内压下含局部减薄等径三通极限载荷的数值分析

采用弹塑性有限元方法,分析并验证了内压下无缺陷等径三通的塑性极限载荷,同时针对含局部减薄等径三通,系统地分析了局部减薄的尺寸、位置等因素对等径三通的塑性极限载荷的影响,得到了局部减薄对等径三通塑性极限载荷的影响规律,并分析了几种含局部减薄等径三通塑性破坏的典型失效模式。研究结果可为含局部减薄等径三通结构设计和安全评定提供理论依据和数值参考。     

面外弯矩下含局部减薄缺陷三通的塑性极限载荷分析

采用弹塑性有限元方法,计算分析并验证了面外弯矩下无缺陷等径三通的塑性极限载荷,同时针对含局部减薄缺陷等径三通,系统地分析了局部减薄缺陷的尺寸、位置等因素对等径三通的塑性极限载荷的影响,得到了局部减薄对等径三通塑性极限载荷的影响规律,并分析了含局部减薄等径三通在面外弯矩下的典型失效模式,研究结果可为含局部减薄缺陷等径三通结构设计和安全评定提供理论依据。     

含体型缺陷管系结构的上限极限分析

管系结构通常承受内压、温度等载荷的共同作用，通过对其进行塑性极限分析，可以估计结构的承载能力。本文首先对工程中的一管系结构进行一维弹性分析，然后根据分析结果对管系中应力较大的位置进行三维极限分析，从而估计管系的整体承载能力。本文提出了一种直接迭代算法来求解三维结构的上限极限载荷。调查了四种不同类型的缺陷对管道上限极限载荷的影响，并研究了温度载荷作用下，不同类型缺陷对应的失效模式。     

含纵向裂纹斜接弯管在内压作用下极限载荷的研究

应用三维有限元方法分析在内压作用下含纵向裂纹斜接弯管的极限载荷。采用数值模拟的方法,研究含裂纹结构的极限承载能力。创建了斜接弯管及纵向裂纹的有限元模型,对内压作用下影响这种含缺陷结构极限载荷的因素进行了研究,分析了弯管形状参数、裂纹形状参数对结构极限载荷的影响。经总结含纵向裂纹斜接弯管的极限载荷随形状参数的变化规律,可知:各形状参数存在临界值,超过该值结构的极限载荷会显著下降。     

深水管道在动力载荷作用下的局部压溃特性研究

管道在深水环境中易遭受外压和动力载荷的联合作用,该状态下结构的局部压溃特性还有待与深入探索。建立了管道数值模型,模拟结构屈曲过程并得到临界动力载荷幅值;对影响管道局部屈曲的动力载荷频率、外压大小、管道长度、初始椭圆度缺陷等敏感性因素进行了分析。结果表明,管道截面壳振动使管道承载能力下降是诱发局部压溃的主因,动力载荷对管道的危害大于静力载荷,动力载荷频率接近于截面壳振动频率最易引发局部压溃,管道长度降低可以大大降低动力作用下局部压溃的可能性。     

静水压下含缺陷中厚复合材料圆柱耐压壳的极限强度

为探究静水压下含缺陷中厚复合材料圆柱耐压壳的极限强度，以湿法缠绕工艺制备中厚玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)圆柱耐压壳结构模型，对其初挠度进行测试，并开展静水压破坏试验，分析了结构的极限承载能力、应变响应和破坏模式。基于实测初挠度及破坏模式，建立含缺陷复合材料圆柱壳的非线性分析有限元模型，同时考虑壳体几何缺陷及承压过程中的复合材料面内损伤，编制ABAQUS接口子程序USDFLD，对模型的损伤过程进行数值模拟，获得静水压下含缺陷中厚复合材料圆柱壳的渐进失效过程，并与试验结果对比验证。研究表明：在静水压下中厚GFRP圆柱壳结构在破坏前载荷几乎呈线性增加，最终破坏模式为材料的压缩破坏，整体屈曲破坏模式不明显。考虑结构的几何缺陷和材料损伤演化后，采用非线性有限元模拟得到的壳体极限强度与试验结果吻合良好，可以作为预测含缺陷中厚复合材料圆柱壳极限强度的方法。采用该方法对影响中厚复合材料圆柱耐压壳极限强度的关键参数进行了研究，为深海复合材料耐压壳的研究设计提供参考。     

预加氢单元管道弯头破裂原因

某石化公司催化重整装置预加氢单元管道弯头发生了破裂。采用宏观观察、壁厚测量、化学成分分析、力学性能试验、金相检验、断口形貌分析、X射线衍射分析及厚度计算等方法对弯头的破裂原因进行了分析。结果表明:该预加氢单元弯头在酸性HCl-H_2S-NH_3-H_2O腐蚀环境下,不仅发生环境腐蚀,亦受到物料及脱落腐蚀产物冲刷,腐蚀与冲刷相互促进,造成弯头外弧侧壁厚减薄严重,最终导致该部位承压能力不足而出现局部破裂。     

面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性影响分析

面芯脱粘是复合材料夹芯结构常见的损伤形式。本工作综合考虑面芯界面损伤演化、分层屈曲以及分层扩展的耦合作用,建立了深水静压载荷下复合材料夹芯圆柱壳极限承载能力预报方法。基于非线性极限载荷计算方法,通过预制初始缺陷,开展了含面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳屈曲特性分析,揭示了典型面芯脱粘缺陷对复合材料夹芯圆柱壳失效模式及极限承载的影响机理,得到不同面芯脱粘形式、脱粘尺寸、脱粘位置的影响规律。研究发现,随贯穿面芯脱粘长度增加,结构失效模式发生整体屈曲→混合屈曲→局部屈曲演化;外蒙皮/芯层面芯脱粘对含环向贯穿面芯脱粘复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高,内蒙皮/芯层界面脱粘对含纵向贯穿面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳极限承载敏感度更高;对于多个局部圆形面芯脱粘,沿纵向分布越集中、沿环向分布越离散,结构极限承载损失率越高。研究成果对面芯脱粘缺陷复合材料夹芯圆柱壳的优化设计与可靠性评估具有很好的指导意义。     

钛合金蜂窝壁板楔形件静强度测试及失效模式分析

钛合金蜂窝壁板结构具有质量轻、比强度和比刚度高、消音、隔热、减振以及抗冲击等优异性能,在航空航天等领域广泛使用。本工作针对全高度钛合金蜂窝结构典型楔形件,开展了静强度和失效模式研究,并分析了两种典型缺陷对全高度钛合金蜂窝结构的承载能力及失效模式的影响。结果表明:(1)在67%设计载荷(限制载荷)作用下,无缺陷、含单处缺陷和含两处缺陷的L向和W向钛合金蜂窝楔形试验件均未发生破坏,钛合金蜂窝结构承载能力较强。(2)等效面积Φ45 mm的单处缺陷对钛合金蜂窝楔形试验件静强度和破坏模式影响较小。(3)等效面积Φ30mm的两处缺陷对钛合金蜂窝楔形试验件静强度影响显著,承载载荷下降明显,易发生板芯界面分离破坏。(4) L向无缺陷、含单处缺陷和含两处缺陷钛合金蜂窝楔形试验件的静强度破坏载荷均大于W向钛合金蜂窝楔形试验件对应结果,建议实际构件时采用蜂窝方向为L向的钛合金蜂窝结构形式。     

钻孔分层损伤对复合材料层合孔板压缩力学行为的影响

钻孔分层损伤对复合材料层合孔板的承载能力和失效模式有着显著的影响。通过实验和仿真相结合的方式,开展单一预制分层缺陷下、双分层缺陷同侧耦合及双分层缺陷异侧耦合作用下复合材料层合孔板的压缩承载能力及失效模式的研究。通过预埋聚四氟乙烯薄膜,制备了含单一圆形预制分层缺陷的碳纤维增强树脂复合材料开孔板试件,采用浸没式超声C扫和数字图像DIC技术分别对复合材料层合板损伤和法向变形进行检测,研究含不同尺寸预制分层开孔层合板在压缩载荷下的分层扩展及失效变形特征,进而揭示分层缺陷大小对其承载能力的影响机制。构建基于内聚力单元方法的含孔复合材料层合板数值模型,对比实验修正模型,探索了单一预制分层缺陷下碳纤维增强树脂复合材料开孔板的损伤扩展机制,并在此模型基础上开展双分层缺陷耦合作用下复合材料开孔板在压缩载荷作用下的屈曲变形、分层扩展和承载能力的数值预测和分析。实验结果表明：含单一圆形预制分层缺陷的碳纤维增强环氧树脂复合材料开孔层合板试件呈现出初始受压、局部屈曲、整体屈曲后破坏的失效模式,预制分层缺陷对复合材料孔板压缩力学性能有显著影响,随着缺陷的增大压缩承载能力逐渐下降。双分层缺陷耦合作用数值分析表明：双...     

钢管混凝土哑铃形偏压长柱极限承载力研究

以长细比和偏心率为参数,进行了共16根钢管混凝土哑铃形偏压柱的试验。介绍了试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-变形曲线、极限承载力等进行了分析。试验结果表明:钢管混凝土哑铃形偏压长柱属整体破坏,其极限承载能力和弹塑性阶段的切向刚度随着构件长细比和偏心率的增加而降低。建立了有限元模型,对哑铃形偏压长柱进行了受力全过程和极限承载力分析。分析表明:长细比和偏心率两个参数对钢管混凝土哑铃形偏压柱极限承载力的影响基本上是独立的,可以采用分项系数相乘来考虑二者的共同影响。稳定系数的计算公式可采取与哑铃形轴压长柱相同的计算公式。偏心率折减系数可采用本文通过对试验数据和有限元计算数据的回归拟合出的计算公式。     

大宽厚比H形截面轴压构件极限承载力直接强度法研究

利用ANSYS有限元程序对大宽厚比H形截面轴压构件的极限承载力进行了非线性有限元分析。分析中考虑了材料非线性和初始几何缺陷的影响,通过变化构件尺寸、材料屈服强度等参数,对共计44个构件进行了分析。应用新兴的直接强度法和传统的有效截面法对构件的极限承载力进行了计算。结果显示:有限元计算结果与直接强度法计算结果及有效截面法计算结果比值的平均值分别为1.039和1.098。与直接强度法相比,有效截面法计算过程较繁琐,且结果略显保守。直接强度法起源于单轴对称截面冷弯薄壁型钢结构构件的承载力计算,分析表明用其对大宽厚比H形截面柱的极限承载力进行计算是可行的。     

An analytical solution for the large deflections of a slender sandwich beam with a metallic foam core under transverse loading by a flat punch

The large deflections of slender ultralight sandwich beams with a metallic foam core are studied under transverse loading by a flat punch, in which interaction of bending and stretching induced by large deflections is considered. Firstly, a unified yield criterion for metallic sandwich structures considering the effect of core strength is proposed, which is valid for metallic sandwich cross-sections with various core strengths and geometries. This can reduce to the yield criterion for a solid monolithic cross-section and the classical yield criterion for sandwich cross-sections with a weak core, respectively. Then, analytical solutions for the large deflections of fully clamped and simply supported metallic foam core sandwich beams are derived under transverse loading by a flat punch, respectively. Comparisons of the present solutions with experimental results are presented and good agreements are found. The effects of the core strength, the size of loading punch and the boundary conditions on the structural response of sandwich beams are discussed in detail. It is shown that the axial stretching induced by large deflections has significant effect on the load-carrying and energy absorption capacities of sandwich structures in the post-yield regime, and the load-carrying and plastic energy absorption capacities of metallic foam core sandwich beams may be underestimated as the core strength is neglected in analysis, especially for the sandwich beams with a strong core.     

竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥极限承载能力与失效模式分析

提出采用塑性极限分析法研究竖向荷载作用下大跨飘浮体系斜拉桥的极限承载力和失效模式。基于塑性极限分析的相关假定并结合基本机构证明了该方法应用于斜拉桥失效分析的可行性,结合飘浮体系单塔斜拉桥推导了极限承载力计算公式并分析对应的失效模式,通过优化方法-内点法获得斜拉桥塑性极限荷载及其对应失效模式,并与OpenSEES有限元分析结果进行了对比分析。结果表明:竖向荷载作用下,主梁在拉索屈服强度较小时为整体性破坏,反之则为局部性破坏;相比拉索而言,主梁屈服强度对斜拉桥破坏的影响则正相反;拉索锈蚀在降低斜拉桥极限载荷系数的同时也改变其倒塌失效模式;相比于有限元法,塑性极限分析法简便且易操作,可用于研究竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥的极限承载能力与失效模式,且能够快速有效评估结构参数变化对其失效行为的影响。     

矩形冷弯型钢钢管混凝土柱的力学性能研究

进行了8个冷弯型钢钢管混凝土构件的试验,表明其具有良好的力学性能。在确定组成矩形冷弯型钢钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值解法对其轴压、纯弯和压弯构件的荷载-变形关系进行了全过程分析,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上,提供了轴压、纯弯和压弯构件承载力的实用计算方法。     

Dynamic plastic response of a circular plate based on unified strength theory

The study and design of structures under dynamic loads require a knowledge of the plastic response and deformation behavior under impact loading. The calculations of dynamic plastic response of structures are useful for the design and investigation of colliding vehicle, engine and various impacting structures. The unified solutions of dynamic plastic load-carrying capacities, moment fields and velocity fields of a simply supported circular plate are introduced. The strength is different in tension and compression and the effect on the yield criteria is taken into account by using the unified strength theory. Upper bound and lower bound plastic responses of the plate, under moderate partial uniformly distributed impulsive loading, are obtained. The static and kinematical admissibility of the dynamic plastic solutions are discussed. The unified solutions of the static plastic load-carrying capacities, moment fields and velocity fields of a simply supported circular plate are also obtained according to the dynamic solutions in this paper. The solutions are suitable for many materials with or without different strengths in tension and compression and the effect of intermediate principal stress.The solutions based on the Tresca, the von Mises, the Mohr–Coulomb theory, and the twin-shear strength theory, as well as the unified yield criterion, are all the special cases of the unified solutions. The influences of the coefficient of failure criteria, b, and tension-compression strength ratio, α, on the dynamic and static solutions, are investigated. It is shown that the effects of different strengths in tension and compression and yield criteria on the dynamic load-carrying capacity are greater than in the static plastic limit state.     

粘结MoS2基钼固体润滑膜的抗承载能力和耐速度性能研究

为了探讨粘结MoS2基固体润滑膜在干摩擦条件下的抗承载能力和耐速度性能,使用国产的环一块摩擦磨损试验机在干摩擦下对粘结MoS2基固体润滑膜在不同载荷和不同速度试验条件下的摩擦磨损性能进行了研究.试验结果表明:粘结MoS2基固体润滑膜的承载能力有高达2100N,在0.512～3.84m/s的滑动速度范围内具有良好的抗磨减摩性能.对转移膜的研究结果表明高载高速试验条件有利于促进对偶表面生成高质量的转移膜.粘结MoS2基固体润滑膜具有良好的抗承载能力和耐速度性能的机理应归结于在摩擦过程中对偶表面高质量转移膜的生成.     

THE EFFECT OF MISALIGNMENT ON THE FATIGUE STRENGTH OF WELDED CRUCIFORM JOINTS

Abstract— The effect of axial misalignment on the fatigue strength of load-carrying transverse cruciform welded joints was investigated using experimental and fracture mechanics methods. Where failure occurred by cracking from the weld toe, misalignment significantly reduced the fatigue strength. The reduction could be predicted using a nominal stress concentration factor (SCF). Misalignment had less effect where failure was due to cracking through the weld metal; an expression was deduced for the SCF in this case. For fracture mechanics assessments, an expression for an effective stress intensity factor using the SCF and stress intensity factors for aligned welds was shown to agree with the finite element (FE) results. Predictions of the effect of misalignment using the FE results agreed with experimental data. Misaligned transverse load-carrying cruciform joints should be assessed for fatigue failure from the toe using the same SCF as for a butt weld with the same misalignment. For failure through the throat, an alternative expression for the SCF is recommended. Fracture mechanics assessments of misaligned joints should be carried out using an effective stress intensity factor derived from the SCF and stress intensity factors for aligned joints. These recommendations are now incorporated in British Standard PD 6493:1991.     

普通钢板墙柱型剪切耗能装置抗震性能研究

提出了一种上、下由普通钢板焊接的刚度较大的约束板、中部核心耗能区段由退火热处理后的普通钢板制作的墙柱型剪切耗能装置。完成了不同加劲肋方式的8个足尺试件的拟静力试验,并从滞回曲线、承载力、延性等方面分析耗能装置的抗震性能。研究表明:该装置具有初始刚度大、承载力高和耗能性能优良等特点;改变中间耗能区段上的加劲肋方式和尺寸,有助于改善钢板剪力墙的承载力和刚度,延缓并减轻滞回曲线中的“捏缩效应”;当耗能装置丧失承载力,大多会出现中部耗能区段的局部小区格内钢板疲劳开裂、中部耗能板整体出现面外屈曲失稳、板角焊缝被撕裂等现象。     

基于综合管廊功能极限状态的接口转角限值研究

针对地下综合管廊受邻近工程施工扰动时的功能完整性问题,基于管廊接口附近节段发生刚体转动假定,针对典型综合管廊接口止水失效模式建立了管廊接口转角与细部尺寸的几何关系式,初步探究不同横截面尺寸管廊在正常使用极限状态下接口止水失效所对应的管廊接口转角限值。以廊内管线极限拉伸和压缩应变量为依据,给出管廊内不同直径的管线达到承载能力极限状态时所对应的管廊转角限值。分析结果表明:管廊接口止水失效对应的转角限值与接口密封形式及管廊横截面几何尺寸有关;廊内管线破坏时的管廊接口转角限值主要受管廊横截面宽度和管线直径影响;当管廊横截面宽度小于10 m、廊内管线直径小于公称直径DN500时,管廊接口止水失效对管廊功能完整性能起控制作用;当管廊截面宽度大于10 m且内部管线直径大于DN500管径,廊内管线破坏先于管廊接口止水失效。综合考虑管廊接口止水失效和廊内管线破坏两种失效模式所给出的管廊接口转角限值,可为管廊接口防水及结构安全设计提供参考。