桥墩复合材料防车撞结构碰撞性能试验研究

针对桥墩车辆碰撞的问题,设计了钢夹层和蜂窝复合材料相结合的桥梁防车撞吸能结构.为研究耐撞性能进行了材料性能试验和全尺寸防撞结构的碰撞试验,试验得到最大碰撞力为547.6 kN.通过对比试验获得碰撞响应与规范设计值,得出试验结果满足碰撞条件容差要求,可用于后期的数值模型验证,为类似吸能结构的设计提供参考.钢夹层-复合材料桥梁防车撞吸能结构可以减小桥墩的局部损伤和整体破坏,从而达到保护桥墩的目的.     

汽车保险杠碰撞的数值模拟

根据保险杠低速碰撞试验规范的要求,应用ANSYS/LS-DYNA软件进行汽车保险杠碰撞数值模拟仿真,得到变形、速度、加速度、碰撞力等特征参数,低速碰撞仿真中获得的这些参数可以作为保险杠结构设计的参考依据．利用台车进行保险杠的低速碰撞试验,对仿真结果与试验结果之间存在的误差进行分析,仿真和试验结果都表明简易型保险杠在低速碰撞过程不能充分发挥其缓冲吸能作用并且发生压渍失效,而改进设计后的缓冲吸能式保险杠具有较好的吸能特性和耐撞性能,在发生低速碰撞冲击时能很好地起到保护汽车其他元件的作用。     

GCY470型调车机车侧面碰撞仿真分析

为研究地铁调车机车在侧面碰撞情况下的碰撞响应,建立了调车机车碰撞的有限元模型,按照不同工况,对其在道岔上发生不同部位的侧面碰撞进行仿真分析。结果表明,在碰撞过程中调车机车的轮对抬升量已超过车轮的轮缘高度,机车存在极大的脱轨风险。同时,在侧面碰撞中机车车体的吸能能力有限,无法耗散太多的碰撞能量。为提高机车在侧面碰撞中的吸能能力,在相关车体设计和优化时,可参考传统轨道车辆的纵向多级缓冲吸能系统进行设计,吸收碰撞能量,减少碰撞造成的损害。     

汽车车身碰撞性能的有限元仿真与改进

在碰撞仿真理论的指导下,以某型号小客车为研究对象,建立了整车正面碰撞有限元模型,并按照国家汽车安全法规CMVDR294的要求进行了整车正面碰撞试验的数值仿真,结果显示,与试验结果取得了较好的一致。根据仿真计算结果,对发动机罩及其铰链进行结构和材料两方面的改进设计,改善了发动机罩的变形吸能模式,在此基础上,为了更全面评价整车结构的耐撞性能,建立了整车偏置碰撞有限元模型,进行了偏置碰撞的数值模拟分析,计算了车身变形及其吸能特性。根据仿真计算结果,对前纵梁和前轮罩进行结构改进设计,提高了其吸能能力。     

动车组被动安全防护装置分析

对一种动车组头车被动安全防护装置的组成、作用原理及其防爬能力的影响因素进行了分析。结果表明:在理想(对中)的碰撞情况下,该被动安全防护装置能够通过多级吸能装置收碰撞能量,但由于实际碰撞场景的偶然性及多样性,该被动安全防护装置很难发挥作用,有可能导致爬车、脱轨等现象,今后一方面应进一步探索设计可加强车体自身抵抗横向屈曲或Z字变形能力的结构,并研制列车防脱轨装置;另一方面应在满足被动安全防护装置吸能要求的基础上对其防爬齿进行优化设计研究,探索设计参数的最佳匹配方法,尽可能提高其防爬能力。     

油轮艏部结构碰撞特性

在船舶碰撞中，船艏是主要作用方．为减少碰撞事故损失，从碰撞的观点出了一种研究船艏碰撞特性的方法及表达船艏碰撞特性的特征量，据以改进船首设计．根据船艏结构本身的碰撞破损过程，对船艏结构碰撞力与破损深度的关系、艏部构件在碰撞过程中的损伤形态和能量耗散进行了研究，指出碰撞力曲线是船艏结构的一种固有特性．提出了碰撞力面积密度曲线的概念，它可用于定量表达船艏结构对其他结构的破坏能力．利用有限元数值模拟方法计算了一艘4万t船艏的碰撞损坏实例，显示了上述碰撞特征并讨论了提高碰撞数值模拟计算精度的方法．     

基于可靠性优化设计的客车碰撞安全性

为了提高国内某量产全承载式客车在正面碰撞过程中的安全性,采用有限元法并参考该客车的材料属性要求建立其正面碰撞有限元仿真模型.提出在该客车车身前部安装八边形吸能结构,且将有限元法、试验设计、响应面法、可靠性理论和优化算法相结合,对八边形吸能结构进行可靠性优化设计,并与确定性优化设计所得结果进行对比.结果表明:在客车车身前部安装八边形吸能结构能显著提高该客车在正面碰撞过程中的安全性,且2种优化方法都能进一步提高其正碰安全性能;2种优化方法相比,可靠性优化虽然使得吸能量相对确定性优化减少4.3%,但是使得加速度减少16.05%,且可靠度提升了19.33%,故对八边形吸能结构进行可靠性优化设计能更好地满足该客车在正面碰撞过程中的安全性要求.     

汽车碰撞事故缓冲吸能装置设计

本文在系统地研究了国内外汽车碰撞缓冲吸能方法的基础上，通过在车辆纵梁和前保险杠之间安装一套可伸缩的缓冲吸能装置，以实现在碰撞前将设计安装在原吸能梁中的辅助吸能梁及保险杠的中段伸出车外并将其限位，使其参与碰撞吸能，达到增加吸能空间，延长碰撞时间历程的效果。该装置具有结构简单紧凑、成本低廉、可靠性强等优点，具有重要的研究意义和实用价值。     

轨道卧铺客车碰撞吸能特性研究

根据耐碰撞车体结构原理设计出具有吸能效果的耐碰撞性车体,进行了车体结构一、二位车端撞击刚性墙仿真研究,结果表明,该车体中车端结构产生塑性大变形,客室结构无塑性变形,车体耐碰撞性明显得到改善,车体纵向刚度分布合理。建立了单节客车碰撞动力学模型,仿真研究车钩缓冲特性,结果表明,带有车钩及防爬吸能装置的车体结构具有较好的吸能特性,在防爬吸能元件压溃行程全部压缩后,车体端部产生塑性变形吸能碰撞能量,客室未发生塑性变形。     

单桩基础海上风力机防护装置的船舶碰撞试验与数值对比分析

针对某4MW单桩基础海上风力机,提出了一种新型钢壳-橡胶组合结构的防船舶碰撞装置,分别基于简化缩尺物理模型试验和非线性有限元软件LS-DYNA方法,对船舶碰撞时海上风力机的动力响应特征进行了对比分析,同时,参照相关国际规范,选取了具有代表性的碰撞工况,分别研究了船舶碰撞时无防护装置的海上风力机和船舶碰撞时有防护装置的海上风力机的动力响应特征,结果表明,新型防护装置可以有效地降低作用于风力机主体结构的最大船舶撞击力,它可以利用其外层薄壁钢壳结构的塑性变形来吸收船舶的碰撞能量,从而保护风力机塔架及整体结构的安全.此外,数值模拟结果与物理模型试验结果具有较好的一致性,相关数值模型的有效性也得到了验证.     

2008奥运乒乓馆预应力钢屋盖非线性分析与研究

作为杂交张拉结构的一个实例，介绍了奥运会乒乓球馆——北京大学体育馆，大跨度预应力桁架壳体的结构非线性分析的基本理论与分析方法．包括单元选取、初始态预应力度的确定、非线性屈曲分析及整个屋盖的弹塑性极限承载力分析．其中屋盖的极限承载力分析采用弹塑性非线性有限元进行分析，并同时考虑几何非线性和滑动支座滑动引起支承条件的非线性变化．有限元分析结果表明，屋盖的极限承载力取决于支座立柱、中央刚性环和屋盖支撑的强度和刚度．该分析方法和结论可供类似结构的分析、设计参考．     

撞击作用下泡沫铝填充结构吸能特征

泡沫铝是由金属铝制成,由于铝具有较低的强度,导致泡沫铝本身的承载能力和吸能特性受到局限.典型的抗振吸能结构是泡沫铝填充结构或夹芯结构.采用实验和数值模拟方法分析了泡沫铝填充结构在冲击作用下的变形特征与吸能特性.研究表明,填充结构中钢制圆柱壳在整个冲击吸能过程中占主要地位,它与泡沫的相互作用使得变形过程中的能量吸收和初始失稳载荷随冲击速度的提高而增加;当钢制圆柱壳的壁厚增加时,峰值塌陷载荷和总的吸能也提高.在100 kg范围内,冲击质量对初始峰值塌陷载荷的影响不大.由于钢壳是主要的承载和吸能部件,要想提高泡沫铝填充结构的吸能特性,需要合理地设计泡沫密度与钢壳厚度,充分利用它们之间的相互作用关系.     

钢筋型混凝土复合墙板的轴向受力性能

以钢筋型和型钢型复合墙板为基本单元的墙梁柱复合结构体系替代砌体结构在中低层建筑中的应用有利于环保和可持续发展。该文用ANSYS在试验结果验证的基础上对钢筋型混凝土墙板的轴向受力性能进行了有限元分析。结果表明,该墙板具有比砌体结构更高的竖向承载力。通过对影响墙板承载力和变形性能的主要参数如偏心距、肋宽和配筋率的分析表明,荷载偏心距和配筋率对墙板的极限承载力的影响最为明显,而板面混凝土厚度和肋宽可按最小构造要求处理。据此可对这类墙板进行合理的设计。     

冲击荷载下半刚性护栏的非线性有限元分析

利用LS－DYNA有限元软件建立了半刚性护栏在冲击荷载作用下的有限元模型，并将护栏受到冲击时的能量吸收情况以及加载头的速度和加速度随时间变化的有限元分析结果与实验结果进行了对比。分析表明，有限元方法是研究护栏力学性能的有效手段，本研究为进一步研究护栏体系在冲击荷载作用下的能量吸收特性及护栏体系的结构优化设计奠定了基础。     

路面结构极限承载能力分析

针对某公路路面的早期损坏,进行了超载车辆的轴重及其轮胎接地面积和压力的调查.基于实际轴载的作用图式,分别应用弹性层状体系理论和弹性薄板理论有限元法分析了重荷载作用下,该公路沥青路面和水泥混凝土路面结构的力学响应.按照起决定作用的各结构层材料抗拉强度确定两种路面结构类型的极限承载能力,初步建立了分析路面结构极限承载能力的方法.分析结果表明,沥青路面早期损坏的根本原因是过大轴载对路面结构的一次性加载破坏,而不是轴载重复作用的疲劳破坏,按现行规范设计确定的水泥混凝土路面结构的极限承载能力明显高于沥青路面结构的极限承载能力.     

高层建筑钢骨转换梁极限承载力分析

经对钢骨混凝土转换梁与上部剪力墙共同作用的正截面塑性极限承载力分析后，提出了一种近似的计算方法，并与非线性单根梁有限元分析数值解作比较，得到了接近的结果。表明钢骨混凝土转换梁结构明显增强了整体结构的承载能力，同时也为这种结构的研究和设计提供了理论基础。     

一种基于SLM技术的抗冲击弹性阻尼单元

具有高强度和高能量吸收能力的轻质夹芯结构在机械领域具有至关重要的应用.提出了一种基于SLM(激光选区熔化)技术的弹性阻尼单元结构,该结构在受载时可以产生较大的弹性变形,从而在弹性变形阶段吸收大量的能量.根据SLM工艺特征,设计了弹性阻尼单元的结构和布局,并研究了其可制造约束条件.最后,采用SLM技术加工了三组具有不同结构参数的弹性阻尼单元和与其具有相同高度的Kagome结构,并进行了压缩试验.根据试验结果分析了单元结构参数对其承载性能和能量吸收能力的影响,并对比了弹性阻尼单元和Kagome结构性能的差异.试验结果表明,弹性阻尼单元强度和能量吸收能力优于Kagome结构.且参数为a=2.2 mm,m=3.1 mm,n=4.6 mm弹性阻尼单元,在相同的质量下,强度比Kagome结构高约36.11%,在破坏时吸收能量比Kagome结构高约26.83%,弹性变形时吸收能量比Kagome结构高约39.1%.     

基于增量动力分析方法的单层球壳结构强震损伤分析

为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及其破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,基于增量动力分析方法(dynamic analysis method, IDA),以单层球面网壳结构为研究对象,考虑材料损伤累积效应,模拟网壳结构在地震作用下的倒塌过程,并分析不同杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷、支座约束数量等参数对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:强震作用下,考虑损伤后网壳结构的动力极限承载力比未考虑损伤时其极限承载力下降了20%左右,塑性单元比例上升10%左右;其他参数一定时,加强杆件截面以及矢跨比的减小,均能提高网壳的动力极限承载力,网壳对初始几何缺陷十分敏感,缺陷为跨度的1/100时其极限承载力比完整结构降低30%左右,支座约束减半后,损伤累积效应使结构的地震承载力降低10%左右。因此在结构设计之初,应考虑材料损伤累积效应的影响。     

爆炸荷载作用下RC单向简支板的优化设计

目前,对爆炸荷载作用下的钢筋混凝土(RC)结构和构件的设计主要采用控制其动力响应最大位移的方法,例如TM-5和ASCE的试算法,类似于静力作用下的极限状态设计法,虽然过程简单,却无法获得最优化的设计.由RC板的抗力-挠度(R-y)曲线分析可知,曲线下方面积代表板在爆炸荷载作用下可能吸收的能量,直接体现RC板抵抗爆炸荷载的能力.采用TM-5和ASCE推荐的单自由度体系简化RC简支单向板,选用双折线模型计算RC板的R-y曲线,分析不同配筋率的R-y曲线下方面积,面积最大时的配筋率即为该设计的最佳配筋率,改变板的几何尺寸,按上述方法分别得出不同设计方案的最佳配筋率.爆炸荷载作用下必须考虑应变率对混凝土和钢筋的应力影响和材料非线性,不能直接应用静力计算中的矩形等效原则简化计算,研究采用分层法迭代求解R-y双折线的特征值.研究成果和分析方法对爆炸荷载作用下的RC板的结构设计和加固设计具有较高的指导价值.     

L形钢管混凝土组合柱抗震性能分析及水平承载力设计方法

为研究不同构造参数对L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D柱)抗震性能的影响规律,通过建立有限元模型并与已有试验结果进行对比,在验证模型合理准确的基础上,对轴压比、钢管截面尺寸、宽厚比、连接板厚度、长细比、混凝土及钢材强度进行参数化分析。结果表明:轴压比小于0.6时,提高轴压比可以适当提高峰值荷载;随着轴压比的继续增大,峰值荷载都降低;单肢截面尺寸的增加,可以明显提高承载力、延性、耗能能力和极限变形能力;随着长细比的增加,承载力急剧降低,但耗能能力提高;连接板厚度的减小可以提高耗能能力。水平承载力设计公式预测值与试验值吻合良好,平均误差小于6%。