蔺鹏臻等定义了箱梁剪滞翘曲位移函数并将其应用进行了研究郝育新

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2018年11月29日

  声明:百科词条人人可编纂,词条建立和点窜均免费,毫不具有官方及代办署理商付费代编,请勿上当被骗。详情

  在长宽比大于等于二的T型梁桥中,当翼缘板的端边为自在边时,这种现实上是三边支承的板能够看作沿短跨一端嵌固,另一端为自在端的悬臂板。而当相邻翼缘板在端部互相作成铰接接缝的机关时,可作为一端嵌固一端铰接的铰结悬臂板了。

  跟着交通量的增大和城市空间款式加密,燃油运输车辆和桥下建筑物火警要挟着桥梁布局,火警严峻以至导致桥梁坍塌或局部构件完全粉碎,如局部火警下混凝土箱梁悬臂板塌裂,形成大桥横截面的不均衡受力,对后期加固或更新带来坚苦。因而,局部火警下混凝土箱梁悬臂板的力学行为是值得关心的核心。

  混凝土箱梁悬臂板在不服均火荷载感化下,形成悬臂板根部或悬臂端部混凝土厚度变化不分歧,使得悬臂板抵当横桥向弯矩的能力随火荷载的感化程度而发生分歧的效应,从布局参数上大大减弱了悬臂板抵当弯矩和倾覆的程度。外国粹者在大量试验的根本上成立了多种温度分布形态中钢筋和混凝土等材料的热学参数和力学参数,研究了火警高温场质量热传导的复合节制方程,采用数值模仿的方式及试验测试,阐发了桥梁布局截面的火警温度场及跨中挠度随延火时间的变化关系,关于材料机能和布局全面受火的研究较多,涉及局部火警的研究较少 中国粹者对钢筋混凝土梁的抗火机能进行了全面的研究,对火警后合用于建筑布局材料的力学机能进行了测试阐发 ;资伟等通过试验研究了分歧温度和受火时间对喷水冷却后混凝土尺度抗压试件残剩抗压强度的影响,阐发了高温后混凝土试块150mm×150mm×150mm 的受压粉碎特征,揭示了混凝土尺度抗压试件残剩抗压强度与受火温度和受火时间的耦合纪律王景玄等操纵数值模仿和多标准建模的方式研究了钢管混凝土组合框架的耐火机能,蔺鹏臻等定义了箱梁剪滞翘曲位移函数并将其使用进行了研究郝育新等操纵况;赵文胜等研究了轴向流中悬臂柔性板流固耦合动力特征;张岗等对整跨火警高温下混凝土箱梁的高温场形变进行了计较阐发,提出了非火警形态下混凝土箱梁悬臂板无效分布宽度的计较方式,成立了情况火警模子,研究了火警高温下混凝土实心薄壁墩的层剥 效 应 和 T 型 截 面 梁 的 剪 力 滞 与 桥 面 平 整度 。目前关于常温前提下混凝土箱梁剪力滞及箱梁悬臂板的力学特征研究颇多,然而局部火警高温下混凝土箱梁的局部构件力学机能研究为空白。为此,本文在相关研究的根本上,对局部火警下混凝土箱梁截面的温度场和纵桥向温度场进行了计较阐发,研究结局部火警下混凝土箱梁悬臂板的变形与无效分布宽度,可为混凝土箱梁的抗火适用设想方式的提出与灾后混凝土箱梁加固供给根据。

  箱形截面梁高150cm,顶板宽度为490cm,底板宽度为170cm,截面高度为170cm,悬臂板长度160cm,箱形截面梁跨长为16.0m。针对箱梁悬臂系统板式布局力学机能进行计较,阐发局部强热模式下混凝土箱梁悬臂板的力学效应。混凝土采用C50,主拉钢筋采用 级钢。采用局部火警高温模式,跨中悬臂板和腹板局部升温(按尺度火警ISO834升温曲线加热)。

  =1.7m)在4个温渡过渡区。通过热辐射距离与温度之间的变化阐发各温度区温度,测试温度沿跨径的分布纪律,计较火警高温200min分歧强热范畴和荷载感化分歧位置钢筋混凝土箱形截面简支梁悬臂板的变形情况;阐发其无效分布宽度,确定其耐火极限。

  箱梁单侧腹板和翼缘板下侧受火,所以迎火面温度相对其它部位较高,因为混凝土为热的不良导体,相对侧腹板和翼缘板处于背火区,背火区不受影响,温度无变化;从箱形截面外侧到内侧,火警温度逐步降低,呈较着的梯度分布;跟着火警时间的延长,高温层逐步向内扩展,扩展宽度递增,呈半渗层状分布。因为在跨中局部强热,布局与局部强热场在顺桥向沿跨中呈对称分布,所以取半跨进行分布研究。温度梯度线以强热区为核心沿跨径呈层流状分布,温度逐步降低,梯度分布宽度变大,至跨径两头时温度根基维持30摆布,远离强热区温度降低幅度大。测点

  远离火源强热区,温度变化趋向迟缓,受局部高温辐射影响小。由此申明火警的局部效应显著。

  因为火警高温对混凝土箱梁受火区材料力学特征的严峻影响,使得跨中截面刚度全体下降,跨中悬臂板变形随延火时间逐步增大,在荷载比

  =1.000的工况下,延火初始,混凝土箱梁悬臂板荷载点挠度为2.5cm;在荷载比

  =1.125的工况下,延火初始,混凝土箱梁悬臂板荷载点挠度为3.5cm在荷载比

  =1.250的工况下,延火初始,混凝土箱梁悬臂板荷载点挠度为4.5cm;然局部火警下布局机能在横桥向不合错误称,迎火面与背火面混凝土箱梁悬臂板变形分歧步,迎火面悬臂板挠度随延火时间的添加逐步增大,背火面悬臂板挠度随延火时间的添加直线下降,迎火面悬臂板挠度变化趋向较着大于背火面悬臂板挠度的变化趋向,而且挠度随荷载比的添加呈非线性增加关系。由此申明悬臂板挠度受强热位置、延火时间和荷载比的影响显著。

  迎火面悬臂板无效分布宽度随延火时间的添加逐步减小,申明随延火时间的添加悬臂板单宽弯矩峰值添加,悬臂板趋于晦气形态,而荷载比对悬臂板无效分布宽度的影响较小;背火面悬臂板无效分布宽度随延火时间的添加逐步增大,申明随延火时间的添加悬臂板单宽弯矩峰值减小,悬臂板趋于有益形态,而荷载比对悬臂板无效分布宽度走向的影响较小。

  (1)箱梁单侧腹板和翼缘板下侧受火,迎火面温度相对其他部位较高,背火区不受影响,温度无变化;从箱形截面外侧到内侧,火警温度逐步降低,呈较着的梯度分布;跟着延火时间的延长,高温层逐步向内扩展,扩展宽度递增,呈半渗层状分布;温度梯度线以强热区为核心沿跨径呈层流状分布,温度逐步降低,梯度分布宽度变大,至跨径两头时温度根基维持30摆布,远离强热区温度降低幅度大,火警的局部效应显著。

  (2)迎火面悬臂板挠度随延火时间的添加逐步增大,背火面悬臂板挠度随延火时间的添加直线下降,其变化趋向较着大于背火面悬臂板挠度的变化趋向,而且挠度随荷载比的添加呈非线性增加关系。由此申明悬臂板挠度受强热位置、延火时间和荷载比的影响显著。

  (3)随延火时间的添加迎火面悬臂板单宽弯矩峰值添加,悬臂板趋于晦气形态,而荷载比对悬臂板无效分布宽度的影响较小;背火面悬臂板无效分布宽度随延火时间的添加逐步增大,申明随延火时间的添加悬臂板单宽弯矩峰值减小,悬臂板趋于有益形态,而荷载比对悬臂板无效分布宽度走向的影响较小。

  (4)本文在给定火警区域内研究了混凝土箱梁的悬臂板变形与无效分布宽度,后续可研究变区域火警的混凝土箱梁悬臂板力学特征。

  低速流场中悬臂板的气动弹性行为能够用来注释现实中的很多现象,如机翼颤振、旗号飘动和打鼾等。比来,研究操纵柔性悬壁板的颤振来收集能量用于发电。因而,低速流场中悬臂板的非线性气动弹性特征研究是一项很成心义的工作。关于低速流场中的非线性气动弹性问题,晚期的研究能够追溯到二维景象,做细致致的综述,二维问题中极限环振荡混沌活动等现象都已通过数值计较或尝试等手段发觉。对于三维问题,非线性效应比二维环境要复杂的多。通过耦合非定常涡格法和计较布局动力学的方式成立了一个非线性气动弹性模子,并研究了切尖三角翼和小展弦比长方形机翼在低速流场中的极限环振荡特征。研究发觉这些非线性气动弹性现象次要受布局几何非线性效应的主导。 采用无限元和势流理论方式研究了柔性毗连翼的非线性气动弹性特征。 采用势流理论方式研究了大柔性机翼的后颤振响应特征,他们发觉流场的非定常效应会对机翼活动发生主要影响。

  Suleman 基于布局无限元方式和Relvas非定常涡格法也成立了一个非线性气动弹性模子并研究了柔性悬臂板的极限环振荡现象。国内尹维龙和田东奎基于势流理论方式研究了二维柔性翼型的气动弹性特征。谢长川等 基于势流理论和布局无限元方式研究了柔性机翼的低速颤振特征,成果发觉布局几何非线性效应对柔性翼的颤振鸿沟有主要影响。张健和向锦武基于ONERA失速气动力模子和非线性梁模子研究了柔性飞机的非线性气动弹性特征。以上研究表白,低速流场中三维柔性布局的气动弹性建模需要考虑3种非线性效应: 因为布局大变形惹起的布局几何非线性效应; 因为流场涡等惹起的非定常气动力效应; 这两者的耦合效应。起首,对于布局几何非线性问题,Gordnier和Visbal研究表白,气动弹性建模中碰到的次要问题是像vonKarmann板理论等方式在求解几何大变形问题时会发生“锁住”效应。其次,对于低速气动弹性问题,目前国际上普遍采用势流理论方式进行非定常气动力建模。虽然有更切确的方式如CFD等,但在低速问题中柔性布局响应周期往往较长,采用CFD方式会耗损大量计较时间。

  等的研究表白非定常涡格法在计较精确性和计较效率2个方面都能达到较对劲的结果,国内很多学者也采用非定常涡格法研究低速飞翔器的非定常气动力建模问题,该方式还常用于气动力非定常效应很强的扑翼气动弹性现象研究。最初,关于布局几何非线性与非定常气动力的耦合效应Piperno和 Far-

  的研究表白,气动弹性建模中采用松耦合策略会发生必然的数值误差。对于柔性翼如许非线性特征很强的气动弹性问题,松耦合策略可能会惹起较大的误差。

  基于上述非线性无限元求解方式和非定常气动力图解方式能够成立柔性壁板的气动弹性模子。下面简要引见建模中所采用的耦合策略和布局/流场求解器之间的数据互换方式。

  家喻户晓,保守的松耦合策略会发生时间滞后效应。这会导致在每一个时间步计较获得的布局/流体交壤面的位置不精确。然而,在引言中所提到的所相关于柔性悬臂板的研究都是采用松耦合算法。本文的气动弹性建模采用耦合精度更高的强耦合策略,在每一个时间步内引入预估

  校正方式来提高布局/流体交壤面位置的计较精度。FEM暗示无限元求解器。内迭代的收敛尺度给定为相邻两次求得的布局位移向量的相对误差小于1%。此外,在现实的数值算法实现中还应给定最大内迭代步数,以防止呈现永久不收敛的环境,不外在本文的研究中没有呈现这种不收敛的问题。关于上述的强耦合算法需要指出的是当最大内迭代步数给定为1时,强耦合算法将主动退化为松耦合算法。本文强耦合算法的最大内迭代步数给定为10,现实中发觉所有内迭代计较均会在10步以内达到收敛。

  在非线性气动弹性建模中,布局和流体求解器之间的数据互换方式不只影响计较速度,更影响计较精度,出格是当布局变形很大时(例如极限环振荡等),这一问题愈加凸起。本文采用径向基函数方式实现气动网格的变形,这一方式很是适合于大变形过程的动网格插值。气动力的插值与布局位移场插值分歧,它需要包管插值前后力场的等效,即总的力和力矩需要连结守恒。本文采用无限元外形函数插值方式实现气动力的插值。

  本节起首对上述所成立的非线性气动弹性模子进行验证,在此根本上对柔性悬臂板的后颤振特征进行数值仿线 非线性气动弹性模子的验证

  通过一个三角翼极限环振荡(LCO)的数值仿真与尝试成果的对比对所提出的非线性气动弹性模子进行验证。该模子是一个45°的直角三角形平板,厚度为1.6mm,翼根中部60%的部位遭到固 支 约 束。颠末网格收敛性阐发后,气动弹性仿线个实体壳单位。气动网格的大小为60×20(弦向×展向)。尾涡的长度取为弦长的4倍。在来流速度小于26.0m/s时,本文的计较成果比计较成果要大,两者之间的不同跟着流速的增大而逐步减小。在较高的来流速度时,计较成果与尝试成果很是接近,而且与Attar等采用高精度无限元方式的计较成果也很是接近。在较低的速度范畴时,计较的颤振点和极限环振荡成果与 Cavalaro等的成果比力接近。需要指出的是在较低的来流速度范畴时,本文计较成果与其他两个计较成果的不同次要是因为对布局阻尼的分歧处置导致的。At-tar和Cavalaro等别离采用了分歧的布局阻尼形式,因为非线性气动弹性计较中布局阻尼的影响是一个比力复杂的问题,目前国际上仍没有定论,因而本文没有考虑布局阻尼。从计较成果的对比来看,本文所提出的非线性气动弹性模子能较好地模仿大幅值的极限环活动。

  此次要是为了验证前文所成立的强耦合策略的准确性。强耦合策略因为带有内迭代过程而比力耗时,对于这里的三角翼模子,保守松耦合策略与强耦合策略的计较成果也比力接近。

  颠末尝试数据验证当前,将所成立的气动弹性模子用于柔性悬臂板的后颤振响应阐发。板的厚度为0.5mm,材料属性如下:弹性模量为 71GPa,密度为 2800k

  /m,泊松比为0.33。需要申明的是方形悬臂板模子偏硬,不适合于较大幅值的极限环振荡研究,而本文第2个算例次要是为了研究较大幅度的极限环振荡,因而本文研究的悬臂板模子尺寸在根本长进行了调整。在数值仿真之前,通过网格收敛性阐发确定采用的计较网格。最终利用的布局网格数量为30×30(弦向×展向),对应的气动力计较网格数量为40×40。计较过程中尾涡的长度为弦长的4倍。

  对柔性悬臂板进行气动弹性数值仿线°。可知,本文采用实体壳单位计较的布局固有频次与解析解和 Nastran的计较成果很是接近,与解析解的最大误差仅为1.49%(二阶)。相平面图表白,当来流速度为46m/s时,布局响应形式为周期性的极限环振荡。当来流速度为54m/s时,布局响应形式为准周期的极限环振荡。当来流速度为58m/s时,布局响应呈现周期加倍现象。当来流速度增大到62m/s和66m/s时,布局响应的纪律变得很是复杂。笔者晚期关于超声速流中壁板颤振的研究表白这种活动形式的变化是一种进入混沌活动的路径。因而,本文初次发觉了低速流场中三维柔性悬臂板很有可能也会以周期加倍的体例进入混沌活动。不外因为本文计较获得的时域响应成果步数无限,尚不克不及断定必然发生了混沌活动,定量的证明将在后续工作中采用降阶的方式进行研究。

  从位移响应曲线还能够看出,在较大来流速度下,布局起首履历一个较大幅值的瞬态响应过程,然后收敛到稳态响应。需要指出的是,本文在气动弹性建模中没有考虑布局阻尼。别的,按照国际权势巨子学者 Haliss

  和Cesnik的研究,势流理论与高精度的气动力计较方式(如CFD方式等)比拟气动阻尼偏小,这可能导致布局的瞬态响应幅值偏大。在Cavalaro等关于柔性毗连翼非线性气动弹性特征的研究中也发觉了雷同的瞬态响应幅值很大的环境,可见这是采用涡格法计较时的一种遍及现象。因为本文次要研究的是布局稳态响应特征,因而有需要调查布局瞬态响应对稳态响应的影响。布局在分歧初始扰动激励下履历了分歧的瞬态响应过程,但最终的稳态响应很是接近。因而申明布局瞬态响应不会对稳态响应形成很大影响。以上研究表白低速流场中柔性悬臂板的后颤振活动具有很强的非线性特征,因而有需要对此中的非线性要素进行深切研究。下面将从布局几何非线性、气动力非线个方面进行阐发。

  几何非线性效应次要是由布局内部应力对布局刚度的影响形成的,此时布局刚度发生了较大变化,几何非线性效应已很是较着。除告终构几何非线性,气动力非线性可能也会对柔性悬臂板的后颤振响应发生主要影响。下面次要调查尾涡和翼尖涡对非线性气动力的贡献。

  当不考虑翼尖涡时,布局的稳态响应形式为动态屈曲。虽然初始迎角为0°,但在瞬态响应过程中,布局发生了扭改变形,翼面上本地迎角不为0°,所发生的升力使得布局最终在某一均衡位置附近做幅值很是小的动态屈曲活动,这种现象在笔者晚期关于超声速气流中悬臂板的混沌活动研究中发觉过。但考虑翼尖涡后,布局响应形式完全分歧。

  在来流速度为54m/s和66m/s时别离采用松耦合、改良的松耦合以及强耦合策略的计较成果对比。这里的改良松耦合策略为Relvas和Suleman在研究类似柔性悬臂板非线性气动弹性问题时所采用的耦合体例。在较低的来流速度54m/s时,改良的松耦合体例与强耦合体例的计较成果很是接近,而松耦合算法与强耦合算法的差别跟着时间的推移会逐步增大。在较高的来流速度66m/s时,不管是松耦合仍是改良的松耦合体例与强耦合体例的不同都长短常大的。

  细心阐发还发觉,在数值仿真过程中前述柔性三角翼与柔性悬臂板在最大来流速度时布局的位移响应均达到了板厚度的20倍摆布,因而,2个模子的几何非线性效应都是很强的。但在柔性三角翼的研究中,当来流速度较高时,分歧的耦合策略计较获得的位移响应不同不大。而对于柔性悬臂板模子,分歧的耦合策略计较获得的位移响应相差却很大。2个模子的次要区别在于气动力非线性效应的强弱,对于柔性三角翼,因为不具有翼尖涡惹起的非线性气动力,因而,其气动力非线性效应要弱于柔性悬臂板。据此可知,在小展弦比大柔性布局的非线性气动弹性数值仿真时,当只要布局几何非线性效应占主导地位时,分歧耦合策略的计较成果不同可能不是很大。当布局几何非线性与气动力非线性效应均较强时松耦合策略和改良的松耦合策略城市惹起很大的误差。

  成立一个新的非线性气动弹性模子对低速流场中柔性悬臂板的后颤振特征进行了数值仿真。布局几何非线性问题采用多变量无限元方式求解,非定常气动力采用非定常涡格法求解,实现告终构与气动力图解器之间的强耦合算法。采用柔性三角翼模子对所提出的气动弹性模子进行了验证,成果表白,对于大柔性布局的非线性气动弹性问题,所提出的算法能够给出较好的仿真成果。

  初次发觉了在低速流场中三维柔性悬臂板可能会以位移响应周期加倍的形式进入混沌活动。数值仿真成果表白,在柔性悬臂板的后颤振响应中,布局几何非线性效应和气动力非线性效应对布局活动都有很大影响。此中,气动力非线性效应次要由翼尖涡惹起,而尾涡的变形对非线性气动力的贡献相对较小。在小展弦比大柔性布局的非线性气动弹性数值仿真时,当只要布局几何非线性效应占主导地位时,松耦合策略与强耦合策略的计较成果可能不同不是很大,此时能够采用松耦合策略或改良的松耦合策略。当布局几何非线性与气动力非线性效应均较强时必需采用强耦合策略。

  需要申明的是本文目前只是初步研究告终构几何非线性、气动力非线性和耦合策略对柔性布局非线性气动弹性仿真的影响。下一步的工作将对其他非线性要素如布局阻尼效应等进行研究。别的,还将开展相关的风洞试验研究。sat学习计划时时彩三码不定位技巧五分彩全天计划

(编辑:admin)
http://dantescafe.net/xuanbiban/61/