叶片有限元分析中弹塑性过渡区应力奇异产生原因及解决方法

采用弹塑性有限元法、借助大型商业有限元软件对汽轮机叶片进行应力分析时,弹塑性过渡区应力的计算值有时会高于塑性区应力的计算值,即会产生应力奇异现象。为分析产生这一现象的原因,以8节点六面体单元为例,研究了有限元法计算应力的过程,并在理想弹塑性的条件下,采用有限元法和解析法计算了弹塑性过渡区单元节点应力。研究发现,有限元法通常采用高斯积分点应力值外推插值法得到单元节点应力,当单元一部分位于弹性区、另一部分位于塑性区时,这种外插算法会导致节点应力计算值高于结构的实际应力,甚至超出理想弹塑性材料的屈服极限,从而造成应力奇异。研究表明,在叶片弹塑性的有限元分析中,采用相邻高斯积分点应力加权平均的方法计算单元节点应力,可有效避免弹塑性过渡区应力产生奇异的现象。     

弹塑性材料中裂纹的仿真研究

针对含裂纹的弹塑性材料结构,根据弹塑性断裂理论分析了裂纹增长的条件.建立了基于裂纹尖端存在塑性区的计算模型,得到了描述含裂纹弹塑性材料在外荷载作用下的塑性区尺寸及塑性区前端裂纹张开位移的解析解.按照所建立的计算模型对不同的裂纹长度、不同的外荷载对塑性区尺寸及张开位移的影响进行探讨.并给出了材料在外荷载作用下破坏的临界应力强度因子曲线.     

有限宽裂纹板受一对集中剪力时弹塑性解

针对运用断裂力学传统方法进行裂纹尖端的弹塑性应力场分析均为小范围塑性区的假定,不能准确反映塑性区应力情况的问题,利用裂纹线场分析方法,对理想弹塑性材料的有限宽平面板在裂纹面受到一对集中剪力作用时裂纹线附近的应力场及弹塑性边界进行了分析。不采用小范围塑性区的假设,直接通过将裂纹线附近弹塑性边界上弹性应力场与塑性应力场的匹配,获得了裂纹线附近弹塑性应力场的解析解以及弹塑性边界上单位法向量的表达式。用裂纹线分析方法可以准确地反映裂纹附近的弹塑性应力分布,该种方法的应用将成为断裂力学的一个重要发展方向,对石油天然气构造应力分析、材料力学分析具有参考价值。     

混凝土弹塑性硬化模型

通过对混凝土弹塑性硬化规则的描述指出目前诸多研究方法中仍存在不少问题，以经典塑性理论为基础，在应力空间上，将混凝土塑性硬化模型划分为弹全塑性断裂模型和弹塑性硬化断裂模型两种类型，分别在相应的基本假定条件下，给出了混凝土弹塑性硬化模型的一般表达式，从而进一步探索了弹塑性耦合问题。     

双层隧道内力分析

根据弹塑性理论,采用四节点?四边形等参数单元和理想弹塑性德鲁克-普拉格弹塑性材料模型,对双层隧道进行了平面应变有限元分析,自编了考虑初应力分阶段释放?模拟具体施工过程的计算机处理软件.运用该软件,计算得到了衬砌与围岩共同工作时的变形情况?应力分布和塑性区分布的状况,并最终给出了衬砌的各个横截面的设计内力值.     

锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学计算与应用

从弹塑性力学计算出发，用锚杆两端对围岩体内锚固区施加的两组夹紧力来考虑锚杆支护对巷道围岩应力状态改变的影响；而描述锚固围岩体力学性质的粘结力和内摩擦角并未改变，建立了锚杆支护对围岩稳定作用的弹塑性力学模型。通过计算，得到了不同锚杆支护强度和锚固区半径下的围岩应力及塑性区半径的理论计算公式；分析了锚杆支护巷道的围岩应力分布及塑性区变化趋势。并在井下巷道的锚杆支护参数选定中进行了实际应用，锚杆支护弹塑性力学计算的解析解在理论上为锚杆麦护的董化设计提供了依据．     

深部隧道围岩的流变

为了准确地分析深部隧道围岩在高应力区的流变现象,保持岩土工程的长期稳定性,利用Shvedov-B ingham模型理论,研究了隧道围岩在初始时刻出现塑性区情况下的流变情况,并考虑了塑性区及弹性区力学性质的不同。分析了不同区域岩体的剪应力和体积变化规律。通过理论推导,给出了流变区半径及应力应变的解析解,并分析了应力分布及流变半径的变化规律。指出研究深部隧道围岩的流变,初始参照状态应该取为弹塑性状态。     

降雨渗流作用下滑坡变形数值分析

给出了一种考虑渗流作用影响的边坡弹塑性有限元分析方法，采用了不同降雨对抗剪强度影响的模型，求解带有渗透力作用项的土体弹塑性平衡方程得到边坡的应力应变分布。进而求解边坡的塑性区，并应用于降雨滑坡的分析。由算例分析发现,由于渗流作用影响，边坡变形加大，最后形成潜在滑动面，是符合实际情况的。基于以上理论和算例研究得知,利用渗流耦合应力的弹塑性来分析大气降雨而引起的土体滑坡的变形和发展是可行的，是一种有益的尝试。     

连铸薄板坯的二维热弹塑性蠕变应力模型

薄板坯连铸是目前世界各国竞相发展的重大新技术。其技术的重要关键是保证薄板坯具有良好质量,铸坯的理解纹缺陷较少。针对这一目的,文中建立了薄板坯连铸二维热弹塑性蠕变应力（TEPC）模型。给出了高温蠕变条件下薄板坯弹性区、塑性区和过渡区的应力应变本构关系及考虑高温蠕变因素的等效塑性应变增量的表达式。给出了较准确的应力模型边界条件。TEPC模型具有较高精确性,可用于分析高温铸坯中的应力应变状态。     

结构的二阶渐进弹塑性分析

提出一种渐进弹塑性铰模型，考虑构件塑性的渐进变化，构件的塑性发展通过弹簧的刚度变化来模拟，理论分析说明能在一定程度上弥补塑性区方法和塑性铰方法在工程分析中的不足，给出的算例说明了该模型有较大的实用价值。     

双钢板-混凝土组合墙局部屈曲性能试验

进行了4片双钢板-混凝土组合墙轴向受压试验,分析钢板强度和距厚比(抗剪连接件间距与钢板厚度比值)对外钢板局部屈曲位置、临界荷载、破坏类型的影响规律。结果表明:在竖向的2个连接件和4个连接件中部位置的钢板容易发生屈曲,且钢材强度越高,防止试件发生屈曲先于屈服局部弹性屈曲破坏的距厚比限值越小;距厚比仅对构件的破坏类型、局部屈曲的临界荷载影响较大。在试验研究基础上,采用理论分析,推导了防止钢板发生局部弹性屈曲破坏的距厚比限值公式,并采用国内外试验研究数据和数值模拟分析方法对公式的适用性进行验证,进一步修正了防止双钢板-混凝土组合墙发生局部弹性屈曲破坏的距厚比限值设计公式。     

四边简支FRP筋混凝土双向板受弯承载力分析

根据FRP筋混凝土双向板的弯曲破坏特征,引入FRP筋名义屈服强度和FRP筋有效截面面积的概念,对板中局部均布荷载作用下的FRP筋混凝土双向板的受弯承载力进行了塑性极限分析,提出了FRP筋混凝土双向板极限受弯承载力的理论计算公式.建议公式与试验结果符合较好,可为FRP筋混凝土双向板的设计应用提供必要的理论分析依据.     

基于塑性理论的活性粉末混凝土梁抗剪承载力

对14根分别考虑了剪跨比、钢纤维含量、配箍率、配筋率以及纵筋强度影响的HRB 500级纵筋活性粉末混凝土(RPC)梁进行受剪试验,得到其抗剪承载力实测值.基于塑性理论对其进行分析,推导出RPC梁的受剪承载力公式与简化公式,采用该式对构件的抗剪承载力进行了预测,将计算结果与实测值和现行规范公式的计算结果进行了对比.结果表明:基于塑性理论所推导的公式能很好地预测RPC梁的抗剪承载力;简化公式的计算结果离散性不大,适合于工程使用;现有规范的计算结果均较保守,但《纤维混凝土结构技术规程》在材料强度修正中的某些思路值得RPC梁借鉴.     

桥式起重机主梁最优设计法

本文从桥式起重机主梁的静强度、静、动态刚度出发,分析了一次设计的方法,给出了设计式,克服了现行设计的缺点,可供今后设计参考。     

T型连接件在整体测试中的性能研究──关于钢－砼组合桁架系列研究之五

剪力连接件是钢－砼组合结构协同工作的关键部件．本次钢－砼组合桁架整体测试中采用了节点板和填板上升加角钢组成的两种Ｔ型连接件，其抗剪承载力是根据格构式推出试验和砼抗压强度与侧压力成线性关系推导的公式，经过整体测试和砼抗压强度与侧压力成非线性关系推导并调整后的较精确的公式计算的．由测试数据分析表明，Ｔ型连接件在整体工作中充分发挥了抗剪和抗掀起作用，理论值与测试值较吻合．建议在组合桁架中应用这类新型的Ｔ型连接件．     

一种考虑强化效应的梁塑性极限分析

应用传统的极限分析理论,提出一种改进的刚性-非线性强化近似模型.它较现有的几种刚塑性简化模型更符合实际,因而更合理.在梁的极限分析中采用新的刚塑性模型,推导出极限弯矩公式.文中以矩形截面梁为例,对所得结果与传统公式进行比较,结果表明传统公式可视为文中结果的一个特例.最后,给出便于工程应用的简化公式.文中所提出的刚塑性简化模型也可用于刚架、薄板等结构的极限分析.     

角钢连接件的格构式推出试验研究──关于钢－砼组合桁架系列研究之四

本文在试验基础上，分析角钢连接件工作机理和破坏形态，导出抗剪承载力公式．试验值与理论值吻合较好，建议在组合桁架等格构式组合结构中采用．     

超高层结构伸臂桁架的承载力及刚度简化计算

对超高层结构体系中常用的伸臂桁架-单斜腹杆型式(N型)从桁架机制与刚架机制出发、依据伸臂桁架破坏模式建立了简化计算模型,揭示其受力机理.采用有限元模型对伸臂桁架的承载力和刚度指标进行了评估,得知斜腹杆是伸臂桁架主要的受力构件,对伸臂桁架整体承载力以及刚度均起着决定性作用.有限元计算值同简化模型计算结果较为接近,表明所提出的简化模型可以应用于伸臂桁架初步设计中的承载力及刚度的计算.     

锚杆静压桩沉桩挤土效应的实用计算方法

提出具有竖向荷载作用的锚杆静压桩桩周土体的简化受力模型,推导并给出了锚杆静压桩沉桩时产生的塑性区半径的实用计算公式,并结合工程实例分析探讨了沉桩挤土规律。     

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.