柔性表皮及蜂窝支撑结构面外变形机制

变体飞行器可根据任务需求,自适应地改变气动布局,从而获得最优的飞行品质。由柔性表皮及蜂窝支撑结构复合而成的柔性蒙皮是实现变体飞行器构型变化的关键结构形式之一。但由于泊松效应的影响,柔性蒙皮在变形中易产生“凹陷”和“鼓包”等面外变形模式。为此,首先研究弹性模量、泊松比、表皮厚度、孔格尺寸、蜂窝构型等对面外变形的影响规律。然后基于孔格填充法,分析填充物与蜂窝壁在粘接良好和未粘接状态下的变形特性。结果表明:柔性蒙皮的面外变形与相关参数并非都呈现出线性变化关系;在蜂窝孔格内填充弹性材料,可抑制柔性蒙皮的面外变形,但填充材料是否与蜂窝壁粘接良好,对柔性表皮面外变形影响较大,在工程设计时,需重点关注。

国外石砌民居抗震研究综述

为对国外石砌民居抗震研究成果进行综述,首先从Web of Science核心数据集中筛选相关文献205篇,应用CiteSpace软件进行计量分析.随后从试验研究、数值模拟和抗震加固3个方面进行概述.以文献中整理的123组试验数据为例进行统计分析,并对数值模拟模型盲预测能力进行概述.结果表明:国外石砌民居抗震研究过程可分为起步、上升和发展3个阶段,现有承载力计算公式和数值模型均不能准确预测试验结果,力学模型的可靠度需通过试验数据库进行提升,数值模拟中材料和模型的不确定性问题亟待解决;提高石砌民居整体性的构造措施是很好的加固手段,但加固机理和量化还需进一步研究.最后对试验数据库应用、模型不确定性解决方案及抗震加固研究发展方向进行展望.

双层铁磁薄膜中层间耦合和面外各向异性对系统共振频率的影响

本文采用能量极小原理,重点讨论了层间双线性耦合、双二次型耦合和面外单轴各向异性对双层铁磁薄膜中铁磁共振频率的影响。分别从三个方面讨论光学模和声学模共振频率对层间双线性耦合、双二次型耦合以及面外单轴各向异性的依赖。结果表明,层间双线性耦合和双二次型耦合可以提高光学模的共振频率。然而,面外单轴各向异性会降低光学模和声学模的共振频率,尤其是对声学模的影响更加明显。此外,对于光学模,双二次型耦合比双线性耦合更为重要。这些结果有助于新型微波器件的设计。

双面叠合装配式管廊侧墙面外抗震性能试验

为研究采用螺旋箍筋套筒底节点连接的预制双面叠合式管廊侧墙在面外荷载作用下的受力变形性能,对2个采用该节点连接的足尺侧墙试件进行了不同轴压比下低周往复加载试验,并与对应2个现浇试件作对比,初步揭示了螺旋箍筋套筒底节点和竖向轴压比对管廊侧墙面外抗震受力变形性能的影响。试验结果表明:两种试件滞回曲线均较为饱满,具有良好的抗震耗能能力,满足装配式结构抗震变形设计要求;叠合装配试件上部区域剪切变形均高于现浇试件,且裂缝遍布整个墙体高度范围,具有良好的面外变形能力。

基于QEPAS技术的痕量气体高灵敏度检测系统研究

搭建了一种用于乙炔痕量气体高灵敏度探测的全光式石英音叉增强型光声光谱系统。为了提高系统探测灵敏度,采用光功率放大技术提高激励光源功率,采用直角棱镜使激光束穿过两个共振管,采用光纤珐珀传感技术测量音叉叉股面外单向振动代替面内对称振动;同时利用自稳定技术提高系统的稳定性。采用有限元分析方法对传统商用石英音叉的振动进行了模拟和分析。在对激光调制深度、微共振管结构尺寸和激光输出功率等参数优化基础上,得到了2.9 ppb的系统检测极限,归一化等效噪声系数为2.4×10^(-9)cm^(-1)·W·Hz^(-1/2);二次谐波信号幅值与C_(2)H_(2)浓度呈现良好的线性关系,其线性相关系数达到0.999。最后经过1小时的连续实验验证了通过自稳定技术可以有效提高系统的稳定性。

钢筋混凝土夹板墙加固石砌体片墙力学性能分析

为保护福州市平潭地区传统石头厝建筑的独特风格,本研究拟采用钢筋混凝土夹板墙对其进行加固并对其力学性能加以分析。为明确该加固技术对内、外墙的不同加固效果,首先,利用有限元数值分析软件ABAQUS分别建立了未加固、单侧加固和双侧加固的石砌体片墙试件的数值分析模型;然后,通过面外单向加载分析了混凝土加固层厚度及配筋率对加固墙体性的影响。结果表明,钢筋混凝土夹板墙能大幅度提高石砌体片墙的承载力,且随着加固层混凝土厚度的增加,墙体承载能力不断增大,但配筋率对加固效果的提高作用不明显。

增强蜂窝结构面外力学行为研究

在传统六边形蜂窝结构的基础上添加加强筋,提出了增强蜂窝结构,通过有限元模拟的方法对其在准静态压缩过程中的面外力学行为进行研究,并与传统六边形蜂窝结构进行了对比。研究发现,加强筋的加入显著提高了其面外抗压强度与吸能性,其中对边强化蜂窝结构的平均压缩力最多可提高166.8%,比吸能最多可提高38.53%。增强蜂窝结构在压缩过程中的变形模式均为渐进折叠式,与传统六边形蜂窝结构相比其叠缩褶皱数量增多,变形过程更为稳定,并且具有更多的塑性应变集中区。此外,通过开展参数化研究发现,比吸能与单胞壁厚呈正相关,与单胞边长呈负相关关系。通过对增强蜂窝结构力学性能进行综合分析,发现对边强化峰窝结构是最优的强化方式。

叠合板式综合管廊侧墙连接节点面外抗震性能试验研究

叠合板式综合管廊属于半装配式结构,其接缝数量少,抗渗性能优越,应用前景广泛。为了研究采用灌浆套筒连接和浆锚搭接连接两种连接方式的叠合板式综合管廊侧墙在面外荷载作用下的抗震性能,该文开展了采用两类连接方式的足尺侧墙模型的面外低周反复试验,并与管廊现浇侧墙构件作对比。通过分析试件破坏模式、裂缝分布以及受力性能指标,初步揭示了不同连接方式对叠合板式侧墙面外抗震性能的影响。研究表明:叠合板式试件与现浇试件抗震性能基本一致,滞回曲线均较饱满,极限承载力与刚度退化规律基本一致,满足装配式结构等同现浇的抗震设计要求;两类叠合板式管廊侧墙试件延性系数分别为7.05和8.50,均具有良好的面外延性,满足我国抗震设计规范中变形能力要求;采用浆锚搭接连接的叠合板式试件与采用灌浆套筒连接的叠合板式试件相比,滞回曲线更加饱满,变形能力好,但峰值抗侧承载力低,相同侧向位移下损伤破坏严重;两种连接方式的均可有效传递钢筋应力直至构件破坏。

米字形填充正方形蜂窝异面平台应力

目的研究冲击速度和结构参数对米字形填充正方形蜂窝异面平台应力的影响规律。方法利用ANSYS/LS-DYNA建立该蜂窝可靠的基于胞元阵列的异面冲击分析有限元模型;基于简化的超折叠单元理论推导该蜂窝的准静态平台应力理论公式,理论值与仿真值相吻合验证理论公式的正确性。对不同壁厚边长比的蜂窝,在不同冲击速度下进行异面冲击仿真分析,利用LS-PrePost软件处理得到相应的接触力-位移曲线,进一步处理得到变形模式和平台应力,并以图表的形式加以展示与分析。结果不同冲击速度下结构参数固定的蜂窝表现出LS、MS和HS等3种不同的异面冲击变形模式,从LS模式转变到MS模式再到HS模式的临界速度分别约为20 m/s和150 m/s;壁厚边长比对变形模式的影响可忽略。结论该蜂窝动态平台应力随冲击速度(或壁厚边长比)的增加而增大,且增长速率不断提高。当其他参数固定时,LS模式和MS模式下该蜂窝的动态平台应力与冲击速度呈二次函数关系,HS模式下动态平台应力与冲击速度的平方呈线性关系;动态平台应力与壁厚边长比呈幂函数关系。基于仿真计算结果,得到了该蜂窝动态平台应力的经验表达式。

中等应变率下纸蜂窝结构的力学性能研究

应用新研制的中应变率实验装置结合激光干涉测速系统完成了纸蜂窝结构的动态加载实验,研究纸蜂窝结构在中应变率下的力学性能;结合高速摄影和数字图像相关方法,得到纸蜂窝结构的变形过程和动态失效机制,并采用数值方法进一步探究其动态失效机制。结果表明:纸蜂窝结构表现出明显的应变率效应;厚度为2.10 mm的纸蜂窝屈服强度明显低于其他3种尺寸,表现出异常尺寸效应,应力-应变曲线下降段也有较大差异。产生异常尺寸效应的主要原因是,随着试样尺寸的增大,纸蜂窝结构的破坏模式发生了变化。中应变率加载过程中,纸蜂窝结构的失效机制为破坏模式的转变—由面外壁屈曲破坏转变为面内剪切破坏。本研究还利用数值模型分析了胞元宽度的变化对结构力学性能的影响,该研究结果对于薄壁结构的优化设计具有很好的参考意义。

机织角联锁变密度复合材料的面外压缩力学特性

为研究变密度结构设计对三维机织角联锁复合材料面外力学性能的影响,设计制备了三维机织角联锁不变密度复合材料、三维机织角联锁经纱变密度复合材料和三维机织角联锁纬纱变密度复合材料。结合扫描电子显微镜、数字图像相关技术和X射线计算机断层扫描等检测技术,对角联锁变密度复合材料的面外压缩力学行为、内部损伤量化和渐进损伤等进行了测试与表征。研究结果表明:上疏下密角联锁纬纱变密度复合材料展现出优异的压缩性能,其压缩比强度比不变密度复合材料高3.40%;同时,上疏下密角联锁纬纱变密度复合材料损伤体积仅为11.64 mm 3,远低于不变密度复合材料的26.90 mm 3。进一步分析得到,不变密度复合材料压缩破坏以剪切失效为主,而上疏下密角联锁纬纱变密度复合材料则为基体开裂。

基于状态空间法的平面圆弧曲梁面外动力学分析

该文通过选择广义位移和与其对偶的广义力作为状态变量,建立了平面圆弧曲梁面外动力学问题的状态方程列式,并求解了工程中常见的四种边界条件下圆弧曲梁面外自由振动的频率和模态。利用状态空间列式和辛内积的概念,建立了振动模态关于质量和旋转惯量以及关于刚度的正交关系式。基于建立的振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式,运用模态叠加法得到了非齐次状态方程即面外强迫振动控制方程的解析解,并具体考察了竖向移动荷载作用下圆弧曲梁的动力响应。给出了数值算例,并与已有结果进行了比较,验证了该文方法在进行圆弧曲梁面外自由振动和强迫振动分析时的准确性和可靠性。

超大跨度空间X撑结构屈曲强度特性研究

为了深入研究深水导管架平台超大跨度空间X撑结构的承载机理,合理地指导工程设计,本文在已有理论模型的基础上,研究了空间X撑结构(有面外支撑X撑结构)在典型的载荷模式、刚度特性、端点约束以及长度因子(交点位置)等参数下屈曲长度系数的变化规律,结合实际工程深水导管架结构,辅助有限元计算对超大跨度有面外支撑X撑结构进行了屈曲强度分析,最后得到了可为工程设计提供有效技术支撑的多个结论。

变截面曲梁面外自由振动的一种新型级数分析法

给出曲梁面外自由振动问题的一种数值分析模型,该模型基于改进傅里叶级数法假设位移,并使用瑞利-里兹方法进行求解。首先,应用改进傅里叶级数法表示曲梁面外弯扭振动时的3个位移函数,利用改进傅里叶级数法解决位移函数在边界导数不连续的问题。其次,对曲梁采用人工虚拟弹簧模拟边界条件,通过改变横向位移约束弹簧、扭转约束弹簧和旋转约束弹簧的刚度值来实现任意弹性约束边界,得到曲梁结构振动时的刚度矩阵和质量矩阵。最后,通过求解矩阵特征值问题得到平面曲梁面外自由振动的频率值。此方法克服了以往只能求解某些特定的常规边界条件下振动问题的缺陷。数值算例验证了该方法良好的收敛性和精确性。还采用该方法分析不同弹性约束和截面变化系数对曲梁面外自由振动频率的影响。算例结果表明:对于两端固定圆弧形曲梁,无量纲自振频率随着圆心角变大而变小,但随着长细比增大而增大。

框架填充墙平面外抗震性能数值模拟

为研究不同程度平面内(IP)损伤,以及加载制度对框架填充墙平面外(OOP)抗震性能的影响,采用ABAQUS软件对分离式框架填充墙模型进行分析。模拟结果表明:框架填充墙平面内损伤程度是影响平面外承载力与刚度的重要因素,平面外承载力与刚度随着平面内损伤程度增大而降低;以1/200位移角为幅值进行低周往复加载后维持平面内位移,框架填充墙平面外承载力有一定提高,但维持平面内位移对于延缓平面外刚度退化影响不显著;框架填充墙平面内受损程度增加后,达到平面外峰值荷载时墙体面外变形程度增大,以1/100位移角为幅值进行低周往复加载后,维持平面内位移对墙体平面外横向变形有一定增大作用。

高温下铝合金板式节点刚度退化及其对网格结构抗火性能的影响研究

采用有限元数值模拟分析方法,研究了200~400℃时铝合金板式节点的弯曲刚度退化机理。给出了不同温度对应的弯曲刚度退化折减系数,并分析了节点的破坏模式。分析结果显示,上节点板局部变形明显,下节点板出现拉剪破坏,翼缘板沿着周围螺栓孔位置断裂,随着温度的升高腹板应力集中位置逐渐向下发展,腹板发生断裂破坏。在上述基础上,通过典型铝合金网格结构的案例分析,研究了节点弯曲刚度退化对网格结构整体抗火性能的影响。结果显示,高温下,相较于未考虑节点弯曲刚度退化网格结构,考虑节点弯曲刚度退化的网格结构变形在高温区集中,竖向变形增加了4.5%,竖向承载力下降了46%。节点弯曲刚度退化对结构抗火性能影响明显,在铝合金结构整体抗火分析中应予以考虑。

柔索牵引起重臂平面外失稳特征方程的统一表达及其应用

本文研究了带有柔性牵索的起重臂的平面外稳定性,通过建立起重臂起升平面外失稳临界状态下的弯曲微分方程,引入边界条件、变形协调方程及固支点侧向受力平衡方程,推导出起重臂平面外失稳特征方程的一般解析表达式,解析计算结果与ANSYS数值结果完全吻合。随后,探讨一般失稳特征方程在水平臂、双钢绳及单钢绳牵引起重臂极限情况下的退化形式。最后,指出所推导的一般失稳特征方程可作为各类柔性钢绳牵引下起重臂平面外失稳特征方程的统一表达。

RC框架填充墙加固平面外抗震性能研究综述

填充墙作为钢筋混凝土框架结构中的维护构件,通过拉结筋与主体结构连接。填充墙对主体结构刚度的增大作用、填充墙与主体结构的相互作用设计时并未考虑,也逐步受到重视。现有对填充墙加固的研究主要集中在平面内的抗震性能,而震害调查表明,填充墙在地震作用下会发生平面外倒塌,产生安全隐患,所以对填充墙进行抗震加固,并对加固后结构平面外抗震性能进行研究是十分有必要的。文中从加固材料、端部锚固、填充墙与RC框架连接方式以及填充墙的平面面内损伤对面外的影响四个部分,介绍了填充墙加固后的抗震性能,对现有研究中存在的问题进行分析,并对填充墙平面外性能研究进行了展望。

接长方式对结构保温板抗弯性能的影响研究

分别采用自攻螺钉(Self-tapping screw,STS)连接的对接节点、地板钉连接的搭接节点和花键节点3种接长方式对结构保温板(Structural Insulated Panels,SIP)构件进行长度接长处理,并考察了这3种接长试件的面内和面外抗弯性能。结果表明:在平面内加载条件下,对接连接具有最高的荷载承载能力和连接刚度,相比于OSB花键连接和搭接的屈服荷载分别提高了25.48%和201.72%。然而,在平面外加载条件下,OSB花键连接具有最高的荷载承载能力、变形位移和刚度。相比于对接和搭接连接,OSB花键连接试件的屈服荷载分别提高了128.78%和329.01%。SIP作为承载构件抵抗平面内荷载时,推荐采用工艺简单且成本较低的对接接长方式。

热压罐成型典型制造缺陷对复合材料的力学性能影响研究

利用热压罐成型制备了含有不同参数的面外褶皱试验件和分层试验件,分别对试验件进行拉伸、压缩、短梁剪切和三点弯曲试验,并对试验后样件的断裂形貌进行观察分析,探究了面外褶皱和分层对复合材料综合力学性能的影响和破坏机理。结果表明,面外褶皱使复合材料的拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度和抗弯强度分别至多下降了约47%、77%、23%和49%,且面外褶皱的起皱层数对力学性能的影响要比尺寸显著;分层会使复合材料的压缩强度、层间剪切强度和抗弯强度分别至多下降了24%、38%和15%,而对拉伸强度的影响不大。