高层剪力墙结构多目标智能设计方法

高层剪力墙结构智能设计包括智能建模和智能优化两个环节。目前智能建模环节缺乏梁自动化布置和荷载自动化布置;智能优化环节只考虑材料成本而未考虑施工的便捷性。此外,现有的智能设计方法均局限于单标准层的高层剪力墙结构。为此,该文提出了高层剪力墙结构多目标智能设计方法,包括多标准层高层剪力墙结构的智能建模和多目标优化。多标准层高层剪力墙结构智能建模包含剪力墙智能布置、梁自动化布置、板自动化布置和荷载自动化布置;以材料成本和施工便捷性为目标,采用分步优化策略和基于小生境技术的遗传算法对高层剪力墙结构进行多目标优化。通过实际工程算例对所提出的方法进行了验证,结果表明,所提出的高层剪力墙结构多目标智能设计方法稳定、可靠,可以较好地兼顾材料成本和施工的便捷性,并能显著缩短设计周期。

多连杆式下斜刃横切剪剪切力数值分析

针对多连杆式下斜刃横切剪剪切力求解问题,采用有限单元法建立了数值求解模型。用装配后的实物进行了剪切实验,将数值解和实验解、文献解进行对比,三者结果之间比较吻合,验证了数值求解模型合理性。对不同带材厚度h、剪刃侧向间隙Δ、下剪刃斜度tanα、剪切液压缸伸出速度v及上下剪刃磨损量ω下的横切剪剪切力分布规律进行了归纳。分析结果表明,下剪刃磨损对剪切力的分布影响大于上剪刃的磨损,剪切厚度为6mm的带材的最佳剪刃侧向间隙Δ可取为(0.4±0.1)mm、下剪刃斜度tanα可取为1/25、剪切液压缸伸出速度可取为(300±50)mm/s。提出了横切剪在设计、选型、电气调试以及实际使用过程中的一些建议。

基于多体动力学的飞剪高速振动优化

针对回转式飞剪机的工作特性,提出采用多体动力学仿真和试验方法以提高飞剪机的剪切速率。建立基于多体动力学和瞬态动力学的飞剪仿真模型;通过仿真计算得到飞剪机运行过程中的运动轨迹,并分析不同转速下整机的动态响应;利用电测方法对飞剪机进行振动试验,验证仿真模型的可靠性;最后,引入S形加减速曲线理论对工作曲线进行优化。结果表明:优化后的工作曲线使得飞剪机的振幅减小40%,减少了冲击;同时,还使得剪切周期缩短,有效提高了剪切速率,并保证了剪切精度。

周期性剪切应力作用下碎石的滑移特性

为了研究碎石材料在周期性剪切荷载条件下的滑移特性,使用自主研发的多功能动剪试验机,对碎石试样施加恒定的法向应力,以及不同峰值、谷值和频率的水平方向周期性剪切应力,监测试样在加载过程中剪切位移随时间的变化情况,并分析剪切位移增量的变化情况以及整个加载期内剪切应力对应的能量密度。研究结果表明:周期性剪切应力引起的滑移特征与其峰值、谷值和频率有关;周期性剪切应力会导致碎石材料的滑移跃变,且出现滑移跃变点的条件与加载期内的能量密度有关,可根据能量密度范围将试样的滑移状态划分为三个区域,即稳定区、过渡区和跃变区。

OBN资料多分量联合横波噪音衰减技术及在莺歌海盆地某区的应用

在OBN地震资料处理中,Z分量的横波噪音压制一直是纵波处理的关键环节,横波噪音压制的好坏直接影响Z分量的数据品质,对后续双检合并起着至关重要的作用。横波噪音具有强振幅、相干性、低频、低速等特点,并且三维空间上呈锥形。针对横波噪音的特点,笔者提出一种利用OBN资料多分量数据进行联合横波噪音衰减技术。首先将XY分量中记录的横波信号与Z分量进行联合匹配得到Z分量的横波噪音模型,并在十字交叉域共检波点道集上对数据和噪音模型进行三维曲波正变换,引入最小平方法对有效信号和横波噪音进行匹配减,最后再进行三维曲波反变换,达到压制此噪音的效果。该方法应用于莺歌海盆地某区OBN实际地震资料中有效地压制了Z分量横波噪声,为后续处理提供了高品质地震数据。

基于遗传算法的隔震支座优化设计方法

结合我国现有的结构设计规范,对隔震层支座自动设计问题,结合第三代非支配排序遗传算法制定了隔震支座优化设计方法。提出精细化剪切模型作为本次优化的计算模型,与以往的层剪切模型不同的是,将隔震层的各个隔震支座单独建立,可一次性获得满足偏心率的隔震支座布置方案。上述算法在大型通用有限元软件ABAQUS进行了程序实现。对一个5层的框架隔震结构进行优化设计,结果表明本文提出的方法是有效的,可操作的。

基于响应面法的60MN压剪试验机上横梁优化设计

针对压剪试验机大承载、小变形与轻量化的要求,结合有限元分析运用响应面法对60MN压剪试验机上横梁进行优化设计。首先运用拉丁超立方抽样法生成试验设计样本点,并根据设计结果采用多种拟合方法拟合并对精度校验,发现克里金(Kriging)法能够精确地与拉丁超立法实验设计法生成的实验点匹配,而且拟合的响应面模型高效且精准;然后以上横梁应力、质量、变形为优化目标,运用多目标遗传算法进行优化设计得出最优解,并通过灵敏度分析对优化后的结果进行修正,使其更具有工程应用价值。经校验优化后的结构比原始结构减重11.8%,优化效果显著,节省了生产成本,对压剪试验机的结构优化设计有重要的实际意义,同时也为其它类似结构件的优化分析提供参考。

累积塑性体应变对非饱和原状Q_(3)黄土动骨干曲线的影响研究

为研究循环累积塑性体应变对黄土骨干曲线的影响,选取典型原状Q_(3)黄土,开展了一系列不同含水率、固结压力和剪应变幅等变化条件下的动单剪试验。试验结果显示,非饱和原状Q_(3)黄土具有明显的循环剪缩和循环硬化特性;骨干曲线形态随循环加载周的变化而变化,变化幅度与累积塑性体应变相关。由此认为,震陷性黄土骨干曲线的构造需要考虑循环加载累积效应的影响,多级加载试验对其是不适用的;震陷性黄土的初始骨干曲线应采用单级加载试验构造,多级加载动骨干曲线需要考虑塑性累积体应变对初始骨干曲线的影响。基于剑桥模型推导的土体孔隙比和抗剪强度的关系式,推导了不同加载周土体最大动剪切模量比和最大动剪应力比与累积塑性体应变之间的关系式,并建立了可以考虑累积塑性体应变影响的动骨干曲线方程,试验验证该方程具有较好的模拟效果。

航空复合材料机械连接多钉双剪连接技术

本文主要探究了航空复合材料中的多钉双剪连接技术及其优化策略。使用ABAQUS有限元分析计算软件建立多钉双剪连接结构有限元模型,并分析了搭接板厚度、钉孔直径对钉载分配、极限载荷的影响。结果表明,减小搭接板厚度,可以改变各钉承载比例,并提高连接结构的极限载荷。相比于阶梯型搭接板,使用斜削型搭接板能进一步提升多钉双剪连接结构的极限载荷。改变钉孔直径同样能起到优化钉孔载荷分配和提高极限载荷的效果,在搭接板厚度一致时,将钉孔直径增加1 mm,最高可以使极限载荷提升4.81%。由此可得,在多钉双将连接中,适当的减小搭接板厚度和增加钉孔直径,对优化钉载分配和提升极限载荷有积极帮助。

高温镁合金板材超声振动辅助剪切工艺参数优化与质量预测

目的为实现镁合金板材超声振动辅助剪切过程的工艺参数优化和质量预测,提出了一种多目标优化及决策方法,建立了多目标质量预测模型。方法综合考虑经济成本及断面质量等因素,确定了最大剪切力、塌角宽度和毛刺高度为剪切质量的评价指标。依据正交实验结果建立了剪切质量关于各工艺参数的数学响应模型并进行分析,采用改进的多目标灰狼优化(MOGWO)算法进行寻优,利用基于熵权-TOPSIS法对优化后的非支配解进行综合评价,获得了最优工艺参数解。最后基于多输入多输出最小二乘支持向量回归机(MLSSVR),以3个工艺参数为输入、3个评价指标为输出建立了剪切质量预测模型。结果在此范围内,最大剪切力和塌角宽度主要受剪刃间隙和超声振幅的影响,随剪刃间隙的增大而增大,随超声振幅的增大而减小;而毛刺高度则主要受板材温度的影响。在此基础上,根据剪切质量的数学响应模型确定最佳工艺参数为:板材温度为250℃、剪刃间隙为8%板厚、超声振幅为10μm。MLSSVR质量模型精度达95%以上,并且能综合考虑各工艺参数与各评价指标之间的影响,具有较高的预测精度和泛化能力。结论超声振动辅助剪切(UVS)可有效提高板材剪切断面质量,所提方法对于寻求最佳板材剪切工艺参数具有一定的参考价值。

多分量裂缝预测技术研究及其在川南页岩气工区的应用

与常规油气相比,页岩中普遍含气,但是单井的产量变化大,通过改造形成裂缝网络的页岩气井才具有工业开发价值。目前,页岩裂缝预测的方法较多,大多数是基于纵波地震资料的,而利用多分量地震资料预测裂缝发育区仍是研究人员探索和努力的方向。这里首次运用转换横波地震资料对页岩气的裂缝发育情况进行预测研究。首先,利用转换波模型正演,结合多波地震资料对比识别页岩的小断裂、小断层。其次,通过基于横波分裂特性的裂缝预测技术对高角度的裂缝走向和密度进行预测。通过四川盆地实际资料应用表明,多分量裂缝预测技术能够有效识别页岩气的裂缝发育情况,多分量裂缝预测效果明显优于纵波叠前裂缝预测,成果更加合理。

SiO_(2)/聚乙二醇200/碳纳米管剪切增稠液浸渍芳纶织物及其复合材料防刺性能

为优化高性能织物的防刺性能,采用SiO 2和不同长径比的多壁碳纳米管(MWCNTs)制备多相剪切增稠液(MSTFs),研究MWCNTs的长径比与添加量对剪切增稠液流变性能的影响及MSTFs芳纶复合织物的防刺性能。之后将MSTFs复合织物与碳化硅/聚氨酯(SiC/TPU)涂层织物叠层制备双层防刺复合材料,探究叠层顺序对层合复合材料抗穿刺性能的影响。结果得出:长径比较大的碳纳米管对提高剪切增稠液(STF)的增稠效果更优;随着碳纳米管含量的增加,剪切增稠效果逐渐增强。实验结果表明:MSTFs(0.4%MWCNTs-A)浸渍芳纶织物的最大穿刺载荷较纯STF浸渍芳纶织物提高154.33%;不同叠层结构中以剪切增稠液浸渍织物为面层、SiC/TPU涂层织物为背层的双层复合织物表现出更优的防刺性能。

某大底盘多塔超高层部分框支剪力墙结构设计

某大底盘多塔超高层部分框架剪力墙结构高152 m,位于7度区Ⅱ类场地,为超B级高层建筑,存在扭转不规则、尺寸突变、构件间断、抗扭刚度弱等四项不规则项。通过性能化分析,结构抗震性能可达到C级目标。转换层通过由整体指标到局部有限元的分析论证,提高了转换层关键构件的性能目标要求;多塔对裙房关联区域的影响由上往下逐层递减,采取增加附加钢筋、增加楼板厚度等措施,保证了结构的安全可靠。

指数剪切流作用下海洋立管振动特性研究

细长海洋立管在复杂来流作用下的涡激振动(VIV)是海洋工程领域备受关注的热点问题。采用双向流—固耦合方法,对立管在指数剪切来流作用下的涡激振动实施了数值仿真研究。基于均方根振幅包络图的显性模态分析发现,与线性剪切流工况相比,当流速较小时,立管模型在指数剪切流作用下振幅最大值相对较小;流速较大时,指数剪切流的非线性分布致使立管的振动响应增强。通过对立管模型均方根振幅包络峰、谷处的振动响应频率分析发现,在波峰位置处振动频率单一且较为稳定,而在相邻波谷位置处多频共存现象显著,两者有显著差异。沿管的轴向波形主要表现为驻波主导和驻波—行波混合模式,行波一般间歇发生,流速越大发生频次愈高,其在横流向的传播方向通常由高流速区段传递至低流速区段。指数剪切流作用下,沿管体轴向各截面位置处的旋涡脱落模式差异显著,高流速段尾流区的旋涡发放具有较强的周期性,涡管完整且与管轴存在一定偏离角度,低流速段蜂窝状离散涡旋较多。

复合材料层合板壳结构分析理论研究进展

复合材料已经广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源等众多工程领域,成为现代轻质高性能结构设计的核心材料,但其独特的复杂性给传统分析理论带来了前所未有的挑战。为了进一步发挥复合材料结构的优势,迫切需要发展先进的力学分析方法。系统梳理复合材料层合板壳结构分析理论的研究现状,重点介绍和评述几类代表性的分析理论,包括剪切变形理论、逐层理论、扩展逐层理论、状态空间理论以及多尺度分析方法,分析其在克服复合材料结构复杂性方面的作用和局限性。同时,系统总结了加筋和夹芯复合材料结构的建模方法研究进展。在此基础上,凝练了复合材料层合板壳力学在非线性、多尺度、多物理场耦合等方面面临的关键科学问题,并对今后的重点发展方向进行了展望。研究表明,发展三维精确化逐层理论、融合数据驱动计算力学与层合理论、构建跨尺度多物理场分析方法等将是未来复合材料层合板壳力学的研究热点,多种理论方法的融合与创新将是攻克复杂问题的有效途径。

一场六馆多塔连体结构抗震性能研究

福州市长乐区“三馆三中心”项目属于抗震不规则结构,为地下一层,地上建筑为底部6个独立单塔(四~五层)、顶部整体串联而成的连体结构。底部塔楼采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构,顶部两层连接体采用钢桁架结构。结构存在扭转不规则、楼板不连续、竖向构件不连续、尺寸突变等不规则情况,属于特别不规则结构。以该项目为例,基于抗震设计方法,采用YJK-Paco软件对模型进行弹塑性分析,对比了单塔模型和多塔模型的动力特性,分析了连体结构传力路径和特征;通过罕遇地震工况下时程分析,掌握了关键构件在大震作用下的工作状态,保证连体关键构件性能不遭受破坏。研究结果可为此类多塔复杂连接项目提供参考。

挑臂式钢箱梁剪力滞效应分析

针对宽幅钢箱梁桥梁数量日益增多而剪力滞效应突出的问题,以金海特大桥为工程背景,建立挑臂式钢箱梁中间节段实体分析模型,深入研究了宽幅箱梁的剪力滞效应。研究表明:斜拉索拉力均会显著增大钢箱梁顶板的剪力滞效应,但对底板剪力滞效应有所改善;在设计过程中应重点关注顶板内纵腹板处、跨中位置与重车作用位置以及底板钢箱位置与跨中位置的应力水平;恒载工况下,大挑臂钢箱梁顶板翼缘剪力滞系数趋近1,该截面形式设计合理。

复杂初始应力状态下松砂多向循环单剪特性

松砂极易液化,微小的应力状态变化也会影响其液化特性。基于多向循环单剪试验,采用松砂作为试验材料,开展不同静剪应力大小、方向和复杂剪切路径下的循环单剪试验,研究复杂初始应力状态下松砂循环单剪特性,得到以下主要结论:(1)随静剪应力比增大,试样剪应力峰值增大,第1个循环内孔隙水压力增量变大,试样更易液化;初始静剪应力大小对孔隙水压力的影响在剪切初期更显著。(2)随初始静剪应力和动剪应力主轴之间夹角增大,试样在X方向的剪应力峰值减小,试样孔隙水压力加速增长,在第1个循环以及最后1个循环内孔隙水压力增量变大,循环间差值增大,试样更易发生瞬时液化。(3)8字形剪切路径试样的应力-应变滞回圈面积最大,每个循环消耗能量最多,圆形剪切路径次之,直线剪切路径最小。复杂剪切路径会在剪切开始时诱发孔隙水压力的突然增加,加大各循环中孔隙水压力的增量,试样更易液化。(4)影响松砂液化因素的排序为:初始静剪应力与动剪应力夹角、剪切路径、初始静剪应力大小。

土石混合体三轴剪切试验及三维多重剪切边界面模型

土石混合体是介于离散和连续介质之间的特殊地质材料,其颗粒分布特征和力学特性是控制土石混合体高填方工程稳定性的重要因素。以白鹤滩水电站库区象鼻岭移民安置点防护堤工程为依托,利用大型三轴试验仪,对两种土石混合体填筑料在3种不同围压条件下进行固结排水剪切试验,分析了土石混合体的偏差应力和体积应变随轴向应变的变化规律以及剪缩和剪胀特性。在此基础上,根据粒状土的临界状态和边界面弹塑性理论,引入了适合于土石混合体的临界黏聚力和状态参数,并基于空间随机分布微观剪切结构,建立了土石混合体状态相关三维多重剪切边界面模型。通过模型模拟结果与三轴剪切试验结果的比较,验证了该模型能够合理地描述土石混合体在低围压下的应变软化和剪胀特性,以及在高围压下的应变硬化和剪缩特性。

圆多腔体中空钢管混凝土柱抗震性能分析

为研究圆多腔体中空钢管混凝土柱的抗震性能,首先对圆实心分腔复式钢管混凝土柱试件的试验结果与有限元结果进行比对,确定了有限元模拟方法有效后,再利用ABAQUS建立了以轴压比(0.2~0.6)、剪跨比(3~5)、截面形式(圆多腔体中空截面与圆多腔体实心截面)为基本参数的12根柱模型,对其进行了低周往复加载,对比分析了剪跨比、轴压比、截面形式对模型滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力的影响规律。结果表明:剪跨比较小的模型,随轴压比的增大延性系数与耗能能力增幅明显,但轴压比对刚度退化的影响不明显;剪跨比较大的模型,在轴压比也较大时极限承载力、延性与耗能能力有显著衰减的趋势,刚度退化也对轴压比较为敏感;在轴压比较小时,圆多腔体中空钢管混凝土柱与圆实心分腔复式钢管混凝土柱相比耗能能力差异不大,但随轴压比增大,圆多腔体中空钢管混凝土柱滞回耗能有显著提高。