变形构形下织物的细观线性本构方程

为了模拟织物在变形构形下纱线斜交的线性本构行为，给出了Euler描述下的织物斜交异性细观线性本构方程．相对于初始构形，在变形构形下的线性本构关系则变为非线性，并被称为本构转换非线性．在小变形下，给出的本构方程Lagrange形式将蜕化为已有织物在初始构形下的细观线性本构方程．     

膜结构在暴雨积水时材料模型研究

在遭遇暴雨时，坡度比较小的膜面容易积水，准确模拟出此时膜面的变形有助于保障结构安全，现有研究采用的膜材线性本构模型不适用于模拟膜结构在暴雨下的变形.通过在膜结构上进行均布荷载加载试验，模拟膜面遭遇暴雨作用下的力学行为，获得结构积水时的变形形态.采用膜材线性与双折线本构模型，分别建立膜结构有限元模型并进行荷载分析，通过对比有限元模型和实际结构的变形，选取适合模拟膜结构在暴雨下变形的膜材本构模型.数值模拟结果显示：与采用线性本构模型模拟的结构变形相比，采用膜材双折线本构模型模拟出的结构变形更接近试验测得的变形.研究成果可为膜结构在暴雨积水作用下的膜材本构模型选用和分析计算提供参考.     

轴向运动黏弹性梁平面耦合非线性受迫振动

 数值研究简支边界条件下,平面耦合轴向运动黏弹性梁受简谐外激励的非线性受迫振动稳态响应问题.在控制方程中,黏弹性本构关系采用物质导数.运用有限差分方法,对两端简支的轴向运动黏弹性梁的非线性受迫振动平面耦合模型求数值解.当激励频率接近固有频率时,通过对平面耦合非线性受迫振动稳态的幅频响应进行数值仿真,确定外激励幅值、黏弹性系数以及非线性系数对稳态周期解的幅值的影响.     

混凝土结构的静力和动力损伤非线性分析

首先简要介绍混凝土统一弹塑性损伤本构模型,该模型能够直接在材料本构层次考虑阻尼的影响, 同时又可以较好地描述混凝土材料刚度退化、强度软化、有侧限时受压强度提高、双轴拉压软化效应、卸载 后存在的不可恢复变形、单边效应等静力非线性行为以及应变率效应等动力非线性特性．利用上述模型, 分别对混凝土材料试验、钢筋混凝土剪力墙以及Koyna混凝土重力坝进行了静力和动力非线性分析．分析 结果表明,建议模型可以应用于大型(钢筋)混凝土结构非线性分析,除了能够提供荷载作用下的常规结构 反应外,还可以实时地提供结构损伤分布及其演化信息．     

静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。     

不同模量理论广义弹性定律的深入研究

传统不同模量理论中基于主应力方向建立的本构方程,仅能表述主应力方向的应力应变关系,并未体现出其他方向的应力应变特性,不能有效表征拉压不同模量问题的力学本质.基于此,在主应力方向的本构方程基础上,利用应力及应变的转轴公式,推导了基于不同直角坐标系下的拉压不同模量本构方程的具体形式,也即广义弹性定律.经理论验证,此广义弹性定律揭示了拉压不同模量问题既是非线性问题也体现出各向异性的力学性质;并且在拉压模量相等时可以回退到经典弹性理论本构方程,而基于主应力方向建立的本构方程是广义弹性定律中的特例.针对不同模量理论中不甚明晰的剪切模量和泊松比-弹性模量比值的假设,应用所得到的广义弹性定律对纯剪应力状态进行了力学分析,分析表明:在基于最大或最小剪应力方向的直角坐标系下,剪应力与剪应变成线性关系,剪切模量保持不变;并结合微元体纯剪变形的几何关系,证明了假设即拉泊松比与拉模量之比等于压泊松比与压模量之比在纯剪受力状态下是自然满足的.     

基于静力贯入的路基压实度确定方法

为了建立公路路基压实度检测的新方法,在研究静力贯入路基变形力学机理基础上,深入考虑路基土体变形的非线性特征,引进分级加载和地基沉降分析的分层总和分析的思想,结合增量广义虎克定律和Duncan-Chang模型,建立了以路基土体初始孔隙率、泊松比、粘聚力和内摩擦角等为参数的路基贯入荷载位移分析模型.基于上述静力贯入位移分析模型,根据实测路基静力贯入荷载位移曲线,引进自适应遗传模拟退火优化反演分析方法,建立了基于静力贯入试验的路基压实度检测方法,该方法不仅可以检测路基压实度,还可以测定路基土体其他物理力学参数,而且,该方法还具有检测速度快和效率高的特点.通过工程实例计算和与现有方法的对比分析,表明了本文方法的合理性与可行性.     

软粘土地基非线性一维大变形固结的有限差分法分析

在几何非线性分析的基础上考虑软粘土的非线性本构关系，采用张量指标记号推导出物质描述的一维非线性大变形固结的控制方程，采用有限差分方法对非线性控制方程进行数值求解，编制了计算程序。数值计算结果表明：在相同的非线性本构关系前提下，软粘土地基的非线性大变形固结沉降始终小于非线性小变形固结沉降；且随着荷载水平的增大，大变形固结和小变形固结的沉降量的差别越来越大，几何非线性对软粘土地基沉降影响是不可忽略的。     

一种考虑杆件初始弯曲的非线性杆单元

在假定杆件初始弯曲为半波正弦曲线的基础上,提出考虑初始弯曲的非线性杆单元,推导了轴力与轴向变形的关系和轴向切线刚度的表达式,得到了初始弯曲对轴向刚度的影响系数.分析表明,初始弯曲影响与刚度比、初始弯曲幅值、轴力大小以及杆单元长度有关.结合某索拱结构工程实例,研究不同初始预应力取值下,杆件初始弯曲对结构非线性稳定性能的影响程度和影响规律,结果表明:杆件初始弯曲对结构屈曲前的整体刚度影响很小,但对结构的极限荷载与屈曲后性能影响较大;初始预应力取值的增加对结构的位移控制非常有效,但是对结构的刚度影响却很小;在不同初始预应力取值下,极限荷载随杆件初始弯曲变化的规律相似,并且都接近于线性.非线性杆单元能够广泛应用于桁架结构和网格结构的设计与分析,在考虑杆件初始弯曲后,将使结构的设计与分析更加合理、更加科学.     

二次受力下自密实混凝土加固RC柱抗剪性能有限元分析

在6根自密实混凝土增大截面加固柱的拟静力试验基础上,采用ABAQUS建立了自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的非线性有限元模型,并将抗剪承载力计算结果与试验结果进行对比,验证有限元模型的可行性.对二次受力下自密实混凝土加固柱的抗剪承载力进行参数扩展分析,探讨初始应力水平对加固柱抗剪承载力的影响规律.结果表明,不同初始应力对加固柱的抗剪承载力影响较大,当初始轴向应力水平低于0.75时,加固柱的抗剪承载力随初始轴向应力的增大而增大,当初始轴压比达到0.75时,加固柱的抗剪承载力达到最大.初始轴向应力水平大于0.75后,抗剪承载力不再随初始轴向力的增大而增大.因此在加固工程中应根据不同初始受力来考察柱的抗剪承载力.     

环境载荷对碳纤维电热复合材料电热性能的影响

 考查了碳纤维电热复合材料在通电加热和力学载荷下的电热性能。结果表明,碳纤维电热复合材料的电阻值随温度的升高成线性减小关系,但其变化范围较小;拉伸或弯曲载荷下的变形,碳纤维电热复合材料的电阻值均随着形变量的增加而增大,但环境载荷对2 种载荷的影响有所区别。其中,电阻值随拉伸载荷的增大成线性增大关系,但在初始加载和即将拉断时电阻会有较大波动;对于弯曲载荷,初始加载时电阻值并没有发生明显变化,当加载达到某一临界值时,电阻值随弯曲载荷的增大成线性增大关系。     

在动静载荷作用下单圆弧波纹管膜片非线性稳定性分析

借助拟板法把单圆弧波纹管膜片处理成具有初挠度圆环板的组合结构.利用薄板薄壳的非线性弯曲理论,得到单圆弧膜片在静态和动态载荷协同作用下的非线性动力学方程组.给定该方程组的边界条件与连续条件,可以预测静态载荷及其动态载荷协同作用下膜片的挠度和张力,从而根据Galerkin方法得到单圆弧波纹管膜片非线性系统的受迫振动方程.根据Floquet指数研究了无外激励下系统的分岔问题,讨论了单圆弧波纹管膜片在平衡点领域的稳定性问题,同时考虑了系统在纯动态载荷作用和动静态载荷协同作用下其平衡位置的变化情况.研究结果表明单圆弧膜片系统在动静态载荷协同作用下比在纯动态作用下系统发生Hopf分岔更为滞后.     

非均匀升温下Timoshenko夹层梁热过屈曲精确数学模型及其数值解

在精确考虑轴线伸长和一阶横向剪切变形的基础上建立Timoshenko夹层梁在热载荷作用下的几何非线性控制方程.采用打靶法数值求解所得强非线性边值问题,获得两端不可移简支夹层梁在横向非均匀升温作用下的静态热过屈曲和热弯曲变形数值解.绘出梁的变形随温度载荷变化的特征关系曲线,分析和讨论材料和几何参数对梁变形的影响.结果表明:梁在均匀加热下不产生拉-弯耦合变形及弯曲变形.在均匀升温条件下,梁的中点无量纲挠度与升温的关系曲线为热过屈曲平衡路径;当升温为横向非均匀的情况下,中心挠度与平均升温之间的关系曲线表现出热弯曲变形的特点.横向剪切变形随梁的长细比增大而显著减小,随变形程度的增大而增大.     

气爆荷载下弯曲构件动力响应数值计算

针对建筑结构内部气体爆炸荷载升压时间长、峰值压力小、压力峰值较多的特点,以等效单自由度方法为基础,通过将荷载、抗力矩阵化准确描述加载过程与结构动力特性,推导得到了气爆荷载下结构动力响应的数值计算方法,并与实验数据对比验证其准确性.研究发现:与实际气爆荷载相比,简化荷载因为忽略了荷载变化速率的影响使得计算的结构振动位移要小于实际情况,而阻尼的存在可以减少这种计算误差.相同峰值的荷载作用时间越长,对结构产生的变形能越大,结构的最大振幅与残余变形越大.初始速度与初始位移均会增加结构的振动挠度与残余变形,初始速度相当于结构额外受到了冲量荷载,而初始位移则相当于结构承受了外部静载.      

悬臂碳纳米管纯弯问题的非局部弹性解

基于Eringen非局部弹性理论和圆柱壳半无矩理论,研究了悬臂碳纳米管的纯弯曲问题。计及小尺度效应的影响,给出了单臂碳纳米管的应力-应变关系,得到了内力场和位移场的理论解。研究结果表明,对半径较小的碳纳米管,尺度效应较为明显。随着碳纳米管的半径增大,尺度效应逐渐减小。当碳纳米管的半径大于或等于8 nm时,可以忽略尺度效应的影响。     

集中荷载下碳纳米管的弯曲及其分子动力学模拟

利用圆柱壳半无矩理论研究了悬臂碳纳米管在集中荷载作用下的弯曲问题,得到了该问题的内力解和位移解,并通过分子动力学模拟验证了理论解的适用性.研究结果表明,当锯齿型碳纳米管长径比为5.2～12.0、扶手椅型碳纳米管长径比为5.5～18.0时,理论解与分子动力学模拟结果较为吻合.     

T型铸钢节点冲击响应研究

对两端简支 T 型铸钢节点在冲击荷载下的响应进行了非线性有限元分析,得到不同荷载参数下节点的冲击力时程曲线和变形时程曲线. 分析中将铸钢节点的变形分为主管管壁局部凹陷、主管整体弯曲和支管轴向变形三部分,通过计算得到三部分变形随冲击时间变化的规律及其所耗散的能量在节点总耗能中所占的比例. 结果表明:冲击动能相同时,冲击荷载和支管轴向变形的最大值与初始冲击速度有关,节点塑性耗能总量随主管径厚比的增大而增加,随主管长径比及主支管直径比的增大而减小. 当主管长径比较小时,支管变形大于主管变形. 支管与主管的直径接近时,节点的局部凹陷变形可以忽略.     

机械和热载荷共同作用下梁的非线性弯曲和稳定性

基于Euler-Bernoulli梁的精确的几何非线性理论,建立弹性直梁在横向分布机械载荷和均匀升温共同作用下的几何非线性静平衡控制方程.应用打靶法分别数值求解两端不可移简支和两端固定支承梁在上述复合载荷作用下的非线性弯曲和弹性稳定性问题,给出梁的变形与机械载荷和热载荷之间的特性关系曲线,讨论载荷参数对变形和内力的影响.数值结果表明:当无机械载荷作用时,所得的曲线为热过屈曲平衡路径;当同时作用机械载荷和热载荷时,所得的曲线为非线性弯曲曲线,且随着温度载荷的增大,热膨胀所引起的变形逐渐占据主要地位,而机械载荷对变形的影响逐渐减弱.在热过屈曲前,轴力大小单调线性增加,而在热过屈曲后,轴力的大小随升温有微小减小.     

多频激励下气动隔振系统非线性特性分析

运用非线性动力学的方法研究气动隔振系统在多个频率激励下的非线性动力学特性.通过试验的方法得到空气弹簧在一定初始压力下的相对载荷曲线,以空气弹簧工作高度为自变量,用三次多项式对该曲线进行非线性拟合,得到弹簧非线性恢复力与工作高度的三次多项式表达式.建立气动隔振系统在3个激励频率下的非线性模型,根据弹簧的非线性恢复力,得到系统的非线性动力学方程.运用多尺度法对该非线性动力学方程进行求解,分析3个频率共同作用下的组合共振,讨论各非线性参数对系统的影响.研究结果表明:当组合频率接近系统线性化固有频率时,系统具有很强的组合共振;三次非线性系数直接影响系统的非线性特性;激励幅值越大,非线性现象越明显.     

各种边界条件下非线性弹性梁自由振动的响应分析

针对轴向载荷作用下各种边界条件的非线性弹性矩形截面梁,考虑梁的非线性效应,运用Galerkin原理,林滋泰德—庞加莱法,对梁进行了研究。得到其动力响应解,并针对轴向静载N和非线性材料参数B对位移响应及频率响应的影响进行了讨论。