基于能量原理的滚石棚洞抗冲切设计

通过构建滚石棚洞冲击系统非线性集中质量模型，结合Meyer非线性接触定律，运用能量原理研究了滚石冲击下棚洞结构(普通棚洞和耗能棚洞)的动力响应，在此基础上研究棚洞板在滚石冲击荷载下的抗冲切计算。通过实例计算表明，耗能减震棚洞能很好地吸收滚石冲击能量，大幅度降低滚石冲击力，有效提高混凝土板抗冲切能力，是一种理想的滚石防护措施。     

滚石冲击作用下钢筋混凝土棚洞板动力学响应及冲切损伤评估研究

基于冲击动力学方法,结合修正的考虑混凝土塑性特性及永久变形的分阶段弹塑性接触理论,构建了滚石冲击荷载下钢筋混凝土棚洞板动力响应的一般解析解法,通过有限元模拟验证了方法的适用性,探讨了不同冲击位置的响应规律.依据冲击试验中钢筋混凝土板裂缝开展的分阶段特征,定义最大冲击力与冲切承载力的比值为损伤参数,作为冲切损伤程度的简化理论判据,采用3种典型冲切计算方法对其影响因素进行了参数敏感性分析.结果表明:滚石冲击钢筋混凝土棚洞板的最大冲击力与最大压痕和永久压痕呈正相关,三者均与挠度呈负相关;从靠近棚洞板边缘处到中心位置,其最大冲击力近似呈线性减小;滚石半径相对于冲击速度,以及板厚相对于混凝土强度对冲切损伤程度的影响都更大,而是否考虑纵筋销栓作用也显著影响其冲切损伤状态的评估.     

外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙抗震性能研究

研制了一种同时布置体内无黏结预应力筋和外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙,通过拟静力试验研究了该自复位墙在低周反复荷载作用下的滞回性能,重点探明了预应力筋初始预应力、金属阻尼器屈服荷载大小对其耗能性能的影响,最后基于试验结果建立了数值分析模型.研究表明:该自复位约束砌体墙滞回曲线呈"旗形",在较大位移下未出现明显的损伤,且在加载及卸载过程中没有明显的强度和刚度退化;随着预应力筋初始预应力的增加,墙体的自复位性能增强,但其耗能能力会降低;随着金属阻尼器屈服荷载的增大,墙体的耗能能力增强,但会产生少量的残余变形;数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明本文所提出的分析模型能较好地模拟该自复位约束砌体墙的力学行为.     

基于Hertz理论的滚石冲击力的修正计算研究

以Hertz弹性碰撞理论而所取得的滚石冲击力远远超过实际情况,无法应用于工程实践中。针对此,本文以Hertz接触力学和Thornton弹塑性假设为基础,考虑了构造物材料特性、冲击物的相对尺寸、结构变位等因素,建立了滚石对构造物的冲击力修正方程,最终以二郎山1#滑坡防治工程中滚石对锚索抗滑桩的冲击为例进行对比分析。结果表明：二郎山1#滑坡治理工程中,滚石冲击力计算结果显示,修正系数介于0.06-0.11之间,计算结果与实际估计较为一致;修正系数随冲击速度的增加而先急剧后平稳降低;落石冲击力随构造物强度、滚石速度的增大而增大。     

基于Hertz弹性理论和Thornton弹塑性假设的滚石冲击力的修正计算

以Hertz弹性碰撞理论所取得的滚石冲击力远远超过实际情况,无法应用于工程实践中。因此,以Hertz接触力学和Thornton弹塑性假设为基础,考虑构造物材料特性、冲击物的相对尺寸、结构变位等因素,建立了滚石对构造物的冲击力修正方程,最终以二郎山1#滑坡防治工程中滚石对锚索抗滑桩的冲击为例进行对比分析。结果表明:二郎山1#滑坡治理工程中,滚石冲击力计算结果显示,修正系数介于0.06~0.11之间,计算结果与实际估计较为一致;修正系数随冲击速度的增加而先急剧后平稳降低;落石冲击力随构造物强度、滚石速度的增大而增大。     

不同构造参数对椭圆型耗能器性能的影响分析

设计了一种椭圆型耗能器,采用ABAQUS软件对9组不同构造参数的椭圆型耗能器性能进行参数模拟分析,研究椭圆型耗能器的高度、钢板厚度、弧形深度、钢板宽度以及椭圆弧形钢板局部削弱等对椭圆型耗能器性能的影响.研究结果表明:椭圆型耗能器滞回曲线稳定、饱满,塑性耗能能力强;随着椭圆型耗能器高度减小、弧深减小或钢板厚度增加,椭圆型耗能器初始刚度、屈服后刚度和屈服力增大,屈服位移降低;钢板宽度增加,椭圆型耗能器初始刚度、屈服后刚度和屈服力增大,对屈服位移没有影响;局部削弱椭圆型耗能器比不削弱椭圆型耗能器具有更好的耗能效果.     

一种新型扭转金属阻尼器及其减震性能分析

为解决现有金属阻尼器应力分布不均匀的问题,设计了一种新型层间扭转型金属阻尼器,推导出初始刚度和屈服荷载表达式,并通过往复加载试验对其力学性能进行研究.根据阻尼器的试验过程建立有限元模型,分析其变形后的应力分布,对设有该扭转型耗能梁段与剪切型耗能梁段的Y形支撑结构进行了抗震性能研究.结果 表明:建立的扭转金属阻尼器力学模...     

薄柔H型钢柱抗侧向冲击性能研究

基于经实验校核的非线性有限元模型,重点对影响薄柔H型钢柱在侧向冲击荷载下力学性能的主要因素如冲击速度、冲击质量、冲击位置、轴压力等进行了分析。结果表明,冲击能量的增加导致钢构件耗能的增加;冲击时间主要由冲击质量决定;最大冲击力主要由冲击速度决定。同时冲击速度使钢构件单位位移下的耗能提高,而冲击质量并不能改变构件在单位位移下的耗能。随着轴压力的增大,冲击力降低,撞击处位移增大,耗能逐渐增大,且轴压力对构件耗能在冲击力平台阶段的影响显著。研究结果可为薄柔构件冲击设计提供参考。     

钢结构遮光棚的结构计算

本文进行了钢结构遮光棚的静力验算。在高速公路隧道群或小间距隧道洞门之间,为了减小光线给行车带来的视线差,保证行车安全,往往需要设置遮光棚。一般隧道洞门之间设置桥梁跨越沟壑。因此,需要在桥梁结构上设置遮光棚。一般将桥梁墩台帽梁伸长作为棚洞结构的基座,采用钢结构棚洞。钢结构棚洞验算中需要考虑各种荷载,比如自重、风荷载、雪荷载、温度荷载等,对其进行最不利荷载组合下的承载能力验算和使用荷载下的应力及挠度验算,并对其它构件连接进行了验算,为同类结构设计及验算提供参考。     

框架型棚洞受落石冲击时的不同垫层缓冲效果研究

依托成兰线洞口落石防护研究项目,推导了落石冲击试验研究相似准则,并研制了响应的冲击设备,开展了室内落石冲击模型试验研究。通过设置不同的冲击高度、垫层材料及垫层厚度,研究了落石冲击的峰值冲击力规律,结果表明,落石峰值冲击力随着高度增加近似线性增加,采用普通土垫层时,其厚度不应小于14cm,否则缓冲效果不明显;EPS颗粒轻质土的缓冲效果相对于普通土垫层在较小冲击高度下较差,而在较大冲击高度下,EPS颗粒轻质土缓冲效果明显优于普通土。研究结果可供框架型棚洞的设计提供参考。     

冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律. 研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.      

基于ANSYS的GW7-252隔离开关抗震减震性能分析

 电力系统中的高压电气设备在地震中很容易受到破坏,因此进行抗震减震分析非常必要。抗震分析中常采用数值模拟和振动台实验相结合的方法,但设备造价比较高,数值模拟则是一个廉价且易于控制的分析手段。本文运用ANSYS软件建立GW7-252隔离开关的有限元模型,根据规范对设备输入共振调幅波进行时程反应分析,讨论原结构在共振调幅波作用下的动力学反应,然后采用中国电力科学研究院研制的减震器建立结构的减震模型,输入共振调幅波后,将减震模型的时程反应结果与原结构进行比较,减震效果良好。     

气爆荷载下弯曲构件动力响应数值计算

针对建筑结构内部气体爆炸荷载升压时间长、峰值压力小、压力峰值较多的特点,以等效单自由度方法为基础,通过将荷载、抗力矩阵化准确描述加载过程与结构动力特性,推导得到了气爆荷载下结构动力响应的数值计算方法,并与实验数据对比验证其准确性.研究发现:与实际气爆荷载相比,简化荷载因为忽略了荷载变化速率的影响使得计算的结构振动位移要小于实际情况,而阻尼的存在可以减少这种计算误差.相同峰值的荷载作用时间越长,对结构产生的变形能越大,结构的最大振幅与残余变形越大.初始速度与初始位移均会增加结构的振动挠度与残余变形,初始速度相当于结构额外受到了冲量荷载,而初始位移则相当于结构承受了外部静载.      

电流变流体及其在减振器中的应用

本探讨了电流变流体在减振器上的应用。电流变流体减振器的阻尼力可以通过电信号快速、连续地调节,因此这种减振器及其变型结构可以应用在车辆以及其它多种机械装置中以实现振动控制。本描述了电流变减振器的典型结构及其对电流变流体性能的要求,研制开发了一种新型结构的减振器及其控制系统并给出了试验结果。     

多重动力吸振器对高速列车地板振动的控制

针对某高速动车组线路运行时出现的地板局部振动问题,通过线路试验发现地板在33 Hz附近存在局部振动放大现象,为解决该问题,基于多自由度结构振动原理,建立包含多重动力吸振器(MDVAs)的地板振动控制模型,分析了多重动力吸振器控制地板振动的最优调谐参数,并对动力吸振器控制效果进行了验证。结果表明,安装位置会对控制效果产生明显影响,吸振器安装应尽量选择振型最大处安装,吸振器参数的控制效果不会随参数变化而无限增加。采用地板动力吸振方案可有效降低目标频率处的振动,地板时域最大峰值下降约66%,舒适度指标降低0.3。     

聚氨酯/蜂窝铝复合材料的压缩力学行为及缓冲吸能特性

对空芯蜂窝铝(六边形孔)、聚氨酯、聚氨酯/蜂窝铝复合材料进行压缩试验,分析蜂窝铝和聚氨酯复合后的压缩力学行为及缓冲吸能特性.结果表明：复合材料的应力-应变曲线表现出弹性、屈服和密实三个阶段,初始刚度和屈服应力较空芯蜂窝铝有很大提高;蜂窝铝的加入使聚氨酯的变形回复降低25%;复合材料的最大吸能效率是单纯聚氨酯的1.47倍,且较大应力下复合材料具有比单纯聚氨酯更好的吸能效率;聚氨酯填充1 mm孔径蜂窝铝复合材料的最大吸能效率是聚氨酯填充2 mm孔径蜂窝铝复合材料的1.37倍;加载速率越大,吸能效率的峰值越大,且在达到最大吸能效率时的应力越大.     

不同横缝状态影响下混凝土重力坝抗爆性能研究

考虑混凝土重力坝横缝张开状态对大坝内冲击波传播的影响,基于FSI流固耦合数值分析方法模拟水下浅水爆炸冲击波的形成、传播及其与自由面、大坝结构之间的耦合相互作用过程,从混凝土重力坝的动态响应、渐进毁伤破坏过程及大坝损伤耗散能累积特性等方面,对比分析横缝状态对大坝综合抗爆性能的影响机制。结果表明,重力坝横缝张开范围对大坝抗爆性能有重要影响,且表现为加剧大坝动态响应、促进大坝混凝土毁伤破坏区域形成、增大坝体损伤耗能累积量的整体规律,明显削弱了大坝的抗爆性能。     

撞击作用下泡沫铝填充结构吸能特征

泡沫铝是由金属铝制成,由于铝具有较低的强度,导致泡沫铝本身的承载能力和吸能特性受到局限.典型的抗振吸能结构是泡沫铝填充结构或夹芯结构.采用实验和数值模拟方法分析了泡沫铝填充结构在冲击作用下的变形特征与吸能特性.研究表明,填充结构中钢制圆柱壳在整个冲击吸能过程中占主要地位,它与泡沫的相互作用使得变形过程中的能量吸收和初始失稳载荷随冲击速度的提高而增加;当钢制圆柱壳的壁厚增加时,峰值塌陷载荷和总的吸能也提高.在100 kg范围内,冲击质量对初始峰值塌陷载荷的影响不大.由于钢壳是主要的承载和吸能部件,要想提高泡沫铝填充结构的吸能特性,需要合理地设计泡沫密度与钢壳厚度,充分利用它们之间的相互作用关系.     

筒式液力减振器试验系统设计与实现

速度特性图、示功图是车辆减振器的重要动力特性参数,本文设计了一种机械式速度试验机．为克服传统的机械式试验机磨损快、滑块质量过大的缺点,设计了特殊的润滑与密封装置;同时广泛采用弹性铰链以消除联结间隙,大大降低了噪声．本机还设计了慢速装置（0．05m／s）以测量滑动摩擦力． 用本试验机对三轮汽车减振器进行实测,结果表明本系统测量可靠,操作快捷、方便．     

不同分级循环加卸载模式下六边形蜂窝能量演化规律

为了阐明循环加卸载路径对六边形蜂窝能量演化的影响规律,设计了3种不同分级循环加卸载试验,揭示了不同分级循环加卸载模式下外界输入总能量、弹性变形能、耗散能、塑性变形能等参数的演化特征及相互关系,研究结果表明：不同分级循环加卸载作用下,蜂窝的初始峰值强度和平台应力与卸载过程蜂窝弹性能的释放程度有关;3种不同分级循环加卸载模式下外界输入总能量、蜂窝的弹性变形能和塑性变形能随着加卸载梯级增大呈现非线性增加的趋势,耗散能在前三级循环作用下随着加载次数增加而减小,在最后一级循环中循环载荷上限较大,扰动效应强于强化效应,耗散能呈现相反趋势;提升循环载荷上限,蜂窝内部损伤增加,且越接近蜂窝初始峰值强度,蜂窝的损伤越严重;同时提升循环载荷下限,蜂窝弹性能释放较少,损伤加剧。