摘要：中国海上风电进入规模化、高效化开发阶段。支撑海上大型风电机组需要结构性能更好和经济性更优的新型塔架形式。预应力复材双壁风电塔架是香港理工大学研发的一种新型塔架,具有耐久性好、承载力大以及稳定性高等特点,可以提高塔架服役全寿命周期的经济性。以支撑12 MW海上风电机组的预应力复材双壁塔架为实例,基于现行设计规范要求和有限元模型,对预应力复材双壁塔架的结构分析方法和设计过程进行了研究。结果表明:预应力复材双壁塔架的频率能够符合风电机组要求;塔架具有较高的压弯、受剪和受扭承载力,满足承载能力极限状态要求;塔架在正常使用极限状态下的应力、应变、混凝土裂缝宽度及塔顶变形均小于现行规范限值;采用一种简化方法评估了塔架截面的疲劳性能,截面钢管和混凝土均符合疲劳要求。可以为预应力复材双壁风电塔架的设计和工程应用提供参考。

摘要：建立磁流变阻尼器的动态模型以描述其强非线性动力学行为是智能磁流变控制系统设计及应用的关键环节之一。泛化能力是衡量基于人工神经网络技术的磁流变阻尼器非参数化模型性能的重要指标,也是保证控制系统稳定性和可靠性的重要因素。基于磁流变阻尼器的动力学试验数据,提出贝叶斯推理分析框架下的非线性自回归(nonlinear autoregressive with exogenous inputs,NARX)神经网络技术建立磁流变阻尼器的动态模型,通过网络结构优化和正则化学习算法的结合以有效地提高模型的预测精度和泛化能力。研究结果表明,基于贝叶斯推理的NARX网络模型能够准确地预测磁流变阻尼器在周期和随机激励下的非线性动态行为,同时验证了该模型相比于非正则化模型在泛化性能方面的优越性,因此,有利于实现磁流变控制系统的实时、鲁棒智能化控制。

摘要：圆台形大空心率中空夹层钢管混凝土(TLHR-CFDST)基于传统中空夹层钢管混凝土(CFDST)发展而来,在实际工程中常受到压-扭复合荷载作用。为研究TLHR-CFDST构件的压扭性能,设计了6个试件并进行静力加载试验,主要试验参数包括锥角、空心率和轴压比。在试验的基础上,建立TLHR-CFDST压扭构件的有限元模型,进一步分析其工作机理和参数影响。结果表明:在压扭荷载作用下,TLHR-CFDST构件在上部截面发生破坏;当锥角增大时,构件的抗扭刚度和受扭承载力下降,而空心率对受扭承载力影响较小;当轴压比不超过0.4时,构件表现出良好的延性,但当轴压比大于0.4后,构件的扭矩-扭转角曲线出现下降段,受扭承载力有较大程度的降低;在钢管的约束下,混凝土受扭开裂后可以继续承担荷载;构件在不同参数下的压扭承载力相关曲线基本一致。基于承载力相关方程,建立了适用于TLHR-CFDST构件的压扭承载力计算方法,该方法预测的承载力与试验及数值计算结果吻合较好。

摘要：被动柔性防护网是一种常见的落石灾害防治措施。针对当前落石被动柔性防护网尚无适用的工程化设计方法的现状,以非线性计算过程中结构内能与设计防护能级相等作为加载完成的判别准则,建立了落石被动柔性防护网的非线性静力设计方法。基于LS-DYNA对250~5000 kJ共8种常用能级的被动柔性防护网开展非线性动力分析,明确了冲击力的分布范围及相对大小,形成了适用于不同能级落石被动柔性防护网非线性静力设计的荷载模式。为了有效模拟被动柔性防护网特殊的受力特征,开发了由索单元与受拉弹簧单元组成的非线性耗能单元用于耗能器模拟,开发了内部由多段索单元组成的滑移索单元用于滑移边界以及网环单元模拟。基于对网片冲击试验的反演和3500 kJ被动柔性防护网的设计及足尺冲击试验检验,验证了所提出的落石被动柔性防护网非线性静力设计方法的有效性。

摘要：多层地基水平受荷桩的受力变形特性分析是设计中的关键步骤。针对传统有限单元法在准确性与计算效率上的不足,提出了一种用于分析该类桩基的高性能有限单元法。该法构建了一种桩单元,并采用分布在单元内部的连续"土体弹簧"反映非线性桩-土相互作用。其最大特点是在桩单元内部整合了"土体弹簧",即桩单元同时包含了桩体与土体信息。推导了适用于多层地基中的桩单元,并引入高斯-勒让德方法简化总势能求和过程;推导了单元刚度矩阵并运用在牛顿-拉夫逊增量迭代数值分析中,引入割线关系减少迭代过程中的累计误差。此外,该法还通过更新拉格朗日方法来考虑几何大变形。算例结果表明:高性能有限单元法与解析解及现场试验结果吻合较好;在多层地基条件下,桩单元模型较离散弹簧单元模型可大幅减少单元数目及计算时长,可有效提高计算效率。

摘要：变截面构件具有造型优美、自重轻及用料省等特点,被广泛应用于幕墙、厂房、桥梁、网壳等大跨度结构。传统变截面构件的设计方法采用一阶线性分析理论,无法反映构件在复杂结构中的真实内力与变形。基于有限元理论,提出适用于大变形、大转角等非线性问题的变截面构件直接分析法。推导出构件最不利几何缺陷模型及包含该缺陷的高阶变截面欧拉-伯努利梁柱单元,提出用于稳定设计的变截面构件承载力计算公式。验证算例表明,该一单元一构件的分析设计方法准确高效,可应用于任意变截面结构形式的分析与设计。

摘要：直接分析设计法,是一种通过在数值模型上更加精确地表征结构真实形态,采用非线性分析来获取结构的响应,不需要计算长度法进行构件受压稳定承载力验算的先进方法。该方法对数值计算提出了更高的要求,需要考虑几何非线性和材料非线性。因此,亟需针对直接分析设计法相关的基础理论展开研究。本文主要探讨适用于直接分析法的二阶弹塑性分析,介绍了一种基于柔度法的高性能梁柱单元(FBMI)。该单元采用力的平衡关系作为形函数,具有较高的精度。同时,该单元不仅能考虑轴力和弯矩的相互作用,且在单元推导过程中直接使用函数表征构件的几何初始缺陷,满足规范的相关要求。运用基于纤维截面技术的塑性区法,能够显式地考虑钢构件残余应力的影响,较为精细地模拟构件沿截面方向和沿构件方向的屈服过程。

摘要：为了同时提高振动能量俘获系统的效率和实用性,俘能器主结构的振动特性与环境振动特性的匹配度显得尤为重要.非线性系统复杂的动力学行为为设计高效的俘能器奠定了基础,但结构一旦被设计、生成出来,其工作频率往往是固定的,无法根据环境中的振动而发生相应的改变.本文利用可移动铰支座和非线性磁力设计了一种具有双稳态特性的宽频压电俘能器,通过拓宽压电俘能器的工作频带,来匹配环境中较宽的振动频率.为了保证系统低频宽带的俘能效果,详细分析了结构的长度比、磁间距、负载阻抗、外激励频率和幅值等对系统线性刚度、非线性刚度以及动力学行为的影响,并进行了实验验证.首先将系统简化为欧拉-伯努力梁,利用拉格朗日方程建立系统的非线性动力学方程,并利用谐波平衡法进行求解.针对理论分析给出的不同外激励频率下的最优长度比,搭建了实验平台进行验证.理论和实验的结果表明:非线性磁力的引入使系统呈现负刚度特性,使俘能器能够在单稳态和双稳态之间的变换,实现低频俘能效果;通过调节可移动铰支座的位置,改变系统的长细比,能够实现从0到16 Hz的宽频俘能效果.

摘要：为研究由热轧圆钢管冷拔成型的椭圆钢管短柱的轴压性能,分别对空腹和填充轻骨料混凝土的椭圆钢管短柱进行试验,分析椭圆钢管和轻骨料混凝土的材料性能以及短柱试件的承载能力、破坏模式、延性等。结果表明:与母材热轧圆钢管相比,冷拔成型椭圆钢管短柱表现出较低的承载力和延性;填充轻骨料混凝土能够显著提高试件的承载力和延性;相比于椭圆钢管短柱,填充混凝土对圆钢管短柱轴压承载力和延性提高程度大,且壁厚小的试件轴压承载力和延性的提高程度大(约10%);通过与国内外相关设计规范计算结果的对比,现行针对热处理椭圆钢管短柱承载能力计算方法可用于冷成型椭圆钢管短柱承载能力计算,EC4规范可以较准确的估计圆钢管混凝土试件的承载能力,我国CECS 28:2012钢管混凝土结构技术规程适用于壁厚较小的冷成型椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力计算,壁厚较大的冷成型椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法有待进一步研究。

摘要：为研究大跨混凝土斜拉桥施工过程中结构的断索动力响应,以湖南赤石特大桥火灾后九根拉索断裂的事故为背景,采用有限元软件建立了赤石特大桥的非线性动力实体有限元分析模型,通过对比灾后检测得到的索力、主梁和索塔位移及裂缝开展情况与有限元模型中相应的计算结果,证明了模型的有效性。基于已验证的有限元模型,对斜拉桥结构在多根拉索断裂过程中的动力响应进行了分析。结果表明:(1)拉索静态断裂只会对断索区域附近的截面内力和索力造成影响,而拉索骤断引起的冲击作用则会导致全桥结构都产生较大内力变化;(2)单侧索面部分拉索断裂导致主梁顶板及腹板受到扭矩和双向弯矩的共同作用而产生大量裂缝,裂缝在第五根拉索断裂后出现;(3)主梁扭矩、竖向弯矩和横向弯矩最不利截面在断索过程中的动力放大系数分别在1.09~1.55、1.21~2.05及1.21~1.76,最大主压应力动力放大系数在1.02~1.58;(4)预应力筋及拉索最大拉应力的动力放大系数分别在1~1.9及1.05~1.4;(5)索塔塔顶位移动力放大系数在1.23~1.65。