ETFE气枕结构成形设计方法与试验

为研究ETFE气枕结构的成形方式,引入基于找形分析的零应力态三维裁切和基于材料非线性的平面裁切两种设计方法,对比了两种方法的设计过程,并分别分析了两种方法的设计分析过程和力学模型.通过两个ETFE气枕模型充气成形试验和数值模拟,得到了结构的膜面外形和应力分布及其变化规律.结果表明:对于三维裁切成形模型,气枕膜面外形的试验结果与数值模拟最大误差为4 mm,应力的最大值相差0.4 MPa;对于平面裁切成形模型,初次成形时的气枕膜面外形与应力分布的试验与数值相一致,随ETFE材料的徐变,膜面升高、应力减小,矢跨比由1/19增大为1/12.试验与分析验证了本文提出的成形设计方法.     

分阶段成形结构无应力状态控制法基本静力平衡方程研究

为在严格意义上建立普遍适用的分阶段成形结构无应力状态控制法的基本静力平衡方程,基于势能驻值原理,得出了分阶段成形结构无应力状态控制法基本静力平衡方程,方程适用于平面和空间杆单元、梁单元、壳单元、三维实体单元的线性和非线性计算分析.根据方程提出了无应力状态量影响矩阵和广义力的新概念,揭示出在外部边界条件一致的前提下,结构单元的无应力状态量是决定分阶段施工桥梁内力和位移的主要因素,为传统分阶段施工桥梁结构计算静力平衡方程做了补充.最后以分阶段成形平面梁单元结构为实例,验证了所得出的基本方程的可靠性和正确性.     

索穹顶结构初始状态确定与成形过程分析

在研究索穹顶结构的零应力状态、施工初始几何状态基础上,着重分析了索穹顶结构的施工成形过程几何形状和单元内力变化规律,揭示索穹顶结构的初应力产生机理以及施工过程中体系的变化特征.由于索穹顶结构成形过程涉及机构运动和单元内力分析、机构位移和弹性变形耦合,采用常规的有限元方法不能求解,而非线性有限元力法是一种有效的计算方法.结果表明,在索穹顶结构成形过程中,从开始很长时间内所有单元内力均处于较低水平,此时结构是一种机构状态,节点位移主要是刚体位移.当所有索进入工作状态时结构的体系从机构转变为具有一个自应力模态的、可刚化的稳定体系,各单元的内力迅速增大.说明了索穹顶结构的成形过程,也是预应力生成的过程.     

膜结构裁剪设计中的仿真成形及质量评价

改进了传统的膜结构设计过程,即加入了膜结构缝合后模拟成形的过程;利用非线性有限元法,将设计（找形、裁剪）完成的膜结构仿真成形,从理论上检验裁剪膜片仿真成形后的应力状态,提出了裁剪膜片的质量评价标准;对常见的马鞍形膜面和伞形膜面进行了仿真成形分析,考察了结构矢跨比、裁剪宽度以及裁剪方向3个因素对其裁剪质量的影响。结果表明：所得结论能够为膜结构裁剪设计提供参考。     

影响板料冲压成形质量因素的有限元分析

板料在冲压成形过程中经常出现起皱、鼓包及拉裂等缺陷。板料成形过程包括了非常复杂的物理现象, 涉及力学中的几何非线性、物理非线性和边界非线性, 很难用解析法研究。利用大型非线性有限元软件ANSYS/LS -DYNA, 对板料拉深过程进行了数值模拟, 分析了成形后可能发生的缺陷, 讨论了冲压速度、摩擦因数及压边力等因素对板料成形质量的影响。结果表明, 凸模和凹模0 交界处的板料首先变形, 应力及应变最大值出现在凸模圆角部位外侧板料上。板料凸缘增厚量最大, 凹模圆角处板料减薄量最大;凸模与板料间摩擦因数越大, 边缘应力越大, 板料凸缘越不易起皱, 而侧壁应力受凸模与板料间摩擦因数的影响较复杂;适当的增加凸模虚拟模拟速度不但可以提高计算效率, 并且能够保证计算精度。     

张拉成形网格结构成形过程参数分析

为进一步掌握张拉成形网格结构成形性能,根据结构特点,以结构上弦截面、腹杆、刚臂、高跨比、中心环梁等为主要影响参数,通过理论模拟与分析,结合其现场施工方法,就一个100m跨的张拉成形网格结构工程实例,全面研究了各设计参数对结构成形性能的影响,结果表明,上弦截面、刚臂节间数和高跨比是影响结构成形的3个最主要的参数,其余参数对结构成形内力影响不大,适宜的刚臂对结构成形非常有利,并得出了各参数对结构成形的影响特点.     

非对称管件内高压成形的仿真研究

非对称管件内高压成形工艺具有工序少、质量轻、抗弯模量大等优点.为研究非对称管件内高压成形规律,为实际生产提供预测和参考.根据理论公式确定主要工艺参数,借助非线性有限元方法进行仿真分析,研究直线、折线与梯形加载路径对非对称管件成形质量的影响,分析了补料量与整形压力对非对称管件成形质量的影响.结果表明,在内压折线加载路径下,补料量为16.000 mm,整形压力为90 MPa时能获得成形质量较好的管件.非线性有限元数值模拟方法可为非对称管件内高压成形工艺参数提供预测和参考.     

杯形件等温压扭复合成形模具失效分析及改进

为解决7A60铝合金杯形件等温压扭复合成形实验中凹模的早期失效问题,借助DEFORM有限元软件,从工艺特点、应力分布及模具结构等方面详细探讨和分析失效原因,应力集中、冷热循环热应力以及高温模具氧化是导致凹模转角处发生早期破裂的主要原因.基于"未裂先分"的方法对凹模结构进行改进,结果表明:模具改进效果较好,等效应力极值降低30%,有效避免了凹模的应力集中;杯形件成形效果较好,宏观上无明显缺陷,表层金属流线清晰可见.     

拉弯成形的数值分析与工艺优化

介绍了分析拉弯成形的摄动方法。对于横向曲率比较小的双凸工件,将其分成两个区,一个是与模具表面的接触区,另一个是一端受夹钳约束的自由区。假定这两个区的应力-应变状态分量与柱面拉弯成形及均匀拉伸的应力-应变状态分量只相差一个很小的量,建立摄动计算格式,进行变形分析。应用数值模拟软件对不锈钢车体的车顶弯梁的拉弯成形进行了数值模拟与工艺参数优化,消除了成形缺陷,开发出高精度拉弯模具,获得了高质量的成形件。     

球形封头冲压成形弹塑性变形分析

通过对耦几何与物理非线性为一体的圆板力学分析模型的研究，对球形封头冲压成形过程中板料受力和变形进行分析．主要讨论板壳成形过程中的结构性问题，探讨板料塑性变形、板内膜力对应力状态和变形状态的作用以及回弹规律．板料成形过程符合金属等向强化流动理论，并遵循球一锥连接变形模式．当膜力卸除后，周向弹性变形和径向缩短的弹性变形导致回弹。     

体内张拉成形空间网格结构上弦环梁对结构内力影响分析

体内张拉成形空间网格结构是由上弦、下弦、腹杆和侧向连接构件组成,上弦环梁作为体内张拉成形空间网格结构中心的一个重要承荷部分,各个张拉单元与整体张拉成形方案不同,在结构成形结束时,其内力由于批次的不同而必然会产生一定的超前或滞后,采用适当加强的上弦环梁纽带作用,会在一定程度上减弱这种结构内力的不均匀性,本文从结构的实际应用出发,对上弦环梁对结构内力的影响作了较为详尽的分析.     

体内张拉成形空间网格结构受荷过程参数分析

针对体内张拉成形空间网格结构实际工程应用的需要,介绍了体内张拉成形空间网格结构的组成.结合其现场施工方法,以一个100 m跨度的体内张拉成形空间网格结构为实例,在成形分析研究的基础上,通过理论模拟和图表分析,研究了上弦梁截面宽度、截面高度和上弦环梁截面类型及尺寸等参数对结构工作阶段性能的影响,并得出各参数对结构影响的特点.结果表明:上弦梁截面宽度、截面高度是影响结构使用的主要参数。     

体内张拉成形空间网格结构径向迭代找形算法

针对体内张拉成形空间网格结构工程应用需要,在几何位移迭代法的基础上提出了一种仅对跨度方向,即径向坐标迭代计算的简易结构找形方法～径向迭代找形算法,并通过一个80m跨的体内张拉成形空间网格结构实例,对其找形过程特点做了细致的对比分析,结果表明该法找形速度快、迭代计算简单,经过6次迭代,坐标误差的最大绝对值仅为△R=7. 03E--04m, △θ=6. 7E--10°, △Z=0．104m,通常情况下完全可以满足实际施工要求,而且可以确保结构成形分析和受荷分析的连续性和完整性,非常适合于体内张拉成形空间网格结构形态研究。     

一种12个弯角零件两次压弯成形设计

针对各种大型箱体的侧面或底面,以及各种中小型货箱底托类具有12个弯角的多角零件,在分析用多次弯曲、折弯、滚弯成形的工艺特点与存在问题,尤其是与冲压胀形成形原理比较之后,选择基于最基本的一种冲压加工,即弯曲理论与弯曲工艺,利用对称性分布和隔开位置原则,设计了一种仅需经过两道工序便可成形的压弯工艺与模具结构,为多角弯曲件的成形提供了一种新方法.     

预应力混凝土结构承载能力极限状态设计统一公式

提出了预应力筋的两阶段工作原理。并以此为基础,首先建立了无侧限结构ＰＣ受弯构件正截面承载力计算公式;然后指出了现行方法用于有侧限结构ＰＣ受弯构件设计的缺陷,并建立了与无侧限结构相协调的有侧限结构ＰＣ受弯构件正截面承载力计算公式;最后给出了ＰＣ受弯构件斜截面承载力计算公式。从而使承载力计算公式能较好地反映预应力本质,回避了人们普遍感到棘手的预应力引起的次内力的问题,简化了设计,不但实现了ＰＣ静定结构     

土壤—高耸结构相互作用体系的地震反应

本文将基底土壤简化为弹簧—质量模型,其水平及转动的弹簧刚度可等效为具有一定弯曲刚度的弹性杆,与上部结枸共同组成一简化的多质点杆件串联的相互作用体系。对该简化的结构有限元分析模型,利用结构矩阵分析的微机方法,可自动生成结点力与杆端力间的转换矩阵,并由此得到土壤—高耸结构相互作用体系的侧向刚度特性。在此基础上,进行了结构动力特征及地震反应的分析。最后,对计算结果进行了讨论。     

钢管混凝土结构应用范围的扩展

根据钢管混凝土本身固有的特性，它主要适用于轴心受压和小偏心受压，不适用于受弯；用作轴压长柱时，也不能发挥其特性，因而经济效果也不大．为了有效地扩大钢管混凝上的应用范围，作者提出了预应力钢管混凝土．即在钢管混凝土构件中配以高强度预应力部件，施加预应力，以提高构件的承载力．本文介绍了预应力钢管混凝土拱、预应力轴压构件和受弯构件的基本概念、实验结果和经济效益，供设计部门参考和推广．     

网架结构安装应力的影响机理

为研究网架结构杆件安装应力的分布特征，对跨度为4、5、6 m各3个，共9个网架模型进行了安装应力试验测量。为说明安装应力对网架极限承载力的影响，对跨度6 m的试验模型进行了极限承载力试验，并将结果与基于理想弹塑性、马歇尔压杆模型的Abaqus非线性分析结果进行了对比。安装应力测量结果表明：少数杆件安装应力接近甚至超过稳定应力。承载力对比表明：试验承载力比理论承载力下降了17.9%，结构安全储备仅为1.25。安装应力通过破坏结构原有对称性、产生杆件初弯曲、促使压杆提前失稳等方式影响网架结构性能，危害网架结构的安全。网架设计特别是满应力设计应当充分考虑安装应力的不利影响。     

锅炉弯管缠绕式冷弯成形工艺及其回弹的数值模拟

建立了锅炉弯管缠绕式冷弯成形的有限元数值模拟模型,对管子绕弯成形工艺的预压变形补偿、缠绕弯曲成形和释放模具后的回弹三个阶段进行了系列全面的模拟计算.分析得到了管子弯曲后的应力及塑性应变分布特点,管子弯曲椭圆度和减薄率随着顶镦力和预压量等不同弯制参数的变化规律,管子壁厚对弯曲成形质量的影响,管子弯曲成形的回弹特性等.研究表明:弯曲应力主要集中在弯曲起弯段;对于一定的管子规格存在顶镦力的一个最优值,使得管子的弯曲质量最为理想;相对壁厚大的管子弯曲质量较好;管子回弹角约为0.05rad,相对壁厚对其无明显影响.     

混凝土受弯构件经FRP加固后正截面承载力计算

根据用不同纤维材料(布、板)加固的钢筋混凝土受弯构件的大量试验结果,对其失效形式、承载力极限标志、界限判别进行了讨论．基于目前常用纤维具有相似的力学性能,根据平截面假设和极限平衡原理,列出了适用于各种纤维加固后钢筋混凝土构件的正截面受弯极限承载力计算的统一公式,其计算结果与国内外50余件受弯构件的试验结果吻合较好．还对该类加固构件承载力设计值进行了讨论,供工程设计及有关规程编制参考．