圆柱体混凝土构件中氯离子扩散的解析研究

为了研究水运工程和海洋工程中圆柱体混凝土构件的氯离子扩散过程及耐久性服役寿命,通过二维氯离子扩散控制方程的坐标变换,建立了圆柱体混凝土构件中氯离子扩散的极坐标控制方程,使用变量分离法和贝塞尔函数的简化公式,推导并建立了圆形截面混凝土构件中氯离子扩散的解析方法,据此分析了不同半径圆柱构件中氯离子浓度的变化规律,通过宏观扩散过程分析以及与有限元方法计算结果的比较,验证了本文方法的正确性;通过与矩形截面混凝土构件中氯离子二维扩散及浓度分布的对比,可知在相同条件下,选择圆形截面代替矩形截面构件可有效提高混凝土结构的抗氯离子侵蚀性能,提高结构耐久性.

结构可靠度分析的向量型层递响应面法

结构可靠度分析的传统响应面法和随机响应面法都属于标量型响应面法,为克服其局限性,利用预处理Krylov子空间法研究建立了结构可靠度分析的向量型层递响应面法。首先将随机刚度矩阵和节点荷载向量线性展开,通过选取合适的预处理器建立了预处理Krylov子空间及层递基向量,据此将随机节点位移向量进行层递展开,形成向量型的层递响应面。进而,利用混沌多项式展开层递基向量和层递响应面,根据混沌多项式确定层递响应面的样本点选取方法。在此基础上,根据可靠指标的几何含义,利用响应量的层递展开式建立了结构可靠度分析的迭代算法。算例分析表明,该方法与传统响应面法或随机响应面法相比,能够取得更高的计算效率和计算精度。

Williams单元分析I-II混合型裂纹应力强度因子

为了建立高效、精确的混合型裂纹应力强度因子分析的裂尖奇异区单元,文章在改进Williams级数的基础上建立了裂尖应力奇异域单元的整体位移场,基于普通有限元形函数建立了奇异域子单元的局部位移场,利用整体位移场控制局部子单元的节点位移,结合有限项等比级数求和公式建立了I-II混合型Williams单元刚度方程。根据该单元模型中与应力强度因子相关的参数,可以直接计算裂尖I型、II型应力强度因子,克服了普通单元和奇异单元需要通过中间物理量回归分析、外推计算裂尖处应力强度因子的缺陷,并能取得很高的计算精度和计算效率。结合算例,分析了裂纹长度和倾斜角等参数对应力强度因子的影响,确定了Williams单元的径向比例因子、子单元数、级数项等三个重要参数的取值。

温度对轻质烧结页岩砖裂缝的影响

轻质烧结页岩砖是一种新型烧结类墙体材料。温度是影响轻质烧结页岩砖质量的一个重要因素。通过对烧结程序的划分及研究,分析在干燥阶段、烧结阶段及冷却阶段,温度对轻质烧结页岩砖裂缝的影响,并通过对比实验分析裂缝对轻质烧结页岩砖外观及力学性能的影响,为提高轻质烧结页岩砖的力学性能等提供依据。通过大量实验,分析影响温度控制的各种因素,编制了较为理想的温度控制程序。

Ⅲ型应力强度因子分析的Williams单元

基于反平面断裂是工程结构的一类重要断裂类型,利用常规单元或奇异单元分析Ⅲ型裂尖应力强度因子(简记为SIF)时存在诸多困难,首先建立Ⅲ型裂纹裂尖奇异区单元总体位移场的Williams级数表达式,利用普通有限元形函数建立奇异域子单元的局部位移场,然后根据总体场控制局部场的原则,建立裂尖奇异域分析的Williams单元,以直接确定Ⅲ型裂纹裂尖的SIF。在此基础上,研究Williams单元的径向离散因子、离散数和级数项这3个重要参数以及裂纹长度对裂尖SIF的影响,并给出这3个重要参数的建议值。研究结果表明:对于Ⅲ型裂纹应力强度因子,Williams单元具有很高的计算精度和效率。

轻质烧结页岩砖石灰爆裂的研究

轻质烧结页岩砖与同属脆性墙体材料的烧结页岩砖有着相同的主要原材料,均不可避免存在石灰爆裂现象,使其力学等性能受到较大的影响。通过对原料的理化性能分析、石灰爆裂机理分析,以及石灰爆裂实验对比分析,得出石灰爆裂对轻质烧结页岩砖的影响轻于对烧结页岩砖的影响,说明砖内微孔的存在可以缓解石灰爆裂的影响。

应力强度因子分析的三角形Williams单元

弹性断裂分析的Williams广义参数单元计算模型中忽略了紧邻裂尖的微区域,为了进一步完善该计算模型,本文提出并建立了三角形Williams单元。首先围绕裂尖将奇异区均匀分割为有限个三角形单元,利用改进的Williams级数建立该单元的整体位移场计算模型;其次沿径向将该三角形单元进一步离散为多个相似四边形微单元和裂尖三角形微单元,并利用经典有限元理论建立微单元的局部位移场计算模型;然后利用整体位移场控制各微单元结点位移,并在此基础上研究建立裂尖奇异区三角形Williams单元及其控制方程。该单元模型中含有与裂尖应力强度因子相关的参数,能够直接计算裂尖处的应力强度因子。最后结合算例详细分析了三角形Williams单元计算模型中径向离散因子、离散数、Williams级数项对计算结果的影响。算例分析表明,三角形Williams单元所得的应力强度因子具有对奇异区尺寸不敏感的优点,且收敛快,计算精度高。

交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元

为了研究交叉裂纹各裂尖应力强度因子之间的相互影响,建立了交叉裂纹各裂尖应力强度因子同时快速求解的Williams单元,以十字交叉裂纹为例,分别对正交十字裂纹或斜十字裂纹各裂尖应力强度因子相关参数进行研究,分析了薄板尺寸、裂纹夹角与奇异区尺寸等相关参数对十字交叉裂纹各裂尖应力强度因子的影响,其中KⅠ、KⅡ为裂尖Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子。算例分析表明,当板宽与裂纹长度满足W/a≥13时,能够忽略板的尺寸对正交十字裂纹裂尖应力强度因子的影响,可视为无限大板;对于斜十字裂纹情况,当水平裂纹长度不变时,随着斜裂纹长度参数d的增大,KⅠ,A、KⅡ,C和KⅠ,D逐渐递减,而KⅡ,A、KⅠ,B、KⅡ,B和KⅠ,C逐渐递增,对于KⅡ,D则出现先减后增的趋势;当斜裂纹长度参数d=0时,随着裂纹夹角γ的变化,KⅠ,A、KⅠ,B大小相等,符号相同,KII,A、KⅡ,B则大小相等,符号相反,且各裂尖应力强度因子对裂尖奇异区尺寸不敏感。证明了Williams单元能够同时快速求解交叉裂纹各裂尖应力强度因子,且具有较高的计算精度。

半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展过程分析的Williams单元

该文对半刚性基层沥青路面结构采用弹性层状体系平面应变分析模型,利用改进的Williams级数,结合广义参数有限元法和常规等参元,建立了反射裂缝裂尖应力强度因子分析的广义参数Williams单元,并推导了Williams单元的刚度方程,据此研究了正对称荷载和偏载分别作用时,反射裂缝扩展过程中应力强度因子的变化规律;重点分析了偏载作用下路面结构层参数与应力强度因子之间的关系。Williams单元中含有与应力强度因子相关的参数,可以直接获得裂尖应力强度因子。算例分析表明:Williams单元与传统方法的计算结果吻合较好,且格式简单,计算精度高,适用于沥青路面反射裂缝扩展过程分析。