反平面剪切层间界面破坏的卸载行为研究

研究了由定常侧压力作用下,界面层上剪应力及位移场在卸载(反向加载)过程中的分布规律及演化规律·计算结果表明,由于裂纹前方损伤过程区的存在,卸载是非弹性的,伴随有损伤和摩擦两种耗散机制;另外,当卸载过程不能覆盖加载过程造成的损伤区时,会产生“应力锁死”现象,从而导致结构在以后的加载过程中可能产生冲击载荷·     

高速列车底板铆钉结构的分区应力解算与气动疲劳评估

高速列车运行产生强交变气动载荷,会导致列车铆钉、螺栓等连接结构件疲劳失效,该文针对高速列车底板铆钉结构的气动疲劳问题,提出底板/铆钉/骨架梁耦合分区气动加载的应力有限元解算模型;采用双向同步导压的差压测量方法,获得了武汉-广州交路的底板结构气动载荷谱,采用雨流计数与累积损伤准则对铆钉结构进行疲劳损伤评估.结果显示,当高...     

复杂加载状态下的剪切本构关系

脆性材料的内部通常含有大量随机分布的微细观缺陷,在受到外部载荷作用时,材料会表现出相当复杂的力学响应。当内部微裂纹受到压剪载荷作用时,裂纹面之间可能会发生相对滑动,它与材料的损伤过程相互影响,表现为非线性应力应变关系等行为。可以从研究一个简单的含一条裂纹的单元体开始,令其承受双轴压力和剪力,利用弹性力学理论中的复变函数解法,考虑到裂纹面间的摩擦力,计算出单元体边界及裂纹所在平面上各点的位移,通过某种平均化方法,可以得到单元体的基体剪应变和总体剪应变,再根据弹性剪切本构关系,进一步得到单元体在该加载条件下的弹性剪切损伤本构方程,同时得到剪切损伤变量的细观描述形式。计算结果表明,2个方向上的压力大小均对材料的剪切损伤和剪切模量产生一定程度的影响。     

加载速率对动车组Huck铆钉剪切性能影响的研究

针对动车组速度不断提高而造成的Huck铆钉在运行中频繁断裂的问题,应用万能材料力学试验机对Huck铆钉铆接件在不同的加载速率下进行铆钉剪切试验,研究加载速率对其剪切力学性能的影响。通过对比3组不同加载速率下的Huck铆钉的剪切试验数据以及铆接件载荷 位移曲线,得出随着加载速率的增加,Huck铆钉的弹性起点平均载荷值、塑性起点平均载荷值以及弹性区间均减小而刚度有所增加等规律。试验结果表明,当采用的Cr12MoV冷作模具钢洛氏硬度值HRC范围在40~50之间时,铆钉孔几乎不变形且铆接试件在动态载荷下不易断裂。本文获取的相关结论对Huck铆钉在动车组上的设计与改进将起到重要的参考作用。     

复杂载荷下轴流压气机叶片疲劳损伤数值研究

为提高叶片的服役寿命,针对压气机叶片疲劳损伤进行了数值研究。在获取叶片表面气动压力及强度分布的基础上,结合非线性连续损伤力学模型,得到叶片多级加载损伤累积方程,提出了开展结构寿命预测和损伤评估的数值计算方法。对轴流压气机叶片在典型工况转速下受离心、气动复杂载荷作用下的应力分布规律和疲劳损伤行为进行了分析。计算结果表明:叶片排气侧4%叶高处有明显的应力集中,容易发生疲劳失效;在叶片疲劳加载过程中,损伤累积速率逐渐增大,加载周期的末期易发生瞬时断裂;考虑载荷顺序对损伤累积行为的影响,和Miner线性损伤模型相比,多级加载损伤模型体现了损伤演化过程的非线性,计算结果更为准确。     

碳纤维/环氧树脂复合材料在爆炸冲击下的微损伤分析

采用光学显微镜和 JEM- 6 30 1F场发射扫描电镜 ,观察了多向编织碳纤维 /环氧树脂复合材料在不同载荷下的断口和微损伤形貌 ,并分析其破坏形式和损伤过程。目的是为复合材料的结构设计和制造提供依据。实验结果表明 :低速加载下断裂过程依赖于应力的传递特性 ,表现为脆断 ,纤维断裂主要是由纤维表面缺陷引起的。在爆炸冲击下 ,试件碎裂区纤维呈现出剪切断裂和脱粘拔出 ,纤维间树脂呈层状或河流状花样 ;爆炸产生的复杂应力将首先择优作用于编织束界面上 ,形成沿束界面扩展的裂纹     

TBM滚刀动、静载荷组合破岩数值模拟

在对TBM破岩实际工况的合理简化基础上,采用颗粒流软件建立动、静载荷组合破岩数值模型,从微观裂纹发育与宏观损伤断裂角度出发,研究动、静载荷作用下单滚刀破岩特性。研究结果表明:在不同频率及速度振幅动、静载荷作用下,TBM滚刀切削扩展模型与钝刀切削扩展模型相类似,主要差异体现在密实核与损伤区域面积和宏观裂纹发育之上;在多数情况下,动、静组合加载有利于剪切微裂纹的发育而不利于张拉微裂纹发育;动、静载荷会在一定程度上增大密实核与损伤区域面积;中低频时,中间裂纹长度与频率成正比,而高频时中间裂纹长度与频率成反比,高频不利于中间裂纹发育;当频率小于等于2 Hz时,中间裂纹发育与速度振幅成正比,而当频率高于2 Hz时,利于中间裂纹发育的速度振幅为0.4 mm/s;低频大速度振幅加载有利于侧向裂纹发育,高频大速度振幅加载不利于侧向裂纹发育。     

剪切对轴压临界载荷的影响的新方法

剪切对轴压稳定临界载荷的影响,可用微分方程来解决。本文是应用摄动法来处理这个问题。由于剪切力的影响,相当于梁的抗弯刚度产生一附加刚度,因此,剪切对轴压稳定临界载荷的影响,可由不计剪切影响时的解答进行摄动处理来得到。     

复杂载荷历程简化方法的研究

通过局部应力-应变分析,阐明了载荷顺序对疲劳累积损伤的影响,它不仅取决于载荷历程本身,还与承载零件的几何特征有关。在此基础上,提出了一个能切实反应载荷顺序影响的简化复杂载荷历程的方法,通过对过载产生的残余应力的定量计算,着重分析了由于不同应力水平的载荷循环之间的相互作用引起的损伤加剧或减缓效应。     

阶段性循环载荷对突出煤样渗透特性的影响

利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流系统”,进行固定瓦斯压力及不同围压和循环载荷情况下突出煤煤样变形渗透特性试验研究。结果表明：加载路径对煤样的力学特性影响显著,循环载荷试验和全应力应变曲线总体趋势相同,循环荷载作用下煤样的峰值应力比全应力应变的低;煤样在周期性循环荷载作用下的卸载应力应变曲线与加载应力应变曲线不相重合,形成封闭的滞回环。渗透率与煤样的损伤变形进程密切相关,在循环荷载下,渗透率在卸载过程中逐渐增大,加载过程中逐渐减小;卸载时渗透率应变曲线和加载时渗透率应变曲线会围成封闭环,与煤样的轴向应力应变封闭滞回环相对应,其所围面积随着围压和应力水平增加而减小。     

预应力锚固区的加载破坏过程初探

综合考虑混凝土、锚垫板和箍筋的材料非线性本构特性,探讨预应力锚固区加载破坏模式的发展过程,以确定其受压极限状态和极限承载力,为锚固区的工程设计提供参考.采用现有计算软件对锚固区的加载过程进行了三维模型的非线性有限元分析,其计算结果与实验结果符合较好,由此得到锚固区破坏模式发展和受压极限状态的初步规律.     

高速弹体对混凝土拱形靶体的侵彻效应分析

混凝土拱结构由于其拱形受力特性,在高速弹体作用下其侵彻效应将与混凝土板梁结构存在一定的差异.为分析混凝土拱结构在高速侵彻荷载作用下的动力响应及侵彻效应特性,考虑弹体侵彻高加载率下混凝土的应变率效应,采用SPH-Lagrange耦合方法,建立了弹体高速冲击作用下的侵彻耦合模型,并且验证了该耦合模型对此类问题模拟的可靠性;同时采用该耦合模型研究了混凝土拱形靶体在高速弹体外拱及内拱冲击作用下的贯穿破坏发展过程,并分析了弹体侵入拱形靶体的非贯穿侵彻破坏效应.结果表明:拱效应对混凝土拱形靶体的侵彻破坏过程具有重要的影响;弹体从外拱侵彻引起拱形靶体的动力响应、破碎区深度以及弹体贯穿的残余速度均小于内拱侵彻.     

碳/玻璃纤维混编复合材料和钢板的单搭接接头的力学性能分析与预测

对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和FRP板的损伤。结合3种失效准则建立粘铆混合连接的有限元模型,并对其混合连接接头的拉伸力学性能进行预测。结果表明有限元模型准确地预测了混合连接试验的最大载荷、失效位移、失效形式和复杂失效过程的各个阶段。混编FRP在有胶层的接头的失效模式上表现出了特殊性,作为编织纱的玻璃纤维被撕脱。此外,基于以上模型研究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响规律。随着胶层厚度增加,接头的最大载荷先增大后减小,FRP板铆钉孔周围的失效范围逐渐增大。     

加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

进行了加载速度对锈蚀钢筋与混凝土粘结强度影响的研究分析，试验研究表明高速率加载作用下，构件承载力，破坏形式，粘结应力分布都与静力加载作用下的结果有明显不同，较高的锈蚀率使粘结强度下降，较高的加载速率使粘结强度提高，且试验研究表明锈蚀率影响与加载速率影响互不相关，此外结合试验结果和结粘区域破坏过程是马尔柯夫过程的假定，给出了综合考虑锈蚀度，加载速率对粘结强度影响的拟合公式。     

振荡冲击器破岩机理数值模拟分析

为了揭示振荡冲击器作用下的井底岩石破碎机理,用数值模拟分析的方法,研究了不同参数对破岩效率的影
响,包括不同工作频率、不同循环动载和不同岩石类型,并分别对其进行了定量分析。结果表明,井底岩石的破碎分为
3 个区域：破碎区,损伤区和无损区,在振荡冲击器的作用下,井底岩石的破碎过程分为3 个阶段：钻头的中心齿压碎
岩石,边齿对岩石造成破坏,钻头旋转切削破碎岩石。井底岩石的破碎效率随着振荡冲击器工作频率的变化而变化,
当工具的工作频率为16 Hz 时,破岩效率最高,振荡冲击器的破岩效率随着交变动载荷峰值的增加而不断增加,当其
峰值载荷超过10 kN 之后,破岩效率增加比较缓慢,振荡冲击器的破岩效率随着地层岩石硬度的变化而变化。这对振
荡冲击器的现场应用具有十分重要的指导意义。     

球壳形遮弹板动应力场的试验

为改进球壳形遮弹板的设计,用动光弹法对球壳形遮弹板受冲击荷载作用时的应力场进行了实验研究,分析了反射应力波和应力集中对遮弹板的影响,指出了等厚球壳形遮弹板结构的合理性,并据此提出了一些设计原则与改进措施。     

基于台风验证载荷的平台时变可靠性分析与更新

采用泊松过程对台风载荷进行描述,结合抗力衰减函数建立平台时变可靠性分析模型,确定基于验证载荷的平台抗力后验分布函数,从而实现平台可靠性更新;根据台风作用后平台状态与台风载荷分布函数确定验证载荷概率模型。以我国南海东北区块一海洋平台为研究对象,对平台的时变可靠性进行分析与更新,考察平台损伤极限承载能力比CQ与验证时间对可靠性更新效果的影响。结果表明:台风验证载荷能够对结构冗余度较低的海洋平台时变可靠性更新起到明显效果,且反映平台结构冗余度的CQ值越大更新效果越明显;验证载荷出现时间越晚,在初期的更新效果越明显,这个时间大约持续5 a,随后不同时刻验证载荷的更新效果趋于相同。     

考虑荷载作用顺序的结构可靠度分析方法

针对JCSS推荐的荷载效应组合法假设荷载效应之间既相互独立又完全相关的内部矛盾和时段分析法对工程中的非平稳荷载效应过程无法实现有效分析的问题,对考虑荷载作用顺序的结构可靠度分析方法进行了研究.首先提出了非平稳荷载效应过程下的结构可靠度分析方法;其次考虑荷载作用顺序的影响,改进了结构在受多时段荷载作用下的可靠度计算模型;最后运用跨阈理论分析了结构损伤对可靠度的影响,推导出综合考虑非平稳荷载过程、荷载作用顺序和结构损伤的可靠度计算公式.算例分析表明:该方法适用性更广泛,计算结果更真实可靠.     

易损部位损伤导致的结构响应非线性效应

为探讨结构的失效机理,研究了结构中易损部位的损伤及其演化过程对结构局部和整体响应的非线性效应.对桥梁结构中典型的纵向加劲钢桁架的局部损伤破坏过程进行了模拟试验研究.通过在桁架的局部和整体分别设置力学响应的测试点,同步观测并分析了局部损伤区的应变分布以及桁架整体挠度的变化规律.研究结果表明:桁架易损部位的损伤演化导致局部应变与整体挠度响应产生了非线性效应;桁架焊接区域内的材料发生严重塑性损伤,大大加剧了局部应变分布的奇异性;在各级别损伤程度下,局部应变和整体挠度响应都与易损部位的损伤表现出弱非线性相关,而应变响应的非线性效应远比挠度响应明显.