基于结构多尺度分析的超大跨斜拉桥损伤定位方法研究

以苏通大桥斜拉桥的扁平钢箱梁结构为分析对象,采用子结构方法,将扁平钢箱梁结构的整体尺度动力特性和细节尺度构件损伤相互衔接,实现了超大跨斜拉桥的多尺度损伤分析。在此基础上,对模态曲率指标和模态应变能指标的损伤识别效果进行了对比分析。结果表明:采用子结构方法可以有效地实现钢箱梁局部构件损伤与整体结构响应的多尺度衔接,从而较真实地研究钢箱梁局部构件损伤对超大跨斜拉桥动力特性的影响;无噪声情况下,模态曲率指标能正确识别所有损伤工况,而模态应变能指标则对部分损伤工况的识别效果较差;模态应变能指标的抗噪声能力总体上优于模态曲率指标。     

逆断层作用下复合衬砌输水隧洞损伤演化分析∗

复合衬砌是一种新型可承受高内压的输水隧洞衬砌结构,在穿越断层带时会由于断层错动作用发生破坏。 因此,对复合衬砌输水隧洞穿越逆断层的损伤演化分析具有现实意义。通过考虑多重荷载和不同结构层间的分离模式,建立复合衬砌输水隧洞?断层三维有限元模型,研究逆断层不同错动位移下复合衬砌结构损伤演化的过程,并对损伤状态进行量化评估。结果表明：逆断层作用下复合衬砌结构的损伤分为剪切损伤、拉伸损伤和失效破坏三个阶段。滑动面拱腰边墙处钢管受弯曲变形和局部屈曲耦合作用发生破坏是复合衬砌结构的最终破坏形式,破坏范围与滑动面呈“X”型分布向两盘延伸。由于不同材质性能和黏结特性的差异,断层作用导致不同结构层间发生脱离现象,脱离距离与错动位移呈正相关性。混凝土-钢管间脱离不同于混凝土-围岩间呈连续性分布,主要集中在钢管加劲肋附近。钢管内衬降低了混凝土开裂造成的内水外渗风险,增强了复合衬砌结构抵抗断层错动作用,提高了输水隧洞结构的安全裕度。     

混凝土重力坝FRP片材表面加固抗震性能研究

如何提高混凝土重力坝薄弱位置的抗震性能是国内外大坝抗震研究的热点问题。本文基于等价静力非线性方法,采用考虑混凝土细观非均匀特性的混凝土损伤模型,研究FRP片材表面加固大坝薄弱位置的抗震有效性。以2座不同形态的混凝土重力坝A、B为例,分别进行坝踵FRP片材表面加固研究和折坡处FRP片材表面加固研究,分析加固前后坝体的应力状态、裂缝扩展情况和破坏形态。数值模拟结果表明:坝踵处采用FRP片材加固可以很好地增强坝体的抗震性能,有效地抑制裂缝的产生和发展;折坡处采用FRP片材加固在一定程度上可以提高坝体的抗震性能,下游坝身加固与否对提高大坝的抗震性能影响不大。     

近距离爆炸下钢筋混凝土柱损伤的图像识别及快速评估

快速准确评估工事爆炸损伤，对于战时指挥具有重要意义。传统上，爆后结构损伤评估多采用有限元法，可靠性得到广泛认可，但计算耗时较长，无法满足战场快速评估要求。为提高评估效率，提出一种由体积判断网络和损伤判断网络组成的全新卷积神经网络模型，基于体积损失率评估近距离爆炸下的损伤。为降低训练成本，采用有限元法获取爆后带损伤的钢筋混凝土柱图像制作包含 8 700 张图片的数据集。新提出的模型在包含 1 740 张图片的测试集上取得 99.71% 的准确率。在钢筋混凝土柱材料参数调整时，微调后的模型在不同材料参数的数据集上取得 82.97% 以上的准确率。在三维打印的模型测试中，该模型在 24 张图片上取得 70.83% 的正确率，平均每次评估测试耗时 0.05 s。结果表明，提出的卷积神经网络模型准确率较高，计算用时远小于有限元方法，损伤评估流程可与结构理论对照解释。     

考虑岩石蠕变与损伤的直立层状边坡倾倒模型

倾倒破坏是直立层状岩质边坡失稳破坏的模式之一,目前仅研究了岩石分别为线弹性体、损伤体或蠕变体时在自重作用下边坡倾倒临界高度的计算方法,而实际工程中,岩体则往往同时具有损伤及蠕变特性。为此,针对软岩中同时存在的损伤与蠕变特性,在经典欧拉压杆模型的基础上分别假定岩石为Maxwell蠕变体、基于Weibull分布的统计损伤体及损伤与蠕变共存的复合体等三种模型,获得了相应的边坡倾倒临界高度计算方法,并讨论了相关参数对计算结果的影响。研究结果表明,在直立层状边坡倾倒计算中,应同时考虑细观损伤与蠕变对计算结果的影响,当考虑岩石蠕变性时,边坡倾倒临界高度随时间增加近似呈指数规律下降。     

金属摩擦火花的发生及引燃特性研究

为保障新时期工贸冶金煤矿行业的安全发展，以典型金属材料——TC4钛合金、Q235钢、304不锈钢及铝、镁、锌、铜合金的摩擦火花颗粒为研究对象，探究金属材料摩擦区域温度、火花颗粒表面形貌、粒度特征及引燃特性。结果表明：金属材料的物理特性对摩擦火花的发生情况具有明显影响；高熔点、高硬度、低热导率金属材料——TC4钛合金、Q235钢、304不锈钢更易产生摩擦火花颗粒，其摩擦接触点最高温度分别为462℃、750℃、801℃。摩擦试件的压力和旋转圆盘的转速直接影响摩擦火花颗粒的粒径和单位时间的火花量：随着摩擦试件压力增大、旋转圆盘转速增加，摩擦火花颗粒粒径、单位时间火花量呈现增长趋势。摩擦火花颗粒能够引燃氢气空气混合物与酒精液雾，所形成的爆炸燃烧环境又加剧了摩擦火花颗粒的爆裂燃烧，加大了摩擦火花颗粒的危险性。     

球形爆炸冲击波正面作用下人体头部损伤规律的数值模拟

在军事行动、恐怖袭击和工业事故等爆炸事件中，爆炸冲击波引起的头部损伤已成为主要致伤形式之一。为了阐明冲击波损伤规律及头部承受冲击波损伤阈值，针对不同冲击波入射压力对人体颅脑不同部位的损伤规律进行了研究。建立了头部三维有限元模型，验证了其有效性。建立了冲击波-头部流固耦合模型，在大脑表面沿正中矢状面选取5个特征点，对头部分别在1 000 kPa、800 kPa、600 kPa、400 kPa、300 kPa、200 kPa、100 kPa和50 kPa入射冲击波作用下的损伤情况进行分析。在球形冲击波的作用下，颅骨分散冲击波，为脑组织提供防护；冠状面前侧的特征点受压，后侧特征点受拉；入射冲击波超压大于600 kPa时，距离爆源越近的特征点压力越大，距离爆源越远的特征点压力越小；造成颅脑组织80%严重损伤的入射冲击波超压临界值约为137 kPa。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

一种Timoshenko裂纹梁的静力挠度分析方法

建立了一种Timoshenko裂纹梁的分析模型并且获得了闭合形式的挠度解析解。首先,在一致梁的理论框架下,通过引入δ函数模拟裂纹导致的局部柔度,建立用广义函数表示的Timoshenko裂纹梁的微分控制方程,进而得到挠度的闭合形式的解答;其次,根据线弹性断裂力学理论,利用转角及挠度突变与局部柔度系数的关系,建立Timoshenko裂纹梁的模型参数与裂纹深度的显式表示;最后,通过对裂纹深度与挠度、转角和曲率间关系的分析,总结了结构响应的损伤敏感性及其特征,并且通过与引入裂纹奇异单元的有限元结果进行比较,验证了本文所建分析模型及求解方法的正确性。研究结果表明,本文所建立的Timoshenko裂纹梁的分析模型,具有较高的计算精度和效率,在结构模型修正和损伤识别中具有良好的应用前景。