致回弹预测结果的不确定性。本研究以板料折弯件回弹后的张开角(α)为目标函数,构建一个递归核函数支持向量回归(SVR)模型,并部署到分支界限法(BB)中,从而筛选出维度为4的最优的特征变量参数子集,其决定系数(R^(2))为0.982147,均方误差(MSE)为0.00433,模型预测精度相对较高。算法优化得到的折弯件参数为:厚度(t)为12 mm,上模宽度(d)为90 mm,上模圆角半径(r)为9 mm,载荷速度(v)为10 mm/s。BB递归核函数SVR算法、有限元模拟和实际测量的α分别为16.3°、17.5°和18.2°,尽管有限元结果更接近于实际值,但是BB递归核函数SVR算法可以为有限元模拟提供筛选出的参数(t,d,r,v)的数据,以快速进行模拟并预测张开角α,并实现回弹补偿装置的高效设计。

窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗弯性能试验研究

为改善钢-混凝土组合梁负弯矩下的受力性能,提出一种新型窄幅钢箱-超高性能混凝土(UHPC)组合梁。通过6根试验梁的反向静力加载试验,得到试验梁受力全过程跨中荷载-挠度、荷载-应变、荷载-最大裂缝宽度关系曲线、裂缝发生发展及破坏形态等,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限抗弯承载力计算公式。结果表明:窄幅钢箱-UHPC组合梁在负弯矩下具有良好的受力性能;提高配筋率、钢纤维掺量和UHPC相对板厚都可在一定程度上改善组合梁延性,提高其极限抗弯承载力;翼板配筋率对承载力影响较大,配筋率由1%增加至2%时,其极限抗弯承载力提高了15%;钢纤维掺量和UHPC相对板厚对初始开裂荷载影响较大,钢纤维掺量从1%增加到2%时,初始开裂荷载提高32%,UHPC相对板厚由0增加到0.5时,初始开裂荷载提高56%;增加钢纤维掺量和UHPC相对板厚可有效控制裂缝宽度,减少结构主裂缝数量,改善组合梁耐久性;组合梁极限抗弯承载力计算公式计算值与试验值吻合较好,表明塑性理论适用于窄幅钢箱-UHPC组合梁的承载力计算。

圆振荡激光束提高激光弯曲成形效率

激光弯曲成形技术常用的激光类型是点激光,在温度梯度机理的作用下单次成形角度有上限,在3°左右。为了增大点激光单次成形角度,提高成形效率,本文以不锈钢304板为对象,通过试验对比探索了将圆振荡模式应用于激光弯曲成形中以提高弯曲角方法的可行性;并且借助于三维视觉传感器测量板件在圆振荡激光束弯曲成形过程中的动态响应,从余热效应、吸收率等角度分析其弯曲成形机理。对比试验结果显示,在激光能量密度较高的情况下,圆振荡模式确实可以明显提高工件的弯曲角,增长率在60%左右。同时,三维视觉传感器的测量结果显示出了板件在成形过程中的复杂形变与角度变化过程:板件在长度与宽度方向上均产生了塑性变形,长宽形变比约为10∶1;单次扫描成形板件弯曲角增长过程呈现不同的增长曲线;多次扫描成形弯曲角分布不均衡。此外,板件厚度也逐渐增加,热影响区微观晶粒得到细化。为进一步理解圆振荡激光束弯曲成形过程与机理提供了试验支撑。

弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

智能型弯箍机控制系统开发

针对传统弯箍机存在的加工精度低、用户定制响应能力弱、远程运维功能缺失等问题,提出利用伺服控制、PLC、人机交互以及云平台等技术设计并开发了一种智能型弯箍机电气控制系统。系统以PLC作为核心控制器,利用三相交流异步电动机完成剪切任务,伺服电机驱动完成送丝和折弯任务;同时,借助4G通信模块,实现了远程加工状态监控、设备远程预测性运维与实时报警等管控功能。系统中通过引入弯曲长度、角度的补偿系数,结合全闭环伺服控制,保证了箍筋成品的加工精度。

铝合金型材挤压弯曲一体化成形技术研究进展

相比于直型材,铝合金弯曲型材更适用于日益复杂的部件形状并能更好地满足轻量化需求,具有提升部件结构强度和刚度、节约空间及增加工业设计自由度等优点,在汽车、高铁和航空航天等领域具有广泛用途。相较于传统冷弯成形技术,挤压弯曲一体化成形技术在生产弯曲型材方面具有流程短、精度高、缺陷少等优点,因而受到广泛关注。重点综述了基于外部弯曲装置和材料差速流动的挤压弯曲一体化成形技术的研究进展,分析并总结了不同挤压弯曲一体化成形技术的原理及发展现状,对比了不同挤压弯曲一体化成形技术的优缺点,最后展望未来发展趋势及其研究方向。

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论:添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。

顺向泥岩边坡变形破坏数值模拟研究

顺向泥岩边坡在工程建设过程中广泛存在,研究顺向泥岩边坡变形机理尤为重要。文中以贵州某高速公路修建过程中出现的顺向泥岩边坡为原型,概化模型后利用离散元UDEC二维数值模拟技术,研究顺向泥岩边坡的岩层倾角和坡角的组合形式对边坡变形破坏的影响。结果表明,边坡主控结构面为岩层层面时,若岩层倾角小于坡角,边坡产生顺层滑移破坏;若岩层倾角等于坡角,边坡产生溃屈变形;若岩层倾角大于坡角,边坡产生滑移-弯曲变形;边坡产生顺层滑移破坏时,坡角越大,边坡越易产生变形破坏,规模越大且破坏速率越快;边坡产生溃屈变形时,坡体上部产生顺层滑移,强风化层底部被挤压产生弯曲变形;边坡产生滑移-弯曲变形时,坡体上部为顺层滑移,中下部产生弯曲隆起,并随着坡角的增加,变形规模增大。

UHPC桥面板力学性能与承载力计算方法

为研究某超千米混合式组合梁斜拉桥超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)桥面板的静力抗弯力学性能,本文设计制备了抗压强度大于160 MPa.弹性模量大于45 GPa的UHPC材料,并开展了两片足尺UHPC桥面板静载抗弯试验,桥面板长宽高为3.8 m×1.0 m×0.17 m.通过分析UHPC桥面板抗弯受力状态和破坏机理,提出了UHPC桥面板受力计算图式,建立了UHPC桥面板的开裂弯矩和考虑UHPC受拉软化段应力下降的承载力计算公式.结果表明:UHPC桥面板具有优异的抗弯力学性能,开裂弯矩均值达到77.4 kN·m,受拉纵筋屈服时的弯矩均值为237.1 kN·m,板件破坏模式以底部受拉纵筋屈服为主要特征;理论公式计算值与试验值吻合较好.研究工作为UHPC桥面板在千米级斜拉桥主梁中的应用提供了理论分析和试验依据.

可视化织物弯曲性测试方法

针对纺织面料弯曲性测试需要多次裁样、费时等问题,提出1次可得到多组结果且快速简便的太阳花法测试方法。通过选择经纬2个方向的试样,裁剪5个宽度为2 cm、长度为6 cm的单条测试样,搭建测试装置并选取特征指标:展开面积、展开周长、展开长度和下垂高度。将太阳花法所得指标与斜面法测试的抗弯长度与抗弯刚度进行对比分析。结果表明:4个新指标均与斜面法中的抗弯长度和抗弯刚度具有较好的相关性,证明本文方法具有良好的可行性。该方法既可将织物正反面弯曲性差异及弯曲稳定性结果可视化,还可提高测试效率,节省检测时间。

风力机叶片强迫振动的格林函数解

利用Euler-Bernoulli梁模型和Greenberg表达式构建了风力机叶片弯曲-弯曲-扭转耦合强迫振动方程。基于振动方程将位移分解为准静态位移和动态位移,通过Laplace变换和叠加原理得到风力机叶片强迫振动的Fredholm积分方程组,通过对方程组离散,最终求得风力机叶片弯曲-弯曲-扭转耦合强迫振动的Green函数半解析解。通过数值计算,将所得的解与现有文献的解进行比较,验证了解的准确性。研究表明,无量纲阻尼系数的大小只对叶片一阶固有频率峰值影响较大,并且叶片在挥舞振动下的隔振区域出现在二阶固有频率之后,而摆振下的隔振区域出现在一阶和二阶固有频率之间;叶片的入流角和转速对叶片振动响应的影响不容忽视,叶片的耦合振动会导致叶片的准静态位移显著增加。

全铁尾矿混凝土梁受弯性能试验研究

为了充分利用铁尾矿,对铁尾矿混凝土结构的力学性能进行探究,以铁尾矿粉为掺合料,铁尾矿碎石和铁尾矿砂分别作为粗、细骨料,制备成全铁尾矿混凝土(FITC)梁,并与以粉煤灰作掺合料,普通碎石及河砂作粗、细骨料的常规混凝土(CC)梁进行弯曲试验对比。首先,测试铁尾矿的各项参数,验证其作为混凝土原材料的可行性;其次,基于现行规范公式计算梁各阶段的承载力和挠度;最后,将FITC梁和CC梁的实测数值和计算数值对比分析。结果表明:FITC的强度比CC略低,弹性模量显著降低;FITC梁的开裂弯矩和极限弯矩与CC梁相当,梁的抗裂能力与承载力并未因FITC的强度和弹性模量比CC低而明显降低;在裂缝出现之前,FITC梁的混凝土应变与平截面假定基本一致;在荷载作用下,FITC梁受拉区混凝土应变比CC梁的大;FITC梁的延性、裂缝开裂间距均与CC梁接近,FITC梁弯剪区斜裂缝比CC梁更接近梁的顶部;在同等弯矩下,FITC梁的挠度大于CC梁的挠度,FITC梁的受拉纵筋应变也大于CC梁;中国现行设计规范对FITC梁的承载力计算是安全的,但挠度计算公式需要修正。

The effect of applied stress on damage mode of 3D C/C composites under bend-bend fatigue loading

The bend-bend fatigue behavior of 3D integral braided carbon/carbon composites (3D C/C) was examined. Fatigue test was conducted under load control at a sinu-soidal frequency of 10 Hz to obtain stress-fracture cycles (S-N) relationship. The fatigue limit of the C/C was found to be 203 MPa (92% of the static flexural strength), the lag loops of fatigue load-displacement were transformed from elasticity to anelasticity and the flexibility of specimens were enhanced with increase in applied stress. It is revealed that the interfacial sliding abrasion played an important role in the fatigue failure process, and the extent and speed of sliding abrasion were con-trolled by the level of applied stress.

重型承插型盘扣式钢管脚手架连接节点抗弯性能研究

重型承插型盘扣式钢管脚手架连接节点对脚手架的稳定性影响很大。对此,首先对重型承插型盘扣式钢管脚手架连接节点在半刚性理论基础上进行有限元建模并加以分析,然后通过试验所得出的弯矩-转角曲线与有限元模拟得到的弯矩-转角曲线进行对比,从而检验有限元分析的可靠性。对影响节点抗弯性能的连接盘厚度、插销材料本构、插销厚度及插入深度4种参数进行单一随机有限元分析,为后续研究多种随机缺陷共同随机耦合作用对节点稳定性的影响奠定基础。

铝合金变直径管材旋弯渐进成形规律有限元模拟研究

研究设计了一种用于旋弯渐进成形的双辊柔性弯曲模,其可对管材施加较强周向约束,且成形中可自适应转动。相比传统圆弧型单辊弯曲模,新型双辊柔性弯曲模能够有效降低旋弯渐进成形弯曲力,提高成形稳定性,并抑制管材截面畸变。在此基础上,建立了铝合金管材旋弯渐进成形-回弹全过程有限元模型,并通过与柔性弯曲成形对比,分析获得了旋弯变形耦合对成形结果的影响规律,发现在旋压基础上引入弯曲工步,会引起一定程度的截面变形和壁厚不均匀现象;在弯曲基础上引入旋压工步,会减小弯曲段截面变形量,增加内外脊线壁厚差异,加剧起皱风险,减小成形后的回弹变形。

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明:试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载~滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。

腹板嵌入式双倒T型钢-混组合梁受弯性能研究

在通过横隔板连接的双倒T型钢腹板上部开槽,并将开槽腹板部分嵌入到混凝土翼板,与底部钢筋共同形成带有榫结构连接的腹板嵌入式双倒T型钢-混组合梁。设计了该试件的受弯性能试验,分析总结了试件的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和应变分布特征等试验结果对其承载力和延性等力学指标进行评估。该梁满足完全抗剪连接,具有良好的整体抗弯性能。根据试验及有限元模拟结果,提出了抗弯承载力设计方法,试验结果与理论计算结果误差为2.7%,结果吻合较好,该理论公式可作为结构设计的依据。

波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯性能研究

针对波形钢腹板组合板梁桥,为研究负弯矩区关键设计参数和极限抗弯承载能力计算方法,以某三跨波形钢腹板组合板梁桥为背景,采用ABAQUS软件建立有限元模型,探讨波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区的受力性能,基于参数敏感性分析明确了负弯矩区钢梁设计参数的合理取值范围,揭示了波形钢腹板组合板梁桥负弯矩区抗弯特性,提出适用于波形钢腹板组合板梁桥的负弯矩区抗弯计算方法。结果表明:支点波形钢腹板厚度由抗剪及屈曲强度控制,负弯矩区受压下翼缘板宽厚比不宜大于28,波形钢腹板抗弯贡献仅约5.7%,实际工程中负弯矩区抗弯承载力计算可忽略波形钢腹板影响。

斜倾厚层山体弯曲-侧滑机理分析——以重庆武隆庆口滑坡为例

重庆武隆庆口滑坡发育在斜倾厚层陡崖带上,下方数百年的煤矿开采形成了大面积的采空区。基于对地质条件、采空区现状和山体变形特征的分析,发现该滑坡既有弯曲张拉变形又有侧向滑移变形,提出了弯曲-侧滑破坏模式。根据山体变形历史,分弯曲变形和滑移变形两个阶段,分析了滑坡变形特征,研究了岩层面产状变化。并根据层面与临空面组合关系,将山体破坏分为弯曲张拉破坏、楔形体破坏和平面滑动破坏3个阶段,建立了各破坏阶段的判据,揭示了弯曲-侧滑型滑坡演变规律和形成机理,为该类滑坡防灾减灾提供了科学依据。

重组竹抗弯试验及特征值确定

[目的]通过重组竹抗弯力学性能试验和理论分析,提出重组竹抗弯强度和抗弯弹性模量特征值取值建议,拟合相关关系,为重组竹在建筑结构中的应用提供参考。[方法]参考ASTM D143-14等规范,对40个重组竹试件进行抗弯力学性能试验,结合试件的荷载-跨中位移关系曲线以及各阶段的破坏模态,分析其受力性能;运用统计学理论,分别采用参数法、非参数法以及相关规范计算抗弯强度和抗弯弹性模量特征值。[结果]由试件的荷载-跨中位移关系曲线可知,重组竹抗弯破坏经历3个阶段,加载初期变形与荷载呈线性关系,此时试件处于弹性阶段;随着荷载增大,试件受拉区最外侧竹纤维的拉应力达到抗拉强度发生断裂,截面刚度降低,此时试件处于弹塑性阶段;继续加载,裂缝沿试件纵向和中性轴处发展,最终试件达到极限荷载后发生破坏,试件受压区未发现明显破坏。对于抗弯强度特征值,参数法计算结果均高于非参数法,基于正态分布和对数正态分布计算的抗弯强度特征值十分接近,且均大于Weibull分布计算的特征值;对于抗弯弹性模量,参数法、非参数法以及相关规范计算的特征值较为接近。[结论]对比3种计算方法的准确度,取非参数法计算的5%分位值作为抗弯强度特征值,取参数法计算的5%分位值作为抗弯弹性模量特征值,在此基础上,提出不同抗弯弹性模量等级对应的抗弯强度建议取值。