航天降落伞撕裂带测试装置及其动态索力响应特性

该文提出一种航天降落伞撕裂带测试装置，用于测试撕裂带工作性能。基于测试装置，研究绳索在高速冲击载荷下的动态索力响应问题。将机械系统简化为弹簧阻尼系统，基于Lagrange第二类方程推导得到系统动力学方程，并通过Runge-Kutta方法求解模型，得到撕裂带测试过程中的绳索受力状态。研究在高速冲击载荷下，绳索阻尼的作用机理。进一步研究绳索弹性模量、阻尼以及绳索两端质量比对索力的影响规律，最后对比理论模型与验证实验的数据。结果表明：理论模型计算得到的绳索末端索力与实验结果趋势保持一致，验证了理论模型的正确性，对撕裂带测试装置的设计和控制具有指导意义。     

钢框架连续倒塌分析中全焊接刚性节点的组件模型

为准确反映全焊接刚性节点在钢框架结构倒塌过程中的受力状态,对其在结构大变形情况下的受力机理和分析模型进行了研究.基于对全焊接刚性节点试验的准确模拟,研究了节点在弹塑性状态下的受力机理和变形特点,并对传统的节点组件模型进行了改进;分别对采用不同节点模型的钢框架子结构进行静力和动力非线性分析,研究不同节点模型对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响.结果表明:全焊接刚性节点在弹塑性阶段以节点域的剪切变形为主;悬链线效应引起的梁内轴拉力不仅削弱节点的承载力,还降低节点的延性;改进节点组件模型能够较准确地反映钢框架结构在连续倒塌静力和动力分析时节点的弹塑性受力状态.     

大跨径混凝土斜拉桥模型试验

为在有限的空间内进行具有足够精度的模型试验以体现斜拉桥整体受力特点,提出了混凝土斜拉桥节段缩尺相似法的模型试验方法。选择主梁塑性最强的跨中附近区域作为试验节段,在节段两端设置无索区并施以弹性支撑,以模拟原结构在边界处的受力状态并消除边界模拟的误差;调整无索区长度和两端弹性支撑刚度,直至试验梁和在外荷载作用下控制截面和控制索的内力增量与原结构保持一致,以正确反映整体结构的受力特征;确定缩尺比例、制作试验梁段和弹簧支座,以混凝土裂缝宽度为控制指标设计了加载工况并完成了加载试验,并对局部节段和整体模型控制截面的计算和实测结果进行对比。试验结果表明:在弹性受力范围内节段模型和实桥受力状态一致,主梁开裂后两者的荷载-挠度曲线和荷载-索力曲线均比较接近,节段模型可较好反映实桥该区域的受力状态;该方法能有效反映大跨径混凝土斜拉桥整体非线性受力特点和内力重分布规律;斜拉桥主梁初裂位置在集中力加载点附近,开裂后裂缝逐渐向加载点周边扩展且最大裂缝宽度增长缓慢,混凝土压应变发展和支撑索的索力增长也比较缓慢;混凝土斜拉桥在主梁开裂后整体刚度下降的幅度并不大,整体结构发生明显的内力重分布使得结构极限荷载加大。     

基于遗传算法的大跨度混合梁斜拉桥索力优化

针对混合梁斜梁桥的两种材料主梁内力对索力变化敏感程度的不同,提出混合梁斜拉桥合理成桥状态确定的分步算法.首先根据钢主梁及主塔的受力要求,计算拉索最优索力;然后根据确定索力下混凝土主梁的受力布置预应力钢筋,实现全桥的受力优化.按照分步算法的计算流程,以恒载下钢主梁及主塔的弯曲应变能最小为优化目标,结合改进的遗传算法求解,确定合理成桥状态下的索力.以九江二桥为例,利用Ansys建立仿真模型,据此进行索力优化.结果表明:该算法适用于混合梁斜拉桥合理成桥状态索力的确定,相对于传统的索力确定方法,避免了后期的二次调索工作;优化过程中采用的改进遗传算法,对于多约束及多优化变量复杂非线性模型的求解,具有优越性.     

射电望远镜馈源支撑系统索力特性研究

在新一代大型射电望远镜的机构设计中,馈源定位系统采用刚柔混联机构,利用6绳索柔性并联机构牵引馈源舱实现5个自由度的运动,以满足馈源位置和跟踪角度要求．针对40m缩尺模型,基于混联机构中绳索并联机构姿态角度可优化的特点,文中对馈源刚柔混联机构中的绳索并联机构索力特性进行研究与优化．通过采用T＆T（Tilt—and—Torsion）角的坐标转换方式建立机构运动学模型,直接辨识出绳索并联机构在任意位置下的俯仰角度,基于绳索自重引起的悬链线方程建立力平衡方程,以拉力连续平稳及避免虚牵为目标,提出刚柔混联系统中绳索并联机构的一种拉力特性分析及优化解算方法．以两条典型轨迹为例证明了该算法的可行性,其中一条轨迹上的索力最大变化率通过优化降低达90％,使索力平稳光滑．文中采用的索力优化算法可以有效降低索力变化率,平稳索力,降低电机功率,避免虚牵和提高控制精度．     

单索面斜拉桥主梁变宽段模型试验方法

在研究单索面混凝土斜拉桥边跨具有变宽段受力情况的模型试验中,将斜拉索力分解为水平和竖向2个分力,水平分力通过张拉布置在箱梁内的体外预应力钢束来模拟,竖向分力通过设置在主梁底部相应位置的弹性支撑梁提供的竖向反力来模拟;通过桥面分布荷载、边界条件荷载和斜拉索荷载的同步协调加载来保证各工况荷载在结构变宽段内引起的轴力和弯矩均与实桥的相似,从而保证模型截面应力与实桥的等效。分析计算和试验结果表明:在各工况荷载作用下,模型变宽段内的顺桥向弯矩与实桥相应荷载下的弯矩基本相似,各工况加载模式正确反映了实桥的受力状态;试验值的分布规律与理论值的分布规律吻合较好,各工况荷载作用下模型截面应力与实桥截面应力等效;研究成果也为同类桥梁的研究提供了一定的理论和试验基础。     

自锚式悬索桥混凝土锚固区空间有限元分析

自锚式悬索桥主缆锚固区承受强大的索力且构造复杂,是该桥型设计和研究的重点.以实际工程为例,应用有限元方法对其混凝土锚固区进行空间应力分析,探讨了锚固区在强大索力作用下的受力特点及索力传递规律,并采用光弹试验验证有限元计算结果的准确性.分析结果表明,该模型计算结果准确,结构传力合理、可靠.     

失事航天器高速入水砰击数值模拟研究

针对失事航天器入水砰击过程中水动力系数求解精度较低的问题,基于流体体积(VOF)多相流模型和自然空化条件建立了复杂结构物高速入水砰击数值模型,模拟圆柱体入水砰击过程,对砰击荷载、阻力系数、速度和加速度变化规律进行预报,并将数值模拟结果与试验结果进行了精度对比,验证了本研究方法的精确性.在此基础上以典型航天器为研究对象,...     

番禺大桥施工控制

介绍了番禺大桥斜拉桥主梁的施工控制计算方法，主梁标高和索力的监测过程以及施工控制的结果。采用空间杆系结构模型，实现了番禺大桥主梁牵索挂篮悬臂浇筑施工过程的计算模拟，计算了大桥主梁悬臂浇筑的施工全过程。番禺大桥的施工控制结果表明：详细的施工模拟计算和连续监测可保证斜拉桥主梁标高和索力的控制精度，及时地掌握大桥的实际受力状态。     

钢筋混凝土异型系杆拱桥施工阶段受力特性分析

异型拱桥由于其外形独特、造型新颖美观而成为城市桥梁优先考虑的桥型之一。本文以支架现浇施工的长沙市黄柏浏阳河异型拱桥为工程背景,对异型拱桥施工全过程进行受力分析,给出了异型拱桥施工过程中各典型状态的受力性能。异型系杆拱桥裸拱状态拱圈弯矩呈“S”形分布,拱圈支架分区卸落和”成桥状态”索力调整引起的弯矩增量分布可以用相应连续梁的弯矩来比拟。钢筋混凝土异型拱桥施工中不得出现裸拱状态;拱圈支架需按一定次序分区卸落,卸落过程中需按一定要求调整吊杆索力等。异型系杆拱桥施工过程的受力性能研究为合理施工状态的确定打下基础,使桥梁工程师对此类桥型各施工状态的受力性能更加明确。     

动态规划方法在斜拉桥模型索力优化中的应用

本文提出动态规划的方法来进行斜拉桥索力优化。介绍了实际试验模型的调整及模型的制作过程,详细介绍了模型试验方法,通过实验模拟斜拉桥整个施工流程,研究桥梁的工作状态,得到斜拉桥施工过程中节点位移变化,将试验结果与动态规划理论结果进行对比。建立斜拉桥有限元模型,与实验模型进行对比。研究表明：将用动态规划方法计算出来的斜拉桥主梁的竖向位移与各阶段理想竖向位移进行比较,发现二者相差很小,优化后内力分布更均匀,弯矩减小。说明了动态规划方法可以应用于斜拉桥索力优化。     

G325九江大桥换索工程施工监测

斜拉桥是高次超静定结构,在换索施工过程中,主梁任何一个节点坐标的变化都会引起结构内力的重分布,而索力的监测对结构内力及桥梁线形的控制形起关键作用。利用Midas/Civil软件建立G325九江大桥的空间杆系模型,模拟桥梁换索前的状态并计算分析换索过程中索力、位移、应力的变化。在监测过程中,利用频率法测定索力,通过索力控制来调整桥梁的内力状态及线形。最后,换索后索力、位移基本恢复到换索前状态。     

桥梁高桩承台基础抗震性能研究

文章通过3个钢筋混凝土群桩试件在低周反复荷载作用下的受力性能试验研究,讨论了群桩基础破坏形态及滞回特征,解释了其破坏机理,分析了土体参数、密实度及桩身自由段长度等对其延性的影响。结果表明,极限状态时,群桩结构受力模式会由地基梁模型转变为悬臂柱模型;减小自由长度和提高土体含水率都会增加其抗震性能。在OpenSees有限元框架中建立了群桩基础有限元模型,使用弹塑性纤维梁柱单元模拟桩体,采用非线性p-y单元模拟桩土相互作用;对模型进行了单调Pushover分析,并且对分析结果与试验结果进行了比较,结果表明该模型能很好地模拟试验数据。     

预应力效应对无背索斜拉桥索力优化的影响分析

无背索斜拉桥成桥状态结构内力和线形的确定是斜拉桥设计和施工过程中的重要程序,成桥状态的合理性是保障无背索斜拉桥结构安全、适用和经济的重要前提。针对预应力混凝土无背索斜拉桥在考虑和不考虑预应力效应的情况下,采用基于影响矩阵的未知荷载系数法,在对主梁和桥塔特定截面位移约束的条件下,对全桥结构进行索力优化并分析结构受力状态。分析结果表明,预应力效应对无背索斜拉桥索力优化和结构受力有较大影响,在实际无背索斜拉桥结构分析中不能忽略预应力效应对全桥结构索力优化的影响。     

基于平行绳索构型的柔性梁结构抑振控制

基于结构质量轻、载重比大和成本低等优点,大型桁架结构在航海和航天等领域得到了广泛应用。桁架结构在长径比较大时表现出一定的柔性,在外部激励作用下会引起设备振动,影响使用性能。该研究以Euler-Bernoulli梁作为柔性机构的简化模型,采用平行绳索构型的抑振结构,结合MATLAB/Simulink提出基于索力控制的柔性梁抑振控制方法。该文分析平行绳索构型的被动和主动抑振2种模式。结果表明:平行绳索构型抑振方案能够有效减少端点位置的振动,被动绳索抑振方案能快速抑制振动,但是索力无法控制;主动抑振方案能有效控制绳索索力大小,但是抑振时间相对较长。     

红港大桥合理成桥状态及吊杆索力的确定

通过利用MIDAS建立空间结构模型,以结构的弯曲应变能最小作为目标函数来初定成桥状态,再以主梁成桥恒载弯矩可行域作为约束,综合考虑索力的均匀性以及主梁、拱肋的受力情况,适当调整索力,得到合理成桥状态.     

绳驱动仿腕关节绳拉力分布和可控刚度特性分析

为模拟人臂腕关节的结构功能,提出了有别于传统仿生关节的3自由度绳驱动并联结构,即通过球副连接动平台与静平台实现腕关节的转动功能。考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单向受力性,对机构的位姿结构进行静力学分析,获得绳索张力表达式,同时建立绳张力分布优化模型,通过遗传算法得到绳拉力分布情况。通过建立运动学和静力学方程对机构进行受力分析,并引入线矢量和微分变换的方式,推导出机构的固有刚度和可控刚度,建立了腕关节静态位姿结构刚度模型,并给出刚度评价指标。分析绳索张力与机构刚度的关系和可控刚度对整体刚度的影响,数值仿真分析得出腕关节机构的位姿结构刚度在工作空间中的分布规律。     

基于监测数据的铁路系杆拱桥力学性能研究

为了对铁路系杆拱桥在施工过程中的力学性能进行研究,文章以新建合安铁路跨机场特大桥1-112 m系杆拱桥为背景,首先利用有限元方法对该系杆拱桥的施工过程进行模拟,并计算各主要施工阶段中,拱肋和系梁关键截面的应力值以及吊杆索力的张拉值。然后,结合拱桥在实际施工过程中的应力及吊杆索力监测数据,对尼尔森体系系杆拱桥在施工过程中的力学性能进行研究,并对比分析拱桥主要承重构件,包括拱肋、系梁及吊杆,在不同施工阶段的受力状态变化值,为同类型桥梁的安全施工及应力监测提供依据和参考。     

特高压直流输电塔多尺度模拟与节点分析

为了较准确地分析特高压直流输电塔节点的受力性能,将实体单元模型和梁单元模型连接,建立输电塔多尺度有限元模型。通过与TTA模型、刚架模型及真型塔试验结果的比较分析,验证了多尺度模型的合理性。然后关注一种试验工况,利用多尺度模型对铁塔的一个关键节点进行非线性分析。结果表明,该塔破坏前,铁塔斜材已产生了局部屈曲,多尺度模型能够较真实地模拟节点板及连接杆件的受力状态,计算结果与试验数据吻合良好,可以对铁塔结构设计及试验研究提供参考。     

基于纤维梁柱单元的钢筋混凝土柱往复荷载作用下破坏过程分析

为高效准确地模拟往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,基于结构精细化模拟分析平台(RSAPS)中的纤维梁柱单元模型,建立一种考虑损伤破坏的钢筋本构模型,并构建了材料破坏准则,从而建立了钢筋混凝土构件受力破坏的分析方法。应用RSAPS平台对钢筋混凝土柱往复加载试验进行模拟,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型可以很好地模拟构件的刚度和承载力退化过程,模拟结果与试验结果更为吻合;进一步对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏过程进行模拟分析,结果表明考虑钢筋损伤破坏的模型能够准确地模拟由于局部材料失效破坏导致的钢筋混凝土构件承载力退化、耗能能力降低等非线性行为,可以较好地描述往复荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏过程,可用于地震作用下建筑和桥梁结构倒塌过程分析。