在冲击载荷作用下刚-塑性结构的一个新的位移下界定理

(一)引言 如何估计结构在冲击载荷作用下的最终位移的上、下界是一个十分有意义的课题。1970年,W.J.Morales和G.Nevill首先提出了关于刚-塑性结构在冲击载荷作用下最终位移的下界定理。此后,这一定理又分别推广到结构受有限时间载荷的作用和大变形的情形。直到现在,这一定理一直在被广泛地引用。     

用激光一束光反射全息和激光散斑干涉法研究有限宽中心裂纹板裂纹尖端三维位移场

本文介绍了激光一束光反射式全息和激光散斑干涉法基本原理，两者结合分析三维位移场的基本方法。用此方法分析了有限宽带有中心裂纹铝合金板（ＬＹ １２—ＣＺ），在受均匀伸拉载荷作用下，直至大范围屈服情况下，裂纹尖端三维位移场。本文给出了位移场与裂纹尖端塑性区随载荷变化，直至裂纹失稳扩展，裂纹尖端塑性区的变化。讨论了在上述条件下，裂纹板塑性区的形状；给出了塑性区尺寸随载荷变化曲线。定量测定了裂纹尖端附近ｕ，ｖ，ｗ三维位移；一定标距下Ｐ—△曲线，裂纹尖端特征点的 ＣＯＤ随载荷变化曲线；裂纹起裂点的 δｃ（即ＣＯＤ*），给出了裂纹尖端应变变化和应变奇异性结果。     

非静压成形过程的刚塑性有限元模拟

本文针对非稳态高速成形过程，讨论了冲击载荷和体积力的计算问题，给出了一种全面考虑冲击载荷与体积力作用的刚塑性有限元方程。并且将此分析成功地应用于锻造过程中上下模具金属填充性能的比较研究。     

冲击载荷作用下塑性薄壳在阻尼介质中的运动

本文讨论了在冲击载荷作用下的刚塑性圆柱形和球形薄殻在阻尼介质中的运动问题。对於圆柱形薄殻,我们考虑了在受环冲击载荷时殻体对称的动力弯曲,文中给出了内力和位移的变化规律和殻体在不同载荷下运动的持续时间,并顺便得出了静力的极限载荷。对於球形薄殻,则考虑了在均布冲击载荷下殻体的运动,并且,为了校核的目的引出了阻尼作用趋於零的极限情况。本文的讨论基於材料是理想刚塑性体的假定和採用屈瑞斯加(Trasca)塑性条件,并且认为介质的阻尼作用对殻体运动的影响是给定的。     

直升机磁流变座椅悬架缓冲系统模糊控制器设计

针对直升机座椅悬架缓冲控制问题，文章建立了结合磁流变耗能器的单自由度磁流变座椅悬架缓冲系统动力学模型。为了保证耗能器在充分耗散冲击能量的同时避免传递到人体的冲击力峰值超出人体的伤害限，以“软着陆”为控制目标，以磁流变耗能器活塞运动速度及位移作为模糊控制器的输入、阻尼器阻尼力作为控制输出设计模糊控制器的结构和控制规则，实现输出力-位移曲线的“平台效应”。最后分别在6～12 m/s冲击作用速度下，通过数值仿真验证了所设计的模糊控制器的有效性，即传递到人体的冲击载荷低于人体的伤害限的同时耗能器耗能最大。与现有的线性恒定总力控制器、恒定屈服控制策略进行缓冲效果对比，结果表明：模糊控制器在实现“平台效应”、“软着陆”控制目标的同时能有效避免二次反弹。     

塑性球壳在局部冲击载荷作用下的破坏分析

通过能量守恒,建立了弹体初速度与变形之间的关系,得到壳体受冲击后的残余窝陷半径和中心位移与弹体初速度之间关系的闭合近似解.采用数值模拟的方法研究了塑性球壳在圆柱形弹体撞击下变形的问题.对塑性球壳在冲击载荷作用下的变形进行了较详细的仿真研究.给出:①不同冲击速度下,球壳受撞击的最终变形模态结果;②窝陷半径、顶点位移、棱区宽度随弹体初始速度变化的关系.理论解、模拟结果与实验结果吻合较好.     

基于ANSYS的桥式起重机桥架结构瞬态动力学分析与实验

本文以5t×7.5m LHBT型防爆电动葫芦桥式起重机为研究对象,对起重机起吊货物这一瞬态工况进行理论分析,在以往论文中,都是将重物离地后加速过程激励看成是不变的,此次分析将货物离地后加速上升过程的载荷看成是变化的,当加速到额定速度匀速上升时,载荷不变。利用ANSYS Workbench有限元软件对这一工况进行仿真分析,同时,利用实验平台对这一工况进行实验验证。实验结果表明：加速上升过程,载荷变化,使桥架结构垂直方向振动位移有所增大,因此,在设计时应将这加速冲击激励考虑进去,使用时应尽量平稳起吊重物。     

弹塑性接触粗糙表面切向载荷-位移模型

针对在法向载荷和切向载荷联合作用下粗糙表面的接触问题,建立了一种同时考虑微凸体弹性接触和塑性接触的接触界面切向载荷-位移新模型。对弹性接触的微凸体,采用Hertz弹性理论描述法向接触载荷-变形关系,采用Mindlin微观滑移理论解描述切向载荷-位移关系;对塑性接触的微凸体,采用Abbott和Firestone塑性接触理论描述法向接触载荷-变形关系,在切向采用Fujimoto模型的切向载荷-位移关系。利用概率统计分析方法,建立了整个粗糙表面切向载荷-位移关系。将模型与仅考虑微凸体弹性接触情况的模型进行了对比,研究了不同模型参数对切向载荷-位移关系的影响。结果表明:考虑微凸体弹塑性接触的模型能够更好地描述粗糙表面切向载荷-位移关系;微凸体高度分布密度函数的方差增大,相同平均接触距离下,切向载荷-位移关系受塑性接触微凸体的影响增大;方差相同时,平均接触距离增大,切向载荷-位移关系的斜率增大。     

起重机加速起吊重物瞬态动力学分析与实验

以5t×7.5m LHBT型防爆电动葫芦桥式起重机为研究对象,对起重机起吊货物这一瞬态工况进行理论分析,在以往论文中,都是将重物离地后加速过程激励看成是不变的,此次分析将货物离地后加速上升过程的载荷看成是变化的,当加速到额定速度匀速上升时,载荷不变。利用ANSYS Workbench有限元软件对这一工况进行仿真分析,同时,利用实验平台对这一工况进行实验验证。实验结果表明:加速上升过程,载荷变化,使桥架结构垂直方向振动位移有所增大,因此,在设计时应将这加速冲击激励考虑进去,使用时应尽量平稳起吊重物。     

轴力和弯矩作用下矩形梁几何中轴的曲率方程及应用

推导了理想弹塑性矩形横截面梁，在轴力和变矩联合作用下，几何中轴在完全弹性状态、单侧塑性状态及双侧塑性状态下的曲率方程，并将其应用于悬臂梁的变形及各极限载荷分析，从而为确定梁截面上任意点的位移提供了方便。     

基于整体刚度参数的空间结构模态推覆分析

由于空间结构具有三维受力特性,用静力推覆方法计算其地震反应存在如下问题,结构代表性节点荷载-位移关系难以选择、结构荷载-节点位移-支座反力之间的对应关系不够直观、结构能力曲线难以确定.利用振型形态确定荷载模式,对空间结构进行静力弹塑性分析;引入结构整体刚度参数,得出不依赖于支座反力变量的各主要模态的等效单自由度(ESDOF)体系力-位移关系;结合模态周期值,确定ESDOF体系等效质量,并将该体系应用于模态推覆分析.数值算例分析结果表明,基于整体刚度参数的模态推覆分析方法可避免空间结构能力曲线难确定的问题,计算耗时仅为时程分析方法的10%,沿地震输入方向计算得到的结构节点位移结果相对时程分析结果的平均误差为28%.     

筒仓-贮料-地基相互作用系统地震响应研究

为揭示筒仓-贮料-地基系统在动力作用下的相互响应机理,开展小型振动台筒仓试验,研究了地震荷载作用下筒仓复合结构加速度、位移和土压力的响应规律,并通过数值模拟对筒仓-贮料-地基相互作用系统的地震响应规律进行了分析.结果表明:筒仓仓顶加速度峰值随贮料增加呈先增大后减小的趋势,贮料与筒仓的相对运动对筒仓系统具有减震作用.同一工况筒仓母线上的位移形态相近,位移峰值随着贮料量的增大而增大,沿高度方向上下相差较大.在地震波作用下,土压力上下浮动,但整体上呈现出逐渐上升的趋势,直至稳定在某一数值.研究成果可为地震作用下筒仓结构的安全运营提供一定的理论依据.     

普立特大桥隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制

针对普立特大桥普立岸隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制问题,采用有限差分法对其进行三维弹塑性模拟,分析了随着荷载的增加系统的塑性区、位移及应力的发展情况.数值结果表明:1设计缆力时,锚碇-围岩系统的位移均维持在mm级;继续加载,锚碇和周围岩体的位移形成的驼峰逐渐明显;至极限状态时,根据锚碇围岩的位移矢量图可勾勒出围岩的破坏范围,其中锚碇上、下部围岩的破坏范围分别为锚碇后锚面宽度的1.1倍和0.5倍;2系统在设计缆力下具有足够的安全稳定性,加载至8倍缆力时,锚碇的环向和径向的围岩塑性区均达到贯通,加载至极限状态时,锚碇周围岩体的塑性区分布形态呈倒塞体状;3根据监测点的位移变化、锚碇围岩塑性区分布及应力扩展情况得到,系统的破坏由锚碇带动周边部分岩体发生整体拉-剪破坏.     

钢结构可替换梁端塑性铰滞回耗能研究

为避免钢结构梁柱节点在地震作用下出现脆性破坏,提出一种新的梁端削弱型结构形式来实现塑性铰的外移。采用ABAQUS有限元分析软件对节点进行滞回耗能能力的分析,同时对不同削弱深度的截面内力进行对比分析,并使用Perform-3D软件的静力推覆工况对新型塑性铰框架和普通框架的承载能力进行对比分析。研究结果表明,首先达到屈服强度的截面是上、下耗能板削弱最深位置的横截面;随着耗能板削弱深度的增加,耗能板削弱最深处横截面就会越容易屈服,且能够有效地降低梁柱节点焊缝截面的作用反力;新型塑性铰的耗能能力主要与耗能板的削弱深度有关,在满足承载力要求的情况下随着削弱深度的增加,塑性铰的耗能能力不断增加;由静力推覆分析可知,拥有新型塑性铰框架的整体承载能力比普通框架的整体承载能力低,所以过度的削弱耗能板深度会导致框架不能满足结构承载力的要求。适当的削弱深度会增加节点延性,提高节点的抗震能力,实现塑性铰外移的目标,起到保护梁柱节点的作用。研究结果可为削弱型梁柱节点的研究提供参考。     

罕遇地震作用下基础隔震结构损伤的简化分析

以一榀具有集中塑性铰单元模型的基础隔震钢框架为模型,分别采用静力弹塑性分析方法（Push-over）和直接积分的动力弹塑性时程的方法,基于过程追踪,计算了隔震框架各损伤模式首次出现时的层间位移、隔震层位移及框架顶点位移,对比研究了基础隔震结构在地震作用下的损伤.结果表明：Push-over静力弹塑性分析方法可以作为基础隔震结构在地震作用下的结构损伤分析的简化方法;对应于性能点位移的结构动力弹塑性所分析的层间位移等均值结果与静力弹塑性分析结果具有一定的符合程度.     

16MnR钢应变疲劳裂纹扩展速率的实验研究

通过16MnR裂纹试样在载荷控制和位移控制下的应变疲劳给出了16MnR应变疲劳扩展速率;比较载荷控制与位移控制下裂纹疲劳扩展速率发现,两种方式的应变疲劳所获得的应变疲劳扩展速率差异明显;实验证明裂纹试样的应变疲劳扩展速率与疲劳过程中塑性变形功的大小密切相关。     

轨道几何形位变形的力学预测模型

首先，确定轮载分布图、道床变形模量-荷载作用次数关系曲线和道床塑性累积变形百分率-荷载作用次数关系曲线；其次，利用有限元模型、变形模量-荷载作用次数关系曲线和塑性累积变形百分率-荷载作用次数关系曲线得出了随机荷载作用下轨道塑性累积变形随线路里程的变化图和道床塑性累积变形随荷载作用次数的变化图；最后，给出道床顶面和深度方向的垂向应力分布图和道床密实度与变形模量的关系曲线，并讨论了道床顶面应力和轨枕下垂向应力的分布及其与位移的关系，分析了道床密实度和变形模量之间的关系．结果证明，荷载大小和作用次数及其密实度是引起道床变形的重要因素．     

罕遇地震作用下基础隔震结构损伤的简化分析

以一榀具有集中塑性铰单元模型的基础隔震钢框架为模型,分别采用静力弹塑性分析方法（Push-over）和直接积分的动力弹塑性时程的方法,基于过程追踪,计算了隔震框架各损伤模式首次出现时的层间位移、隔震层位移及框架顶点位移,对比研究了基础隔震结构在地震作用下的损伤.结果表明：Push-over静力弹塑性分析方法可以作为基础...     

地铁车站中柱弹塑性地震时程分析精细化仿真

 为了研究地铁车站中柱在地震作用下的响应,运用先进截面整体分析,从中获取位移响应施加于构建精细构件模型的思路,实现了地铁车站中柱在地震作用下的三维弹塑性时程分析。首先对地铁车站进行截面弹塑性时程分析,获取中柱两端的相对位移时程响应,施加于中柱的精细模型两端,以达到模拟中柱在地震作用下的时程反应的目的。结果显示,在施加的罕遇地震作用下,3.94s时中柱产生大规模的塑性区,在4.6s和5.0s时,中柱端部的混凝土相继失效甚至脱落,完全形成塑性铰。中柱的精细模拟与地铁车站截面模拟的结果吻合,并且与实际震害非常相似。     

履带起重机提升过程中臂架系统的动载荷计算

为了求提升过程中斜坡脉冲载荷作用下的弹性件动载荷,将履带起重机的臂架系统简化为两个自由度的线性振动模型;采用运动分析法建立了由振动引起弹性件变形的几何方程,运用能量法建立斜坡脉冲载荷的振动数学模型,并运用叠加法分别计算出斜坡脉冲载荷作用下的线性振动系统在最大加载的提升过程中弹性件的响应——位移、速度、加速度、动载荷及动载荷系数;针对影响动载荷的主要因素提出有效的控制方法,为保证设备平稳的工作提供了有效依据.