Numerical simulation of plate rigid restraint cracking tests based on cohesive element model

Cohesive element is developed from the Dugdal-Barenblatt model in the field of fracture mechanics. The mechanical constitutive relation of cohesive element can be artificially assumed depending on the specific applications. It has been successfully applied in the study of crystal plasticity/brittle fracture process and decohesion between delaminations. In this paper, tensile experiments of large steel plate with different length of pre-existing cracks are conducted. Based on commercial software ABAQUS, cohesive element is adopted to simulate the tensile tests, and appropriate parameter values are obtained by fitting displacement-force curves. Using these parameters, a numerical method is presented by applying cohesive element to thermo-elastic-plastic finite element method （TEP-FEM） to simulate plate rigid restraint cracking （PRRC） tests. By changing constitutive relation of cohesive element, dimensions of the model and welding conditions, the influence of welding restraint intensity and welding conditions on the crack propagation are discussed, respectively. Three types of welding cold cracking are simulated. Significant influence of welding cold cracking on resistant stress in welding line is captured by this numerical method.

Statistical tests of recent plate tectonic units by using geodetic data

The statistical testing models of the plate tectonic units and the hypothesis of their rigidity is presented by using the dense geodetic data, and to a certain extent the established statistic value can be regarded as a quantitative index to compare the rigidity degrees of different blocks. The several conclusions about the global megaplates and the regional tectonics of China are tested and verified by actual calculations, which testifies the effectiveness of this method in testing the rigidity degree and delineating their boundaries.

新型密柱支撑张弦铝合金结构设计与施工关键技术研究

世博温室项目屋盖为任意不规则曲线组成的无曲率平面,采用异形多边形网格加大透光率,基于这些特点,选型最终定为张弦铝合金网格结构。本项目挤压出新型“日”字型挤压铝合金构件以更好地承受屋盖面内弯矩,保证杆件与整体结构平面内有效传力。设计了新型刚接板式节点并通过足尺试验和精细化有限元分析研究了节点刚度与极限承载力,试验及有限元对比分析结果表明,该类节点有较高的抗剪、平面内和平面外承载力。阐述了弯扭构件数字化加工工艺及不规则铝合金特殊单元式的装配式预拼装技术,引入立面幕墙与主体结构一体化设计技术,其中立面幕墙面板设计首次通过整体协同分析考虑了主体结构变形的影响,计算结果表明设计构造满足要求。重点说明了双向正交布置拉索的施工张拉模拟计算方法,验证了索力分级张拉时结构处于安全状态,张拉完毕结构变形满足要求。

混凝土夹芯复合板抗震性能试验研究

通过9片混凝土夹芯复合板的拟静力试验,对一种混凝土夹芯复合板在低周反复荷载下的抗震性能进行了研究,研究了高宽比、竖向压应力对墙板抗震性能的影响。结果表明:通过设置适当的连接件,能够保证混凝土夹芯复合板两侧混凝土面层整体工作,该种墙板具有良好的抗震性能;混凝土夹芯复合板具有较高的抗剪承载力,在水平荷载作用下最终发生正截面受压破坏,未产生剪切破坏;由于钢筋网强度较高,试件破坏时钢筋强度未得到充分发挥;墙板内的钢筋网对墙板的抗震性能具有重要影响,钢筋网应为完整的网片,不能由两片点焊拼接而成;混凝土夹芯复合板的延性与高宽比及竖向压应力有关,高宽比及竖向压应力越大,延性越好;墙板的水平抗侧承载力由正截面弯曲受压决定,其承载力可参照钢筋混凝土剪力墙计算,但计算时考虑到钢筋强度不能充分发挥作用,应将钢筋的强度乘以0.55的利用系数。

RC刚架拱桥的板桁组合加固及动力特性

钢筋混凝土(RC)刚架拱桥常见的加固方法大多属于局部加强而非整体改造,因此对于改善结构受力性能的作用极其有限,难以满足我国现阶段公路交通荷载日益增大的需求。针对以上问题,文中首先提出了一种新型加固方法——板桁组合加固法,该加固方法在主梁两侧架设钢桁架,通过植筋、焊接、铺设钢筋网和浇筑混凝土等措施使钢桁架与主梁牢固连接,形成板桁组合结构,从而使结构受力从主梁受力体系转变成板桁组合受力体系,实现对结构受力的优化;然后,利用该方法对某刚架拱桥进行加固改造,通过有限元仿真模拟与桥梁动载试验,对该新型加固方法的有效性和实用性进行验证。结果表明:加固后结构自振频率有效提高;竖向刚度和承载力显著增大;结构一阶面内竖弯频率理论值较加固前提高80.5%,公路-I级荷载作用下加固后结构下挠值较加固前减小56.8%,混凝土构件应力水平较加固前减小10.9%~69.8%;该加固方法对结构的动力特性具有改善作用,加固后结构的竖向振动效应小于加固前且实测冲击系数远小于现行规范值,结构动力性能良好。

大岗山水电站坝区辉绿岩脉压缩蠕变试验研究

压缩蠕变试验是了解坝区软弱岩体蠕变变形特性的重要手段,是建立岩体压缩蠕变本构模型的基础。详细介绍大岗山水电站坝区辉绿岩脉大型刚性承压板压缩蠕变试验过程、方法和试验成果,深入分析压缩蠕变变形随时间的变化规律;利用蠕变试验数据回归拟合得到坝区辉绿岩脉的压缩蠕变经验方程,为深入认识和了解大岗山水电站坝区辉绿岩脉的流变力学特性提供重要的试验和理论依据。

刚性弹丸撞击下混凝土板侵彻极限深度与痂斑极限厚度经验公式的验算

为了估算混凝土板在外来飞射体撞击下的侵彻极限深度与痂斑极限厚度,总结了以往试验与理论研究成果,评价了几种有代表性的经验公式,对4 种具有不同特征参数的导弹撞击混凝土板时的侵彻极限深度与痂斑极限厚度进行了对比。结果表明,现有的经验公式估算侵彻极限深度的差异不大,而估算痂斑极限厚度有时差异较大。

软弱岩体蠕变模型辨识与参数反演

压缩蠕变试验是了解岩体蠕变力学特性的重要手段。通过对大岗山水电站坝区软弱岩体现场压缩蠕变试验资料的分析,揭示坝区软弱岩体具有瞬时弹性变形、减速蠕变和弹性后效特性。通过对各种流变组合模型的辨识,确定采用广义开尔文模型来反映坝区软弱岩体的压缩蠕变特性。根据辨识的蠕变模型推导出了刚性承压板边缘岩体表面的压缩蠕变变形计算公式,据此采用优化反演法获得了坝区软弱岩体的瞬时弹性模量、黏弹性模量和黏滞系数等蠕变参数,从而为坝区边坡加固设计和稳定性分析提供了重要的岩体流变参数资料。

半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能试验研究

为研究半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能和传力机理,通过一榀1∶3比例单跨双层的半刚性框架-预制混凝土板防屈曲钢板墙的低周往复荷载试验研究,研究节点刚度与防屈曲墙体的相互影响效果,获得承载力、刚度、耗能和节点转动能力等指标。试验结果表明:该种结构具有优越的耗能能力,节点刚度退化小,墙板的设置显著降低节点区自身的延性和应力要求,半刚性框架和墙板协同工作良好;防屈曲构件的设置可改善钢板的实际受力,提高墙体的承载力及刚度,有效克服滞回曲线的"捏缩"现象,避免薄板墙的噪音及震颤,半刚性框架承担25%的水平剪力,试件面内呈弯剪破坏模式。研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据。

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。

基于ADMAS的苗盘搬运码垛装置运动仿真分析

针对苗盘搬运码垛需求展开分析,基于笛卡尔坐标机器人设计苗盘搬运码垛装置。在SolidWorks中建立该装置的三维模型,简化后导入ADAMS仿真软件中。在综合分析装置易于发生变形的位置后,对固定杆、加固杆和执行器连接杆进行柔性化处理,得到刚柔耦合的虚拟样机模型,依据苗盘的长度、苗盘垛的高度以及方体育苗机苗盘传送平台的宽度确定了苗盘搬运码垛装置的横移、升降、伸缩行程分别是1 376mm、900mm与640mm。设计两因素三水平的全面试验,其结果表明:两试验因素对执行器连接杆振幅的影响程度由高到低依次为长加固杆位置和短加固杆位置;但从整体水平来看,两试验因素对执行器连接杆的振幅均无显著影响。两试验因素对柔性构件所受最大应力的影响程度由高到低依次是长加固杆位置和短加固杆位置;且从总体水平来看,两试验因素对柔性构件所受的最大应力影响均极为显着,当长、短两组加固杆Y向坐标值均为-72mm时,各杆件所受最大应力达到最小。本研究为装置的后续设计优化提供参考。

基于室内结构试验的半刚性基层开裂数值仿真

为获得半刚性基层沥青路面结构的力学参数并分析其变化规律,设计并修建了大尺度半刚性基层沥青路面结构室内试槽,采用逐级加载方法进行结构内部应力、应变和模量的分层检测与试验.在试验数据的基础上,建立道路三维有限元模型,验证模型正确后进行了承载板数值仿真试验,分析了超载引起的半刚性基层开裂位置、起裂荷载、裂缝状态、应力强度因子和裂缝类型等问题.结果表明:当交通荷载超过起裂荷载时基层裂缝开始出现,沿路面横向基层层底靠近承载板中轴线位置的单元首先开裂,裂缝在行车荷载作用下进一步向上扩展而形成基层横向裂缝;半刚性基层荷载型开裂主要以I型张开型裂缝为主,应力强度因子大小取决于施加的荷载大小、裂缝长度和模型几何尺寸,应重点从合理设计基层厚度、改进基层材料性能和严格控制超载几个方面减少半刚性基层裂缝的产生.

半刚性节点框架-钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究半刚性节点框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,通过一榀1:3比例单跨3层半刚性节点框架-钢板剪力墙的拟静力试验,研究了半刚性框架与墙体的相互影响,探究了结构的破坏顺序和破坏模式,分析了结构的承载力,刚度,耗能能力等抗震性能指标.试验结果表明:该结构具有良好的耗能能力,半刚性节点框架和墙板协同工作良好,结构的破坏顺序为内嵌钢板屈曲、屈服—边缘构件屈服—内嵌钢板撕裂—边缘构件屈曲—节点转动—边缘构件弯扭失稳、节点塑性破坏.

喇叭嘴机构碳纤维振动片参数测试与动态应力计算

为研究双倍长烟支切割时振动片动态应力变化规律,以ZJ116型卷接机组往复式喇叭嘴机构为研究对象,通过拉伸试验测出振动片的弹性模量、泊松比与密度,根据测试结果和刚柔耦合计算理论建立了喇叭嘴机构的刚柔耦合模型。基于该模型计算烟支切割过程中振动片的动态应力,测试与计算结果表明:1振动片的弹性模量为94.140 4 GPa,泊松比为0.296 7,密度为1 599.69 kg/m^3;2在烟支切割过程中,振动片的动态应力由中部向两端变大,与支架和喇叭嘴相连接的部位容易发生劈裂和折断,与试件疲劳破坏结果一致。

腹板双角钢连接框架-非加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对一榀1/3比例的单跨两层梁柱腹板双角钢连接框架-非加劲薄钢板剪力墙结构进行了水平低周往复加载试验研究。从承载力指标、刚度指标、延性指标、消能指标、破坏顺序和破坏模态以及连接节点的受力变形性能对试件作出评价,探究节点刚度与墙体的相互影响效果。结果表明:试件具有较高水平承载力和初始抗侧刚度,试件延性良好。结构具有理想的屈服顺序,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制。节点刚度退化小,且内填钢板的设置缓解了节点区自身的延性要求。研究为半刚性框架-钢板剪力墙结构体系的工程应用和理论分析提供依据。

钢框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构抗震性能研究

对一榀单跨两层钢框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构进行拟静力试验研究,系统分析结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到承载力、刚度及耗能能力等指标,评价该种结构体系的抗震性能。基于稳定理论,推导保证墙板不发生整体面外剪切屈曲的肋条最小刚度限值计算公式。结果表明:结构在弹性阶段主要依靠墙板的剪切机制和钢框架共同承担水平荷载,非弹性阶段区格中钢板的对角拉力带为结构提供侧向承载能力;当肋条刚度满足一定条件时,能够有效地避免墙板的整体面外屈曲,提高结构的弹性刚度,克服滞回曲线的"捏缩"效应,减小钢板的噪音及震颤,显著增强结构的耗能能力,使结构具有更好的舒适性,便于推广应用;框架与钢板墙协同工作良好,结构塑性变形能力强,安全储备高,是一种优良的抗侧力体系;破坏模式为各区格中的钢板撕裂,拉力带效应明显,边框架柱脚及边框架梁端形成塑性铰。

矩形冲头冲击下船体板的塑性动力响应

矩形板是船舶结构的最基本组成元素,船舶结构遭受矩形质量撞击的工况时有发生,因此应对船体板结构的抗撞性能给予足够重视。本文以船体矩形板为研究对象,采用动态冲击实验技术和刚塑性理论相结合的方法,分析了船体板在受到矩形质量块撞击作用时的变形损伤机理;研究中采用试验方法得到船体板的变形模态,在此基础上运用刚塑性理论分别导出了船体板的变形和碰撞力的理论公式,并用实验结果验证其准确性;最后采用理论方法对船体板的边界条件和载荷集中系数等相关参数进行分析。通过与实验结果的对比发现,本文给出的刚塑性理论公式能够较为准确地预测船体板变形和冲击力。

非标准条件下刚性承压板试验变形参数的确定

为确定试点边缘到试验洞侧壁距离和试点中心到测量支架支点距离达不到刚性承压板试验规范要求条件下的变形模量,在利用FLAC3D数值模拟探究了两者对试验结果的影响规律之后,基于FLAC3D数值模拟获得的变形模量与位移关系学习样本,利用PSO-LSSVM模型的学习和预测能力,发展了一种非标准条件下获得变形模量的反演分析方法,并将其应用于某工程实例中,结果表明:试点边缘到试验洞侧壁距离和试点中心到测量支架支点距离都会引起试验的变形误差,且两者的误差随距离的增大以不同速率减小。优化反演确定的岩体变形模量为[2.04,2.75]GPa,平均值2.30 GPa,其对应的变形误差平均为0.1%,表明该结果是准确合理的,该方法为解决特殊条件下的承压板变形试验成果计算提供了一种新的思路。

利用层状弹性理论对高速公路路面变形特性研究

用弹性理论分析半刚性路面的高速公路典型结构在承载板荷载作用下的位移 ;用原位承载板试验进行了检验 ,证明了在土基回弹模量较高的路段 ,层状弹性理论的计算可以得到很好的位移解。

刚性承压板中心孔法变形试验设备和方法

传统的刚性承压板变形试验方法无法解决层状岩体的变形特性问题,而分层弹模计算方法则可以通过一次试验求得不同岩层的模量,因此,需在传统的承压板法变形试验基础上发展一种新的与分层弹模计算方法相匹配的层状岩体承压板法变形试验方法,即刚性承压板中心孔法变形试验。刚性承压板中心孔法变形试验设备以传统的刚性承压板法试验设备为基础,通过比选,以承压板直径535mm,中心孔直径79mm,多点位移计钻孔直径76mm,埋设4个锚头为宜。刚性承压板中心孔法变形试验方法及操作步骤应同时满足《水利水电工程岩石试验规程》(SL264-2001)第6.1和第10.2章节相应条款的技术要求。