考虑轴压比的圆钢管抗冲击有限元研究

采用有限元软件ABAQUS建立了构件冲击荷载下的理论分析模型.对一端固定一端可纵向移动薄壁圆钢管进行了有限元研究,分析得到圆钢管在不同轴压力作用下经受侧向冲击后的构件破坏模态,并得到随着轴压力的增加,冲击力平台值逐渐增大,跨中挠度逐渐增大,耗能逐渐增大的结果.     

预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件的冲击性能

为研究预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件在冲击荷载下的动力响应,运用有限元分析方法建立构件模型并进行模拟,得到构件冲击之后的变形图,探究轴向压力大小、约束效应系数、钢管屈服强度、混凝土强度四种因素对构件冲击性能的影响,绘制构件的冲击力峰值曲线和跨中挠度峰值曲线作为判断冲击性能的参考.模拟结果表明,试件两端预加150 kN轴力即轴压比0.15时,试件冲击力峰值最大;增大约束效应系数可以改善构件抗冲击性能;在150 kN轴向压力下,增大钢管屈服强度,试件冲击力峰值呈线性增大,跨中挠度峰值呈现线性减小;改变混凝土强度对试件跨中挠度影响较小.     

泥石流冲击荷载下圆钢管的破坏机理分析

为研究泥石流冲击荷载下圆钢管构件的破坏机理,利用LS-DYNA对一端固定的圆钢管构件进行数值模拟分析.通过改变钢管的直径、壁厚、撞击点高度,以及冲击物的质量、冲击物的速度等变量,计算了243个工况,并对圆钢管构件的动力响应进行对比分析.结果表明,钢管构件的壁厚、直径越大,则构件的冲击力越大,冲击点处的变形区域越小,产生的位移越小;在不同的撞击高度下,撞击自由端处引起的位移是柱脚位移的2倍,而冲击力相差不大;冲击物的速度、质量越大,则冲击能量越大,冲击力越大,构件局部发生的变形区域更大,整体产生的位移也随之增大.     

双钢板混凝土组合墙抗冲击计算方法研究

为研究双钢板混凝土组合(SC)墙的抗冲击性能,采用ABAQUS建立了SC墙在轴力与冲击耦合作用下的数值模型,并通过已有SC构件落锤冲击试验结果验证了有限元模型的适用性.基于此,首先分析了SC墙的抗冲击工作机理;其次,重点研究了钢板含钢率、轴压比等参数对构件动力响应的影响;最后给出了该类构件在轴力-冲击耦合作用下跨中最大挠度简化计算公式.结果表明：SC墙冲击全过程分为四个阶段,混凝土是构件抗冲击的主要耗能部件;轴压比会削弱构件的抗冲击性能,且当轴压比大于0.2时,影响更加明显;钢板含钢率、冲击速度、冲击质量与对拉钢筋间距对构件抗冲击性能影响较大;建议的计算公式能有效预测冲击荷载下考虑轴力影响的SC墙跨中最大挠度.     

设置耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能数值分析

为探讨设置低屈服点加劲耗能壁板对箱形钢墩柱受力性能的影响机理,采用有限元法对3类设置加劲耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能进行数值分析,并探讨设置加劲耗能壁板对箱形钢墩柱的荷载-位移曲线、位移延性系数及承载能力的影响规律.结果表明:耗能壁板高度及宽度对箱形钢墩柱的承载能力和延性影响较大;构件承载能力随耗能壁板高度增大而增大,但随耗能壁板宽度增大而减小;构件延性随耗能壁板高度及宽度增大而增大;加劲肋的厚度、宽度及设置数量均对箱形钢墩柱的承载能力和延性有一定影响.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,通过混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0 m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能影响参数分析(Ⅰ)

为研究不同参数对高强钢组合K形偏心支撑框架结构在罕遇地震作用下的受力性能和变形能力的影响,对6种不同长度的耗能梁段的高强钢组合K形偏心支撑框架结构(耗能梁段为Q345钢,框架梁柱及支撑为Q460钢)进行了非线性动力时程分析。研究了耗能梁段长度对结构的周期、层间位移角和楼层剪力、耗能梁段受力及变形、框架柱弯矩和轴力的影响。结果表明:耗能梁段长度对结构的楼层剪力和框架柱的弯矩影响很小,对结构层间位移角、耗能梁段转角、耗能梁段剪力、支撑跨框架柱轴力的影响较大。层间位移角和耗能梁段转角随耗能梁段长度的增加而增大,耗能梁段剪力和支撑跨框架柱轴力随耗能梁段长度的增加而减小。当耗能梁段长度超过某一数值时,层间位移角迅速增大,对抗震不利。耗能梁段长度取(0.926～1.285)M_p/V_p较为合理。     

侧向冲击下方钢管混凝土构件动力响应的参数研究

运用ABAQUS/Explicit有限元软件对方钢管混凝土(CFRST)构件的侧向冲击过程进行数值模拟,研究冲击高度、截面含钢率、冲击位置、材料强度、构件长细比等对方钢管混凝土构件冲击力和挠度变形的影响;基于刚塑性梁理论,提出计算方钢管混凝土构件截面动力受弯承载力提高系数的实用计算公式。研究结果表明:截面含钢率和长细比是影响冲击持续时间和冲击力平台值的敏感因素;减小冲击高度和构件长细比,增加截面含钢率可显著减小构件冲击点处的挠度;钢材屈服强度、截面含钢率、长细比和冲击速度是影响构件截面动力受弯承载力的重要参数。     

空心钢管混凝土构件抗侧向冲击性能研究

采用落锤冲击实验和有限元方法对空心钢管混凝土构件的抗侧向冲击性能进行研究.实验结果表明:当空心率相同时,随着冲击速度的增加,构件的变形增大;当锤重和冲击速度不变时,随着构件空心率的增大,构件变形增加、所受的冲击力减小.采用有限元方法与实验结果进行对比分析,两者结果相符;同时采用有限元方法分析了材料强度、边界条件和空心率等因素对构件抗侧向冲击性能的影响,结果表明,提高材料的强度、加强构件的边界约束可以提高构件的抗冲击性能,而空心率的增大降低了构件的抗冲击性能.     

钢管混凝土结构构件耐撞性能的试验研究

为研究钢管混凝土结构构件的耐撞性能,采用落锤式冲击试验方法对其抗侧向冲击性能及破坏特征进行研究.获得钢管混凝土试件在不同冲击能量下冲击力时程曲线和试件的最大侧向位移,并分析了试件破坏形态及特征.实验结果表明:管壁厚度一定时,冲击力时程曲线经历3个阶段:迅速加载、平台值和卸载;随着冲击能量的增加,试件的侧向挠度增大;当钢管混凝土受到侧向冲力时,构件有明显的屈服现象;冲击能量越大构件的动力响应越明显.表明钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性能.     

内置不同型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击性能

在ABAQUS软件中建立了内置型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击数值模型,通过已有横向冲击试验对模型的正确性进行了验证.对比了三种不同内置型钢对钢管混凝土构件横向冲击性能的影响,分析了组合构件冲击过程中的跨中挠度、冲击力和截面弯矩,讨论了型钢参数对构件抗冲击性能的影响.结果表明:内置型钢可以减小钢管混凝土构件在横向冲击荷载作用下的整体变形,提高其抗冲击性能;当型钢含钢率相同时,内置工字形型钢组合构件的抗冲击性能最好;内置型钢的截面形式对组合构件的弯矩分布影响显著;当型钢含钢率一定时,构件的抗冲击能力随着型钢腹板高度的增加逐渐提高,开展的型钢截面形式对抗冲击性能更有利;角钢的分布位置对构件的抗冲击性能有一定影响,构件的抗冲击性能随着型钢含钢率的增加而增强.     

矿物资源工程专业课程体系研究

自制冲击力测定装置,测定了刚性和橡胶缓冲柔性两类冲击条件下的冲击力,利用回归分析建立了冲击力的计算数学模型。结果表明,刚性冲击条件下,冲击力与冲击物体的质量、冲击动能的一次方和冲击速度的平方成正比,钢垫对冲击无缓冲作用;刚性冲击时可利用与冲击动能有关线性模型计算冲力;橡胶缓冲冲击的效果只与橡胶厚度有关,且随橡胶厚度的增加而增强;橡胶的缓冲能力与橡胶厚度的关系可用指数方程表示。     

大跨度悬索桥冲击系数影响因素研究

考虑移动车辆荷载对桥梁结构的冲击力是公路桥梁结构设计的重要内容之一.为研究大跨度公路悬索桥各构件冲击作用的影响因素及其敏感性,以官厅水库特大桥主桥为依托进行分析.基于车桥耦合振动原理,采用三轴11自由度车辆模型,分析了车速、桥面不平顺度、车重及横向加载位置对桥梁各构件冲击系数的影响.分析成果表明,桥面不平顺度对桥梁各构件冲击系数有显著影响;车速对冲击系数的影响主要与桥梁各构件的卓越振动频率有关,车速增大并不一定导致冲击系数增大;车重持续增加使冲击系数减小且减幅逐渐降低;横向加载位置的不同对各纵梁横桥向挠度冲击系数的影响有明显区别,随着汽车加载位置的靠近,各纵梁的挠度冲击系数逐渐减小;影响因素的敏感性排序为:桥面不平顺度车速横向加载位置车重.     

落锤冲击作用下钢筋混凝土梁的动态响应

为研究钢筋混凝土梁在不同冲击速度下的动态变形规律,利用落锤冲击试验装置和二维数字图像相关系统,对12根钢筋混凝土梁的冲击力时程、平均跨中位移变化过程、跨中钢筋的平均应变时程以及裂缝的形成与扩展过程进行分析,重点讨论了梁的变形破坏模式及动态响应过程。研究发现：不同于静态三点弯曲试验的弯曲型破坏,钢筋混凝土梁的动态破坏形态主要表现为弯剪型破坏;冲击力峰值明显大于静态加载的承载力峰值,在恒定冲击质量的条件下与冲击高度正相关;钢筋混凝土梁的位移响应过程明显滞后于冲击力的响应时程,挠曲变形所持续的时长约为冲击力作用时长的40~60倍,位移响应表现出明显的滞后性;钢筋是否进入屈服阶段以及维持时长显著影响梁的最大位移以及残余位移。     

不同板件宽厚比H型钢梁在冲击作用下的动态响应分析

通过Abaqus软件创建了钢梁受冲击的三维有限元模型,与霍静思教授的试验结果相比较验证了模型的有效性。基于该模型从冲击力时程、跨中挠度时程和不同板件塑性变形耗能三个方面进行分析,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、边界条件和长度对H型钢梁在冲击作用下的动态响应。分析表明在截面外尺寸不变的情况下,随着腹板高厚比的增加,冲击力峰值、平台值下降;冲击力持续时间增加,翼缘宽厚比规律与腹板高厚比类似但影响程度要小于腹板高厚比。当钢梁两端固定或一端固定一端铰支时,钢梁各板件的塑性耗能从大到小依次为:腹板、上翼缘、下翼缘;但随着钢梁两端约束作用减弱,下翼缘的耗能逐渐增大。当钢梁两端铰支时,随着长度的增加,腹板、上翼缘、下翼缘的塑性耗能发生两次转变,下翼缘的耗能超过腹板成为钢梁的主要耗能板件。     

不同柱端约束下外方内圆双重钢管混凝土组合柱抗侧向冲击动力性能研究

为研究不同柱端约束作用下方形空心钢管混凝土柱受冲击后的动力性能,对已有试验的钢管混凝土柱进行模拟,验证了有限元模拟分析的可靠性。基于有限元模拟,完成了16个钢管混凝土柱的水平横向冲击数值模拟,分析不同柱端约束条件和柱端轴力大小对钢管混凝土侧向冲击动力性能的影响。结果表明:方形空心钢管混凝土柱受到冲击作用后,冲击侧发生局部鼓曲,冲击部位主要表现为剪切变形,而另一侧主要表现为弯曲变形;柱端未施加轴力条件下,加强柱端约束均有利于提高柱抗侧向冲击动力性能,减少冲击部位和柱整体的变形;柱端约束相同的条件下,柱端施加轴力会对试件抗侧向冲击性能产生不利作用;在固端约束条件下,轴力为柱轴压承载力0.01倍时,冲击力峰值达到最小值,随后冲击力峰值得到一定程度的回升,此时轴压力对空心钢管柱起到一定的保护作用;施加轴力后的悬臂柱由于悬臂端受到轴压力的限制,间接增大了悬臂柱的约束,导致试件柱比预计吸收更多能量。     

弧齿锥齿轮传动内部动态激励数值仿真

建立了弧齿锥齿轮传动的三维几何模型及有限元静力和动力接触分析模型.采用ANSYS软件对静力分析模型进行接触分析,得出弧齿锥齿轮传动的啮合刚度激励;采用LS-DYNA软件计算轮齿的啮入位置及主、从动轮的相对转速,对其啮入冲击特性进行数值仿真;用半正弦函数模拟误差激励曲线.综合考虑齿轮刚度激励、误差激励及啮入冲击激励得到弧齿锥齿轮传动的内部激励曲线.仿真分析得出负载对冲击有较大影响;冲击时间与冲击速度无关,冲击力与冲击速度成正比;齿轮侧隙及轴交角误差将导致冲击时间滞后,同时引起冲击力增大;侧隙对冲击时间滞后影响较大,轴交角误差对冲击力大小影响较大.     

近海大气环境下锈蚀钢柱抗震性能试验研究

为了研究近海大气环境下锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过人工气候环境模拟试验技术对6榀钢框架柱进行了近海大气环境下的加速腐蚀,并对腐蚀后试件进行低周往复加载试验,研究了不同锈蚀程度和轴压比对钢框架柱破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等指标的影响.试验结果表明：随着锈蚀程度增加,试件底端翼缘屈曲、腹板鼓曲及塑性铰形成所对应的位移呈减小趋势;试件承载能力、变形能力及耗能能力均有所降低.此外,随着轴压比的增大,试件发生局部屈曲现象提前;承载力及延性显著降低,强度和刚度退化速率加快,耗能变差.基于试验结果,初步确定锈蚀钢框架柱不同抗震性能水平和性能指标量化限值.研究成果为近海大气环境下在役钢框架结构的抗震性能评估提供了试验支撑.     

全螺栓装配式钢框架抗震性能试验

为研究全螺栓装配式钢框架的抗震性能,对双层单跨的装配式钢框架试件进行了拟静力试验。以不同轴压比为变化因素,根据试件的破坏情况和一系列试验数据,讨论了在7度设防地震作用下钢框架的滞回耗能能力。结果表明,不同轴压比作用下的钢框架发生底部节点处的强度破坏,滞回曲线饱满,试件的承载能力、位移以及耗能能力均优于未施加轴向压力的试件。     

钢筋混凝土梁冲击响应及其影响因素分析

为研究钢筋混凝土梁在集中冲击荷载作用下的动力响应,考虑梁截面高度、梁配筋率、接触面积、初始冲击速度和落锤质量等因素的影响,运用ABAQUS有限元分析软件对某固支梁进行非线性动力响应分析,并考虑了材料的应变率效应. 结果表明,冲击力峰值和梁的跨中最大位移受接触面积和初始冲击速度影响较大,一定程度上受到梁截面高度和配筋率的影响,而落锤质量对冲击力峰值的影响很小.