采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。     

钢筋混凝土双向板耐火性能研究

利用有限元软件ABAQUS对高温下钢筋混凝土双向板三维瞬态温度场和三维力学性能进行非线性分析,数值模拟结果与文献结果吻合较好。在此基础上,分析影响钢筋混凝土双向板耐火性能的主要参数,包括跨高比、保护层、荷载比、配筋率、混凝土的抗压强度和抗拉强度。研究结果表明:保护层、荷载比、配筋率和抗拉强度对钢筋混凝土板耐火极限影响较大;混凝土板在高温时产生的张拉薄膜效应对耐火性能的提高有很大的有益作用;控制荷载比、提高配筋率、适当加大保护层厚度和提高混凝土的抗拉强度是提高钢筋混凝土板耐火性能的有效措施。     

基于固有应变的船体板列焊接变形数值预测

采用固有应变有限元法,对船体板列焊接变形进行预测.确定了固有应变加载区域,进行了热弹塑性有限元分析,获得焊接温度场和应变场,提取热弹塑性有限元分析得到的残余应变数据,作为相应加载区域的固有应变值.加载固有应变值,进行结构弹性分析获得板列焊接变形,数值模拟结果可为板列焊接变形预测提供依据.分析了不同的焊接顺序对固有应变加载和结构变形的影响.     

火灾中考虑应力历史和瞬态热应变的混凝土模型

提出了一种在火灾和荷载共同作用下考虑应力历史和瞬态热应变的混凝土模型.该模型为基于欧洲混凝土抗火规范EC2混凝土模型的修正, 并相应中国国内常用的混凝土材料对模型的参数进行了校正.运用Fortran语言对该模型编译,嵌入结构抗火专用软件SAFIR中.分别采用提出的模型和EC2混凝土模型,对一混凝土柱受火时的截面应力分布进行了分析和比较,发现提出的混凝土模型更接近于真实情况.     

火灾作用下钢筋混凝土梁温度场数值模拟及试验验证

为研究钢筋混凝土梁在火灾作用下抗火性能,利用有限单元法与有限差分法混合解法,给出钢筋混凝土梁截面高温下温度分布数值计算方法,并编制数值模拟程序以分析高温下钢筋混凝土梁瞬态温度场。采用该分析程序计算结果与火灾试验结果对比分析,计算数据与试验结果吻合,表明此计算方法切实可行,数值模拟程序可较好预测钢筋混凝土梁火灾下截面温度场的分布。     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

激光辐照移动平板温度场分布的有限元分析

基于热传导理论,采用有限元方法建立激光辐照无限长移动平板表面激发瞬态温度场的三维模型,用以研究移动平板上下表面瞬态温度场.考虑板材料的热物理参数依赖于温度、板表面的热辐射及对流等因素,计算了上述因素及移动速度对温度场的影响,并进一步讨论了激光半径对温度场的影响.数值结果表明:激光辐照移动平板后,在材料中将产生准稳态温度...     

钢筋混凝土构件温度场的非线性有限元分析

在火灾作用下，钢筋混凝土构件温度场的确定不仅是构件高温力学性能分析的重要前提，也是制定灾后结构修复加固方案的重要依据.该文利用加权余量法中的Galerkin法和向后差分法，推导并建立了用于钢筋混凝土构件温度场计算的有限元方程.分析中考虑了混凝土热工性能参数随温度变化的特性，并采用热流平衡迭代过程来提高温度场的求解精度.在理论研究的基础上，以Matlab语言为开发平台，编制了钢筋混凝土构件温度场分析程序TFARC(Temperature Field Analysis of RC)，可以进行稳态、线性瞬态以及非线性瞬态温度场的分析.最后，利用程序的数值计算结果与试验数据及有精确解的温度场问题进行了对比研究，结果表明利用该程序进行钢筋混凝土构件的温度场分析是可靠的.     

大跨度空间网壳结构抗火反应分析

以凯威特单层球面网壳为实例,采用ISO-834标准温度-时间关系曲线模拟火灾,用ANSYS软件中的瞬态热分析进行温度场的分布计算和力学分析,模拟了火灾发生在结构的不同部位对结构变形的影响以及结构的破坏形式.通过对计算数据的对比分析得出网壳结构在局部火灾作用下的临界温度和耐火时间以及各位置最大变形特性,利用ANSYS单元生死的功能对该结构的失稳破坏机理进行分析,从一定程度上反应出空间网壳结构的整体抗火性能.     

火灾后四边简支钢筋混凝土板刚度与挠度试验研究及分析

为研究钢筋混凝土双向板在遭受火灾作用后的承载能力及挠度发展规律,对配筋率及受火时间不同的火灾后钢筋混凝土双向板承载能力进行研究。研究结果表明：火灾作用后,双向板在荷载作用下无混凝土开裂前的弹性阶段,而是直接进入带裂缝工作阶段,且只存在钢筋屈服前的带裂缝工作阶段和钢筋屈服后的破坏阶段;配筋率高的双向板挠度发展较为缓慢,具有更好的抵抗变形的能力,提高配筋率可使得双向板的抗弯刚度增加;随着受火时间的延长,双向板挠度发展加快,挠度曲线更为饱满,表明火灾使得双向板的抗弯刚度削减,挠曲变形也随之增大;以已有的受弯构件刚度的计算方法为基础,结合材料的高温后性能与火灾对双向板承载性能的影响,采用分层划分的方法,推导给出了火灾后钢筋混凝土双向板刚度及挠度计算公式,并与试验对比进行验证。     

高温下/后钢筋混凝土梁抗冲击性能:细观分析

冲击(或爆炸)和火灾往往伴随发生并威胁工程结构的使用安全,高温和高应变率对钢筋混凝土(RC)结构的耦合作用引起了研究者的广泛关注.本文结合混凝土细观非均质性,考虑钢筋和混凝土材料的应变率增强效应及高温退化效应,同时考虑钢筋与混凝土间的黏结-滑移行为,建立了RC梁抗火抗冲击性能研究的细观数值模型.与室温下落锤冲击试验结果对比,验证了细观数值模型的合理性,进而比较分析了高温下及高温后RC梁在冲击作用下的力学响应,揭示了RC梁的破坏模式与失效机制.结果表明:建立的细观数值模型能够有效描述RC梁在高温和冲击荷载联合作用下的破坏模式;相同受火时间,高温下RC梁表现出比高温后RC梁更为严重的破坏,且随受火时间的增加,差异逐渐扩大.     

高温下钢筋混凝土简支梁的抗火性能

对2根钢筋混凝土梁开展高温试验研究,采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对其温度场和结构变形性能进行三维实体有限元分析,温度场和结构变形性能计算结果与试验结果符合较好.在试验验证的基础上,开展有限元参数分析,探讨保护层厚度及荷载水平对钢筋混凝土简支梁抗火性能的影响.结果表明,钢筋混凝土简支梁的保护层越厚,受拉主筋升温越慢,构件变形延缓,耐火极限增大;荷载水平越大,耐火极限越小.     

水平火灾实验炉试验与模拟分析

基于改进热平衡法,结合天然气燃烧的特点,采用火灾动力学模拟软件(FDS)构建水平火灾实验炉的数值模型,进行混凝土双向板火灾试验模拟研究.结果表明:通过控制燃料的供应速率控制燃烧机的输出热功率,可以实现水平火灾炉升温曲线与ISO 834的标准火灾升温曲线接近,模拟平均炉温与试验平均炉温最终误差为2.2%(22 ℃);水平炉烟道口温度高于平均炉温约87 ℃,与实际火灾实验炉烟道口频繁损坏现象吻合,因此,在实验炉设计中,应提高烟道与炉墙连接区域的设计耐火极限;FDS模拟得到的火灾炉内部及楼板受火面温度场呈不均匀分布,符合火灾实验炉各热电偶测点实测升温曲线不同的规律,温度场数据可用于研究非均匀温度场对混凝土板力学性能的影响.     

钢筋混凝土受弯构件三面受火时非线性分析

采用三维非线性有限元法对钢筋混凝土梁在受火时力学性能进行了描述，钢筋混凝土截面温度场的分布用简化数值法来进行计算，然后将其结果输入到有限元程序中进行时间－温度应力全过程分析。分析了各种参数对混凝土梁在受火时性能的影响。本方法能有效地预测混凝土梁在受火时的承载力及力学性能。     

火灾作用下长期服役与新浇筑混凝土梁爆裂性能比较

对比分析了新浇筑钢筋混凝土梁和长期服役的钢筋混凝土梁火灾破坏特征和力学行为。试验采用恒载升温模式,并使用孔隙压力测量装置和非接触式光学应变采集仪获取了火灾下梁试件的孔隙压力、位移和应变发展等相关数据。试验结果表明,新浇筑钢筋混凝土梁的爆裂程度取决于混凝土含水量。由于环境作用,长期服役的钢筋混凝土梁含水量较低,其爆裂程度远小于新浇筑试件。然而,自然碳化造成长期服役钢筋混凝土梁强度降低,且存在较多微细裂缝,导致内部钢筋在火灾高温下失去隔热保护,从而使受力钢筋高温失效,混凝土梁发生脆性开裂。另外,在火灾高温和拉应力共同作用下,钢筋混凝土梁爆裂时机提前,而孔隙水压力峰值相应降低。     

温度与荷载共同作用下钢筋混凝土桩的细观损伤

为探究港口码头不同环境因素对码头桩身材料特性的劣化影响而降低桩身承载能力,通过PFC3D（颗粒流分析程序Particle Flow Code 3D)建立三维颗粒流离散元钢筋混凝土桩模型开展研究。对温度-应力模型进行建立,选取热学参数,构建了温度热管模型,通过分级加热,得到了钢筋混凝土桩的横向拉伸应变、纵向压缩应变以及微裂缝生长数量随温度变化曲线;调整模型混凝土粗骨料占比与强度等级,研究其对对钢筋混凝土桩受热损伤的影响;通过施加温度场的模型进行水平加荷载后,得到的应力应变曲线;基于模型微裂隙数量的损伤变量,并构建了损伤变量-轴向应变曲线,进一步分析了温度-荷载共同作用的损伤规律。结果表明：混凝土轴向压缩应变和横向拉伸应变会随温度的增加而逐渐升高,细观微裂隙数量会随温度的升高而增长;粗骨料占比升高会使受热初始损伤增加;温度的升高,材料的宏观力学性能出现了不同程度的降低。     

钢筋混凝土框架结构火灾反应分析

在钢筋混凝土框架模拟火灾试验和混凝土高温上本构关系试验基础上，根据不稳定抛弃讯理论和非线性直接刚度法，对钢筋混凝土框架在火灾进程中的温度反应和结构反应进行了非线性有限元分析。其中，考虑了钢筋的存在对温度分布的影响以及混凝土和钢筋在高温下的卸载规律对结构内力重分布所起的重要作用和高温瞬时徐主的影响。     

钢筋混凝土厚板的变形分析

本文用有限层法研究钢筋混凝土矩形厚板的变形规律.分析计算表明,当钢筋混凝土板的厚度较小时,用层状体系理论和有限层法计算应力、位移,都与薄板理论结果十分接近;当钢筋混凝土板厚度较大时,有限层法的计算结果,较薄板和中厚板理论的结果小,而与层状体系理论的相同.这说明对于弹性地基上的钢筋混凝土厚板,按薄板理论计算是偏于保守的.本文的方法对于弹性地基上钢筋混凝土薄、厚板计算通用,不受层数、层间接触条件、地基模型、荷载类型和位置的限制.     

火灾下碳纤维布加固钢筋混凝土梁非线性分析

在合理选取混凝土、钢筋及碳纤维布力学性能参数的基础上,建立了带防火保护的碳纤维布加固混凝土梁高温下数值计算模型,应用ANSYS软件编制了碳纤维布加固钢筋混凝土梁火灾下非线性有限元分析程序NFACCB,实现了加固梁火灾下的热力学耦合分析.分析结果表明:采用合理的防火保护,加固梁可以获得较好的耐火性能;防火材料厚度a和火灾载荷比k对加固梁耐火性能有显著影响;纵筋配筋率n、碳纤维布加固量m、防火材料导热系数以及截面尺寸也对火灾下的加固梁挠度产生影响;而加固梁挠度随防火材料的比热和容重的变化不明显.     

钢-混凝土组合梁受扭性能的试验及分析

为研究新型外包钢-混凝土组合梁的抗扭性能,完成了2根不同配箍率的组合梁纯扭试验和3根不同弯扭比组合梁复合受扭试验.测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,组合梁U形钢侧面、底面的应变分布及沿板宽方向的混凝土的应变分布.试验结果表明:组合梁扭转变形符合三阶段变形规律,翼板混凝土破坏与普通钢筋混凝土构件受扭破坏相似.在试验基础上,通过受扭性能的弹塑性理论分析以及变角空间桁架模型的极限承载力的分析计算,得到组合梁开裂扭矩以及极限扭矩的计算公式,与试验结果进行对比后发现两者吻合较好.