面向结构安全评估的大跨斜拉桥基准有限元模型

探讨了以结构安全评估为目标的大跨斜拉桥基准有限元模型建立与修正的策略与方法.采用基于灵敏度分析的模型参数修正方法建立并修正了润扬大桥斜拉桥的整体动力分析模型.在此基础上建立了扁平钢箱梁的局部应力分析模型,并采用子模型方法进行钢箱梁整体尺度与局部尺度之间的跨尺度衔接.分析结果表明,润扬大桥斜拉桥多尺度有限元模型的计算结果与实桥测试结果吻合良好,说明该多尺度模型能够较好地满足桥梁结构损伤诊断与状态评估的技术要求,可以作为该桥结构安全评估的基准有限元模型.     

预应力混凝土斜拉桥主梁局部应力子模型分析及试验

为掌握预应力混凝土斜拉桥主梁在运营荷载作用下的受力情况,根据其构造特点,将结构划分为2个结构体系,分别建立整体结构尺度模型和局部构件尺度模型,并采用子模型法进行跨尺度模型的衔接.以五河口斜拉桥的预应力混凝土主梁为例,进行了车轮荷载作用下的主梁局部应力分析,与该桥成桥静载试验的测试结果对比表明,计算结果与试验结果吻合良好,说明该计算分析方法实用、可行,从而为进行预应力混凝土斜拉桥在运营荷载作用下的受力特性分析提供了一种便捷、可行的途径.     

千米级斜拉桥扁平钢箱梁的局部力学行为

以世界最大跨径斜拉桥苏通长江大桥为工程背景,通过静载试验与全桥整体及箱梁局部有限元数值计算研究了千米级斜拉桥扁平钢箱梁各主要板件的力学特性.在此基础上,运用子模型法对考虑焊接构造的箱梁局部焊接细节建立精细有限元模型,分析焊缝周围的应力分布规律,并通过试验加以验证.结果表明,扁平钢箱梁剪力滞效应明显,顶底板纵向应力沿横截面呈不均匀分布,顶板和顶板U肋的焊缝周围存在严重的应力集中,是整个钢箱梁疲劳性能研究的重点部位.     

润扬大桥修正斜拉索力的基准有限元模型

为了掌握润扬大桥北汊斜拉桥在运营荷载作用下的工作状况和桥梁结构的实际承载力,并为成桥运营健康监测系统提供基准有限元模型,结合该桥的动静载试验,采用自定义钢箱梁主梁截面的脊骨梁整体模型,通过不断修正拉索实参数,使得拉索应力与成桥状态拉索应力实测值相一致.利用Ansys的二次开发功能,编制了相应的宏命令和子结构分析模块.并把计算结果与成桥试验获得的扁平钢箱梁应力和模态频率做了对比分析,计算应力与实测值吻合较好,低阶模态频率相对误差在4%之内,验证了基于实测索力修正模型的正确性,不仅能为成桥健康监测系统提供参考,同时也为今后类似问题的Ansys二次开发提供了相应的思路.     

大跨悬索桥加劲梁施工技术探析

大跨悬索桥施工规模庞大,施工难度高,加工构件多,加工周期长,施工时必须合理安排施工计划,并进行分步检测验收,才不致延误工期.本文主要对大跨悬索桥加劲钢箱梁制作、安装的施工技术进行总结,供同行参考.     

结构损伤一致多尺度模拟和分析方法

以一个重要的大跨桥梁为工程背景,基于非线性有限元分析软件ABAQUS,研究了大跨结构以损伤分析和状态评估为目标的结构多尺度模拟中的一系列关键理论和技术问题,包括多尺度建模方法和策略、基于子结构方法和基于多点约束衔接方法的多尺度建模过程,结构一致多尺度模型的修正和验证,以及应用多尺度模型进行结构损伤分析的方法与策略.研究结果表明,应用所提出的大跨结构一致多尺度建模方法和策略,能够有效地建立适用于实际大跨桥梁结构损伤分析的多尺度有限元模型,满足不同尺度下结构特性分析和局部损伤演化过程仿真计算的需要.而基于多尺度模型进行的局部疲劳损伤累积的仿真分析结果表明,发生于局部焊接细节的疲劳损伤与结构的局部应力响应之间有较大的耦合作用,在结构的多尺度损伤分析过程中应予考虑才能得到比较准确的寿命评估结果.     

960MPa高强度钢材轴压柱局部稳定性能及设计方法

为研究960 MPa(屈服强度标准值)高强度钢材轴心受压构件的局部稳定受力性能,本文使用ANSYS软件建立有限元模型,对4个箱形截面和4个工字形截面轴心受压构件进行了有限元分析.模型考虑了几何初始缺陷及焊接残余应力的影响,提取构件的极限承载力和局部屈曲临界承载力的有限元计算结果与试验实测结果进行对比,验证了模型的有效性.利用这种建模方法,对960 MPa高强度钢材箱形和工字形轴心受压构件的局部稳定受力性能进行了有限元参数分析,并将有限元计算结果,以及本文汇总的已有试验结果,与中国、美国和欧洲的钢结构设计规范中轴心受压构件的设计曲线进行了对比,并提出了新的设计公式.结果表明,本文使用的有限元建模方法能够准确地分析计算960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲受力性能;几何初始缺陷和残余应力对构件的极限应力的影响很小,但是对板件宽厚比较大构件的局部屈曲应力的影响相对较大;相对于中美欧现行钢结构设计规范中的设计方法,本文提出的设计公式更适用于960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲应力和屈曲后极限应力的设计计算.     

基于实桥测试的大跨度混合梁斜拉桥钢混结合段受力性能分析

为了研究大跨斜拉桥主梁无格室后承压板式钢混结合段的受力性能,并检验其纵向应力传递的可靠性,以大跨度混合梁斜拉桥(江顺大桥)为工程背景,通过实桥应变测试以及数值分析,研究其主梁的钢混结合段及相邻梁段在施工及运营过程中的应力分布情况。首先,对测试节段的钢板和混凝土的应变进行长期监测,获取钢混结合段、相邻钢箱梁加强段和预应力混凝土(PC)箱梁段的应力及分布规律,然后,采用ANSYS软件建立测试节段的局部三维精细有限元模型进行了数值分析,最后,将得到的有限元分析结果与实测数据进行对比。研究结果表明:钢混结合段及其相邻梁段在全测试过程中压应力水平都较低,其中最大钢板应力为-159.4 MPa,最大混凝土应力为-15.8 MPa,测试节段结构受力性能良好,不仅可以有效控制施工应力,而且在运营阶段仍能保持在原有的设计要求范围内。钢箱梁加强段上部各构件中上T肋的压应力水平最大,下部各构件中下U肋的压应力水平大于底板和下T肋,钢箱梁加强段的T肋和U肋可以有效地传递纵向应力,使桥梁刚度过渡平稳,协同受力情况良好。钢板应力与混凝土应力的有限元计算结果与实测结果基本吻合,且应力分布规律基本一致,表明钢混结合段局部有限元建模及边界条件合理,可以较为准确地模拟实桥钢混结合段的受力状态。     

铝合金受弯构件局部稳定性能的有限元分析

目的研究铝合金受弯构件局部稳定性的结构受力性能.方法利用有限元软件ANSYS建立了9个试件模型,其中5根为无跨中加劲肋,4根为含跨中加劲肋,对试件进行局部稳定受力特性分析,并将模拟结果与试验结果进行对比.在建模中提出了针对铝合金挤压型材的"相同模板平均缺陷"的缺陷值简化代入方法.结果经过对比,有限元计算的极限承载力与试验得到的极限承载力比值的平均值为0.99,标准差为0.06.结论笔者建立的有限元模型可以准确地分析铝合金受弯构件的局部稳定性能,该模型也为进一步进行更多类型的铝合金受弯构件局部稳定性能的参数化分析提供借鉴.同时该有限元模型也验证了"相同模板平均缺陷"这一方法的准确性.     

大跨悬索桥钢箱梁焊缝重要性分级方法研究

为明确大跨悬索桥钢箱梁各焊缝的重要性,采用1-9标度法,对钢箱梁焊缝的重要性进行了评级。基于悬索桥钢箱梁焊缝位置特征、构造细节疲劳强度及焊缝特征分析,提出了钢箱梁控制截面、行车道荷载放大系数、焊缝疲劳强度及焊缝特征折减系数4类评定参数并赋值,建立了焊缝重要性评级方法。基于提出的评级方法分析了江阴大桥钢箱梁各类型焊缝的重要性等级,并与裂纹实际分布特征进行了对比。结果表明,基于所提出的评定方法得到的焊缝重要性评定结果与裂纹实际分布特征吻合较好,同时对斜拉桥钢箱梁焊缝重要性等级评定具有一定的借鉴意义。     

基于深度学习技术的金属构件残余应力场反演

金属构件中残余应力会对材料结构的力学性质及稳定性产生重要的影响,因此准确高效地确定构件残余应力分布至关重要。传统用于确定残余应力的方法主要有实验法,有限元仿真和反演方法,然而这些方法成本高昂,计算效率低无法满足实际工程的需要。为了解决上述问题,本文发展了一种基于深度学习技术的高效残余应力反演方法。该方法使用人工神经网络技术代替了有限元模型修正的过程,仅通过试件表面有限测点即可获得整个表面的残余应力分布。与传统有限元模型修正法相比,该方法显著地提高了反演效率,并通过一个方形开孔弹塑性仿真模拟对其效率和准确性进行了验证。     

应变硬化材料圆孔边局部应力场的光弹塑性分析

局部应力分析对工程设计具有广泛的重要作用,然而应变硬化材料因其本构关系的复杂性,至使大量的弹塑性局部应力问题难于采用理论分析方法求解。本文作者克服了实验技术上的困难,采用应变硬化材料聚碳酸酯对中心圆孔受拉板的孔边局部应力进行了光弹塑性实验研究,得到其弹塑性应力场、应变场及塑性区尺寸的规律,为弹塑性局部应力的实验研究提供了一条有效途径。     

泥皮条件下土与结构接触面弹塑性本构模型

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在膨润土泥皮条件下的剪切试验,揭示泥皮条件下接触面的力学特性与机理.结果表明,峰值强度以及发生剪胀所对应的位置与法向应力大小有关,峰值强度所对应的剪应变大于产生剪胀的位置.基于广义位势理论,建立了考虑剪胀以及应变软化的接触面弹塑性本构模,并将其推广到三维应力空间,拟合了相应的模型参数,并编制了有限元计算程序.结合室内防渗墙模型试验结果,并与Goodman模型进行比较分析,验证了模型的合理性.     

管道应力波检测技术及研究进展

综述了应力波检测技术及其应用研究进展，对应力波技术在管道损伤检测中的应用进行了重点评述，主要内容涉及应力波的传播特点、实验检测方法及数据处理方法等，最后对这一研究领域的未来发展进行了展望。     

基于热固耦合的柴油机气缸盖有限元分析

针对柴油发动机缸盖失效问题,在ABAQUS软件中以某现产柴油发动机构建仿真模型,通过实验数据标定模型温度边界,运用热固耦合理论对缸盖的温度分布、应力及变形分布进行仿真分析.对于分析中发现的热应力集中的缸盖鼻梁区,提出了缸心外凸、平齐和内凹的3种对比优化设计方案,并进行仿真验证.仿真结果表明,采用缸心内凹设计,降低缸心区域壁厚,可以有效降低鼻梁区最大应力.与试验对比,仿真模型的温度分布符合实际缸盖温度分布,验证了此方法的准确性,为解决柴油发动机缸盖失效问题提供了有效的优化设计方法.     

两个单位胞体模型数值模拟结果比较

利用三维有限元方法，通过建立立方体、六棱柱单位胞体数值分析模型，对颗粒增强复合材料做模拟计算，在单向外载荷作用下，讨论两模型中正应力、von Mises应力的分布规律。结果显示两模型的应力场分布相近或相似，将在相同的区域里发生材料剪切屈服和界面脱胶破坏。计算了复合材料弹性系数，经过同整体体积平均分析方法和实验测量结果的比较，结果显示六棱柱模型较立方体模型更加符合真实情况。     

维尔泰姆应力光学定律的理论证明

利用现有的光的双折射和材料应力分析理论基础,研究了光的弹性双折射效应的原理,建立了其物理理论模型,对实验定律维尔泰姆应力光学定律给出了严格的理论证明,并进一步分析了单轴应力作用情况下光程差与主应力之间的关系.     

Simulation of dynamic recrystallization for an Al-Zn-Mg-Cu alloy using cellular automaton

A cellular automata (CA) model has been developed to predict and control the microstructure evolution during hot deformation on 7085 aluminum alloy. The initial microstructure and thermal-mechanical parameters were used as the input data of the CA model. To link microstructure evolution with macroscopic flow stress, dislocation density was set as an important internal state variable. The hot deformation behavior of 7085 aluminum alloy was studied by isothermal compression tests under a deformation temperature range of 623–723 K and a strain rate range of 0.001-1s^?1 up to true strains of 0.53–1.20. Electron backscattered diffraction technique and the CA model were utilized to systematically investigate the effects of strain, strain rate and deformation temperature on the microstructure evolution, and further to predict the average grain diameter and the recrystallization fraction after deformation. The simulated results were validated by the experimental data to demonstrate the feasibility and predictability of the CA model.