腹板铺层参数对风力机叶片结构性能的影响

为研究腹板铺层参数对风力机叶片结构性能的影响。以某1.5 MW水平轴风力机叶片为研究对象,基于有限元分析方法,利用ANSYS软件中梁单元模拟腹板铺层,保持叶片前缘、后缘以及梁帽的铺层形式不变,通过改变腹板铺层角度、顺序和不同铺层角度的层数占整个铺层层数的比例,得到多种研究方案,并对不同方案时的叶片进行模态分析。结果表明:腹板±45°铺层较其他铺层角度能够更好的承受剪切载荷;腹板铺层角度应以±45°为主,且±45°铺层占整个铺层的58%左右时叶片结构性能最好;为了减小各层之间的剪切应力,应避免0°铺层和90°铺层连续铺放。     

考虑胶接层效应的对称正交层压板的层间应力

本文研究了对称铺层的正交层压板在单向拉伸情况下的层间应力问题,文中采用纤维层之间存在胶接层的力学模型,纤维层简化为横观各向同性体,胶接层则为各向同性体。对各个单层按三维弹性理论建立其基本方程式及相应的边界条件,用分离变量法得到以 Fourier 函数和双曲函数两个无穷级数表达的位移和应力解,并对[0°/90°/90°/0°]铺层的层压板进行了实例计算,精确地确定了胶接层中的法向正应力和剪应力分布规律,比林毅在[1]中假定胶接层只承受沿厚度均布的横向剪应力有了改进。计算结果表明胶接层中的剪应力与正应力沿厚度方向在第二层中达最大值,层间应力在第二层与第三层的交界面上为最大,而沿宽度方向仍有明显的自由边缘效应,这与过去已有的结果是一致的。另外,文中还分析了胶接层厚度对层间应力的影响。     

复合材料层合板稳态和瞬态温度分布

用有限元法分析了各种温度边界条件下复合材料层合板稳态和瞬态温度分布。假 定组成层合板的各铺层均为横观各向同性体，但铺设方向可以是任意的。对八节点等 参元提出了一种新的热容阵集中形式，有效地提高了瞬态温度场的计算精度。以算例 讨论了铺设角和铺设顺序对稳态和瞬态温度分布的影响，并着重论述了层合板热传导 规律。     

基于等效弹性半空间的旧水泥路面沥青加铺层设计简化方法

为了简化旧水泥路面沥青加铺层的设计方法,首先基于弹性层状体系理论,利用BISAR对沥青加铺层进行力学响应分析,将原路面简化等效为一个弹性半空间体,沥青加铺层视为一个柔性面层,通过计算确定了沥青加铺层最大剪应力的位置;然后从莫尔-库仑强度理论出发,揭示了沥青加铺层最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的变化规律,建立了沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的对应关系。研究结果表明,原路面结构等效前后沥青加铺层最大剪应力变化规律一致,沥青加铺层最大剪应力出现在加铺层层内,沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、原路面结构的等效模量值之间呈现较好的对数线性关系。以等效结构下沥青加铺层层内最大剪应力为设计指标,不但可以简化设计步骤和计算量,而且可以满足设计精度要求。     

各向异性层合阻尼材料的模态应变能分析

将大型有限元软件ANSYS10．0引入到各向异性层合阻尼材料的结构分析中,应用基于应变能的模态分析方法研究了各向异性层合阻尼材料的固有频率和总应变能分布随材料主控参数的变化情况,为进一步分析各向异性层合阻尼结构的阻尼性能奠定基础。分析结果表明：主控层第5层的纤维铺设角度和第2层的铺层厚度分别取90°和0．5mm时试件的结构损耗性能最优。     

复合材料扁壳的层间应力分析

给出了复合材料层合板壳变曲变形的高阶位移模式,利用连续条件,导出了层间应力修正公式,并推导了相应的有限元方程,算例计算了多种铺设方式和多种材料组合的剪应力分布,分析了壳体曲率对层间应力的影响,结果表明,纤维铺设方向和不同材料组合对层间应力沿厚度的分布有较大影响,曲率的变化对层间应力的大小有一定影响,而对应力沿厚度的分布影响较小。     

铺层结构对复合材料螺旋桨水动力性能的影响

基于面元法及有限元方法,采用分区迭代方式开展复合材料螺旋桨流固耦合分析,重点讨论了材料纤维角度和结构铺层方式的影响.针对桨叶剖面变厚度特征与单层材料有限厚度之间的矛盾,提出了更具实用意义的沿叶面往叶背方向逐层退化的铺设方式,并发现该铺设方式复合材料螺旋桨流固耦合性能主要受靠近叶面的铺层结构控制.后续铺层结构优化设计中可仅考虑近叶面若干铺层以节省计算工作量.     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演出截面几何特性和剪应力的实用计算公式.基于Reissner原理建立约束扭转控制微分方程,并用初参数法求得解析解.用该文解析法和ANSYS有限元法计算偏心荷载作用下简支箱梁的扭转剪应力,并引入反映扭转剪应力对总剪应力影响的剪应力增大系数和翘曲剪应力对扭转剪应力贡献的剪应力系数,详细分析了梁宽和箱室数量对剪应力的影响.研究结果表明：该文解析解与ANSYS有限元解吻合良好;梁宽增大和箱室数量增加均可降低扭转剪应力;约束扭转使得外腹板剪应力增大系数达到1.69,且腹板间的总剪应力表现出明显的分布不均匀性;翘曲剪应力对扭转剪应力的影响显著,设计时不可忽略;设计时应考虑混凝土顶底板扭转剪应力对主拉应力的影响,避免斜裂缝的产生.     

玻璃纤维增强聚合物腰梁受力性能试验与有限元模拟

为探究基坑支护工程中玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer, GFRP)腰梁的应力分布规律和变形特性,结合GFRP腰梁力学性能试验及数值模拟,依托于青岛某深基坑工程,利用ABAQUS有限元软件对不同工况下双腹板GFRP腰梁进行了有限元模拟。研究结果表明,与钢材相比,GFRP材料具备较高的抗弯强度,但弹性模量较低;最大加载至700 kN时,双腹板GFRP腰梁变形的室内试验结果和数值模拟结果的变化规律相似,随着荷载水平的增加,呈线性变化,说明GFRP腰梁始终处于弹性工作状态,整体稳定性强。明确了预应力锚杆轴力为300 kN时GFRP腰梁在两端自由、两端约束以及一端约束一端自由3种情况下的应力分布规律和变形特征;对于两端自由的GFRP腰梁,预应力锚杆轴力为150 kN时的应力、位移约为预应力锚杆轴力为300 kN时的50%。研究结果可为类似工程提供借鉴与参考。     

高等级公路沥青路面剪应力分析与应用

基于线弹性层状体系理论,采用路面结构有限元法,探讨高等级公路沥青路面剪应力的分布规律、影响因素及其评价方法。通过选取不同路面结构参数,包括各结构层厚度、模量和泊松比等,在不同的点位,利用BISAR程序进行力学计算和分析,提出了沥青路面抗剪强度的确定和评价方法。研究结果表明:在不考虑各结构层材料性能和厚度时,最大剪应力均分布在距路表3cm深度范围内;影响剪应力的最主要因素是沥青层模量、泊松比和基层模量;对于普通3层沥青层面层结构,上面层和中面层应进行剪应力验算,下面层可根据实际情况确定是否进行验算;验算时,需找到准确的计算点位才能计算出各层内最大剪应力。     

基于刚性夹层的水泥混凝土路面沥青加铺层设计指标

常用的以弯沉为指标的水泥混凝土路面加铺沥青层的设计方法难以客观反映复合式路面力学响应特征。通过计算分析发现,随着刚性夹层模量的增大,路表弯沉逐渐减小,当刚性夹层的模量增大到一定程度后,路表弯沉将不再发生变化,故弯沉指标将难以起到控制作用。因此,本研究根据力学响应分析结果,提出以加铺层剪应力作为设计指标,分析了沥青加铺层层内最大剪应力、界面最大剪应力与沥青加铺层模量、沥青加铺层厚度的相关关系,并提出了预防加铺层界面剪切破坏的技术措施。     

玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆的临界锚固长度计算

考虑到抗浮锚杆的工作机理与抗拔桩相似的特性,基于理想同心薄壁圆柱体剪切模型及抗浮锚杆剪应力分布简化模型,推导出GFRP抗浮锚杆的临界锚固长度的解析式,并以工程实例检验该方法的合理性。研究结果表明：本文提出的GFRP抗浮锚杆临界锚固长度解析计算方法是可行的,将理论临界锚固长度的2/3作为GFRP抗浮锚杆实际锚固长度参考值,可以在保证承载性能的前提下提高材料利用率。GFRP抗浮锚杆临界锚固长度理论值随锚杆杆体-岩土体弹性模量比值的增大而增大,但在该比例逐渐变大的过程中,临界锚固长度增长幅度逐渐降低。此外,增加杆体半径亦可提高理论临界锚固长度。研究结果可为GFRP抗浮锚杆的推广使用提供理论依据与实践参考。     

沥青路面沥青层剪应力变化简化模型研究

根据层状弹性理论利用有限元软件ANSYS建立了计算多层沥青路面的有限元模型,并利用其计算多层沥青路面结构的沥青层剪应力沿深度方向的分布规律,通过计算大量结构分析总结出沥青层剪应力随着面层厚度、基层模量和基层厚度改变的变化规律;在这些规律的基础上通过修改伽马分布的密度函数的公式试算得出了沥青面层沿深度方向剪应力规律曲线的数学方程.结合此方程和本课题组研究的车辙预估方程编纂了计算剪应力分布和路面车辙预估的应用软件.     

全长黏结GFRP抗浮锚杆荷载分布函数模型研究

基于荷载传递法理论与Kelvin问题的位移解,进一步推导全长黏结GFRP(glass fiber reinforced plastics)抗浮锚杆在轴向拉拔荷载作用下轴力沿锚固深度的分布函数。为验证该理论应用于GFRP抗浮锚杆的合理性,借助植入式光纤光栅传感技术,对2根同型号GFRP抗浮锚杆进行现场拉拔破坏性试验。研究结果表明:根据荷载传递法与Kelvin位移解得到锚杆轴力与剪应力分布函数曲线形式与试验结果相近,说明该理论合理;孔口锚固体的开裂导致锚杆轴力及剪应力分布曲线试验值主要分布范围比理论值的更大;由于试验过程中岩土体位移较小,锚杆的剪应力分布曲线形式较理论值呈现"矮胖"的特点。此外,对锚杆轴力、剪应力理论分布函数曲线进行修正后的结果与试验结果吻合度显著提高。     

玻璃纤维锚杆在基坑支护中的应力分布规律

为深入研究玻璃纤维锚杆(GFRP锚杆)代替传统钢筋锚杆作为支护结构应用于基坑工程的可行性,本文通过现场拉拔试验探究了GFRP锚杆应力沿杆体的分布规律,通过有限元分析研究了不同参数的影响规律,并为提高GFRP锚杆在基坑工程应用的可行性,进一步探讨了常见锚具失效的机理,开发设计了新型锚杆锚具。结果表明：GFRP锚杆在拉拔过程中,轴力沿锚杆杆体呈指数型衰减,最后趋近于零,存在一个临界锚固深度,大部分轴力作用范围为0~4m左右;剪应力分布具有峰值点,大致位于离端口0.5m处,最大剪应力峰值为2.27MPa,剪应力发挥的主要区间在0.5m~3.5m范围内;轴力分布范围扩大的速率远小于拉拔荷载增加的速率,当荷载增加到极限荷载的50%时,应力分布范围趋近于最大传递距离;上覆压力变化对锚杆轴力传递范围没有明显影响;当粘聚力和内摩擦角增加到一定值时,对锚杆轴力影响开始下降;新型GFRP锚具能有助于GFRP锚杆发挥出其强抗拉特性,具有良好的工程应用价值。     

采用独立双应力函数分析纯弯曲复合材料厚壁管

在纯弯曲复合材料组合管的统一参数法分析中,采用独立双应力函数求解0°和90°的特殊缠绕层及各向同性层,从而代替统一参数法求解过程中当普通层趋向于特殊缠绕层的极限分析,避免了弹性系数关于缠绕角的复杂导数的计算,特别有利于各向同性材料层不存在缠绕角而难以计算导数的问题,推广了统一参数法的应用范围,是对统一参数法的一个改进.数值算例中采用改进的统一参数法分析了不同复合材料组合管的力学性能,结果与有限元精细模拟吻合较好,说明本文中方法的有效性.     

带长圆孔碳纤维复合材料圆管的振动试验与仿真分析

以实际工程背景为基础,对以带长圆孔圆管为主要部件的结构进行动力学试验,得到结构的基频。采用商业有限元软件ABAQUS,通过数值模拟计算得到结构的前几阶频率与模态。通过数值计算结果与试验数据的对比分析,验证了这种数值模拟方法的可靠性,最后在此基础上,对多组带长圆孔碳纤维复合材料圆管进行了数值仿真计算,分析了长圆孔、局部加强部位以及圆管铺层方式(铺设角度、铺层顺序、铺层比例)的设计对带长圆孔圆管基频的影响,结果表明局部加强部位和0°铺层角对圆管基频的影响十分显著。     

风化岩地基中玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆体系受力特性数值模拟

基于ABAQUS非线性有限元软件,在考虑多界面接触的情况下建立基础底板-GFRP抗浮锚杆体系的一体化轴对称计算模型,分析浮力作用下GFRP抗浮锚杆体系的变形性能和受力特征。研究结果表明:抗浮体系的竖向位移和锚筋的应力分布规律与试验结果较吻合,抗浮体系的竖向位移以内锚固变形为主。不考虑基础底板与地层的黏结作用时,GFRP抗浮锚杆体系中内、外锚固段锚筋的轴应力和剪应力的分布规律与各自独立的分布规律一致。锚筋在基础底板与地层界面出现轴应力峰值,随地下水浮力的增加,轴应力分布范围逐渐增大,轴应力峰值也相应增大,轴应力在基础底板中的衰减速率要比在地层中的快。锚筋的剪应力在抗浮体系中出现2个峰值点,且锚筋在基础底板中的剪应力峰值为地层中剪应力峰值的4.2～5.0倍;随着地下水浮力的增大,锚筋剪应力的分布范围逐渐变大,内、外锚固段剪应力峰值也相应增大。     

旧水泥混凝土路面黑色罩面反射裂缝的防治

通过对旧水泥混凝土路面黑色罩面反射裂缝形成机理和层间应力分析，研究了层问剪应力分布的一般规律，发现沥青混凝土黑色罩面层厚对层间剪应力的影响很大，而水泥混凝土层厚度对层间剪应力的影响很微弱。工程实践表明，单纯依靠增加铺层厚度而减小层间剪应力的方法可能会大幅度增加路面造价，并带来车辙等其他病害；而在旧水泥混凝土层与沥青加铺层间设置应力吸收层，则可以起到应力过渡作用和裂缝缓冲作用，从而减少黑色面层反射裂缝的出现。     

基于横观各向同性的沥青路面加铺层力学分析

考虑到沥青混凝土呈现一定的横观各向同性特性,采用有限元数值分析方法,建立沥青加铺层路面三维有限元模型;将沥青加铺层及旧沥青面层视为横观各向同性体,并考虑了加铺层温度场特性和沥青混合料模量随温度变化的特性以及层间接触状态,研究了不同温度条件下沥青加铺层路面的力学行为,分析了沥青混合料的横观各向同性对加铺层路面的变形和应变等的影响.研究结果表明,沥青混凝土的横观各向同性及模量梯度特性和层间结合条件对加铺层受力状况都有较大影响.