火灾作用下钢结构外伸式端板连接节点的热应力

为了研究钢结构在火灾中形成的热应力对节点受力性能的影响,以及热应力与总应力的比重关系,采用有限元软件ABAQUS对外伸式端板连接节点有限元模型进行温度场和热-力耦合模拟,得出热应力变形图和热-力耦合Mises应力云图,分析得出火灾中热应力占总应力的比重,以及火灾中钢节点跨中挠度的变化关系。结果表明:火灾作用下外伸式端板钢节点处热应力占总应力比重高达0.92以上,极大地削弱了结构在高温下的受力性能,此时钢节点破坏主因是热应力过大。火灾中框架的跨中挠度急剧增大,且在火灾持续到80 min时由于挠度过大而失效;常温模拟中钢梁却未发生失效,说明高温对钢结构受力极为不利。     

采动影响下浅埋输气管道与土体耦合作用机理

针对地下煤炭开采对采空沉陷区内浅埋输气管道变形破坏的采动影响,根据采动过程中埋地管道与土体相互作用的基本特征,将采动过程中管土相互作用划分为管土协同变形、管土暗悬空和管道明悬空3个阶段。根据各阶段中埋地管道的力学特征,分别采用弹性地基梁、均布载荷作用下的弹性梁和纵横弯曲弹性梁模型对非沉陷区的管道、沉陷区内处于协同变形的管道和沉陷区内处于悬空状态的管道进行力学分析,建立各阶段下埋地管道的分段弹性梁力学模型;并结合各分段弹性梁的边界条件,分析各阶段下管土相互作用的极限状态,得到埋地管道失效的临界判据,进而建立采动影响下浅埋输气管道与土体作用机理分析方法。     

成品油管道的极限悬空长度研究

长输管道沿线地质地貌错综复杂,自然条件恶劣,外界载荷（如地质滑坡、坍塌、疏松土壤沉降、湿陷性黄土、地震、水毁等）导致大跨度悬空,轻则引起管道大变形,大面积悬空、局部变形或应力集中,而导致较大的位移应力、屈曲或蠕变,严重时甚至导致管道断裂破坏,给管道运营带来安全隐患。针对2010 年兰成渝输油管道德阳石亭江段洪水导致管线大面积悬空案例,以物理数学方法中的非线性理论为指导,通过有限元仿真建模及试验研究,借助大挠度梁理论、弹性地基理论、管–土互作用双线性模型、Winkler 假定等力学理论,考虑管道的几何非线性和土壤的物理非线性,建立了悬空管道的大变形分析模型,分析计算了X52 管材的极限悬空长度,为管道完整性管理提供理论基础。     

横向滑坡载荷作用下埋地PE管道的损伤数值模拟

埋地燃气输送管道服役环境复杂,其中滑坡地质灾害严重威胁管道的服役安全。本文以埋地聚乙烯(PE)管道为研究对象,利用ABAQUS有限元软件模拟了横向滑坡载荷作用下的管道损伤行为,探讨了滑坡参数(滑坡体位移量)、管道埋深以及内压对PE管力学性能的影响。研究结果表明:滑坡作用下埋地PE管最大偏移、最大Mises应力和最大主应变均位于管轴向横截对称面上。管道最大Mises应力随滑坡位移量的增大而增大,管底为管道最终屈服点,屈服主要原因为管横截面被压扁变形。管道未屈服时,最大Mises应力随内压的增大呈现先减小后增大的现象,最大主应变随内压的增大而增大。最大Mises应力和最大主应变均随埋深的增大而增大。     

横向滑坡作用下埋地管道静力学与数值模拟对比分析

长距离输油管道周围环境复杂,灾害频发,其中滑坡地质灾害对埋地管道的长期安全运行构成了极大威胁.因此,研究滑坡作用下埋地管道的力学特性就极为重要.基于Winkler弹性地基梁模型和滑坡推力横向分布模型,考虑温差、内压及推力等因素引起的当量轴力的作用,建立横向滑坡作用下埋地管道受力变形的简化力学模型,根据对称条件、边界条件...     

不均匀场地钢制波纹接头埋地管线地震响应

震害调查表明,地震作用下埋地管线主要发生轴向接头拔出破坏,提升接头变形能力可有效地减轻埋地管线地震破坏。提出一种柔性大变形钢制波纹接头,以土弹簧模型考虑管土相互作用非线性特征,考虑两种力学性能的场地土,采用有限元方法对不均匀场地下埋地管线进行地震响应分析。分别建立有波纹管接头连接和无接头埋地管线有限元模型,数值分析了不同地震动作用下波纹管接头对地下管线应力、能量耗散、内力等的影响规律。结果表明：埋地管线在不均匀场地交界面处最大应力显著增加,波纹管接头可以有效减小管道轴力、弯矩以及von Mises应力。     

钢拉索拉-弯耦合效应受力性能研究

针对索撑节点处产生局部弯曲的连续索,采用ABAQUS建立了钢拉索拉-弯耦合效应下的精细化有限元模型,同时进行了高钒索拉-弯耦合效应下受力性能的试验研究,得到高钒索拉-弯耦合效应下的破坏模式、破断力、极限应变,并与拉索单纯受拉伸状态下受力性能数值模拟结果进行对比,验证了钢拉索拉-弯耦合效应精细化有限元模型的正确性.分析表明:拉索在索夹端部的弯曲导致局部钢丝挤压接触面积增大,影响整股钢丝传力,造成局部受力增大而率先发生破断;拉-弯耦合效应对拉索的受力不利,极限应变降低,将显著降低拉索的塑性变形能力,使结构发生脆性破坏,应优化索撑节点设计并注意施工过程安全.     

车辆荷载作用下埋地管道动力响应分析

铺设在农田、荒地的埋地管道容易受地面车辆荷载的影响,管道在其作用下一旦达到强度极限就会产生安全问题。本文建立车-管-土耦合模型,分析车辆荷载作用下埋地管道的动力响应,得到不同时刻埋地管道的应力分布规律。再建立管道减荷有限元模型,分析不同轮压下承压板宽度对管道减荷的效果,得到管道中部等效应力与承压板宽度的对应关系。结果表明：埋地管道任一点处的力学响应与车辆荷载作用点的距离成负相关,承压板宽度与其对埋地管道的减荷效果成正相关,不同宽度的承压板存在承载力极限。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的减荷提供了参考依据。     

强度不均匀焊接接头的应力分布及变形

为解释强度不均匀焊接接头最软区的强度及宽度与其承载能力的关系,用有限元对这类接头的单轴拉伸试样上应力分布及变形进行分析,当外加应力超过最软区的屈服应力时,在最软区及其邻近区域出现三轴应力状态;在有屈服应力差别的区域交界处Mises等效应力发生阶跃变化,其变化幅度与交界面两侧材料的屈服应力差值有关,随外加载荷的增加而增大.最软区Mises等效应力的降低量和与之相邻区域的增加量在试样长度上的积分相等.当Mises等效应力达到接头上最软区的抗拉强度时,在该处发生颈缩;随最软区的宽度减小或屈服应力增加,发生颈缩所需的外加应力增加;当最软区相对厚度小于0.2或相对屈服应力大于0.9时,在最软区已无明显颈缩.     

断层上覆土层破裂对埋地管道的影响

利用ANSYS程序建立的三维管土非线性有限元模型,计算分析了断层基岩上覆土层的变形破裂形式、土层厚度及土层土质的硬度对埋地管道的影响.结果表明,埋地管线发生大变形及失效的位置由上覆土层的破裂形式决定,穿越土层发生塑性变形及破裂区域的管段是管道发生塑性变形的管段.当断层倾角发生接近于90°的错动时,随上覆土层破裂的发展,埋地管道产生两处塑性变形区段.上覆土层越厚,埋地管道发生塑性变形的长度越长,变形值减小.埋在土质较硬土层中的管道发生塑性变形的管段长度短,极限应变值大.     

游车下提环力学分析

针对游车YC450B下提环力学失效问题,按照API规定要求对其进行受力分析。本文先对游车下提环的力学性能参数进行试验,根据二维设计图进行三维建模,再分别对额定载荷及2.25倍载荷下的下提环进行有限元分析。分析结果显示,在额定载荷下,下提环上最大Mises等效应力稍大于材料的屈服极限,游车下提环处于弹性应力控制状态,有足够的安全余量;2.25倍额定载荷的超负荷加载条件下,计算显示游车下提环最危险区域出现在耳环柱销孔的外侧边缘处,此处区域面积较小,应力的深度较浅,且小于抗拉极限;在去掉危险区域后的其他部分应力小于屈服极限,分布比较均匀,有较足的安全余量;分析表明2.25倍额定载荷是检验游车下提环承载能力的合理参数。     

埋地悬空管道弹塑性受力分析与计算

埋地管道在各类地质灾害的作用下,可能导致管道下方土层塌陷或流失,使管道局部处于悬空状态,严重威胁管道的安全运行.首先,基于弹塑性地基梁理论,根据管道不同受力情况将管道划分为悬空段、塑性段和弹性段,分段建立管土相互作用下管道挠曲微分方程,并结合边界条件和连续条件给出悬空管道挠度和内力的求解方程;其次,采用遗传算法求解悬空管道挠度,以提高计算效率与计算精度;最后,忽略管道的轴向荷载,推导出悬空管道塑性区长度上限值.算例分析表明,与文献中的悬空管道力学模型相比,理论解与有限元数值模拟吻合最好,可用于工程设计与分析.     

面向沙土环境的仿生软体机器人及交互力学模型

现有的沙土移动机器人大多采用刚性结构,在复杂的工作环境中常常会发生打滑、沉陷、翻倒等问题,缺乏良好的环境适应能力.针对该问题设计了一种面向沙土环境的仿弹涂鱼气动软体机器人;基于地面力学理论和软体机器人建模方法,考虑机器人在沙土环境下的约束条件,通过对软肢体与沙土间力学交互特性的分析,建立了软肢体/机器人-沙土交互力学模型,并构建了输入气压与机器人运动特性的关联;通过实验验证了软体机器人-沙土交互力学模型的有效性和准确性.实验结果表明,该软体机器人具有环境适应性强、控制简单、柔顺性高等优点.     

面向沙土环境的仿生软体机器人及交互力学模型

现有的沙土移动机器人大多采用刚性结构, 在复杂的工作环境中 常常会发生打滑、沉陷、翻倒等问题, 缺乏良好的环境适应能力. 针对该问题设计了一种面向沙土环境的仿弹涂鱼气动软体机器人; 基于地面力学理论和软体机器人建模方法, 考虑机器人在沙土环境下的约束条件, 通过对软肢体与沙土间力学交互特性的分析, 建立了软肢体/机器人-沙土交互力学模型, 并构建了输入气压与机器人运动特性的关联; 通过实验验证了软体机器人-沙土交互力学模型的有效性和准确性. 实验结果表明, 该软体机器人具有环境适应性强、控制简单、柔顺性高等优点.     

滑坡作用下埋地管道的弹塑性地基反力解析法

目前关于弹塑性地基中滑坡段埋地管道的解析计算研究较少,计算结果不够精确。为探讨滑坡段埋地管道与土体接触的非线性特征,基于地基反力法,采用简化的弹塑性本构模型来模拟非线性管—土的相互作用,提出了埋地管道与土体相互作用的弹塑性地基反力解析法控制方程组,根据管道变形的连续性条件及边界条件求得管道挠度和内力的解析解,对管道变形和内力进行计算。结合算例进行分析,选取不同参数,探讨了地基反力系数k0对管道变形和内力的影响。研究结果表明：随地基反力系数的增大,管道最大挠度、滑体中部管道弯矩及Mises应力逐渐减小,滑坡周界处管道弯矩及Mises应力逐渐增大;地基反力系数增大,土体对管道约束作用加强,从而引起管道挠度和内力的变化。与Winkler 地基反力法相比,基于弹塑性地基反力法的滑坡作用下管道力学分析理论上更为严谨,有效地提高了计算精度。     

地基沉降对弹性地基梁的影响

考虑剪切变形的影响,采用Timoshenko梁理论和初参数法分析两端固结、两端简支的弹性地基梁由于地基沉降造成的影响,建立确定悬空长度的超越方程,导出变形和内力的解析解。通过算例分析悬空长度随荷载的变化,比较局部悬空Winkler地基梁在均布荷载作用下挠度、转角、剪力、弯矩的Bemoulli-Euler梁理论结果和Timoshenko梁理论结果,比较地基不同沉降下的变形与内力。研究结果表明：采用Bemoulli-Euler梁理论计算的悬空长度偏大,采用Bemoulli-Euler梁理论计算的局部悬空弹性地基梁的挠度、转角、剪力、弯矩比相应的Timoshenko梁的理论结果大,地基沉降分析中应考虑剪切变形的影响。     

强度折减最短路径在浅埋隧道极限分析的存在性研究

将强度折减最短路径理论,应用于有限元强度折减与极限平衡强度折减分析中,假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,结合具体算例探讨在双参数强度折减时黏聚力与内摩擦角的合理折减比例,同时考虑隧道埋深与洞跨比值的影响,证明了在浅埋隧道极限分析中强度折减最短路径存在的合理性.研究结果表明:在浅埋隧道强度折减最短路径分析中,随着黏聚力与内摩擦角折减比例λ=Fc/Fφ的增大,黏聚力的折减系数逐渐增大,内摩擦角的折减系数逐渐减小,折减路径长度先减小后增大,两者近似服从抛物线分布,证明存在最短折减路径;同时在强度折减最短路径下,黏聚力的折减幅度要大于内摩擦角,且随着埋深的增加,两者折减幅度逐渐接近.     

渗透作用下滑坡-抗滑桩变形特征分析——以马家沟滑坡分析为例

基于Drucker-Prager模型,以马家沟滑坡为分析对象,从水平抗力、位移的角度出发,利用有限元分析软件ABAQUS对库水位波动时渗透力作用下滑坡发育过程中滑坡-抗滑桩不同位置处的变形规律进行了研究。研究表明,库水位波动时,抗滑桩土体水平抗力及位移随渗透力的增大而增大;0~60 d,滑坡变形过程经历瞬间加卸荷变形、应力调整变形、应力稳步增长变形3个变形过程;0.5~40 d滑坡位移速率持续降低,滑坡处于减速蠕变阶段;40~100 d滑坡位移速率趋于稳定,滑坡处于等速蠕变阶段。滑坡位移速率趋于稳定时,土体的变形处于缓慢持续的状态,体现出马家沟滑坡的蠕滑特性;抗滑桩桩前、桩后水平抗力及位移呈现时间效应。     

法向承力锚极限抗拔力影响因素的二维有限元分析

法向承力锚(VLA)是一种新型深海工程系泊基础,锚板的极限抗拔力是反映其工作性能的主要指标.基于假设海底软黏土为符合Mises屈服准则的理想弹塑性材料以及锚板为一刚性体,采用大型有限元软件ABAQUS建立二维有限元模型,利用接触对模拟锚板与周围土体间的相互作用.从锚板粗糙程度、埋置深度、埋置角度、宽厚比以及荷载作用位置等多角度研究影响VLA极限抗拔力的因素及其影响规律.结果表明:当锚板埋深较小时,法向承载力系数随着锚板埋深和埋置角度增加而逐渐增大;当法向荷载作用在锚板形心处时其法向承载力系数大于法向荷载作用在非形心处时的法向承载力系数.     

含残余热应力X型点阵夹层的非线性屈曲

冲压-钎焊法是一种制备X型点阵夹层结构的有效方法,但会产生钎焊残余热应力.目前的研究未涉及残余热应力对该结构稳定性能的影响.文中采用有限元模拟了X型点阵夹层结构在压缩状态下的屈曲行为,分析中考虑了残余热应力,并计入了钎焊降温幅度及板件厚度的影响.结果表明:增加板件厚度将提高结构的屈曲临界荷载,扩大屈曲时的塑性流动区;一般而言,该结构前屈曲状态分为线性变形和非线性变形2个阶段,残余热应力的存在将强化结构的线性变形,而弱化非线性变形,但对屈曲临界荷载影响不明显;增加钎焊的降温幅度、减小板件的厚度均可增强屈曲的残余热应力效应.