共固化穿孔纤维增强阻尼薄膜结构面内力学性能研究

共固化穿孔纤维增强阻尼薄膜结构(CCPFRDFE)是一种大阻尼、高层间结合性能的新型阻尼处理模式,在空天技术、尖端武器、快速交通等领域具有广阔的应用前景。但复杂的结构为其力学性能的研究增加了难度,未知的力学性能限制了该新结构的开发与应用。介绍了CCPFRDFE的制作工艺,建立了CCPFRDFE有限元模型,并搭建实验平台对有限元模型进行了验证。利用有限元模型,分别研究了纤维增强阻尼层穿孔孔径、孔距和阻尼材料厚度对CCPFRDFE面内等效弹性参数的影响规律。结果表明,增加穿孔孔径、减小孔距、增加阻尼层厚度有利于提高CCPFRDFE面内等效剪切模量,但不利于提高面内等效弹性模量。所得结果将为非连续阻尼薄复合材料的振动特性研究与大挠度设计奠定基础。

钢筋混凝土剪力墙面外抗震性能有限元分析

研究了混凝土强度、轴压比和纵筋配筋率对钢筋混凝土剪力墙面外荷载下抗震性能的影响,通过ABAQUS建立了抗震分析模型进行面外方向的低循环加载试验并开展有限元参数分析。试验结果表明:面外滞回曲线封闭面积较小,残余变形较大,耗能较差。混凝土强度等级C40、C50的承载力相较于C30时的分别增大了5.7%,37.6%,纵筋配筋率1.2%、1.6%的承载力相较于纵筋配筋率0.8%时的分别增大了28.2%,66.7%,轴压比0.4、0.6相较于轴压比0.2时的分别提高了11.4%、22.9%,但高轴压比下剪力墙的刚度退化较快,剪力墙的抗震性能降低。

蜂窝夹层结构芯子剪切模量的实验方法

蜂窝夹层结构凭借其优良的力学性能在航空、船舶制造和车辆碰撞防护领域得到了广泛应用。蜂窝夹层结构剪切性能的测量一直是工程人员重点关注的问题,测量蜂窝夹层结构芯子剪切模量时常采用平面剪切实验方法,但对于大厚度蜂窝夹层结构平面剪切实验实现难度大,为改善这一问题,分别采用理论预测分析、平面剪切实验和三点弯曲实验的方法对蜂窝夹层结构芯子剪切模量进行测量,对比3种测量方法的差异性。利用等效板理论进行理论分析,得出芯子剪切模量的理论预测值;依据ASTM C273和ASTM C393试验标准,对蜂窝夹层结构开展了平面剪切实验与三点弯曲实验,利用ABAQUS有限元软件对平面剪切实验和三点弯曲实验分别进行了模拟仿真。结果表明:利用最小势能原理和最小余能原理进行理论分析,可以得出芯子剪切模量的预测值,预测结果误差在16%左右;平面剪切实验的测量结果较为精准,当蜂窝夹层结构厚度增大无法提供剪切试验台实验时,可以使用平面剪切有限元仿真方法获取;三点弯曲实验方法测量误差结果在10%左右,通过对三点弯曲试验的有限元模拟分析,研究三点弯曲实验中跨距深度比对试件剪切模量测量的影响,调整三点弯曲跨距深度比a/d为5时,误差能降低到4%以内。

土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带模拟研究

由于混凝土防渗墙的压缩模量远远高于其两侧土体,导致墙体两侧土体的沉降远大于墙体本身,防渗墙顶部土体内部出现沉降量急剧变化的剪切带。鉴于剪切带模拟方法的复杂性,提出预设剪切面单元模拟剪切带变形的计算方法,用以模拟土体出现剪切破坏时的滑移特征,解决刚性结构顶部土体剪切变形的模拟计算问题,并将该方法应用于沟埋式涵洞顶部土压力计算。研究表明:计算成果与模型试验规律基本一致;该方法较好揭示了防渗墙上部土体的剪切变形特征,其计算的防渗墙顶部竖向平均应力值与常规方法相比减小30.43%,可较好解决防渗墙计算应力比实际监测值偏大的问题。

有限元中弹性连接单元的刚度矩阵

针对常用有限元软件中弹性连接单元的刚度矩阵开展研究。类似普通梁单元刚度矩阵的分析方法,将弹性连接单元的空间受力状态分解为伸缩、弯曲和扭转三种独立的模式进行分析,并提出两种方式推导弯曲受力模式下的刚度矩阵。对于弯曲受力状态下的刚度矩阵,明确了MIDAS中弹性连接单元输入参数包括弯曲和剪切刚度系数、弹性连接长度和剪切距离比R在刚度矩阵中的表现形式,给出了其刚度矩阵的理论表达式;阐明了剪切距离比R的力学意义,即用以考虑弹性支承两端因剪力传递的弯矩,其对结构的影响只体现在杆端位移结果中,杆端力始终满足静力平衡条件而不受R的影响,并且在R取0.5时,MIDAS中弹性连接的单元刚度矩阵与普通欧拉梁单元的刚度矩阵最为接近。同时通过分析对比,明确了ANSYS和ABAQUS中弹性连接单元的弯剪效应是独立的,这与MIDAS中弹性连接单元在不考虑剪切距离比R时的特性一致。研究成果既有助于理解弹性连接单元刚度矩阵,又为其工程应用提供了参考。

薄壁截面剪切系数计算的平面薄壁单元法

剪切系数对于准确计算大高跨比薄壁构件的力学响应至关重要。为实现薄壁截面剪切系数的高效计算,提出一种新的薄壁单元法。首先,介绍计算任意截面剪切系数的平面翘曲单元法,该方法以截面翘曲位移为自由度,通过能量原理进行求解。针对薄壁截面剪切系数,对薄壁板段引入忽略板厚方向翘曲位移不均匀性的假设,重新构造适宜快速建模及解算的一维薄壁单元。以2自由度薄壁单元为例,进行了程序实现。最后,采用ANSYS截面分析模块(基于平面翘曲单元法)与所提出的薄壁单元法分析了常用开口与开闭口薄壁截面的剪切系数,验证了所提出方法的准确性。

不同粗糙度系数结构面分级剪切蠕变特性

掌握结构面剪切蠕变特性的规律是揭示岩体时效变形与破坏的根本途径。通过对Barton标准剖面线第1条和第10条人工水泥砂浆结构面分别开展了恒定法向力条件下的分级剪切蠕变试验,研究了结构面剪切蠕变特性随粗糙度系数(JRC)、法向应力、剪应力的变化规律。同时,采用离散元软件(PFC 2D)对不同粗糙度系数的Barton标准剖面线结构面进行了分级剪切蠕变数值模拟研究。结果表明:在恒定法向力条件下,同一结构面剪切蠕变量、蠕变速率均随剪应力增加而增加;在恒定法向应力及剪应力作用下,剪切蠕变随粗糙度系数增加而减小,结构面剪切蠕变数值模拟结果验证了同样的结论;另外,蠕变变形位移云图结果表明结构面试样沿结构面剪切加载方向,剪切蠕变随距离增加而减小;随着粗糙度系数增加,结构面剪切蠕变破坏模式由滑移摩擦为主逐渐向剪断破坏为主过渡。研究成果可为岩体工程的长期安全稳定性评价提供理论依据。

某核电厂边坡岩体结构面直剪试验研究

综述了边坡工程结构面抗剪强度参数的获取方法,探讨了基于钻孔取芯的室内直剪试验设计方案。采用YDS携带式岩、土力学性质多功能试验仪,设计了某核电厂边坡结构面抗剪断直剪试验和摩擦直剪试验,比较了结构面抗剪强度参数的试验值和经验值,采用三维可变形离散元法数值还原了结构面抗剪断直剪试验全过程。试验表明:室内试验测得的某核电厂边坡结构面摩擦角为31.3～40.5°,粘聚力为285～365kPa。基于3DEC的数值直剪试验较好地模拟了抗剪断直剪试验的线弹性阶段、峰值阶段、峰后软化阶段和残余阶段,与室内直剪试验规律一致。两种方法可较好地应用于类似核电厂边坡工程中。

薄壁结构的平面纯剪单元

本文提出一种平面纯剪单元,它是由可变节点三角形与四边形平面应力等参元退化而成.它与三节点等参轴力杆单元组合时可以精确地模拟薄壁结构中杆与蒙皮之间的剪流作用.

平面应变条件下砂土局部化剪切带的有限元模拟

根据饱和砂土的排水平面应变压缩试验的应变场,分析研究砂土的应变局部化现象以及剪切带的形成。在平面应变压缩条件下,砂土在峰值应力状态附近出现应变局部化现象,在残余状态最终形成一条V型剪切带。剪切带的形成是一个渐进过程,砂土呈现出渐进性破坏特性。这种由软化特性引起的应变局部化剪切带是砂土材料非常重要的变形和强度特性之一。基于砂土的三要素弹黏塑性本构模型和动态松弛有限元求解技术,对砂土的应变局部化现象和剪切带的形成进行有限元模拟。其中,砂土本构模型中引入应变局部化参数S来表示砂土峰值以后的软化和剪切带效果,剪切带在单元内未考虑其方向性,而是假设剪切带方向与最大剪切应变的方向一致。分析结果表明,动态松弛有限元法及砂土三要素模型能合理地模拟砂土的应变局部化现象,剪切带附近的最大剪应变值也非常接近,从而实现对砂土材料从硬化→峰值→软化→残余的全过程模拟以及对砂土应变局部化剪切带的定量化分析。

应用强度折减有限元法分析土坡稳定的适应性

为深入研究土体采用的本构模型以及安全系数的控制标准.讨论了土体采用邓肯E-B模型和理想弹塑性的广义米塞斯模型时,强度折减有限元法分析土坡稳定的适应性.发现邓肯E-B模型的适应性较差,土坡内应变发展不均匀,不能形成明显的剪切带.而弹塑性的广义米塞斯模型则形成剪切带,剪切带两侧土体具有明显的相对滑移趋势.因此,弹塑性模型更适合于强度折减有限元法分析土坡稳定性.

软弱结构面加桩剪切特性的数值分析

为了探讨结构面在加桩情况下的剪切特性,采用数值计算方法建立三维结构面与桩单元模型。改变桩单元参数,探讨结构面剪切强度和变形特征的变化。研究结果表明:结构面加桩后剪切强度提高,并且加桩效应主要改变结构面的黏结力,而对内摩擦角的影响较小;随着桩倾角的增大,黏结力呈现先增大后减小的趋势;对于无桩情况,结构面剪应力-位移曲线表现为应变软化特征,而对于加桩情况,则表现为应变强化特征。桩长度增加导致结构面黏结力不断增大,但存在一临界桩长,当桩长超过该临界桩长后,桩长的影响逐渐减小。

剪力墙分析中的高精度单元

本文提出了一种高精度矩形单元,它适用于框剪结构的分析,而且弥补了剪力墙分析中的其它单元的不足.文中给出了一个算例.

缝合复合材料层板面内局部纤维弯曲模型及剪切强度预报

提出了面内局部纤维弯曲模型,基于有限元法和周期性边界条件建立了缝合层板面内剪切强度分析方法,采用桥联模型和最大应力判据分析损伤扩展并获得面内剪切强度,预报结果与试验吻合较好,探讨了缝合参数对层合板面内剪切强度的影响规律,结果表明缝合削弱了层合板的面内剪切强度,缝合针距和行距越大对面内剪切强度越有利,较细的缝合线对面内剪切强度有利.

某超长剪力墙结构带部分框支的平面有限元分析和侧向刚度研究

文章以某带端部转换高层剪力墙结构为例,进行了多遇地震下不同力学模型的弹性计算和罕遇地震下的弹塑性分析,对转换部位侧向刚度进行对比研究,并对单榀框支转换部位构件进行在竖向恒载和水平地震作用下的平面有限元分析,对其应力分布情况进行了探讨。结果表明,结构整体和转换部位具有较好的承载和变形能力,可供同类工程参考。

集簇式刚性连接组合梁桥的力学性能分析

为了研究任意荷载作用下集簇式刚性连接工字钢-混组合简支梁桥的应力和位移分布,首先将组合梁桥的三维结构简化为层合的二维弹性力学平面应力问题,分别求得各层简支梁的弹性力学解,然后用集中力替代集簇式刚性连接件对结构的作用力,根据梁桥表面的受力条件以及界面处位移和应力的衔接条件,确定待定未知量,从而得到组合梁桥的应力和位移分布函数.与有限元结果比较显示了该数值解具有很高的精度,参数化分析揭示了集簇式刚性连接组合梁桥的力学特点并且提出了簇钉间距的合理范围,研究结果为新型组合梁桥的工程设计提供了科学的理论依据.

脆性岩石反平面剪切(III型)断裂机理的有限元分析

采用有限元法分析了反平面剪切盒(I+III型)加载下岩石裂纹尖端的应力场,探讨了岩石发生反平面剪切(III型)断裂的机理。计算结果表明:在反平面压剪加载下,当压模角α为55 o～70 o,附加外压力能有效地抑制裂尖拉应力,使得裂尖最大剪应力与最大拉应力的比值τmax/σ1为3～6,τmax较易在σ1之前达到其临界值,从而发生反平面剪切(III型)断裂。反平面剪切盒实验是实现岩石III型断裂和测定岩石III型断裂韧度KIIIC的有效实验方法。

单索面斜拉桥施工主梁剪力滞规律

目的研究单索面斜拉桥主梁施工阶段张拉索力及施加挂蓝荷载情况下,截面的受力特性和剪力滞效应.方法以沈阳某单索面斜拉桥为研究背景,采用有限元理论,通过建立空间有限元模型进行分析.结果边界条件相似的截面剪力滞系数变化规律有一定相似性;施工阶段各个截面均表现出随着索力分量产生的轴向力增大,主梁剪力滞效应系数有所降低,施工合拢后各个截面的剪力滞系数为1.042～1.692,对比施工过程中剪力滞系数明显降低.结论施工过程中截面剪力滞效应比施工合拢后更为明显.因此,在施工过程中应该高度重视主梁剪力滞效应的影响,避免混凝土主梁的开裂.

高地应力对结构面现场直剪试验的影响分析

抗剪强度参数是工程设计中的重要指标。结合锦屏二级水电站引水隧洞地应力测试及横观各向同性结构面的现场直剪试验,基于非线性有限元法,揭示高地应力及试验荷载作用下剪切应力分布规律,研究高地应力对结构面强度参数的影响。研究表明:现场直剪试件制备时,试验探硐围岩开挖卸荷将在试件预裂面上产生对称分布的正应力及剪应力;地应力释放将使直剪试件预裂面出现损伤破坏及细微裂纹,降低试件极限抗剪能力,引起抗剪强度参数的误差;反演分析表明,在考虑地应力释放情况下,结构面凝聚力可提高约11.65%。

出平面剪切线源作用下沉积盆地地震响应谱元法模拟

由于盆地内外介质的阻抗差别及特殊的几何形状,盆地内部将出现显著的地震动放大效应.针对出平面线源作用下沉积盆地地震响应问题,利用谱元法研究了震源主频率、空间位置和沉积盆地形状等因素对沉积盆地地震响应的影响.数值分析表明:点源的频率和沉积形状对地表的响应影响较大;点源的不同位置对于边缘效应有一定影响.