复合材料格栅增强夹芯梁弯曲性能研究

为研究含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲性能,采用均质化方法对夹芯层等效弹性参数进行理论推导.结合平行移轴刚度理论、一阶剪切理论对含填充芯材复合材料格栅增强夹芯梁的弯曲刚度、最大挠度进行理论分析;然后对夹芯梁的弯曲性能进行了研究,结果表明:夹芯梁的相对弯曲刚度、挠度与格栅芯材弹性模量比之间存在一次分式函数关系,所用格栅可使相对弯曲刚度提高21.5%,相对挠度下降19.5%;当夹芯层与蒙皮厚度较小时,格栅对夹芯梁的相对弯曲刚度无明显提升;在相同条件下,格栅纵向分布比横向分布更利于夹芯梁提升刚度、降低挠度;当格栅纤维铺层角度在45°时,可使夹芯层弯曲刚度最大提升约21%,夹芯梁相对弯曲挠度下降约7%,而对夹芯梁相对弯曲刚度影响微小.     

先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析

基于精细三角形Mindlin板单元构造了用于先进复合材料格栅加筋圆柱壳体稳定性分析的三角形复合材料加筋平面壳单元.肋骨和蒙皮采用了相同位移插值形函数,保证两者变形协调性的同时,又放松了肋骨转动的约束.肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网榕剖分带来了很大便利.通过算例验证了该协调独立转角加筋板壳单元的有效性,特别是在分析高肋格栅结构时有较高的精度.最后分析了内外加筋形式对等格栅加筋柱壳稳定性的影响.     

纯剪切横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值

针对由横向密加筋板组成的散货船舷侧板承担着较大的面内剪切载荷,而散货船共同结构规范中加筋弯曲刚度设计考虑的是舷外水压力,并没有考虑剪切载荷的问题,研究在剪切载荷作用下横向密加筋板的加筋弯曲刚度门槛值.通过改变加筋的高度,可以改变加筋弯曲刚度,从而使加筋板的剪切屈曲强度和极限强度也随之变化.根据加筋板的纯剪切弹性屈曲强度和极限强度等于材料的剪切屈服极限,找出2种加筋弯曲刚度的门槛值,并把这2种加筋弯曲刚度值与AASHTO规范所得值进行对比分析.结果表明,应由剪切极限强度分析来确定横向密加筋板的无量纲加筋弯曲刚度门槛值.     

考虑桩间土支撑的桩承式加筋路堤理论分析

在对路堤荷载作用下的格栅-桩-桩间土荷载传递机理分析的基础上,建立了桩承式加筋路堤力学计算模型.采用极限平衡理论,推导了桩承式加筋路堤格栅上表面荷载计算公式.考虑格栅下部桩间土的支撑作用,对格栅受力与变形进行分析,推导了格栅在填土荷载作用下的挠度计算公式,从而可确定桩土荷载分担比.将该方法计算结果与已有测试结果进行了对比,表明该方法的计算结果与测试结果相差不超过6%.     

台阶式土工格栅加筋土挡墙结构优化设计

为了研究不同条件下土工格栅加筋土挡墙的性能,通过模型试验和现场试验,主要考虑了2种土工格栅类型和3种土工格栅间距,根据实际工程不同的计算工况,建立三维模型,运用有限元理论和方法进行数值模拟计算分析.比较数值计算和模型试验,分析了土工格栅网孔和间距对加筋土挡墙的变形、地基应力分布情况的影响,提出在实际工程中,台阶式土工格栅加筋土挡墙结构优化设计要综合考虑各种因素,合理选择土工格栅和加筋层间距,以获得较高的加筋效果和工程经济效益.     

土工格栅加筋边坡稳定分析

从土工格栅加固土体的机理入手,采用加拿大著名岩土工程软件Geostuido进行数值模拟分析,讨论了土工格栅的长度、刚度、竖向间距、铺设方式等参数对加筋边坡的稳定性和永久变形等的影响,得到土工格栅在加筋边坡中的一些重要影响因素以及对应的敏感性,从而为加筋边坡的设计提供参考依据。     

《中国学术期刊文摘》综述文摘选登

格栅结构力学性能研究进展范华林(清华大学航天航空学院,北京100084)格栅复合材料是一种新型轻质高强材料。综述了格栅复合材料的周期构型特征和格栅结构的制备工艺。归纳了二维周期格栅材料的等效刚度矩阵计算方法,比较了不同构型格栅的基本力学性能,介绍了胞元材料的微极弹性理论和格栅的强度与屈服面计算方法。     

不同形式土工格栅加筋砂的强度特性

在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）焊接土工格栅的基础上,设计了不同形式的土工格栅,通过三轴剪切试验研究了不同形式土工格栅加筋砂的强度及破坏形态,分析了单向土工格栅横肋间距对加筋砂强度的影响,探讨了格栅基本单元内部筋材布置形式对加筋砂强度的影响.结果表明,不同形式的土工格栅具有不同的加筋效果.其中：多向土工格栅的加筋效果最佳,但材料用量最多,为土工格栅基本单元的2.21倍;双向土工格栅的加筋效果优于单向和三向土工格栅;单向土工格栅在低围压下的加筋效果比三向土工格栅的好,而在高围压下的加筋效果比三向土工格栅的差,且其加筋效果随着横肋间距的减小而增强;单向土工格栅的良好加筋效果主要体现于提高加筋砂的黏聚力,而双向、三向和多向土工格栅的良好加筋效果主要体现在于提高加筋砂的内摩擦角.     

复合材料T型整体化结构的刚度简化计算方法

新颖T型复合材料采用蒙皮与筋共用部分铺层的整体化结构形式,其力学性能有别于传统加筋壁板。该文从刚度特性的角度提出了针对这种复合材料整体化结构的等效简化计算方法。提出了壳体等效模型,通过典型加载方式确定了简化模型的参数,并采用经验公式的方法引入了原模型中各参数对刚度的影响。最后从刚度、均布载荷下的弯曲响应、振动模态和固有频率等3个方面对简化方法进行了验证。结果表明:该简化方法能够很好地体现原模型的力学性质,同时极大地减少了计算时间,具有工程应用前景。     

复合材料夹芯板弯曲分析的双变量精确板理论

针对全复合材料正交格栅/梯形波纹夹芯板的弯曲刚度问题,提出一种基于双变量精确板理论的分析模型.采用均质化理论将两种芯子均等效为正交各向异性连续体,基于双变量高阶剪切变形理论的位移场和最小势能原理推导了夹芯板弯曲平衡微分方程.利用四边简支、对边简支和自由两种边界条件下的弯曲挠度和剪切挠度双变量的求解结果计算了夹芯板整体刚...     

不同结构参数下STS管幕构件力学性能的数值分析

以8榀STS(steel tube slab)管幕构件室内试验为依托,为充分研究STS管幕构件的力学性能,建立构件的有限元模型,分析钢管厚度、螺栓直径、配筋率、翼缘板间距等参数对STS管幕构件力学性能的影响.结果表明:钢管厚度的变化,对试件的极限承载力影响不大,但能够有效地提高试件横向刚度;翼缘板间距的变化,对试件的极限承载力和横向刚度影响较显著;螺栓直径、配筋率的变化,对试件的极限承载力和横向刚度影响均不明显.     

交叉立体桁架系巨型网格结构的简化计算法

针对系巨型网格结构杆件和节点多、计算工作量大的特点,进行了简化计算方面的研究,提出了将立体桁架等效为连续实体梁、按空间法进行有限元计算的等效空间刚架法.分析了立体桁架的等效截面、等效抗弯刚度,并详细推导了其等效抗扭刚度,分析了主体结构不同边界条件的等效处理方法.对比计算分析表明,该方法计算精度高,主要受力杆件的误差保持在5%以内,计算工作量较完全有限元法大幅度降低,是分析巨型网格结构的一种比较优越的方法.     

基于三点支撑法镁合金刚度特性的实验研究

镁合金的弯曲刚度是其工程应用的重要考核指标之一.通过三点支撑法分别研究了厚度为2.16mm与3.66mm的AZ31和AZ31B镁合金板的杨氏模量及弯曲刚度.结果表明,AZ31和AZ31B镁合金的杨氏模量和弯曲刚度相差不大.杨氏模量的值介于41.74~45.1GPa之间,弯曲刚度的值介于28.4~30.8GPa之间.对与3.66mm厚镁合金试件具有相同面密度的铝合金和钢质试件做了相同的研究,结果表明,镁合金板具有更高的抗弯系数.同时AZ31镁合金的比刚度为钢板比刚度的93.2%,比铝合金板高20.6%,AZ31B的比刚度比AZ31的略低.因此,镁合金是最合适的轻量化设计材料.     

芳纶短纤维/芳纶浆粕增强制备高性能氯丁橡胶复合材料

对芳纶短纤维和芳纶浆粕进行微观结构表征和热失重分析,系统地研究了芳纶短纤维和芳纶浆粕对橡胶复合材料基本物理性能、动态力学性能和动刚度的影响。结果表明,芳纶短纤维为巨原纤模型;芳纶浆粕为微纤模型,呈羽绒状。芳纶短纤维在500 ℃降解,650 ℃左右降解基本完全;芳纶浆粕在350 ℃左右开始降解,500 ℃左右迅速降解,直到650 ℃左右降解基本完全。芳纶短纤维/芳纶浆粕增强制备的氯丁橡胶复合材料的撕裂强度、拉断伸长率、屈挠性能随着芳纶短纤维/芳纶浆粕并用比值减小而提高,但其动刚度减小。动态力学性能表明芳纶短纤维与芳纶浆粕并用比为10:10时,有相对较高的储能模量,较低的损耗模量和损耗因子,动态疲劳性能较好。     

厚层铅芯橡胶支座力学性能

设计了3种不同单层橡胶厚度的厚层铅芯橡胶支座并进行力学性能试验,研究其竖向压缩刚度、水平等效刚度、屈服后刚度、屈服力、等效阻尼比等基本力学性能,分析其随压应力、剪应变等的变化规律,并与现有的力学性能理论值进行比较.结果表明,竖向刚度试验值和理论值相差较大,且随着单层橡胶厚度的增大而增大;针对竖向刚度试验提出了拟合公式,该公式与试验结果吻合较好;受样本数量的限制,拟合公式的适用性有待进一步验证;厚层铅芯橡胶支座的水平力学性能与理论值较接近.     

框筒结构的简化分析模型

将楼层整体变形分为剪切变形和弯曲变形,用壁式框架D值法和等效连续体法,对在侧向荷载作用下框筒结构进行简化分析.在考虑翼缘框架对剪切变形影响的前提下,应用壁式框架D值法对整体剪切变形进行分析;在考虑剪力滞效应的前提下,用等效连续体法推导剪力滞系数,分析整体弯曲变形.算例结果表明,简化计算与空间框架计算的结果接近,各柱轴向应变的误差在2%～8%之间,水平位移误差在10%之内.     

新型RC网格式框架结构墙体试验研究

为研究新型RC网格式框架结构承载力、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度和耗能能力等受力性能,进行了3榀1/5缩尺墙体模型在低周反复水平荷载作用下的试验.试验结果表明:新型RC网格式框架结构表现出框架结构的受力特性,试件各层均出现反弯点,为剪切型破坏;滞回曲线饱满,有较强的耗能能力;延性比常规框架好;试件屈服后,刚度退化较快,临近破坏时,刚度退化缓慢.考虑材料、几何和接触非线性,运用有限元软件AN-SYS对相同条件下填充磷石膏的网格式框架结构墙体进行计算,有限元计算屈服时墙体顶点最大水平位移比试验大约5.8%,与试验结果吻合较好.新型RC网格式框架结构是介于框架结构和密肋网格式剪力墙结构受力性能之间的一种结构形式,适用于建造高层住宅及办公建筑等.     

地震作用下钢筋混凝土桥墩有效截面抗弯刚度

为了实现常规桥梁的基于位移的简化抗震设计,有必要简化钢筋混凝土(RC)桥墩有效截面抗弯刚度的计算.将RC桥墩有效截面抗弯刚度与毛截面抗弯刚度的比值定义为有效截面抗弯刚度修正系数Reff,采用纤维单元程序UCFyber对我国常用的矩形、圆形以及矩形带倒角等截面形式的RC桥墩的Reff进行了模拟计算,曲线拟合得到Reff的简化计算公式,最后采用Opensees程序分析了多个RC桥墩的地震位移反应,对Reff简化计算公式的精度进行了检验,并确定了其应用范围.结果表明:RC桥墩的有效截面抗弯刚度修正系数Reff主要与截面轴压比和截面纵筋配筋率有关,受其他因素的影响较小;截面轴压比和截面纵筋配筋率越大,Reff越大;对于高宽比大于3.0的相对细长RC桥墩,采用Reff简化计算公式对应的RC桥墩有效截面抗弯刚度,能够获得合理的地震位移反应.     

机械弹性车轮侧向刚度的影响因素分析

为深入研究机械弹性车轮侧向力学特性,基于理论及数值仿真的方法对车轮侧向刚度影响因素进行了分析.利用能量法建立了0轮单元侧向刚度理论模型,并得到影响车轮侧向刚度的主要因素.在简化机械弹性车轮结构的基础上,建立了车轮三维有限元模型,并验证了模型的有效性.针对不同垂向载荷、0轮几何结构参数以及橡胶层剪切模量,对机械弹性车轮进行了侧向刚度特性的仿真试验.计算结果表明:随着垂向载荷、橡胶层剪切模量的增大,车轮侧向刚度均增大;随着0轮断面高宽比的增大,车轮侧向刚度呈减小趋势.通过对车轮侧向刚度影响因素的理论及数值分析,可为优化车轮刚度特性及改进车轮结构等方面的研究提供参考.