基于杆系离散元理论考虑构件断裂的单层网壳结构倒塌破坏模拟研究

塑性铰模型计算效率高,可快速获得结构宏观破坏模式,韧性断裂损伤模型从微观机制揭示钢材的断裂机理,可较准确预测钢材的断裂行为。为此,该文基于杆系离散元理论,将两者联合建立构件断裂模拟算法,既具有计算效率高的优势又保证构件断裂模拟的精度。首先介绍杆系离散元法的基本理论,以及宏观塑性铰模型和微观韧性断裂损伤模型具体计算流程;然后给出将两者联合分析的具体实施策略,即以接触截面边缘最不利点处的应力作为整个截面的应力状态,进而调用韧性断裂损伤模型。最后采用Fortran语言编制相应的分析程序,并通过悬臂梁断裂算例和单层网壳振动台倒塌试验,验证该算法对模拟杆件断裂行为的可行性和有效性。杆系离散元法模拟构件断裂时,截面发生开裂,颗粒间发生脱离是一个自然的过程,无需其他任何修正即可实现结构由连续体状态向断裂后非连续体状态过渡,与有限元方法相比,不存在网格畸变重划分、迭代不收敛的问题,更具计算优势,为大跨空间网壳结构倒塌破坏分析提供新的计算手段。

衢州西站综合交通枢纽项目结构设计

杭衢高铁衢州西站综合交通枢纽及配套项目由综合交通枢纽、站前广场及匝道组成。为解决工程中大跨度拱形钢箱梁、单层网壳+钢网格筒柱、双曲面混凝土屋面以及钢箱梁弯桥等设计重难点问题,设计中对拱形钢箱梁、拉杆拱弧形屋面、钢箱梁弯桥进行结构分析,并对单层网壳+钢网格筒柱进行整体结构缩尺试验及整体结构有限元分析,同时对重要的圆管节点进行足尺试验和有限元分析。结果表明:拱形钢箱梁结构整体刚度好,设计合理;拉杆拱结构自平衡可有效减小基础推力和基础尺寸;单箱双室钢箱梁弯桥强度、刚度、抗倾覆验算均满足设计要求;单层网壳+网格筒柱整体结构在2.0倍标准组合荷载下仍能保持弹性受力状态;通过节点试验和节点有限元分析,验证了大跨度自由曲面钢结构圆管焊接节点的力学可靠性。

考虑强弱轴影响的矩形钢管网壳结构弹塑性稳定性分析

在单层网壳结构中,存在强弱轴的矩形钢管较圆钢管、方形钢管在结构受力合理性、材料性能充分利用上存在优势。首先通过一组算例对比分析了圆钢管、H型钢、方形钢管和矩形钢管四种杆件形式在网壳结构曲面内外承受双向压弯的稳定性差异,随后将矩形钢管带入装配式节点的弹簧单元有限元模型,对比刚接模型进行研究,得到了节点域、节点刚度、初始缺陷幅值、矢跨比等参数对结构稳定承载力的影响规律。结果表明,矩形钢管的稳定应力在两个方向上可以达到平衡,且在强轴方向的稳定应力要低于同截面面积的圆钢管和方形钢管的稳定应力;对于截面存在强、弱轴且在截面两个方向材料充分运用的杆件,其弱轴方向抗弯刚度的影响不可忽视。

不同支承条件下两类单层网壳地震响应随PGA的变化规律

采用ABAQUS有限元软件建立两种采用不同支承(考虑和不考虑山墙)的单层柱面网壳模型,对比两种模型的动力响应差异,及其随PGA的变化规律,并进一步对比两种支承下梁单元和壳单元两类网壳的动力特性.两类模型的主要差别为是否能考虑球节点的刚度,模型均考虑SSI的影响.由两种支承方式下壳单元模型之间的位移-时程曲线可知,考虑山墙作用的壳单元模型由于网壳与山墙之间的作用力加剧了支承处构件的变形,相较于不考虑山墙的壳单元模型,大大降低了结构的稳定性;节点刚度对不同支承条件下结构的动力特性影响很明显,当不考虑山墙作用时,梁单元模型的整体稳定性比壳单元模型要好得多.

工业通信:现在和可预见的未来

在现代的生产环境中,工业通信的基本任务就是实现各系统之间数据和信息的无缝和无障碍流动。围绕这一目标,工业通信的发展和创新主要包括:如何实现以太网的一网到底,让以太网延伸至现场通信,并确保以太网实现实时通信和非实时通信在时间尺度和数据量的协调和平衡,为不同传输要求的网络数据提供所需的确定性保证;使通信成为横向数据交换和纵向数据交换的手段和具有语义属性的信息交换的高效工具。环绕这一主题,着重展开对工业通信现在和可预见未来的概述。

基于渣层法的改进型shell气化炉动态建模与仿真研究

由于普通集总渣层法模型无法反映气化炉中各参数的分布特性,将水煤浆气化炉仿真中运用的小室建模方法与集总渣层法模型相结合,形成一种新的小室渣层法气化炉模型,并使用该模型对shell气化炉进行仿真.将模型仿真得到的稳态与动态结果与已有文献数据及原有集总渣层法的仿真结果进行了对比和分析.结果表明:小室渣层法的仿真结果与文献数据相吻合,具有良好的可行性,且在参数分布变化仿真方面的性能优于传统的集总渣层法模型.

泰姆科节点刚度对单层球面网壳稳定性能的影响

为研究泰姆科节点剪切刚度对铝合金单层球面网壳稳定承载力的影响,建立了单层球面网壳多尺度分析模型,结果表明泰姆科节点单层球面网壳承载力随跨度的增大而减小,随矢跨比的增大而增大。当网壳达到稳定极限承载力时泰姆科节点发生弯曲变形的同时伴随着剪切变形。通过对比单层球面网壳多尺度模型和弹簧单元模型的双重非线性稳定分析结果,发现节点剪切变形对结构承载力的降低程度随网壳跨度及矢跨比的增大而减小。最后,提出了一种可综合考虑泰姆科节点弯曲变形和剪切变形的节点“组合模型”,并验证了该模型能精准地反映泰姆科节点的力学性能。

考虑层间变形的约束阻尼圆柱壳振动特性分析

在约束阻尼减振结构中,中间的黏弹性层主要依靠基体及约束层的交错运动产生剪切变形而消耗能量,因而这种层间变形关系需要被有效引入以提升建模精度,为此采用有限元法对局部贴敷约束阻尼层圆柱壳进行了动力学建模方法研究。首先,基于Donnell′s薄壳理论,在考虑各层之间变形关系的基础上,推导了复合单元的刚度及质量矩阵;其次,构造了一种过渡单元来连接复合壳单元和仅有基体的单层单元,实现了局部贴敷约束阻尼层圆柱壳总刚度及总质量矩阵的有效组集;然后,在考虑复合圆柱壳弹性约束边界条件的基础上,确定了复合壳的运动方程,并给出了求解振动特性的公式;最后,进行了实例研究,通过与实验和ANSYS仿真结果的对比,验证了所提有限元模型的正确性,并进一步分析了约束层、阻尼层厚度变化对复合圆柱壳振动和阻尼特性的影响。

平面外弯剪作用下双钢板混凝土简支梁挠度计算方法

针对双钢板-混凝土组合梁正常使用状态下梁的挠度计算问题,以承受弯剪作用的SCS组合简支梁为研究对象,建立弯剪效应计算模型,并利用分层壳法和三折线模型分别计算组合梁的弯曲挠度和剪切挠度.模型计算结果与JZ系列、WS系列试验结果拟合较好,同时将计算模型与《混凝土结构设计规范》中的挠度验算方法进行对比,发现该模型对剪跨比在1.5~3的SCS组合梁挠度拟合更为准确.

Mathematical modeling of flow field in slab continuous casting mold considering mold powder and solidified shell with high temperature quantitative measurement

Optimization of mathematical model of flow field in slab continuous casting mold was performed by means of industrial measurement and mathematical modeling.The rod deflection method was used to quantitatively measure the velocities near the mold surface at high temperature.The measurement results were compared with the simulation results of three mathematical models at different argon gas flow rates of 6,10 and 14 L min^(−1).The model 1 neglects the mold powder layer,thermal effect and solidified shell.The model 2 only considers the influence of mold powder layer.The model 3 considers the influence of mold powder layer,thermal effect and solidified shell on the flow field.In all three models,the diameter of argon bubbles obeys Rosin-Rammler distribution fitted according to the experimental data of others’previous work.With increasing the argon gas flow rate,the velocity of liquid steel near the mold surface decreases.The model 1 seriously underestimates the shear stress of liquid steel near the mold surface,and its calculation results show higher velocity near the mold surface,lower turbulent kinetic energy and wider distribution of argon gas bubbles in the mold.The simulation results of model 2 only considering the viscous resistance of the mold powder layer to liquid steel makes the velocity near the surface lower than the measurement results obviously.The calculated velocities near the mold surface with model 3 are in best agreement with the measured results,showing the reasonable spatial distribution range of argon bubbles in the mold and the moderate turbulent kinetic energy.In the present conditions,the best argon gas flow rate is 10 L min^(−1) due to the moderate velocity near the mold surface,the appropriate distribution of argon gas bubbles in the mold and the smallest fluctuation amplitude on the mold surface.

一种空气耦合超声换能器研制

针对空气耦合超声换能器存在换能器与空气介质阻抗失配,易造成电声转换效率低等问题,该文提出了一种采用空心酚醛树脂微球与环氧树脂基体研制的声匹配层,并对匹配层的声学特性进行测试与分析。测试结果表明,与空心玻璃微球匹配层相比,空心酚醛树脂微球匹配层具有声速更低及插入损耗更大的特点。基于此,该文研制了一种空气耦合超声换能器,对两只经匹配后的换能器进行测试,分析了接收信号的时域及频域特征,并与空心玻璃微球匹配层换能器进行性能对比。结果表明,与空心玻璃微球匹配层相比,采用空心酚醛树脂微球匹配层可减小换能器带内起伏,使换能器的-6 dB带宽扩展2倍以上,并在时域上减小接收信号的拖尾。

混凝土结构抗震非线性分析模型、方法及算例

结构在大震作用下会进入非线性并产生损伤,准确预测地震荷载下钢筋混凝土结构的非线性行为,对评估混凝土结构的抗震安全性具有重要意义。清华大学土木工程系近年来开发的适用于钢筋混凝土杆系结构的纤维模型THUFIBER程序,适用于预应力混凝土杆系结构的纤维模型NAT-PPC程序,以及适用于剪力墙结构的分层壳墙元模型的非线性分析程序。这些程序可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,可以模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为,借助通用有限元程序方便的前后处理功能和非线性计算功能,该程序可以准确模拟地震作用下结构的三维非线性地震响应,也可模拟爆炸、倒塌等极端非线性行为,通过一系列的数值分析与试验结果的对比和工程应用算例,说明所研发程序的精度和计算能力。

从层层组装的核壳粒子到医学/生物化学诊断和药物输送

层层组装的核壳型粒子由于具有尺度和组成的剪裁优点近年来得到了广泛的研究 ,它们为技术应用如医学 /生物化学诊断和药物输送提供了新的机遇。本文综述了基于层层自组装和胶体模板以及采用各种化学和物理方法直接除去核制备磁性复合核壳粒子和空腔球体。给出了核壳粒子在药物输送、生物检测与标记应用的一些实例。

撞击载荷作用下单层球面网壳动力响应模型实验研究

通过单层KIEWITT8型网壳模型在落锤撞击作用下的实验，研究单层网壳在撞击作用下的动力稳定性。利用动态应变仪和力传感器，获取了落锤撞击网壳时撞击力时程曲线、杆件轴力时程曲线和稳定临界力。利用高速摄影机拍摄了撞击历程、撞击失稳模态及破坏形态。结果表明：撞击作用为三角脉冲荷载形式，其最大幅值和脉宽与撞击冲量和网壳所处变形阶段的刚度性能相关；撞击荷载持续作用的时间为3．00～22．36ms；撞击接触时间的突然增大对应着网壳的失稳；杆件开始响应的时刻比撞击力开始作用的时刻滞后0．2～0．4ms；对失稳前的撞击，落锤回弹速度较大；对失稳时的撞击，落锤回弹速度很小；模型具有较大的后屈曲抗撞击能力，在顶点垂直撞击下没有发生连续断裂。

考虑材料损伤累积单层柱面网壳在强震下的失效研究

采用考虑钢材损伤累积的本构模型,对跨度15米单层柱面网壳在强震下的失效进行了系统的研究。在大量算例的基础上,考察了屋面质量、矢跨比、初始几何缺陷和长宽比等结构几何参数的变化对柱面网壳失效特征和失效极限荷载的影响,探讨了结构的强震失效模式及失效机理。对大量强度破坏算例在失效时刻的特征响应进行统计分析,建立了考虑材料损伤累积的单层柱面网壳动力损伤模型,可对结构在不同荷载强度下的损伤程度进行评估;提出了单层柱面网壳强震失效判别准则,用于判别单层柱面网壳在强震下的失效极限荷载。

节点刚度对单层柱面网壳地震响应及内力的影响分析

论文首先采用壳单元Shell163建立了单层柱面网壳模型,同时利用壳单元模拟了焊接空心球节点,并通过计算验证了模拟方法的合理性。然后,通过调节空心球节点的厚度,考察了节点刚度变化对单层柱面网壳地震响应的影响,分析结果表明,在强震作用下节点刚度变化对网壳节点响应与杆件内力的影响均较大,建议在进行此类结构的动力分析时考虑节点刚度的影响。

以三聚氰胺甲醛微球为模板的空腔胶囊的制备与应用

以低度交联的单分散三聚氰胺甲醛(MF)微球作为胶体模板,采用逐层静电自组装技术,交替组装正负聚电解质,得到具有核壳结构的复合微球,然后利用盐酸溶液分解掉模板MF,从而形成均匀的空腔胶囊;并以盐酸阿霉素为例,对空腔胶囊的载药量及缓释性进行了初步研究. 结果显示,胶囊载药量可达27.07 mg/mL,胶囊对药物具有显著的缓释作用,释放半衰期t1/2=17.5 h.

跨断层埋地管道反应分析改进的Newmark方法

在断层错动下跨断层埋地管道反应模拟方法中,壳模型有限元方法较简化索模型解析方法能更好地反映管道壳体反应特性,而目前国内外规范仍多采用便于应用的简化索模型解析方法。基于壳模型有限元方法,与索模型解析方法的对比计算分析,探讨了两类方法的管道轴向拉伸应变计算值差异及引起差异的主要因素,并在管道跨断层交角较小(小于70°)的情况下,提出了基于管道埋藏土层波速值和断层错动量两个参数的改进Newmark方法。进一步地计算分析表明,对于不同的管道跨断层交角和管材特性情况,改进的Newmark方法对壳模型方法计算结果的拟合度达到了0.87。

宽扁梁现浇空心楼板竖向受力性能研究

通过对湖南某高层建筑中局部两开间布置带宽扁梁的大跨度现浇空心楼板进行现场水箱加载试验,研究空心楼板在竖向荷载作用下的竖向位移、裂缝开展及分布特征,同时引入空心层分层壳模型对该空心楼板进行了有限元受力性能分析。结果表明,在设计活荷载作用下,带宽扁梁的大跨度现浇空心楼板具有足够的抗弯刚度和抗裂能力,能够满足现行规范正常使用极限状态的要求。但由于宽扁梁与空心楼板刚度比为1.5,宽扁梁对空心楼板无法形成有效嵌固而导致竖向荷载作用下,两开间试验现浇空心楼板的竖向位移曲线、裂缝分布与单块板基本相似。分析结果亦表明,空心层分层壳模型能较好地实现对空心楼板受力性能的模拟,当宽扁梁高与空心楼板厚度比hb/hs≥2时,宽扁梁可实现对空心楼板的有效约束,可供实际工程选用。

灾害风荷载下温室单层柱面网壳整体动力倒塌分析

该文针对大跨轻质单层柱面网壳在灾害强风天气下存在动力倒塌破坏的可能性,利用显式有限元分析软件ANSYS/S-DYNA及自编前后处理程序,综合考虑了几何非线性、材料非线性和接触非线性,建立了灾害风荷载下温室单层柱面网壳结构整体动力倒塌的数值分析模型,考察了单层柱面网壳的动力倒塌发展全过程。以节点位移和变形形态等几何特征响应对网壳结构进行了动力倒塌过程分析,将网壳结构倒塌过程依据其特性划分为轻度损伤阶段,倒塌形成阶段和整体倒塌阶段3个阶段;同时以杆件内力和截面塑性发展等力学特征响应对网壳结构进行了动力倒塌机理研究,指出网壳结构的风致动力倒塌原因是风压区压杆反复屈曲和拉杆依次失效相互作用的综合体现。对比分析考虑下部支承与不考虑下部支承单层柱面网壳的动力倒塌过程,结果表明,考虑下部支承柱时网壳结构动力倒塌对应的临界荷载系数发生了25%的明显降幅。该研究为温室网壳结构的抗风设计、工程应用和防灾评估提供了理论参考。