复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

复合材料圆管芯材横向剪切性能

分别采用解析法、数值法和双剪试验对碳纤维增强复合材料圆管芯材(碳管芯材)的横向剪切刚度进行研究,得到了碳管芯材的等效横向剪切模量和修正系数.采用层压板理论的刚度矩阵计算方法求解碳管所用层压板的面内剪切模量,并结合碳管芯材的矩阵胞元计算得到芯材横向剪切模量的解析解;使用有限元方法对双层碳管芯材建立碳管芯材双剪有限元模型,通过数值分析得到碳管芯材等效横向剪切模量的数值解;应用试验结果对解析解和数值解进行修正,获得的修正系数为碳管芯材力学性能研究及航天器结构应用提供了重要参数.     

异形汽车座椅弹簧的刚度及应力分析

以某型异形汽车椅弹簧为研究对象,针对其刚度特性及应力进行理论计算.利用Hypermesh与ANSYS联合仿真研究该异形汽车座椅弹簧的结构特点,并对其弹簧的刚度特性进行应力分析和强度校核.结果表明:基于弹簧串联理论得到的弹簧刚度和仿真结果更接近;汽车座椅弹簧轴向载荷与轴向变形量呈近似线性关系,刚度随着轴向力的增大而小幅增大,在满载工况下,汽车椅弹簧能满足强度要求,符合实际应用要求.利用有限元软件对弹簧进行应力分析及强度校核,并对切应力计算公式提出修正系数,使结果更加合理.     

拉剪多轴载荷作用下的弹性梁弯曲变形

为设计海洋柔性管缆装备多轴加载试验工况,通过建立解析模型和有限元数值模型研究了弹性梁在轴向拉伸载荷与横向多集中载荷共同作用下的弯曲变形,以及拉伸载荷、横向剪力、弯曲刚度等对变形的影响规律,拟合了弹性梁跨中曲率与多轴载荷的近似关系式。结果表明：解析模型结果与有限元结果吻合较好,可见解析模型的正确性。轴向拉力使得跨中区域曲率呈现“凹”形态;梁跨中曲率随拉力增大或剪力减小而迅速减小同时曲率分布更平滑,但随弯曲刚度的下降呈现先增大后减小;拟合的弹性梁跨中曲率与多轴载荷关系式满足工程精度要求。     

轴压薄壁偏心加劲筒的总体不稳定性

在近代飞行器中,广泛采用着薄壁偏心加劲筒结构,在轴向压缩载荷作用下,加劲筒薄壁蒙皮的屈曲远较加劲筒的总体失稳发生得早,考虑到此种情况,在应用小挠度能量法计算偏心加劲筒的总体失稳临界载荷时,必须将蒙皮的刚度进行减缩,资料[3]通过引进减缩弹性模数的方法来计及屈曲蒙皮刚度的减缩效应,且将计算结果与资料[5]的试验结果进行了对照。但是该文只给出减缩弹性模数的一条曲线,没有给出简便的计算公式。本文在有效蒙皮宽度概念的基础上给出屈曲蒙皮的减缩模数的计算公式,将这一公式与资料[3]的曲线相比较,发现二者非常接近。将这一减缩模数与屈曲方程联合起来进行迭代求解,就能得出总体失稳临界载荷,对二个实际的筒子,应用本文方法进行了计算。采用割线模数作为塑性减缩系数进行非弹性修正后,发现理论计算结果与试验值非常一致。     

碳纳米管扭转引起的力学耦合效应

利用经典分子动力学方法,计算分析了单壁碳纳米管、双壁碳纳米管的扭转力学行为,结果表明,相同口径的双壁碳管,在长度一致的情况下,其扭转刚度与碳管结构关联很小.以锯齿型管为外壁的双壁管扭转时的轴向力使碳管伸长,而以其他类型管为外壁的双壁碳管扭转时轴向力使碳管收缩.这些结果对相关纳米器件的设计有重要意义.     

铰接式自卸车平衡悬架系统橡胶弹簧刚度的非线性特性分析与优化

为了提高AD250铰接式自卸车的平顺性,对其平衡悬架夹层橡胶弹簧的刚度进行了分析和优化.建立了橡胶弹簧的参数化有限元接触模型,对弹簧轴向刚度的非线性特性进行了分析,分析结果与实验结果能很好地吻合.研究结果表明, 此橡胶弹簧刚度偏大且非线性特性不能满足悬架在不同载荷下具有等固有频率的要求,为此以固有频率2Hz为优化目标对橡胶弹簧的参数进行了优化,优化后的橡胶弹簧能使车辆保持稳定且良好的平顺性.     

材料力学教学中细长杆临界压力的试验研究

压杆稳定性的概念比较抽象,借助试验可以观察失稳现象并测定临界压力.利用电阻应变仪及材料力学多功能试验台,通过电阻应变测量法得到细长杆轴向压力与电桥应变的关系曲线,并由该曲线的水平渐近线得到了压杆的临界载荷;利用Ansys软件的特征值屈曲分析模块计算了压杆失稳的临界压力.研究表明电测法试验、数值模拟与欧拉公式理论计算得到的临界载荷非常吻合,研究结果证实了试验方法的可靠性.     

层状裂隙岩石顶板的失稳

采用无拉力岩石梁的力学解析模型,根据自由刚体法及卡氏定理建立了层状裂隙岩石顶板失稳问题的基本求解方程．分析考察了在不同荷载条件、梁轴向产生永久变形、以及不同支座条件下裂隙岩石顶板梁的失稳特性．结果表明：其弯曲失稳可用临界挠度δｍａｘ／Ｄ来描述．当不考虑梁轴向永久变形及支点位移条件影响时,顶板梁失稳的临界挠度为０．４．梁轴向永久变形将使失稳点的临界挠度及梁的承载能力降低．同时,梁的失稳还直接受两端支承条件的支配．其影响程度可用支点系数α来描述．α增大,梁的弯曲刚度降低,梁易于失稳．     

纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力分析

针对纳米碳管与陶瓷材料热膨胀系数的差异导致的热失配问题,采用复合材料细观力学方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了不同长径比的纳米碳管增强陶瓷基复合材料模型,模拟降温冷却过程中纳米碳管的性质对纳米碳管增强陶瓷基复合材料热残余应力变化特征的影响;利用轴对称体弹性力学理论导出纳米碳管贯穿陶瓷基体时纳米碳管增强复合材料的热残余应力解析式,所得结果与数值模拟结果一致,证明数值模拟方法的可靠性.研究表明:纳米碳管的弹性模量、热膨胀系数、体积分数、长径比和温度差等因素的变化对复合材料热残余应力有不同程度的影响.     

矩形钢管混凝土波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。     

纤维增强复合材料机翼长桁压缩破坏预测方法

提出了一种分析和预测在压缩载荷作用下纤维增强复合材料机翼长桁的极限承载能力以及破坏位置的方法,建立了分析其形变和渐进破坏的有限元模型,采用应力描述的二维Hashin失效准则预测材料的初始失效,并提出了一种材料受损后的刚度折减方案;由应力失效和断裂力学中的能量释放率控制材料渐进损伤的演化模式,并以损伤变量的形式表征材料的受损程度;在有限元软件ABAQUS/Standard平台上编写用户材料子程序（UMAT）,运用黏性正则化方法帮助收敛,并将其预测结果与复合材料机翼长桁的压缩实验结果加以对比.结果表明,所得极限承载能力以及破坏位置的预测结果与相应的实验结果较吻合.     

考虑轴压比影响时框架稳定性的刚重比控制方法

改变框架柱的轴压比,对10根钢筋混凝土柱与5根钢柱进行压弯试验,拟合了轴压比对框架柱抗侧刚度的影响公式.用等效水平力方法推导了结构临界重力荷载,提出了基于结构刚重比控制的框架重力二阶效应的稳定计算方法,给出了考虑轴压比影响时框架结构稳定性的刚重比控制方法.结果表明:考虑轴压比影响,框架柱抗侧刚度提高,使得计算的刚重比更容易满足规范关于框架结构稳定性对刚重比的要求,考虑轴压比对框架柱抗侧刚度的影响,符合工程实际,为现行规范对高层框架侧移计算的完善提供参考.     

剪力墙结构中钢筋混凝土楼板膜效应试验研究

以剪力墙结构中的连续楼板为研究对象,设计了12个剪力墙约束钢筋混凝土单向板试件,试验研究了侧向约束条件下楼板的承载力.试验结果表明,受压力膜效应影响,当侧向约束刚度与试件自身刚度之比为0.022∶1时,试件的极限承载力较上限方法计算的结果平均提高了38.3%.在试验结果的基础上,对比研究了支座与中间板带的刚度比、支座轴压力、跨高比、配筋率以及侧向约束力等参数对试件受力性能的影响,得到了压力膜效应和拉力膜效应临界点与跨中挠度的对应关系.     

基于旋转折变型长周期光纤光栅的压力传感器

利用CO2激光脉冲以单侧入射方式在普通单模光纤上写出了一种折射率沿光栅轴向呈旋转分布的长周期光纤光栅．横向负载实验表明,对于折变旋转度为270°的旋转折变型长周期光纤光栅,谐振峰幅值的横向负载灵敏度为0．44dB／（g-mm^-1）,是普通长周期光纤光栅的7倍;而且由于旋转变化的折射率结构降低了光栅的原始双折射,使得这种光栅在各圆周方向上谐振波长对横向负载都不敏感．利用这一特性可用于制作体积小、操作简单、成本低廉的高灵敏度光强型压力传感器．     

钢筋混凝土构件非线性有限元分析

本文对原有的通用结构分析程序NONSAP进行了修改扩充,形成了单增荷载下钢筋混凝土构件的非线性有限元分析法.本方法对混凝土采用非线性正交平面等参单元,在材料模型中计入了拉裂、受拉强化、裂缝面上的剪力传递和压应变屈服等混凝土特性;对钢筋采用弹塑性三向连杆单元;引入三向非线性联结单元以模拟钢筋和混凝土之间的相互作用.数值计算采用初始刚度和切线刚度的合混型增量迭代法;在材料破坏时计入了不平衡力的重分配.本方法的计算结果和试验结果符合良好,表明了该程序的可用性.     

主管管壁加厚的T型圆钢管节点抗火性能有限元研究

分别对未加固T型圆钢管节点和主管管壁加厚的T型圆钢管节点在高温恒载作用下的抗火性能进行了有限元分析.通过试验结果验证了有限元模型的有效性,并在此基础上建立了瞬态分析模型.分析时,升温曲线及热力学参数均按照欧洲规范(Eurocode 3)的规定选用;采用间接热力耦合的方法;忽略高温蠕变的影响.考虑了荷载比及主管管壁加厚程度对主管变形、主管端部轴向反力的影响;对比了不同荷载比下临界时间和临界温度;得到了不同情况下模型的失效模式.分析发现管壁加厚能有效提高T型圆钢管节点的耐火性能,并且在加固节点中,当管壁厚度和荷载比均较大时,失效模式由节点失效变为构件失效.     

“桉叶糖”异型钢管相贯焊节点试验和有限元分析

结合工程实际,对河南广播电视发射塔中"桉叶糖"异型钢管"X"节点缩尺试验进行了研究,讨论了实验的加载装置、测试结果和有限元数值计算结果,分析了这种节点在设计荷载下的受力性能和影响该节点荷载-应力曲线的主要因素.结果表明,这种"桉叶糖"异型钢管相贯节点在设计荷载作用下具备足够的刚度和强度,满足设计需求;有限元计算结果与试验实测结果吻合较好,有限元分析模型可进一步推广至未实测的"X"节点.     

CFRP加固带裂缝双向板的计算及有限元分析

针对工程实例中钢筋混凝土双向板出现裂缝的问题,提出碳纤维布（CFRP）加固方法,给出CFRP用量的计算公式,并根据该加固方法,利用有限元软件ANSYS建立了带裂缝的钢筋混凝土双向板的有限元模型,分别分析了未开裂、开裂及加固后双向板的受力状态,验证了加固效果。结果表明：对挠度的加固效果η=5.3%,对vonmises应力的加固效果η=20.2%,CFRP加固双向板对承载力的加固效果优于刚度。     

CFRP板加固钢¬混凝土组合梁的非线性有限元分析

粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)板能有效的提高钢－混凝土组合梁的强度和刚度。文中采用非线性有限元方法分析了简支CFRP板加固钢¬混凝土组合梁的极限承载力和刚度,并对有限元模型中胶层和栓钉连接层的影响进行了研究。利用有限元方法与理论公式计算及实验结果进行分析和比较,结果表明：（1）非线性有限元分析得到的应力－应变曲线及CFRP板的纵向应变与试验结果吻合较好;（2）考虑连接层的有限元模型比不考虑连接层的有限元模型有更高的精度;（3）CFRP板的性能在钢梁屈服后才得到充分发挥;（4）对比其他方法,由考虑连接层有限元模型计算得到的抗弯极限承载力最接近实验结果,误差小于3%。