端部撞击下内充压力介质悬臂管道瞬态动力响应研究

针对管道甩动问题,考虑介质和内充压力的影响,基于变形后的线元模型,推导了管道动力响应的大变形控制方程。考虑到悬臂结构的响应特点,本构方程解耦弯矩和轴力,并采用实验测量的弯矩-曲率关系描述管道弯曲行为。数值研究表明,此模型可以准确模拟管道响应过程中的初始弹性、中期塑性强化、后期软化力学过程。强动载荷作用下,悬臂空管道会因某些截面的局部失效而在整体管段上形成"结节",表现出实腹式截面未曾出现的"软化"行为。内充介质和压力的存在可以有效抵抗管道截面的局部扁平化趋势,提高管道截面的临界曲率,从而改变其塑性动力响应行为。     

圆形截面杆纯弯曲回弹弯矩的计算

分析了圆形截面梁（杆）弹塑性纯弯曲回弹应力应变的变化过程,利用回弹应力应变函数、平衡条件和变形协调条件求出回弹曲率（公式[4]及回弹弯矩（公式[5]）。发现经典纯弯曲理论把塑性弯曲时回弹弯矩定义成弹塑性弯矩,在回弹计算时存在较大理论误差。     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则 ,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式 ,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

含周向裂纹管道在非对称弯矩组合载荷作用下塑性极限载荷分析

根据净截面垮塌准则,分别求出了含埋藏裂纹、外表面裂纹、内表面裂纹、穿透裂纹管道在非对称弯矩、内压及轴力三种载荷共同作用时的塑性极限载荷计算公式,并给出了穿透裂纹在纯弯曲时中性轴圆心角和无量纲弯矩系数随裂纹偏离角的变化情况。所给出的计算公式可用于管道安全评价。     

PP-ECC墩柱抗震设计方法初探

针对将RC墩柱塑性铰区全截面置换为聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)的墩柱开展了抗震设计方法的研究。基于平截面假定,针对PP-ECC墩柱(将RC墩柱的塑性铰区混凝土置换为PP-ECC)首先推导了其塑性铰区截面弯矩-曲率曲线关键点(屈服弯矩、屈服曲率、峰值弯矩和峰值曲率)的计算方法,然后推导了PP-ECC墩柱力-位移曲线关键点(屈服承载力、屈服位移、峰值承载力、峰值位移)的计算方法,进而提出PP-ECC墩柱的抗震设计方法;基于PP-ECC(抗压强度fpp-c=30 MPa)的单轴力学性能试验确定了其一维拉压本构关系,依据所提出的PPECC墩柱的抗震设计方法计算确定了PP-ECC墩柱模型塑性铰截面的弯矩-曲率关键点值及PP-ECC墩柱模型力-位移曲线的关键点值,并与相应的RC墩柱模型(抗压强度fc=30 MPa)进行了对比分析,结果表明:PP-ECC墩柱相较于塑性铰区采用同等强度混凝土的RC墩柱,其承载力略有提高,且变形能力显著提高。     

薄壁弯头塑性破坏的极限弯矩问题

引言 薄壁弯头承受平面弯曲时,在弹性范围内变形与载荷成一定比例增加。当最大应力点的强度折算应力达到屈服应力后,弯头的局部区域进入塑性范围,变形不再与外载成比例,单位外载增量所引起的变形增量越来越大。当弯头某个截面快要全部进入塑性范围时,微小的外载增量就会引起甚大的弯曲变形。而后,当该截面弯矩达到一定数值时,变形猛烈增加而不休止,弯头遭到塑性破坏。这一弯矩称为弯头的塑性破坏极限弯矩,以后简称为极限弯矩。极限弯矩值的大小对管道设计具有一定的参考价值。     

直杆受弯超载截面表层塑性变形深度的确定

为了提高金属零部件的强度,常采用预先使零件承受超载,使局部产生塑性变形。圆截面直杆,在超载弯曲情况下,如何求表层塑性变形深度。杆件在弯矩作用下,其轴线要发生弯曲,其曲率是求截面应力、应变和塑性变形深度的关键物理量。先给定若干个曲率再求出若干个与之对应的弯矩,绘出二者一一对应的关系曲线,利用此曲线定出与实际弯矩对应的曲率。     

碳纤维布加固钢筋混凝土柱的弯矩-曲率关系分析

编制了碳纤维布加固钢筋混凝土柱截面的弯矩-曲率关系分析程序,并采用该程序探讨了多种工况下碳纤维布配箍特征值、轴压比、截面尺寸、箍筋配箍特征值、纵筋配筋率和混凝土强度等参数对碳纤维布加固钢筋混凝土柱截面的弯矩-曲率关系的影响．在此基础上,提出了截面弯矩-曲率关系三折线模型中各无量纲特征参数的确定方法．结果表明,所提出的的截面弯矩-曲率关系三折线模型中,各无量纲特征参数的统计回归公式具有较好的精度．     

拉弯矫直过程中变形机理的探讨

根据基本假设,应用弹塑性理论,推导了拉弯矫直过程中的应变与曲率关系式,讨论了内力弯矩的计算、拉力对弯矩和弹性区厚度的影响.所得结论为,在与反弯矫直相同反弯曲率条件下,弹性区厚度略有减小,其减小量小于3%;弯矩减小量与拉应力平方成正比,其弹复曲率也相应减小;弯曲变形的弹复过程中,部分纤维处于塑性流动状态,弹复曲率和延伸量大于以往研究结果;若弯矩与拉力同步弹复,则弯矩与拉力弹复可按线性关系计算.     

基于改进IMK滞回规则的弯矩-曲率退化模型研究

提出一种基于改进IMK(Modified Ibarra-Medina-Krawinkler,ModIMK)滞回规则的RC柱弯矩曲率模型,并用于定义OpenSees中Beam With Hinges单元塑性铰区的截面.提出的RC柱截面弯矩曲率骨架曲线为三折线模型,给出了骨架曲线关键点计算方法.对62根RC柱试验值与计算值进行统计分析发现,其对RC柱屈服位移和纵筋屈曲时的位移都能进行准确地预测.采用的ModIMK滞回规则能考虑强度和刚度退化,以此模拟在反复荷载下塑性铰区强度和刚度退化.对RC柱低周往复试验和振动台试验的数值模拟与分析结果表明,所建立的弯矩曲率模型结合塑性铰单元可准确地模拟RC柱在地震下的响应.     

采用应变梯度硬化模型预测黄铜薄板微弯曲弯矩

通过黄铜板料微弯曲实验,发现其弯曲弯矩存在明显的尺寸效应现象,随板料厚度的减小,弯曲弯矩增大.采用经典塑性理论和不同的应变梯度理论对微弯曲弯矩进行了预测,对比分析结果表明：修正的Nix Gao模型的预测结果更接近于实验结果,并且得出了合理的内禀尺寸表达式;该内禀尺寸与材料的剪切模量、初始屈服极限、柏氏矢量和板料厚度方向上的孪晶数有关.     

环形窄缝通道内流动沸腾干涸点的研究

在间隙为1 05mm和1 55mm的垂直环形窄缝通道内,以去离子水为工质,对内、外管通电加热,进行了环形窄缝通道内干涸点的实验研究.实验压力范围主要为2～4MPa,质量流速为40～80kg·m-2·s-1.由内、外管热流密度的比值得到了出现干涸点的判据.实验中还研究了压力、质量流速和进口条件对干涸点处含汽率的影响.实验表明,当对外管单面加热时,发现质量流速增大,临界含汽率减小;当进口含汽率增大时,临界含汽率增大;在相同的情况下,外管出现干涸时的截面含汽率大于内管出现干涸时的截面含汽率.根据实验数据对原苏联古塔杰拉奇圆管的干涸点公式进行了修正,得到了适合于计算环形管道干涸点的经验关系式.     

预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅试验研究

为研究预应力型钢混凝土框架梁的内力重分布及弯矩调幅规律,完成了2榀预应力型钢混凝土框架的竖向静力实验.结果表明:预应力型钢混凝土框架梁能够实现内力重分布,梁端截面荷载曲率曲线近似为线性.采用有限元分析软件对试验框架进行了仿真模拟,并对试验框架梁型钢截面尺寸、相对受压区高度的参数进行分析.基于试验及有限元分析结果,提出了预应力型钢混凝土框架梁端塑性铰长度计算公式,并给出了以梁端控制截面在极限荷载下的弹性弯矩计算值与张拉引起的次弯矩之和为调幅对象、以相对受压区高度和塑性转角为自变量的调幅系数计算公式.     

非对称截面梁纯弯曲中性层偏移理论解析

非对称截面梁纯弯曲时几何中心层与应变中性层不重合,传统弯曲回弹理论分析方法无法准确计算应变中性层位置,使非对称截面梁弯曲零件的展开弧长和弯曲回弹后的曲率计算出现显著偏差。小曲率平面弯曲弹复理论在任意截面梁平面弯曲情况解析分析中具有独特优势。以槽钢纯弯曲为例,通过小曲率平面弯曲弹复理论计算非对称截面梁纯弯曲时的应变中性层及弯曲回弹后的曲率,并与实验数据相比较,结果较为吻合,可以达到精密加工的精度要求。通过对槽钢纯弯曲时中性层偏移率的分析可知,中性层相对偏移率与截面几何特征、材料性能、初始曲率、弯曲曲率等因素紧密相关,且均为非线性关系。该理论分析结果对非对称截面型钢的精确弯曲和矫直具有重要的工程应用价值。     

外贴纤维布加固砼梁的截面延性分析

分析贴纤维布加固砼梁截面的弯矩-轴力-曲率关系,计算梁的屈服、极限弯矩和曲率,以及延性系数,计算结果表明,随着配筋率和纤维配置率的增加,纤维加固效应,极限应力和梁的延性降低,在较高的配筋率和纤维配置率情况下,实验的破坏特征与计算的不一致。     

圆CFRP-钢管混凝土受弯构件弯矩-曲率关系分析

以实验研究和圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系为基础,应用纤维模型法模拟了16根圆CFRP-钢管混凝土受弯构件的弯矩-曲率关系。计算值与实验值符合良好,且偏于安全,表明纤维模型法用于分析圆CFRP-钢管混凝土受弯构件是可行的。分析了纵向CFRP层数和长径比对圆CFRP-钢管混凝土受弯构件力学性能的影响。总结了典型的圆CFRP-钢管混凝土受弯构件的弯矩-曲率关系曲线的特点。对于含有纵向CFRP的构件,其曲线可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和软化阶段;对于不含有纵向CFRP的构件,其曲线可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和塑性增强阶段。该方法也可用于圆钢管混凝土受弯构件的弯矩-曲率关系分析。     

海底管道在弯矩和水压作用下的屈曲压溃研究

针对含初始椭圆度缺陷的海底管道在弯矩和水压联合作用下的屈曲破坏问题,基于薄壁假定,选择能够描述管道应变和曲率随位移变化的几何方程,采用流动理论建立应力增量与应变增量之间的关系,采用三角级数对位移函数进行离散,列出管道的初始椭圆度缺陷的形式,最终基于虚功原理建立了复杂载荷作用下管道的理论模型.通过控制轴向曲率和外部水压的增量及加载顺序,在MATLAB中对由虚功原理推导出的非线性方程组进行数值求解,从而得到管道在不同加载路径下的极限承载力.同时运用有限元计算软件,在合理控制了刚体位移和边界条件的基础上实现对弯矩和水压载荷的分步加载,得到了弯矩和水压联合作用下的管道有限元模型,计算管道的承载性能并与理论模型进行对比,验证了理论模型的准确性.之后,以管道缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度为计算指标,采用有限元方法分别计算不同加载路径下的管道破坏形式,从而对弯矩和水压联合作用下的管道压溃破坏机理进行探究.研究结果表明:弯矩载荷对管道承压能力的削弱作用主要体现在弯矩对Mises应力和截面椭圆度的增大两个方面,在弯矩载荷较小时,椭圆度的影响起主要作用;外压—弯矩加载路径下管道的承载性能较低的原因是缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度较弯矩—外压加载路径大.     

实腹式型钢混凝土柱延性系数分析

在平截面假定及对截面应力分布进行合理简化的基础上,依据截面材料的应力-应变关系及构件曲率分布规律,采用现有塑性铰计算模型分别得出各受力阶段实腹式型钢混凝土柱截面组成材料的合力,进而推导出各受力阶段截面曲率、弯矩及挠度的计算公式,建立单调荷载下实腹式型钢混凝土柱曲率及位移延性系数的表达式,同时对其影响参数进行分析.理论计算与试验结果对比表明,曲率及位移延性系数计算值与试验结果吻合良好,说明所提出的方法及推导的实腹式型钢混凝土柱延性系数计算表达式能较好地反映实际情况.     

压力管道受弹体侧向冲击破坏的实验研究及仿真分析

对充液充压薄壁圆管侧向受平头及半球头弹体冲击问题进行了实验研究及计算机模拟，获得了薄壁圆管变形及破坏模态，实验观察到临界破坏速度随内充介质压力的增加而减小，而计算机的动画给出了圆管变形及破坏的发展过程。计算结果与实验测量结果相比较，其一致性是令人满意的。     

矫直过程截面复杂反弯的应力分布与反弯特性解析

为了深入研究和认识辊式矫直过程中截面的反弯特性,研究存在弹塑性弯曲历史的截而弯曲过程,采用工程弹塑性力学基本理论,建立合理的辊式矫直复杂弯曲力学模型.解析证明经历二次反弯的截面应力形式应当由两次弯曲参数构成的平面方能进行描述,二次反弯过程截面的弯矩(M)与曲率比(C)的关系实际为包含两次弯曲的2个弯曲参数的复杂函数.通过对经历二次反弯的截面应力分布与反弯特性的解析,证明辊式矫直过程中经历多次弹塑性弯曲的截面受变形历史的影响,其应力分布函数及M-C关系都不再是简单关系,而是包含全部弯曲历史参数的复杂函数形态.解析结果表明:辊式矫直过程中经历二次反弯的金属条材截面弹性极限弯矩值下降,弯曲所需弯矩减小,弯曲回弹比增大,工程应用时应对相关工艺参数进行相应调整.