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。
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： T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小; 此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。
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： 利用离散元软件PFC2D,考虑到土体的离散性与不均匀性,通过分析洞顶平均竖向土压力、内外土柱相对沉降差以及颗粒间接触力链的变化规律,探讨截面型式(矩形、1/4拱形、1/2拱形)及槽宽比(B/b=1.5:1,2:1,3:1,4:1)变化对高填黄土明洞土压力的影响,结合顾安全公式,分析高填明洞沉降差与土压力间的函数关系,并修正该函数,使其可以适用与不同的截面型式与槽宽比下的高填明洞。结果表明:①B/b确定,明洞采用矩形截面时,接触力链在洞顶分布,平均土压力更大,明洞采用拱形截面时,平均土压力更小,但拱顶存在局部应力集中现象; ②明洞截面型式一定,随着B/b的增大,洞顶平均竖向土压力与沉降差均随之增大,当B/b较小时,边坡作用增强,外侧土柱沉降降低,对内土柱的作用力变小,从而导致明洞顶竖向土压力更小; ③内外土柱沉降差与附加土压力呈线性相关,相对于矩形截面,拱形截面下较小的沉降差会产生相同的附加土压力,更有利于结构的稳定。
分类： 材料科学 >> 复合材料 分类： 力学 >> 固体力学 分类： 航空、航天科学技术 >> 飞行器制造技术 提交时间： 2024-04-09
摘要： 单向纤维增强塑料（UD-FRP）的力学性能受到内部微缺陷的影响，如随机纤维排列、纤维错位和微空隙。本研究旨在通过计算微观力学研究这些多个微观缺陷如何相互作用，以及它们如何影响UD-FRP的强度和失效机制。通过对具有代表性的体积单元进行有限元分析，模拟了失效行为；对于不同的载荷及其组合，考虑了基体和界面的破坏。研究发现，这些微观缺陷显著削弱了UD-FRP沿纵向的抗压强度。特别是纤维波纹度放大了纤维排列的影响，而微空隙则减小了这种影响。此外，纤维排列和微空隙显著削弱了UD-FRP的横向拉伸和压缩强度。此外，横向和纵向剪切强度受微孔隙的显著影响，但只有纵向剪切受纤维排列的影响，这种影响也因微孔隙而减弱。最后，得到了纵向压缩和横向荷载共同作用下的损伤包络线，并与Tsai Wu失效准则进行了比较。结果表明，Tsai Wu准则可以有效地估计这种双轴加载条件下的失效包络线。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 除尘器箱体立柱主要的破坏方式是丧失稳定性。为提高其承载能力,优化除尘装备结构设计,研究箱体立柱稳定性增强构造方法。采用非线性有限元方法,针对除尘器箱体加劲钢墙板—H型钢立柱结构体系,考虑初始缺陷影响,研究箱体立柱失稳机理。受墙板蒙皮作用,立柱呈现为前翼缘与腹板组成前半部分截面整体弯扭与腹板局部鼓曲相伴发生的相关失稳,且失稳发生在邻近柱顶的高压应力区域。针对失稳特征提出立柱稳定性增强构造措施,即在顶部区域立柱前翼缘两侧加焊加固钢板,加固钢板上、下边界与L形横隔板焊接连接。考察了加固钢板宽度、厚度,L形横隔板厚度以及加固钢板布置范围等因素对于立柱稳定承载力的影响,在此基础上提出了立柱稳定性增强构造的合理设计方法。采取该稳定性增强构造措施后,立柱稳定承载力得以明显提高。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 坝体内部渗流方向通常因渗流部位的不同以及上下游水位的波动而产生变化,渗透水流在被保护土与反滤层之间的接触面上的入渗角并非正交。由于筑坝土料和反滤层两者的渗透系数差异较大,渗流入渗角引起接触面水力性状发生变化,进而会影响反滤层的反滤性能。利用PFC-3D软件分别建立渗流方向与接触面呈30°、45°、60°和90°夹角的数值模型,通过模拟计算被保护土颗粒的实时侵入率及其移动进入反滤层的深度,研究了不同方向渗流作用下的接触侵蚀与反滤效果。结果表明:渗流初始阶段,不同渗流方向下被保护土颗粒的侵入率、侵入深度差距较小; 随着渗流时长的增加,呈90°夹角时的侵入率比较稳定且数值较小,侵入深度和接触面处的渗流速度最小,反滤层阻挡被保护土颗粒移动的能力较强; 60°、45°和30°夹角时的滤土效果依次减弱,说明渗流方向与接触面的夹角越大,反滤效果越好; 利用渗流折射原理讨论了计算结果的合理性,并与有关文献的试验结果进行了对比分析,认为在堤坝等水利工程中应重视填土与反滤层之间接触面的渗流入渗角的变化,尤其是界面上小角度入渗水流对反滤效果影响较大。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 集输小口径管道在油气田分布广泛,但使用传统腐蚀检测方法难度大、费用高且必须开挖取样点后才能定量评价腐蚀程度。为了弥补这种不足,实现非开挖条件下进行定量评价:分析磁偶极子模型得到腐蚀缺陷附近产生的漏磁场的磁信号特点; 通过有限元仿真模拟,得到了腐蚀缺陷深度及宽度与磁信号间的关系; 将SY/T 6151—2009《钢制管道管体腐蚀损伤评价方法》中对腐蚀评价所需的缺陷宽度和深度参数,结合磁偶极子模型理论推导计算与磁信号特征参数的关系,得到了一种可应用于非开挖条件下的管道腐蚀弱磁检测定量评价方法,并在某油田管道进行了工程验证,为非开挖条件下管道腐蚀检测定量评价提供一定的理论依据。
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 非对称荷载作用下,内撑式基坑会向荷载小侧整体偏移,这将不利于基坑的稳定,因此有必要对支护结构进行设计优化。本研究以某偏压综合管廊基坑为例,通过有限元软件PLAXIS 2D对该基坑进行了仿真模拟,模拟结果与实测数据吻合良好,验证了模型的有效性。进一步对该基坑进行参数分析,研究了支护结构长度、等效厚度和弹性模量对支护结构变形和基坑安全性的影响。研究结果表明,在两侧支护结构均按偏压侧进行设计的基础上,增大某侧支护结构长度,会使该侧支护结构水平位移最大值增大,分别增大两侧支护结构等效厚度、弹性模量,均可以减小该侧支护结构水平位移最大值和非偏压侧支护结构顶部逆向位移。基于参数分析,提出一种针对非对称荷载基坑的简单有效、经济可行的优化思路,并通过数值模拟对优化效果进行了分析,证明了该优化思路的可行性。
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