人体足底-蹦床接触动压力实验研究

为了在提高蹦床运动成绩的同时避免蹦床运动员在训练和比赛中受伤,需要了解运动员在触网过程中足底的受力状态与压力分布规律。本文通过实验研究方法,对两名运动员在蹦床上的运动过程进行了人体足底与蹦床接触压力的实测,测得了运动过程中的足底的动态压力分布。进而通过实验数据分析,获得了运动员和蹦床接触瞬间足底的动态压力分布规律。研究结果表明,蹦床运动过程中运动员的足底在接触瞬间产生的最大动压力可达其静态压力的4-5倍,因此在蹦床运动中防止足底接触动压力损伤是十分必要的。     

损伤跨尺度演化导致的混凝土强度尺寸效应

基于直接从混凝土破坏机理出发建立的混凝土材料微裂纹模型,对不同尺寸的混凝土三点弯梁试样进行了多尺度建模,对损伤演化导致的试样破坏进行了数值仿真分析,探讨了混凝土尺寸效应的发生机理.研究结果表明:混凝土材料微裂纹模型能成功模拟混凝土中微裂纹分布式生长、聚合、宏观裂纹形成与扩展、试样破坏的全过程;随着混凝土梁试样尺寸的增大,试样中的微裂纹数目及其分布的随机性也随之增加;这些裂纹在微细观尺度上的无序效应在损伤跨尺度演化过程中被放大,导致混凝土试样的宏观力学行为随之变化,即强度减小,断裂能增大,宏观性能的离散度减小;损伤跨尺度的非线性串级发展是导致混凝土强度尺寸效应的根源;相较于Bazant尺寸效应,模拟结果更符合Carpinteri多重分形尺寸效应律.     

润扬大桥结构健康监测策略

对建立大跨桥梁结构健康监测系统的关键问题--大跨桥梁结构健康监测策略进行了分析研究,阐述了大跨桥梁结构健康监测项目的选择依据、传感器优化布设的原则与主要依据、传感器选择的原则等.提出了综合考虑大桥的结构特点和各个方面对系统功能的要求,通过费用-效益比分析,确定长期监测和周期检测内容的项目选择原则.关于传感器的布设,提出了遵循从状态评估的需要出发,以有效和经济为目标,使测点能够发挥最大效应的原则,综合结构安全评估、传感器布设优化理论等因素进行优化布设的方法.在有限元分析的基础上,应用遗传算法进行了润扬大桥结构健康监测系统振动和应变传感器优化布置的理论分析.然后进行了润扬大桥结构健康监测传感器系统的总体设计.     

基于低阶特征值的结构分散化损伤识别与整体状态评估

针对大型复杂结构状态评估问题,提出了基于低阶特征值的结构分散化损伤识别与整体状态评估方法.首先通过有限元法把实际结构离散成用基本参数表示的分析模型,然后采用主从自由度法把它划分为识别部分和非识别部分,对识别部分定义误差函数并建立状态评估目标函数,推导局部损伤识别的计算公式;在此基础上提出分散化损伤识别的概念,形成服役结构整体状态评估方法.最后通过数值模拟,对识别算法性能进行了详细的分析研究,通过整体平均识别误差指标显示了所提方法的有效性和准确性.     

弹塑性损伤分析的参变量变分原理

参变量变分原理采用了现代控制理论的极值变分思想,将本构关系化为状态方程控制着泛函的变分,是一种有效的求解非线性问题的方法,本文在弹塑性损伤基本方程基础上构造了弹塑性损伤分析的势能泛函,对损伤演化方程和加载函数近拟处理,导出了状态方程,指出求解弹塑性损伤问题归结为求解在状态方程控制下的势能泛函数极值问题,由此建立了弹塑性损伤分析的参变量变分原理;变分原理物理意义明确,并给出了参变量变分原理实施的有限元列式,易于计算机编程实现,文中对一算例进行了数值计算,计算结果表明该方法是求解弹塑性耦合损伤问题的有效方法。     

钢桁架模型实验研究的分析与设计

从桥梁结构多尺度损伤有限元模拟的研究需要出发，结合桥梁工程项目背景，利用相似模型实验的理论、方法，对桥梁结构中包含焊连接细节的钢桁架结构相似模型试样的设计、制作安装和实验方案等方面进行了研究；并在对拟实验的钢桁架模型试样进行初步有限元分析的基础上，确定了实验研究的栽荷工况和测试方案。     

基于子结构分析的多重子步模型修正方法

为了解决模型修正过程中修正目标众多和测量信息有限的矛盾，提出了多重子步模型修正方法(MSMUM)，先进行误差定位，再实现参数修正，把复杂的模型修正过程分步实现。利用子结构技术，使结构模型在整体上仅包含有限数目的子结构，对各子结构所对应的超级单元的刚度参与系数进行识别来实现误差定位，通过建立测量信息与待修正参数间的代数方程来修正误差定位后子结构内部构件的参数。数值算例表明，建立的模型修正方法有效可靠。利用建立的多重子步模型修正方法对润扬大桥南汊悬索桥桥塔模型进行了修正。     

大跨钢桥钢箱梁损伤时变模型及疲劳可靠性评估

以润扬长江公路大桥北汊斜拉桥为研究对象,建立了包含桥梁整体结构、索梁锚固区构件及含表面裂纹焊接细节的多尺度模型,采用子模型法获得了索梁锚固区域中应力集中区和裂纹尖端应力场分布,分析了疲劳裂纹长度对应力强度因子的影响,研究了不同长度的初始裂纹的疲劳寿命和考虑检测信息的疲劳可靠度的更新情况.研究结果表明,采用损伤时变特性尤其是易发生的裂纹信息进行多尺度模型更新,可实现桥梁索梁锚固区域中复杂受力区的局部应力分布和疲劳状态可靠度的更新分析,为含裂纹桥梁结构的疲劳状态评定提供了一种精确分析方法,一定程度上可弥补桥梁健康监测系统无法反映复杂构型局部焊缝区域应力分布规律的不足.     

面向结构状态评估的多尺度损伤模型

为了满足大跨结构健康监测和状态评估的需要,提出了计算结构损伤破坏的微宏观多尺度损伤模型.将结构微损伤变量定义为物质点处应力水平的函数,建立了非线性有限元模型,通过迭代求解来实现微损伤的耦合分析.为了考虑微损伤的累积效应,将结构的宏观损伤定义为微损伤的空间统计平均,选取均匀化遍历函数作为微损伤的空间分布概率密度函数,建立了宏微观损伤的关联模式,通过响应等效的方法来验证宏微观损伤关联模式的有效性.计算结果表明:耦合迭代求解技术可以降低微损伤分析过程中的网格敏感性;结构在均匀化宏观损伤下的响应与在非均匀微损伤下的响应吻合良好.采用多尺度损伤模型,可以有效实现结构的局部微损伤向均匀化宏观损伤的等效转换,有助于提高面向结构状态评估的有限元模型的计算效率.     

带随机微缺陷椭圆孔口的应力分析

利用复变函数方法,构造了保角变换函数,求解了带随机半圆形微缺陷的椭圆孔口应力场.通过分离保角变换函数,得到了微缺陷与宏观椭圆孔口应力场解析解的分离形式.研究结果表明,微缺陷主要对椭圆孔局部应力场产生影响,而对于远离微缺陷区域的应力场则影响较小.当椭圆形状固定时,微缺陷端部的应力集中系数仅与缺陷半径及微缺陷的位置有关;缺陷越小,应力集中系数越大,且此数值远大于无缺陷时椭圆孔口的应力集中系数,说明当孔边带有微缺陷时,尽管缺陷尺度远小于椭圆孔的尺度,但微缺陷对椭圆孔边缘应力集中的影响仍不容忽视.