考虑翘曲应力的半潜平台扭转极限强度计算方法研究

半潜平台由于结构和受力复杂,目前主要采用非线性有限元整体模型计算其扭转极限承载力,存在建模和计算时间较长、精度较差和不易收敛等问题。一方面进行半潜平台的整体有限元模型的简化研究,提高其计算效率和收敛性;另一方面基于薄壁杆件理论,将该半潜平台截面简化为单壁室截面计算其翘曲应力,提出了基于一跨模型且考虑翘曲应力影响的半潜平台约束扭转极限强度计算的简化增量迭代方法,并编制了相应的计算程序。计算结果表明,所提简化增量迭代方法计算精度较高,能很好地反应翘曲应力对半潜平台约束扭转极限强度的影响,大幅减少了计算约束扭转极限强度的时间,可用于半潜平台的设计。

车道荷载作用下箱梁应力放大系数的解析法研究

为了便于用解析法分析偏心车道荷载作用下考虑箱梁扭转和畸变翘曲应力影响的应力放大系数,基于薄壁箱梁约束扭转和畸变控制微分方程的初参数解,得到偏心车道荷载作用下简支箱梁同时考虑约束扭转和畸变翘曲内力的解析解,进一步得到相应翘曲应力。结合简支薄壁箱梁数值算例,分析偏心车道荷载作用下计入扭转和畸变翘曲应力后的总应力相对于弯曲应力的应力放大系数。研究结果表明:算例薄壁箱梁跨中截面腹板与底板交点处的正应力放大系数达到1.27,水平形心轴处腹板的剪应力放大系数达到2.21;针对畸变翘曲应力的计算结果表明:跨中截面腹板与底板交点处畸变翘曲正应力约为扭转翘曲正应力的5倍;畸变翘曲剪应力在薄壁箱梁底板、腹板及悬臂板内均较大。

航空弹性并车机匣模态分析与结构参数优化

针对某型航空并车机匣的模态共振问题,考虑航空机架弹性支承刚度,采用有限元法进行典型工况下约束模态分析,研究了并车薄壁机匣结构参数对约束模态固有频率的影响规律。结果表明优化支承位置是大幅度改变固有频率最有效的方式;当固有频率处在共振区间边缘时,可通过优化壁厚、筋板的方法小幅度调整。当2个支承位置位于机匣平面对称轴线时,固有频率最小且随支承距离减小而减小。随着薄壁厚度增大,1、3、5、6阶模态频率减小,2、4阶增大。1、3阶模态频率基本不受筋板参数的影响;2、4阶模态频率随筋板宽度、高度增大和宽高比减小而增大且4阶频率随筋板角度增大而增大;5、6阶模态频率随筋板角度增大、筋板宽度减小而增大。在此基础上,对弹性并车机匣的结构参数进行优化使固有频率避开共振区间,提高了机匣的抗振能力。

基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法

为综合考虑岩土参数的空间变异性以及前期地质勘查所获取钻孔数据的确定性,提升基坑开挖变形风险评估的准确性,提出基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法。所提方法利用克里金(Kriging)理论和随机场理论,生成考虑地勘钻孔数据的约束随机场,并结合数值分析和蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法建立基坑开挖的概率评估模型,分析参数空间变异性对基坑开挖引起的环境效应和围护结构变形的影响规律。与传统确定性分析和基于传统随机场的概率分析进行对比,结果表明:基于约束随机场的概率分析方法能够很好地避免传统确定性分析低估风险以及传统随机场方法高估风险的问题,从而更合理地评估工程风险。研究成果可以为进一步制定基坑开挖风险的应对措施提供有益参考。

基于LS-DYNA的墙体抗燃气爆炸能力数值分析

目前国内外有关墙体防爆的研究多是针对恐怖袭击,且建模分析中多采用单向墙体,而对于民宅内燃气爆炸防护的研究很少。本文详细讨论了数值模拟的建模关键技术,在此基础上建立了墙体三维模型,采用具有民宅燃气爆炸特征的荷载曲线,对四边约束墙体的破坏模式、抗爆能力等进行了初步分析,并与单向墙体进行了比较。结果表明,墙体边界约束条件、厚度、砂浆强度、平面尺寸等因素均会对计算结果产生一定影响,其中前两者的影响效果较为显著。以此为基础提出的一些民宅防爆建议,可为结构防爆设计提供参考。

窦部对称狭窄对颈动脉内流场影响的数值研究

以颈动脉分岔血管为例,采用数值方法研究了窦部环缩狭窄之后的流场分布情况,并和正常血管情况下的流场分布进行了比较．结果表明,采用环缩方式给颈动脉分岔血管施加对称的狭窄改变了颈动脉窦内流场, 特别是壁面剪应力的分布规律．低剪应力区出现在狭窄段之后的窦内,并且沿整个周向均匀分布．根据低剪应力和动脉粥样硬化的关系,指出:若人为地给颈动脉窦内施加对称狭窄,则脂质沉积将在狭窄下游的窦内沿周向轴对称发展．为了更真实地反映颈动脉窦内的狭窄,建议根据动脉血管中的实际狭窄情况,采用非对称的狭窄分布模式．

利用塑性铰线理论求解墙体抗爆能力

有限元软件模拟结果发现,燃气爆炸荷载作用下四边约束墙体的破坏模式与双向(RC)板非常相似,故尝试使用塑性铰线法对墙体的抗爆能力进行试算。以传统的双向固支RC板塑性铰线理论为基础,结合砌块墙体的特点,推导出了四边约束墙体的极限抗爆能力机动法计算公式,通过可信的有限元计算结果反推出极限弯矩的取值,并回归出计算公式;重新计算的理论值与有限元模拟结果非常接近。表明完全可以参照普通RC双向板的塑性铰线理论对四边约束墙体进行极限抗爆能力的计算。

粒子群优化算法中的不可见墙方法

为了解决粒子群优化算法在处理边界约束问题时容易早熟的问题,从理论上证明了传统的不可见墙(In-visib le Wall,IW)方法存在两种缺陷,即邻居中最优粒子与其他粒子具有不均等的进化机会,且大量的位置升级是多余的;并提出了一种改进的IW,即对各维分别进行离界判断,若其离界则立即再次升级。实验证明,改进的IW在收敛精度和运行时间上具有更好的性能,并对不同类型的边界表现了更强的鲁棒性和一致性。

薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究

为了快速并有效地计算海洋平台等薄壁箱型梁结构的约束扭转极限承载能力,进行了薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究。基于塑性极限状态分析理论,提出了薄壁梁约束扭转极限状态应力分布假设,将薄壁梁视作为一系列由主要支撑构件和扶强材支撑的板格,推导了薄壁梁约束扭转极限承载能力上限的计算公式。应用非线性有限元方法验证了所提假设和计算公式的精度,将所提方法应用于箱型梁模型和半潜平台的约束扭转极限承载能力的计算分析,并与非线性有限元结果进行了比对,结果表明,本方法具有较高的精度,可用于海洋平台等薄壁梁的扭转极限承载力上限的估算。

波纹板防爆墙在爆炸荷载作用下动态力学性能研究

防爆墙是海洋平台中用以分隔生活区和生产区、承受爆炸主要荷载、保护人员和设施安全的重要构件。为了研究防爆墙在爆炸荷载作用下的动态力学性能,本文利用通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸荷载作用下四边约束波纹板防爆墙的动态响应过程进行了模拟。计算中,采用不同强度的三角形爆炸荷载曲线,分析了材料应变率效应的影响,对比了不同宽度墙体的应力分布、位移时程曲线。结果表明材料的应变率效应不可忽略,有限元计算中应采用考虑应变率效应的材料本构关系;墙体的高宽比对墙体应力分布形式有一定影响,但不同宽度下墙体中心节点位移峰值相差不大。文章最终还得到了波纹板防爆墙在爆炸荷载作用下的整个破坏过程和最终破坏模式。

中美规范RC剪力墙承载力和变形能力对比

为研究中美规范关于RC剪力墙设计方法的差异,对比了中美规范RC剪力墙约束边缘构件的相关规定,通过一字形截面RC剪力墙算例,对比分析了剪力墙的承载力和变形性能。对比结果表明,当其他条件相同时,美国规范剪力墙的约束边缘构件长度和体积配箍率均大于中国规范,两国规范剪力墙的正截面承载力均随着墙肢长度的增大而提高,且美国规范剪力墙的提高幅度大于中国规范。随着轴压比的增大,中国规范剪力墙的抗剪承载力逐渐提高,但美国规范剪力墙不变。利用纤维截面分析程序XTRACT对分别按中美规范设计的一字形剪力墙截面进行分析,结果表明,墙肢长度不变时,美国规范剪力墙的曲率延性高于中国规范。整体而言,按美国规范设计的剪力墙弹塑性变形能力更好。

三边约束受剪钢板力学特征研究

以框架短肢钢板剪力墙结构中的三边约束、一边弹性约束的受剪钢板墙体为研究对象,采用理论分析及物理试验的方法对其力学特征进行了分析研究.基于四边约束板的对角线屈曲模型,分析了三边约束、一边弹性约束的钢板力学特征.通过简化模型,建立了三边约束受剪板的抗剪承载力的计算公式,在此基础上推导出钢板斜向拉力带倾角与角钢弹性约束刚度的关系,对4种宽厚比钢板试件进行了验证性试验.试验表明,当固结边具有足够约束能力时,计算公式适用于宽厚比大于143的钢板,计算能够满足精度要求,测量到的主应力方向和主应力分布也验证了简化模型的可行性;小宽厚比钢板对边缘约束能力要求较高,钢板与边缘连接的失效导致钢板面内的有效受力范围减小,抗剪承载力计算公式的精度降低.

关于约束大涡模拟方法的一些思考

高雷诺数壁湍流是工程设计和应用中非常重要的问题之一,其高效高精度的模拟方法一直是湍流研究的重要研究方向。约束大涡模拟方法(CLES)是近些年提出的新模拟方法之一,和传统的RANS/LES混合方法不同,CLES在全场做LES计算:在靠近壁面的内区,它采用带约束的亚网格模型,而在外区,它使用传统的亚网格模型。经过近10年的努力,CLES方法已经在不可压/可压缩附着流、不可压缩/可压缩分离流等经典算例中得到了验证,并成功应用于航空气动中复杂流动的模拟。本文在介绍CLES方法基本原理的基础上,对CLES方法应用中的一些问题进行了讨论,最后对CLES方法的未来研究方向也做了一些概括。

加筋土挡墙的优化设计

对于加筋土挡墙,以筋材总长度最小为控制目标,不发生任何模式的破坏为约束条件,建立非线性约束规划的优化设计数学模型.利用Matlab语言优化工具箱里的功能函数求解该模型,对一个加筋土挡墙进行优化设计.对于两种筋材型号的优化方案,采用强度较高的筋材方案能节省筋材用量的14%.实例的优化设计表明,加筋土挡墙外部稳定(挡墙抗倾和抗滑)的安全系数远高于设计值,起控制作用的是挡墙内部稳定(筋材抗拉和抗拔)问题.

约束煤矸石多孔砖墙体抗剪承载能力的研究

本文针对煤矸石多孔砖墙在构造柱和圈梁约束下抗剪承载能力,进行试验研究。在此基础上提出了约束煤矸石多孔砖墙体的抗剪承载能力计算公式,并总结出了约束煤矸石多孔砖墙体抵抗水平力的一些特征。

不同轴压比下约束型双钢板混凝土组合剪力墙的滞回性能

为改善高轴压比下组合剪力墙的延性,借鉴钢管约束型混凝土柱的概念,提出一种约束型双钢板混凝土组合剪力墙。通过有限元软件ABAQUS分别建立四片不同轴压比的约束型双钢板混凝土组合剪力墙和四片普通双钢板混凝土组合剪力墙,比较两种剪力墙的滞回性能,分析不同轴压比对约束型双钢板混凝土组合剪力墙滞回性能的影响。结果表明,相较于普通组合剪力墙,约束型剪力墙的承载力、延性、耗能能力得到大幅提高,同时,在很大程度上削弱了双钢板混凝土组合剪力墙的延性和耗能对于轴压比的敏感性。

超宽带穿墙雷达双稳健波束互相关加权的自适应成像方法

为了改善超宽带穿墙雷达目标成像质量,论文提出双稳健波束互相关加权的自适应成像方法。该方法将基阵交替划分为两个子阵,利用双约束稳健Capon波束形成(DRCB)独立估计子阵波束输出信号,取其信号和的能量作为像值获得高成像分辨率和强干扰抑制能力;又因两波束的输出具有非常相似的主瓣响应和不同旁瓣响应的特点,取其互相关系数加权像值,可以减小旁瓣达到提高成像对比度的目的。时域有限差分(FDTD)数值仿真和实验数据处理结果验证了该方法的有效性。

砌体结构房屋板-墙约束作用研究

GB 50003规范采用基于梁-墙模型试验结果的混凝土梁与砌体墙之间相互约束作用的分析方法,对无筋砌体墙进行受压承载力计算。由于墙体内没有内拱作用,且楼板的刚度比梁小很多,有必要研究板-墙相互约束作用。采用经试验结果验证的有限元分析方法,研究了墙顶竖向压应力、板-墙刚度比和支承长度对砌体墙约束弯矩的影响,提出了基于框架结构计算简图的弯矩修正系数的砌体墙设计方法,并将该方法的计算结果与GB 50003规范、EC6规范的计算结果进行了对比分析。结果表明,板-墙约束弯矩随墙顶竖向压应力增加而增加,随板-墙相对线刚度增加而降低,板的支承长度影响较小;墙顶竖向压应力很小时,GB 50003规范的计算结果与EC6规范以及所提出方法有较大误差;所提出方法的计算结果介于GB 50003规范与EC6规范之间。

两端弹性约束时点焊箱型薄壁构件的翘曲扭转特性研究

主要研究了在两端受到弹性约束时,点焊双帽箱型横截面薄壁构件的扭转特性,并得到一些有用的结论:当对杆端的翘曲进行约束时,剪力主要会通过构件中部的焊点来承受;扭转刚度比会随着焊点间距的增加而增加;扭转刚度与截面形状(有焊点边长与无焊点边长的尺寸比b/a)有关,具有焊点的边长大于没有焊点的边长的构件时,其扭转刚度较大。另外,刚度比与弹性翘曲约束系数具有一定的关系,弹性约束系数越大,其刚度比也越大。在对实际点焊薄壁结构进行设计时,圣维南扭转刚度和翘曲扭转刚度是点焊薄壁构件的两个重要指标,对它的研究会对此类构件的设计和利用打下理论基础。

具有畸形约束极值点问题的优化

在畸形约束极值点附近,约束边界与目标函数等值线接近于相切,可行适用方向区非常狭小,难以寻得真正的约束极值点。为了使优化方法更好地解决各领域的复杂优化问题,研究具有畸形约束极值点问题的优化。针对该类问题的一个算例,分别采用随机方向方法、复合形法、内点惩罚函数法、外点惩罚函数法进行了优化,并对比了计算结果。随机方向法和复合形法在寻得边界点之后,难以找到可行适用方向,因此给出了伪最优点。而惩罚函数法由于其渐进优化的特点,可寻得最接近于约束极值点的最优点。计算结果验证了基于盲人探路优化思想的改进随机方向法,可减少随机方向的产生次数;验证了基于盲人探路思想的改进复合形法,可减少复合形的构造次数;也验证了加固围墙的内点惩罚函数法不要求初始点一定在可行域之内,也不会因寻优越界而给出伪最优点。对于存在多个约束极值点的优化问题算例,只要适当选取初始点,采用内点法就能寻得所有局部最优点。通过多种优化方法的对比研究,得出了对于畸形约束极值点优化问题,宜选用惩罚函数法求解的结论。