分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 随着地铁建设的迅速发展,不可避免的穿越既有城市立交桥,对其沉降及受力状态产生重大影响。依托石家庄地铁2号线下穿建和桥桩基托换工程,利用有限元软件,建立三维有限元模型,实现了桩基托换全过程模拟,通过数值计算得出了沉降变化规律,并与现场实际数据进行了对比分析。沉降结果表明,建和桥南桥托换部位沉降较大,应加强此区域位置的监控。通过分析桥面异形板及桩基应力历史,得出:桥面异形板在施工过程中应力变化主要集中在断桩施工阶段; 原始桩基在托换施工全过程中,受力表现出先减小后增大的变化规律,新建桩基有效应力呈现出持续增长的现象; 断桩施工将原始桩基受力有效转移至新建桩基,盾构施工对各结构应力状态影响较小。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 运用ABAQUS有限元软件,分析了用于RC框架-钢结构加层混合结构的露出式刚接箱型柱节点的非线性受力性能,并在验证有限元模型正确性的基础上,深入研究了相关参数对露出式刚接节点抗震性能的影响规律,并提出设计建议。结果表明:露出式刚接箱型柱混合节点为梁塑性铰破坏,具有较强的耗能能力和塑性变形能力,但刚度退化较为严重; 根据相关参数研究提出合理的设计建议,上部钢柱应尽可能采用平面内、平面外等稳定性的箱型或字形截面柱; 就论文所研究的试件来看,轴压比控制在0.16～0.40之间比较合理。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究节段预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能,利用ABAQUS有限元软件建立预制拼装管廊节段与土体纵向三维模型,对管廊正向扭转与反向扭转进行模拟,分析管廊扭转承插式接头应力分布规律,得到管廊承插式接头扭矩随横向差异沉降变化规律及管廊横向极限差异沉降量。研究结果表明:管廊节段正向扭转与反向扭转沉降量相同时,承插式接头应力、最大主应力与切应力分布规律基本相同。管廊扭转接头插口端侧壁应力较大,接头顶底板中间与腋角处应力较小,接头最大主应力集中在承口端侧壁距顶板外侧1 m处与插口端顶底板,接头切应力在顶底板中间与侧壁中间最小,向两侧逐渐增大至腋角处切应力最大。管廊承插式接头横向极限差异沉降为1.2 mm,管廊插口端极限扭矩与采用箱型截面计算的结果相差不大,工程实际中可采用箱型截面对管廊插口端抗扭设计。研究结果为预制拼装管廊安全运营提供科学依据。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 抽水蓄能电站是实现“双碳”战略目标的重要举措,混凝土面板堆石坝作为抽水蓄能电站上水库大坝的优选坝型之一,往往坝基顺河向坡度较陡,坝体容易产生顺坡向滑移变形,坝坡抗滑稳定性较差,危及抽水蓄能电站上水库大坝运行安全。因此,建立大倾角坝基上混凝土面板堆石坝数值模型,研究大倾角坝基上混凝土面板堆石坝滑移变形的规律,揭示大倾角坝基上混凝土面板堆石坝产生滑移变形的机制,提出减小其滑移变形的物理力学和几何结构设计措施。研究结果表明,较大下滑力和较小抗滑力是大倾角坝基上混凝土面板堆石坝容易产生滑移变形的根本原因; 坝基倾角越大,重力沿坡面分力越大,坝体滑移变形越大,坝坡安全系数越小(当坝基倾角大于15°时,坝坡安全系数小于规范要求的最小值1.5); 增设压坡能够有效减小坝体滑移变形,显著提高坝坡抗滑稳定性,压坡平台高度越高、宽度越宽和黏聚力、内摩擦角越大,坝体滑移变形越小,坝坡安全系数越大,推荐压坡平台高度和宽度取1/2倍主坝最大坝高,压坡密实度(黏聚力和内摩擦角)与主坝堆石密实度相当。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为比较根-土复合体组分及法向应力对其抗剪强度的影响程度,选取四川省喜德县冕山镇坡面(安宁河流域砾砂区)云南松根-土复合体和素土作为研究对象,通过室内直剪试验获得其抗剪强度,烘干试验获得各组分质量,利用根-土复合体的干土质量、水质量和干根质量进行Pearson相关分析,构建回归分析模型计算根-土复合体各组分质量与抗剪强度的标准化回归系数。结果表明:根-土复合体的干土质量与干根质量间存在显著负相关关系(P=0.002r=-0.792),根-土复合体中水质量与干土质量和干根质量之间均无显著相关关系(P>0.05); 云南松根-土复合体中干土质量、干根质量和水的质量与抗剪强度的标准化回归系数分别为0.06、0.03和0.03,表明干土质量对根-土复合体抗剪强度的影响程度较水的质量和干根质量的影响程度大; 与素土的内摩擦角和黏聚力相比,云南松根-土复合体的内摩擦角增加了1.31%～1.97%,黏聚力增加了16.71%～34.74%。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为实现动力电池在机械载荷下安全防护设计的要求,对不同挤压载荷下方形锂离子电池的力学响应特性进行了研究。首先,对方形锂离子电池进行平面压缩和局部压痕试验,给出了电池的挤压力学响应和内部结构的失效机制; 其次,建立方形锂离子电池的有限元模型,研究了不同挤压载荷下电池的力-位移曲线,讨论了不同挤压形式对锂离子电池力学响应的影响。研究结果表明:有限元分析结果与试验结果基本吻合,平面压缩将导致电池内部出现拉伸引起的面内断裂模式,而局部压痕将导致剪切引起的层间断裂模式; 锂离子电池在不同挤压载荷下的力学响应受压头尺寸的影响,随着压头尺寸的减小,电池承受的载荷和失效位移会有不同程度减小。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧刚度、阻尼系数和边界条件对均质梁中点和质量块峰值位移、速度、加速度的影响。结果表明:随着TNT质量增大和均质梁屈服强度减小,均质梁中点峰值位移、质量块峰值位移、速度、加速度都增大; 当弹簧刚度相同时,随着阻尼系数的增加,均质梁中点峰值位移减小,质量块峰值加速度增大; 当阻尼系数一定时,弹簧刚度对均质梁中点的峰值位移和质量块峰值加速度影响较小; 针对不同弹簧刚度,选择适当的阻尼系数可以降低质量块峰值速度。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为确定橡胶混凝土的软化本构模型,对2种缝高比和5种橡胶掺量的混凝土试件进行楔入劈拉试验研究和理论分析。依据试验结果,采用规范公式及能量守恒定律计算混凝土试件的断裂韧度和断裂能,并求解出PETERSSON、欧洲混凝土规范、XU和REINHARDT3种软化曲线的相关参数。根据3种软化本构关系得到黏聚韧度理论值,并与黏聚韧度试验计算值进行了对比分析。研究结果表明:掺入适量的橡胶集料可提高混凝土的断裂失稳韧度和断裂能; 3种典型的混凝土软化模型均不能很好地描述橡胶混凝土的黏聚韧度; 对XU和REINHARDT软化关系式进行修正后,得到了橡胶混凝土的软化本构模型,可用于研究橡胶混凝土材料的抗裂特性。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了揭示工业钢渣细骨料制备的钢渣混凝土的冻融破坏机理,采用快速冻融法进行试验,测试了冻融循环后不同钢渣细骨料替代率混凝土的质量损失率、强度损失率、相对动弹性模量,并分析冻融损伤规律; 使用扫描电镜方法观察钢渣混凝土水化产物及钢渣-砂浆界面过渡区,进行冻融损伤微观机理的分析。结果表明:钢渣细骨料因冻融作用而发生明显破坏; 钢渣细骨料与水泥凝胶的界面过渡区优于普通骨料; 钢渣替代率为60%时混凝土的质量、强度损失最小,分别只减少了4.06%、44.2%; 钢渣替代率为100%时混凝土的质量、强度损失率最高,分别为6.05%、58%; 冻融循环次数大于50时,钢渣掺量为60%的混凝土相对动弹性模量高于其余掺量组; 采用钢渣取代细骨料为提高混凝土在冻融循环作用下的工作性能时建议取代率为60%。通过对钢渣混凝土的损伤演变分析,建立了钢渣混凝土的冻融损伤演变模型。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 可靠性灵敏度能够反映基本变量分布参数对可靠度的影响程度,为可靠性分析与优化设计提供指导。提出了一种基于多维平行六面体模型的非概率可靠性灵敏度分析方法。首先,给出基本变量域完全位于安全域时采用非概率可靠性指标,而基本变量域与安全域有交集时采用非概率失效度作为可靠性度量的原因。其次,推导结构线性系统的可靠性灵敏度解析式,并进一步探讨所提方法对结构非线性系统的适应性问题。最后,通过3个工程算例验证文中方法有效可行。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了对比微波加热和传统加热对花岗岩力学特性的影响,采用微波加热和传统加热两种方式对花岗岩进行了不同温度加热处理(分别是300、500、600、800 ℃),对加热后的试样分别进行密度、纵波波速测量和单轴压缩试验,分析了两种加热方式下密度、波速、应力应变曲线、单轴抗压强度和弹性模量随温度变化规律,讨论加热方式对花岗岩性能的影响。结果表明:两种加热方式下,花岗岩的密度、波速、单轴抗压强度和弹性模量均随加热温度升高而降低,并且在500～600 ℃范围内降低速率最大。在相同加热温度下,微波加热会使花岗岩的密度、波速、单轴抗压强度和弹性模量下降得更多。两种加热方式诱导的差异性随加热温度升高而增加。相比于传统加热,微波加热时间更短,一般仅为传统加热时间的1/7,微波加热在降低花岗岩性能方面效率更高。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了有效改善蜂窝结构的强度与刚度,提出利用静态凝聚法实现变胞元的几何参数和非均匀排布同时优化的方法。根据卡氏定理,推导胞元的等效弹性模量和泊松比; 沿轴向均匀划分蜂窝芯为若干列子结构,利用有限元法得到子结构的刚度矩阵; 采用静态凝聚法建立超单元刚度矩阵,依据超单元节点编号装配获得蜂窝芯的整体刚度矩阵; 计算蜂窝芯在剪切载荷作用下的结构变形,并与ANSYS结果比较分析。以子结构的个数以及胞元的夹角、夹板宽与斜壁长之比为设计变量,胞元的等效弹性模量最大和蜂窝芯的变形最小为设计目标,利用改进的粒子群算法进行优化并研究蜂窝芯优化前后的静、动态特性变化规律。结果表明:变胞元非均匀排布优化后,最大的位移、应力、应变均明显减小,且激励频率等于第二阶固有频率时振动最为强烈。研究结论可为蜂窝结构变胞元排布的优化设计提供指导。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究再生粗骨料取代率和偏心距对圆钢管再生镍铁渣混凝土柱力学性能的影响,设计了13个试件进行轴心和偏心受压试验,分析试件的荷载-跨中挠度曲线、侧向挠度曲线、刚度退化和耗能。在普通钢管混凝土的研究结果基础上,回归拟合适用于钢管再生混凝土的压弯承载力预测公式。结果表明:偏压试件的挠度沿柱高呈对称分布,形状符合正弦半波曲线; 加载过程中截面中性轴的位置向受压区偏移,表明受压区面积逐渐缩小,受压区高度减小; 当取代率超过30%后,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的极限承载力降低,刚度逐渐退化,试件破坏时的耗能系数表现为降低的趋势; 随着偏心距的增大,试件的极限承载力降低,侧向挠度曲线的包络面积逐渐增大,刚度逐渐退化; 根据拟合的压弯承载力计算公式得到的计算值与试验结果吻合较好。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究钢管超高性能混凝土短柱的偏压性能,以荷载偏心率和钢管径厚比为变化参数,设计了12个圆钢管UHPC短柱试件并对其进行偏心受压加载试验,分析了该类构件的破坏模式、荷载-挠度曲线、钢管应变和变形系数等,考察了主要因素对短柱偏压性能的影响规律。结果表明:试件的破坏特征为钢管屈服和核心混凝土压坏; 荷载-挠度曲线有较明显的峰值点,偏心率越大和径厚比越小,曲线的下降段越平缓; 达到60%峰值荷载时,钢管开始产生明显的约束作用,达到90%峰值荷载时,截面变形不再符合平截面假定; 偏心率增大使试件的承载力和刚度下降,而径厚比减小可降低这种不利影响。在试验基础上,结合数值模拟对短柱的N-M曲线进行分析,建立了临界偏心率和套箍系数的关系表达式,并基于此提出短柱偏压承载力实用计算方法,理论与试验结果吻合较好。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 构建了压剪作用下单一闭合裂纹尖端应力场方程,应用最大周向应力准则分析了翼裂纹开裂角,侧压系数k对应力场和翼裂纹起裂扩展的影响,单轴压缩下裂纹倾角α对翼裂纹起裂应力的影响。通过单轴压缩试验及三轴文献数据对比验证了理论解的正确性。研究表明:开裂临界相对尺寸λ→0或裂纹倾角α→45°,T应力对翼裂纹开裂角的影响作用可以忽略; 周向拉应力随侧压系数k的升高而降低,翼裂纹起裂所需轴向应力增大; 围压对翼裂纹的扩展存在抑制作用,且裂纹面有效剪应力大于0时抑制作用更强; 试验观察到预制裂纹尖端出现翼裂纹和少量的反翼裂纹和共面剪切裂纹,翼裂纹的开裂角在预测值附近上下波动; 单轴压缩,翼裂纹起裂应力随裂纹倾角的增大而增大; 三轴压缩,翼裂纹起裂应力随侧压系数的增大而增大,与模型预测的变化关系具有一致性。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 钻杆刺漏是钻杆在服役过程中最常见的失效形式,而钻杆表面裂纹的扩展是钻杆发生刺漏的直接原因。为更有效地评估钻杆表面含有多条裂纹时的安全性能,以某超深直井G105钻杆井口段为研究对象,建立管体外表面双裂纹有限元模型,分析了拉扭载荷下裂纹间距、次裂纹尺寸以及走向对环向主裂纹前缘J积分的影响。结果表明:轴向排列的环向次裂纹是相对最安全的,可大幅消减钻杆主裂纹前缘的J积分; 环向排列的环向次裂纹相对最危险,可大幅增大钻杆主裂纹前缘的J积分; 轴向次裂纹可增大钻杆主裂纹前缘或部分前缘的J积分,但增幅相对环向排列的环向次裂纹来说要微弱得多。次裂纹对主裂纹前缘J积分的影响强度随两裂纹间距的增大或次裂纹尺寸的减小而减小。因此在对含表面双裂纹的钻杆进行分析时,在次裂纹尺寸较大且距离较近的情况下应考虑次裂纹的影响; 在次裂纹尺寸较小或距离较远时则可忽略次裂纹,将模型简化为单裂纹钻杆模型进行分析。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 目前有关圆柱结构中的环向SH波研究仅限于实心柱体与圆柱壳体结构。由于无法直接获得圆柱洞体中传播的SH表面波的解析解,对比研究了实心柱体和多种不同类型的圆柱壳体中的环向SH波,从波结构、应变能密度幅值分布与壳体厚度的关系讨论洞体内SH表面波的存在性。建立柱坐标系下均匀弹性材料与功能梯度材料环向SH波的波动方程; 分别求得方程的贝塞尔函数解和幂级数渐近解; 进一步计算得到其频散曲线、波结构与应变能密度幅值。结果表明:幂级数方法可用于计算圆柱型结构中的变系数波动方程,且具有较高的精度; 圆柱型结构中环向SH波的能量集中在外表面或次外表面,并随着壳体厚度的增加,能量集中现象更为明显; 通过应变能密度幅值分布规律推论出圆柱洞体内表面无法传播环向SH表面波。最后,针对均质结构和梯度结构,采用反证法证明了无法得到满足洞体内SH表面波衰减条件的解析解,从而证明了该推论。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 利用沙漠砂研发的蒸压加气混凝土砌块是一种新型砌体材料。为了研究这种新型砌块在村镇建筑中的应用,考虑在不同竖向压应力和构造柱的约束作用下,对4片沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体开展拟静力试验,通过对比分析4片墙体在低周反复荷载作用下的破坏特性、力-位移曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等性能指标。结果表明:1)墙体主要以剪切破坏为主,未设置构造柱墙体主裂缝沿约45°贯彻整个墙体,设置构造柱墙体主裂缝呈“倒八”字型,且当竖向压应力增大时,墙体的抗震承载力也随之增大,抗侧刚度有所提高,但延性随之减小; 2)竖向压应力相同情况下,对比分析表明设置构造柱墙体的极限承载力约是素墙体的2.22倍,延性提高了约60%,且刚度也有所提升; 3)基于主拉应力理论和库仑破坏理论分别建立了适用于该新型砌块墙体的抗震承载力计算公式,且库仑破坏理论建立的抗震承载力计算公式应用更合理; 4)建立了恢复力模型骨架曲线,能够较好地反映沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体的试验特点。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究不同骨料粒径混凝土Ⅰ型断裂裂缝扩展特性,开展了骨料粒径为10、20、30、40 mm的混凝土三点弯曲梁断裂试验; 结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)测得试件表面计算区域全场位移变化数据; 对不同骨料粒径混凝土断裂能、断裂韧度、断裂过程区(fracture process zones,FPZ)变化和发展进行研究,探讨了FPZ扩展过程与峰后荷载之间的关系。结果表明:随着骨料粒径增大,试件峰值荷载和断裂参数均呈现先增大后减小的趋势,M20试件FPZ长度的变化与峰后荷载的变化有很强的关联性,其骨料对微裂缝扩展的约束效果最好; 此外,通过分析不同骨料粒径混凝土试件FPZ的发展规律,可知,骨料粒径为20 mm的混凝土试件,其峰后局部变形能力得到了改善,断裂能及断裂韧度得到了提高,在断裂过程中具有比其他骨料粒径混凝土更高的承载力和更小的FPZ,因此,合适的骨料粒径为20 mm。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced composite,BFRP)具有耐腐蚀性强、比强度高、环保等优点,正确评价BFRP管道性能的可靠性和承载能力是将其应用于高附加值的油气输送领域的基础。对于玄武岩纤维(basalt fiber,BF)缠绕成型的复合材料管道,首先在细观尺度上获得浸胶纤维束的强度。然后,沿着管道的轴向和环向分别截取试件,测量了两种试件的拉伸强度; 基于试验结果和有限元模拟,研究了管壁结构层在拉伸、压缩以及剪切载荷作用下的损伤演化,得到结构层的宏观本构模型。最后,建立了BF缠绕成型管道的有限元模型,研究纤维性能离散对管道承载能力的影响。结果表明,纤维有效含量对管道承载能力的影响很大,从纤维生产和管道成型工艺等方面降低纤维增强作用的离散性对于准确预测管道的承载可靠性,推动BF复合材料在油气管道领域的应用至关重要。
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