火灾环境下钢结构响应行为的FDS-ABAQUS热力耦合方法研究

火灾环境下钢结构热力耦合分析普遍采用ISO834标准升温曲线（或火灾升温经验公式）描述结构的升温过程,然而这种方法并不能准确描述真实火灾环境下结构的升温过程。为了分析钢结构在真实火灾温度场下的热响应行为,该文以整体结构作为研究对象,提出了基于FDS和ABAQUS的火-热-结构耦合分析方法。该方法通过创建FDS-ABAQUS耦合接口,将FDS模拟得到的火灾动态温度场数据传输到有限元软件ABAQUS中,使用ABAQUS对整体结构进行热力耦合计算,得到整体结构在特定火灾场景下的力学响应特性。案例分析表明,该文创建的耦合方法可将FDS模拟得到的温度场数据传输到ABAQUS模型,分析结果显示传输温度场数据最大误差为2.18%;模拟整体结构热响应行为时考虑不均匀热膨胀引起的内力,模拟结果更接近真实火灾场景下的力学响应。     

基于真实组织的模拟技术在热障涂层热导率预测中的应用探索

孔隙结构是影响涂层热导率的关键因素,采用激光脉冲法对2种工艺参数制备的YSZ热障涂层的热导率进行测试,并利用面向对象有限元分析技术(OOF)研究热障涂层微观结构对热导率的影响,探讨该技术在热障涂层隔热性能研究中应用的可行性和影响因素.结果 表明:基于真实涂层组织结构的热导率预测计算结果会受到模拟过程中的边界条件、网格划分方法的影响,通过边界条件的优化,可以获得与真实热导率接近的结果;采用第三类网格进行计算,且采用自由换热传热模型获得的计算热导率更接近于实测值.在工程实践中基于涂层应用工况和性能需求,可采用基于真实组织结构的模拟技术进行涂层材料和工艺的优化.     

RC 隔震框架缩减自由度子结构耦合混合试验研究

本文提出基于 GPU 并行计算、缩减自由度及考虑隔震支座非线性耦合力学特性的隔震结构混合试验模拟方法,准确地评估地震作用下隔震层橡胶隔震支座与上部结构耦合的真实响应特点。通过数值模拟的方法对上部结构各楼层的恢复力性能进行分析,将上部结构简化为非线性 MDOF 剪切模型;结合隔震支座的拟静力试验建立考虑非线性耦合的隔震支座模型,得到该结构的缩减自由度子结构耦合混合试验数值模型,通过橡胶隔震支座的动力试验和子结构交互计算进行不同地震作用下 RC 隔震框架的混合模拟试验研究。试验结果表明：10 层 RC 隔震结构的混合试验中,隔震层变形与数值模拟计算结果吻合较好,利用混合试验方法对结构自由度进行缩减,既能较好地还原上部结构的动力特性,也能得到橡胶隔震支座在地震作用下的真实响应,且保证了较好的分析速度和精度。     

远场水下爆炸结构动态响应的数值模拟方法研究

远场水下爆炸载荷作用下结构动态响应的数值模拟方法的研究一直是国内外专家关注的热点。针对远场爆炸中冲击波传播的消散过程,将爆炸冲击波载荷直接加载于结构附近的水域面,基于DAA和Taylor板理论,提出简化的改进数值计算方法。采用有限元软件模拟水下爆炸的冲击波传播,通过与经验公式对比,表明只有当水域网格较小时,才能比较真实的模拟冲击波传播过程。最后通过文献中的实验验证了改进方法的准确性,该方法可有效的分析远场水下爆炸下结构的非线性动力高频响应。     

基于微观结构的WC-Co硬质合金硬度预报模型EI北大核心CSCD

采用"随机法"构建了考虑WC-Co硬质合金的Co相体积分数、晶粒平均粒径分布、晶粒形心分布以及晶粒取向角分布的微观结构模型,结合显微压痕实验的有限元模拟,提出一种基于材料微观结构的硬度预报模型。结果表明:"随机法"构建的微观结构模型较好地反映了材料的真实细观结构特征;材料的硬度受微观结构的影响较大,其中以Co相体积分数和晶粒平均粒径分布最为显著。模拟结果与实验结果吻合较好,从而证明了提出的模型能够准确地预报WC-Co硬质合金的硬度。     

基于微观结构的WC-Co硬质合金硬度预报模型

采用"随机法"构建了考虑WC-Co硬质合金的Co相体积分数、晶粒平均粒径分布、晶粒形心分布以及晶粒取向角分布的微观结构模型,结合显微压痕实验的有限元模拟,提出一种基于材料微观结构的硬度预报模型。结果表明:"随机法"构建的微观结构模型较好地反映了材料的真实细观结构特征;材料的硬度受微观结构的影响较大,其中以Co相体积分数和晶粒平均粒径分布最为显著。模拟结果与实验结果吻合较好,从而证明了提出的模型能够准确地预报WC-Co硬质合金的硬度。     

大跨高耸柔性结构的风致振动

我国的改革开放政策带来了大跨度桥梁和高耸结构建设的高潮。随着结构跨度和高度的增大,风对这些柔性结构的作用就不限于静力风荷载,而必须考虑各种风致振动问题,以及由此引起的动力风效应。 国际风工程界对结构风效应的研究已着重于非线性风致振动的精细化,结构气动参数的精确识别以及为风洞试验所需的紊流风场的真实模拟。结构抗风设计也正从确定性方式向基于可靠性理论的概率性评价过渡。 为了使我国结构风工程领域的研究全面赶上世界先进水平,并为解决进入21世纪的特大跨度桥梁和超高层建筑中的风工程问题作好准备,本文提出了一些迫切需要进行的研究热点。     

水下近场爆炸冲击波与射流载荷联合作用分析方法

针对舰船水下近场爆炸,提出综合考虑冲击波载荷与射流载荷的分析方法。对水下近场爆炸气泡脉动过程进行数值模拟,建立射流冲击计算模型,进而简化射流载荷,在冲击波阶段流固耦合模拟结束后自动添加射流载荷,形成完整水下近场爆炸过程的计算流程。建立舷侧板架结构有限元模型,采用MSC.Dytran软件进行流固耦合数值模拟验证方法的可行性。该方法综合考虑冲击波与射流载荷对结构作用,能较真实模拟水下近场爆炸过程,具有一定工程意义及参考价值。     

典型壁板连接件DFR值试验测定

典型结构DFR值是DFR方法的基础和应用前提,试验测定则是获取DFR值的有效方法之一。外翼壁板与带板连接部位是某型飞机重要的疲劳关键件,为评价该部位的疲劳性能,采用两种模拟试件进行等幅载荷下结构DFR值的测定试验,针对军机DFR定义,给出了该部位的DFR值测定结果。分析表明,类似的复杂多钉连接件采用多细节试件能够更好地模拟真实结构的几何特征与受载情况。测定所得DFR值为类似结构的疲劳分析提供了基准值,具有重要的工程应用价值。     

国家地震紧急救援训练基地地震废墟结构设计与爆炸成型研究

国家地震紧急救援基地是为了满足实战要求,为地震救援人员提供一个真实的救援训练环境而建立的。其中地震训练废墟是国家地震紧急救援训练基地的核心内容之一。本文给出了地震废墟构筑物A段（板柱结构）的爆炸成型设计流程,对废墟A段进行了原型结构设计和爆炸方案设计。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了该结构的三维有限元实体模型,对其爆炸成型过程进行了仿真分析。通过模拟仿真研究预演了结构爆炸倒塌全过程,得到结构的倒塌型态;并通过爆炸倒塌模拟研究,对原型结构设计的合理性和可行性进行了验证,并对原型结构设计和爆炸成型设计提供了有益的指导。     

基于MAT96本构模型的钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了基于MAT96本构模型的钢筋混凝土结构爆破拆除过程。混凝土实体单元的单轴压缩模拟试验表明,材料的峰值抗拉强度为2.4 MPa,抗压强度为30.0 MPa,无围压压缩强度约为拉伸强度的12倍;在三轴压缩模拟试验中,随着围压升高,混凝土的抗压强度显著增加、变形显著增大,其模拟结果与真实混凝土试验相近。基于MAT96本构关系的混凝土试件在拉伸模拟试验中呈现的是混凝土的劈裂破坏,而压缩呈现的是对角线破坏,类似于混凝土材料实验室破坏模式,验证了MAT96材料本构关系与混凝土吻合较好。结合整体式建模模拟钢筋混凝土结构爆破拆除倒塌过程,基于计算结果,分析了建筑物在倒塌过程中的前冲、后坐、鼓胀等问题,并对整个倒塌过程做出了定量描述。通过与工程实践相对比,得知模拟结果较符合实际情况,对钢筋混凝土结构建筑物的拆除爆破工程具有指导意义。     

基于CT的准脆性材料三维结构重建及应用研究

准脆性材料的结构及其细观组分的力学性质决定了材料的力学性质及破裂机制,在数值模型中尽可能准确的考虑材料的真实结构已成为了数值计算与数值模拟发展的一种趋势。该文以混凝土为研究对象,借助于先进的CT技术获取混凝土内部结构切片图像,利用数字图像处理技术实现了基于CT图像的混凝土材料结构的识别和表征,并针对CT图像具有颜色亮度不均并呈环状分布的特点,提出了环状分区与分割阈值自动识别相结合的CT图像分割算法;在此基础上,建立了基于位图矢量化理论的三维实体材料结构模型的重建方法和三维网格化材料结构模型重建方法,并将三维网格化方法建立的材料结构模型与三维岩石破裂过程分析系统RFPA3D结合进行了初步应用,对混凝土单轴压缩破裂过程进行了数值模拟。通过数值试验与物理实验结果对比发现,考虑混凝土骨料真实分布的数值实验结果与物理实验具有一定可比性,数值试验结果从得到的力学参数和破裂模式方面比较接近于物理实验结果,为深入研究混凝土、岩石、复合材料等力学特征提供了一种可行的研究思路。     

砌体结构地震倒塌过程的仿真程序开发

为完善砌体结构的抗震设计方法,需要在有限的试验数据的基础上,借助可维护的仿真分析程序,研究其地震倒塌过程的机理.基于离散单元法(Discrete Element Method,DEM),编制了模拟砌体结构地震倒塌过程的计算模块.按照面向对象的思想,对计算过程所需的大量数据进行了分割、抽象和封装,使数据结构和被模拟的真实结构之间保持了良好的逻辑对应.通过消息传递的方式.实现了求解过程的并行化.在保持数据结构一致的基础上,使用图形标准OpenGL(Open Graphic Library)编制了三维动态图形模块.通过以上工作开发了完整、可维护的程序,并对砌体结构模型的振动台倒塌试验进行了仿真分析.结果说明该程序能够完成强地震作用下砌体结构空间倒塌反应的定量分析,可用于探讨结构倒塌机理.     

混凝土结构抗震设计方案初探

地震是一种自然现象,但是它对人类的生命和财产造成了巨大的损失。为了尽量减少地震对人类带来的损失,一个很重要的方面就是工程结构的抗震。虽然目前我们可以对地震的作用进行很多的数值分析和计算,但是地震本身受很多因素的影响。因此在进行抗震设计的时候,正确的概念设计比数值计算更重要。概念设计是根据结构经历真实的地震考验的经验总结或大型地震模拟试验的分析结果而建立起来的,有些规律是目前的理论分析或理论计算所难以解释或难以准确计算的。     

基于混合单元建模的复合板热诱导结构振动研究

针对复合板的热诱导结构振动问题，提出一种新的混合单元计算模型，将三维和二维单元组成混合单元，利用不同类型单元体现复合结构中不同的材料特性，实现对真实复合结构物理特征的高精度模拟。在此基础上基于虚功原理建立了三维形式的复合板瞬态热弹性动力学方程，利用该方法对空间大尺度复合薄板的热诱导扰动进行研究。仿真结果表明，结构固有频率和热容是决定热诱导振动发生的主要内囚，对于一些刚度较大的空间复合薄板，由于空间约束环境弱，整体频率低易发生热诱导结构振动。本研究对于空间大尺度复合平板结构的工程设计具有一定的参考价值。     

高性能聚合物聚氨酯酰亚胺的结构和性能的分子模拟

用分子模拟技术系统地模拟了聚氨酯酰亚胺的结构和性能,模拟结果的可靠性通过所得模拟密度与实验值是否相符加以判断,非晶型结构的可靠性通过4种有效判据加以证实。     

地震模拟振动台试验模型相似设计中的材料弹性模量取值问题研究

为了提高结构地震模拟振动台试验的精度,采用实常用模型材料的力学性能试验与规范计算理论分析相结合的方式,对混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟振动台试验模型相似关系设计中的材料弹性模量取值方法进行了系统研究,推荐了混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟相似关系设计中材料弹性模量的合理取值方法。试验与分析结果表明：模型材料弹性模量的试验值与原型材料弹性模量的规范值可能会存在较大差异,造成模型相似关系中的模型与原型弹性模量比过小,使振动台试验结果失真。因此,当混凝土结构振动台试验模型采用微粒混凝土或砂浆材料浇筑时,模型材料与原型混凝土材料的弹性模型应统一采用规范提供的拟合公式根据材料立方体抗压强度计算得到;当砌体结构振动台试验模型采用小型混凝土砌块制作时,模型材料弹性模量应采用规范拟合公式由材料试验确定的砌体抗压强度设计值计算得到;钢结构地震模拟相似关系中的弹性模量比可采用1.0。以上结论可为不同结构地震模拟振动台试验的模型相似关系设计提供理论依据。     

玻璃成分-结构-性质的“基因结构”模拟法

介绍了一种基于玻璃结构性质而建立的玻璃成分(C)-结构(S)-性能(P)的统计模拟方法。分析了常用的成分-性质(C-P)模拟法的局限性以及结构-性质(S-P)模拟法的特点, 并利用磷酸盐激光钕玻璃化学稳定性改良实验比较了C-P与S-P模型的差异, 表明对于组分微调设计, 结构模拟可以给出更好的模拟结果。叙述了C-S-P模型的建模步骤, 通过模拟案例演示了使用C-S与S-P模型反演玻璃成分的具体过程。除常规性质外, C-S-P模拟法还可以对玻璃的光谱激光性质及化学性质等C-P模型难以准确模拟的性质进行预测和模拟。目的是探索一种对玻璃设计普遍适用的, 可以为新型玻璃的研发和玻璃工业生产提供高效、准确设计的便捷模拟方法。     

基于FEM/BEM法的模拟舱室结构声辐射仿真与试验

针对机舱结构辐射噪声问题,基于有限元/边界元法,对模拟舱室结构进行辐射声场仿真与试验。首先建立模拟舱室结构的有限元模型,对模拟舱室结构进行模态试验,将仿真计算与模态试验进行对比,验证了有限元模型的正确性。然后进行模拟舱室结构的声辐射试验,得到模拟舱室结构内部的声压频响特性。最后在ANSYS中对模拟舱室结构进行瞬态响应计算,将结构受节点力激励的响应导入Virtual Lab中,采用间接边界元法计算空腔结构内部的辐射声场。仿真与试验有较好的一致性,表明该方法是正确、可行的。     

考虑成形历史的双相钢薄壁结构轴向冲击试验与仿真研究

金属板料塑性成形过程中局部厚度和力学属性将发生变化,进而影响成形结构的最终物理性能。针对双相钢DP590材料,以点焊连接闭口帽型薄壁结构为例,利用落锤冲击试验装置研究了冲压成形条件对结构轴向冲击变形行为的影响,并对该成形—冲击过程进行了数值模拟。试验结果表明:冲压成形构件冲击变形模式为非稳定的混合渐进—欧拉屈曲模式,且随成形压边力增加,构件冲击失稳现象加剧。相应仿真过程发现,引入冲压成形历史信息后,冲击仿真可较为真实地复现物理测试结果,为确保前期冲压成形仿真结果的可靠性,宜采用能够反应三维应力状态的七参数壳单元。