基于线性互补算法的叠梁接触规律研究

确定叠梁层间发生接触的区间及接触力分布规律是叠梁计算的关键.为克服以往解析解答得到的结论不合实际的现象,将叠梁接触问题构造为线性互补问题,并给出其一般求解过程.为验证该法的合理性,以梁与刚体接触问题的Timoshenko解答与胡海昌解答为例进行对比分析.在此基础上,对典型荷载作用下的叠梁接触问题进行了计算,并对其影响因素进行了深入研究.最后得到如下主要结论:刚度比、荷载作用形式以及剪切挠度对叠梁层间接触规律影响均非常明显;考虑剪切变形影响时,叠梁接触力由集中力变为分布力;集中力作用下,叠梁接触趋于点接触,均布力作用下,叠梁接触趋于线接触;上下梁刚度相等是叠梁接触力分布规律的一个转折点,不同的上下梁刚度比会得到不同的接触规律.     

摩擦摆隔震结构地震反应的计算分析

以一个摩擦摆隔震五层剪切型结构为例,采用有限元分析程序,计算分析了隔震与非隔震上部结构振动状态和能量响应规律.结果表明,滑移隔震对于上部结构振动响应的隔震效果受能量方面的机理控制.由于滑动摩擦层耗散了绝大部分的地震输入能量,采用摩擦摆基底隔震措施以有效降低上部结构的最大加速度和层间位移反应.     

地震作用下集装箱结构力学性能分析

针对目前广泛应用的多层集装箱房屋,提出了一种基于箱体之间摩擦耗能的滑移隔震体系.首先,建立了结构滑移隔震模型,并利用结构随机振动理论分析推导了层层滑移隔震结构各层等效阻尼比与摩擦系数之间的关系;然后,利用Abaqus非线性有限元软件建立了六层集装箱模型,对隔震结构、采用规范阻尼比的非隔震结构和采用等效阻尼比的非隔震结构分别在强震作用下的动力反应进行了弹塑性时程研究,分析了结构顶点位移、结构层间位移角以及结构层间滑移量等相关指标。结果表明:滑移隔震体系能有效减小结构各层最大位移;隔震结构和采用等效阻尼比的非隔震结构的最大层间位移角远小于采用规范阻尼比的非隔震结构;地震波的频谱特性会明显影响层层滑移隔震结构的动力反应.     

基于新型摩擦滑移隔振装置的框架模型地震响应

基于二硫化钼这种摩擦滑移材料,设计并制作了1种新型摩擦滑移隔震支座,通过对该滑移支座进行相关的摩擦因数试验,获得了该装置摩擦因数计算公式。利用ABAQUS有限元分析软件,建立了应用该新型摩擦滑移隔振装置的5层试验框架及相应抗震结构的有限元分析模型,并探讨了该抗震与隔震结构模型在EL Centro波3种地震烈度水平单向输入下的位移和加速度响应的主要规律。研究结果表明:该新型摩擦滑移装置使得框架模型在隔震层以上仅发生刚体平动且层间位移较小的同时,各层加速度响应较之对应的抗震结构大幅降低,从而有效地改善了该类结构的抗震性能,保护了上部主体结构。     

冲击载荷下磁性层合梁的缓冲及衰减特性

利用在冲击载荷下磁性层合结构的层间发生滑移,进而引起刚度降低和摩擦耗能的特点,提出磁性层合缓冲及衰减的概念,研究在冲击载荷下磁性层合梁的缓冲和衰减性能。采用FEM方法分析了冲击载荷下磁性层合梁的冲击响应。通过与同样厚度的单层梁进行比较发现,在一定幅值范围的冲击载荷下,磁性层合梁不仅能使冲击响应最大峰值明显降低,而且能使冲击后的自由振动迅速衰减。     

刀-屑局部摩擦因数建模及实验研究

基于黏着摩擦理论建立局部摩擦因数与接触面正应力和相对滑移速率之间的经验模型.采用试验方法来分析直角切削过程刀-屑接触面间的局部摩擦现象.设计的实验能够提供与实际切削相同的相对滑移速率和正应力条件.基于实验数据拟合并建立了基于正压力、相对滑移速率的摩擦因数经验模型.实验表明,在一定范围正应力和滑移速率下,摩擦因数随着接触面间的正应力、相对滑移速率的增加而降低.      

弯曲裂缝引起FRP混凝土界面剥离的数值分析

目的找出混凝土裂缝扩展对纤维增强材料FRP与混凝土界面粘结性能的影响规律.方法基于断裂力学理论,采用商业软件ANSYS中的界面单元模型(Cohesive Zone Model CZM),模拟素混凝土梁跨中I型裂缝扩展以及FRP与混凝土界面II型裂缝的扩展过程.结果随着混凝土裂缝的扩展,加固梁承载力出现两个峰值:第一个峰值出现在混凝土宏观裂缝扩展的起始点,此时FRP布的应力低于500 MPa,FRP与混凝土界面切应力在混凝土裂缝附近较大,其余部分切应力及界面滑移量基本为零,界面处于完全粘结状态.第二个峰值出现在FRP与混凝土界面发生剥离时刻,之后界面剥离从混凝土跨中裂缝位置向梁端部扩展,加固梁的承载力保持在第二个峰值上,FRP布应力达到1 480 MPa,界面粘结切应力及滑移量向FRP端部移动,跨中完全剥离的界面,切应力降为零,滑移量保持不变.结论计算得到的荷载随混凝土开裂的变化趋势及峰值荷载与试验值吻合较好,说明笔者提出的数值模拟方法能较准确地预测CFRP加固带缝混凝土梁的承载力.     

考虑层间滑移的水泥混凝土路面结构力学响应分析

为快速分析水泥混凝土路面结构响应特性,将路面结构简化为Winkler地基上的双层欧拉直梁,基于Euler-Bernoulli梁理论和状态空间方法,提出了一种考虑层间界面剪切滑移效应的水泥混凝土路面结构力学响应的解析计算方法.通过与有限元数值计算的结果对比,验证了该解析计算方法的正确性,并揭示了不同路面结构长度与层间剪切刚度影响下水泥混凝土路面结构变形响应的变化规律,以及荷载大小对界面处剪切力集度的影响规律.结果表明：计算时选用不同的路面结构长度对变形响应具有显著影响,建议长度不宜小于10 m;层间界面的剪切滑移效应会显著地影响水泥混凝土路面结构的竖直位移与弯曲变形,且该影响会随着荷载的增加而愈加显著,层间界面的接触效应不容忽略;增大层间剪切刚度能够有效地减小荷载对水泥混凝土路面结构变形响应的影响.     

基于剪切梁层间失效模型的地震分析

将剪切梁层间失效模型用于分析地震的发生。将岩体简化为由弹塑性向夹层粘结在一起的剪切梁;考虑了侧压力沿竖向的变化;将地层深部产生的反平面剪切载荷作为诱发地震的原因;分析了岩体的位移和应力分布规律,得到了层间裂纹产生及其扩展规律,建立了地震发生的条件,提出了一种预报地震的方法。     

基于Reissner梁理论的界面滑移组合梁几何非线性求积元分析

组合梁结构在建筑结构领域应用广泛,由于上下层梁连接的非完全刚性,当组合梁受荷时,两层梁界面间会产生相对滑移.在对界面滑移组合梁的几何非线性分析中,大多数研究工作基于Euler梁理论,考虑组合梁横向剪切变形的研究相对较少.本文基于平面Reissner梁理论,假设上、下两层梁的挠度相等(不发生竖向掀起),将界面滑移表示为各层梁参考轴线处轴向位移及截面转角的函数.采用虚位移原理结合求积元方法建立了界面滑移组合梁的增量平衡方程,对工程应用中的典型算例进行计算分析,并将结果与现有文献及作者之前提出的Euler组合梁模型进行了对比.研究表明:(1)本文构建的界面滑移组合梁求积元几何非线性格式计算步骤简单,效率较高.对于承受分布荷载的单跨组合梁,使用1个求积元单元9个积分点即可得到理想的计算结果.(2)基于本文模型的挠度计算值高于Euler梁模型,二者差异随组合梁高跨比的增大明显提高;同时也与组合梁横向荷载、剪力连接刚度以及边界条件等因素有关.     

干摩擦阻尼结构对失谐叶盘振动局部化的约束作用

为了研究干摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统振动局部化的影响,采用能够复现局部微动滑移特征的三维微滑移干摩擦模型和抗混叠时频域融合算法,对含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统进行了强迫振动的计算模拟。比较了考虑围带处干摩擦阻尼和未考虑干摩擦阻尼时叶片振动响应的变化及局部化因子的大小,并研究了干摩擦阻尼参数在失谐叶盘系统减振控制中的影响规律。计算结果表明:干摩擦阻尼结构可降低失谐叶盘系统振动响应的局部化程度,叶片间的摩擦约束力完全不同,每支叶片所对应的最优初始正压力及最优摩擦系数均不相同。由于干摩擦阻尼结构对失谐叶盘中每支叶片的减振效果存在差异,在进行失谐叶盘系统减振设计时需考虑摩擦控制参数与各个叶片之间的匹配问题。     

电弧喷涂铝对高强度螺栓摩擦型连接面抗滑移系数的影响

利用电弧喷涂方法在高强度螺栓摩擦型接面上喷涂一层铝涂层。试验结果表明,该方法能明显提高高强度螺栓摩擦型连接面的抗滑移系数。同时,进行了在自然暴露环境下抗滑移系数随时间变化规律的测试。随时间的延长抗滑移系数在3个月内明显衰减;随后变化缓慢,趋向恒定值。     

组合梁考虑滑移效应的理论分析

钢-混凝土组合梁的刚度和挠度分析因可能受到两者界面的相对滑移影响而十分复杂.针对组合梁受界面滑移效应的影响,进行了静力线弹性分析,提出了组合梁挠度计算的二阶算法,分别建立了关于组合梁考虑滑移效应的挠度和层间相对滑移的二阶常微分方程,给出了相应的边界条件,求得了简支梁、悬臂梁、两端固定梁和一端简支一端固定梁4种不同边界条件组合梁在不同荷载作用下的层间相对滑移和挠度的理论精确解,并给出了组合梁受层间滑移效应影响的内力计算.通过与组合梁挠度计算高阶算法的对比,二阶算法简化了组合梁考虑滑移效应的挠度计算,给出了相对全面的计算结果.     

纯摩擦滑移隔震结构的动力反应分析

在建立了基础隔震结构动力反应方程的基础之上,通过数值模拟,对纯摩擦滑移隔震结构体系的地震反应进行了计算和分析,研究了该体系中摩擦因数的变化对隔震效果的影响.结果表明:当摩擦因数取较小值时,各楼层的加速度和层间剪力较小,隔震效果良好;反之,则隔震效果不佳.     

分子动力学模拟α-Fe拉伸与疲劳裂纹扩展机理

采用分子动力学模拟方法研究了含(010)[001]和(0-11)[100]型中心裂纹的金属α-Fe分别在拉伸与疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究发现,在拉伸载荷作用下,(010)[001]型裂纹在钝化的基础上沿着{110}滑移面塑性扩展;(0-11)[100]型裂纹尖端位错沿(011)面发射,裂纹沿(110)表面脆性解理扩展.在循环载荷作用下,(010)[001]型裂纹尖端位错沿着{111}110滑移系扩展,裂纹在裂尖应力集中作用下,沿之字形快速扩展;(0-11)[100]型裂纹扩展方式与拉伸失效时基本一致,裂纹在(110)面内发生快速的脆性解理扩展.两种裂纹扩展过程中都有层错和位错的共同作用.研究表明,(110)表面的表面能最低,是α-Fe的最优解理面.     

叠梁纯弯曲正应力的理论与实验分析

依据平截面假设,得出不考虑滑移的叠梁纯弯曲时的正应力公式。用AB胶将1根铝质梁和1根钢质梁组成叠梁,进行纯弯曲正应力电测实验。实验表明,叠梁只要上下梁之间粘接牢固,在弯曲变形过程中无相对错动,叠梁可视为整梁,则叠梁在纯弯曲时满足平面假设条件,按整梁计算正应力是可行的。     

航空渐开线花键副微动摩擦接触参数分析

使用有限元方法对航空渐开线花键副摩擦进行接触分析,得到花键副的接触应力及相对滑移分布规律,并考虑接触长度、花键壁厚和摩擦因素对花键副接触的影响.研究结果表明:花键副接触应力及相对滑移分布不均匀,端部的接触应力及相对滑移较大;增加接触长度不能提高花键副的承载能力,接触长度与花键分度圆直径之比不得大于1.2,最佳为0.5;花键壁厚越薄,端部接触应力和相对滑移越大;摩擦因素对接触应力几乎没有影响,但相对滑移与摩擦因素成反比.     

考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构高宽比限值研究

对考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构的高宽比限值进行了研究。采用多自由度分析模型,建立了滑移隔震结构在水平与竖向地震作用耦联下的运动微分方程,给出了考虑竖向地震作用的滑移摩擦隔震结构的高宽比限值计算公式。以某六层采用摩擦滑移隔震的框架结构为例,考虑不同的场地条件,研究了竖向地震作用的存在对隔震结构高宽比限值的影响。     

板式橡胶支座摩擦滑移抗震性能试验研究

为了研究板式橡胶支座摩擦滑移后桥梁的抗震性能,完成了5个试件在不同竖向荷载作用和往复荷载作用下的拟静力试验,分析了支座摩擦滑移前后的滞回曲线、骨架曲线、支座变形、滑移位移、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标.试验结果表明,加载位移较小时,支座主要发生弹性剪切变形,滑动位移较小.当支座剪切变形达到73%~110%时,发生明显滑移,滑移位移与支座所受的竖向荷载和支座规格有关.支座与钢板之间的摩擦系数与施加竖向荷载成反比,摩擦力与竖向荷载成正比,支座加载和卸载刚度基本不变,等效刚度退化明显,但退化到一定值后基本稳定.板式橡胶支座橡胶层厚度的增加会导致支座摩擦耗能性能改变,加载位移相同时,支座自身的剪切变形随之增大,摩擦滑移位移和摩擦耗能则随之减小.     

再生骨料混凝土梁的阻尼性能及其机理分析

混凝土构件的阻尼性能与其混凝土骨料组分的特性密切相关.以不同再生骨料取代天然砂石,采用悬挂梁自由振动衰减法测试再生骨料混凝土梁弹性阶段一阶阻尼比,并探讨其与混凝土强度、弹性模量间的关系;通过氮气吸附法和扫描电镜测试再生骨料混凝土的孔隙结构与界面特征,分析其阻尼机理.结合文献数据的对比分析表明:相比于天然骨料混凝土梁,再生骨料混凝土梁的阻尼比显著增大,阻尼比随混凝土强度、弹性模量的减小而增大,骨料特性尤其是骨料表面改性对混凝土阻尼性能影响显著.再生骨料取代天然砂石,增大了混凝土的总孔体积、平均孔径,增加了薄弱界面过渡区,界面过渡区的滑移摩擦及孔隙的柔性缓冲作用,是再生骨料混凝土梁阻尼增加的主要因素.