混凝土三点弯曲梁随机骨料模型的开裂模拟

在试验表征及工程实践中,仿真可以准确反映裂缝的发展规律.采用内聚力模型来研究混凝土梁三点弯曲试验的宏观力学性能和细观开裂损伤破坏行为.在三点弯曲试验中的受力破坏的全过程研究中,对I型断裂能、II型断裂能、抗剪强度、抗拉强度及弹性模量(刚度)这5个控制单元开裂的关键参数进行了反演研究.通过宏观力学性能和细观开裂的试验结果,对一组试件的试验结果与参数化模型结果进行逆推分析,得到了控制因素在模拟中适用的参数范围.然后结合不同配合比试件的骨料定量化信息,对3个骨料面积不同的模型,应用已得到的参数范围中值来模拟获得裂缝扩展的定量结果,并对照模拟与试验的力学性能和裂缝量化结果验证参数范围的准确性.

基于流固耦合瞬态分析法拓宽路基工程沉降处治机理研究

基于流固耦合瞬态分析方法,运用ABAQUS有限元软件,对路基拓宽工程从施工到工后运营进行数值模拟。把拓宽路基工程未处理的工况与加土工格栅处治的情况进行对比,在讨论孔隙水压力变化的前提下,综合分析了沉降曲线,应力分布特点,有效应力的变化,对拓宽路基工程的工后沉降机理进行了探讨。同时,通过观察孔压的分布变化,有效应力和沉降的对比分析,运用固结原理的经典理论进行解释,讨论了土工格栅处治拓宽路基固结沉降的作用原理,为工程实践提供参考。

基于非线性超声技术的热损伤混凝土微裂纹检测实验研究

混凝土结构在受热或者火灾作用后其内部极易形成微裂纹,这将严重影响混凝土的耐久性与强度等特性。基于非线性声场调制理论,提出边带峰计数法及损伤指标概念,以评估热损伤混凝土微裂纹的发展。通过高温制备热损伤混凝土,对热损伤混凝土微裂纹的检测结果表明,损伤指标会随微裂纹的发展而增大,与理论研究吻合。证明了非线性声场调制法的可行性,并引入非线性声场共振法进行对比实验,分析了调制法的优越性。并对不同水灰比、骨料比与升温速率的热损伤混凝土微裂纹的检测实验发现,损伤指标峰值会随混凝土水灰比或骨料比的增大而增大,缓慢升温方式对混凝土的损伤较快速升温方式大,并建立起了残余强度与损伤指标峰值之间的关系,为混凝土材料的热损伤评估奠定基础。

基于非线性声场调制的混凝土微裂纹检测实验研究

混凝土微裂纹的产生和发展对于核电站、水库等特殊混凝土结构的耐久性有较大影响,基于非线性声场调制理论,提出边带峰计数法及损伤指标概念,以评估混凝土微裂纹发展。通过碱-骨料反应方式制备微裂纹,对水泥砂浆试件和混凝土试件累积微裂纹及持续性微裂纹的检测结果表明,损伤指标随微裂纹的发展而增大,与理论研究吻合。证明了所提方法的可行性。对同龄期不同水灰比混凝土微裂纹的检测试验发现,损伤指标峰值随水灰比的增加而增大,说明适当范围水灰比内,混凝土碱-骨料反应程度因水灰比的增加而增大。

拓宽路基工程数值分析中模型选择的研究

拓宽路基工程的沉降机理数值分析是个重要的手段。运用ABAQUS有限元软件对路基拓宽工程从施工到工后运营进行数值模拟,比较了网格划分的疏密与尺寸大小,计算精度的差异;并以离心机的研究结果作为参考与本数值模型进行对比分析,从沉降与孔压变化的方面,验证了所选择的数值分析模型的合理性,为类似工程提供参考。

废弃卫生陶瓷再生细骨料混凝土力学性能研究

通过废弃卫生陶瓷再生细骨料制备废弃卫生陶瓷再生细骨料混凝土。采用抗压试验和劈裂抗拉试验探究废弃卫生陶瓷再生细骨料混凝土在常温以及高温后的力学性能。结果表明,随着废弃卫生陶瓷再生细骨料替代率的增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度先升高后降低。常温下陶瓷再生细骨料替代率为70%时,混凝土抗压强度达到最大值71.14 MPa;废弃卫生陶瓷再生细骨料替代率为60%时,劈裂抗拉强度达到最大值4.48 MPa。经过200、400、600℃高温灼烧后,废弃卫生陶瓷再生细骨料混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度表现相似,均优于普通细骨料混凝土,3种温度下的最佳替代率分别为70%、70%、90%。不同废弃卫生陶瓷再生细骨料替代率下抗压强度损失值相比普通混凝土最大可降低7.2%、16.4%、17.6%,劈裂抗拉强度损失值最大可降低7.6%、11.8%、11.0%。废弃卫生陶瓷再生细骨料的添加对混凝土的弹性模量基本无影响。

基于机器视觉和数字图像相关技术的混凝土损伤演化研究

提出一种在试件损伤过程中,以数字图像方法所得应变场为基础,采用机器视觉识别快速获得对应损伤状态下试件表面裂缝分布的裂缝自动识别检测(Automated Crack Detection and Measurement,ACDM)方法.采用三点弯曲试验,以夹式位移计测量裂缝口张开位移(Crack Mouth Opening Displacement,CMOD)作为参考用真实值,对ACDM的精度进行分析.结果显示,CMOD小于0.05 mm时,ACDM识别的误差小于0.01 mm,ACDM方法可用于分析微裂缝尺度的混凝土损伤情况.通过3组不同强度混凝土立方体试件的压缩试验,采用ACDM方法所得裂缝面积直接表征损伤指标来反映试件的损伤演化情况.结果表明,在宏观裂缝出现之前,在不同损伤阶段下由ACDM方法所得损伤指标,对应数值变化均大于10-3,与目前表征损伤应变场的不均匀性变异系数(Cv)相比更为灵敏和准确.

龙卷风风场特性的CFD数值模拟

基于计算流体动力学方法建立了龙卷风发生装置的数值计算模型,对具有单涡结构的龙卷风风场特性进行了研究。分析了切向风速沿径向和高度的分布规律,并将切向速度沿径向的分布与Rankin涡模型和参数化气旋模型理论公式进行对比,验证龙卷风风场数值模拟结果的合理性。进一步研究了入口风速和入口角度改变对龙卷风风场特性的影响,并给出了各个数值计算模型近地面核心半径、最大切向风速和涡流比,进而可以获得不同尺度和不同强度的龙卷风风场。该方法为龙卷风风场模拟提供了新的研究途径,并可应用于建筑物的抗龙卷风设计研究。

花岗岩风化料弃土快速堆填过程中不排水抗剪强度评估

沿海沿江城市地下开挖产生的工程渣土含泥量大、含水率高且较松散,主要运往渣土场进行堆填处置。由于产量巨大而处置场地有限,许多渣土场在运营过程中存在堆填速度快、缺乏排水设施、超高超库容堆填等问题,容易引发堆填体失稳事故。目前对于非饱和工程渣土堆体在快速堆填过程中的失稳机制认识尚不清晰,尤其是对这一过程中的高饱和度工程渣土强度增长规律缺乏足够的认识。以深圳红坳渣土场填料——花岗岩风化料(CDG)填土为研究对象,对不同初始饱和度土样进行三轴不排水不排气等向压缩和剪切试验,结果表明:非饱和CDG填土不排水抗剪强度随围压增大呈非线性增长,增长速率与试样初始饱和度密切相关;当土样压缩后的饱和度超过0.7,不排水强度随围压的增长速率显著降低。基于有效固结应力法的原理,结合Hilf孔压公式和修正剑桥模型,提出了一种工程渣土不排水抗剪强度估算方法,并通过与试验结果对比验证了该方法对初始饱和度高于0.6的CDG填土的适用性。利用该方法确定的不排水强度cu与正应力σn的关系可应用于高饱和度工程渣土快速堆填中的稳定性分析。

基于能量的混凝土单轴受压塑性损伤本构模型

基于不可逆热力学理论及连续介质损伤力学理论,考虑材料的塑性变形与损伤变量之间的耦合关系,认为混凝土材料的塑性Helmholtz自由能与弹性Helmholtz自由能间存在某种内变量函数关系,以此重新定义损伤能量释放率的表达式,并给出内变量函数的具体表达式。参考Weibull分布曲线的形状,建立了损伤能量释放率与损伤变量的关系,推导单轴受压混凝土的损伤演化方程。根据混凝土材料单轴受压下的塑性特征,给出材料塑性变形关系的经验公式,从而建立完整的单轴受压混凝土的塑性损伤本构模型。通过与混凝土的单轴受压试验结果进行对比分析,验证所建模型的有效性,结果表明所建模型能较真实地反映混凝土的非线性行为和损伤演化过程。

节点自适应无网格法在非饱和土瞬态渗流分析中的应用

在雨水入渗土体的过程中,由于湿润锋附近水力特性突变,数值模拟往往存在不收敛或数值振荡现象。为了准确地模拟降雨入渗过程,将无网格法应用于非饱和土水分运移分析。基于无网格节点自适应的思想,提出了非饱和渗流分析节点自适应准则。根据水力梯度判断湿润锋位置,再通过等参单元变换对节点进行加密,最后通过MATLAB编程求解雨水入渗过程中的水头分布。通过比较无网格法静态均匀布点、自适应布点和解析解计算结果,验证了节点自适应无网格法的适用性。结果显示,节点自适应无网格法不仅可以有效地避免因节点间距过大造成的数值振荡现象,而且计算结果更接近解析解。静态均匀布点最大水头的绝对误差约为0.5 m,而节点自适应的水头误差在0.2 m以内。因此,节点自适应无网格法是一种有效的解决渗流分析问题的数值方法。

干砌填充墙框架结构抗侧性能及简化计算

利用拟静力试验结果和有限元结果对干砌填充墙框架结构的受力机理进行分析。在充分考虑并联模型和等效斜支撑模型后,把钢筋混凝土框架及干砌填充墙抗侧力贡献单独分析,研究填充墙内砌块密度、摩擦系数及砌块层数等对结构抗侧力的影响。研究表明:1)平面应力单元及界面单元能够模拟干砌填充墙的受力性能。根据该模型,试验对应工况下,无浆填充墙框架最终失效由框架破坏产生;2)无浆填充墙抗侧力贡献主要源于内部砌块之间的相互摩擦力,且该抗侧力分为恒定段、加强段以及极限承载力3段;3)提出了无浆填充墙抗侧力分段公式并得到了试验及有限元结果的验证。

基础隔震结构参数优化分析

本文采用简化的两质点模型建立基础隔震结构的振动方程,通过分析各质点位移传递函数的幅频特性,提出了隔震层阻尼比及刚度系数的优化方法,并给出了实用的参数计算公式。以某7层框架基础隔震结构为例进行数值仿真分析,结果表明,提出的基础隔震结构参数优化设计方法能同时有效降低主体结构的地震响应及隔震层的层间位移。

基于极点配置算法的黏滞阻尼器优化设计

为克服常用极点配置算法的局限性,提出基于实模态空间解耦的极点配置算法,该算法求得的反馈增益矩阵中位移反馈增益始终为零,符合黏滞阻尼器特性。基于该反馈增益矩阵采用等效最优控制法进行参数优化设计,并提出基于阻尼器耗散能量的位置优化设计方法。在上述研究的基础上给出了黏滞阻尼器优化设计流程,并以某20层实际结构进行数值模拟,分析结果表明,被动控制系统性能与对应主动控制系统的性能相近,达到预期效果,验证该设计流程的有效性与正确性。

一种新型重力式海上风机基础承载特性分析

海上风电机组的基础所处的工作环境特殊,遭受的荷载复杂。现有的基础类型均存在成本高、施工难等问题。因此,急需研究和开发成本低廉、施工简便的海上风机基础形式。本文提出了一种新型重力式海上风机基础的概念设计,基于传统的重力式基础,将预应力锚杆应用于其中,组成一种新型的基础形式:锚杆重力式海上风机基础。采用通用有限元分析软件ABAQUS对此新型基础的承载特性进行了三维有限元数值分析,探讨了锚杆重力式基础在外荷载分量的单独作用下,地基土体的承载特性和破坏机理以及锚杆的主要作用。结果表明,锚杆的存在显著地提高了地基极限承载力并改变了地基破坏形式。这说明了锚杆重力式海上风机基础具有良好的应有前景。

相邻基坑有限宽度土条主动土压力的计算

同步开挖的相邻基坑间有限宽度土条不同于以往的邻近既有建筑基坑的有限土条,其破坏方向未知,破坏形式多样,土条两侧的主动土压力计算不能沿用以往的研究成果来扩展应用。借鉴筒仓受力原理应用于相邻基坑间的土条分析计算,通过力学平衡分析和微分方程求解,得出基坑开挖中两侧均为支护结构的有限宽度土条(砂土和黏性土)的主动土压力计算公式,该公式输入参数少、假设条件少,使用方便。对比朗肯主动土压力计算公式和有限元数值模拟计算结果,该计算公式与有限元模拟计算结果基本一致,在相同深度处计算的土压力远小于朗肯土压力。

图形处理器加速算法在复杂高层结构非线性响应分析中的应用

目前有限元分析软件多基于中央处理器的平台方式构建,在处理复杂高层结构非线性响应分析时暴露出计算耗时多、计算效率低以及对计算硬件要求高等问题。图形处理器由于其硬件构造的先天优势,可以提供十倍乃至上百倍于中央处理器的浮点运算和并行计算性能,因而为高层结构非线性计算所面临的瓶颈问题提供了一个切实可行的解决方法。该文在构建异构并行计算平台的基础上,提出一种适用于图形处理器加速的有限元并行数值计算方法。该方法利用精细化结构分析模型的自由度数据和图形处理器中的线程建立一一对应映射关系,对动力响应的隐式积分算法进行图形处理器线程级的并行化处理,并且结合EBE单元级的优化存储空间机制,降低系统方程组求解时对内存空间的需求。通过对比振动台试验结果对该方法进行验证,并对实际高层钢筋混凝土框筒结构工程进行弹塑性地震响应分析,结果显示该文所提方法在保证模型精度前提下能有效提高大型复杂高层结构非线性响应分析效率。

锚杆关键参数对锚杆重力式海上风机基础承载特性的影响

针对最近提出的锚杆重力式海上风机基础,采用有限元分析软件ABAQUS研究了锚杆的关键参数对此新型基础承载特性的影响。结果表明:增加锚杆数量可以提高基础的承载力并减小单根锚杆的轴力。但是当锚杆数量增加到一定程度时,会使其间距过小,引起地基中应力的叠加,降低锚杆群的承载效率,因此锚杆数量存在上限。基础承载力几乎随锚杆直径的增加呈线性提高,锚杆直径越大对基础稳定越有利,因此在可行的情况下,应尽可能地选用大直径锚杆。锚杆环直径的增大相当于增大了基础抗倾覆力矩的力臂,因此对弯矩承载力是有利的,但由于锚杆群对地基等效刚度的改变,竖向承载力会随着锚杆环直径的增大而先增后减。设计时要综合考虑各个承载力因素,选用合适的锚杆环直径。

拓宽路基变形的流固耦合数值分析

以深圳市水官高速拓宽工程为依托,运用有限元软件ABAQUS对路基拓宽工程中的新老路基之间的差异沉降进行模拟分析,对拓宽路基在修筑阶段及工后运营阶段的变形特性、应力和孔压的变化进行研究,揭示拓宽路基差异沉降的规律和机理。

考虑制造缺陷的大功率LED灯翅片散热性能研究

随着白炽灯逐渐退出历史舞台,人们对于新光源的需求越来越迫切。大功率LED灯因其显著的优点而被人们所重视,但是其散热问题不容小觑。利用CFD计算软件对LED散热系统进行非定常热耦合分析,通过对比有制造缺陷的大功率LED灯在不同工况下的温度分布及外部流场流线分布,进而分析制造缺陷对大功率LED灯翅片散热的影响。