TPO-薄层UHPC轻型组合桥面层间温度应力研究

为掌握轻型组合桥面温度应力变化规律,避免TPO-UHPC层间受力破坏,采用应变片法和超声波法分别测定TPO材料的热膨胀系数和弹性模量;利用ABAQUS有限元软件对组合铺装进行层间温度应力研究;对影响TPO-UHPC层间温度应力的主要因素进行参数敏感性分析,探讨热膨胀系数比、TPO厚度、施工温度等对层间温度应力的影响.试验研究表明:TPO热膨胀系数比水泥基材料要大得多,TPO弹性模量随温度升高而减小.仿真计算显示:均匀温度变化下,层间剪应力和法向拉应力随着膨胀系数比和TPO层厚度减小而减小;层间剪切应力相较于法向拉应力在铺装体系中占主导地位;在高温和低温环境下,施工温度对TPO-UHPC层间应力的影响趋势相反,选择合适的TPO厚度及施工温度,可以减小温度应力幅.     

考虑胶接层效应的对称正交层压板的层间应力

本文研究了对称铺层的正交层压板在单向拉伸情况下的层间应力问题,文中采用纤维层之间存在胶接层的力学模型,纤维层简化为横观各向同性体,胶接层则为各向同性体。对各个单层按三维弹性理论建立其基本方程式及相应的边界条件,用分离变量法得到以 Fourier 函数和双曲函数两个无穷级数表达的位移和应力解,并对[0°/90°/90°/0°]铺层的层压板进行了实例计算,精确地确定了胶接层中的法向正应力和剪应力分布规律,比林毅在[1]中假定胶接层只承受沿厚度均布的横向剪应力有了改进。计算结果表明胶接层中的剪应力与正应力沿厚度方向在第二层中达最大值,层间应力在第二层与第三层的交界面上为最大,而沿宽度方向仍有明显的自由边缘效应,这与过去已有的结果是一致的。另外,文中还分析了胶接层厚度对层间应力的影响。     

碾压混凝土坝碾压层厚对层间面特性影响研究

碾压混凝土坝由于施工工艺等原因存在层间面软弱面,而这些软弱面对坝体的应力分布和位移会产生一定的影响.结合乌弄龙碾压混凝土坝,通过有限元软件建立不同碾压层厚(30、50、70cm)大坝模型,研究了碾压层厚度对大坝应力、位移分布的影响.为了更好地对比分析碾压层厚度对层间面特性的影响,对模型施加相同材料参数、边界条件和外界荷载,然后对不同碾压层厚坝体的应力和位移大小分布进行对比分析,进而得出碾压层厚对坝体层间面特性的影响,从而为碾压混凝土坝的设计、施工提供一定的理论依据.     

高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式. 研究结果表明： SMA厚度、STC厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力有不同程度的影响;在最不利荷载组合下,不计桥面纵坡时,层间最大剪应力变化范围为0.38~0.55 MPa（常温）、0.35~0.55 MPa（高温）;层间最大法向拉应力变化范围为0.18~0.23 MPa;层间应力随着桥面纵坡的增加而线性增加,纵坡从0%增加到8%,层间最大剪应力升幅为9.4%（常温）、12.0%（高温）,层间最大拉应力升幅为12.0%（常温）、12.5%（高温）;通过纵坡坡度修正,建立高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力通用计算公式,并与实桥有限元计算结果对比,误差在9%以内,说明本文提出的计算方法可用于估算不同纵坡下高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力.     

海底单层保温配重管道安装分析方法研究

海底单层保温配重管道由于制造成本低、铺设效率高,目前已在我国许多近海边际油气田项目中得到应用。从力的传递和变形协调条件出发,对安装状态下的单层保温配重管进行了受力分析,然后采用有限元程序ABAQUS建立单层保温配重管和托管架的三维模型,对其S型铺设过程进行模拟分析,获得了单层保温配重管铺设期间各层的应力分布、层间剪应力以及弯矩沿管线的分布情况。研究工作和分析结果将为单层保温配重管道的安装分析方法提供设计参考,并可为其铺设施工提供实际指导。     

铺层结构对复合材料螺旋桨水动力性能的影响

基于面元法及有限元方法,采用分区迭代方式开展复合材料螺旋桨流固耦合分析,重点讨论了材料纤维角度和结构铺层方式的影响.针对桨叶剖面变厚度特征与单层材料有限厚度之间的矛盾,提出了更具实用意义的沿叶面往叶背方向逐层退化的铺设方式,并发现该铺设方式复合材料螺旋桨流固耦合性能主要受靠近叶面的铺层结构控制.后续铺层结构优化设计中可仅考虑近叶面若干铺层以节省计算工作量.     

热固耦合作用下的套管-水泥环-地层多层组合系统应力分析

考虑非均匀地应力、内压和地层高温对高温高压井套管-水泥环-地层多层组合系统的作用,应用弹性力学理论,结合边界条件、接触条件和连续条件,获得热固耦合作用下套管-水泥环-地层多层组合系统应力分布的解析解。讨论水泥环厚度、弹性模量、泊松比、地层温度、套管-水泥环层数对最内层套管内壁Mises应力分布规律的影响。研究结果表明:上述因素对最内层套管内壁Mises应力的分布均有影响;对比套管-水泥环-地层的单层和多层组合系统,多层组合系统的最内层套管内壁的Mises应力较单层系统明显降低,这说明多层组合系统具有重要的工程价值。     

层合玻璃热应力的数值模拟

用三维有限元程序LS-DYNA对由两种透明材料组成的层合玻璃在均匀变温下的热应力进行了数值模拟,得到了层间剪应力的分布,并分析了材料和胶层厚度对层间剪应力的影响:当材料相同时,胶层厚度越大层间剪应力越小;当胶层厚度相同时,材料热膨胀系数相差越大层间剪应力越大。     

正交各向异性功能梯度微板弯曲行为尺度效应

为了研究材料参数沿微板厚度方向呈连续梯度变化的正交各向异性功能梯度微板弯曲行为的尺度效应,基于新修正偶应力理论和Kirchhoff弹性板理论,引入2个正交方向的材料特征尺度参数,将正交各向异性功能梯度微板的应力、偶应力、应变和曲率等基本变量描述为位移分量偏导数的表达式,并根据最小势能原理推导微板的平衡方程和边界条件。利用建立的模型,以材料弹性模量、剪切模量和材料特征尺度参数均沿微板厚度方向呈正弦梯度变化的四边简支微板为例,研究微板在双向正弦分布载荷作用下的弯曲行为,分析材料特征尺度参数与板厚比、材料各向异性和功能梯度参数对微板挠度、正应力和偶应力尺度效应的影响,定量标定考虑尺度效应时正交各向异性功能梯度微板结构的临界几何尺寸参数。研究结果表明:应用本文模型求解的微板挠度和正应力总是小于经典弹性Kirchhoff板模型解;板厚与材料尺度参数比值越小,微板挠度和正应力的尺度效应越明显;功能梯度参数对微板挠度、正应力和偶应力的尺度效应有一定影响;沿2个正交方向的特征尺度参数对微板挠度、正应力和偶应力的尺度效应影响程度不同。     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

层合复合材料自由角附近的层间应力场--一个半解析解

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题提出了一个计算应力场的半解析解,它适合于[90°/0°]s,对称铺层的层合复合材料变温问题.对文中给出的[90°/0°]s.对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料的两个算例,解析解所得结果与用三维有限元计算的结果符合得较好.还就应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素.     

含孔复合材料层合板孔口缝合补强的层间应力分析

使用有限元模拟计算了含孔复合材料层合板开口缝合补强结构。研究了含孔复合材料层合板在轴向拉伸载荷作用下孔边各个铺层的层间应力分布情况,并将缝合后的层间应力值与缝合前的相关数值进行了比较,主要研究了不同缝合参数对孔边层间应力的影响。通过有限元模拟计算可得,层合板缝合补强后,孔边的层间应力比未缝合前显著减小,孔边附近层间应力的分布与相邻铺层的铺层角有关,不同铺层之间的层间应力沿孔边区域存在应力的转换点,并且存在显著差别。     

层合复合材料自由角附近层间应力场的数值分析

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题,提出了一种三维有限差分法方案计算层合复合材料在变温下的自由角附近的应力场。对文中给出的[90°/0°]s对称铺层和Ni/Al层合复合材料及两个算例,有限差分方案的结果以前所提供的半解析解结果更接近三维有限元计算结果。同时对纤维任意铺设的碳纤维增强塑料的算例进行了计算,发现有限差分方案的结果也和三维有限元计算结果符合的很好。这种有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的。文中还就所计算的例子的应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素。     

复合材料层间应力计算的剪滞法

本文采用剪滞模型将复合材料层压板层间应力的计算转化为计算一组常微分方程的特征值问题．通过对不同铺层层压板层间应力的计算和比较表明：本文给出的方法简单，且行之有效．     

受线性载荷作用的含加强圆环无限大板解析解

文章基于复变函数方法,推导了含圆孔的无限大板且孔内侧粘贴加强圆环在远端受双轴线性载荷作用下的解析解;为了更好地评估圆环的加强效果,系统地分析了板的孔边处各应力分量的最大值及其方向与加强圆环的材料属性及其厚度的关系,结果表明,选择合适的加强圆环的材料和厚度可以显著降低板在孔边处的最大应力。研究结果为加强圆环的优化设计提供了理论依据。     

非均匀电场下功能梯度压电材料板的振动主动控制

针对传统分层压电构件在连接处较容易破坏的问题,使用功能梯度压电材料板中压电材料组分来实现结构的振动主动控制。提出了一个改进的功能梯度材料特性分布方程,该方程由两个参数独立地控制压电材料总体积分数和沿厚度方向的材料梯度分布形式。基于材料特性在横向的梯度变化,推导了非均匀电场下机电耦合系统的运动方程。在振动控制中,使用速度反馈控制方法获得了有效的主动阻尼。在此基础上,研究了压电材料分布类型、梯度分布指数和压电材料总体积分数对功能梯度压电材料板振动控制的影响。结果表明,功能梯度压电材料板中压电材料分布对振动控制效果有较大影响;通过优化功能梯度压电材料板控制电压的施加位置,可以获得良好的振动抑制效果。     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

磁处理降低焊接残余应力中磁场方向的影响

为了解磁处理可降低铁磁性材料残余应力的内在机理和作用规律,通过实验研究了焊接试板在经不同磁场方向的磁场处理前后的残余应力分布,发现焊板平面内垂直于焊缝方向磁场处理后,焊缝区附近的残余应力有明显的降低;沿板厚方向磁场处理后,焊缝区附近残余应力也有所下降;而磁场方向沿焊缝方向进行处理,残余应力降低不明显。这说明磁场方向垂直于最大主应力方向时最有利于残余应力的降低。该文还初步分析了磁处理降低焊接残余应力时,磁场方向影响其效果的机理。     

双层吸波蜂窝复合材料结构优化设计

为探究不同吸波特性材料之间的组合规律,以在更宽频段范围内达到最佳雷达波吸收效果,选用两种不同吸波剂浸渍的纸蜂窝结构型吸波材料板（分别命名为FW10和FW20）,以石英纤维板为外侧蒙皮,制备出一种具有较好雷达波吸收能力的复合板件,该板件可与常规壁板结合使用。采用时域有限差分法计算不同材料厚度组合下的材料雷达散射截面（RCS）值和反射率,并采用正交设计法对最优厚度组合进行进一步的探究,结果表明：复合结构的吸波效果与各层材料组合及其厚度分布有关,所得最优复合板件厚度组合方案从外向内依次为1 mm石英纤维板,15 mm FW10和15 mm FW20。最优方案复合板件在0~18 GHz频段范围内反射率低于-10 dB的吸收频段宽度为13.1 GHz,最大吸收峰可达-29.5 dB。最后进行实物测试,验证了仿真分析的有效性。     

基于加点多目标粒子群算法的 碳纤维防撞梁优化设计

为了达到车辆轻量化的效果，基于某轻型乘用车钢制防撞梁，根据车辆低速碰撞 标准对采用碳纤维材料的防撞梁进行结构优化设计 . 通过全因子试验确定防撞梁的截面参 数，考虑到各铺层区域之间厚度不同导致的材料不连续问题，提出了基于铺层相容性的铺层 原则，并以此确定防撞梁的厚度空间和对应的铺层顺序 . 在对防撞梁的铺层厚度进行优化设 计时，采用基于 kriging模型的加点多目标粒子群优化算法，在传统粒子群算法的基础上引入 多目标加点策略，能够有效解决由于近似模型精度不够导致的重复试验设计，提高了优化效 率. 优化设计后的仿真和台车试验表明，碳纤维防撞梁低速碰撞性能满足要求.