非线性加载路径下金属薄板成形极限研究进展

成形极限图是评判金属薄板局部成形能力的重要工具,研究非线性加载路径下的成形极限图对提高实际生产过程中工艺设计的合理性和板料的成形性具有重要意义。总结分析了国内外学者对非线性加载路径下金属薄板成形极限的研究进展,主要包括试验方法、理论预测模型及路径无关成形极限图3个方面。重点研究了不同试验方法的适用范围及优缺点,阐述了多种预测非线性加载路径下成形极限图的理论模型及应用实例,并归纳了当前在应变路径无关的成形极限图方面取得的研究成果。最后,从上述3个方面总结了当前更具潜力的研究方向,并对未来的发展趋势以及面临的困难和挑战进行了展望。

不同加载路径下挤压WE43镁合金的高速冲击力学响应及本构模型

利用分离式霍普金森压杆和多种显微表征方法,研究了不同热处理状态和加载路径下挤压WE43镁合金的室温动态力学响应行为。结果表明挤压WE43镁合金的各向异性较弱,其真应力-真应变曲线都为“C”形,屈服强度和极限强度都具有正的应变速率敏感性。不同热处理状态和加载路径下,挤压WE43镁合金都产生了较多的形变孪晶,同时伴有少量的孪晶交叉。孪晶虽然对热处理状态和加载路径都不敏感,但能够促进胞状位错亚结构的形成。当加载应变速率增至4120 s^(-1)时,在绝热温升及其诱导的动态回复作用下,孪晶密度反而降低。孪生和非基面滑移相协调是室温下挤压WE43镁合金的主导变形机制。基于经典J-C本构,采用应变和应变速率的多项式函数对应变硬化项和应变速率硬化项进行修正,构建了不同热处理状态和加载路径下挤压WE43镁合金的力学本构模型。拟合结果与实验的偏差均在±10%以内,相关系数R和平均相对误差AARE分别为0.952和3.28%。

无人机翼梁接头的传力路径分析与多目标遗传算法优化

在构建的精细有限元模型基础上,开展了某型垂直起降固定翼无人机的关键连接件--翼梁接头的结构优化设计。为了外机翼拆装方便可靠,中央翼和外翼的前后梁采用耳片接头形式连接。通过对翼梁接头构建精细化的有限元模型,仿真计算时真实保留了结构的全部细节特征。利用有限元仿真软件对前梁接头进行了强度计算分析,找到了高应力危险区域。根据强度分析结果,结合传力路径分析和多目标遗传优化算法中的非支配排序遗传算法-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algo-rithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ),对结构进行了优化设计。分析结果表明,优化后的前梁接头最大应力显著降低,满足安全使用要求,前梁接头的刚度提高至原来1.5倍,优化效果显著。

考虑出行路径决策的电动汽车充电负荷时空预测方法

为了构建准确的电动汽车充电负荷模型,本文提出一种考虑出行路径决策的充电负荷时空预测方法。首先,采用拉丁超立方采样抽取用户的起始出行时刻和起始荷电状态。其次,考虑用户的不确定性充电需求,利用模糊综合评价法以剩余荷电状态、停驶时长以及充电时长3种评价指标构建用户的充电行为模型。最后,考虑道路交通状况对用户出行路径的影响,根据Logit模型构建路阻函数模型,利用动态Floyd算法获取用户的出行路径,通过蒙特卡罗模拟得到电动汽车充电需求的时空分布。通过算例分析以及路径规划实验,表明本文方法能够更好地模拟用户的实际出行轨迹,在路径规划、载客量的影响以及模型精度上均具有优势。

空间弧形抗滑桩支护结构模型试验及参数分析

为充分利用边坡滑体周围的稳定土体,改善抗滑桩受力状态,本文通过室内模型试验,对空间弧形抗滑桩支护结构的受力状态、荷载传递规律和桩前土压力进行分析;并建立有限元模型,考虑冠梁刚度和桩位对抗滑桩受力状态和边坡整体稳定性的影响。结果表明:在整个支护结构中,冠梁可约束抗滑桩,改善抗滑桩受力状态,协调桩间位移,并将荷载向两侧桩体传递;通过增大冠梁刚度可进一步改善桩体受力状态,但无法进一步约束桩顶位移;边桩桩前土压力最大,其峰值是其他桩体土压力峰值的2倍以上,沿桩身高度不断增大,抗滑结构中的边桩位于坡脚时,可最大程度利用稳定土体的抗力,边坡整体稳定性最强。研究结果可为滑坡的治理方法以及抗滑桩支护结构的优化提供一种基本可行的新思路。

深圳地区原状花岗岩残积土硬化土模型参数的试验研究

硬化土(hardening soil)模型是岩土工程数值分析中常采用的模型。为研究加载方式和排水条件对原状花岗岩残积土剪切行为的影响,对深圳地区原状花岗岩残积土进行了常规三轴固结排水、常规三轴固结不排水、固结排水侧向卸载和固结不排水侧向卸载4组试验,并由试验结果确定出不同加载方式和排水条件下的硬化土模型参数。结果表明:在常规三轴试验中,试样在剪切过程中表现为先剪缩后剪胀的特性,在侧向卸载试验中,试样始终表现为剪胀的特性;模型参数值与加载路径密切相关,固结不排水侧向卸载试验(CDLU)测得的有效内摩擦角φ'较常规三轴固结不排水试验(CD)试验大20%,而有效黏聚力c'小了46%;CDLU试验得到的三轴压缩试验的参考割线模量E_(50)^(ref)为CD试验的2.9倍,卸载再加载参考割线模量E_(ur)^(ref)为CD试验的1.8倍;在相同加载路径下,模型参数值也受排水条件的影响,由CU试验得到的j'与CD试验的结果相近,但CU试验得到的φ'要明显大于CD试验的结果,CU试验得到的E_(50)^(ref)为CD试验的2倍,E_(ur)^(ref)为CD试验的3.8倍。因此,在岩土工程数值分析中应根据工程的实际情况确定和选用模型参数值。

结构混凝土拉压杆模型法配筋设计

对于钢筋混凝土结构 ,现行规范通常采用以截面为分析对象的极限状态法 (即截面内力法 )进行设计。此方法对于结构的有些区域比较适用 ,但对有些区域就不合理 ,甚至不能用此方法设计。近年来 ,欧美国家提出一种在有限元分析基础上适用于混凝土结构各部位配筋设计的拉压杆模型法 ,但国内对此方法还缺乏系统研究。该文主要介绍它的设计原理、一般准则及具体步骤 ,以引起国内学者的关注与兴趣 ,共同研究与探讨 ,推动我国在此方面的研究工作。

独柱式桥墩帽梁的力流线模型设计方法

针对利用浅梁理论进行独柱式桥墩帽梁设计产生较大偏差的情况,提出基于深梁力流线模型理论的应力扰动区(D区)设计方法,并将其应用于独柱式桥墩帽梁的分析和设计中。该方法用力流线表征D区内部的主要传力路径,根据边界条件确定力流线的数学物理方程,据此推导力流线沿程横向拉力的解析计算式。对3种独柱式桥墩帽梁(矩形、倒梯形和花瓶形)进行有限元分析,验证所提出横向拉力计算式的正确性,并以某布置有双支座的花瓶形墩帽为例,说明力流线模型设计方法的应用流程。结果表明,依据力流线模型所提出的横向拉力计算公式具有形式简洁、计算精度高、物理意义明确的特点,可方便可靠地用于独柱式桥墩帽梁的设计。

岩石与水相互作用的正交各向异性损伤数值模拟

提出一种正交损伤模型,该模型能分别描述岩石材料的弹性变形、损伤变形和其他不可逆变形能。在该模型中,以二阶损伤张量来描述损伤的发展,损伤演化相关于裂纹扩展标准。以Gibbs自由能获取损伤材料的有效刚度矩阵。以能量原理合理地推导损伤参数的限制范围,提出借助于三轴试验决定模型参数的方法。对不同加载路径的饱和砂岩试验结果进行模拟,该模型的数值结果和试验结果吻合较好。随后,推广该模型到不同加载路径下得到岩石与水相互作用的力学特性,数值结果也显示:推广的模型是可以描述岩石与水相互作用的主要水力学特性的。

黏土地基中桩顶扭矩-竖向荷载加载路径下单桩承载特性分析

为探讨黏土地基中桩顶扭矩(T)与竖向荷载(V)共同作用下单桩的承载特性,对桩顶预加T后施加V,基于室内模型试验结果,结合边界元法对T→V加载路径下桩侧竖向极限摩阻力进行合理假设,采用MATLAB编制程序求得单桩在T→V加载路径下的非线性解,从而得到其承载力包络线。为方便应用于工程实际,对试验结果进行拟合,得出T→V加载路径下单桩承载力近似包络线表达式。研究表明:随着桩顶扭矩的增加,单桩承受竖向荷载的能力降低,且当扭矩荷载分量超过其极限值1/3时T-V组合效应更加明显;随着长径比L/D的增加,单桩的承载能力及抵抗变形的能力均在增强,且桩身变形主要发生在0~0.6L范围,因此对浅基础进行加固可以有效地减小变形;T→V加载路径下单桩的竖向极限承载力随着桩身弹性模量的增加而提高,但弹性模量增加10倍时,竖向极限承载力仅仅增加了26.74%,因此不宜通过提高混凝土标号来提高桩-土体系极限承载力。

特殊应力路径下岸坡饱和土体变形特性模拟

库岸边坡土体受到库水位涨落的周期性影响,其受力过程可描述为在前期固结压力范围内有效应力的多次循环加、卸载过程。通过室内应力路径三轴试验模拟土体孔隙水压力的循环加、卸载,并通过对统一硬化模型的扩展和加、卸载准则的修正,来预测土体的变形发展规律,研究结果表明:循环加、卸载过程中,土体的体积变形呈周期性弹性变化,剪应变呈螺旋上升趋势且增幅随循环次数逐渐减小;卸围压屈服阶段,土体变形呈现体积膨胀的剪胀特征和剪应变增幅加快的脆变趋势,且土体剪切变形在6%左右时即出现实测孔压骤减和峰值强度点;建立压缩曲线系数与加、卸载次数的关系,并修正超固结土的加、卸载准则,扩展后的统一硬化模型能够较好地预测特殊应力路径下岸坡饱和土体的变形特性。

高校多媒体教学环境下的教—学—学习绩效关系的建模与分析

本文是在先前建立的多媒体教学环境下教师授课、学生学习和学习绩效的3个因素结构模型基础上,采用路径建模技术,建立了多媒体教学环境下教—学—学习绩效关系模型。基于对该路径模型的分析,获得如下结论:(1)多媒体教学中影响因素的主导作用是沿着学习者认知加工过程中的信息流而展开的;(2)对于学生在课堂中的信息加工,影响最大的因素是教师授课时对学生的能力培养,影响为其次的因素是教师的授课技术;(3)课件的良好界面信息设计对学生的知识掌握起重要作用;(4)诸如授课速度过快、信息量过大等多媒体教学中的易现问题会增加学生的外在认知负荷而降低学习效果;(5)在多媒体教学中,教师与学生都要注意学生学习风格来更好地进行教学或学习。

基于拆除构件法的建筑结构抗连续倒塌研究进展

连续倒塌一旦发生就会造成严重的人员伤亡和经济损失。因此,研究结构在遭受意外荷载时跨越局部破坏区域的抗连续倒塌性能具有重要意义。作为连续倒塌分析和抗连续倒塌设计的重要研究方法,拆除构件法既能较好地评价结构的抗连续倒塌性能,又能有效地提高结构的抗连续倒塌能力。为进一步提高拆除构件法的计算精度和效率,本文首先阐述了连续倒塌破坏机理和拆除构件法基本原理,在此基础上,重点分析了计算模型和计算方法对拆除构件法计算精度和效率的影响,最后指出了目前研究中存在的不足及今后研究中应加强的内容。

复杂应力路径下无粘性土的弹塑性数值模拟

本文基于标准砂、粉煤灰两种较典型无粘性土的试验研究，建议了一个描述无粘性土复杂应力路径下应力应变特性的弹塑性数值模型。该模型强调塑性应变的大小和方向不仅与当前应力状态有关，而且还决定于当前应力增量的方向。其参数可由简单应力路径的试验确定。为了该模型实际应用，文中还推导了有限元数值计算的弹塑性矩阵。几种典型应力路径的数值模拟结果与有关试验资料比较，表明了该模型的合理性。

循环加载条件下土的应力路径本构模型

土的应力应变关系与应力路径密切相关,充分接近的两条加载路径所产生的变形基本相同,因此可将任意应力路径转化为与其充分接近且易于计算变形的应力路径,从而获得变形。在此基础上,本文通过定义两个应力状态的参量,分别描述等应力比循环加载和等平均应力循环加载条件下土的塑性变形规律,以及两者的相互影响,并给出一个新的加卸载准则,在不增加任何土性参数的条件下,将现有的土的应力路径本构模型扩展应用于循环加载条件,建立了循环加载条件下土的应力路径本构模型。通过与试验结果的比较表明,本文提出的循环加载模型可较合理地反映土在往复荷载作用下的变形特性。模型简单易用,只含5个土性参数,并具有明确的物理意义。

复杂加载路径下板料屈服强化与成形极限的研究进展

本文在阐述塑性变形行为与成形极限对于解析板料成形过程的作用与意义的基础上 ,针对板料屈服准则、强化模型、成形极限及复杂加载路径的影响规律的研究进展进行了综述与分析 ,得出 :建立符合实际板料成形特点的复杂加载路径的实验方法 ,验证理论研究结果的准确程度及适用范围 ,确定复杂加载路径下的解析描述及实用判据 ,是目前该领域主要的研究方向。最后对实现复杂加载路径的实验方法及其可行性进行了分析。

复杂载荷下加载路径对管道屈曲压溃影响的研究

管道在铺设过程中主要受到轴力、弯矩和水压的联合作用.不同的铺设条件下,管道所受的主导载荷存在不同的组合形式.与此同时,管道在安装、服役和维修期间存在不同载荷施加顺序的问题.针对水压-轴力复合加载和水压-循环弯矩复合加载两种联合加载形式,开展了5组缩尺比管道试验,在上述两种复杂加载情况下,探究不同加载路径对管道屈曲压溃的影响趋势.依托大型商业有限元软件ABAQUS,对试验管件的几何尺寸、受力状态和边界约束条件进行仿真模拟,跟踪管件在不同加载路径下的变形历程和应力分布状态,并对试验结果发现的影响规律进行补充验证.从几何缺陷方面对不同加载路径的影响机理进行探索与挖掘,通过提取管道屈曲压溃截面的椭圆度变化历程,解释了不同加载路径对管道屈曲压溃的影响机理.结果表明:先水压后轴力的加载路径比先轴力后水压的加载路径更危险,先水压后循环弯矩的加载路径比先循环弯矩后水压的加载路径更加危险.当外部先施加水压载荷,相较于轴力的影响效果,弯矩对管道的外压承载力影响更为明显.通过对有限元模型进行后处理分析,发现先水压后轴力和先水压后循环弯矩的加载路径下,水压的存在会加剧后续管道截面椭圆度的增长速率,进而增大管道失效时的截面缺陷,降低管道的极限承载力.

T形管液压成形自适应径向基函数优化设计

讨论T形管液压成形加载路径代理模型优化的设计.采用径向基函数(RBF)模型,引入自适应优化算法,通过逐步向静态RBF模型样本库中增加样本点的方法,提升最优点附近局部近似计算精度,进而提升全局精度并获得最优解.该方法兼顾了优化效率与计算精度.首先通过数值算例证明此方法应用于全局优化的有效性;然后,以管件与中间冲头接触面积最大为优化目标,以最大减薄率小于对标实验值、成形高度大于对标实验值为约束条件,通过拉丁方试验设计抽取一定数量的样本点并调用实际分析模型构建T形管液压成形加载路径优化自适应RBF模型,开展载荷路径优化设计.结果表明,在最小厚度与成形高度不变的情况下,T形管与中间冲头的接触面积较对标实验值提高了71.912%.

拉伸预应变条件下基于孔洞演变分析的GTN损伤模型参数研究

利用板料预加载实验,在板料轧制方向形成4. 0%、8. 6%和11. 0%的均匀预拉伸变形。在均匀变形区沿轧制方向切取缺口拉伸试样进行第2阶段拉伸试验,对拉伸后试样进行不同区域的孔洞观察与统计,研究拉伸预应变对退火态AA6061材料后续变形诱导孔洞演变的影响。结合上述分析,进行变路径加载实验过程的数值模拟,研究拉伸预应变的存在对于GTN损伤模型参数的影响。研究结果表明:预加载阶段的预变形越大,对第2阶段加载过程中孔洞演变的影响越大,表现为孔洞体积分数随拉伸预应变值的增加而减小;拉伸预应变会影响GTN模型对孔洞演变过程的预测,f_n、ε_n、f_c和f_F4个参数的取值依赖于拉伸预应变的大小。

反复等向加卸载路径下粉质黏土变形特性研究

黏土的变形特性与应力路径密切相关,直接影响到相关工程的安全性。针对三峡库岸某路基边坡粉质黏土,采用应力路径控制试验系统,开展了两组等向固结应力状态下反复多次的加卸载试验,揭示了土体的体积变形发展规律,发现再固结过程呈现为一条先平缓后变陡的曲线,说明前期固结压力范围内的再加载也会产生不可恢复的塑性变形,且变形速率随加卸载循环次数逐渐减小。最后,结合试验曲线特点,建立了土体再固结系数与加卸载次数及应力状态相关的数学模型,能够较好的模拟反复等向加卸载条件下土样的体变特征,且可预测土体经历更多次加卸载循环中的次固结过程,为土体的持续塑性变形分析和预测提供参考。