陶粒-普通混凝土双层组合路面层间应力及弯沉分析

为研究陶粒-普通混凝土双层组合路面的层间应力及弯沉, 首先进行Z型组合试件的粘结性能试验, 并利用ANSYS软件建立陶粒-普通混凝土双层组合路面模型, 分析车辆在匀速和制动工况下组合路面的层间应力及弯沉分布; 还进一步研究了增设Z型钢筋网对组合路面层间粘结性能的加强作用. 结果表明: 陶粒-普通混凝土双层组合路面具有较理想的层间粘结性能和较小的变形; 增设Z型钢筋网可进一步减小层间应力和变形, 加强整体粘结性能.     

预制桥墩节段节点抗剪性能有限元模拟及参数分析

鉴于预制节段拼装混凝土桥墩中存在节段-节段接缝,而接缝(节点)属于受力薄弱环节,由此对预制拼装桥墩节段节点的抗剪性能进行研究,设计制作了一组桥墩节段节点抗剪试件进行拟静力加载试验,并建立三维有限元分析模型,通过与试验结果的比较,验证了有限元模拟方法的正确性.然后利用有限元模型进行了另外2组节段节点抗剪模型加载模拟,得到了各试件在不同约束应力作用下的剪切力—剪切位移关系曲线以及剪力键在不同受力阶段的开裂形态等结果.在比较了有限元分析得到的节点抗剪承载力与AASHTO规范的计算结果后,发现AASHTO规范公式低估了平接缝与实心截面多剪力键干接缝的抗剪承载力;同时在高约束应力下,应适当减小AASHTO规范公式中的摩擦系数,才能与试验结果一致.     

波形钢板-UHPC组合桥面板结构截面优化

对实腹式波形顶板-UHPC(超高性能混凝土)组合桥面板进行了改进, 采用空腹式结构建立波形钢板-UHPC组合桥面板有限元模型, 研究UHPC层厚度、波形钢板厚度、波形长度、下缘板宽度和波形高度等截面参数变化对组合桥面板受力特性的影响, 并确定其合理取值范围. 在此基础上, 通过理想点法对参数组合进行优化, 得到合理的参数匹配. 研究结果表明 相较于实腹式组合桥面板, 优化后的组合桥面板自重减小35%, 钢板弯折处应力减小16%; 相较于正交异性钢桥面板, 桥面板用钢量减小7%, 顶板与U肋连接位置应力减小47%.     

半刚性连接钢框架整体结构屈曲荷载计算模型

在综合考虑梁柱任意半刚性连接及弹性支撑特性的基础上，建立了单层多跨平面钢框架结构整体失稳的线弹性屈曲荷载的解析计算模型，并同时考虑了所有柱脚的半刚性特征，使模型的适用范围更为广泛．本模型中的半刚性连接特性通过在所有梁柱连接处设置虚拟约束弹簧实现，弹性支撑则通过在柱顶引入具有任意刚度参数的水平弹簧实现．基于上述的基本模型，通过对所有构件建立失稳状态的控制方程并引入相应的连续性条件和边界条件，建立了平面单层任意多跨框架结构整体失稳的临界荷载解析计算方法，并研制了相应的计算程序．分析结果表明，半刚性连接特性和水平支撑效应对框架结构整体稳定性的影响极为显著，而且作用于多跨框架结构柱硕竖向荷载的分布特征对结构的整体稳定性有不可忽视的影响．另外，结构的支撑刚度及节点的半刚性连接特性对单层框架整体稳定性的影响具有明显的界限性和区间效应，对此需进一步开展深入研究．     

含弱界面层合梁的压电阻抗分析及参数研究

采用有限元软件ANSYS进行模拟分析, 构建了含弱界面损伤的层合结构压电阻抗(EMI)模型. 分析中选用线弹簧模型对主体结构层间弱界面损伤进行构造, 并与其他学者的解析解以及实验结果进行了对比, 验证了考虑层间滑移或脱粘效应对层合结构进行模拟分析的有效性和准确性. 然后, 基于该模型对含弱界面的微型组合钢梁进行损伤研究. 研究结果表明, 所建立的三维有限元压电阻抗模型能够清晰地检测到损伤的出现和发展. 最后, 讨论了粘结剂等其他参数对该有限元模型的影响.     

梁在纯弯曲作用下的脆性断裂

脆性梁在纯弯曲断裂时会产生多个碎片, 其断裂过程直接影响弯曲波的产生和传播, 以及产生碎片的平均尺度. 采用内聚力断裂模型对脆性梁的弯曲断裂过程进行有限元数值模拟, 再现了断裂中的裂纹扩展过程, 分析了脆性梁断裂后断裂面弯矩与裂纹张开角之间的规律. 数值结果表明: (1)在一个广泛的材料参数和加载应变率条件下, 断裂面弯矩与裂纹张开角之间均呈相似的单调衰减规律; (2)断裂过程中弯矩做功与断裂面的表面能一致; (3)在纯弯矩作用下, 裂纹前端总是存在压应力区域, 使得断裂末期应力状态较为复杂, 断裂不再是纯弯曲状态.     

装配式框架结构的自由振动特性分析

针对装配式框架结构中梁柱节点呈半刚性的特点, 采用回传射线矩阵法研究了结构的自由振动特性. 对每个装配式框架结构中梁、柱分别采用2种不同的局部坐标系, 并考虑力的平衡条件、位移协调条件及框架边界条件, 建立了含半刚性节点的三层框架结构的回传射线矩阵方程. 采用MATLAB软件编程得到了框架结构的前18阶固有频率, 并与有限元模拟作对比分析, 验证了回传射线矩阵法在处理半刚性节点问题的有效性与正确性. 计算分析表明, 结构的固有频率对节点的半刚性特性非常敏感. 研究结果将为半刚性节点的装配式结构的动力设计提供参考.     

钢制化工容器极限内压分析

根据材料强度理论和轴对称旋转薄壳节点区域的应力分布及节点的平衡方程，建立钢制化工容器的极限内压计算公式，并与二维问题弹塑性有限元分析程序计算值、弹性理论计算值及钢制模型的极限内压试验结果相比较，得出了适合工程应用的钢制化工容器极限内压计算公式。     

裂纹智能梁的三维有限元动力谐响应分析

采用面向结构健康监测应用的压电阻抗模型,对粘贴有压电片的含裂纹梁结构采用三维有限元技术进行了高频压电阻抗谐响应分析.利用通用有限元软件 ANSYS,建立由压电片-粘结层-含裂纹主体梁结构组成的耦合系统的三维有限元模型.并通过算例与振型叠加法和实验得到的结果进行了对比研究,验证了该模型的有效性和准确性.此外,还考察了有限元单元尺寸、振动模态、裂纹深度以及粘结层厚度对压电阻抗信号的影响.     

冲击载荷下薄壁组合矩形梁响应特性研究

在落锤冲击下对薄壁组合矩形梁进行了实验及有限元分析,对薄壁组合矩形梁及薄壁单层矩形梁在落锤冲击下的力-位移、能量吸收特性进行了比较分析,并对薄壁组合矩形梁的变形屈曲特征、过程及不同冲击速度下的吸能情况进行了分析.结果表明：在相同横截面积及质量情况下,薄壁组合矩形梁较薄壁单层矩形梁具有更好的刚度及抗冲击能量吸收能力.     

考虑疲劳累积损伤的FRP-混凝土界面剥离模拟

鉴于疲劳累积损伤对FRP-混凝土界面黏结性能有重要影响, 通过统计分析既有FRP-混凝土界面疲劳剪切试验数据, 基于界面黏结疲劳退化双线性模型获得界面残余滑移量、峰值剪应力和初始刚度的疲劳退化规律, 发现随着荷载循环次数的增加, 界面残余滑移量增加, 而峰值剪应力与初始刚度均减小. 并采用基于内聚力模型的有限元法对典型界面疲劳剪切试验进行模拟, 得到了不同荷载循环次数下的界面黏结滑移关系. 模拟所得峰值剪应力、界面断裂能和界面剪切刚度与理论模型接近, 但极限滑移量大于理论模型, 黏结滑移曲线符合典型试验曲线特征. 从有限元模拟结果可知, 疲劳荷载作用会显著降低界面承载力, 但界面破坏特征并未发生显著变化.     

不同落锤速度冲击下混凝土和RC梁破坏研究

为探究冲击载荷作用下钢筋混凝土(RC)梁的破坏模式转变及影响因素, 对素混凝土梁和无箍筋轻RC梁试样开展落锤冲击实验及有限元分析, 结果表明: (1) RC梁的冲击破坏模式与冲击速度、配筋率相关, 在较低速度下以弯曲破坏为主, 随速度提高将出现跨中呈现八字形的剪切破坏模式, 并随纵筋率增大剪切破坏转变的临界速度呈增大趋势, 但在更高速度下(＞10m?s-1), 素混凝土及RC梁均会出现局部冲切破坏. (2)梁冲击力峰值随冲击速度增加而增大, 受梁的配筋率影响较小, 但在较高冲击速度下(＞4.85m?s-1), 梁冲击力峰值并不随速度增加而增大; (3)有限元分析RC梁的冲击响应及破坏过程与实验现象及趋势符合较好.     

预应力混凝土梁非线性有限元分析

建立了基于有限元方法结合增量迭代混合法研究适用于预应力混凝土梁非线性全过程分析的数值模型,提出的算法能较好地处理梁加载过程的响应变化,以及可穿越梁破坏前可能出现的极值点问题.并利用该数值模型分析评估了预应力筋配筋率、有效预应力对预应力混凝土梁性能的影响,该模型所得结果可为预应力混凝土梁的优化设计提供相应的参考.     

热震法分离电镀金刚石工具磨料层与基体的研究

提出一种电镀金刚石工具磨料层与基体的绿色分离方法,可以实现工具的有效回收和再利用．采用有限元分析软件ANSYS模拟了电镀金刚石磨头的热震过程,分析了工具基体与镍镀层之间的热应力及其分布．计算结果表明：在冷热载荷作用下,镀层与基体之间发生热膨胀失配,导致界面附近易出现疲劳破坏,产生裂纹,且裂纹首先产生于界面形状突变区域．通过电镀金刚石钻头的热震实验观察到磨料层的脱落现象,验证了有限元分析结果,同时也证明了热震法分离电镀金刚石工具磨料层与基体的可行性．     

复合材料层合板的奇异应力场分析

本文根据特征值与特征函数展开理论,用极其简单的矩阵形式,对纤维增强复合材料层合板中各种断裂模型的界面裂纹奇异性问题进行了一系列的理论推导。计算了各种情况下的应力奇异性值,提出了具有一般奇异性的扇形奇异裂纹单元。最后,分析了复合材料中的边界层效应、层面离层、层板横裂等情况的奇异应力场。计算结果表明,本文的方法是行之有效的。     

冲击加载参数对纯铝中微孔洞长大动力学行为的影响

采用LS-DYNA瞬态动力学有限元程序研究了冲击加载参数对纯铝中微孔洞长大的动力学行为的影响,结果显示：（1）在孔洞周围塑性应变场的驱动下,微孔洞呈现球形快速长大,长大速率与冲击加载应力的峰值相关;（2）无论是改变飞片厚度,还是样品分层技术,微孔洞半径的增长量随着加载持续时间而增大;（3）微孔洞半径相对增长量随着载荷冲量呈线性变化关系,在载荷冲量恒定条件下,冲击加载应力强度与持续时间之间可以相互进行＂等效＂.     

一种改进的精细可分级性编码方法

提出了一种改进的精细可分级性编码方法aFGS．该方法采用高质量的增强层作为参考,提高了FGS编码方法的编码效率,同时也完全继承了FGS编码方法的精细可分级性;利用比FGS编码方法只增加一个缓冲区的双缓冲区结构弥补了PFGS编码方法计算复杂的不足;采用高质量参考未经过预测补偿的方法,有效的避免误差积累．给出了aFGS编码方法的原理描述,并设计了编解码器框图,通过实验验证了该方法的性能．     

基于格点-弹簧模型模拟含缺陷陶瓷材料的压缩破坏过程

采用基于有限元参数映射的格点-弹簧模型(lattice spring model)对多晶三氧化二铝(Al2O3)陶瓷的压缩破坏过程进行了数值模拟. 采用弹脆性模型模拟材料, 用弱界面模拟材料晶界, 基于Griffith能量准则判断断裂. 模拟了特定孔隙率下的Al2O3陶瓷的冲击破坏过程, 所得到压缩强度与实验测试结果基本吻合. 考察了孔隙对材料压缩力学性能的影响, 结果显示: 有孔隙陶瓷表现出一定的应变率敏感性并且其裂纹密度时程曲线具有明显的“台阶”, 而无孔隙陶瓷没有此现象; 含孔隙陶瓷的裂纹密度发展过程中的“台阶”对应了内部裂纹的发展和止裂机制, 是有孔隙陶瓷和无孔隙陶瓷的重要区别.     

基于内聚力模型的快速荷载下CFRP-混凝土界面剪切剥离模拟

鉴于纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)已在混凝土结构加固中普遍应用, 能有效提高结构的承载和变形能力. 为揭示动载作用下FRP-混凝土界面的剥离机理, 本文基于ABAQUS平台, 采用内聚力模型模拟CFRP-混凝土界面层, 实现了快速荷载下CFRP-混凝土界面剥离的高效模拟. 结果表明: CFRP表面应变在加载过程中由加载端向自由端方向传递, 随着加载速率的提高, 界面承载能力也随之提高; 界面峰值剪应力也存在显著的应变率效应; 模拟结果与试验结果基本吻合, 说明了新方法的有效性.