基于分子动力学模拟的天然橡胶黏弹性材料力学行为

以天然橡胶为例,采用分子动力学模拟方法,研究了单轴拉伸条件下材料分子链聚合度参数p、环境温度T和加载率R对黏弹性材料力学性能的影响.结果 表明,材料应力随分子链聚合度和加载率的增加而增加,随温度的升高而降低,低温高频下材料呈现出塑性特点.在R=108 s-1,T=250 K的条件下,p=20,40时,材料应力峰值分别为79.8和99.8 MPa;当p=40,R=1010 s-1时,T=100,250 K条件下,应力幅值分别为134.9和103.9 MPa;在p=40,T=250 K情况下,R=109,1010 s-1时,应力峰值分别为122.7和134.9MPa.在加载过程中,非键结势能对系统总势能的变化起主导作用,分子动力学模拟方法可以较好地分析分子链聚合度、环境温度和加载率等参数对黏弹性材料应力、系统能量和自由体积变化的影响.     

基于能量原理和Kalman滤波器的实时模型修正策略

为了实时监测结构的安全状态,提出了一种计算速度快、易收敛的模型修正策略.首先通过计算瞬时能量来建立结构单元刚度和结构响应之间的关系;然后,将结构瞬时能量代入Kalman滤波器中,根据每一时间步能量预测值和实际测量值的差异进行修正,得到结构的真实刚度;最后,以美国地震工程模拟中心数据库(NEES)中的美国某州际公路指示牌支撑桁架为例进行数值验证,结果表明:无噪声干扰情况下,刚度发生20%,40%,60%,80%损伤的杆件和未发生损伤的杆件均能在0.4 s内从初始刚度收敛到各自的真实刚度;在5%随机噪声干扰下,利用该策略修正得到的刚度误差均小于12%;每一时间步所消耗的CPU时间远小于采样周期.因此,利用能量原理和Kalman滤波器能够快速有效地对未知刚度的结构进行实时模型修正.     

多维地震下大跨网格结构倒塌分析与抗倒塌措施

为了研究大跨网架结构的倒塌模式并寻求有效的抗倒塌方法,以显式动力分析方法为基础,模拟了地震下网架结构的倒塌全过程.从倒塌过程归纳出水平地震作用下网架的倒塌模式以强度破坏为主,竖向地震作用下网架的倒塌模式以动力失稳破坏为主.对比了普通网架、加入普通橡胶隔震支座网架和加入多维隔减震支座网架在强震下的倒塌过程.结果表明,普通网架在5.12s时倒塌,加入普通橡胶隔震支座网架虽未倒塌,但中部凹陷1.01 m,加入多维隔减震支座网架没有发生明显破坏,所以多维隔减震装置能有效地提高网架在强震下的抗倒塌能力.     

铅挤压阻尼器对网壳结构的减振控制

将具有良好耗能特性的铅挤压阻尼器加设到大跨空间网壳结构中,通过LS-DYNA软件对结构进行了减振效果分析.以施威德勒球壳为例,分析了铅挤压阻尼器不同布置位置对大跨空间网壳结构减振效果的影响,其中阻尼器的布置分别为交叉支撑布置、斜撑布置和混合支撑布置,综合分析表明,在混合支撑布置铅挤压阻尼器的条件下,铅挤压阻尼器减振系统的减振效果最佳,结构顶点位移被降低60.0%.同样在混合支撑布置铅挤压阻尼器的条件下,通过使用IDA的分析方法研究了该减振系统对大跨空间网壳结构倒塌临界荷载的影响,结果表明结构整体倒塌临界荷载提高了0.33倍.     

黏弹性材料等效标准固体模型的时域延拓方法

为了精确计算黏弹性阻尼器在任意荷载作用下的时域动力响应,提出了一种针对黏弹性材料等效标准固体模型的时域延拓方法.该方法首先将频域内的等效标准固体模型延拓到拉氏域内,再采用高精度拉氏逆变换数值求解方法将拉氏域表达式转换到时域,得到黏弹性阻尼器的时域动力响应.针对无锡减震器厂生产的9050A型号黏弹性阻尼材料的计算结果表明:在正弦激励下,采用时域延拓法计算的储能模量G_1的最大误差为0.005 4%,损耗因子η的最大误差为0.279 7%;在随机荷载激励下,相比于等效线性化近似方法,采用时域延拓法计算得到的El Centro和Kobe地震波作用下最大出力的计算精度提高22.2%以上;所提方法避免建立复杂的时域微分方程,简化了计算过程.