动态空心圆柱扭剪试验的离散元模拟研究

为了揭示应力主轴旋转效应对土体宏细观动力特性的影响,提出土体动态空心圆柱扭剪试验的数值模拟方法,该方法采用FDM-DEM耦合技术模拟物理试验中的完全柔性边界条件,并基于动态伺服原理实现柔性约束下循环动剪应力的精确加载。以重载列车荷载为例,建立“心形”复杂应力路径下重载铁路路基土体动态空心圆柱扭剪的数值试验模型,并通过物理试验验证数值模拟方法的正确性,分析应力主轴旋转效应对土体颗粒的运动状态、局部孔隙率、平均配位数、组构等细观特性的影响。研究结果表明,重载列车荷载引起的应力主轴旋转效应加剧了表征土体细观结构各项参数的变化程度,并加快了重载铁路路基土体竖向塑性累积变形的发展。此研究实现了复杂应力路径下空心圆柱试样的动态加载数值模拟,可为阐明土体在复杂应力路径下的宏细观动力特性演化规律提供参考。

横隔板设置对斜交空心板抗扭性能的影响研究

针对采用聚苯乙烯泡沫塑料内膜并设置横隔板的斜交空心板桥进行了抗扭性能分析:采用空间实体单元建立斜交空心板空间有限元模型,并在空心板的端部和跨中分别设置了横隔板,通过对l/8截面、l/4截面、3l/8截面和跨中截面的扭转角和l/4截面位移云图的对比,分析横隔板设置对斜交空心板抗扭性能的影响.研究结果表明:设置端横隔板可以有效改善斜交空心板截面的扭转性能;设置端横隔板后再增设中横隔板仅对跨中截面的扭转变形有改善作用,而对远离跨中的其它截面影响很小.

试样壁厚对扭剪应力不均匀分布的影响

为了研究试样壁厚对空心扭剪试验中扭剪应力分布不均匀的影响,从假设土体为线弹性角度对空心扭剪试样横截面上扭剪应力的分布规律进行了理论推导,同时采用邓肯E-ν模型对不同壁厚的5组空心圆柱试样的扭剪过程进行三维有限元模拟,分析了在试验中以扭剪应力平均值和主应力轴旋转角平均值代替真实值所产生的误差与试样壁厚的关系。结果表明,外径相同的试样,壁厚越厚,横截面上的扭剪应力和主应力轴旋转角沿半径方向的分布越不均匀;利用试验中常用的扭剪应力平均值和主应力旋转角平均值代替真实值会产生误差,且误差随着壁厚的增大而增大;若将扭剪应力平均相对误差和主应力轴旋转角最大相对误差控制在10%以内,则内外径比不小于0.7,建议空心扭剪试样的尺寸取为外半径70mm、壁厚20mm、高度250mm。

中空扭旋元件排列方式对管内层流传热特性的影响

为探究中空扭旋元件排列方式(交错排列和连续排列)对换热管传热特性的影响规律,采用数值模拟方法对Re=200~1800范围内恒壁温条件下的管内传热进行分析.研究结果表明:在Re<600时,内置交错中空扭旋元件换热管的努赛尔数(Nu)高于连续中空扭旋元件换热管,但二者差距较小;在600≤Re≤1800时,连续中空扭旋元件换热管的Nu高于交错元件,提高程度随雷诺数增大而增大;在Re=200~1800范围内,连续中空扭旋元件换热管的阻力系数f均略高于交错元件换热管,二者差距微小,两种中空元件换热管阻力系数分别为光管的2.01~3.16倍、2.01~3.00倍;在Re<600时,交错元件换热管的PEC值(综合传热性能评价因子)高于连续元件换热管;在600≤Re≤1800时,连续元件换热管的PEC值较高;两种元件排列方式换热管的PEC值均高于1,在Re=1800时,连续元件换热管的PEC值最大(最大值为1.75);在Re=200~1800时,连续元件换热管的火积传热效率η均略高于交错元件,但差距不明显.

空腹箱形钢骨混凝土构件的抗扭性能研究

基于合理的材料本构关系模型,利用ABAQUS软件对空腹箱形钢骨混凝土构件在扭转荷载作用下的荷载-变形关系曲线进行计算,计算曲线与试验曲线基本吻合。在此基础上,对空腹箱形钢骨混凝土纯扭构件的工作性能进行分析,结果表明:这类构件具有较好的延性性能。

超声纵-扭复合空心变幅杆的振动特性分析

超声纵-扭复合振动加工具有加工效率高、切削力及切削热量较低、可降低刀具磨损等优势,而纵-扭复合空心变幅杆可提供较好的冷却和排屑效果。利用四端网络法设计了圆锥过渡空心复合变幅杆,在其锥面开设螺旋沟槽作为"模态转换器",从而在变幅杆末端成功输出纵-扭复合振动。通过有限元仿真探究了螺旋沟槽数目n、螺旋沟槽角度θ及沟槽槽宽w对谐振频率f的影响规律及敏感度,结合中心孔直径d对变幅杆节点位置、谐振频率f、放大倍数m、扭纵分量比i等的影响规律,针对开设沟槽后频率偏移问题,提出一种谐振频率修正方法,并设计试验进行了验证。

考虑扭转刚度的箱型空心楼盖拟梁法研究

在有机玻璃模型试验校核数值分析精度的基础上,分析了扭转刚度对交叉梁内力分布的影响;依据不同边界条件下数值模型计算结果,分析了空心楼盖截面扭转模式,并确定了对等效拟梁抗扭惯性矩产生直接影响的箱室数量;依据多箱室扭转理论,提出了等效拟梁扭转刚度的计算方法,并针对节点实心区、暗边梁、明边梁、暗内梁及明内梁建议了实用的空心楼盖拟梁建模方法。分析结果表明:扭转刚度对空心楼盖拟梁法的结果影响显著;JGJ/T 268—2012《现浇混凝土空心楼盖技术规程》基于抗弯刚度相等的拟梁方法不能正确反映拟梁的扭转刚度,造成其内力计算值与空心楼盖模拟值存在差异。基于多箱室扭转理论提出的扭转刚度计算方法和拟梁建模方法能适用于多种不同情况的空心楼盖,内力计算相对差值不超过10%,效果优于规程拟梁法。

圆锥形中空夹层钢管混凝土压扭构件力学性能分析

为了研究圆锥形中空夹层钢管混凝土在压扭复合受力下的力学性能,通过有限元软件ABAQUS建立了圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的数值模拟模型,并与已有的试验结果进行对比,验证了模型的正确性。用同样建模方法对圆锥形中空夹层钢管混凝土压扭构件进行了数值分析,分析了该类构件在压扭复合作用下的扭矩-转角全过程关系曲线、各部件的承载力分配等,讨论了轴压比、空心率、锥度、混凝土强度及钢管强度对构件受力性能的影响规律。结果表明:构件的扭矩-转角全过程曲线可以分为弹性、弹塑性、塑性强化三个阶段;加载过程中轴压比、混凝土强度、内钢管强度和空心率的变化对其极限扭矩的影响较小,锥度和外钢管强度的变化对该类构件抗扭承载力影响较大。本文所建议的抗扭承载力计算方法与数值模拟结果吻合良好。