活性粉末混凝土开孔梁受弯性能数值分析
这是一篇关于开孔梁,活性粉末混凝土,极限承载力,延性,有限元模拟的论文, 主要内容为目前解决各类管线的主要方法是使其从梁底穿过,而利用梁腹开孔使各类管线从梁腹中穿行可以避免挤占梁下空间,在层数不变的情况下可大大降低建筑物的总高和自重。活性粉末混凝土(Reactive Power Concrete,RPC)具有高强度、高韧性、高耐久性等特点,使RPC开孔梁在受力性能方面要优于普通混凝土开孔梁,可以有效提高混凝土结构的承载力和耐久性,减轻建筑物自重和减少材料消耗。目前对于RPC构件受弯性能方面的研究主要是通过试验开展,而在有限元模拟方面的成果相对较少。本文基于RPC梁的受弯试验梁模型,利用ABAQUS有限元分析软件对RPC开孔简支梁受弯性能进行了系统的数值模拟研究。主要探讨了集中荷载形式下孔洞形状、大小、水平位置及竖向位置等孔洞参数对RPC开孔梁受弯极限承载力、破坏形态、变形以及延性的影响。通过选取合适的活性粉末混凝土与钢筋的本构关系以及模型参数,并利用在钢筋和混凝土单元间设置非线性弹簧的方式来模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移现象,建立正确合理的有限元模型,通过与试验结果做对比验证有限元模型建立的正确性。在此基础上建立不同孔洞参数的RPC开孔梁,通过对模拟结果的应力云图、损伤云图、位移云图以及荷载-挠度曲线等方面的分析,总结出不同孔洞参数对RPC开孔梁极限承载能力、破坏形态、变形以及延性的影响规律,并提出RPC开孔梁的受弯承载力修正近似计算公式。通过分析研究,主要得出以下结论:(1)在梁纯弯段开设孔洞的RPC梁,开孔面积相同,圆孔梁、方孔梁以及矩形孔梁之间的受弯性能差异不明显,圆孔梁在极限承载力方面表现相对较好,矩形孔梁在延性方面表现优异。(2)在纯弯段,梁的极限承载力及延性随着孔径的增加而减小,变形随着孔径的增加而增大,当开孔直径不超过截面高度的60%,对梁极限承载力的削弱在5%以内。(3)孔洞偏向混凝土受拉区对开孔梁极限承载力、变形以及延性的影响较小,当开孔位置向受压区偏移时,对开孔梁极限承载力、变形以及延性的影响十分明显,尤其对开孔梁延性的削弱较为严重。(4)孔洞在纯弯段时,随着孔洞水平位置向加载点移动,开孔梁的极限承载力及延性会有小幅度下降;当开孔的水平位置位于剪弯段时,开孔梁在承载力以及延性方面会有较大幅度的下降。根据研究所得结论对RPC开孔梁的孔洞设置提供参考建议,为RPC开孔梁在实际工程中的运用提供理论支撑。
电控永磁压边板材成形试验机工艺设备一体化研究
这是一篇关于电控永磁技术,板材成形性能试验机,拉深成形,有限元模拟,磁场的论文, 主要内容为板材成形性能是指板材对冲压工艺的适应能力,对板材成形性能及其相关问题的研究一般是介于材料科学与冲压技术的边缘性课题。通常用抗破裂性、贴模性和定型性来表示板材成形性能,其中抗破裂性是衡量成形性能优劣的最主要指标。基于电控永磁压边力控制技术开发的板材成形性能试验机,可显著简化传统试验机的结构,还具有节能环保、易于控制等优点。对相关问题的研究具有理论和实际意义。采用电控永磁压边力控制方法,开发设计可用于板材拉深成形性能试验的电控永磁压边板材成形试验机,并对相关问题进行了研究。主要研究内容为:根据板材拉深成形性能试验的要求,设计一台具有双动功能的电控永磁压边板材成形试验机;开发电控永磁磁垫、模具及控制系统,并对试验机进行结构分析;对控制系统中的磁力加载部件——磁垫进行电磁场模拟,分析其加载性能;基于电控永磁压边板材成形试验机,进行钢板和铜板拉深实验研究,以验证试验机的可靠性。首先,对双磁极单元磁垫充退磁时的磁路进行分析。同时,分析了传统压边与电控永磁压边的异同,论证了采用电控永磁压边的可行性。通过理论分析与数值模拟相结合的方式,分析出影响磁垫磁吸力大小的两个因素为电流强度和空气间隙。其次,基于电控永磁技术和板材成形性能试验要求,开发设计了一台电控永磁压边板材成形试验机,设计了试验机正装、倒装两种安装模式的模具,包括带有36个磁极单元的磁垫。开发了拉深成形过程控制系统。采用ANSYS-Workbench软件对试验机进行结构分析和模态分析,验证了该试验机设计的合理性。再次,采用有限元方法对磁垫进行了电磁场模拟分析,将Maxwell磁场模拟结果导入ANSYS-Workbench中,进行了磁力耦合模拟,分析了不同状态下磁垫的结构变形及板坯受力情况,最后将板坯受力导入Dyanform软件中进行拉深成形模拟分析。最后,选择08AL冷轧钢板和H62铜板进行了不同压边力加载条件下的拉深实验。实验结果表明,采用电控永磁压边板材成形试验机可以实现板材拉深成形性能的实验要求。使用Vialux Auto Grid应变扫描系统获取实验件的应变分布,通过对比实验结果与模拟结果,验证了模拟分析的准确性及试验机的可靠性。
基于BIM的弯桥设计建模技术研究与程序开发
这是一篇关于建筑信息模型(BIM),Revit二次开发,弯桥结构,预应力钢束,有限元模拟的论文, 主要内容为BIM技术具有可视化、协调性等特点,能够在工程项目中有效提高工作效率、节省资源、降低成本,因此在桥梁工程领域被逐渐推广。弯桥作为桥梁工程中常见的桥梁结构形式,其BIM建模存在着参数计算复杂和模型创建困难的问题。目前关于利用程序进行弯桥设计建模的研究仍然存在空缺。针对该问题,本文利用Revit二次开发技术,编写C#语言开发适用于预应力混凝土弯桥的设计建模程序,实现了包含复杂曲线信息的三维弯桥结构建模功能。最后本文还进行了其BIM模型信息管理及应用的研究。具体内容如下:(1)依据弯桥设计建模需求设计了程序的信息层级和五个主要功能模块,包括路线模块、下部结构模块、主梁模块、预应力钢束模块、模型信息管理模块。提出了以路线模块为基础,其它模块依据路线提供的位置信息进行计算的程序架构。(2)在路线模块中实现了创建组合线型以及提取路线上任意点位置信息的功能。然后基于路线模块提供的信息,设计出下部结构模型的计算创建模块。(3)主梁模块中按照曲线类型设置三种梁单元,实现了依据梁单元分段和所在线型信息自动选择适配梁单元并计算其参数的功能,以提高主梁模型贴合实际曲线的精度。再根据位置信息计算并实现主梁模型的纵断面线型和截面变化。(4)预应力模块中利用坐标系转换和程序自动化创建族模型的两种方法,开发程序以创建具有复杂三维线型的弯桥纵向预应力钢束模型,并通过设置步长参数实现对建模精度的控制。(5)结合某连续刚构弯桥项目实例,创建了人工难以完成的复杂三维结构模型并成功通过了其模型碰撞检查,从而检验了程序架构的可行性以及程序功能的实用性。(6)利用程序生成可供Abaqus运行的脚本文件,解决了Revit模型在大规模导入Abaqus时的信息丢失问题,实现了BIM模型携带参数导入Abaqus软件。此外,利用XML格式文件,研发相应的数据格式转换、数据输出与读取功能,实现程序结构化数据的XML格式存储。
高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土黏结性能试验研究
这是一篇关于再生混凝土,高温,喷水冷却,黏结性能,黏结–滑移本构关系模型,有限元模拟的论文, 主要内容为再生混凝土技术对促进再生产品技术进步、提高建筑垃圾的再生利用率以及推进建筑资源可持续发展具有重大意义。近年来,基础设施的发展和城市化速度的加快,导致建筑火灾事故频发,给人民的生命财产安全造成了严重的损失。火灾发生后大多会采取喷水冷却等消防措施来扑灭明火。喷水冷却过程中产生的巨大温差,不仅使结构构件内部产生了不均匀的温度场,也改变了钢筋与混凝土两种材料协调工作的性能。因此,研究高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土的黏结性能,既可以为钢筋再生混凝土结构的抗火设计和灾后修复等提供一定的借鉴意义,也可以为钢筋再生混凝土结构在实际工程中的推广和应用奠定基础。本文以温度(20℃、200℃、400℃和600℃)、再生粗骨料置换率(0%、30%、50%和100%)和钢筋直径(12mm、14mm和16mm)为变量,共完成了12个普通混凝土和36个再生混凝土立方体试件的抗压强度试验,以及24个普通混凝土和72个再生混凝土拉拔试件的中心拔出试验,研究了高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土之间的黏结性能。本文主要工作和结论如下:(1)通过高温喷水冷却后立方体试件的抗压强度试验,研究再生混凝土高温喷水冷却后的物理性能和残余抗压性能,分析高温喷水冷却后再生混凝土的烧失量和残余抗压强度受温度和再生粗骨料置换率影响的变化规律。建立高温喷水冷却后再生混凝土烧失量的经验公式和立方体抗压强度预测模型。研究结果表明,高温喷水冷却后再生混凝土的烧失量随着温度升高和再生粗骨料置换率的增加而增大,残余抗压强度随着温度升高和再生粗骨料置换率的增加而减小。(2)通过高温喷水冷却后拉拔试件的中心拔出试验,研究温度、再生粗骨料置换率和钢筋直径三种因素影响下钢筋与再生混凝土之间黏结性能的变化规律,绘制相应的黏结–滑移曲线。研究结果表明,拉拔试件产生了三种破坏模式,分别为拔出破坏、劈裂破坏和劈裂拔出破坏;极限黏结强度随着温度升高和钢筋直径增大而减小;不同高温喷水冷却后再生粗骨料置换率100%的再生混凝土试件的极限黏结强度均高于普通混凝土试件;常温和高温喷水冷却后,再生混凝土试件的相对极限黏结强度随着再生粗骨料置换率的增加而增加。(3)基于高温喷水冷却后再生混凝土立方体抗压强度预测模型和钢筋与再生混凝土的中心拔出试验数据,在常温下钢筋与普通混凝土黏结强度计算公式的基础上,考虑温度和再生粗骨料置换率的影响,推导出高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土黏结强度的计算公式。(4)选用合适的常温下钢筋与再生混凝土的黏结–滑移本构关系模型,通过修改模型中的参数,考虑温度和再生粗骨料置换率对黏结–滑移本构关系的影响,建立高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土黏结–滑移本构关系模型。(5)基于本文建立的黏结–滑移本构关系模型,在ABAQUS软件中采用Spring-2非线性弹簧单元模拟黏结–滑移关系,得到黏结–滑移模拟曲线和钢筋与再生混凝土之间应力分布云图。通过分析应力云图,研究试件在加载和破坏过程中各个阶段下的黏结应力分布情况以及黏结应力的变化规律。试验和模拟结果的对比分析表明,采用Spring2非线性弹簧单元能够较好地模拟钢筋与再生混凝土的黏结–滑移关系。
基于BIM的弯桥设计建模技术研究与程序开发
这是一篇关于建筑信息模型(BIM),Revit二次开发,弯桥结构,预应力钢束,有限元模拟的论文, 主要内容为BIM技术具有可视化、协调性等特点,能够在工程项目中有效提高工作效率、节省资源、降低成本,因此在桥梁工程领域被逐渐推广。弯桥作为桥梁工程中常见的桥梁结构形式,其BIM建模存在着参数计算复杂和模型创建困难的问题。目前关于利用程序进行弯桥设计建模的研究仍然存在空缺。针对该问题,本文利用Revit二次开发技术,编写C#语言开发适用于预应力混凝土弯桥的设计建模程序,实现了包含复杂曲线信息的三维弯桥结构建模功能。最后本文还进行了其BIM模型信息管理及应用的研究。具体内容如下:(1)依据弯桥设计建模需求设计了程序的信息层级和五个主要功能模块,包括路线模块、下部结构模块、主梁模块、预应力钢束模块、模型信息管理模块。提出了以路线模块为基础,其它模块依据路线提供的位置信息进行计算的程序架构。(2)在路线模块中实现了创建组合线型以及提取路线上任意点位置信息的功能。然后基于路线模块提供的信息,设计出下部结构模型的计算创建模块。(3)主梁模块中按照曲线类型设置三种梁单元,实现了依据梁单元分段和所在线型信息自动选择适配梁单元并计算其参数的功能,以提高主梁模型贴合实际曲线的精度。再根据位置信息计算并实现主梁模型的纵断面线型和截面变化。(4)预应力模块中利用坐标系转换和程序自动化创建族模型的两种方法,开发程序以创建具有复杂三维线型的弯桥纵向预应力钢束模型,并通过设置步长参数实现对建模精度的控制。(5)结合某连续刚构弯桥项目实例,创建了人工难以完成的复杂三维结构模型并成功通过了其模型碰撞检查,从而检验了程序架构的可行性以及程序功能的实用性。(6)利用程序生成可供Abaqus运行的脚本文件,解决了Revit模型在大规模导入Abaqus时的信息丢失问题,实现了BIM模型携带参数导入Abaqus软件。此外,利用XML格式文件,研发相应的数据格式转换、数据输出与读取功能,实现程序结构化数据的XML格式存储。
高强度钢辊压工艺有限元模拟与试验研究
这是一篇关于高强度钢,辊压成形,有限元模拟,回弹,试验研究的论文, 主要内容为冷弯型钢是一种经济断面型钢，具有强度高、重量轻、截面结构合理等优点，在建筑、家电、航空、汽车等领域得到了广泛的应用。近年来，随着辊压成形工艺的发展，以高强钢为原材料的冷弯型钢越来越受到重视，尤其是在汽车行业，高强钢的应用使得汽车轻量化问题得到进一步解决，具有广阔的发展前景。因此对于高强钢冷弯型钢辊压成形工艺的研究意义重大。 本文以车门里板加强筋为研究对象，利用有限元软件MSC.MARC，通过对其成形特点的分析，建立了数值模拟简化模型，并对车门里板加强筋高强钢辊压成形过程进行了模拟研究，得到了成形过程中不同成形阶段等效应力和等效应变的云图，以及弯角区内某一节点在整个成形过程中的等效应力和应变历程曲线。分析表明：等效应力和应变主要分布在弯角区及其附近区域，最大值出现在弯角区；随着成形道次的增加，等效应力和应变的极大值逐渐增大；板料节点每经过一组轧辊成形，应力就发生一次增大和减小的变化，说明辊压成形是一个重复加载和卸载的过程。 通过对成形过渡区应力和应变云图的分析，得到了高强钢在成形过渡区内会继续发生一定量的塑性变形。模拟分析了成形参数对车门里板加强筋成形回弹量的影响，研究结果表明：随着相对弯曲半径减小，回弹量增加；板料厚度增大，回弹量增大；高强钢回弹量比普通钢高很多；牌坊间距对板料回弹量的影响比较小。 本文对车门里板加强筋辊压成形工艺进行了试验研究，并在模拟分析研究的基础上，确定了成形制度，对车门里板加强筋成形辊花图进行了设计，选择了合理的成形机组，进行了生产线调试和工艺试验，分析了工艺试验中出现的问题，并提出解决办法，最终加工出了合格的车门里板加强筋成形件，本文的研究，将为高强钢在汽车行业内的应用推广起到了一定的推动作用。
高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土黏结性能试验研究
这是一篇关于再生混凝土,高温,喷水冷却,黏结性能,黏结–滑移本构关系模型,有限元模拟的论文, 主要内容为再生混凝土技术对促进再生产品技术进步、提高建筑垃圾的再生利用率以及推进建筑资源可持续发展具有重大意义。近年来,基础设施的发展和城市化速度的加快,导致建筑火灾事故频发,给人民的生命财产安全造成了严重的损失。火灾发生后大多会采取喷水冷却等消防措施来扑灭明火。喷水冷却过程中产生的巨大温差,不仅使结构构件内部产生了不均匀的温度场,也改变了钢筋与混凝土两种材料协调工作的性能。因此,研究高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土的黏结性能,既可以为钢筋再生混凝土结构的抗火设计和灾后修复等提供一定的借鉴意义,也可以为钢筋再生混凝土结构在实际工程中的推广和应用奠定基础。本文以温度(20℃、200℃、400℃和600℃)、再生粗骨料置换率(0%、30%、50%和100%)和钢筋直径(12mm、14mm和16mm)为变量,共完成了12个普通混凝土和36个再生混凝土立方体试件的抗压强度试验,以及24个普通混凝土和72个再生混凝土拉拔试件的中心拔出试验,研究了高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土之间的黏结性能。本文主要工作和结论如下:(1)通过高温喷水冷却后立方体试件的抗压强度试验,研究再生混凝土高温喷水冷却后的物理性能和残余抗压性能,分析高温喷水冷却后再生混凝土的烧失量和残余抗压强度受温度和再生粗骨料置换率影响的变化规律。建立高温喷水冷却后再生混凝土烧失量的经验公式和立方体抗压强度预测模型。研究结果表明,高温喷水冷却后再生混凝土的烧失量随着温度升高和再生粗骨料置换率的增加而增大,残余抗压强度随着温度升高和再生粗骨料置换率的增加而减小。(2)通过高温喷水冷却后拉拔试件的中心拔出试验,研究温度、再生粗骨料置换率和钢筋直径三种因素影响下钢筋与再生混凝土之间黏结性能的变化规律,绘制相应的黏结–滑移曲线。研究结果表明,拉拔试件产生了三种破坏模式,分别为拔出破坏、劈裂破坏和劈裂拔出破坏;极限黏结强度随着温度升高和钢筋直径增大而减小;不同高温喷水冷却后再生粗骨料置换率100%的再生混凝土试件的极限黏结强度均高于普通混凝土试件;常温和高温喷水冷却后,再生混凝土试件的相对极限黏结强度随着再生粗骨料置换率的增加而增加。(3)基于高温喷水冷却后再生混凝土立方体抗压强度预测模型和钢筋与再生混凝土的中心拔出试验数据,在常温下钢筋与普通混凝土黏结强度计算公式的基础上,考虑温度和再生粗骨料置换率的影响,推导出高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土黏结强度的计算公式。(4)选用合适的常温下钢筋与再生混凝土的黏结–滑移本构关系模型,通过修改模型中的参数,考虑温度和再生粗骨料置换率对黏结–滑移本构关系的影响,建立高温喷水冷却后钢筋与再生混凝土黏结–滑移本构关系模型。(5)基于本文建立的黏结–滑移本构关系模型,在ABAQUS软件中采用Spring-2非线性弹簧单元模拟黏结–滑移关系,得到黏结–滑移模拟曲线和钢筋与再生混凝土之间应力分布云图。通过分析应力云图,研究试件在加载和破坏过程中各个阶段下的黏结应力分布情况以及黏结应力的变化规律。试验和模拟结果的对比分析表明,采用Spring2非线性弹簧单元能够较好地模拟钢筋与再生混凝土的黏结–滑移关系。
活性粉末混凝土开孔梁受弯性能数值分析
这是一篇关于开孔梁,活性粉末混凝土,极限承载力,延性,有限元模拟的论文, 主要内容为目前解决各类管线的主要方法是使其从梁底穿过,而利用梁腹开孔使各类管线从梁腹中穿行可以避免挤占梁下空间,在层数不变的情况下可大大降低建筑物的总高和自重。活性粉末混凝土(Reactive Power Concrete,RPC)具有高强度、高韧性、高耐久性等特点,使RPC开孔梁在受力性能方面要优于普通混凝土开孔梁,可以有效提高混凝土结构的承载力和耐久性,减轻建筑物自重和减少材料消耗。目前对于RPC构件受弯性能方面的研究主要是通过试验开展,而在有限元模拟方面的成果相对较少。本文基于RPC梁的受弯试验梁模型,利用ABAQUS有限元分析软件对RPC开孔简支梁受弯性能进行了系统的数值模拟研究。主要探讨了集中荷载形式下孔洞形状、大小、水平位置及竖向位置等孔洞参数对RPC开孔梁受弯极限承载力、破坏形态、变形以及延性的影响。通过选取合适的活性粉末混凝土与钢筋的本构关系以及模型参数,并利用在钢筋和混凝土单元间设置非线性弹簧的方式来模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移现象,建立正确合理的有限元模型,通过与试验结果做对比验证有限元模型建立的正确性。在此基础上建立不同孔洞参数的RPC开孔梁,通过对模拟结果的应力云图、损伤云图、位移云图以及荷载-挠度曲线等方面的分析,总结出不同孔洞参数对RPC开孔梁极限承载能力、破坏形态、变形以及延性的影响规律,并提出RPC开孔梁的受弯承载力修正近似计算公式。通过分析研究,主要得出以下结论:(1)在梁纯弯段开设孔洞的RPC梁,开孔面积相同,圆孔梁、方孔梁以及矩形孔梁之间的受弯性能差异不明显,圆孔梁在极限承载力方面表现相对较好,矩形孔梁在延性方面表现优异。(2)在纯弯段,梁的极限承载力及延性随着孔径的增加而减小,变形随着孔径的增加而增大,当开孔直径不超过截面高度的60%,对梁极限承载力的削弱在5%以内。(3)孔洞偏向混凝土受拉区对开孔梁极限承载力、变形以及延性的影响较小,当开孔位置向受压区偏移时,对开孔梁极限承载力、变形以及延性的影响十分明显,尤其对开孔梁延性的削弱较为严重。(4)孔洞在纯弯段时,随着孔洞水平位置向加载点移动,开孔梁的极限承载力及延性会有小幅度下降;当开孔的水平位置位于剪弯段时,开孔梁在承载力以及延性方面会有较大幅度的下降。根据研究所得结论对RPC开孔梁的孔洞设置提供参考建议,为RPC开孔梁在实际工程中的运用提供理论支撑。
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