30m望远镜宽视场光谱仪支撑结构选型研究

针对30 m望远镜宽视场光谱承载能力与轻量化程度低的问题,对于已有的桁架支撑结构方案,提出了宽视场光谱仪板壳支撑结构方案。建立了两者的有限元模型,分别从质量、变形、应力与基频等方面对铟钢桁架和铟钢板壳结构性能进行了评价,利用等刚度理论确定了碳纤维复合材料板壳结构的构件厚度,并与铟钢板壳结构的性能进行了对比。研究结果表明:碳纤维复合材料板壳支撑主结构质量为1.93 t,最大相对位移为0.286 mm,最大应力为30.94 MPa,基频为7.98 Hz,均满足设计要求,是宽视场光谱仪支撑结构的理想形式,对大口径望远镜光学仪器支撑结构选型与设计具有指导意义。     

带肋圆形截面钢桥墩的延性性能预测

为了解带肋圆形截面钢桥墩在承受轴向压力和水平往复荷载作用下的无量纲化极限承载力和延性性能,通过与既有试验结果对比,确定所采用的有限元建模方法和修正双曲面钢材本构模型的准确性.针对能有效提高圆形截面钢桥墩延性性能的八根肋形式的钢桥墩模型,研究截面正则径厚比、钢桥墩正则长细比、加劲肋正则长细比和轴压比等参数对钢桥墩延性性能和无量纲化极限承载力的影响,并基于参数化分析结果,拟合预测该类钢桥墩的延性性能和无量纲化极限承载力的计算公式.研究结果表明:修正双曲面本构模型能够较准确预测钢桥墩的力学性能,且随着正则径厚比、钢桥墩正则长细比、加劲肋正则长细比和轴压比的减小,桥墩的无量纲化极限承载力和延性性能得到显著提高.     

内填部分混凝土钢桥墩延性性能简化计算方法

采用二维梁单元模型模拟内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的延性性能。考虑翼缘宽厚比、柱长细比和混凝土填充率三个参数,建立了20个二维梁单元模型。将模拟结果与三维精确有限元分析结果进行对比,提出了针对二维模拟结果的延性修正系数。将修正后的二维模拟结果与试验结果对比,吻合良好,验证了所采用有限元分析方法以及延性修正系数的准确性与有效性。研究结果表明:混凝土填充率的提高,可以有效提高钢桥墩的延性性能;翼缘宽厚比和柱长细比的增加会导致钢桥墩延性的降低。最后提出了钢桥墩最优混凝土填充率确定方法建议。     

带肋圆管截面钢桥墩的延性影响因素研究

为研究带肋圆管截面钢桥墩在水平反复荷载作用下的延性影响因素,首先通过与试验结果对比,确认有限元分析方法的有效性,然后对承受水平反复荷载作用下的圆管钢桥墩进行一系列参数研究,详细讨论钢桥墩径厚比、纵向加劲肋数量以及纵向加劲肋长细比等对钢桥墩极限承载力和延性性能的影响。研究结果表明,随着钢桥墩径厚比和纵向加劲肋长细比的减小,圆管钢桥墩的延性性能得到很大改善。与配置4根纵向加劲肋相比,配置6根肋后的延性提高效果并不明显,而配置8根肋可以显著提高钢桥墩的延性性能。     

内置T肋箱形钢桥墩的延性性能研究

为研究内置T肋箱形钢桥墩在承受恒定竖向荷载和水平往复荷载作用下的延性性能,首先通过与既有试验结果对比,验证所采用有限元分析方法的准确性;然后针对内置T肋箱形钢桥墩试件进行一系列参数化分析,研究翼缘正则化宽厚比、桥墩正则化长细比、加劲肋正则化长细比以及轴压比等参数对钢桥墩最大承载力和延性性能的影响规律;最后基于参数化分析结果,提出了预测该类钢桥墩最大承载力和延性性能的计算公式。研究结果表明,随着翼缘正则化宽厚比、桥墩正则化长细比、加劲肋正则化长细比与轴压比的减小,钢桥墩的延性性能得到显著提升。     

内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的延性影响参数

为了研究内填部分混凝土箱形截面钢桥墩在恒定竖向荷载与柱顶水平往复荷载作用下的延性性能,建立三维弹塑性有限元模型,通过比较模拟结果与试验结果的水平荷载－水平位移滞回曲线和破坏模态,确定了所采用有限元分析方法的准确性与有效性。以翼缘宽厚比、柱长细比、混凝土填充率和柱轴压比为变化参数,建立56个三维弹塑性有限元分析模型,归纳总结了钢桥墩可能出现的各破坏模态：对于纯钢桥墩,局部屈曲发生在试件底部;对于内填部分混凝土钢桥墩,当混凝土填充率较小时,局部屈曲通常发生在内填混凝土上部钢板处;随着混凝土填充率的增大,局部屈曲出现在试件底部附近。最后分析上述4个参数对钢桥墩极限承载力和延性性能的影响规律。     

均匀锈蚀下部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的延性性能

研究了部分填充混凝土箱形截面钢桥墩均匀锈蚀后的延性性能退化规律。首先提出引入锈蚀率参数后的空心方钢管短柱的极限压应变公式,然后采用ABAQUS软件建立钢桥墩的三维弹塑性有限元分析模型,通过与已有试验结果的比较,验证有限元分析模型的正确性,考察水平荷载-水平位移骨架曲线、极限承载力以及延性比等与锈蚀率的变化关系。最后建立了二维梁单元模型,通过与三维模型计算结果的比较,验证二维模型修正系数在均匀锈蚀情况下的适用性。研究结果表明:随着锈蚀率的增加,钢桥墩的极限承载力和延性比均出现下降,其中翼缘宽厚比较小的钢桥墩延性比随锈蚀率的增加而显著下降。通过对钢管短柱的极限压应变计算式进行修正后得到的二维梁单元模型计算结果与三维模型计算结果吻合较好,有望为钢桥墩的工程设计提供快速高效的计算手段。     

部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为研究部分填充混凝土箱形截面钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,通过与既有试验结果对比,确定所采用的钢材混合强化模型和混凝土损伤塑性模型的准确性,并且验证了Ge模型(基于塑性应变幅的累积损伤模型)非局部法在预测部分填充混凝土钢桥墩超低周疲劳寿命时的有效性。针对50%填充率的部分填充混凝土钢桥墩试件,利用Ge模型的非局部法,在3种不同加载形式的往复荷载作用下,研究翼缘宽厚比、正则化长细比等参数对超低周疲劳裂纹萌生寿命的影响,并基于参数化分析结果,拟合了预测该类钢桥墩超低周疲劳寿命的计算式。结果表明:钢材的混合强化模型和混凝土的损伤塑性模型能准确预测部分填充混凝土钢桥墩的滞回性能; Ge模型中的非局部法同样适用于部分填充混凝土钢桥墩的裂纹萌生寿命预测,基于参数化分析结果,提出了预测部分填充混凝土钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验式。     

内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的滞回性能研究

首先,利用试验方法对内填部分混凝土箱形截面钢桥墩在承受水平反复荷载作用下的滞回性能进行研究,探讨翼缘宽厚比参数和混凝土填充率对钢桥墩滞回性能的影响。然后,采用弹塑性有限元分析方法,对试验结果进行数值模拟。研究结果表明,钢桥墩的延性随着翼缘宽厚比的减小和混凝土填充率的提高而得到显著提高。由数值模拟得到的试件的滞回曲线、钢板局部屈曲模态等,与试验结果吻合较好。