弹塑性理论范文

弹塑性理论范文（精选12篇）

弹塑性理论 第1篇

超高压圆筒的自增强,是指圆筒制成后投入运行之前进行加压处理,此压力要超过圆筒内壁初始屈服压力,使筒体内壁出现塑性变形,形成一定厚度的塑性层;而其余部分仍保持弹性状态,成为弹性层。保持该压力一段时间后卸压,筒体塑性部分(内层)因有残余变形而不能恢复到原来位置。外层材料的弹性层收缩,使已产生塑性变形的内层产生压缩残余应力,而外层弹性层因收缩受到阻碍而产生拉应力。容器投入运行承受操作内压时,由内压引起的拉伸应力与内壁压缩残余应力相叠加,使本来应力最大的内壁应力值得以降低,而外壁材料的拉伸残余应力与工作应力叠加后,应力水平增高,因而筒体沿壁厚方向的应力分布变得均匀。这种利用容器自身弹塑性变形产生预加应力,从而提高承载能力的方法称为“自增强”(Autofrettage),日本称之为“自紧”[1]。

自增强圆筒的最大优点是施加工作内压后,应力最大的内壁应力降低了,应力分布变得比较均匀,全部应力维持在弹性范围内,弹性操作范围扩大,弹性承载能力提高。特别是当工作压力比内壁屈服压力高时,自增强处理更成为必要的手段。自增强的另一个突出优点是,圆筒内壁存在压缩残余应力。操作时将使内壁平均应力降低,疲劳强度显著提高。在自增强技术中,确定最佳弹塑性截面半径是关键。

1 损伤自增强分析

自增强圆筒在得到压缩残余应力而使厚壁圆筒产生自增强的同时,不可避免地对容器造成了损伤[2]。

超高压容器产生自增强效应的机理与陶瓷微裂纹增韧的机理是相同的。超高压容器经自增强处理时,在反应器器壁内产生大量的位错,这些位错的存在导致材料发生损伤,同时产生部分次裂纹(这些裂纹较客观裂纹小些),在卸载后就形成稳定的裂纹残存在材料中,在外力的作用下,这些稳定的次裂纹将失稳扩展,而在裂纹周围形成诱发的更细小的裂纹,这些细小裂纹形成的微裂纹区,对于次裂纹形成屏蔽,从而导致材料非线性的应力-应变关系[3]。虽然材料受到损伤,但并没有丧失承载能力,当卸载后,损伤是不可逆的,产生的损伤残存在材料中。

本论文鉴于材料损伤增韧的机理,应用损伤力学知识,从损伤力学角度建立超高压容器自增强损伤理论模型。

2 基于损伤理论的超高压容器自增强相关参数计算公式

在利用自增强理论设计计算超高压容器时,最佳自增强处理压力、最佳弹塑性界面半径是主要的参数。根据损伤理论,这几个主要参数的计算公式如下:

自增强损伤压力:

临界损伤半径:

式中:Ri、R0、Rc厚壁圆筒内半径、外半径、弹性区域损伤区交界面半径;

σs材料的屈服强度;

E、μ材料的弹性模量、泊松比;

Dc临界损伤变量;

Dr、Dt厚壁圆筒径向、环向临界损伤变量,由式(3)计算:

3 设计计算实例

3.1 主要尺寸及性能参数

某化工厂聚乙烯生产装置是典型的超高压容器,该容器采用的是自增强技术,材料为25Cr2MoV,屈服极限为σs=715 MPa,强度极限为σb=821 MPa,其结构见图1。

3.2 容器的弹塑性界面半径分析

3.1.1 理论计算

分别采用理想弹塑性模型和损伤模型对三种不同规格的厚壁圆筒进行了计算,其内半径分别为19.96 mm、19.95 mm、20.09 mm,外半径分别为43.1 mm、42.98 mm、43.08 mm。其计算依据和结果见表1。

3.1.2 结果分析

从上面表1可以看出,在自增强压力不变的情况下,基于损失的厚壁圆筒的弹塑性交界面半径与实测值的误差分别为:0.425%、0.69%、1.151%,理想弹塑性模型计算得到的结果与实测值的误差分别为1.53%、0.20%、0.914%。由此可以看出,在自增强压力不变的情况下,基于损失的厚壁圆筒的弹塑性交界面半径计算结果与实测值更接近,其误差均在1.5%以内。

4 结论

本文利用基于损伤自增强模型计算超高压反应管的弹塑性交界面半径,并与同参数的理想弹塑性模型和实际测得的弹塑性交界面半径值进行了对比,从表1中可以看出自增强损伤力学模型得到的弹塑性交界面半径数值的误差最小,同理想弹塑性模型相比其计算的计算精度有所提高。从而说明本论文给出的的基于损失的厚壁圆筒弹塑性交界面半径计算思路是正确的,为将来准确预测和控制自增强容器残余应力,提供了理论依据。

摘要：在自增强技术中,确定最佳弹塑性界面半径是关键。在利用自增强理论设计计算超高压容器时,最佳自增强处理压力、最佳弹塑性界面半径是主要的参数。分别采用理想弹塑性模型和损伤模型对三种不同规格的厚壁圆筒进行了计算,并与同参数的理想弹塑性模型和实际测得的弹塑性交界面半径值进行了对比,从而说明给出的基于损失的厚壁圆筒弹塑性交界面半径计算思路是正确的,为将来准确预测和控制自增强容器残余应力,提供了理论依据。

关键词：超高压容器,自增强,最佳弹塑性界面

参考文献

[1]潘祖仁.化工和石油化工概论.北京:中国石化出版社,1995

[2]刘长海.超高压管式反应器安全工程中损失问题的研究.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2003

[3]郑修麟.金属疲劳的定量理论.西安:西北工业大学出版社.1994:1—6

[4]邵国华.超高压容器设计.上海:上海科学技术出版社,1984

弹塑性力学总结读书报告 第2篇

弹塑性力学是固体力学的一个重要分支，是研究可变形固体变形规律的一门学科。研究可变形固体在荷载（包括外力、温度变化等作用）作用时，发生应力、应变及位移的规律的学科。它由弹性理论和塑性理论组成。弹性理论研究理想弹性体在弹性阶段的力学问题，塑性理论研究经过抽象处理后的可变形固体在塑性阶段的力学问题。因此，弹塑性力学就是研究经过抽象化的可变形固体，从弹性阶段到塑性阶段、直至最后破坏的整个过程的力学问题。弹塑性力学也是连续介质力学的基础和一部分。弹塑性力学包括：弹塑性静力学和弹塑性动力学。

弹塑性力学的任务是分析各种结构物或其构件在弹性阶段和塑性阶段的应力和位移，校核它们是否具有所需的强度、刚度和稳定性，并寻求或改进它们的计算方法。并且弹塑性力学是以后有限元分析、解决具体工程问题的理论基础，这就要求我们掌握其必要的基础知识和具有一定的计算能力。基本思想及理论

1.1科学的假设思想

人们研究基础理论的目的是用基础理论来指导实践，而理论则是通过对自然、生活中事物的现象进行概括、抽象、分析、综合得来，在这个过程中就要从众多个体事物中寻找规律，而规律的得出一般先由假设得来，弹塑性力学理论亦是如此。固体受到外力作用时表现出的现象差别根本的原因在于材料本身性质差异，这些性质包括尺寸、材料的方向性、均匀性、连续性等，力学问题的研究离不开数学工具，如果要考虑材料的所有性质，那么一些问题的解答将无法进行下去。所以，在弹塑性力学中，根据具体研究对象的性质，并联系求解问题的范围，忽略那些次要的局部的对研究影响不大的因素，使问题得到简化。

1.1.1连续性假定

假设物体是连续的。就是说物体整个体积内，都被组成这种物体的物质填满，不留任何空隙。这样，物体内的一些物理量，例如：应力、应变、位移等，才可以用坐标的连续函数表示。

1.1.2线弹性假定（弹性力学）假设物体是线弹性的。就是说当使物体产生变形的外力被除去以后，物体能够完全恢复原来形状，不留任何残余变形。而且，材料服从虎克定律，应力与应变成正比。

1.1.3均匀性假定

假设物体是均匀的。就是说整个物体是由同一种质地均匀的材料组成的。这样，整个物体的所有部分才具有相同的物理性质，因而物体的弹性模量和泊松比才不随位置坐标而变。

1.1.4各向同性假定（弹性力学）

假定物体内一点的弹性性质在所有各个方向都相同，弹性常数（E、μ）不随坐标方向而变化；

1.1.5小变形假定

假设物体的变形是微小的。即物体受力以后，整个物体所有各点的位移都小于物体的原有尺寸，因而应变和转角都远小于1。可用变形前的尺寸代替变形后的尺寸，建立方程时，可略去高阶微量

1.2应力状态理论

应力的概念的提出用到了数学上极限的概念，定义为微小面元上的内力矢量。在微观层面，我们研究的是一点的应力状态。在宏观层面，根据物体所受的面力和体力以及其与坐标轴的关系，将物体的应力状态分为平面应力问题、平面应变问题及空间应力问题。平面应力问题是指物体在一个方向上的尺寸很小，且外荷载沿该方向的厚度均匀分布（如矩形薄板）；平面应变问题则是物体在一个方向上的尺寸很大，外荷载沿该方向为常数（如水坝）。空间应力问题则是一般普遍的情形。对应力的分析应用静力学的理论可以得到求解弹塑性力学的平衡微分方程。

1.3应变状态理论

在外力、温度变化或其他因素作用下，物体内部各质点将产生位置的变化，即发生位移。物体内各质点发生位移后，如果仍保持各质点间初始状态的相对位置，则物体仅发生刚体位移，如果改变了各点间初始状态的相对位置，则物体还产生了形状的变化，包括体积改变和形状改变，物体的这种变化称为物体的变形。在弹塑性力学中，用应变的概念来描述物体变形，在已知物体位移的情况下，通过几何学工具，结合小变形假设条件，可推导出求解弹塑性力学的几何方程。

1.4本构理论： 本构理论探讨的是物体受到外力作用时应力与应变之间的关系，这是研究弹塑性力学非常重要的理论。对物体应力应变关系的研究首先总是通过实验的手段得来，当我们发现物体处于线弹性阶段时，应力与应变的关系可以通过胡克定律来描述，具体而言又可分为各向同性材料、各向异性材料、对称性材料等。

当受力物体某点的应力状态满足屈服条件是，该点已经进入塑性阶段，此时应力与应变不再呈现出线性关系，对于该点弹性本构关系不再适用。在塑性阶段，应变状态不但与应力状态有关，而且还依赖于整个应力历史（应力点移动的过程），由于应力历史的复杂性，很难建立一个能包括各种变形历史影响的全量形式的塑性应力-应变关系，只能建立应力与应变增量之间的塑性本够关系。当结构材料进入塑性状态之后，应力点位于屈服面上，此时材料的应力-应变关系将根据加载与卸载的不同情况而服从不同的规律。若为卸载，则施加的应力增量将使应力点从屈服面上回到屈服面内，增量应力与增量应变之间仍服从胡克定律。若为加载，则所施加的增量应力将使应力点在屈服面上移动或移动到新的屈服面上，此时材料的本构关系服从增量理论。

当个应变分量自始至终都按同一比例增加或减少时，应变强度增量可以积分求得应变强度，从而建立全量理论的应力应变关系

1.5 边界条件（圣维南原理）

边界条件表示在边界上位移与约束，或应力与面力之间的关系式。边界条件分为应力边界条件、位移边界条件、混合边界条件，求解弹性力学问题时，使应力分量、形变分量、位移分量完全满足8个基本方程相对容易，但要使边界条件完全满足，往往很困难。这时，圣维南原理可为简化局部边界上的应力边界条件提供恒大的方便。圣维南原理描述如下：如果物体一小部分边界面上的面力是一个平衡力系（主矢量及主矩都等于零），那么这个面力就会使近处产生显著的应力，而远处的应力可以不计。

2.材料力学性质模型(1)弹性材料

弹性材料是对实际固体材料的一种抽象，它构成一个近似于真实材料的理想模型。弹性材料的特征是：物体在变形过程中，对应于一定的温度，应力与应变之间呈 一一对应的关系，它和载荷的持续时间及变形历史无关；卸载后，类变形可以完全恢复。在变形过程中，应力与应变之司呈线性关系，即服从胡克(Hooke R)规律的弹性材料称为线性弹性材料；而某些金属和塑料等，其应力与应变之间呈非线性性质，称为非线性弹性材料。材料弹性规律的应用，就成为弹性力学区别于其它固体力学分支学科的本质特征。

(2)塑性材料

塑性材料也是固体材料约一种理想模型。塑性材料的特征是：在变形过程中，应力和应变不再具有一一对应的关系，应变的大小与加载的历史有关，但与时间无关；卸载过程中，应力与应变之间按材料固有的弹性规律变化，完全卸载后，物体保持一定的永久变形、或称残余变形。部分变形的不可恢复性是塑性材料的基本特征。

(3)粘性材料

当材料的力学性质具有时间效应，即材料的力学性质与载荷的持续时间和加载速率相关时，称为粘性材料。实际材料都具有不同程度的粘性性质，只不过有时可以略去不计。求解方法

在弹弹塑性力学里求解问题，主要有三种基本方法，分别是按位移求解、按应力求解和按能量原理求解。

2.1位移法

它以位移分量为基本未知函数，从方程和边界条件中消去位移分量和形变分量，导出只含位移分量的方程和相应的边界条件，并由此解出位移分量，然后再求出形变分量和应力分量。位移法能适应各种边界条件问题的求解。

2.2应力法

它以应力分量为基本未知函数，从方程和边界条件中消去位移分量和形变分量，导出只含应力分量的方程和相应的边界条件，并由此解出应力分量，然后再求出形变分量和位移分量。按应力法求解平面问题时，需要满足相容方程，它是偏微分方程，由于不能直接求解，则只能采用逆解法或半逆解法。

所谓逆解法，就是先设定各种形式的、满足相容方程的应力函数，从而求出应力分量。然后根据应力边界条件来考察，在各种形状的弹性体上，这些应力分量对应于什么样的面力，从而得知所设定的应力函数可以解决什么问题。所谓半逆解法，就是针对所要解的问题，根据弹性体的边界形状和受力情况，假设部分或全部应力分量为某种形式的函数，从而推出应力函数，然后来考察这个应力函数是否满足相容方程以及原来假设的应力分量和由这个应力函数求出其他应力分量，是否满足应力边界条件和位移单值条件。

2.3能量原理

由以上的方法可以解决梁的弯曲、薄板弯曲、厚壁圆筒、孔边应力等问题的求解，然而只有对一些特殊结构在特定加载条件下才能找到精确解，而对于一般的力学问题，如空间问题，在给定边界条件时，求解极其困难，而且往往是不可能的。为解决这些问题，数值解法的应用就有重要的意义，如有限元法、边界元法等，这些解法的依据都是能量原理。

虚位移原理，在外力作用下处于平衡状态的可变形体，当给予物体微小虚位移时，外力在虚位移上所做的虚功等于物体的虚应变能。

虚功原理，当物体在已知体力和面力作用下处于平衡状态时，微小虚面力在实际位移所做的虚功，等于虚应力在真实应变所产生的虚应变余能。

最小势能原理，即给定外力作用下保持平衡的弹性体，在满足位移边界条件的位移场中，真实的位移场使其总势能能取最小值。

最小余能原理，在所有满足平衡方程和应力边界条件的静力许可的应力场中，真实的应力场使余能取最小值。

3总结

弹塑性有限元在实际工作中的应用 第3篇

一、弹塑性有限元的优势

在研究对象上，弹性和塑性理论除了更精确地研究一度空间问题外，更重要的是研究材料力学和结构力学不能解决的问题，例如板、壳等长度和宽度远大于厚度的二度空间问题，以及一些长、宽、厚都是同阶大小的三度空间问题。在研究方法方面，弹性和塑性理论以其提出问题的普遍性和解答问题的严密性为特点。在弹性和塑性理论中，一般不采用平面截面假设，而是对无限小的体积素列出平衡方程，将问题归结为求解一系列偏微分方程组，弹性和塑性理论最终提供的是整个物体内部的应力分布规律——应力场。

有限单元法的基本思路是把由无限个质点构成的物体，假想地划分成有限个简单形状的单元。用这种有限个单元的集合体来代替原来的物体，各个单元之间靠结点连接，结点相当于一个铰链，单元之间的相互作用力靠结点传递。物体被离散后，首先对其中的各个单元进行力学分析，找出单元间的结点力与结点位移的关系，以及各个单元存在着的相同的规律性。单元分析后，再对整个物体进行力学分析，找出整个物体所有结点的载荷与位移的关系。这些关系式构成一个线性方程组，引入边界条件后，求解这个方程组，就可以得出基本未知量的解；根据所得到的解，可以进一步得出各个单元的应变和应力。

利用弹塑性有限元法可以准确地找出金属在轧制时的弹性变形和塑性变形及没有发生变形的区域，此方法应用于冷轧时可进行更精确的计算。在冷轧中，薄板的变形抗力很大，而且是热轧的后续加工，薄板的厚度薄，使得薄板变形中的弹性变形不能被忽略。目前根据有限元程序中采用的时间积分算法不同，弹塑性有限元的算法有静力隐式、静力显式、动力显式三种，这三种方法各有优缺点。

由于弹塑性有限元法充分考虑到了轧制过程中薄板的弹性变形及轧后的残余应力，因此在冷轧中有广泛的应用。目前，随着有限元理论及计算能力的提高，有限元的模拟已经从简单模型变为复杂模型：二维模拟发展到了三维模拟;从对窄薄板轧制的模拟到轧制宽薄板的模拟:从薄板及轧辊分开模拟到两者的藕合分析;从单纯模拟轧辊与薄板之间的接触状态到应用弹塑性有限元法研究各种接触摩擦模型。

二、弹塑性有限元分析在生产中的应用

钢管无屑剪切要解决两个主要问题，一是保持原来的截面形状，二是保证切口质量。前者可以通过在钢管中加芯棒来解决，而后者则要通过大量的实验摸索。针对这一问题，笔者采用了大变形有限元素法对钢管剪切过程进行了数值模拟，在计算机上展示钢管的局部区域在不同的约束下，在剪切过程中的应力分布和应力的状态情况。通过对这种应力分布和应力状态的分析，可以找出影响切口不平和粗糙的主要因素，为合理设计剪切工艺提供了理论依据。

1.大变形过程分析的有限元基本方程

对于大位移、大转动和大应变情况下的弹塑性分析，采用Updateal Lagrangian公式是行之有效的。将其坐标进行变换，可以导出增量形式的单元刚度方程，然后把这些单元刚度方程组集成结构的整体方程。利用Updateal Lagrangian公式的方程，对于特定的单元、特定的材料模式，将计算出的结果代入后，就得到相应的非线性分析的有限元方程进行计算。

2.钢管剪切有限元数值分析

为防止钢管受剪后切口变形，在钢管中加芯棒。剪切时固定刀刃和固定芯棒不动，活动刀刃和活动芯棒向下锉动，活动刀刃从钢管的外壁向内切入，而活动芯棒则由钢管的内壁向外切。在管壁上截取一部分作为研究对象，其外法线方向与剪切力的方向一致。在圆周方向dx可以取得足够小，以至可将在圆周方向的相邻材料对其约束看作是沿切线方向的，因此研究对象属于平面应变问题。在同一时刻管壁上的其它部分与上述研究对象的受力不同，但对于管壁的任一部分，在剪切过程中总有一个时刻会处于上述状态。

针对不同长度的钢管剪切，端部边界条件有以下三种情况：对于短管，两端自由；对于长管切头剪尾，一端轴向约束，一端自由；对于长管中间切断，两端轴向约束。

3.计算结果分析

（1）两端自由的短管剪切。由于固定剪刃和活动剪刃的交错布置，剪切时必然产生一个翻倾力矩，这个力矩作用在相对的两个剪刃的侧壁上，因此，在力学模型上的对应位置加水平约束，以限制被剪材料的翻倾。

一般来说，上剪刃处比下剪刃处的应力线要密集得多，这是在上剪刃加载荷的缘故。加载初始，在两剪刃之间便形成了带状的应力等值线。随着载荷的增加，等值线向外扩散，由原来在剪刃之间的一条窄带蔓延到上下剪刃与管壁的接触处。当大于屈服应力的等值线贯穿整个剪切面后，材料开始滑移，实际的切口形状将发生在这里贯通的塑性屈服应力等值线区域内。

（2）一端自由，一端轴向约束的长管切头。由于一端的钢管很长，限制了在剪切过程中的翻倾转动，减轻了对剪切的侧向压力，也改变了剪切过程的应力分布和应力状态。最显著的变化是当塑性区贯穿整个截面后，其等值线区域明显地向两剪刃中间靠近。这种情况下切口的平整程度要好于前者，但仍然不能达到平齐。

（3）两端轴向约束的长管中间剪切。长管中间剪切时，虽然两端材料对剪切带中间的材料有一定的约束作用，但其影响是有限的。而且随着剪切过程的深入，这种影响显得更加微弱。要获得优质切口应当满足如下条件：第一，在剪切过程中塑性区应在剪刃之间，其应力等值线应与剪切力方向一致；第二，剪切带中质点的球形应力张量应为负值。

4.结论

（1）通过对三种不同约束形式下的剪切过程有限元分析，证实对剪切材料的约束方式不同，直接影响到切口的表面质量。

（2）着重分析应力状态对切口质量的影响，对钢管而言采用无间隙、轴向加压、有芯棒的圆周剪切法可以获得理想的切口质量。

弹塑性理论 第4篇

全国塑性工程学会塑性加工理论与数字化技术学术委员会将于2011年11月中旬在武汉举办“塑性加工理论与数字化技术学术年会与数字化技术年会”。

本次会议旨在为塑性加工领域的同行提供一个交流的学术平台, 研讨塑性力学理论、加工技术、加工装备、数字化技术以及交叉领域的最新研究成果。会议将邀请国内外著名专家学者做主题报告, 并开展多项内容的专题学术交流。

热忱欢迎塑性加工领域的研究者、工程技术人员相聚江城武汉, 共同探讨新理论、新技术, 交流国外研究热点及最新研究成果。

单面约束螺接中厚板弯曲弹塑性分析 第5篇

根据薄壁结构中螺栓连接板件的支撑特点,基于Mindlin板横向剪切理论,考虑单面约束的接触作用,提出了螺接中厚板连接件承载能力的分析方法.对于两边支撑的`线性硬化材料螺接板的弯曲进行了弹塑性有限元分析,以螺接区外缘应力进入塑性作为判据,给出了计算承载能力的方法,并通过试验(钛合金试件)得到了破坏载荷的实验值,验证了文中建议的分析方法的有效性.

作 者：李英梅 黄宝宗 李贵文 作者单位：李英梅,黄宝宗(东北大学,理学院,辽宁,沈阳,110004)

李贵文(沈阳飞机设计研究所,辽宁,沈阳,110035)

教育﹃塑性﹄阶段的班级管理 第6篇

一、小学班主任管理中存在的问题

（一）班主任班级管理理念缺乏先进性

目前，班主任掌握的班级教育管理知识多数局限在师徒经验的传递上，根本就不适合现代教育管理需求，其自身素质需要快速提升。其原因在于：1.尽管大力提倡素质教育，但应试教育思想仍占有重要位置，这位班主任的管理带来重大压力。其不得不将大部分精力用于学生的成绩提高上面，而对学生情感以及心理的发展关注相对减少，随着学生年龄增加，抵触情绪明显。2.学校领导很少关注班主任的管理培训工作，并将评价工作质量的指标放在学习成绩以及纪律管理等方面，这也导致教师将大部分精力放在了事务性工作上面，而忽视了教学管理理论知识的学习。

（二）班主任班级管理随意性强

小学班主任缺乏对学生自身教育力量以及综合诸多力量形成教育合力的关注。并且，对班级的功能、学生的主体地位认识不够，从而在处理日常事务时，长凭借自身经验处理事情，很多时候会损害学生的自尊心，打消学习积极性。

（三）缺乏“身教”

班主任在日常管理中，常常会对一些事情反复强调，但是，却很少给学生进行示范。学生有时很难明白到底要干什么。另外，教师总是将自己摆在“主体”的地位，给学生一种不能平等交流的感觉，这样很难了解到学生真实需要。

（四）任课教师与学生之间的矛盾

当任课教师与学生发生矛盾的时候，班主任常常会“打压”学生，这样会给学生造成“偏心”的感觉，会使矛盾越来越深，并产生抵触情绪。如果班主任替学生说话，则会使任课教师感到有损“面子”，从而与班主任之间产生隔阂。

二、优化小学班级管理措施

（一）采用新理念进行班级管理

1、班主任要不断的激励全体学生，积极的发挥出自己智力以及体力潜能，努力学习，完成班级的集体任务，并从中培养团队协作精神。

2、学校的最终任务就是要满足学生的全面发展。其既是班级活动的出发点，又是最终目标。班主任要强调学生的主体地位，尊重其个性发展，力争使每个学生都有锻炼的机会，并且，学会合作精神。

3、班主任要多组织一些集体的讨论活动，鼓励学生积极参与，并让其感觉班主任与其之间的关系是平等的，从而有助于构建和谐的班集体。

4、班主任要重视班干部的培养与选拔工作，采用适当的方式方法，做到权利的“收放自如”，增强班干部小团体的凝聚力，积极配合班主任工作。

5、构建和谐、融洽的班集体是班主任管理工作的重要目标，亦是提升管理水平的有效手段之一。首先要建立良好的集体舆论氛围，使其有利于班主任的管理需求，并长久的发挥其功效，形成良好的班风。促进学生班集体意识的形成，建立符合班级特色的文化氛围。充分利用班级的奖惩制度，督促学生严于律己，团结向上。这些制度一定要适当，既要有警示作用，还要有促进作用。

（二） 构建民主和谐的师生关系

1、努力让班级任课老师意识到，教师合作起来对学科教学、学生发展和班级管理的重大意义，努力做到教书和育人相结合，让学科教学也来服务于班级管理。

2、班主任要经常向科任老师介绍班级整体以及个别学生的情况。经常组织科任老师参与班级管理计划的制定、执行和完善，同时要经常举办科任老师与学生共同参与的班级活动，让科任老师能平等的对待每一位学生。

3、班主任应在学生面前维护任课老师的权力地位，加强任课老师的威信，积极引导班级每一个学生，尊重爱戴每一位老师。这样有利于任课老师在课堂中更好的管理课堂，顺利高效的将课程进行下去。

4、协调科任老师之间和科任老师与学生之间的关系。一个优秀的班主任要是一个多面手，既应协调好班主任与科任之间的关系，协调科任教师与学生之间的关系，还要协调好学生与学生之间的关系。这些成员之间的关系的确是太微妙了，关系的好坏对班级管理的建设有着重要的影响。

5、及时的沟通科任老师和学生的心理。班主任接到学生所反映的情况意见时，不可草率从事，必须进一步的调查证实。如果因学生思想幼稚、不理解教师所致，应耐心对学生进行思想教育；如果属于教师教学上的问题，班主任应先向学生作必要的解释，尽可能争取学生对该教师的谅解，相信问题会得以很好的解决。然后再找科任老师谈心，将学生的意见委婉的告诉他们。同时也积极鼓励学生与科任教师之间的直接联系，更利于他们的反省，改进工作。对待一些特殊问题，如教师道德品质方面，教学技能方面等班主任自身力量无法解决的，应及时向学校领导反映，争取帮助。良好的师生关系是搞好班级管理的重要保证，班主任要做好中介工作，积极听取学生对教师的意见，同时诚恳的帮助这些教师改进工作，从而取得教育教学最佳效果。

建国以来，随着我国经济建设的高速发展，人们对“教育的力量”有了更加深入的认识。国家对教育事业的资金投入逐年增加，并提出“素质教育”的教育目标。打破传统的教学理念，推进思维能力以及创新能力的培养工作。小学阶段作为教育的“塑性”阶段，对于学生的未来发展具有重要的意义。小学班主任在教育过程中，更是起到了无可替代的作用。本文针对当前小学班主任的管理工作中存在的问题进行分析，并提出相关的参考性建议，希望能够为有关的工作人员提供一些帮助。

合肥华润中心动力弹塑性分析 第7篇

合肥华润中心项目是一个综合商业办公建筑群，占地60 419 m2。扩大地下室共3层，长278 m，宽206 m，埋深约15.4 m。地上裙房6层，西面2号塔楼地上44层，结构高度178.6 m，建筑面积85 268.3 m2。东面1号塔楼地上56层，结构高度250 m，建筑面积126 352.9 m2。结构设计基准期为50年，抗震设防烈度7度，基本地震加速度为0.10g，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，抗震设防类别裙房顶层以下为乙类，裙房以上为丙类。

本结构特点:

1)1号塔楼为超过规范规定B级高度复杂高层结构，2号塔楼为超过规范规定A级高度复杂高层结构;

2)2号塔楼在22层和36层位置下部部分核心筒结构墙转换成上部框架柱;1号塔楼在40层下部部分核心筒结构墙转换成上部框架柱;

3)1号塔楼1层～37层层高4.2 m(与裙房相连的几层及设备层除外)，41层以上标准层层高3.6 m，中间38层～40层层高7 m用于酒店大堂，41层楼层核心筒外无楼板导致部分框架柱一个方向计算长度为14 m。

2 结构弹塑性模型建立

本次动力弹塑性时程分析采用Computer and Structures,Inc的三维非线性结构分析软件Perform3D，通过地震反应后抗震“能力”与地震目标性能“需求”的比较来判断结构是否满足结构抗震性能目标的要求。在本结构的弹塑性分析过程中，考虑了几何非线性及材料非线性的影响。

1)材料本构。

Perform3D模型中采用双线性随动强化模型模拟钢筋和钢材，混凝土材料轴心抗压强度标准值按《混凝土结构设计规范》表4.1.3取值，不考虑混凝土的受拉承载力。保守考虑，不考虑混凝土截面内横向箍筋的约束效应，采用规范建议的素混凝土参数。

2)结构单元选取。

本工程分析中，利用纤维墙元模拟剪力墙、在杆单元设置集中塑性铰来模拟框架柱、连梁和框架梁的工作性能。剪力墙墙元混凝土纤维被分成6根纤维单元，分布钢筋被分成3根纤维单元，分布钢筋的面积通过配筋率来考虑。本结构底部采用了型钢混凝土柱，上部采用混凝土柱，柱构件的PMM塑性铰属性通过CSICol截面设计器计算所得，配筋根据小震和中震计算结果中配筋较大值计算得到。通过在框架柱端部设置PMM铰，可以准确模拟去柱受弯屈服工作性能。采用SAP2000截面设计器计算截面的弯矩曲率属性，然后输入Perform3D中进行杆件塑性铰属性定义，即分别在梁的两端设置弯矩铰和梁中部设置剪切铰。框架梁主要考虑主轴M铰，根据上述方法得到弯矩曲率属性后在梁两端设置弯矩铰。

3)性能水准及检验标准。

ATC-40将所有构件的力—位移模型归纳为四个阶段，即弹性段(AB)、强化段(BC)、卸载段(CD)、破坏段(DE)。混凝土构件的性能点IO,LS,CP对应的弹塑性位移(横坐标)和力(纵坐标)的限值均来自ATC-40。本次分析以结构强度和变形能力小于规定的CP状态为目标，结构变形能力参考最新的中国规范和ASCE41-06，分别设置各类结构构件从IO状态到CP状态各阶段的性能水准。

4)地震波工况输入。

重力荷载工况与地震波的输入分两步进行:a．激活P-Δ按钮，施加重力荷载代表值;b．输入地震波时，依次选取结构X向或Y向作为主方向，另一个为次方向，分别输入三组地震波的两个分量记录进行计算。结构阻尼比取0.05，峰值按GB 50011-2010建筑抗震设计规范的规定取220 gal。主方向和次方向输入地震峰值按1∶0.85进行调整。

3 动力弹塑性分析结果

3.1 模型校核

在Perform3D中包含了所有主要的抗侧力构件如核心筒、连梁、型钢柱和框架钢梁。在非线性分析之前，比较了Perform3D,Etabs以及Satwe模型的荷载、质量、基本周期和振型。各程序的计算结果均比较接近，误差在工程允许的范围内，如表1所示。

3.2 剪力比较

由表2可以看出，罕遇地震作用下结构的基底剪力约为多遇地震工况的5倍～6倍，结构基底剪力在一个比较合理的水平，表明结构的刚度配置比较合理。在罕遇地震作用下结构的刚度存在一定的退化，但退化程度不会导致结构基底剪力相应减小。

3.3 变形分析

由表3可以看出，1号塔楼最大顶点位移为1 322 mm，约为全楼高度的1/189，而2号塔楼最大顶点位移为834 mm，约为全楼高度的1/213，由此可以看出结构具有较好的弹塑性变形能力。两个塔楼的最大层间位移角均小于1/100，满足规范要求，结构没有产生较大的弹塑性变形，在罕遇地震作用下结构不会发生脆性坍塌破坏。

3.4 结构损伤情况

罕遇地震作用下结构的弹塑性时程响应历程如下:1)结构在地震发生的最初一段时间内表现为弹性;2)中部部分连梁开始发生塑性转动;3)部分楼面梁出现屈服，大部分连梁出现塑性转动;4)中部墙柱转换位置框架柱出现塑性转动，核心筒顶部少量墙体受拉开裂;5)底部核心筒墙体以及中部墙柱转换位置剪力墙局部开裂;6)顶部少数柱出现受拉损伤，多数柱保持弹性;7)大部分连梁塑性进入屈服状态;8)墙体开裂进一步发展，底部约束区墙体部分钢筋屈服。下面将列举部分计算结果来反映在罕遇地震作用下结构关键构件受力状态。

从图1可以看出，剪力墙混凝土受拉开裂发展较为均匀，剪力墙受力较大的位置在结构底部、结构墙柱转换位置、中部酒店大堂附近楼层及结构顶部;整体钢筋应力不大，只有底部少量墙体以及中上部酒店大堂附近楼层钢筋受拉屈服，总体来说，核心筒墙体基本不出现受压损伤和剪切破坏，核心筒墙体满足性能水准目标。

结构中部部分剪力墙出现无损伤主要原因在于该位置剪力墙厚度从下部700 mm变化到400 mm，而且下面3层还设置部分型钢(结构层高从7 m变化到4.6 m，为了满足规范规定的楼层刚度比要求而设置)，该位置下部墙比上部墙刚度较大。另外，结构中部墙柱转换位置是设计的关键部分，转换的剪力墙均出现少量的受拉屈服和受剪屈服，应加强该部分的抗震构造措施。

从图2可以看出，塔楼顶层部分柱构件由于轴压力较小，会出现受拉屈服，但拉应力相对较小，构件塑性发展程度较轻，只进入LS阶段;在中部酒店大堂楼层以上两层，由于层高、柱截面变化以及柱内型钢取消，部分框架柱进入CP状态;结构中部墙柱转换位置，随着大部分连梁和框架梁出现塑性转动，该位置的框架柱比其他位置较早地出现塑性转动，但塑性发展较轻，该位置框架柱没有进入CP状态。设计时应注意楼层刚度变化对框架柱受力的影响，加强配筋。

4 结语

通过对合肥华润中心两个塔楼的Perform-3D动力弹塑性时程分析，可以得到以下结论:

1)用于抗震性能化设计的弹塑性Perform-3D模型与小震弹性模型比较吻合，Perform3D弹塑性模型能够比较准确的模拟结构在罕遇地震作用下的工作性能。

2)塔楼结构构件在大震作用下大多处于IO阶段，多数连梁能进入弹塑性阶段耗散地震能量，主要抗侧力构件均没有出现脆性破坏，结构的整体性能满足防止倒塌(CP)的要求，达到设定的抗震性能目标。

3)结构最大层间位移角满足1/100的限值，结构满足“大震不倒”的设防要求。

摘要：以合肥华润中心为例,采用Perform3D软件对结构进行了罕遇地震下弹塑性分析,并检验了结构抗震安全性,计算结果显示结构具有较好的弹塑性工作性能,满足大震不倒的设防要求。

关键词：超高层建筑,双塔大底盘,弹塑性时程分析,抗震性能

参考文献

[1]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[2]杨先桥.深圳平安金融中心塔楼动力弹塑性分析[J].建筑结构学报,2011(7):9-11.

[3]郭健.某双塔大底盘超限高层动力弹塑性分析[J].江苏建筑,2012(1):51-53.

关于静力弹塑性分析的探讨 第8篇

关键词：抗震,性能设计,静力,弹塑性分析

该项目总建筑面积35 000 m2。有2栋10层~33层的住宅楼, 局部住宅楼带有1层~2层的商业。场地设置有半地下室、地下室各1层, 地下室、半地下室为停车库及设备用房。根据建筑使用功能要求, 均采用钢筋混凝土框支剪力墙结构, 各栋塔楼之间, 地面以上均设置防震缝, 避免形成复杂高层建筑结构中的多塔楼结构, 但地下室不设置防震缝和伸缩缝。裙房采用钢筋混凝土框架结构。结构重要性系数取1.0;取地下室顶板为嵌固端。水平位移分析计算时, 基本风压取0.65 k N/m2;承载能力极限状态分析计算时, 基本风压取0.50 k N/m2。考虑P—Δ效应。考虑施工过程中轴向变形影响。全楼地震作用放大系数1.0。分别考虑两个主轴方向单向水平地震作用平扭耦连的扭转效应和双向水平地震作用的扭转效应;单向水平地震作用考虑偶然偏心的影响。

多遇地震作用弹性时程分析法补充计算, 根据《高规》第3.3.4条特别不规则的高层建筑应采用时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算。弹性时程分析按特征周期选用两组实际地震记录TH1TG035, TH2TG035, 选用两组场地50年超越概率为63.2%的人工模拟加速度时程曲线USER1, USER2 (西北区为USER3, USER4) 。人工模拟加速度时程曲线的时距取为0.02 s, 地震波持续时间不少于12 s、且不少于5倍结构基本自振周期, 地震加速度不小于35 cm/s2。多遇地震作用弹性时程分析表见表1。

偶遇地震 (中震) 作用分析, 调整地震影响系数最大值αmax按中震 (2.8倍小震) 取值;不考虑地震组合内力调整系数 (即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数) ;不考虑风荷载计算;连梁刚度折减系数取0.5, 构件的承载力计算时材料强度采用设计值;荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数γRE的取值均同小震;其他计算假定均同小震计算分析。

中震不屈服分析, 调整地震影响系数最大值αmax按中震 (2.8倍小震) 取值;不考虑地震组合内力调整系数 (即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数) ;不考虑风荷载计算;连梁刚度折减系数取0.5;构件的承载力计算时材料强度采用标准值;荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数γRE均取1.0;其他参数取值及计算假定均同小震计算分析。偶遇地震作用下的参数表见表2。

罕遇地震 (大震) 作用分析, 弹塑性静力推覆分析 (Push-O-ver) 根据现行设计规范要求, 在罕遇地震作用下, 应验算主要抗侧力构件的弹塑性变形。运用Midas空间分析软件进行罕遇地震作用的弹塑性静力推覆分析 (Push-Over Analysis, 简称POA) 。采用美国FEMA-273和ATC-40所建议的方法给出构件弹塑性骨架曲线, 评价结构在罕遇地震作用下的弹塑性状态。在框架梁端设置弯矩铰 (M铰) , 在墙、柱端部设置轴力弯矩铰 (PMM铰) 和剪力铰 (V铰) 。考虑结构承受初始竖向荷载 (1.0gk+0.5qk) 和几何非线性 (P—Δ效应) , 加载方式采用相当于三角形分布形式振型荷载分布 (模态形式) 的方式;分析中采用基于目标位移的位移控制法, 主节点为顶层的核心筒角点, 目标位移值取0.5 m左右。分析考虑了楼板单元, 并对开洞的节点释放了刚膜连接。主要分析结果见表3。

根据本工程结构超高的情况, 将框支框架抗震等级提高为特一级, 底部加强部位、非底部加强部位剪力墙抗震等级提高为一级。框支框架及剪力墙设计, 结合“中震”及“大震”分析结果, 对薄弱部位剪力墙及框支框架适当提高配筋率。连梁及拉梁设计根据“小震”和“中震”分析的不利结果, 对连梁及拉梁进行配筋设计。拉板、核心筒区域及关键连接部位楼板设计根据“中震”作用下的楼板应力分析结果, 选择合适的楼板厚度, 双层双向拉通配置钢筋, 以保证楼板在“中震”下有足够的承载能力, 并留有余地, 防止大震下可能发生的拉断和剪切脆性破坏。

“小震”和风荷载作用下的分析结论, 采用Satwe, Etabs两个三维空间分析软件进行计算分析, 各分析软件的分析结果相近, 未出现相互矛盾和异常情况;周期比、扭转位移比、弹性最大层间水平位移角、楼层侧向刚度比、最小楼层抗剪承载力比、振型质量参与系数、剪力墙轴压比、框架 (支) 柱轴压比、剪重比、刚重比、构件承载力均能满足规范规定限值的要求;根据《安评报告》提供的地震波进行了多遇地震 (小震) 作用下的弹性时程分析补充验算, 结果满足规范规定的要求。

综上所述, 说明结构布置、构件截面尺寸选择合理、有效, 能够满足“小震不坏”的设防目标。

“中震”作用下的分析结论, 框支柱、剪力墙的混凝土轴压比、层间弹性位移角、均能满足中震下的性能目标要求;结构主要抗侧力构件满足不屈服要求并处于弹性状态;转换梁弹性, 塔楼楼面梁除部分楼层抗弯屈服外, 其他楼层梁均抗剪、抗弯不屈服, 符合“强剪弱弯”的抗震设计延性耗能概念;重要 (下转第112页) (上接第38页) 楼板通过加大楼板厚度及适当增大配筋率并采用双层双向配筋方式, 保证了楼板在各种工况下有足够的承载能力。综上结构体系可满足“中震可修”的设防目标。

某引桥弹塑性地震性能分析 第9篇

关键词：非线性时程分析,Takeda模型塑性铰,延性

0 引言

许多结构在罕遇地震作用下都会产生相当大的非弹性变形。而最新的JTG/T B02-01-2008公路桥梁抗震设计细则就是采用两阶段抗震设计, 第一阶段设计是指弹性抗震设计;第二阶段抗震设计是指采用延性抗震设计方法。本文主要以某工程引桥为工程背景, 采用Takeda模型塑性铰, 建立桥梁的有限元模型, 对其进行非线性动力时程分析, 为桥梁的延性抗震设计提供参考。

1 工程概况及有限元模型

本引桥工程为一座 (6×20 m) 预应力混凝土连续梁结构。全桥立面图如图1所示, 固结墩为3号墩。本文以其为分析对象, 对其进行非线性动力时程分析。桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁结构, 箱梁全宽2 200 cm, 梁高110 cm, 梁体为单箱六室截面, 顶板及底板厚度均为22 cm, 单个腹板厚度40 cm。下部结构为横向两个花瓶形板式墩, 每个板式墩配一个承台, 承台下接两根钻孔灌注桩, 桩径120 cm。墩顶设盆式橡胶支座, 支座布置图见图2。其设计技术标准为以下所示:桥梁设计荷载等级为:城—A级;设计车速:60 km/h;抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度值为0.10g, 设防分类为乙类, 设计方法为A类, 按8度构造措施设防;根据以上条件, 建立全桥有限元模型如图3所示。

2 弯曲滞回曲线计算模型

在过去的三十多年中, 在大量实验研究的基础之上, 国内外提出了许多种钢筋混凝土构件的恢复力模型, 总的来说可以分为曲线型和折线型两大类;虽然曲线型恢复力模型与实际工程较为接近, 但其给出的刚度是连续变化的, 刚度的确定及计算方法上存在不足。所以本文采用折线型恢复力模型, 常用的折线型恢复力模型有双线性 (Bi-1inear) 型、Clough模型及Takeda模型等。

本文计算中采用Takeda模型, Takeda模型的最大特点是考虑了卸载刚度的退化。图4为非对称Takeda三直线模型的骨架曲线, 图中, K1~K5为不同变形区域的刚度, Uy1~Uy4为屈服变形, Fy1~Fy4为屈服荷载。

3 计算结果

本文采用三条地震波, 地震波的时间为40 s。其波形如图5所示。

三条波作用下, 固结墩塑性铰的弯矩—曲率滞回曲线如图6, 图7所示。

三条波作用下, 固结墩墩顶位移时程分析结果如图8, 图9所示。

从表1可以发现, 罕遇地震作用下, 本桥固结墩顺桥向与横桥向均进入了屈服阶段, 需对其进行延性验算或最大位移验算。验算结果表明本桥满足规范要求的抗震设防目标。

4 结语

本文以某引桥为工程背景, 给出了连续梁弹塑性地震性能分析的计算模型, 进行了弹塑性地震分析及墩顶最大位移的计算。研究方法可为同类工程提供参考。

参考文献

[1]范立础, 李建中, 王君杰.高架桥梁抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2]谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2006.

[3]刘道宽.高墩大跨连续刚构桥静力弹塑性地震反应分析[J].山西建筑, 2013, 39 (8) :167-168.

[4]范立础, 卓卫东.桥梁延性抗震设计[M].北京:人民交通出版社, 2001.

复杂高层建筑弹塑性动力分析 第10篇

1 复杂高层建筑结构弹塑性动力分析方法

1.1 高层建筑结构地震时弹塑性分析概况

在强烈地震作用下,结构将进入弹塑性阶段,结构刚度发生变化,并出现塑性内力重分布。为了研究和计算高层建筑结构的弹塑性变形,有必要进行结构的弹塑性分析。

1.1.1 结构弹塑性分析方法分类

目前,结构的弹塑性分析主要分为弹塑性动力分析和弹塑性静力分析两大类。

作为结构地震响应分析的简化方法,弹塑性静力分析方法能近似地反映结构在地震作用下的弹塑性性能,进而了解和评估结构在地震作用下的内力和变形特性、塑性铰出现的顺序和位置、薄弱环节及可能的破坏机制。目前弹塑性静力分析方法主要运用于第一振型控制为主的中高层建筑,如何使该方法反应高阶振型的影响,一直是研究工作者们致力追求的目标。

目前在计算大震作用下结构反应特性而进行的弹塑性分析主要采用动力时程分析法,即将建筑物作为弹塑性振动系统,直接输入地面地震加速度记录,对运动方程直接积分,从而获得系统各质点的位移、速度、加速度和结构构件地震剪力的时程变化曲线。时程分析法考虑了地震动的峰值、频谱特性和持续时间三要素以及结构的动力特性等重要因素,因而该方法能比较准确完整地反映出结构在强烈地震作用下反应的全过程状况,寻找到不利于结构抗震的薄弱环节。结构的弹塑性时程分析是进行结构倒塌分析的基础,也是检验抗倒塌设计的最有效的手段。到目前为止,被认为是进行抗震变形验算和震害分析最为精确可靠的方法。

1.1.2 弹塑性分析在工程设计实践中的应用

近年来,美国、日本和欧洲的一些多地震国家,已将弹塑性分析提上了抗震设计日程。我国的广大研究和设计人员也进行了大量的工作,已开发了一些可以应用于工程设计的程序,如PKPM、ANSYS等。

ANSYS是一种力学软件,它具有若干个模块,可以进行结构的静力分析,可以考虑结构的线性及非线性行为。ANSYS软件的功能强大,可以广泛应用于复杂工程的计算分析中,并广泛应用于高校和研究机构中。我国设计院广为使用的PKPM软件,有强大的结构弹塑性分析能力,它提供了二维平面模型和层模型两种分析方法。二维平面模型是将结构离散成一系列相互独立的“平面框架”,这种模型适用于刚度分布均匀、几何布置规则的结构。PKPM软件也可以对复杂高层建筑结构进行比较精确的分析。

1.2 高层建筑在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算

国际地震工程界多年来的理论研究及大量的震害经验表明,建筑结构在设计地面运动下的变形值一般可以很好地体现结构的性能水平,因而基于结构变形或结构性能的抗震设计方法被地震工程界公认为是一种有效的抗震设计方法。基于结构变形的抗震设计的两个最主要任务是如何合理计算结构在给定地震作用下的位移反应和确定实现预定建筑功能的结构变形容许值。基于结构变形的抗震设计理念是21世纪世界各国抗震规范修订的最主要依据,虽然我国现行建筑抗震设计规范的指导思想符合了上述抗震设计理念,但是在规范具体实施过程中也存在一些问题,比如罕遇地震下的抗倒塌验算缺乏可操作性等。

在各种多高层建筑结构中,虽然建筑规范只要求对框架结构进行罕遇地震下的弹塑性变形验算,而对框架—剪力墙、框架—筒体等其他结构类型则不要求进行弹塑性变形验算(甲类建筑除外),但是随着高层建筑的复杂化和不规则化,对弹塑性变形验算的范围应该适当扩大。虽然在罕遇地震作用下,框架结构会比其他抗侧刚度较大的结构类型(比如框架—剪力墙结构、剪力墙结构等)产生较大弹塑性层间位移,但框架柱所能承受的塑性变形约为剪力墙变形能力的6倍,因此不能局限于对框架结构进行弹塑性变形验算。

目前在工程设计中,一般要对那些突破规范要求的高层建筑结构进行罕遇地震作用下的层间弹塑性变形验算。当一个结构遭受到罕遇地震时,结构的某些关键部位必将发生塑性变形,这样可能在实际震害中由于塑性变形过大导致结构出现严重破坏或倒塌,特别是那些强度或刚度沿结构的竖向有较大突变,或沿平面内的分布明显不对称的结构。因此,在满足抗震构造的前提下,应该对那些强度或刚度沿结构的竖向有较大突变,或沿平面内的分布明显不对称的结构进行罕遇地震下的弹塑性变形验算。

2 工程实例

基于以上理论,下面对南宁市国土资源局交易综合楼的实际工程的复杂结构进行详细的分析,从而得出对该复杂结构体系进行动力特性研究分析的必要性。

2.1 工程概况

国土资源局交易综合楼建设用地位于南宁市锦春路和金洲路交汇处,工程总建筑面积为32311m2,属于一类高层建筑,地面主楼12层,另附一层架空层,地下一层,建筑高度49.95m,建筑主体结构合理使用年限为50年,框架—剪力墙结构,建筑抗震设防烈度为6度,耐火等级为一级,防水等级为二级。平面图见图1。

2.2 抗震设计

该工程抗震设防烈度为6度,设计基本抗震加速度为0.05g,设计抗震分组为第一组。根据工程地质勘察报告,建筑物场地类别为Ⅱ类,建筑安全等级为二级,建筑抗震设防类别为丙类。同时,框架抗震等级为四级,剪力墙抗震等级为三级。因建筑体L型部分属不规则平面,为合理其结构抗震要求,将部分框架及剪力墙分别按三级和二级抗震设计。

2.3 布置分析

2.3.1 平面布置分析

整个结构分为四部分:Ⅰ部分为L形,框架—剪力墙结构体系,共12层;Ⅱ部分为规则的长方体,也为框架—剪力墙结构体系,共12层;其中Ⅰ和Ⅱ结构中间设有变形缝;Ⅲ部分为筒体结构;Ⅳ部分为大空间结构形式,其中在最顶层为网架结构。

《高层建筑砼结构技术规程》(J G J 3—2002,J 186—2002)中规定,对于L形结构,6度设防的建筑,若l Bmax≤0.35,L B≤≤6.0 l,b≤≤2.0时则认为是规则结构平面。而该工程L形部分L B≤≤6.0,l b≤≤2.0,均满足要求,但l Bmax=20000 34400=0.58≥≥0.35,所以为不规则结构平面。(见图2)

2.3.2 竖向布置分析

此结构的Ⅳ部分在第二层中间有4根柱子,而到第三层却没有,根据《高层建筑砼结构技术规程》(JGJ 3—2002,J 186—2002)中第4.4.4条规定,抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通,所以此结构属于竖向不规则结构。

此结构最顶层是网架结构,并且网架结构把结构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ部分连接为一个整体,最底层有一层的地下室也把三者连接起来,起到很好的嵌固作用,这样就使三个结构成为一个整体并且下刚上柔。因此,在地震力作用下,在结构的刚度突变处会出现薄弱层,同时整体结构的周期会发生改变,此时结构竖向刚度也会随之改变,所以可视为竖向不规则结构。

2.4 反映的主要问题与难点

该建筑结构是一个复杂、不规则的高层建筑。由于高层建筑结构的复杂性、发生地震时地震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的非精确性、材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素,致使设计计算结果(尤其是经过实用简化后的计算结果)可能和实际相差较大,甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。特别在罕遇地震作用下,出于以上的原因,结构极易产生破坏,因此为了达到结构在大震下不倒的控制目标,在地震作用下对复杂结构体型进行动力特性分析是十分必要的。

2.4.1 ANSYS软件建模

ANSYS软件建模是整个有限元分析过程的关键,模型合理与否将直接影响计算结果的精度高低、计算时间的长短及计算过程能否完成。所以建模过程中一要保证准确性,二要掌握一些技巧。在建模中要尽量利用结构的对称特性、循环对称特性,以使模型尽量简单;通过简单模型的镜像、拷贝和旋转等功能来实现复杂结构的建模工作;ANSYS软件提供了完整的布尔运算,在创建结构复杂的实体模型时,对线、面及体、基元的布尔运算能节约时间,减少工作量;ANSYS软件提供延伸剖分、映射剖分、自由剖分以及自适应剖分四种网格剖分方法。

2.4.2 地震波的选择

地震振动是由震源释放出来的地震波引起地表附近土层的振动,可以表示成地面质点的加速度、速度或位移的时间函数,该函数主要特点在于其不规则性。结构的地震反应以及破坏与否,除了和结构的动力特性、弹塑性变形性质、变形能力有关外,还和地震振动的特性(幅值、频谱特性和持时)密切相关。因此,地震振动输入是进行结构地震响应分析的依据。

时程分析法的计算结果对所选取的地震振动时程依赖较大,不同地震波输入引起结构的地震反应差别很大,通常这种差别可达到数倍乃至数十倍之多,因而如何选择地震波成为使用时程分析法的关键之一。

选择的原则是使输入地震波的特性和建筑场地的条件相符合,主要参数有地震烈度、地震强度参数、场地的土壤类别、卓越周期和反应谱等。选择地震波时应选其主要周期与建筑场地卓越周期接近的地震波,此外还要满足地震活动三要素的要求,即频谱特性(可用地震影响系数曲线表征,依据所处的建筑场地类别和设计地震分组确定)、幅值(一般按规范所列地震加速度最大值采用)和地震加速度时程曲线持续时间(一般为结构基本周期的5～10倍)这三者均要符合规定、规范要求。选用数字化地震波应按建筑场地类别和设计地震分组,选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。

3 结语

首先,结构在大地震作用下往往进入弹塑性状态,此时结构是否安全可靠是人们所关注的,即是否能达到“大震不倒”的设计思想,所以之前对其进行分析是十分必要的。

其次,为了反应结构在中等或大地震作用下的真实性能,进行分析时,软件建模的精确度决定着分析结果的真实性。

最后,在对结构进行弹塑性分析时,地震波的选择正确与否,决定着结果的真实性,因此选择恰当的地震波十分必要。

参考文献

[1]郭子雄,吕西林,王亚勇.建筑结构在罕遇地震作用下弹塑性变形验算的讨论[J].工程抗震,1999(1):13-18.

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[3]鲍华,徐礼华,周友.用ANSYS分析某高层建筑的非线性地震反应[J].武汉大学学报(工学版),2003,36(4):83-87.

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[7]GuptaB,Kunnath S.K.Adaptive spectra-based pushover Procedure forseismic evaluation of structures[J].Earthquak spectra,2000,16(2):367-391.

浅析塑性加工技术发展状况及趋势 第11篇

关键词:成形技术;制模技术;铣削技术

一、精密成形技术

精密成形技術对于提高产品精度、缩短产品交货期、减少切削加工和降低生产成本均有着重要意义。近10年来,精密铸造技术、精密压力加工技术与精密焊接技术突飞猛进。

在精密铸造方面,熔模精密铸造、陶瓷型精密铸造、金属型铸造和消失模铸造等技术得到了重点发展,铸件质量大大提高。例如采用消失模的铸件,壁厚公差可达±0.15mm,表面粗糙度可达Ra25μm。在精密压力加工方面,精冲技术、超塑成形技术、冷挤压技术、成形轧制、无飞边热模锻技术、温锻技术、多向模锻技术发展很快。例如700mm汽轮机叶片精密辊锻和精整复合工艺已成功应用于生产,楔横轧技术在汽车、拖拉机精密轴类锻件的生产中显示出极佳的经济性。除传统的锻造工艺外,近年来半固态金属成形技术也日趋成熟,引起工业界的普遍关注。

此外,在粉末冶金和塑料加工方面,金属粉末超塑性成形、粉末注射成形、粉末喷射和喷涂成形以及塑料注射成形中气体辅助技术和热流道技术的成功应用,大大扩充了现代精密塑性加工的应用范围。

精密成形技术发展速度之快、应用之广,使国际机械加工技术协会有充足的理由认为,在21世纪之初,精密成形与磨削加工相结合的加工方式,将取代大部分中、小零件的切削加工,在2010年左右,精密成形的精度将会进一步提高,成形公差可望达到当今的磨削精度,实现工业界梦寐以求的"净成形"(无余量的完全零件形状)的奋斗目标。

二、快速成型与快速制模技术

快速成型技术(RP)是快速原型与制造技术的简称,其成型原理为:先由几何造型软件生成产品的三维模型,然后按一定厚度分层,获得各个截面的平面信息,经数据处理后,数控系统有序地连续加工出每个薄层并使它们粘接成型。快速成型主要有激光立体光刻(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结 (SLS)和熔融沉积制造(FDM)等方法。

快速成型技术对于模具的快速制造产生了重要的影响和推动作用。用于小批量生产的塑料模具和冷冲压模具可以依照由快速成型方法所获得的产品实体直接用硅橡胶、环氧树脂或金属材料制造。用于大批量生产的各种模具也可由快速成型和铸造技术相结合的方法制造。快速制模技术由于具有制造周期短、成本低、综合经济效益高等优点,十分适合新产品开发和小批量多品种的生产方式,近10年来发展非常迅速。除了快速成型在快速制模中应用外,电弧喷涂成形技术、实型铸造制模技术、氮气弹簧在冲压模具中的应用、锌基合金制模技术、低熔点合金制模技术、铜基合金制模技术、电铸技术在注塑模具中的应用、环氧树脂制模技术、无模多点成形技术、叠层钢板制模技术等快速制模的新工艺、新方法和新设备层出不穷,显示出强大的生命力和显著的经济效益。

三、高速铣削和电火花铣削技术

电火花铣削加工技术(又称为电火花创成加工技术)是电火花加工技术的重大发展,这是一种替代传统的用成型电极加工模具型腔的新技术。

伴随着高速切削电火花加工技术的进步,模具加工过程的检测手段和模具表面处理技术也取得了很大进展。现代三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤使得现场自动化检测成为可能。

在模具表面处理方面,抛光技术的进步也十分突出。现代超声抛光设备能使模具表面抛光至Ra0.05～0.025μm,达到镜面抛光的要求。模具表面耐磨、耐腐蚀和花纹处理技术也有长足的进步。

四、CAD/CAM技术

在CAD/CAM技术日新月异的今天,工业部门已不满足于仅仅将计算机作为绘图和数控编程的工具,工程技术人员迫切地希望在同一软件环境下,既能自动绘图,又能有设计、计算、分析和加工的能力,于是模具CAD/CAE/CAM集成化系统便应运而生。在各类塑性加工工艺中,塑料注射成形工艺计算机集成系统的应用最为突出。世界著名的CAD/CAM系统,如CADDS5,Pro桬和UGⅡ等,均实现了CAD/CAM系统与塑料注射过程模拟、模具结构设计和模具型腔数控加工的初步集成并取得了显著的经济和社会效益。为了适应国际发展潮流,华中理工大学模具技术国家重点实验室正在开发新一代塑料注射模软件。所谓新一代注塑模软件,是指利用计算机集成制造技术(CIM)开发的注塑模集成制造系统(CIMS),这种高度集成的系统能支持模具设计与制造的全过程,具有智能化、集成化、面向装配和模具可制造性评价等特点。

应该指出的是,在CIMS基础上发展起来的虚拟技术将在21世纪的塑性加工领域发挥作用。所谓虚拟技术,是指以CAD/CAM支持的仿真技术为前提,对设计、加工、装配、试模等工序建立相关联的数学模型,配置必要的硬件(如头盔、手套或者信号反馈装置等)和软件(如图形加速软件、虚拟现实模型语言等),形成虚拟的环境、虚拟的过程、虚拟的产品和虚拟的企业。

在虚拟技术的支持下,从用户订货,产品创意、设计到零部件生产、装配、销售以及售后服务等全过程的各个环节都可以分别由处在不同地域的企业进行互利合作。通过国际互联网、局域网和企业内部网实现模具的异地设计和异地制造,提高企业快速响应市场的能力。

五、结束语

现代先进制造技术正在改变塑性加工领域的许多传统观念和生产组织方式,技术创新已成为21世纪企业竞争的焦点。由于新技术的应用和引导,塑性加工在国民经济中的作用越来越大,在一定程度上决定了我国机械制造业在21世纪的市场竞争能力,对此,我们要有足够的认识并采取得力的措施。

弹塑性理论 第12篇

建筑结构的抗震设防目标是:小震不坏, 中震可修, 大震不倒。抗震规范[1]第3.6.2条规定:“不规则且具有明显薄弱部位可能导致地震时严重破坏的建筑结构, 应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。此时, 可根据结构特性采用静力弹塑性分析或弹塑性时程分析方法。”结构在遭遇罕遇大震时, 将进入塑性状态。因此对结构进行准确的弹塑性分析并掌握建筑结构在大震下的响应特性, 才能保证建筑结构大震不倒的设计要求。

对框架结构进行动力弹塑性时程分析, 需要根据构件的材料、截面形式、配筋情况以及受力状态, 逐个对梁柱构件定义其塑性铰模型。在指定完框架的梁柱单元的塑性铰后, 定义弹塑性时程分析工况并进行时程分析, 工作量十分巨大。目前工程界使用的一些结构分析软件也加入了弹塑性时程分析的功能, 如SAP2000, PERFORM等, 运用它可以节省工作量, 提高工作效率。其中, 现在使用较为普遍的SAP2000提供了两种建立弹塑性计算模型的方法[2], 分别是塑性铰单元法和塑性连接单元法。塑性铰单元采用的是刚塑性滞回模型, 塑性连接单元采用的是弹塑性滞回模型。关于钢筋混凝土构件的本构关系和滞回模型, 前人做了大量研究工作[3,4,5,6]。金子佳生等[7]为得到框架结构梁塑性铰的滞回模型, 对一梁节点 (图1) 进行试验。图2为试验所得塑性铰滞回曲线与有限元分析的损伤模型 (模型1) 和弹塑性模型 (模型2) 。从图中可以看到, 采用弹塑性模型可以比较好的模拟塑性铰的滞回特性。

预测结构在大震作用下的响应, 需要合理选用塑性铰模型。本文在对比这两种建模方法的基础上, 采用弹塑性时程分析法, 研究SAP2000矩形刚塑性滞回环模型与弹塑性滞回模型对结构响应的影响。

2 塑性铰模型

2.1 塑性铰单元

SAP2000程序中的塑性铰单元模型[2], 有由用户自定义骨架曲线的塑性铰单元模型和由程序根据构件的属性自动生成的默认塑性铰单元模型。基于FEMA356的默认塑性铰属性, 分为脆性铰和延性铰, 共有六类默认铰属性, 即轴力铰、剪力铰、弯矩铰、扭矩铰、轴力弯矩铰和纤维铰。在结构模型中指定默认的塑性铰时, 程序会自动对每一个塑性铰创建一个骨架曲线, 并将其内建默认的属性准则与针对每个单元的截面属性相结合, 产生最终的塑性铰属性。这样, 不必定义每一个塑性铰, 从而大大减少了定义塑性铰属性的工作量。SAP2000中通过离散铰来考虑结构的弹塑性行为, 允许使用非耦合弯矩、扭矩、轴力和剪力的离散铰, 还有基于在铰位置轴力弯矩相互作用的P-M2-M3耦合铰。图3为程序中基于FEMA356提出的折线骨架曲线模型, 骨架上IO (立即使用) 、LS (生命安全) 、CP (倒塌预防) 分别是不同承载性能的状态。

在SAP2000中默认的框架塑性铰是刚塑性的, 即塑性铰由刚性和塑性两个阶段组成, 不存在弹性的阶段。由于没有弹性属性, 塑性铰在屈服之前无论是卸载状态还是重新加载状态, 塑性铰内部都不会发生任何变形, 所有弹性变形均发生在框架单元中。当塑性铰屈服以后, 塑性铰内部将发生塑性变形, 并且在卸载时沿着平行于Y轴的直线卸载。当进行动力弹塑性分析时, 由于动力荷载一般体现出一定的周期性, 因此塑性铰将出现加载和卸载的反复作用, 如果塑性铰在这些反复作用过程中没有达到屈服, 则塑性铰不会发生任何变形, 也不会产生耗能;当作用的幅值足够大时, 塑性铰将达到屈服, 而进入塑性变形状态。

2.2 塑性连接单元

为了模拟构件的塑性特性行为, SAP2000提供了多段折线弹塑性连接单元[2]。对连接单元各个自由度的力-变形特性进行定义时, 需要定义骨架曲线和选择滞回规则。骨架曲线通过一系列的力-变形的关系曲线来定义。程序提供了三种滞回规则模型:随动硬化 (Kinematic) 模型、Takeda模型和枢纽点 (Pivot) 模型。其中, 随动硬化 (Kinematic) 模型适合模拟金属中常见的动态硬化行为;Takeda模型使用退化的滞回曲线, 适用于反映混凝土构件的滞回特点;枢纽点 (Pivot) 模型具有一个附加参数来控制退化滞回曲线, 也适用于钢筋混凝土构件。图4为程序提供的Takeda滞回模型。复合折线弹塑性连接单元, 可以自行定义六个独立自由度的弹塑性弹簧, 对构件的六个自由度的力-变形特性进行模拟。

3 计算模型

3.1 结构模型

分析模型为常规抗震设计的一栋4层的钢筋混凝土框架结构。层高为3.2m, 框架柱截面尺寸450450, 框架梁截面尺寸500250, 混凝土强度等级为C30。图5为结构的平面图和3D模型图。

3.2 塑性铰模型

程序提供的塑性铰单元是刚塑性的, 不能选择滞回规则。而塑性连接单元则可以根据需要选择滞回规则。为了研究两种塑性铰模型对结构响应的影响, 两种单元采用一样的骨架曲线, 塑性铰单元采用刚塑性滞回规则, 塑性连接单元选用Takeda滞回规则。

为了得到骨架曲线, 先在框架结构的梁两端和柱子上、下端, 分别指定程序默认塑性铰单元。运行弹塑性时程分析后, 梁构件上定义的默认塑性铰均进入塑性, 而柱子上定义的塑性铰仍在弹性工作状态。得到各个塑性铰单元的骨架曲线, 见图6。根据得到的弯矩-转角的关系, 分别定义相应位置的塑性连接单元的骨架曲线。由于计算模型只在梁发生塑性变形, 故只在每根梁的两端加入塑性连接单元。梁主要发生弯曲变形, 其他自由度的变形较少, 计算分析时可以忽略。因此, 塑性连接单元只定义绕梁截面主轴的弯曲自由度, 而约束其他自由度。

3.3 加速度时程

时程分析输入的加速度时程曲线, 分别采用幅值逐渐增大的折线曲线和实际地震记录。图7所示为折线时程曲线, 最大幅值为400cm/s2。输入地震波, 采用1940年5月18日的El Centro-NS地震记录, 最大加速度峰值调为400cm/s2, 震级6.7级, 震中距9.3km, PSV反应谱卓越周期为1s, SA反应谱卓越周期为0.55s。地震记录的加速度时程曲线和频谱图见图8, 9。

4 数据分析

用SAP2000建立三维模型后, 分别对定义了塑性铰单元和塑性连接单元的结构模型进行弹塑性时程分析。采用Hiber-Huges-Taytor法, 即alpha=0.5和beta=0.25的Newmark法。提取图10上点A处的塑性铰进行对比研究。图11, 12分别为折线加速度时程作用下, 塑性连接单元和默认塑性铰单元的滞回曲线。

由图11, 12可以看出, 塑性连接单元已经进入塑性状态, 并按Takeda模型加载和卸载;程序提供的默认塑性铰单元模型的滞回规则是沿着平行于Y轴的直线卸载形成矩形滞回环。随着加速度值的增大, 矩形面积也增大。默认塑性铰单元的滞回规则与塑性连接单元采用的Takeda滞回规则相比, 前者滞回曲线包围的面积较大, 也就是塑性铰单元比塑性连接单元耗散的能量更大。

图13为El Centro地震波作用下的塑性铰的滞回曲线。由图可以看出, 在相同的地震作用下, 塑性连接单元的变形比默认塑性铰单元的变形要大。

图14为El Centro地震波作用下, 默认塑性铰单元和塑性连接单元作弹塑性计算的结构顶层的加速度响应时程曲线。由图可以看出, 一开始, 结构未进入塑性, 两种模型的加速度响应是一样的, 响应曲线重叠在一起。随着结构进入塑性, 两者的加速度响应曲线逐渐分开。由于默认塑性铰单元高估了结构的耗能能力, 它的加速度响应比塑性连接单元的要小。另外, 从图中还可以看到, 除了峰值不一样外, 从6s开始, 塑性连接单元加速度时程曲线零点逐渐滞后于默认塑性铰单元, 这是因为塑性连接单元变形比默认塑性铰单元的大, 结构的刚度退化, 自振周期延长所致。

5 结论

⑴采用刚塑性滞回模型的默认塑性铰单元计算得到的结构加速度响应比采用弹塑性滞回环模型的要低, 在使用程序默认塑性铰单元作动力弹塑性时程分析时需要注意考虑该现象对结果的影响。

⑵采用塑性连接单元可以更准确地反应钢筋混凝土构件的滞回特性, 建议采用塑性连接单元建模作弹塑性动力分析。

⑶文中的塑性铰单元和塑性连接单元的骨架曲线均直接采用程序根据结构特性生成的骨架曲线。由于弹塑性分析涉及比较复杂的内容, 骨架曲线的定义需要综合考虑结构的材料特性、截面特性、受力特性等因素。不同的滞回规则对塑性铰的特性也产生重要的影响。骨架曲线和滞回规则的影响还需要展开对钢筋混凝土结构塑性铰的进一步研究。

摘要：建筑结构在遭遇罕遇大震时, 部分结构构件将进入塑性状态。对结构进行弹塑性分析可以更好地掌握建筑结构在大震下的动力响应特性。基于SAP2000软件, 分别采用该软件提供的默认塑性铰单元和弹塑性计算用的塑性连接单元, 建立混凝土框架结构的弹塑性动力计算模型, 输入折线时程曲线和地震记录曲线, 进行弹塑性动力时程分析。结果表明, 采用刚塑性滞回模型的默认塑性铰单元计算得到的结构加速度响应比采用弹塑性滞回环模型的要低, 在使用程序默认塑性铰单元作动力弹塑性时程分析时需要注意考虑该现象对结果的影响。

关键词：塑性铰,塑性连接单元,地震响应,动力弹塑性分析,SAP2000

参考文献

[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版, 2001.

[2]北京金土木软件技术有限公司, 等.SAP2000中文版使用指南[M].北京:人民交通出版社, 2006.

[3]米澤健次, 長沼一洋, 江戸宏彰.正負繰返し荷重を受ける鉄筋コンクリート部材の三次元非線形F E M解析[J].大林組技術研究所報, 2003 (67) :1-8.

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