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关键词： 浅圆仓仓顶   钢绞线网   有限元模拟   下挠   应力  

摘要： 随着我国粮食产量的不断提高,就需要建造更多的粮仓来储粮,随着粮食贸易的进行,更具现代化的大直径浅圆仓得到了大力发展,但是大直径浅圆仓有着高度高,直径大等特点,在对其仓顶施工时具有一定的危险性。目前国内对于浅圆仓仓顶的施工大多为从地面搭设满堂脚手架作为支撑,或采用滑模拖带刚桁架的方式,因此研究也都是以刚性支撑平台为主,对柔性支撑平台的研究较少。而本文对一种柔性的钢绞线索网平台支撑进行研究,具体的现场施工技术为:仓壁施工结束后,在其顶部横、纵双向各张拉24道钢绞线,两边由“U”型拉环固定,使其成为一个网状支撑平台,之后在钢绞线网上部铺脚手板,并搭设脚手架,进行后续仓顶的施工。相比于传统的从地面搭设满堂脚手架作为支撑,钢绞线网支撑不需要从地面就搭设满堂脚手架,节约了大量钢管扣件,单仓节省成本15～20万元,同时提高了施工进度,也提高了安全性。由于钢绞线网支撑平台为柔性平台,在受到上部荷载后会产生一定程度的下挠,所以需要对网平台受荷载后下挠进行研究,根据下挠量对上部脚手架立杆增加相应高度,保证后续仓顶的正常施工。在现场施工结束后,记录现场钢绞线网的下挠数据,之后对相同工况进行ANSYS有限元模拟分析,将模拟结果与现场数据进行比对,发现有限元模拟结果为18.8cm,而现场实测约为20cm,模拟结果略小于现场实测。之后对钢绞线网平台的研究进行延伸,进一步通过ANSYS有限元软件模拟的方法,对不同钢绞线间距的网平台受荷载后下挠与仓壁应力变化,不同钢绞线预拉力的网平台受荷载后下挠与仓壁应力变化,以及不同钢绞线直径的网平台受到不同荷载后下挠与仓壁应力变化几个方面进行模拟,分析并总结出一定的变化规律,具体研究与结论如下:(1)对于不同间距(0.6m～1.25m)的钢绞线网受到上部荷载进行模拟,发现钢绞线间距为1.25m时即可满足支撑要求,但减小钢绞线的间距可以减小钢绞线网平台的下挠,亦可以提高筒仓应力状态。(2)对不同预拉力(0～300k N)的钢绞线网受到上部荷载进行模拟,得出在预拉力为100k N～150k N较为合理。同时还得出,随着钢绞线预拉力的不断增大,筒仓的应力以及应力的变化率都在不断增大。(3)对不同钢绞线直径(24mm～34mm)的钢绞线网受到上部荷载进行模拟,得出钢绞线直径30mm时为一个较佳的钢绞线直径。通过钢绞线直径的改变而引起的筒仓应力变化可以看出,钢绞线直径每增加2mm,仓壁的应力增量约为0.060×10～7Pa。(4)在钢绞线网所受荷载仅为本身自重时,钢绞线网平台所产生的最大下挠为5cm,在钢绞线网平台受到上方钢筋、混凝土、模板、木枋、脚手架等全部荷载后,最终下挠为18.8cm。

关键词： 股骨颈骨折   垂直型   内固定   有限元模型   Pauwels分型   应力   复位质量   前倾角   颈干角   解剖复位  

摘要： 第一部分四种不同内固定方式治疗垂直型股骨颈骨折有限元模型的建立目的:基于一名健康成人男性志愿者的右侧股骨CT断层图像集建立倒品字形空心钉(cannulated screws,CS)、动力髋螺钉(dynamic hip screw,DHS)、动力髋螺钉+防旋螺钉(dynamic hip screw+antirotation screw,DHS+ARScrew)、新型股骨颈内固定系统(femoral neck system,FNS)四种不同内固定方式治疗垂直型股骨颈骨折的有限元模型,并对模型的有效性进行验证,为后续探讨不同复位质量下的垂直型股骨颈骨折在以上四种不同内固定方式治疗的生物力学变化奠定基础。方法:选取1名30岁成人男性志愿者,身高173cm,体重约70kg,进行CT数据收集前已通过临床及相关影像学检查排除该志愿者无股骨畸形及相关病理性改变。对该志愿者右侧股骨进行CT扫描,将所获取的完整右侧股骨CT薄层导入Mimics20.0软件中建立右侧股骨三维数字模型。将数字模型导入3-matic 12.0中进行光滑处理后提取出股骨松质骨模型,在Geomagic Studio 2012软件中对上述模型进行精细曲面拟合,得到相应的股骨几何数字模型。股骨几何数字模型在Solidworks 2017软件中模拟出Pauwels角为70°的垂直型股骨颈骨折,利用UG NX 10.0软件进行四种内固定的建模并进行模型配准。将经过模型配准所得的四种内固定方式治疗的股骨颈垂直型骨折几何模型导入Hypermesh 14.0软件中进行实体网格划分。最后在Abaqus/Standard 6.14软件中进行相关边界条件的设定及赋予相关材料对应属性。对模型向下施加2100N载荷(模拟患者单脚站立的右髋部负重情况),对模型的受力情况进行分析,与临床及以往文献报道的生物力学研究结果进行对比,验证模型有效性。结果:成功构建四种不同内固定治疗垂直型股骨颈骨折有限元模型,在股骨头上施加向下2100N载荷后,得到的四种内固定治疗垂直型股骨颈骨折的有限元模型应力云图与实际情况及既往文献报道结果相似。结论:本研究建立的四种不同内固定治疗垂直型股骨颈骨折有限元模型,模型逼真,几何相似性高,相关物理特性与真实情况相似,可用于下一步的有限元分析。第二部分四种不同内固定方式治疗不同复位质量下垂直型股骨颈骨折的有限元分析目的:垂直型股骨颈骨折的最佳内固定方式尚存在争议,且对于垂直型股骨颈骨折在不同复位质量下骨折端复位到何种程度可以被接受,与解剖复位生物力学相比如何?目前尚未有定论。本研究基于第一部分所建立的模型,通过比较四种内固定方式治疗Pauwels角为70°的垂直型股骨颈骨折在骨折解剖复位、前后倾10°、内外翻10°共5种复位质量下共20种骨折内固定有限元模型,探索垂直型股骨骨折5种不同骨折复位质量在四种骨折内固定方式下的的股骨近端及内固定的最大应力及位移变化,试图寻找垂直型股骨骨折一个可以接受的复位质量,并在生物力学方面为治疗该类型骨折提供更为合理的手术方式。方法:基于第一部分建立Pauwels角为70°的垂直型股骨颈骨折模型,通过对股骨颈的有限元模型设置骨折解剖复位、前后倾10°(即解剖复位基础上前倾角向前加大10°或向后减少10°,分别用q+10与q-10表示)、外内翻10°(即解剖复位基础上颈干角加大或减少10°,分别用j+10与j-10表示)在四种不同内固定方式共20种骨折内固定有限元模型。在相同的约束条件下对模型向下加载2100N载荷(模拟患者单脚站立的右髋部负重情况),比较四种不同内固定方式在不同复位质量下的股骨近端及内固定最大应力及位移。结果:解剖复位下,内固定上的应力峰值最小为DHS+ARScrew组(147.3MPa)、最大为FNS组(669.4MPa),股骨近端的应力峰值最小为DHS+ARScrew 组(45.4MPa)、最大为 CS 组(67.2MPa);前倾角加大 10°时,内固定上的应力峰值最小为CS组(171.5MPa)、最大为FNS组(598.0MPa),股骨近端的应力峰值最小为FNS组(169.0MPa)、最大为CS组(306.0MPa);前倾角减少10°时,内固定上的应力峰值最小为CS组(251.9MPa)、最大为FNS组(592.0MPa),股骨近端的应力峰值最小为DHS+ARScrew组(106.4MPa)、最大为DHS组(118.1MPa);颈干角增加10°时,内固定上的应力峰值最小为DHS+ARScrew组(100.0MPa)、最大为CS组(138.0MPa),股骨近端的应力峰值最小为DHS+ARScrew组(90.0MPa)、最大为CS组(493.0MPa);颈干角减少10°时,内固定上的应力峰值最小为DHS+ARScrew组(148.

关键词： 油气管道   磁记忆方法   应力   管径   壁厚  

摘要： 随着国家经济的飞速发展以及区域冲突带来全球能源行业的不确定性,使得国家对于能源行业极其重视,能源运输也就越来越重要。长输油气管道是石油天然气运输的重要组成部分,但是在运输过程中由于外部环境因素、管道自身疲劳等造成应力集中乃至形成裂纹,这些因素可能会造成原油泄漏,严重的情况下造成管道爆炸,带来不可估量的损失,因此管道的应力检测成为了其中必不可少的一个部分。目前常规的检测油气管道应力集中技术有超声波法、射线法、磁粉法、涡流法、磁记忆法等,其中金属磁记忆检测技术可以对在役管道进行应力内检测。磁记忆检测技术作为一种应力检测技术,当铁磁性工件在受到了地磁场与载荷的影响时,在应力集中位置发生磁致伸缩效应,使磁畴重新取向。金属表面磁状态记忆着应力集中的位置和其他信息,通过检测器可以检测到磁信号进行分析。本课题通过有限元技术分析了裂纹周围的应力分布情况;通过力磁耦合关系计算应力与磁导率的关系;分析了磁记忆信号产生机理;分析了不同壁厚、管径及载荷对管道上裂纹的应力强度影响,研究了检测信号提离值,应力强度及应力方向对磁记忆信号特征的影响,为磁记忆检测技术提供了理论依据。研究结果表明:在弹性范围内,当铁磁性材料受到的外界磁场强度不变时,铁磁性材料受到外力的作用,磁感应强度会发生一定的变化,将磁导率作为连接力学仿真和磁学仿真的桥梁可有效的仿真磁记忆信号。磁记忆信号特征随着检测器提离值的增加而指数减小。当管径增加时,相同尺寸的裂纹尖端应力集中增大,磁记忆信号增强。当壁厚增加时,相同尺寸的裂纹尖端应力集中减小,磁记忆信号减弱。当管道内压增加时,磁记忆信号也增加;随着裂纹与周向的角度增加时,应力角度减小,裂纹端部轴向磁记忆信号增加。

关键词： 窄间隙气体保护焊   焊接接头   焊缝宽度   应力场   疲劳性能   有限元分析  

摘要： 窄间隙气体保护焊在厚板焊接领域发挥了非常高效的作用,目前已经应用到高铁、航空航天和船舶运输等大型焊接现场。采用这种方法可以减少焊接工序,节约焊料,改善焊接工艺的工作效果。但窄间隙气体保护焊也存在侧壁熔合不良,焊接接头处易发生疲劳失效等问题。因此,本文进一步探讨了窄间隙气体保护焊的应力场和疲劳强度。 本文通过ABAQUS有限元软件建立了4种不同焊缝宽度(5mm、10mm、15mm和20mm)的Q235A平板焊接接头试样的有限元分析模型,采用FEM技术,研究了Q235A平板焊接接头焊缝宽度与疲劳性能之间的关系。结果表明,改变焊接接头的焊缝宽度,弧光摆动半径不同,导致熔池温度场产生差异,影响了残余应力的分布,由于焊缝宽度的增大,焊缝中心处的残余应力也在增大,增大到一定程度后出现残余应力减小趋势。靠近焊缝部位主要呈现拉应力,远离焊缝部位则呈现压应力;此外,焊缝宽度改变后焊缝余高和焊脚尺寸也发生改变,从而改变了焊接接头的几何形状给焊缝带来不利的应力集中,使焊趾更容易成为裂纹萌生区域,进而向热影响区逐渐扩展。通过Fe-safe仿真分析了其疲劳性能,结果显示,在最大应力为300MPa时,4种不同焊缝宽度焊接接头试样的疲劳寿命分别为1.39×10～5N、1.58×10～5N、1.96×10～5N和1.87×10～5N,即15mm焊缝宽度试样的疲劳寿命约是5mm焊缝宽度焊接接头试样疲劳寿命的1.4倍。 通过疲劳验证试验,分析了焊缝宽度对焊接接头的影响。试验方法包括钻孔法测试残余应力、疲劳测试、金相观察及硬度测定,通过对试验结果进行处理,分析了焊缝宽度对焊接接头处疲劳强度和力学性能的影响。疲劳试验在300Mpa的循环载荷下进行,焊接接头的断裂位置与有限元模拟的低寿命区一致,均位于焊趾区域,且得到的4种焊接接头疲劳寿命分别为1.25×10～5N、1.50×10～5N、1.81×10～5N和1.66×10～5N。将疲劳模拟计算的结果与试验的计算值进行比较,得出了与试验值一致的结论。进一步验证了焊接接头疲劳强度先随焊缝宽度的增加而增强,之后则逐渐减弱的结论;同时可以发现,疲劳模拟计算的寿命总是比疲劳试验测定的结果稍高,这是因为在前期创建焊接接头模型时,有限元模拟的材料工况比实际材料性能更加理想,足以验证所提出的有限元模型、有限元计算方法的有效性和计算结果的有效性。本课题的研究意义是探索焊接结构的几何尺寸(焊缝宽度)对焊缝疲劳强度造成的影响,为焊接结构的设计以及工程实施做好理论和实践基础。

关键词： 煤层气   横向顶管   应力   水平位移  

摘要： 近年来,由于煤层气不仅是优质的清洁燃料,同时又是重要的化工原材料,因此煤层气产业得到快速发展。受地形地貌、矿产资源等影响,煤层气管道铺设面临严峻挑战,受到潮湿环境的直接影响很容易发生管道穿孔腐蚀等问题。顶管由于能够兼顾稳定土层和不稳定土层中的顶进作用而得到广泛应用,但是和埋管等作业工艺相比,在施工技术和操作方面仍然有很多可以改进的地方。因此,针对不稳定土层中顶管施工作业中存在的技术缺陷进行深入分析,并对存在的缺陷问题提出针对性的改进建议。以采用顶管施工的某区域内煤气层主干管施工为背景,通过有限元ABAQUS对煤层气管顶管施工过程进行数值模拟研究。首先根据土层条件与现场工况,对土体分层进行模型简化,由地表至下分别为素填土、流砂层、粘土层和风化花岗岩层,厚度分别为:3 m、8 m、12 m、15 m;管道埋深12 m,顶管采用外径为500 mm,顶进至30～50m,顶管工程的钢管每节长度为5 m。模型水平方向长度取50 m,竖直方向取50 m,即土体模型尺寸为50 m×22 m×50 m。通过改变激活、钝化相应网格的方法来模拟横向顶管施工引起周围地表实际变形值,并与现场监测的变形数据进行对比。利用定性分析、数值模拟验证、现场监测等手段,得到如下研究成果:(1)在推力的作用下,土体水平位移的最大值位于顶管轴线埋深处,而位于推进面正前方的土体区域将会出现最大2 mm垂直高度的隆起面,另一方面因顶推力作用而导致地表发生沉降现象,最大沉降距离达到2.3 mm;(2)基于纵向分析角度得出顶进面前方2D范围的土体存在显著性的扰动现象,并且土地水平方向上可以观测到显著增加的位移变化;(3)基于横向分析角度发现,管道周围1D范围的土体存在显著的扰动现象;(4)基于竖向分析角度发现,竖向变形对于管道以上2D范围内的土体不会带来显著的影响,土体水平位移增加速率逐渐减小,最终位移值趋于稳定。

关键词： 引流线   有限元法   应力分析   疲劳   钢芯铝绞线  

摘要： 新疆由于地域广及其特殊的地理位置,强风区域极多。近年来,在强风区域承担西电东输的750k V高压输电导线发生了多起引流线断股事故,本文选取典型断股事故进行分析。其中位于“达坂城风区”的某750k V高压输电导线上的引流线同一位置在不到3年内连续发生5次断股,即该引流线差不多半年就会发生一次断股。这种情况是极为异常的,严重影响了750k V高压输电线路的安全运行。通过对该引流线所处区域的风速进行统计,发现大风可能是导致该引流线发生断股的主要因素。因此分析该引流线在大风载荷下的力学响应,探究其断股机理,以便为大风区引流线防断股措施的实施提供指导,这是十分有意义的。本文通过有限元方法并结合相关的疲劳实验及测试等,对该引流线断股的机理进行了深入的探究。主要做了以下几方面的工作:(1)对引流线在大风下的运动形式、风速分布、在大风下的振动频率及大风区导线断股案例等进行综合分析,得出引流线在大风下发生的振动并不是微风振动、次档距振荡或者舞动,而是一种特殊的大振幅、低频率振动,且大风载荷极有可能是引起引流线频繁断股的重要因素。(2)该引流线的结构不仅较大,而且呈空间分布。因此根据实际结构建立有限元模型去分析其在大风下的力学响应不仅建模存在较大困难,而且需要极大的计算资源。本文提出了整体有限元模型与局部有限元模型联合仿真的方法,该方法在保证求解结果准确性的同时极大的减少了模型的计算量。为了探究断股引流线在大风下是否会发生高频共振从而加剧引流线的失效,使用该建模方法完成了对引流线的模态分析。为了探究引流线断股部位的力学响应,使用该建模方法对不同风载等级下断股部位的应力分布进行了详细的研究。仿真得到的结果对探究引流线的断股机理起到了重要指导作用。后续进行了相关的疲劳实验及测试等,从多角度验证了该建模方法的准确性。(3)在实验室搭建的模拟疲劳实验平台上完成了特定等级风速下钢芯铝绞线的疲劳实验,对断股导线的断口形貌及疲劳寿命等进行了分析。(4)对风速分布、仿真的结果、疲劳实验的结果、断股导线的断口形貌及疲劳寿命等进行了综合研究,提出了引流线频繁断股的机理。相关合作单位在该引流线断股机理的指导下设计安装了相关的防断股金具并取得了初步的成效。

关键词： 隔膜压缩机   应力   有限元分析   结构优化  

摘要： 氢能源燃料电池汽车的迅速发展扩大了对加氢站的需求,对加氢站的重要设备--隔膜压缩机的性能也提出更高的要求,隔膜压缩机的重要组件--膜片,通过机械或液压方式驱动膜片,使其产生弹性变形来进行压缩及传输气体,膜片的寿命与可靠性对隔膜压缩机的影响起着至关重要的作用,据统计隔膜压缩机膜片的故障类型大多数是由于工作过程中膜片产生疲劳破坏而造成的,因此探究单层膜片以及膜片组的脉动情况并对膜片进行优化等问题具有重要的研究意义。本文以MD2.5型隔膜压缩机为研究对象,使用三维建模软件建立其膜片的模型,采用ANSYS Workbench软件对其模型进行模拟研究分析,通过分析其应力分布及相应的应变分布,从理论上分析其应力分布的合理性。分析膜片各部分的应力分布特征,找出了最大应力应变或应力应变变化跨度大的部位,分析了膜片应力应变的变化趋势,并提出了改进建议。本文主要研究内容为:(1)分析膜片的受力情况,剖析膜片的应力对膜片脉动寿命的影响。通过不同位置的应力应变从理论的层面上分析出最容易出现危险的地方膜片变形过程中的应力应变规律。(2)隔膜压缩机膜片组进行有限元分析,将膜片导入后,进行网格划分,设置加载参数及约束,进行应力应变仿真并进行分析。(3)设计了膜片的观察实验,通过实验设备的选取等前期准备工作,对工作不同的膜片进行表面观察实验,观察出膜片在实际工作中的磨损情况。(4)提出对膜片组的材料、厚度以及油腔与膜片贴合面的过渡圆角的优化,提高膜片脉动寿命,降低膜片受到来自膜腔贴合角的应力集中,对膜片组的结构进行了优化。通过对膜片的受力分析与有限元分析,探究出膜片在受力变形的挠度曲线,滑动区与粘附区,分析出膜片脉动时产生的影响。通过对膜片组的优化,能够提高膜片组的脉动寿命,提高隔膜压缩机的使用效率,具有很高的经济效益。

关键词： 大跨悬索桥   施工状态   临时连接件   抖振   应力分析   加固措施  

摘要： 大跨度钢箱梁悬索桥在施工期会采用临时连接件来定位和固定已架设梁段,在加劲梁合龙并开始逐段焊接后,临时连接件逐步拆除。在强风作用时,箱梁顶板和底板的临时连接件会用高强螺栓锁定,与梁段一起形成柱肢结构,和加劲梁一起传递风致内力。但临时连接件的强度相对较弱,在较大的风致内力作用下会发生较大变形甚至损坏失效,这将导致相邻梁段之间发生碰撞损伤,危害加劲梁质量。因此有必要开展大跨悬索桥临时连接件的抗风设计。本文结合某大跨悬索桥临时连接件的抗风设计,开展了原理推导、整体计算、局部计算、抗风性能评价和承载力提升等方面的研究,主要工作和结论为:(1)基于临时连接件的工作原理推导了临时连接件的受力表达式,用有限元软件ANSYS进行了整体受力分析,获得了各临时连接件拉杆轴力的分配系数,以及主梁刚度折减系数。(2)建立了临时连接件的局部有限元模型,开展了弹塑性应力及变形计算,确定了不同类型临时连接件的极限承载力。(3)根据全桥气弹模型风洞试验抖振位移测量结果,基于位移—内力反演的振型叠加法,获得了加劲梁的风致抖振内力。利用静力三分力系数,计算获得了对应风速下加劲梁的静风内力。此外,采用谐波合成法模拟了主梁处脉动风时程,根据抖振时程计算方法获得了不同阻尼比条件下加劲梁的风致内力,为基于风洞试验(单一阻尼比)获得的抖振内力提供不同阻尼比下响应的参考。(4)通过临时连接件拉杆轴力分配系数,获得了设计风速下临时连接件的风致内力,并基于其承载力开展了抗风安全性评估。鉴于原设计底板连接件的强度显著小于顶部连接件强度,提出了提高底板连接件承载能力的措施。(5)根据不同施工阶段风致内力的变化和结构承载力的需求,通过增加箱梁两侧临时连接件的数量,降低了单个连接件的风致内力,由此提升了整体承载力,使其满足了抗风设计要求。

关键词： 三周期极小曲面   椎间盘修复   多孔支架   应力  

摘要： 一、研究背景椎间盘退行性疾病是导致腰痛的重要原因,发病群体有年轻化趋势。对于症状严重、保守治疗无效的患者需采取椎间盘切除术,但对于切除造成的缺损尚无理想的处理办法。采用组织工程学技术对缺损进行修复是研究的热点,但目前缺乏理想的支架设计。二、研究目的采用先进的三周期极小曲面(Triply periodic minimal surfaces,TPMS)理念设计椎间盘多孔支架,观察力学性能、仿真性能和生物学性能,以探索适用于椎间盘缺损修复的支架。三、研究方法首先采用TPMS理念设计3种不同参数的支架并分别在Z轴方向上进行变形。采用3D打印技术,以聚碳酸酯聚氨酯(Polycarbonate urethane,PCU)为材料制作标准尺寸的模型进行压缩性能测试,绘制应力-应变曲线,评估不同模型应力下的弹性模量、能量耗散、形变恢复和抗疲劳性能。采集影像学数据用于腰椎三维建模,使用有限元技术模拟前屈、后伸、侧屈三种运动状态,比较天然状态下和装载各型号支架后各接触面的应力峰值和应力集中区域面积占比,评估支架应力下的仿真性能。采用TPMS理念制作三维培养支架,种植人椎间盘髓核细胞进行应力培养,于不同力学刺激时间点检测细胞基质相关基因COL1A1、MMP-1、MMP-3、MMP-13、炎症相关基因IL-1β、IL-6、IL-8 TNF-α相对表达量的变化,并深入探究与能量代谢密切相关的SIRT3在退变中的作用,从而探索TPMS多孔支架应力环境下的生物学性能。四、结果力学测试显示,P2模型能量耗散率最低,形变恢复率最高,材料抗疲劳性能最好。P1模型能量耗散率最高,形变恢复率最低,材料抗疲劳性能最差。有限元分析显示,前屈状态下P3模型各接触面应力峰值最低,DP2最高,后伸状态下多数接触面上DP2应力峰值最高。侧屈状态下各接触面上的应力峰值均为P3最低。应力培养结果显示,不同力学刺激时间下COL1A1总体水平稳定,MMP-1和MMP-3前期短暂下降,后基本恢复,MMP-13表达水平在24h有显著升高。炎症指标IL-1β和IL-8在前期升高,中后期下降,IL-6前期基本保持稳定,中后期显著升高,而TNF-α前期下降明显,后期显著升高。SIRT3表达水平前期下降,后期升高,相应蛋白水平也体现出相似趋势。SIRT3过表达促进COL1A1、MMP-3、MMP-13和IL-8表达,抑制IL-1β和TNF-α表达。五、结论TPMS理念可被成功应用于多孔椎间盘支架设计,P2模型力学性能最好,P3模型仿真性能最好。将TPMS设计用于应力培养,MMP-13、IL-6、TNF-α、SIRT3呈现明显变化趋势,可作为评估退变指标,SIRT3可能通过促进COL1A1,抑制IL-1β、TNF-α延缓退变,具体机制尚需进一步研究。

关键词： 碳纤维筋   海水海砂   预应力构件   传递长度   粘结应力   应力分析   影响因素  

摘要： 碳纤维复合增强筋(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)是由多股连续碳纤维通过基底材料如环氧树脂进行胶合,通过特制的模具挤压并拉拔成型的筋材。CFRP筋有以下几个特性:强度高、密度低,弹性模量与混凝土最为接近;抗疲劳性能较好;抗腐蚀能力较其他FRP筋最强,因此CFRP筋能够代替普通钢筋与混凝土共同工作,目前也已有将CFRP筋作为预应力筋用于预应力混凝土结构中。但在预应力混凝土结构中,CFRP筋的预应力传递模式与普通钢筋会出现较大差别,国内外已有部分学者对CFRP筋预应力的传递长度进行了研究,但未对预应力CFRP筋的外形的影响进行深入探究。因此本文以CFRP筋与混凝土之间粘结性能的实验为基础,建立了 CFRP筋-海水海砂预应力混凝土板的有限元模型,研究CFRP筋预应力构件预应力传递长度的影响参数,并对预应力及粘结应力分布与传递,混凝土体应力分布等进行深入分析。 首先进行了 CFRP筋与海水海砂混凝土粘结性能的实验,通过理论分析以及有限元数值模拟,得到了影响CFRP筋与海水海砂混凝土粘结性能的主要因素及其影响机理。采用ABAQUS软件建立了先张法CFRP筋-海水海砂混凝土预应力板有限元模型,对先张法CFRP筋预应力海水海砂混凝土的传递长度进行了分析。参数分析结果表明,混凝土强度越高,预应构件的传递长度越短;而CFRP筋与张拉控制应力的增大,都能显著增大传递长度。 其次对CFRP筋与混凝土接触界面的粘结应力进行研究。通过理论分析与数值模拟结果得出了在预应力筋纵向方向上CFRP筋与混凝土的粘结应力分布。并确定了预应力构件各参数对粘结应力分布的影响程度,将平均粘结应力与粘结强度结合,推导了计算CFRP筋预应力构件传递长度的计算公式,通过分析得到了平均粘结应力与粘结强度比值的系数k取值范围在0.30-0.32。 随后对接触界面上混凝土受CFRP预应力筋的压应力以及压应力引起的混凝土体应力分布进行研究。通过对预应力构件中Hoyer效应的理论分析,得出了混凝土受压应力的分布公式,拟合对比之后验证了该公式的合理性。改变预应力构件参数进行数值模拟得出了各参数对受压应力分布的影响。基于受压应力的研究得出了混凝土体的应力场分布规律以及各影响因素对应力场分布的作用。结果表明对于混凝土接触面上的受压应力以及混凝土体应力,传递长度处的位置均作为应力大小的拐点,通过传递长度可以很好的预估应力的分布以及应力范围。 最后对预应力CFRP螺纹筋预应力构件传递长度进行研究,可以得出预应力构件中的局部应力和整体应力,同时推导了 CFRP螺纹筋预应力构件的传递长度的计算公式。