钢筋混凝土疲劳性能的非线性有限单元法分析

为分析海洋混凝土结构在波浪及海流等荷载作用下的疲劳特性,基于试验结果分析,我们建议了一个用弹塑性增量变刚度法分段跟踪疲劳应力-应变关系曲线及应力循环次数与疲劳应变关系曲线相结合的非线性有限元分析法.混凝土的本构模型采用内时损伤模型.该分析方法的特点是利用较少的机时,就可分析得出结构经过任一疲劳次数(包括上百万次)高周疲劳全过程后的应力、应变状态.这在国内外尚属少见,从而为海洋混凝土结构疲劳特性的有限元分析及用分析法部分代替冗长、昂贵的疲劳试验提供了条件.为验证分析方法的可靠性,我们对海洋平台中经常遇到的钢筋混凝土板的疲劳特性进行了分析,所得计算结果与试验结果符合较好,证明了本文所建议方法的可行性.     

钢筋混凝土板的数值模拟分析

在钢筋混凝土板结构分析中,模拟用以描述混凝土各向同性及各向异性性态的本构方程仍旧是结构工程中最困难的任务之一。本文对静荷载作用下的钢筋混凝土板就弹性、塑性及开裂条件等性态进行了数值模拟分析。退化厚壳单元用于对结构沿厚度分层散化。混凝土的性质沿厚度分层指定。钢筋模拟成线单元。为了模拟混凝土压缩性态,分别应用了理想塑性及应变硬化模式。     

非线性海床土对钢悬链式立管触地点动力响应和疲劳损伤影响分析

基于钢悬链式立管(SCR)动力分析程序CABLE3D,采用大挠度柔性梁理论建立SCR的运动方程,将线性海床模型扩展为考虑海床土吸力的非线性海床模型,采用非线性有限元方法对控制方程进行离散,时域内积分采用Newmark-β法,开发出新的计算程序。通过算例分析上部浮体垂荡运动幅值、海床土剪切强度、海床土剪切强度梯度对SCR触地点区域动力响应和疲劳损伤的影响。分析结果表明:SCR触地点区域动力响应和疲劳损伤对上部浮体垂荡运动幅值和海床土剪切强度的变化较为敏感,疲劳损伤在触地点区域最大,远大于悬垂段和流线段,在设计过程中应采取一定的加强措施。     

关于Hammerstein非线性积分算子的一些结果

在Hammefstein非线性积分方程的讨论中。核函数的性质起重要作用。本文讨论了关于核函数的几种常用假设之间的关系．这对于比较、推广和改进积分方程的一些结果是有益的。     

二维潮流数学模型的四边形等参单元法

本文在有限差分和有限元法的基础上，采用四边形等参单元，对在河海域进行了潮流数学模型计算，计算表明：该方法既能较好地拟合边界，又可减少网格划分等前期工作，所得结果与实测资料基本一致。     

系泊链海水疲劳性能初步研究

通过试验研究了直径最大到187 mm的R4和R4S级系泊链在人工海水中的疲劳性能。根据疲劳试验得到了相应载荷振幅下的疲劳循环次数,并将结果和DNVGL OS-E301及API RP 2SK中的设计曲线进行了比较和分析。通过链环有限元计算,结合实际试验结果,验证了链环在拉伸载荷下的应力分布和断裂热点,为进一步分析系泊链疲劳失效机理和海洋平台系泊系统设计提供了有效的试验数据。     

海洋平台结构系统的疲劳可靠性研究

本文综合运用概率统计学理论、结构的疲劳损伤机理和失效树理论,提出了可通用于各类海洋平台结构系统疲劳可靠性评价的误差截断分析法,通过海洋平台实例验证了方法的通用性和可靠性。     

深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析

在时域内分析深水钢悬链立管在平台运动和波流载荷共同作用下的非线性动力响应;采用雨流计数法处理立管节点应力的时间历程,选用DoE.E型S-N曲线分析立管在单一海况和平台运动联合作用下的疲劳损伤;将各方向含概率分布的疲劳损伤进行叠加,得到立管整体的全方向疲劳损伤及疲劳寿命。平台的运动为六自由度的运动预报数据,波流载荷由某海域实际的波浪统计数据采用Morison公式计算所得。计算结果表明钢悬链立管疲劳寿命的极值点分别位于悬挂点附近和触地点附近,对立管疲劳寿命极值点各方向疲劳损伤分布情况进行了分析。所提方法为钢悬链立管疲劳分析提供了新思路,给出的结论对钢悬链立管设计分析有一定借鉴意义。     

极端海洋环境对海洋平台疲劳寿命的影响

基于渤海和南海的海洋平台设计环境条件,分析了近年来我国近海极端海洋环境条件的发生规律及其对海洋平台疲劳设计条件的冲击。采用Miner’s线性累积疲劳损伤准则和疲劳可靠性理论,研究了极端海况引起的疲劳损伤对海洋平台疲劳寿命的影响,提出了考虑极端海洋环境条件的海洋平台疲劳设计方法。研究表明,由于近年来全球气候变换带来的极端气象条件频发,导致海洋工程结构经历传统意义上的多年一遇海洋环境条件的概率大大增加,使得现行的海洋平台疲劳设计条件偏离了实际的海洋环境条件。数值算例表明,极端海况引起的疲劳损伤在总的疲劳损伤的比例大大增加,甚至成为疲劳损伤的主要部分。因此,这些极端海况引起的疲劳损伤对结构疲劳寿命的影响不容忽略,考虑极端海洋环境条件的海洋平台疲劳设计符合近年来的灾害性海况频发的现状。     

冷却剂参数对铣槽喷管低周疲劳寿命的影响

采用有限体积流固耦合计算方法、非线性有限元热结构耦合分析方法和局部应变法研究大面积比铣槽喷管三维再生冷却槽道在循环工作条件下的热结构变形与低周疲劳寿命,并对比分析了冷却剂质量流量与入口温度对铣槽喷管疲劳使用寿命的影响。计算结果表明,铣槽喷管热结构响应呈现复杂的三维效应,应变较大位置主要分布在与肋连接的内衬区域,喷管中部的残余应变量最大;冷却槽道低周疲劳寿命分布和热结构响应基本一致,最小寿命位于喷管中部与肋相连的内衬区域燃气侧;随冷却剂质量流量增加,铣槽喷管低周疲劳寿命不断提高;随冷却剂入口温度增加喷管尾部低周疲劳寿命值不断降低,而喷管中前部的低周疲劳寿命值却不断提高,当冷却剂入口温度为280K左右时,本文的铣槽喷管总体使用寿命达到最大。      

双边多单元造波机造波性能分析

由若干独立摇板组成的多单元造波机是实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备。由于单元摇板宽度和波浪周期对斜向波浪模拟方向角的限制、斜向波浪模拟引起的杂波和三维短峰波浪模拟的有效实验区范围等,是影响多单元造波机波浪模拟质量的关键问题。通过对海洋深水池双边多单元造波机性能的分析,获得了波向角与规则波浪周期的关系,避免杂波产生的波浪周期范围和三维短峰波浪有效实验区的范围。分析结果对于海洋深水池高质量模拟波浪并为海洋工程结构物模型试验提供良好的波浪环境条件具有重要意义。     

应用切割单元法对海底管道局部冲刷数值模拟

采用SIMPLEC算法的有限体积法,求解非定常流动的N-S方程,采用k-ω紊流模型,通过模拟均匀无粘性推移质的冲刷和淤积,得到海底管道由搁置在海床上的状态变为悬跨状态这一过程的管道周围局部海床冲刷情况,建立了海底管道局部冲刷的二维数值模型。海底管道从搁置在底床上到冲刷悬空的过程中,管道周围的空间产生了拓扑变化,这给采用贴体网格并在计算过程中进行网格重构的传统方法带来了很大困难,而采用切割单元法,把物体轮廓从静止的背景直角坐标结构化网格中切割出去,计算过程中不需要传统意义的网格重构过程。数值模型预测的海底管道周围局部冲刷结果与Mao的物理模型实验实测结果及Liang和Cheng等的数值模拟结果符合较好,验证了模型的准确性。     

导管架圆管风致涡激振动对总体疲劳性能的影响

研究了在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动对整体疲劳性能的影响。建立了圆管动力学模型,分析了圆管的动力学特性;固定系数取值0.7模拟实际工程中圆管两端的焊接约束形式,计算了圆管的振动响应;基于线性累积损伤准则和S-N曲线计算了圆管发生风致涡激振动的疲劳损伤度,并根据规范计算出圆管在位阶段的疲劳损伤度,对比总结风致涡激振动对总体疲劳性能的影响以及振动抑制措施对疲劳性能的改善。研究表明,在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动会明显地影响圆管的疲劳特性,降低疲劳寿命,因此可以通过绑定绳索、安装防振锤等手段减少结构的疲劳损伤。     

基于压磁效应的锈胀开裂混凝土梁疲劳性能试验研究

开展了5根锈胀开裂钢筋混凝土梁疲劳试验并实时记录了梁表面的钢筋压磁信号,研究锈胀开裂混凝土梁的疲劳特性和压磁信号演化规律。结果表明梁疲劳寿命随钢筋锈蚀率增大而急剧减小,梁破坏时混凝土剥落,纵筋发生疲劳断裂;磁信号时变曲线随疲劳进程不断演化,在临近疲劳破坏时曲线形态发生明显畸变,能够反映梁疲劳损伤信息;磁感应强度变化幅值的发展符合三阶段特性,在疲劳初期和破坏前增长明显;磁感应强度变化幅值对钢筋锈蚀敏感,随锈蚀率增加而增大,因此建立了疲劳作用不同阶段磁信号幅值和梁内钢筋锈蚀率的相关关系。     

Boussinesq类方程描述有限沙坝地形Bragg反射的性能比较

利用Boussinesq方程,采用线性摄动展开法,求解波浪正向通过有限沙坝地形的一阶反射波解,研究比较Boussinesq类方程描述沙坝地形对波浪的反射作用的性能。通过研究反射系数并与势流理论结果及实验结果对比,发现:邹志利的高阶方程、张永刚及Madsen的方程适用的水深范围较广,而Nwogu和Peregrine的方程仅在共振点附近有效;当入射波的波长为沙坝波长两倍时,反射波产生共振效应(即Bragg反射),反射系数与沙坝振幅和水深的比值以及地形中沙坝的条数成正比;相对势流理论的共振时的反射系数,以张永刚为代表的一系列Boussinesq方程色散精度越高,适用水深范围越广,而高阶方程适用的水深很浅。     

具有对数非线性项和分数阶p拉普拉斯算子的抛物方程解的爆破性质

本文研究带有分数阶p拉普拉斯算子和对数非线性项的一类抛物方程齐次Dirichlet初边值问题解的爆破性质.利用位势阱理论和凹凸性方法,讨论了负初始能量、次临界初始能量和任意正初始能量下解的有限爆破.此外,本文还得到了适当假设条件下爆破时间的上下界.     

基于可靠性的海洋立管疲劳安全系数研究

综合考虑了立管疲劳安全系数取值的相关因素——立管的安全等级、设计寿命、检验周期、载荷和损伤计算方法等的不确定性,提出了基于可靠度的疲劳安全系数确定方法,筛选了用于计算波致疲劳和VIV(涡激振动)疲劳的随机变量,给出了立管波致疲劳与VIV疲劳安全系数的计算流程,并以某SCR(钢悬链线立管)为例进行了安全系数计算。结果表明,该方法的计算结果优于传统的安全系数确定方法,尤其适合于特殊工程方案或新颖设计的立管疲劳校核。     

一类非线性微分方程的非平凡解

本文讨论了一类非线性二阶常微分方程 (um+ 1(x) )″+(x- 1) p(x) u′(x) =0 ;x∈ (0 ,1],m>0 ,非平凡解的存在问题 ,用非线性算子方法证明了非平凡解的存在性以及惟一性。从而使W.OKRASINSKI发表于《数学分析与应用》的论文“一类非线性常微分方程的非平凡解”中的部分结果成为本文的 1个推论。     

节理统计锥体单元法的探讨

本文提出在投影球内建立锥体单元统计系统,直接计算以产状表示的单元轴线与节理法线的夹角,统计该夹角小于单元锥角半角的数目。统计结果更合理、可靠。     

基于非线性理论的海底管跨涡激共振可靠性研究

管跨的涡激振动是引发管跨发生共振失效和疲劳失效的主要因素之一，也是对管跨进行可靠性设计、可靠性评估工作所要解决的主要问题。针对由涡激振动引发的海底管跨共振失效和疲劳失效两种主要失效形式，基于非线性动力学理论、随机过程理论和可靠性分析理论，建立了更为符合海底管线实际工况的共振失效和疲劳失效的可靠性分析方法。