脱空率对偏心受压钢管混凝土力学性能影响研究

对12个脱空钢管混凝土短柱进行了脱空侧偏心受压的极限承载力试验,试验参数为脱空率,研究在一定偏心率下,脱空钢管混凝土短柱力学性能。试验结果表明,脱空率对钢管混凝土偏压构件受力性能与承载力均有影响,随着脱空率的增大,钢管对核心混凝土的套箍作用不断削弱,构件的极限承载力也明显下降,但比脱空的轴心受压钢管混凝土极限承载力折减要少。     

钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟

钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础。对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系。将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好。最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念。随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.185 1 mm时,短柱发生理想塑性变形。     

钢管自应力自密实混凝土柱偏心受压试验研究

为分析初始自应力对钢管混凝土压弯力学性能的影响,对15根钢管自应力自密实混凝土柱和3根普通钢管自密实混凝土柱进行了偏心受压试验研究.结果表明:与普通钢管自密实混凝土相比,钢管自应力自密实混凝土具有较长的弹性工作段,其随偏心率和长细比的增加而略有下降;初始自应力的存在使核心混凝土在未加载前就处于三向应力状态下,从而显著提高了其密实度,最终使结构获得较高的偏心受压极限承载力;初始自应力对结构的破坏形态几乎没有影响.     

带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压性能

进行了7 个带约束拉杆和2个不设约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的单向偏心受压试验,主要研究偏心率、约束拉杆水平间距对矩形钢管混凝土短柱偏压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土偏压短柱的延性,延迟钢管的局部屈曲。带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压承载力随偏心率的增大而减小。在相同偏心率下,试件延性随拉杆水平间距减小而增大。采用带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系,利用条带法对试件承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。同时,利用国内现有规程GJB4142-2000、DBJ13-51-2003以及CECS159:2004对试件承载力进行计算,规程计算结果总体上低估了带约束拉杆矩形钢管混凝土偏压试件的承载力。     

GFRP管以及LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能

进行了18根GFRP约束高强混凝土圆柱和2根LRSFRP约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了FRP管材料、直径和壁厚等参数对FRP约束高强混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明,GFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能存在尺寸效应。即环向约束应力大小相同时,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限承载力和极限应变随着试件尺寸的增大而减小。随着GFRP管壁厚的增大,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限压应力和极限压应变相应提高。LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的延性较GFRP管约束高强混凝土圆柱好。最后,研究了现有FRP管约束混凝土的本构模型对GFRP管和LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性。研究发现Teng等人的模型对GFRP约束高强混凝土圆柱的适用性较好。而现有主要FRP管约束混凝土的本构模型对LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性较差。     

套管抗挤强度分析及计算

为提高套管挤毁压力预测精度,应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析,研究了外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响。分析结果表明,径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要因素,不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同位置组合进行了模拟分析。结果表明,数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时,套管的挤毁压力相差很大。最后提出了一个套管抗挤强度计算公式,计算简单,精度可满足工程要求。     

GM准则解析无缺陷弯管的塑性极限载荷

用GM(几何中线)屈服准则,对受内压作用无缺陷弯管进行塑性极限分析,求得极限载荷的解析解.该解为弯管壁厚t、平均半径r、曲率半径R0以及屈服强度的函数;极限载荷随着R0值的增大而增大,当R0→∞时,计算出的塑性极限载荷与直管的爆破压力相同.与Tresca,Mises和TSS屈服准则预测的极限载荷比较表明,Tresca屈服准则预测极限载荷的下限,TSS屈服准则预测极限载荷的上限,GM准则预测的极限载荷恰居二者中间,最明显的特点是该解具有与Mises准则几乎相同精度的求解结果.     

混凝土和钢管的力学性能和变形特点研究

对强度分别为54 MPa、83 MPa、116 MPa的混凝土和壁厚分别为1．0 mm、2．0 mm、4．7 mm的钢管力学性能和变形特点进行了研究。结果表明:混凝土强度越高,应力-应变关系线性段比例越高,横向变形越小,说明越接近均质材料。在受压条件下壁厚4．7 mm的钢管屈服后,荷载仍缓慢上升;壁厚2．0 mm钢管,达极限荷载后缓慢卸载,而壁厚1．0 mm的钢管在弹性阶段达极限荷载后突然卸载,表现为弹性失稳破坏。用澳大利亚标准AS4100-1900计算薄壁钢管的强度最为准确。     

防冲液压支架变梯度薄壁吸能构件研究

针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差,易遭受冲击性失效问题,提出一种防冲支架用变梯度薄壁圆筒吸能防冲构件,设计变梯度薄壁圆筒吸能构件不同的壁厚差和段数参数,对各参数变梯度薄壁圆管其进行冲击压溃模拟仿真,并分析各相关吸能防冲性能参数,结果表明:变梯度薄壁圆管构件段数和厚度差的增加均会使薄壁圆管压溃初始壁厚变小,从而减小初始峰值力;在平均壁厚相同情况下,不同壁厚差和段数的变梯度薄壁圆管的平均支反力和总吸能量高于普通薄壁圆管9.3%～178%;在各参数变梯度薄壁圆管中,分为四段且厚度差为0.5 mm的变梯度薄壁圆管构件的初始峰值力、吸能量和平均支反力、支反力波动性能参数较优,是ZQ6000/26/36两柱单导杆式防冲支架较为理想的防冲吸能构件。变梯度薄壁圆管构件的设计可以改变普通薄壁圆管构件形成塑性铰的位置及数量,使薄壁构件变形趋向较为稳定的钻石模式和混合模式转变,提高了吸能防冲能力。     

冷弯薄壁方钢管-稻草板组合墙体轴压性能

为研究冷弯薄壁方钢管与纸面稻草板(稻草板)组成的组合墙体的轴压性能,对三面组合墙体试件进行轴心受压试验,得到组合墙体的轴心受压承载力和破坏模式.试验结果表明,组合墙体的破坏模式是钢管端部屈曲破坏、稻草板局部发生褶皱和弯曲.方钢管和稻草板协同工作性能良好,稻草板对方钢管起到了良好的约束作用,组合墙体承载力较高.采用有限元软件ANSYS对组合墙体进行非线性分析,数值分析结果与试验结果吻合较好.在此基础上,利用有限元模型分析了钢管壁厚、墙体高厚比及自攻螺钉间距对组合墙体承载能力的影响,提出了该组合墙体轴压承载力计算公式.计算结果表明,该公式能很好地计算组合墙体承载能力.     

Interaction between microbubble and elastic microvessel in low frequency ultrasound field using finite element method

The interaction between microbubble and elastic microvessel wall has been hypothesized to be important in the mechanisms of therapeutic ultrasound applications.In this study,a 2D axisymmetric finite element numerical model is established to study the interaction between elastic microvessel wall and oscillating microbubble in low frequency ultrasound field using fluid solid interaction method.The numerical results show that the bubble oscillation induces the vessel wall dilation and depression.The von Mises stress distribution over the microvessel wall is heterogeneous and the maximum value of the midpoint on the inner vessel wall could reach 0.23 MPa and 1.32 MPa under PNP 0.2 MPa and 0.5 MPa,respectively.When the bubble collapses,the circumferential stress decreases rapidly and the transmural pressure increases dramatically.Noticeably,the circumferential stress becomes compressive with the maximum magnitude 1.83 MPa under PNP 0.5 MPa,larger than the maximum tension value.It is possible that the rapid compression stress during bubble collapse plays important role in mechanical effect on microvessel wall endothelial lining disruption.     

Explicit analytical solutions of axisymmetric laminar natural convection along vertical tubes

There are many natural convection processes in various fields, and it is still valuable to investigate the fluid dynamics and heat transfer of natural convection. The analytical solutions are meaningful in both theoretical investigation and practical applications. Specially, they can be used as the benchmark solutions to check the numerical solutions and to develop numerical differencing schemes, grid generation methods and so on. Two explicit analytical solutions of axisymmetric steady laminar natural convection along a vertical tube with porous wall and between two vertical concentric tubes are derived for better understanding of the flow and heat transfer as well as promoting the computational fluid dynamics and computational heat transfer.     

气体钻水平井钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响

气体钻水平井段,由于自身重力,钻杆倾向于下井壁,形成偏心环空,使得下环空岩屑运移困难,通过研究偏心环空正常携岩和岩屑床岩屑的运移规律对气体钻水平井井眼净化具有重要意义。针对钻杆偏心对气体钻水平井环空岩屑运移规律的影响问题,基于气固两相流理论,利用可视化实验并结合计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对其进行了研究。从环空气体速度分布、岩屑速度分布和岩屑相对体积分数分布等方面分析了正常循环和下井壁沉积20 mm岩屑床两种工况,钻杆偏心对环空岩屑运移规律的影响。实验现象和数值模拟结果表明:正常循环时,随着偏心度不断增大,下环空气体和岩屑速度逐渐减小,气体携带岩屑的能力降低;当下井壁沉积20 mm岩屑床时,随着偏心度的增大,气流对岩屑床的扰动能力降低,使得下环空岩屑相对体积分数明显增大,岩屑床的最高剩余厚度逐渐增大。     

仪器偏心对纵横波衰减影响的正演实验

近年来,水平井得到了越来越广泛的应用,在页岩气等非常规油气藏以及海上油气藏的勘探开发中发挥了至关重要的作用。但水平井测井在影响因素校正、资料处理和解释等方面尚存在诸多问题。针对仪器偏心对水平井声波测井响应影响的问题,开展了相关的物理模拟实验研究和数值模拟分析。提取了不同偏心率条件下的模式波的能量参数,分析了模式波能量随仪器偏心率的变化关系。结果表明,当仪器处于偏心状态时,模式波的能量均与仪器偏心率呈现类似负指数关系;仪器偏心率与模式波的能量衰减系数呈现“S”曲线变化关系。本研究成果有助于厘清仪器偏心对水平井声波测井响应的影响规律并为进一步开展仪器偏心对阵列声波测井响应影响校正方案研究提供指导。     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.     

反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱抗震性能试验研究

通过4组16根箱形钢柱在偏心常轴压、柱顶反复水平荷载作用下的拟静力试验,研究轴压比、腹板宽厚比、柱顶弯矩等因素对箱形柱滞回性能的影响.试验表明,当柱顶轴力在腹板平面外的偏心小于b/8(b为翼缘板宽度)时,试件壁板屈曲变形为一个半波,腹板外凸,翼缘板内凹,变形基本对称.试件的塑性变形主要集中在柱根部区域,最大塑性变形一般出现在距固定端0.4～0.5h(h为腹板宽度)处.腹板宽厚比是影响构件抗震性能的主要因素,宽厚比越大,滞回曲线越不饱满,骨架曲线下降越陡,承载力及刚度退化越严重;轴压比的影响次之;柱顶弯矩的影响较小.根据试验结果,提出构件适用于四类抗震等级的定量判定标准及大跨度钢结构中箱形钢柱腹板宽厚比的设计建议.     

偏磨抽油杆接箍力学性能及承载能力分析——以塔河油田抽油杆接箍断脱为例

针对塔河油田抽油杆接箍在采油生产过程中,易发生磨损现象,而导致抽油杆接箍断脱失效的问题。以直径为25mm抽油杆,基体材料为35CrMo接箍为研究对象,考虑接箍壁厚受磨损程度的影响,应用有限元方法,开展抽油杆接箍在拉压载荷作用下受力分析和承载范围分析。通过拉压试验测试和数值模拟结果对比分析并验证数值方法可靠性基础上,开展了拉压载荷在20KN-250KN下不同磨损量抽油杆接箍的力学性能分析。研究表明,等效应力和接触应力均随着载荷增大而增大,无磨损接箍在受力范围内均能满足应用要求。但由于接箍出现偏磨,其等效应力与接触应力分布对称性变差,且磨损严重时,其承载能力严重下降,断脱风险加大。     

轴对称柱坐标系中的Youngs算法

为提高包含有交界面的轴对称流动问题的求解精度 ,将直角系中的Youngs算法公式推广到轴对称柱系中应用 .根据流体体积分数的定义 ,在直角系Youngs算法的基础上 ,通过引入修正系数 ,可以方便地实现Youngs算法在轴对称柱坐标系中的应用 .最后在轴对称情况下 ,数值模拟了空泡在理想流场中的溃灭过程 ,通过比较空泡半径理论解和由Youngs算法得到的数值解 ,检验Youngs算法在轴对称情况下的应用 .     

Plastic Buckling of Cylindrical Shells Under Transverse Loading

Thick cylindrical shells under transverse loading exhibit an elephant foot buckling mode, whereas moderately thick cylindrical shells show a diamond buckling mode. There exists some intermediate geometry at which the transition between buckling modes can take place, This behavior is significantly influenced by the radius-to-thickness ratio and the material yield strength, rather than the length-to-radius ratio and the axial force. This paper presents a critical value at which the transition of buckling modes occurs as a function of the radius-to-thickness ratio and the material yield strength. The result shows that the circumferential wave number of the diamond buckling mode increases with decreasing wall thickness. The strain concentration is also intensified for the diamond buckling modes compared with the elephant foot buckling modes.     

轴对称有狭窄弹性管流固耦合模型及数值模拟

建立了求解厚壁,有狭窄,大管壁变形的血管及管内血液流动的流固耦合问题的数值计算模型。血管的几何形状、物质特性及模型的有关物理参数由模拟颈动脉血流及血管壁塌陷的实验获得。流体采用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,用广义有限差分方法求解。