多次弹塑性撞击实验系统的设计与数值仿真

为了实验测量柔性撞击过程中的次撞击行为及其动力学响应,该文设计了一套多次弹塑性撞击实验系统.对该实验系统进行的三维动力有限元数值仿真结果表明,该系统可以激发出多次弹塑性撞击,有效地模拟几种典型构件之间的次撞击行为.采用数值仿真方法研究了测试梁材料、支承方式等对次撞击过程的影响,确定了满足实验要求的撞击力和梁位移测试性能指标.     

廻转梁受强动载荷作用的刚-塑性动力响应

核电站及化学工厂中的一些管道结构不可避免地会受到强动载荷的作用,本文基于理想刚塑性模型,分析了在跨度中点受刚性质量块横向撞击作用的甩动管理论模型,即一端铰支,一端自由的廻转梁的塑性动力行为。给出了描述廻转梁早期响应历程的完全解,详细讨论了质量比等有关参数对结构变形和塑性能量耗散的影响以及初始输入能量的分配。研究结果表明,质量比参数对梁结构的动力行为有重要的影响;在能量耗散方面,输入的能量并不全部转化为塑性耗散能,至少有一部分输入能量要转化为动能。     

自由梁两端受阶跃载荷时的塑性动力响应完全解

采用刚塑性模型分析自由梁在两端点受到集中阶跃载荷作用时的小变形动力响应,给出了不同载荷组合下梁的变形模式,构造了其动力响应完全解,并讨论了塑性耗散在输入结构的能量中所占的比例.与自由梁单点受强动荷载作用不同,梁的变形模式取决于两端点阶跃载荷的某组合函数的值.结果结果表明:只要存在塑性耗散,耗散的能量就占外载输入能量的1/3.     

受集中对称冲击刚塑性圆拱的变形分析

本文采用刚塑性假定和拱轴线不可伸长的假设,考虑塑性铰的移动,对受集中质量对称撞击的固支深圆拱的动力响应进行分析。由于把问题简化为一个自由度系统的运动,使得整个运动过程可以较方便地计算出来。计算结果表明,深圆拱的动力响应特性不同于悬臂梁,移行铰不可能到达拱脚,输入的能量全部消耗在塑性铰的移动过程中。结构的响应时间和撞击点的最终位移随撞击物与拱之质量比的增加而增大。     

桥梁多次重撞击动力学响应的瞬态波效应法

为精确计算地震过程中桥梁的瞬态波响应,研究了多次重撞击现象对桥梁地震响应和安全性能的影响。针对剧烈竖向地震作用下梁可能偏离支座的双跨单墩连续梁桥,采用Ber-noulli-Euler梁模型描述上部结构和St.VENANT杆理论模拟桥墩结构。将竖向地震动以正弦激励形式的人工地震激励代替,应用瞬态波传播理论研究地震过程中上部结构和桥墩之间的多次重撞击现象。提出了计算桥梁多次重撞击瞬态动力学响应的瞬态波效应法。该方法避免了求解耦合重撞击力的强非线性方程,能够较精确地计算多次重撞击过程和分离过程中的瞬态波响应,准确描述结构中的撞击波传播现象。研究结果表明:重撞击力数值巨大;随着桥墩弹性模量的增大,最大重撞击力逐渐增大,而最大墩顶位移逐渐减小;竖向地震动引起的多次重撞击对桥梁的地震响应有较大影响,应当在连续梁桥的抗震设计中予以考虑。     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

单盘转子系统受强动载荷作用的刚-塑性动力学响应

通常转子系统的响应分析是在弹性变形假设下进行的，但当转子受到强动载荷撞击时将产生塑性变形。本文结合转子动力学和塑性动力学，分析了单盘转子受强动载荷作用时的刚-塑性动力学响应。首先，将单盘转子系统简化为中间带质量块的简支梁，给出了在阶跃载荷作用下系统的各阶段响应模式。在此基础上，详细讨论了单盘转子在跨度中点受撞击时的动力学响应完全解，并结合龙格-库塔法得到了单盘转子的瞬态变形。所得结果可为转子系统的动力响应和失效分析提供依据。     

悬臂梁端部受质量块撞击的弹塑性动力响应数值解

针对Parkes梁问题,基于LS-DYNA的Lagrange六面体常应力积分单元的数值模拟结果,利用连续介质力学基本原理建立了获得截面弯矩、剪力等特征量的方法,研究了截面弯矩分布发展规律并讨论了撞击过程、黏塑性对悬臂梁瞬态动力响应结果的影响,计算结果与Parkes理论解和Reid等的数值解定性一致. 结果表明,在弹塑性弯曲波作用早期,由于高速撞击产生的动力响应明显强于施加单元初速度的响应,后者的做法对于结构抗动载设计而言更为危险.     

钢筋钢纤维混凝土受弯构件塑性铰的计算

首先建立了钢筋钢纤维混凝土梁曲率沿梁长的分布曲线模型,然后结合结构力学理论,推导了钢筋混凝土梁和钢纤维增强钢筋混凝土梁变形的理论计算公式,并结合试验结果,提出了适合于钢筋混凝土梁和钢纤维增强钢筋混凝土梁,并研究了钢纤维对钢筋混凝土梁等效塑性区长度的影响.研究表明,钢纤维增大了等效塑性区长度,使构件塑性区的塑性变形能力得到了改善,提出的等效塑性区长度的统一计算公式可用于钢筋混凝土构件和钢纤维增强钢筋混凝土构件等效塑性区长度的计算,计算结果与试验结果比较吻合.     

冲击速度对开孔泡沫金属冲击动力学性能影响

利用有限元软件ANSYS中的LS-DYNA模块,建立起了泡沫金属胞元方孔模型,采用能更好反应实际情况的幂函数塑性模型,研究了冲击速度对泡沫金属冲击动力学性能的影响,对泡沫金属在冲击载荷作用下的应力传递和分布以及变形过程进行了数值模拟,分析了冲击速度对泡沫金属应力传递和分布以及变形的影响。研究表明,随着初始撞击速度的提高,泡沫铝屈服强度有所提高,应力传递速度和接触端面处的泡孔变形速度加快。     

复合镀层电触头的冲击磨损与电接触性能研究

本文运用扫描电子显微镜(SEM)对复合镀层触头材料在冲击载荷作用下的表面形貌进行了分析研究,并用俄歇电子能谱仪(AES)对冲击区表面成份进行了分析。结果表明:闭合过程中的机械冲击对该类触头的形貌有严重损坏作用,可引起冲击磨损从而导致电接触性能变化。本文还提出了一种冲击磨损模型,并用它很好地解释了复合镀层触头的冲击磨损机理与电接触性能改变规律,并初步探讨了该类继电器触头的粘接失效机理。研究结果还表明,冲击磨损造成底层镀金层的裸露是导致该类继电器触头粘接的主要因素。这对工程上进一步改善其电接触性能提供了理论依据。     

TiNi形状记忆合金低速冲击响应行为的研究

利用单摆冲击试验设备，对TiNi合金不同冲击能量及温度条件下的冲击响应行为进行了研究。冲击过程中的接触载荷由压力传感器及数字信号处理系统实时测量。根据接触载荷数据，可计算得到接触载荷与样品表面变形的关系。结果表明，同一冲击高度时，随温度升高马氏体TiNi合金的最大接触载荷增加，而接触时问降低；母相TiNi合金的最大接触载荷随冲击高度的增加会出现载荷平台段即伪弹变形段，处于平台段时母相TiNi合金吸收冲击能量，且不产生不可恢复的塑性变形，最大接触载荷降低，从而可减轻材料损伤。     

基于ABAQUS的游离磨粒对单晶锗表面冲击作用仿真分析

为研究固液两相流方法加工原理,建立ABAQUS冲击仿真模型,分别分析单晶锗材料变形过程中应力变化、不同速度冲击作用、不同角度冲击作用。仿真结果表明:加工过程中被加工材料表面在受到水平切削力和竖直挤压力共同作用下,产生塑性变形;不同速度冲击作用下,材料表面塑性形变量随速度增加而增大,最大接触应力值呈先增大后减小的趋势;不同角度冲击作用下,单晶锗弹性模量各向异性与冲击角度共同影响最大接触应力值,弹性模量各向异性不影响材料变形量,冲击角度影响材料变形量及是否会在材料表面产生应力集中现象。     

无拉力Winkler地基上板弯曲问题求解的广义协调元法

为求解无拉力 Winkler地基上厚、薄板受任意荷载作用板弯曲问题 ,以广义协调理论为基础 ,从板 -地基接触系统的分区广义势能泛函出发 ,通过建立和分析板单元区、地基单元区和连接板 -地基的接触单元区的势能泛函 ,提出求解板 -地基接触问题的广义协调元法 ;并构造了两个广义协调矩形板 -地基接触单元 FZC11和 FZC12。应用单元 FZC11和 FZC12的数值计算验证了按文中方法构造单元分析无拉力 Winkler地基上板弯曲问题是有效的。     

基于等效通行能力的施工区交通影响评价方法

随着我国机动车保有量的持续增长,现有的城市道路资源已不满足交通需求,许多城市都在对已有道路进行升级改造,频繁的道路施工对城市交通运行产生了巨大影响。针对城市道路结构特征,提出一种适用于城市占道施工区的交通影响评价方法。结合城市道路所具有的间断流设施特点,应用等效通行能力概念给出了等效饱和度城市占道施工区交通影响评价指标;基于改进的BPR模型,给出了适用于城市道路的行程时间计算模型,并给出了行程时间可靠性评价指标评价方法;综合考虑了平均延误、等效饱和度、行程时间可靠性评价指标,提出了城市占道施工区交通影响综合评价方法,从“点”、“线”、“面”三个不同维度给出了城市占道施工区交通影响评价阈值;结合交通影响评价阈值给出了城市占道施工区交通影响范围确定流程。仿真结果表明,本文建立的基于等效通行能力的施工区交通影响评价方法解决了已有方法计算难度大,难以应用于实际的问题,且综合不同层面给出了具体的交通影响评价阈值,克服了传统方法只从单一层面确定交通影响评价阈值的缺陷。     

评价高边坡断层的直接约束方法

为正确评价断层对于岩石高边坡安全稳定性的影响,采用接触力学的求解方法——直接约束法模拟断层的滑移和脱开等不连续行为。重点分析了岩体中断层不同的接触性状(如考虑断层与岩体的滑移脱开)。应用弹塑性有限元方法对彭水水电站船闸高边坡分步开挖过程进行了数值仿真分析。通过不模拟滑移脱开与模拟滑移脱开的对比研究,模拟滑移脱开后断层的变形和塑性区显著增大,在断层处变形较大以致于有滑坡的可能。该项研究在岩石高边坡稳定分析中具有重要的意义。     

斜齿轮精确接触分析有限元建模方法

针对影响齿轮有限元接触分析应力计算精度的关键因素：有限元模型网格质量、接触带网格密度和齿面节点几何精度,提出一种高效的斜齿轮三维有限元精确齿面控制建模方法.优化算法求解接触线方程,规划斜齿轮节点模型潜在接触带节点分布,局部细化接触带单元,映射轮齿表层节点到设计齿面上,实现齿面精确几何建模.数值实验表明整体采用六面体单元映射网格划分结合接触带局部单元细化建模方法,能够有效地解决斜齿轮有限元接触分析计算精度与计算效率之间的矛盾.     

超载和层间滑动对半刚性基层沥青路面结构损坏机理研究

对现有半刚性基层沥青路面的损坏状况进行了调查分析,得到主要原因为重载交通和基层、沥青层层间接触不佳。采用弹性层状体系,从理论上分析了超载和层间接触对路面结构响应的影响。结果表明,超载对路面结构应力、应变和位移最大值产生不利影响,而层间滑动对整个路面结构应力、应变和位移均有不利影响。半刚性基层与沥青面层和底基层两个界面在超载的作用下产生滑动,进而引起整个路面结构受力恶化导致破坏。提高面层与基层的层间粘结力和抗萌强度至关重要。     

表面能对过冷水中冰生长的影响

通过实验观察了过冷水在壁面上的结冰过程,采用高速相机分别记录水平和竖直2个方向的冰生长过程.分别研究了接触角和导热率2个壁面材料参数对冰生长的影响,并且针对接触角影响结冰的机制进行了探讨.结果显示:壁面导热率可明显改变壁面上冰的速度和形态;接触角对结冰速度改变较少,但在导热率低时影响大.     

水泥基材料裂缝对钢筋锈蚀过程的影响

裂缝的存在对混凝土中钢筋的锈蚀过程有重大影响,目前关于裂缝对钢筋锈蚀过程的影响程度有很多不同的观点.针对该问题,在实验室条件下利用模拟的海水氯盐环境对带裂缝的圆饼试验中铁丝的锈蚀过程进行了研究.研究首先将铁丝预埋入圆饼形砂浆试件,待试件具有一定强度后,利用机械方法在圆饼表面制造不同宽度的贯穿与非贯穿裂缝;然后通过比较裂缝底部暴露的铁丝表面和未暴露表面随时间的不同腐蚀程度来确定裂缝的存在对锈蚀过程的影响.研究表明:当贯穿裂纹的表面宽度为0.5mm时,锈蚀位置与裂缝位置的相关性大于60%;裂纹宽度为0.2mm时,两者的相关程度低于20%.