纤维柱增强泡沫夹芯的等效力学性能研究

纤维柱增强泡沫夹芯结构是沿厚度方向在泡沫中植入纤维柱,以提高泡沫夹芯结构的抗压性能、抗剪切性能和抗弯曲性能.根据纤维柱增强泡沫夹芯结构的这一特点,通过建立细观力学模型,并结合修正的Mori-Tanaka方法预报纤维柱增强泡沫芯材的法向弹性模量和横向剪切模量.实验结果验证了该方法预报结果的准确性.利用该模型进一步探讨了纤维柱增强泡沫夹芯结构参数对芯子等效性能的影响.结果表明,纤维柱内纤维体积的变化对结构的法向弹性模量影响较大,对横向性能影响不大;纤维柱直径增大芯子法向比刚度也增大,但芯子的横向比剪切刚度反而降低.     

高温环境下钛合金点阵结构热力耦合性能与失效机理研究

设计并采用3D打印技术制备了单级Kagome、单级金字塔和多级金字塔3类点阵结构单胞试件,开展常温(25℃)和高温(350℃)环境下的面外压缩试验测试和数值仿真分析,阐明了胞元数目、结构形式与结构层级3个设计参数对点阵结构面外承载能力的影响规律,进而揭示了点阵结构的热力耦合性能和损伤失效机理。研究结果表明,Kagome点阵承载能力随胞元数目增加呈线性递增关系,验证了采用单胞元代替多胞元开展相关研究的合理性。进一步分析表明,3种点阵结构失效模式均为内部芯子屈曲导致结构整体失效,同时结构层级对点阵力学性能影响最为显著。由于加入二级芯子,多级金字塔点阵单胞具有更大的换热表面积和承载能力：在同等质量下,内部芯子换热表面积相对于单级点阵单胞增加131.9%,在25℃和350℃下的极限载荷相对单级点阵单胞分别增加18.4%和23.0%。同时,由于增大换热表面积,多级点阵相对Kagome和单级点阵的承载能力受高温影响更小。     

多级金字塔夹芯结构的抗冲击及吸能性

讨论了有着相同重量的一阶和二阶金字塔点阵结构在冲击载荷作用下的抗冲击和吸能性.用有限元分析软件ABAQUS建立了一阶金字塔芯体夹芯结构和二阶金字塔芯体夹芯结构在冲击载荷作用下的三维有限元模型,分析了在冲击载荷下有着相同相对密度和相同体重的两种芯体结构的位移与加载时间的关系,比较了两种芯体结构随着无量纲冲量和相对密度增加时的抗冲击能力,并分析了夹芯结构的吸能机理及两种芯体结构的吸能能力.结果表明,两种芯体结构中储存内能的80%以上均来源于塑性能释放.随着无量纲冲量的增加,两种芯体结构的吸能率在增加,二阶金字塔芯体结构在无量纲位移趋于平缓后其吸能率和抗冲击性能与一阶金字塔芯体结构相接近.     

边界和杆件倾角对沙漏点阵结构振动特性的影响

为设计兼具优异承载与减振功能的先进轻质多功能结构材料,本文通过试验结合数值的方法研究和对比了新型金属沙漏型点阵结构和传统金字塔型点阵结构的固有振动和谐响应特性。基于模态有限元法和模态叠加法,研究了不同边界条件和芯子杆件倾斜角度的沙漏和金字塔型点阵结构固有振动和谐响应特性,阐述了不同边界条件和杆件倾斜角度对结构加速度频响曲线和幅值的影响规律。结果表明:芯子相对密度相同时,沙漏型点阵结构具有较高的固有频率,且对边界条件和杆件倾斜角度变化更敏感。通过优化设计杆件倾斜角度可实现结构加速度频响幅值的调控,为下一步工程应用提供理论依据和技术储备。     

基于序列二次规划算法的点阵夹芯结构优化设计

为了研究夹芯单胞变化对结构承载能力的影响,建立了点阵夹芯结构的优化设计模型,以结构刚度最大为目标函数,考虑体积约束及单胞尺寸约束对夹芯单胞尺寸分布进行优化设计,并以四面体单胞夹芯结构的优化设计为例进行详细方法说明。采用序列二次规划法求解优化模型,完成了以结构刚度最大为目标的井字梁夹芯结构的优化设计,验证了模型、方法及优化效果。     

功能型多孔夹层板的等效弹性常数研究

基于应变能等效原理,将功能型多孔夹层板的夹芯层等效为均匀的各向异性材料,并通过考虑夹芯层的面内剪切作用,即将构成代表体单元的基元杆件考虑为Timoshenko梁,建立Timoshenko梁单元的应变和宏观应变之间的关系,得到等效固体代表体单元的应变能密度与宏观应变的关系,从而,给出相应的宏观等效弹性常数。最后,通过有限元方法计算实际正方形蜂窝夹层板和等效夹层板的结构响应和低阶振动频率,验证该方法的有效性,对比分析得知该方法较原方法具有更高的精度,说明考虑面内剪切作用的必要性。     

规则锯齿型软弱结构面剪切特性的数值分析

为了探讨规则锯齿型软弱结构面的剪切特性,利用FLAC3D建立岩体软弱结构面的三维计算模型,分析结构面的剪切强度和变形特征.结果表明：剪切应力和剪切位移的关系从初期的线性特征转变为非线性特征;软弱结构面和岩体的耦合作用导致结构面的等效粘结力和等效内摩擦角均小于二者的平均值;迎剪切方向的结构面主要发生剪切破坏,而沿剪切方向的结构面主要发生拉伸破坏.结构面的剪切强度与剪切速率成线性关系;随着结构面厚度的增加,试样的剪切强度逐渐减小.研究得到的结果可为理论分析和工程实践提供参考.     

不同芯子构型格栅结构冲击实验与分析

基于先进复合材料格栅结构(AGS)有较强的可设计性和多种优良性能,研究其在动态载荷作用下的吸能性能.本文设计并制作了三类芯子构型-正方形芯型、六边形芯型和三角形芯型的试件,采用实验研究和理论分析相结合的方法,研究了其在动载作用下的力学行为和吸能性能.并利用载荷峰值和试件相对密度求得了比吸能和比载荷,并从这三类芯子构型试...     

ECC与既有混凝土粘结界面抗剪性能研究

为研究工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)与既有混凝土粘结界面的抗剪切性能,对24个ECC与既有混凝土Z型粘结试件和6个混凝土Z型整体试件进行抗剪切性能研究,考察界面粗糙度对ECC与既有混凝土粘结剪切性能的影响,并建立抗剪切性能与界面粗糙度的函数关系表达式。结果表明:抗剪切性能与界面粗糙度成线性关系,界面粗糙度的增加能明显地提高试件的抗剪切强度。该研究结果可为今后的ECC加固混凝土结构研究提供参考。     

TRC加固构件抗剪粘结强度试验研究

为了研究织物增强混凝土(TRC)加固层与老混凝土之间的粘结性能,本文对用织物增强混凝土(TRC)薄层加固的RC构件进行了界面剪切试验.粘结试件结合面处分别进行了人工凿糙和植抗剪钢筋两种处理方式,考察了不同界面处理方法对其剪切性能的影响,并探讨了不同粗糙度及植筋率对界面抗剪强度的影响规律.试验结果表明,结合面凿糙和植筋处理均能提高TRC加固层和老混凝土间的粘结性能,凿糙试件的粘结抗剪强度提高幅度较大,其最佳灌砂平均深度范围为2.0mm-4.0mm,植筋试件的粘结抗剪强度和延性均有所提高.     

Ultralight X-type lattice sandwich structure (I): Concept,fabrication and experimental characterization

A new type of ultra-lightweight metallic lattice structure (named as the X-type structure) is reported. This periodic structure was formed by two groups of staggered struts in the traditional pyramid structure, and fabricated by folding expanded metal sheet along rows of offset nodes and then brazing the folded structure (as the core) with top and bottom facesheets to form sandwich panels. The out-of-plane compressive and shear properties of the X-type lattice sandwich structure were investigated experimentally and compared to those of the sandwich having a pyramidal truss core. It is found that the formation of the 2-dimensional staggered nodes can effectively make the X-type structure more resistant to inelastic and plastic buckling under both compression and shear loading than the pyramidal lattice truss. Obtained results show that the compressive and shear peak strengths of the X-type lattice structure are about 30% higher than those of the pyramidal lattice truss having the same relative density. Supported by the National Basic Research Program of China (“973” Project) (Grant No. 2006CB601202), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10632060,10825210), the National “111” Project of China (Grant No. B06024) and the National High-Tech Research and Development Program of China (“863” Project) (Grant No. 2006AA03Z519)     

应用简化的软化桁架模型设计框架中节点

简化的软化桁架模型源于拉—压杆的概念,满足带裂缝混凝土的平衡条件、相容条件和本构关系。用简化的软化桁架模型对现浇钢筋混凝土框架中节点进行抗剪强度分析和设计,考虑的参数包括混凝土强度、竖向箍筋和水平箍筋的数量,阐述简化的软化桁架模型的传力途径、设计步骤等。通过对一个现浇钢筋混凝土框架中节点的实例进行了抗剪强度验算,验算结果与混凝土结构设计规范（GB50010—2002）规定方法的计算结果是一致的,证明了所提出简化的软化桁架模型的有效性、实用性。     

悬索桥桁架加劲梁动力等效成等截面欧拉梁方法

针对悬索桥桁架加劲梁在数值计算、模型设计中简化问题,基于单独桁架加劲梁动力特性分析结果,以竖弯、侧弯、扭转基频相等为原则,推导并给出了不同边界条件（悬臂和两端固结）对应等截面欧拉梁等效质量惯性矩,等效抗弯刚度和等效抗扭刚度简化计算公式,然后将该计算式应用于某主跨576 m板桁结合梁悬索桥加劲梁等效分析. 结果表明:基于动力特性等效方法非常简单有效;所有基于欧拉梁的等效方法均存在无法考虑桁架梁抗剪性能的缺点,越长的桁架加劲梁越接近纯弯欧拉梁,悬臂边界的桁架梁比两端固结的桁架梁更接近欧拉梁,在等效悬索桥桁架加劲梁时应选用尽量长的精细化桁架梁段和悬臂式的约束边界条件.     

基于Matlab和ANSYS的钢管桁架结构优化设计

针对实际工程中钢管桁架结构的优化问题,以管桁架结构总质量最小为目标函数,以强度、刚度、稳定性等为约束条件,分别运用Matlab与ANSYS对该桁架结构进行优化分析.将两种方法优化前后的管桁架结构的受力性能比较分析,并对桁架结构优化设计提出合理的建议.     

钢桁架连梁-联肢剪力墙耗能机理及抗震性能试验研究

对设置全钢桁架连梁和设置钢筋混凝土、钢桁架混合连梁的双层联肢剪力墙平面结构进行了拟动力试验和低周反复荷载试验,研究了不同工况地震波作用下剪力墙的时程响应,以及其破坏机理、承载力、滞回延性性能、耗能机理、刚度及强度退化机理。试验结果表明：全部设置钢桁架连梁的剪力墙的刚度分布合理,耗能机理及刚度强度退化机理符合联肢剪力墙抗震设计的要求。大震时,在保证较高耗能能力的同时能够维持较高的承载力和刚度,持续约束墙肢,抗震性能优于混凝土连梁联肢剪力墙体系,是一种较理想的连梁设置方案。     

Enhanced design of hourglass truss sandwich structures for compressive resistance

Science China Technological Sciences - In this article, the design of the hourglass truss sandwich structure is improved by optimizing the number of layers to enhance the compressive strength of...     

智能桁架结构的最佳形状分析

以四主动元的平面桁架结构为对象进行了强度分析，给出了在不同方向载荷作用下的最佳强度曲线和最佳结构形状，为设计最佳的桁架结构提供了理论基础。     

基于小生境遗传算法的离散变量结构优化设计

小生境技术的引入,提高了遗传算法处理多峰函数优化问题的能力。提出了基于隔离机制的自适应小生境技术,隔离小生境技术具有生物学基础,不仅能够有效地保证群体中解的多样性,而且具有很强的引导进化能力,针对简单遗传算法中的交叉与变异概率等不能动态地适应整个寻优过程,提出采用根据适应度调整交叉、变异概率并与小生境技术相结合的改进遗传算法。算例表明,该遗传算法对桁架结构的布局进行优化设计比较容易实现,简单、有效,可以产生很好的效益。     

基于非概率稳健可靠性的桁架结构优化设计

在结构非概率集合可靠性模型的基础上,考虑影响结构系统性能的荷载、材料弹性模量、材料抗拉强度等不确定参数,提出了桁架中压杆与拉杆的优化方法。将不确定量设定为区间,通过区间运算得到结构的非概率可靠度,使静定桁架中的杆件达到同一可靠度水平实现优化目标。并运用非概率可靠性方法对一桁架结构做了优化设计,算例证明此方法可行。