轴心受压开孔薄板弹性屈曲性能分析

由于开孔板件的孔洞周围会出现应力集中,板件易在开孔部位提前进入屈服状态,发生屈曲,进而影响整体结构的稳定性.用Abaqus对开孔板件在轴心受压情况下的弹性屈曲性能进行分析,讨论板件开孔大小以及开孔位置、开孔间距、板件宽厚比、板件尺寸等对开孔板件屈曲性能的影响.在分析参数的基础上,给出轴心受压开孔板件屈曲稳定系数的建议公式.结果表明,开孔位置距离板件短边较近时,板件的屈曲系数明显下降,且随着开孔尺寸的增大影响程度越大;孔间距固定在一定范围时对开多孔薄板的屈曲系数影响较小;板件的宽厚比及其尺寸对轴压薄板的屈曲系数影响不大.     

半无限土体圆形隧道结构中地震波的传播

基于弹性波的散射理论,研究了半无限土体内圆形隧道中土体对SH波的多重散射和动应力集中,采用波函数展开法和镜像法,将待解问题归结为一组无穷代数方程组的求解,得到了问题的解析解.作为算例,给出了衬砌附近动应力集中因子的数值解,分析了围岩的剪切模量、入射波波数、半无限土体边界到衬砌的距离等参数对动应力集中因子的影响.数值计算分析表明:围岩的剪切模量、入射波波数等是影响动应力集中因子的重要因素.本文的研究方法和数值结果有望为衬砌的地震评价提供理论依据.     

半无限土体圆形隧道结构中地震波的传播

基于弹性波的散射理论,研究了半无限土体内圆形隧道中土体对SH波的多重散射和动应力集中,采用波函数展开法和镜像法,将待解问题归结为一组无穷代数方程组的求解,得到了问题的解析解.作为算例,给出了衬砌附近动应力集中因子的数值解,分析了围岩的剪切模量、入射波波数、半无限土体边界到衬砌的距离等参数对动应力集中因子的影响.数值计算分析表明:围岩的剪切模量、入射波波数等是影响动应力集中因子的重要因素.本文的研究方法和数值结果有望为衬砌的地震评价提供理论依据.     

地下圆形衬砌洞室在平面P波和SV波入射下动应力集中问题的级数解

利用Fourier-Bessel级数展开法，研究了平面P波和SV波入射情况下，圆形衬砌洞室的动应力集中问题，并给出了其级数解．数值结果表明。衬砌刚度对动应力集中系数具有重要影响，刚性衬砌、无衬砌和柔性衬砌三种情况的动应力集中系数在空间上的分布相同，但刚性衬砌情况的动应力集中系数最大，无衬砌情况次之，柔性衬砌情况最小；随着入射频率的增大，动应力集中系数的空间变化由简单逐渐变得复杂，动应力集中系数在多数情况下逐渐减小；波入射角度对动应力集中系数也有很大影响．     

地下洞室动应力集中系数分布规律

为了能够给平面爆炸应力波作用下地下洞室加固,利用试验和理论研究了在平面应力波的作用下,地下洞室动应力集中系数分布规律。结果表明:当洞室受到拱顶正上方平面波作用时,洞壁各个位置都是产生压应变,拱顶至侧墙底部动应力集中系数先增加后减少,最大在拱脚处。当入射方向从拱顶向左侧偏移至水平方向,迎爆侧和其背爆侧动应力集中系数较小,与迎爆方向垂直的方向动应力集中系数较大,并且入射方向两侧的高应力集中系数的作用范围随着入射角度变化而不同,动应力集中系数也逐渐不以应力波的入射方向对称。这将对实际工程进行抗爆设计非常有意义。     

剪切波对饱和土体中圆形衬砌的动力集中

采用修正的Biot波动方程,运用波函数展开法研究了剪切波入射时,饱和土体内深埋圆形衬砌的散射问题,通过数值计算分析了衬砌内侧的动应力集中因子Sd 与界面处饱和土体的孔压集中因子p·f 的变化规律.结果表明:当剪切波为低频和中频入射时,Sd 和p·f沿周向的分布曲线比较光滑,而且Sd和p·f受衬砌厚度影响较小,而高频时Sd和p·f沿周向的分布曲线出现大量的凹进和凸出部分,而且在大部分区域Sd和p·f随着衬砌厚度的增大而减小.     

半空间中裂纹边缘界面圆孔对SH波的散射

研究界面波动力学对保障结构安全具有重要工程意义.应用“剖分-契合”法和“裂纹切割”技术,研究半空间双相介质界面上同时嵌有圆孔和裂纹时SH波对圆孔的动力作用.利用“镜像法”,将半空间的水平界面问题变换为全空间的水平界面问题,构造出能自动满足半空间自由表面边界条件的散射波;由保障水平界面应力位移连续的“剖分-契合”条件,导出求解该问题的定解积分方程组;对界面圆孔边的动应力集中情况进行讨论分析.结果表明:工程应用中必须考虑自由边界、裂纹长度、介质材料参数和入射波数等对孔边动应力集中程度的综合影响.应该避免较大的波数比、较高的入射波波数、较长的裂纹长度与垂直入射的同时出现,这对降低孔边的动应力集中系数效果明显,对减轻结构动力效应具有一定的工程价值.     

基于结构应力法的对接焊缝应力集中效应研究

为探明对接焊缝应力集中的几何影响因素,基于结构应力法建立有限元模型分析过渡半径、焊缝余高、焊缝宽度、板厚等参数变化对焊趾截面应力集中的影响,并在此基础上对不同结构形式的对接焊缝不等厚（宽）板的影响因素进行分析.结果表明：增大圆弧过渡半径,可以减小焊趾处的应力集中系数,过渡半径从0 mm变化到6 mm,应力集中系数降幅可达15.8%;随着余高的增加应力集中系数增大,在不设圆弧过渡,焊缝余高从0 mm变化到6 mm时结构应力集中系数增长28.6%,并且余高的存在扩大了板厚对应力集中的影响;焊缝宽度对对接焊缝应力集中的影响较小,随着焊缝宽度的增加,应力集中系数波动幅度在2.3%内;不等厚板对接时,坡度1∶4与等厚板的应力集中系数相差最大为90.5%;不等宽板对接时,坡度1∶4与等宽板的应力集中系数相差最大为5%.     

双相介质椭圆形孔洞及界面裂纹对SH波的散射

采用复变函数法、格林法和保角映射法研究了双相介质半空间界面裂纹及其附近椭圆形孔洞对水平剪切(SH)波的散射,给出了椭圆形孔洞的动应力集中系数和界面裂纹尖端动应力强度因子的分布情况.首先,将理论模型沿垂直界面剖分为两个直角平面模型,利用保角映射法和镜像叠加原理构造直角平面中平面波场及椭圆形孔洞产生的散射波场;其次,根据界面上的应力和位移连续性条件,利用界面契合技术和裂纹切割技术将两个直角平面契合成含有界面裂纹的双相介质半空间;最后,通过具体算例给出了不同参数条件下椭圆形孔洞的动应力集中系数及界面裂纹尖端的动应力强度因子的分布情况.结果表明:入射角度、入射波数、材料参数、裂纹长度等因素会对动应力集中系数及动应力强度因子的分布产生影响.     

含螺栓或钉载并排孔搭接件孔边应力集中分析

为进一步探索工程结构中含螺栓或钉载孔搭接件的应力集中问题,基于有限元计算软件,建立含并排螺栓或钉载孔搭接件结构的局部三维有限元模型,计算双板搭接结构在承受均匀拉力载荷时局部的应力分布情况。分析研究在该状态下搭接件中两并排孔孔边的三维应力集中情况,得出应力集中系数与板的厚度、孔半径、孔间距之间的关系。为验证计算模型的精确性,通过与子模型法的计算结果进行对比。研究发现,板厚度、孔半径与孔间距对应力集中系数比值有明显影响,随着搭接件中板的厚度、孔半径或孔间距的改变,最大应力集中系数值的位置沿厚度方向发生改变。该结果可为当前连接件存在的应力集中问题提供参考依据。     

孔洞对单边裂纹板裂纹扩展方向的影响

平板内孔洞产生的应力集中会对板内裂纹扩展路径产生"吸引"作用,使其偏离原来直线方向。运用扩展有限元法研究了单边裂纹板内单孔洞的位置和大小对应力集中和裂纹扩展路径的影响以及双孔洞单边裂纹板内裂纹的扩展情况。同时引入应力影响系数来表征开孔边缘处应力对裂纹扩展路径所产生"吸引"作用的强弱,结果表明,在同一模型中应力影响系数的变化趋势和裂纹扩展路径偏转角的变化趋势一致。     

双层预应力大跨度地铁车站结构震害模拟与分析

以箱型双层预应力大跨度地铁车站开发为研究背景,采用动塑性混凝土损伤本构模型,用拉压损伤因子描述混凝土在循环荷载下的非线性与疲劳性能,综合考虑了震前土-结构自重应力、钢筋混凝土预应力和地铁车站结构的阻尼效应,对土-地铁结构相互作用系统地进行了地震过程的非线性数值模拟.分析了震害发生时大跨度预应力地铁车站结构的破坏过程、破坏形式和抗震薄弱位置.结果表明:地铁车站侧墙底部外侧首先产生裂缝,之后顶板中板在与侧墙连接处、跨中底部等位置出现裂缝,并迅速开展,部分位置甚至形成贯通裂缝;其中靠近底板位置处的侧墙外侧易产生竖向拉压破坏,顶板和中板的跨中及板在与侧墙连接处易产生水平向拉压破坏;侧墙与顶板底板连接处交替出现剪应力集中.靠近底板处的侧墙外侧与顶板在与侧墙连接处上侧位置破坏时间早,因而是影响框架安全的关键部位.     

含衬砌孔洞的凸起的垂直入射SH波的动力分析

采用复变函数法，求解半无限空间中含圆形衬砌孔洞的半圆形凸起对稳态SH波的散射问题，给出在一定边界条件下的SH波散射的动力分析的解析方法．利用介质与衬砌结构在交界处应力、位移的连续性，构造一个可以自动满足凸起边界上应力边界条件的圆域对SH波散射的波函数．再利用波函数将圆域与半圆形凹陷半空间的“公共边界”进行“契合”，并对该问题进行求解．给出了当稳态SH波垂直入射时2种无量纲参数下的算例分析，讨论了波数与衬砌厚度变化对动应力集中的影响．介质和衬砌内动应力集中系数随孔径、衬砌厚度、波数变化而变化，且与衬砌性质有关．     

孔板后压力恢复长度的影响因数定量关系

孔板消能工具有构造方便、消能效率高以及经济等优点,在我国水电工程及泄流工程中得到广泛应用.在多级孔板设计中,孔板间距与孔板后压力恢复长度有关,而孔板后压力恢复长度的研究却很少.利用数值模拟法对孔板后压力恢复长度的影响因数进行了定量分析.结果表明,孔板后压力恢复长度主要由孔板孔径比、孔板相对厚度以及流经孔板流体的雷诺数等相关参数决定：当雷诺数增大到一个定值时,孔板后压力恢复长度几乎不随雷诺数的变化而变化;当孔板相对厚度和孔板孔径比在一定范围内,孔板相对厚度不变,孔板孔径比减小,孔板后压力恢复长度增大;当孔板孔径比不变时,孔板相对厚度增大,孔板后压力恢复长度减小.通过多元回归分析和曲线拟合得到孔板后压力恢复长度的经验公式,并进行室内试验验证,为多级孔板间距设计提供理论依据.     

散射波作用下冰雪结构孔域弯曲动应力集中的解析解

针对冰雪结构抗震问题,基于弹性动力学理论,研究地震波散射引起的冰雪结构孔域弯曲动应力集中现象.采用弯曲振动方程和波函数展开法,将待解问题归结为一组无穷代数方程组,进而导出动应力集中系数的解析解.算例分析了入射波数、频率、冰雪厚度对孔域动应力集中系数的影响规律.研究表明:在冰雪结构孔域动应力集中严重区域采取加固措施可以提高其抗震安全性.     

微孔洞在材料表面的深度变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响规律研究

采用线弹性有限元法模拟分析了微孔洞相对材料表面深度的变化对应力集中及疲劳裂纹萌生的影响,研究结果表明:微孔洞直径尺寸大小仅影响相应的应力集中分布区域的大小,而微孔洞相对材料表面深度的位置决定了其最大应力集中系数的大小.当微孔洞处于材料表面下并与表面相切时,应力集中系数达到最大值,当微孔洞相对材料表面深度的位置偏离此位置时,应力集中系数急剧下降.研究结果合理解释了实验中观察到的疲劳裂纹在微孔洞处萌生现象,即疲劳裂纹优先在与样品表面相切上半部的微孔洞上萌生,尤其在样品表面下且与表面相切的微孔洞处.     

先张法折线预应力钢束放张工序优化分析

目的精细化分析折线先张法混凝土T梁分批次放张过程中混凝土梁体应力变化,缓解折线先张法混凝土T梁预应力钢束弯折位置的应力集中现象.方法基于ANSYS中SOLID65钢筋混凝土整体式模型,建立折线预应力混凝土T梁的非线性有限元实体分析模型,分析和探讨分次放张预应力钢束过程中折线钢束弯折点附近混凝土主压应力、主拉应力、应力集中系数的变化.结果相比一次放张而言,钢束分批次放张后预应力筋弯折点处混凝土主压应力波峰数量和应力极值均有明显减小,但主拉应力波峰数量和应力极值却有明显增大;钢束分批放张时折线钢束弯折点位置处的最大拉应力、平均应力随着放张的预应力钢束的增多而逐渐增大,应力集中系数前期变化较大,后期逐渐减小趋于平稳.结论先将所有直线筋张拉然后再张拉折线筋对于减小弯折点附近最大拉应力和应力集中系数有显著作用,能够明显缓解弯折位置的应力集中现象.     

用线性振动比拟法研究不同模量梁的冲击问题

把被冲击的拉压弹性模量不同的梁简化为集中质量与轻质弹簧相连接的单自由度弹性系统,使重物对梁的冲击问题转化为重物对具有集中质量单自由度弹性系统的冲击问题,然后采用动力学方程推导出了重物对梁的冲击时间、动载荷系数的函数表达式,克服了能量法仅能给出最大动载荷系数的不足.通过算例分析指出,有关材料力学教材及专著给出的最大动载荷系数公式,仅是动力学方程推导出的动载荷系数函数式的特例.当拉压弹性模量相差较大时,不能把重物对拉压弹性模量不同梁的冲击问题简单地作为重物对单弹性模量梁的冲击问题处理,必须考虑拉压弹性模量不同的因素对梁冲击的影响.     

组合桥面板U肋螺栓接头疲劳受力性能

针对组合桥面板受力特点,采用一种宽口U肋,设计制作了1个足尺试件,通过疲劳加载试验检验U肋螺栓接头的受力性能,并通过有限元模型对接头受力进行了分析。试验结果显示,开裂源于母板栓孔边缘并最终裂透至手孔。有限元分析表明,母板的头排栓孔附近,距孔边缘约1/3孔径处应力集中明显,集中系数约为2.5;手孔形状、拼接板厚度及栓孔大小对母板栓孔应力集中影响很小;相较8 mm厚U肋的组合板或常规钢桥面板,该组合板的接头母板栓孔受力要大许多,但其疲劳强度也满足规范要求。     

基于声波法和FLAC3D的矿井底板采动破坏特征研究

利用声波法对华北地区某典型岩溶水害矿井的4707工作面煤层底板不同深度、不同位置的声波波速进行探测,获得了随工作面推进时的波速变化曲线。结果表明:垂深3.9～12.1m之间的声速曲线出现较大的波动,在钻孔距工作面距离15～5m时声波波速迅速升高,在6～5m处达到最大值,工作面推过钻孔后,波速不断降低。垂深13m以上,声波曲线趋于稳定,说明已不在破坏范围内。声速法判断底板最大破坏深度为12.1m。结合FLAC3D软件,利用4707工作面的实际地质资料数值模拟煤层底板采动破坏过程,得出了煤层底板采动破坏特征:底板破坏区沿采空区四周和底板向下扩散呈现出喇叭形,随工作面的不断推进,破坏区也不断前移。