基于结构易损性理论的网壳失效模式分析初探 被引量：13

1

作者 朱南海 叶继红 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期248-255,共8页

结构鲁棒性反映了结构系统抵抗外部环境干扰和内部不确定性因素影响而能保持稳定工作的能力。然而,对于结构鲁棒性评价指标尚未形成统一的理论方法和依据。易损性是鲁棒性的对立面,研究结构易损性可以从另一方面揭示结构缺乏鲁棒性的原... 结构鲁棒性反映了结构系统抵抗外部环境干扰和内部不确定性因素影响而能保持稳定工作的能力。然而,对于结构鲁棒性评价指标尚未形成统一的理论方法和依据。易损性是鲁棒性的对立面,研究结构易损性可以从另一方面揭示结构缺乏鲁棒性的原因。Blockley等提出的结构易损性理论,通过分析不同初始破坏对结构几何拓扑关系的影响识别其薄弱部位。根据结构的节点连接性能将结构划分成不同层次的结构簇形成结构层级模型,利用结构层级模型找出结构的薄弱单元,从而确定结构内部存在的薄弱部位。将该理论应用于网壳结构倒塌模式分析,编制了相应的分析程序,以文献算例验证了分析程序的正确性。而后将易损性理论应用于星型网壳,说明基于易损性理论分析网壳等大跨空间结构倒塌模式的可行性。通过与地震作用下的倒塌模式相比较,表明结构易损性分析基本能够有效反映结构的最薄弱部位。失效模式的评价参数"相对损伤需求Dr"和"易损性指数φ"可以科学反映失效模式发生的容易性和造成后果的严重性,即相对损伤需求越小,发生该模式的可能性就越大于其他失效模式;易损性指数越大则表示该失效后果的越不成比例性。 展开更多

关键词 结构构形 易损性理论 单层球壳 失效模式

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静力荷载作用下基于敏感性的单层球壳冗余度分析方法研究 被引量：7

2

作者 朱南海 叶继红 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期35-40,共6页

为合理评估单层球面网壳结构在静力荷载作用下的构件冗余度,以结构应变对单元材料弹性模量的敏感性作为评价指标,综合考虑单元弹性模量变化对结构影响,给出结构构件冗余度评价方法。为验证方法的有效性,将其与利用结构极限承载能力的冗... 为合理评估单层球面网壳结构在静力荷载作用下的构件冗余度,以结构应变对单元材料弹性模量的敏感性作为评价指标,综合考虑单元弹性模量变化对结构影响,给出结构构件冗余度评价方法。为验证方法的有效性,将其与利用结构极限承载能力的冗余度评价方法比较。结果表明,基于应变敏感性与利用极限承载能力分别计算的结构冗余度一致。冗余度值的大小是结构单元重要性衡量指标,冗余度值小的结构单元,其失效后将对结构整体性能产生重要影响。冗余特性可决定结构鲁棒性,能体现损伤情况下结构安全性。 展开更多

关键词 单层球壳 静力荷载 应变敏感性 结构冗余度 关键构件

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地震作用下基于响应敏感性的单层球面网壳冗余度分析方法研究 被引量：6

3

作者 朱南海 叶继红 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期192-198,共7页

冗余特性是结构鲁棒性的重要组成部分,也是损伤情况下结构安全性的体现。在地震等动力荷载作用下单层球面网壳结构的倒塌模式由诸多因素决定,其中结构的冗余度是重要的影响因素。为合理评估地震作用下的结构冗余度,本文基于结构响应对... 冗余特性是结构鲁棒性的重要组成部分,也是损伤情况下结构安全性的体现。在地震等动力荷载作用下单层球面网壳结构的倒塌模式由诸多因素决定,其中结构的冗余度是重要的影响因素。为合理评估地震作用下的结构冗余度,本文基于结构响应对单元材料弹性模量的敏感性提出地震作用下的结构构件冗余度评价方法,并对一星型网壳在地震作用下的弹性、弹塑性冗余度进行分析,以验证方法的有效性。结果表明,结构冗余度能够反映构件在结构中的重要性,冗余度值的大小是构件重要性的衡量指标,低冗余度构件是结构的关键构件。利用结构的冗余度分布,可以采取加强低冗余构件的措施,从而实现网壳结构倒塌模式的优化控制。 展开更多

关键词 单层球面网壳 地震作用 响应敏感性 结构冗余度 关键构件

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基于易损性与冗余度分析的构件重要性评价方法 被引量：5

4

作者 朱南海 李杰明 +1 位作者 贺小玲 甘淑清 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期608-615,共8页

为合理评价构件在结构中的重要性,以构件材料的弹性模量为基本参数,并考虑构件刚度变化产生的影响,基于构件应变能对材料弹性模量的敏感性,建立了构件冗余度及其易损性评价指标,以衡量构件的脆弱性和冗余特性。在此基础上将构件的重要... 为合理评价构件在结构中的重要性,以构件材料的弹性模量为基本参数,并考虑构件刚度变化产生的影响,基于构件应变能对材料弹性模量的敏感性,建立了构件冗余度及其易损性评价指标,以衡量构件的脆弱性和冗余特性。在此基础上将构件的重要性指标定义为构件易损性系数与冗余度系数的比值,实现构件重要性的分类量化。结果表明,采用的构件重要性评价指标能正确反映构件在结构中的重要性,重要性系数高的构件为结构的高易损-低冗余构件,是结构的关键部位和薄弱环节所在,其失效后对结构整体性能的影响较大。加强高易损-低冗余关键构件对于提高结构的整体性能和抗连续倒塌的能力具有重要作用。 展开更多

关键词 构件重要性 应变能 冗余度 易损性 杆系结构

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多尺度分析方法在土木领域中的应用与研究进展 被引量：3

5

作者 朱南海 蒋伟 +1 位作者 彭颖 黄栋 《建筑技术》 2018年第2期184-187,共4页

根据近年对多尺度方法在材料及结构层面的研究进展,总结面临的材料均匀与非均匀,计算方法分离与耦合等问题;由于不同单元、层次间的连接是多尺度分析的关键,先介绍多尺度分析方法的原理和应用,简述多尺度方法在微观介质领域与宏观结构... 根据近年对多尺度方法在材料及结构层面的研究进展,总结面临的材料均匀与非均匀,计算方法分离与耦合等问题;由于不同单元、层次间的连接是多尺度分析的关键,先介绍多尺度分析方法的原理和应用,简述多尺度方法在微观介质领域与宏观结构领域中取得的进展;对土木领域而言,利用多尺度方法模拟实际结构,不仅可反映宏观力学行为,且可预测材料损伤破坏等微观过程,对研究材料在物理过程中的时变性,评估结构的安全性和可靠性具有积极意义;最后通过分析当前多尺度方法存在的问题,提出多尺度耦合及全空间建模等相关建议。 展开更多

关键词 材料多尺度 结构多尺度 尺度耦合 有限元 离散元

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基于节点构形度的自由曲面网壳结构形态优化研究 被引量：1

6

作者 朱南海 张文强 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期233-240,共8页

为获得形式自由且受力性能合理的自由曲面单层网壳结构形态,以单位力作用下的位移响应作为结构连接性能的衡量参数,同时为保证结构曲面的光顺性引入NURBS技术,基于考虑荷载作用的结构节点构形度评价指标,提出了相应的自由曲面结构形态... 为获得形式自由且受力性能合理的自由曲面单层网壳结构形态,以单位力作用下的位移响应作为结构连接性能的衡量参数,同时为保证结构曲面的光顺性引入NURBS技术,基于考虑荷载作用的结构节点构形度评价指标,提出了相应的自由曲面结构形态优化方法。将结构控制点的坐标作为优化变量,节点构形度最小值的最大化作为优化目标,综合结构总用钢量、最大节点位移和构件长细比等约束条件,采用遗传算法对结构的曲面形态进行优化。结果表明,节点构形度可以准确反映节点的连接性能,采用遗传优化算法优化结构的曲面形态,可获得杆件以受轴压为主的结构形态,受力模式得到有效改善,受力合理,保证了结构极限承载力及其安全性。 展开更多

关键词 自由曲面 形态优化 NURBS曲面 节点构形度 遗传算法

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矿物掺合料对腐蚀混凝土强度影响及关联分析 被引量：3

7

作者 彭剑 邓通发 +1 位作者 朱南海 易道新 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2016年第8期120-124,129,共6页

结合赣南区域稀土开采残留硫酸铵的环境问题,在后期土地开发的背景下,通过对粉煤灰混凝土、矿渣混凝土、双掺混凝土受硫酸铵腐蚀的试验,测定受腐蚀混凝土的力学性能,分析受腐蚀混凝土强度劣化的规律,并运用灰色关联分析理论对不同掺量... 结合赣南区域稀土开采残留硫酸铵的环境问题,在后期土地开发的背景下,通过对粉煤灰混凝土、矿渣混凝土、双掺混凝土受硫酸铵腐蚀的试验,测定受腐蚀混凝土的力学性能,分析受腐蚀混凝土强度劣化的规律,并运用灰色关联分析理论对不同掺量矿物掺合料混凝土强度进行关联度分析。结果表明:混凝土中掺入粉煤灰和矿渣等量替换水泥能显著提高混凝土抗硫酸铵腐蚀性能;大掺量矿物掺合料的混凝土强度增长较慢,但抗硫酸铵腐蚀能力较好;矿物掺合料对受腐蚀混凝土的抗压强度衰减有较好延缓效果,但对抗折强度的延缓衰减的效果较差;通过灰色相关理论得粉煤灰掺量10%,矿渣掺量40%和50%腐蚀混凝土的总体强度与未腐蚀混凝土强度关联度达到80%,抗硫酸铵腐蚀效果最佳,与试验结果一致。 展开更多

关键词 混凝土 硫酸铵 粉煤灰 矿渣 双掺 关联度

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基于遗传算法的数据最大熵概率分布计算 被引量：6

8

作者 彭颖 朱南海 《南昌大学学报（工科版）》 CAS 2020年第1期40-45,共6页

为获得工程数据样本所服从的概率分布,针对数据样本的概率分布存在多样性和不确定性等问题,基于最大熵法引入拉格朗日乘子构建样本可能的概率密度函数,而后将拉格朗日乘子的求解转化为最小值优化问题,并利用遗传算法的寻优功能搜索问题... 为获得工程数据样本所服从的概率分布,针对数据样本的概率分布存在多样性和不确定性等问题,基于最大熵法引入拉格朗日乘子构建样本可能的概率密度函数,而后将拉格朗日乘子的求解转化为最小值优化问题,并利用遗传算法的寻优功能搜索问题的全局最优解。以一标准正态分布N(0,1)的数据点为例,验证了最大熵法与遗传算法在确定数据概率密度函数中的有效性和可行性,且采用五阶约束矩即可获得可靠的计算结果,其最大熵概率密度函数的均值为0.0028和标准差为0.9549均较接近其理论值。同时高层建筑地震响应分布规律的预测结果也表明,最大熵法可获得符合数据样本真实分布的概率密度函数,是数据概率分布分析的有效方法。 展开更多

关键词 最大熵法 概率密度函数 遗传算法 约束矩 数据样本

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基于AP法的单层球面网壳结构地震倒塌破坏分析

9

作者 吴文青 朱南海 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期632-639,共8页

在地震作用中,结构的薄弱部位构件可能会先发生初始失效,并导致结构在之后的地震中发生倒塌破坏。为研究在杆件初始失效下单层网壳结构的抗连续倒塌性能,通过增量动力分析方法(IDA法)确定网壳结构薄弱区域分布规律及结构的动力响应,引... 在地震作用中,结构的薄弱部位构件可能会先发生初始失效,并导致结构在之后的地震中发生倒塌破坏。为研究在杆件初始失效下单层网壳结构的抗连续倒塌性能,通过增量动力分析方法(IDA法)确定网壳结构薄弱区域分布规律及结构的动力响应,引入最大响应参数(应力、塑性应变、等效塑性应变等)杆件作为初始破坏杆件,采用备用荷载路径法(AP法)分析剩余结构在之后的地震作用中产生的动力响应。结果表明:单层网壳结构地震薄弱区处于底部区域,且受地震影响较大。在地震作用下,处于薄弱区域的杆件初始失效会使结构节点最大竖向位移、塑性杆件比例、总应变能等结构响应参数急剧增大,并且加速了结构的凹陷。由于杆件的初始失效,其两端节点发生较大塑性,周围杆件塑性发展明显,应重点关注处于地震薄弱区的杆件,该区域杆件若发生初始失效将对结构产生影响较大。 展开更多

关键词 单层网壳结构 增量动力分析 备用荷载路径法 初始失效 连续性倒塌

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一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器及其性能分析

10

作者 肖林发 林恒 +2 位作者 陈禄军 刘金磊 朱南海 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期373-382,共10页

为解决传统剪切型金属阻尼器耗能形式单一,剪切腹板易过早发生局部屈曲的问题,设计了一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器。该阻尼器主要由剪切腹板和防屈曲耗能件组成,防屈曲耗能件分布于剪切腹板两侧,上下两端与固定架相连。为考... 为解决传统剪切型金属阻尼器耗能形式单一,剪切腹板易过早发生局部屈曲的问题,设计了一种新型防屈曲-分阶段耗能剪切型阻尼器。该阻尼器主要由剪切腹板和防屈曲耗能件组成,防屈曲耗能件分布于剪切腹板两侧,上下两端与固定架相连。为考察其耗能和防屈曲能力,本文以传统的剪切型阻尼器试验模型为参考,利用ABAQUS有限元分析平台建立了14组阻尼器数值模型,分析了防屈曲耗能件的截面形状、使用材料的类型及与固定架间的连接方式等对阻尼器性能的影响,并采用刚度退化系数和等效黏滞阻尼比为评价参数衡量新型阻尼器的抗震性能。结果表明,设置了防屈曲耗能件的新型阻尼器其剪切腹板的最大面外位移与传统阻尼器的比值低于1/4,防屈曲耗能件与剪切腹板的最大屈服位移比超过3∶1,可以有效防止剪切腹板过早发生屈曲,具备多阶段耗能的能力。相比于传统无防屈曲耗能件剪切型阻尼器,此类阻尼器耗能能力强、滞回性能稳定、具备较好的抗震性能,可以满足实际工程结构的抗震设计要求。 展开更多

关键词 剪切型阻尼器 分阶段耗能 防屈曲 滞回性能 抗震性能

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基于修正Park-Ang模型的圆钢管构件地震损伤评估 被引量：1

11

作者 刘翔 朱南海 陈禄军 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期737-745,共9页

为合理评估薄壁圆钢管构件的地震损伤程度,基于Park-Ang地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于圆钢管构件的地震损伤模型。利用圆钢管构件在低周反复荷载作用下的骨架曲线,给出了损伤模型中各待定参数的计算方法,在此基础上通过... 为合理评估薄壁圆钢管构件的地震损伤程度,基于Park-Ang地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于圆钢管构件的地震损伤模型。利用圆钢管构件在低周反复荷载作用下的骨架曲线,给出了损伤模型中各待定参数的计算方法,在此基础上通过反演构件破坏点损伤因子为1.0时的模型组合系数,并利用曲线拟合法得到模型组合系数与构件轴压比、长细比和径厚比等参数间的关系式,从而建立构件的地震损伤评估模型。结果表明,修正的Park-Ang损伤模型可较好地评估圆钢管构件的损伤程度,构件达到极限破坏时的损伤因子值收敛于1.0且离散性较小,构件的破坏程度可划分为基本完好、轻微与中等破坏、严重破坏和失效破坏,对应的损伤因子界限值分别为0.02,0.41和1.00。 展开更多

关键词 圆钢管 地震损伤模型 损伤评估 模型组合系数 性能水准

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基于冗余度与易损性的结构抗震能力提升方法研究 被引量：1

12

作者 朱南海 李杰明 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期604-611,共8页

为提升结构整体性能和抗震性能,基于结构构件应变能对材料弹性模量的敏感性及其失效后结构的应变能变化量,建立了结构易损性与冗余度评价指标,以衡量在地震作用下构件发生破坏的容易程度及其失效后对结构整体性能的影响。考虑地震作用... 为提升结构整体性能和抗震性能,基于结构构件应变能对材料弹性模量的敏感性及其失效后结构的应变能变化量,建立了结构易损性与冗余度评价指标,以衡量在地震作用下构件发生破坏的容易程度及其失效后对结构整体性能的影响。考虑地震作用下结构构件冗余度及易损性差异,通过加强低冗余-高易损构件,同时削弱高冗余-低易损构件,合理调整各类构件截面面积。结果表明,构件的冗余度和易损性可以准确反映地震作用下结构构件的重要性及发生破坏的容易程度,考虑构件冗余度及易损性差异,调整结构构件面积,可有效提升结构的整体性能及抗震性能。 展开更多

关键词 抗震性能 应变能 冗余度 易损性 杆系结构

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基于拓扑优化的H型钢梁腹板截面轻量化设计 被引量：12

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作者 刘金磊 朱南海 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2275-2283,共9页

基于连续体结构拓扑优化变密度法,以相对单元密度为设计变量,体积分数为约束条件,结构应变能最小化为优化目标,对静力荷载作用下的H型钢梁腹板截面进行了拓扑优化研究。通过对优化后的结构进行几何重构,获得一种新型腹板开孔钢梁。与传... 基于连续体结构拓扑优化变密度法,以相对单元密度为设计变量,体积分数为约束条件,结构应变能最小化为优化目标,对静力荷载作用下的H型钢梁腹板截面进行了拓扑优化研究。通过对优化后的结构进行几何重构,获得一种新型腹板开孔钢梁。与传统圆形开孔梁和六边形开孔梁相比,在用钢量相同的情况下,新型开孔梁的应力分布更为均匀,屈服荷载也有较大提高。采用不同跨高比、不同腹板高厚比、不同开孔参数讨论了腹板设计参数对优化结果的影响。研究表明:随着开孔的增大,结构屈服荷载逐渐降低;腹板开孔形式对结构失效模式有较大影响,随着开孔的增大,梁的失效模式分别呈现出整体失稳破坏、局部剪切破坏、腹板受剪屈曲破坏、腹板孔洞连接处的塑性强度破坏。 展开更多

关键词 SIMP插值模型 H型截面钢梁 拓扑优化 应变能 变密度法

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