基于接触单元的埋地弯头工作荷载下的强度分析

埋地弯头是长输管道常见的结构形式,易在外载作用下发生失效。基于非线性有限元方法,使用壳单元模拟管道,实体单元模拟土壤,接触单元模拟管土相互作用,建立了工作荷载作用下弯头受力分析的数值计算模型。对比计算了管径、壁厚、弯头曲率半径、弯头夹角、管土摩擦因数、土壤弹性模量不同特性参数下的管道应力,给出了管道峰值应力的变化规律:管径越大,弯头应力越大。结构上可以通过增加壁厚,增加弯头曲率半径与弯头夹角等方法减小弯头应力,而夯实弯头处的土壤也能够起到降低弯头应力的作用。     

混凝土面板堆石坝面板应力变形仿真计算

【目的】基于混凝土面板与垫层之间接触面的数值计算模型,考虑温度荷载作用,研究面板堆石坝面板的应力变形特性。【方法】以接触摩擦单元理论为基础,采用接触单元模拟混凝土面板与垫层之间的接触面,进行了公伯峡混凝土面板堆石坝面板应力变形仿真计算,并将计算结果与观测数据进行对比分析。【结果】面板挠度呈现出中部大、两端小的分布规律,最大值为0.24 m,位于面板的中心位置,与观测结果基本一致;面板的顺坡向应力分布呈现出中部受压、两端受拉的变化趋势,顺坡向压应力最大值为7.9 MPa,出现在约1/2坝高处,拉应力最大值为1.3 MPa,出现在面板的底部与顶部;面板底面点与表面点的应力分布是一致的,在同一高程处,面板底面点的应力较表面点大;考虑温度荷载作用时,混凝土面板的顺坡向应力分布规律与不考虑温度荷载时基本一致,但拉应力值明显增大,并且与实际观测结果更为接近。【结论】基于接触摩擦计算模型,考虑温度荷载作用,可以获得更为准确的混凝土面板应力变形数值计算结果。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应和破坏过程分析

利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,混凝土采用LS-DYNA程序中提供的三维SOLID164单元和Mat-Holmquist-Jobnson-Cook(HJc)混凝土累积损伤材料模型,钢筋采用BEAM161梁单元和等向随动强化材料模型(Mat-Plastic-Kinematic),建立离散式三维有限元计算模型.对不同配筋率钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下受力特性和破坏过程进行数值分析,计算中考虑了不同爆炸距离、炸药当量对结构动力响应的影响.基于LS-DYNA的数值模拟结果表明,钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下会发生不同程度的破坏,得到了影响梁破坏模式的主要影响因素,有关结论可为钢筋混凝土梁的抗爆设计及加固提供参考.     

圆不锈钢管混凝土轴压力学性能的有限元分析

在确定了不锈钢与核心混凝土的材料本构模型、单元类型以及界面接触模型的基础上,根据构件的几何和材料非线性,建立了圆不锈钢管混凝土轴压构件的有限元模型.算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好.利用有限元模型,比较了不锈钢管混凝土和普通钢管混凝土轴压构件的荷载-变形关系曲线.     

混凝土面板干缩应力计算的接触面模型研究

基于湿度传导理论及一般外荷载作用下的接触摩擦单元理论,经过系统分析,建立了面板与垫层之间接触面的湿度场及干缩应力有限元计算模型。算例结果表明,应用该模型可以获得较为准确合理的接触面湿度场及干缩应力计算结果。     

T形件连接方钢管混凝土柱与钢梁的节点有限元分析

为考察T形件连接的方钢管混凝土柱与钢梁的组合节点在低周往复荷载作用下的受力特点,在试验研究的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS,对6个采用T形件连接的方钢管混凝土柱与钢梁试件的节点进行梁端单调加载的三维非线性有限元分析。选用4节点和8节点实体单元模拟节点域方钢管、H型钢梁、混凝土、T形件以及高强螺栓,针对节点域接触部位设置了96个普通接触对和32个粘结接触对,并均匀划分网格;采用设置2个分析步的方法对高强螺栓的预拉力影响加以考虑。有限元计算分析得到的节点域破坏形态、峰值抗弯承载力以及P–Δ曲线等结果与试验结果吻合程度较好。节点域应力分布规律分析表明,增大钢管壁厚或T形件翼缘厚度均能提高节点的承载力。     

基坑开挖及降水的应力渗流耦合作用对邻近地下管线的影响

为了分析基坑开挖及降水的应力渗流耦合作用对邻近地下管线的影响,采用MIDAS GTS三维有限元软件,对湖北某基坑及相邻地下管线进行了模拟分析。支护结构中的内支撑和钢围檩采用梁单元模拟,管道采用梁单元进行模拟,钢板桩采用板单元模拟,钢板桩与土体之间的摩擦用接触单元来进行模拟,并通过对界面单元属性中渗透系数的设置,实现对钢板桩止水作用的模拟。通过分析,得出在应力渗流耦合作用下基坑的变形以及相邻管线的变形及受力情况,并根据相关规范要求对管线的受力和变形进行了验算,建立了管线的沉降与基坑地表沉降和围护结构挠度的函数关系,以便根据基坑地表沉降及围护结构挠度对管线沉降和变形进行推测,指导安全施工作业。     

水平低周反复荷载作用下钢管混凝土框架柱的非线性有限元分析

介绍了矩形钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析方法,建立了钢管混凝土框架柱的三维非线性有限元模型,利用此模型对在低周反复荷载作用下不同轴压比的钢管混凝土框架柱进行有限元分析,通过与在低周反复荷载作用下的钢管混凝土框架柱的实测滞回曲线、骨架曲线及位移延性进行对比,表明该模型的计算结果较为精确,可以应用于钢管混凝土的整体框架结构分析中,为进一步开展钢管混凝土柱的研究提供基础.     

T形钢管再生混凝土柱轴压力学性能研究

为进一步深入了解T形截面钢管再生混凝土柱在竖向荷载作用下的力学性能,在选择合适的本构关系后,利用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。基于已建立的模型,选取再生骨料取代率、钢管壁厚、核心混凝土等级等作为变化参数,用该模型对T形截面钢管再生混凝土轴压力学性能进行了研究。研究结果表明,钢管和混凝土之间的相互作用十分明显,再生混凝土受到钢管约束处于三轴受压状态,极大改善了再生混凝土强度低及延性差的缺点;T形截面钢管再生混凝土柱同普通钢管混凝土相似,也拥有较好的承载性能和变形能力;不同比例的骨料取代率对T形柱的轴压承载能力影响较小;钢管壁厚越大,柱各阶段承载力值都越大,且提高了柱的初始刚度;再生混凝土等级越大,能够一定程度提高柱的极限承载力,但曲线下降段更迅速,延性比较差;有限元可以很好模拟T形截面钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,研究成果可供实际工程设计参考。     

钢板笼混凝土节点滞回性能的数值模拟

钢板笼混凝土是一种新型的混凝土结构,具有整体性好、施工快速、较好的延性和耗能能力等优点。采用ABAQUS有限元程序,对钢板笼混凝土边节点和钢筋混凝土边节点进行非线性分析,建立了三维有限元数值模型,分别计算和分析了节点构件在往复荷载下的荷载-位移响应。计算模型对混凝土在反复荷载作用下的损伤、节点构件的几何非线性以及梁端钢筋和混凝土之间的粘结滑移加以考虑。数值模拟结果表明,有限元结果和试验结果吻合较好,基本能满足工程实际的需要。     

长期荷载作用下钢管混凝土偏压柱力学性能的有限元分析

采用有限元法建立了长期荷载作用下钢管混凝土偏压柱的分析模型,并通过试验验证;对考虑长期荷载影响的钢管混凝土偏压柱的荷载-变形全过程曲线以及钢管与核心混凝土之间相互作用等力学性能进行了分析,并与不考虑长期荷载影响的钢管混凝土柱力学性能进行了比较.结果表明:长期荷载作用下钢管混凝土偏压柱的承载力降低且对应的跨中挠度增大;同时延缓了钢管与核心混凝土之间的相互作用.     

天然气管道的屈曲变形模拟

在外荷载作用下,埋地管道的屈曲失效受诸多因素影响,外压、内压、轴向力和弯矩均会使管道产生屈曲,屈曲变形较为复杂。以西660X7．1钢管发生局部非均匀屈曲为例,通过有限元方法开展管道的屈曲失稳研究,分析不同载荷下管体的变形形式,进而判断造成钢管屈曲变形的主要原因：钢管变形处受到较大弯矩作用,而弯矩是斜坡钢管与土壤之间摩擦力不足,管道输气压力循环波动,土壤随气温季节性冻结、融化产生的管道周期性轴向载荷所致。（图9,参6）     

大型油罐应力分析与屈曲稳定性研究

初步分析了罐壁应力分布的基本特点,提出了一种组合圆柱壳理论的应力计算解析方法。比较了已有罐底板应力计算中罐-土耦合有限元分析的建模方法,建立了以基础沉降量为边界条件的新模型。采用数值模拟优化分析方法,研究了不同结构参数对油罐安全性的影响。利用非线性有限元方法,进行了准静态弹塑性屈曲分析。研究结果表明,新的计算方法和计算模型可大大提高罐体应力计算结果的准确度,部分研究成果可为制订我国大型立式圆筒形钢制焊接油罐标准提供技术数据。     

四方台松花江大桥索塔锚固区环向应力分析与试验

通过索塔锚固区节段足尺模型试验结果和有限元仿真分析比较,结合索塔受力的实际工况,对异型截面斜拉桥索塔锚固区节段最不利断面在环向预应力与索力共同作用下塔壁的应力响应进行了研究。给出了塔壁特征点处的应力值,为异型截面索塔的设计优化与理论分析模型的建立提出了有效的方法。     

基于接触摩擦特性的清管器清洁能力评价方法

基于三维有限元数值模拟方法,从密封元件的接触摩擦特性出发,创新性地提出一种清管器清洁能力评价方法。利用ANSYS软件建立两种常见形式的清管器在水平直管内运行的三维有限元模型,并通过现场试验对其准确性进行验证。通过分析计算结果,分别对不同摩擦工况下的两种清管器的清洁能力进行对比。研究结果表明:接触摩擦因数对清管器在运行过程中的密封紧密度、切向刮擦力、有效清洁面积均存在影响,随着摩擦因数的增加,清管器密封元件的切向刮擦力增大,而接触紧密度和接触面积减小。在相同摩擦工况下,当密封元件材料和过盈量相同时,直板型清管器的密封紧密度和刮擦力均优于皮碗型清管器;然而在运行相同距离的情况下,皮碗型清管器所能产生的有效清洁面积大于直板型清管器。根据待清洁管道内的杂质类型来合理选择清管器种类可以有效发挥其清洁能力,提高清洁效率。     

预应力钢箱梁的应力分析

根据预应力简支钢箱梁的受力特性,考虑预应力索与钢箱梁的相互作用,应用有限元软件ANSYS、MIDAS/Civil建立了预应力简支钢箱梁的有限元计算模型,有限元计算值与实测值吻合较好.采用有限元法对预应力钢箱梁跨中截面正应力进行了详细的分析,并对预应力索的不同布置形式及双折线索水平段长度变化对梁中应力分布的影响进行了讨论.     

沧临管道大浪淀跨越段下拉筋断裂原因分析

非对称载荷下斜索随塔顶滑轮动作而产生的滑移增辑跨越管道结构分析的复杂性。按变形几何条件导出了非对称承载时斜索张力与斜索滑移、伸长及管道变形关系，应用数值方法并结合有限元法通过试算迭代求得了非对称加载下沧临管道大淀跨越管道下拉筋的平衡拉力，以此为基础对该处下拉筋断裂原因作了初步分析。在进行下拉筋断裂后管道失衡变形的模拟计算基础上对结构强度和稳定问题进行了评估，结果表明，提出了分析方法是可行的。     

索穹顶结构的有限元分析及其在农业建筑中的应用

根据非线性有限元理论研究了索穹顶结构的受力情况,用有限元分析软件AN SY S建立了某农用仓库的索穹顶结构模型,探讨了其在不同预应力水平作用下的受力情况,分析了索和杆在不同荷载下的内力变化情况及对结构稳定性的影响。结果表明该模型受力合理,可以应用于工程实践。     

最大偏心水平环形空间自然对流传热的数模研究

用有限差分法对发热电缆搁置于圆护管内形成的最大偏心水平环形空间自然对流传热问题进行数值研究 .通过选择合适的坐标变换 ,在边界条件、节点划分、计算区域和控制方程离散化及其求解等方面作了合理有效的数值处理 ,获得了符合实验结果的收敛的唯一数值解 ,为了解电缆在圆护管内的散热情况 ,优化选择护管尺寸提供科学依据