核电站用屏蔽泵的抗震力学性能计算分析
23卷3期2007年9月
世 界 地 震 工 程
WORLD E ARTHQUAKE E NGI N EER I N G
Vol .23,No .3
Sep.,2007
收稿日期:2007-03-25; 修订日期:2007-07-13
基金项目:国家科技基础条件平台重点工作项目(2004DEA70940)
作者简介:杨晓丰(1964-),女,副教授,主要从事桥梁结构分析、结构抗震等研究.
文章编号:100726069(2007)0320047207
核电站用屏蔽泵的抗震力学性能计算分析
杨晓丰1
张 勇2
孙柏涛2
胡少卿
2
(1.黑龙江工程学院,黑龙江哈尔滨150050; 2.中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨,150080)
摘要:以核电站用屏蔽泵为研究对象,采用有限元法,对其施加满足实际工况的约束,计算出屏蔽泵的自振频率和振型。同时对屏蔽泵在地震载荷、自重、扭矩等多种载荷组合作用下进行了抗震性能分析,计算结果表明在上述载荷作用下,屏蔽泵的应力状况满足抗震要求,泵轴的变形在允许限值内。关键词:有限元法;抗震性能;屏蔽泵中图分类号:P3151957 文献标识码:A
Se is m i c analysis on canned motor pu mp used i n nuclear power generati n g st ati on
Y ANG Xiao 2feng 1
ZHANG Yong 2
S UN Bai 2tao 2
HU Shao 2qing
2
(1.Heil ongjiang I nstitute of Technol ogy,Harbin,150050,China;2.I nstitute of Engineering
Mechanics,China Earthquake Adm inistrati on,Harbin 150080,China )
Abstract:I n this paper,canned mot or pu mp used in nuclear power generating stati on is studied,the finite ele ment model of the pu mp with contraints conf or med t o real work conditi ons is established,the frequencies and modal shapes of the pump are given .And the seis m ic perf or mance analysis of the pump is carried out under the combined l oads including earthquake l oad,dead weight and t orque .The results show that the stress of the canned mot or pu mp conf or m s t o the seis m ic require ments for equi pment of the nuclear power generating stati on,and the pu mp shaft defor mati on is within the all owable li m its .
Key words:finite ele ment method;seis m ic analysis;canned mot or pump
1 引言
地震对于人类的严重危害是人所皆知的,现在人们对付地震这种自然灾害仍处在预防阶段,核电设备尤
其要考虑到这点,这就是核电设备的抗震设计。核电是目前世界上日益受到重视的能源。核电厂的设计已日臻成熟和完善,但是核电厂安全的重要性仍是不容忽视。核电站事故具有巨大危害性,为了避免放射性灾害,在规划设计阶段就要考虑各种可能发生的事故,并采取明确的保护措施。核电站抗震设计既要保证结构安全又要保证其机电设备和仪器的可运行性。对于核电站,凡是与核扩散有关的结构物、设备都要求只出现弹性变形或较小的非弹性变形,并且还要保证机电设备及仪器的安全运转(在OBE 下),保证与安全停堆有关的设备与仪器安全运转(在SSE 下)。
屏蔽泵是核电站中常见的设备之一,该设备在荷载作用下转子、轴承等处的振动摆度可能会超过允许值,造成转动部件和支承系统较大的动应力;严重时,会发生定转子间的碰撞和摩擦,造成磨损和破坏,从而给屏蔽泵系统的安全可靠运行带来很大的危害。本文按照有关规范的要求,为验证核用屏蔽泵的安全性,对
屏蔽泵进行了抗震计算。本文的成果对我国核电站中电气设备的国产化有一定的参考价值。
2 计算模型
211 结构描述
核用屏蔽泵属1E级电机,机组的抗震类别为I类。屏蔽泵的驱动是通过联轴器将泵的叶轮轴与电动机轴相联接,使叶轮与电动机一起旋转而工作的。同时在定子、转子部件上装有屏蔽套,以保证定、转子铁心和绕组不被输送的介质浸蚀。整个屏蔽泵由机座、泵体、上盖、轴和轴承、定子、转子、叶轮、接线盒和冷却器组成。机体内部由口环、导叶、热屏、止推轴承等组成。采用全新的静密封结构,作到滴水不漏,工作环境不受
污染。整个机组通过8个法兰螺栓(M24)固定在底座上。屏蔽泵简图见图1。基本设计参数如表1所示
。
图1 核用屏蔽泵简图
表1 核用屏蔽泵的设计参数
额定功率/k W额定转速/(r/m in)气隙/mm允许气隙偏心
515300011610%
泵轴材料为圆钢1Cr17N i2,上盖和电泵机座、泵体以及内部等构件大部分材料为钢1Cr18N i9Ti。泵体和支座处螺栓材料为A3碳素钢。各种材料的弹性模量、许用应力值等见表2所示。
表2 材料特性及许用应力值
材料牌号常温弹性模量E
(105MPa)
密度
(kg/m3)
泊松比抗拉强度
σ
b
,Su(MPa)
屈服极限
σ
S
,σ012,Sy(MPa)
许用应力
S(MPa)100℃
1Cr17N i221067800013--163
1Cr18N i9Ti21067800013--111
A3碳素钢2103785001337023584
212 计算模型
屏蔽泵整体抗震分析的模型统一考虑了上盖、轴和轴承、定子、转子、接线盒、冷却器、机座和泵体及其内部的口环、导叶、热屏、止推轴承等,根据部件的几何特点,采用实体单元、梁单元、质量单元和弹簧单元建模。
在计算模型中,泵轴用梁单元(BEAM188)描述,泵轴上相连部件按照相应的附加质量(质量单元84 世 界 地 震 工 程 23卷
MASS21)表示,转子、叶轮和其他部件总重2517kg,
均匀的加在各部件所对应轴的长度上。屏蔽泵其他部件(上盖、定子、机座和泵体及其内部的口环、导叶、热屏、止推轴承等)均采用8节点的Solid45单元描述。定
子齿部和线圈的刚度为零,它们对定子的影响用附加质量即质量单元Mass21来表示,定子轭的轴向通风孔
和其他缺口只考虑为单纯的质量减少[1]
。接线盒的重量作为附加质量(质量单元MASS21)加在机座相应位置上。屏蔽泵轴两端的轴承采用多点约束描述模拟轴承处的简支条件,泵轴与轴承对应点通过几个弹簧单元与轴承外盖相连。屏蔽泵通过8个法兰螺栓与其它部件为刚性连接,因此在每个法兰螺栓的位置分别沿
X 向、Y 向、Z 向设置一个刚性弹簧,刚性弹簧的另一端所有自由度全部固定。整个结构有限元模型共包括
实体单元5936个,梁单元48个,质量单元44个,弹簧单元64个,共计6092个单元,7616个节点。有限元模型见图2
。
图2 核用屏蔽泵的有限元模型
3 屏蔽泵自振特性的分析结果
利用ANSYS 有限元软件对屏蔽泵整体结构的固有特性进行了计算,采用分块Lancz os 方法计算了屏蔽
泵前8阶固有频率和振型。前8阶固有频率列于表3,对应的前4阶振型如图3-图6所示。由计算结果可知基频为169185Hz,大于33Hz 。第1～第3阶振型是屏蔽泵整体的振型,而第四阶振型是轴的振型。
表3 屏蔽泵前8阶振动频率(单位:Hz )
阶次第1阶
第2阶
第3阶
第4阶
第5阶
第6阶
第7阶
第8阶
固有频率
169185
170176
537167
566145
590106
672115
711181
7291
32
图3 第1阶振型,屏蔽泵整体沿Y -X
方向振动
图4 第2阶振型,屏蔽泵整体沿Y -Z 方向振动
9
43期杨晓丰等:核电站用屏蔽泵的抗震力学性能计算分析
图5 第3阶振型,
屏蔽泵整体扭转振动图6 第4阶振型,屏蔽泵轴沿X 轴方向振动
4 荷载
411 地震作用
根据设备方提供的反应谱,屏蔽泵的抗震试验响应谱的包络谱(秦山、岭澳)如下:
(1)———×———为OBE 试验谱(秦山、岭澳包络),阻尼比为2%———○———为SSE 试验谱(秦山、岭澳包络),阻尼比为4%(2)以上谱值均为水平X 、Y 方向(对应于有限元模型的X 和Z
方向)的响应谱,垂直向为其谱值的2/3。
图7 抗震试验响应谱包络线
412 自重荷载
在对模型进行计算时,输入材料属性和重力加速度,自重荷载由软件自行进行计算。413 扭矩
T N =91549
P N n N
(1)
式中:T N ———额定转矩(N ?m );P N ———额定功率(W );n N ———额定转速(r/m in ).
由提供的屏蔽泵主要设计参数,P N =515k W ,n N =3000r/m in,得T N =1715N ?m 。
05 世 界 地 震 工 程 23卷
414 载荷工况
屏蔽泵整体的抗震分析分别考虑两种工况[4,5]
:(1)运行安全工况(B 级)时的载荷为:自重+扭矩+OBE;(2)事故工况(C 级)时的载荷为:自重+扭矩+SSE 。计算所用的工况和应力准则如表4所示。自重荷载给出材料属性和重力加速度由软件自行计算,方向竖直向下;扭矩按照相反的方向分别施加在转轴的两端。分别计算OBE 载荷和SSE 载荷三个方向的地震载荷后,按照平方和开平方(SRSS )方法组合,最后和其它载荷产生的应力组合。
表4 工况与应力准则
工况
载荷组合
应力限值[3]B 级
自重、扭矩、OBE 地震荷载
σm ≤111S
σm (或σL )+σb ≤1165S
C 级自重、扭矩、SSE 地震荷载
σm ≤115S
σm (或σL )+σb ≤1180S
5 屏蔽泵的抗震性能分析
511 屏蔽泵的应力
图8、9示出在两种载荷工况作用下屏蔽泵的第1主应力分布图。从图中可以得出:屏蔽泵整体的应力水平很低,
在B 级载荷工况作用下,第1主应力最大值发生在法兰螺栓的位置
,值为2122MPa,而在C 级载荷
工况作用下,第1主应力最大值发生在法兰螺栓的位置,为3159MPa 。
图8 B 级载荷工况下屏蔽泵的第1主应力图
图9 C 级载荷工况下屏蔽泵的第1主应力图
512 屏蔽泵的应力强度校核
按照AS ME -Ⅲ-1-NC 中二级设备的有关准则进行应力评价。B 级和C 级工况下屏蔽泵的应力强度校核列于表5。
表5 屏蔽泵的应力强度校核表(单位:M Pa )
工况
校核部位最大应力强度
(MPa )一次薄膜应力应力限值(MPa )
一次薄膜应力加弯曲应力
应力限值(MPa )
B 级
机体212212211183115泵轴
211417913268195C 级机体31591661519918泵轴
3105
24415
29314
由表5可知,整个屏蔽泵的机体和轴在B 级工况和C 级工况下,应力满足核电厂抗震设计规范要求。
1
53期杨晓丰等:核电站用屏蔽泵的抗震力学性能计算分析
513 屏蔽泵轴的变形
屏蔽泵的抗震分析要求在SSE 地震荷载、自重和其他荷载共同作用下,保持可运行性,转子与定子之间
的相对变形应小于它们之间的间隙,从而不影响运转。由于整体结构刚性大,所以各部件绝对位移很小,最大位移在屏蔽泵的机座上盖位置,值为0100728mm 。屏蔽泵轴的位移为0100619mm ,主要为刚体位移,屏蔽泵的定、转子之间相对变形为0100732mm ,小于气隙值的10%,即0116mm.。图10为屏蔽泵在C 级工况下的位移,图11为泵轴的位移图
。
图10 屏蔽泵在C
级工况的位移图11 泵轴在C 级工况的位移
514 屏蔽泵的螺栓校核
核用屏蔽泵的底脚板与基础由法兰螺栓M24连接,SSE 试验谱(秦山、岭澳包络)载荷作用下法兰螺栓的内力如表6所示。
表6 屏蔽泵的法兰螺栓内力(SSE 工况)(单位:N )
内力序号
Y 向轴力
X 向剪力
Z 向剪力
合成剪力
19251181161162001572311782202811116104342109361124319601967110935310935914147601418014632311872451435914128102123237179258183620231984174835816636815471959181041173351573511378
768100
961014
193189
216136
则每个螺栓在三个方向由地震荷载SSE 试验谱(秦山、岭澳包络)所产生的具有最大组合的6号螺栓的内力。其中,轴力P y =202319N ,剪力V x =841748N ,剪力V z =358166N 。根据设计要求,螺栓轴向预紧力F p
=45000N;M24螺栓的应力截面积A s =353mm 2
。
表7 螺栓材料许用应力(单位:M Pa )
σb
σs
F tb =
σb
2
F vb =
0162
σb 3
A3碳素钢
370
235
185
76
因此:
F t =
P y +F p
A s
=133121M Pa ,F v =
V 2
x +V 2
z A s
=1044M Pa
25 世 界 地 震 工 程 23卷
F 2
t
(F ′tb )
2
+
F 2
v
(F ′vb )
2
=
133121185
2
+
1104476
2
=01518<1
故法兰螺栓应力强度满足要求。
6 结论
本文根据核电站用屏蔽泵的特点,利用ANSYS 有限元软件建立了屏蔽泵的有限元模性,求出了屏蔽泵的固有频率和振型,并对屏蔽泵在OBE 和SSE 地震荷载作用下进行了抗震性能计算分析,得到以下结论:
在SSE 地震载荷、自重、扭矩同时作用下,屏蔽泵机体和泵轴的应力状况满足核电厂抗震设计规范二级部件要求;泵轴的变形在允许限值内,因此核电站用屏蔽泵在SSE 地震载荷作用下,能够保证结构完整性和可运行性。
核电站用电气设备在荷载作用下能否正常运作通常关系着其他设备的功能好坏,我国尚未颁布有关规范作为其设计的依据,本文的计算方法和结果为核电站用电气设备的抗震设计提供一定的参考作用。
参考文献:
[1] 陈世坤.电机设计[M ].北京:机械工业出版社,2005,P206.[2] 核电厂抗震设计规范[S].国家地震局主编,北京:中国计划出版社.
[3] AS ME -Ⅲ,核动力装置设备(SI 版)NC 分卷[S].北京:中国机械工程学会压力容器学会,1986.
[4] 胡少卿,孙柏涛.核电站用三相异步电机的抗震力学性能计算分析[J ].地震工程与工程振动,2006,26(6):133-137.
[5] 孙柏涛,刘永昌,等.巴基斯坦恰希玛依核电站用P300工程核级离心通风机抗震性能计算及试验研究[J ].地震工程与工程振动,1997,
17(1):89-94.
3
53期杨晓丰等:核电站用屏蔽泵的抗震力学性能计算分析
古建筑木结构榫卯节点分析
古建筑木结构榫卯节点分析 一、前言 中国是四大文明古国之一，在源远的历史长河中，流传下了无数珍贵的物质和文化遗产，而其中重要的一部分就是古建筑木结构。古建筑木结构在世界建筑之林中独树一帜，影响深远，是东方建筑的代表。古建筑木结构有其独特的构造方式，如高台基、榫卯连接、平摆浮搁、侧脚和升起、雀替、斗拱铺作层等，展现出良好的抗震性能。不用一钉一铆，整体体系以木构架为主要承重构件，全靠木构件之间相互搭接和穿插而建造。被称为三大“世界奇塔”之一的释迦塔，是中国现存最高最古老的木塔，历经九百多年依然屹立不倒。 二、榫卯节点 古建筑木结构总体可分为井干式、抬梁式和穿斗式等三种结构形式。梁柱是主要的受力构件，承载建筑的自身及外界荷载，而榫卯节点将梁柱构件连接到一起，形成木构架。因此，梁柱节点的榫卯连接是木结构研究中的重要部分。榫卯节点中，“榫”即为凸出木构件，“卯”为凹部木构件。榫卯节点具有不同于现代建筑结构节点的特性，其既具有很强的转动能力又能够传递一定的弯矩，具有明显的半刚性特性。常见的榫卯连接形式有直榫和燕尾榫两种。直榫中榫径与榫头同宽，多用于木构件的穿插。燕尾榫榫头大于榫径，一般用于水平木构件与竖直木构件间的连接。 三、榫卯连接工作机理 以燕尾榫为例，分析榫卯节点在地震中的受力机理。为了施工安装方便，一般卯口尺寸略大于榫头尺寸，因此榫卯节点中会存在一定的间隙。当外部震动较小时，榫卯之间发生微小转动，结构利用构件转动与接触面间的摩擦抵消震动破
坏的能量。当震动较大时，榫卯节点会产生弯矩，轴力和剪力。此时，梁受到力的作用，榫头与卯口产生挤压应力，梁上的轴力与摩擦力、挤压应力平衡。随着梁震动位移增大，榫头以榫径为支点，与卯口内壁之间发生位移。由于燕尾榫榫头宽度大于榫径宽度，位移产生时，榫头侧面受到卯口侧壁挤压应力增大，摩擦力也相应增加。相对滑移产生剪力，此时榫头顶部与卯口上部挤压作用明显，弯矩作用产生。当转角增大到一定程度时，卯口侧壁与榫头侧面的挤压应力达到极限值，会导致卯口破坏或榫头折断。 四、榫卯节点研究现状 古建筑木结构具有重要的历史和文化价值，保护工作意义非凡。榫卯节点常见的破坏模式有榫卯拔脱、榫头折断、卯口破坏等。对于榫卯节点的力学性能及加固技术方面，国内外学者已进行了大量研究。方东平等在古建筑结构特性试验研究的基础上，提出了木结构特征的三维有限元计算模型和分析方法，第一次对古建筑木结构的斗栱和榫卯节点的力学性能作定量研究;胡明等跟据木材的正交各向异性，采用广义hill屈服准则准确建立木材的本构模型，运用AYSYS有限元软件模拟并与试验对比分析碳纤维加固区木梁损伤;赵鸿铁等通过燕尾榫节点木构架的低周反复荷载试验，得到弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线，得到榫卯节点半刚性连接特性和节点刚度退化的规律。徐明刚等以1：2.65的缩尺比例制作宫殿式木构架模型，并分别采用胶入钢筋和外贴碳纤维布的方式加固榫卯节点，进行抗震性能试验研究，得出加载初期结构刚度与强度有明显提升，后期加固效果逐渐下降;周乾等对采用马口铁、钢构件和CFRP布加固的燕尾榫节点木构架进行了振动台试验，研究得出三种加固方式都可以提高结构的抗震性能，加固效果由高到低依次为：钢构件、碳纤维、马口铁;邓大力等提出了耗能软钢的榫卯节
材料力学性能考试答案
《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。 【P32】 答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τ max 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σ b 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度 【P51 P60】。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承受
材料力学性能试题(卷)集
判断 1.由内力引起的内力集度称为应力。（×） 2.当应变为一个单位时，弹性模量即等于弹性应力，即弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。（√） 3.工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力，其值越大，则在相同应力条件下产生的弹性变形就越大。（×） 4.弹性比功表示金属材料吸收弹性变形功的能力。（√） 5.滑移面和滑移方向的组合称为滑移系，滑移系越少金属的塑性越好。（×） 6.高的屈服强度有利于材料冷成型加工和改善焊接性能。（×） 7.固溶强化的效果是溶质原子与位错交互作用及溶质浓度的函数，因而它不受单相固溶合金（或多项合金中的基体相）中溶质量所限制。（×） 8.随着绕过质点的位错数量增加，留下的位错环增多，相当于质点的间距减小，流变应力就增大。（√） 9.层错能低的材料应变硬度程度小。（×） 10.磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以腐蚀的危害最大。（×） 11.韧性断裂用肉眼或放大镜观察时断口呈氧化色，颗粒状。（×） 12.脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，长呈放射状或结晶状。（√） 13.决定材料强度的最基本因素是原子间接合力，原子间结合力越高，则弹性模量、熔点就越小。（×） 14.脆性金属材料在拉伸时产生垂直于载荷轴线的正断，塑性变形量几乎为零。（√） 15.脆性金属材料在压缩时除产生一定的压缩变形外，常沿与轴线呈45°方向产生断裂具有切断特征。（√）
16.弯曲试验主要测定非脆性或低塑性材料的抗弯强度。（×） 17.可根据断口宏观特征，来判断承受扭矩而断裂的机件性能。（√） 18.缺口截面上的应力分布是均匀的。（×） 19.硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能。（√） 20.于降低温度不同，提高应变速率将使金属材料的变脆倾向增大。（×） 21.低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧下降的结果。（×） 22.体心立方金属及其合金存在低温脆性。（√） 23.无论第二相分布于晶界上还是独立在基体中，当其尺寸增大时均使材料韧性下降，韧脆转变温度升高。（√） 24.细化晶粒的合金元素因提高强度和塑性使断裂韧度K IC下降。（×） 25.残余奥氏体是一种韧性第二相，分布于马氏体中，可以松弛裂纹尖端的应力峰，增大裂纹扩展的阻力，提高断裂韧度K IC。（√） 26.一般大多数结构钢的断裂韧度K IC都随温度降低而升高。（×） 27.金属材料的抗拉强度越大，其疲劳极限也越大。（√） 28.宏观疲劳裂纹是由微观裂纹的形成、长大及连接而成的。（√） 29.材料的疲劳强度仅与材料成分、组织结构及夹杂物有关，而不受载荷条件、工作环境及表面处理条件的影响。（×） 30.应力腐蚀断裂并是金属在应力作用下的机械破坏与在化学介质作用下的腐蚀性破坏的叠加所造成的。（×） 31.氢蚀断裂的宏观断口形貌呈氧化色，颗粒状。（√） 32.含碳量较低且硫、磷含量较高的钢，氢脆敏感性低。（×） 33.在磨损过程中，磨屑的形成也是一个变形和断裂的过程。（√）
材料力学第二章计算题
1. 杆系结构如图所示，已知杆AB 、AC 材料相同，[]160=σMPa ，横截面积分别为 9.706=1A mm 2，314=2A mm 2，试确定此结构许可载荷[P ]。（15分） 2. 在图示直径为d=10mm 的等直圆杆，沿杆件轴线作用F1、F2、F3、F4。已知：F1=6kN ，F2=18kN ，F3=8kN ，F4=4kN ，弹性模量E=210GPa 。试求各段横截面上的轴力及作轴力图并求杆的最大拉应力及压应力。 3．图示吊环，载荷F=1000KN ，两边的斜杆均由两个横截面为矩形的钢杆构成，杆的厚度和宽度分别为b=25mm ，h=90mm ，斜杆的轴线与吊环对称，轴线间的夹角为а=200 。钢的许用应力[б]=120Mpa 。试校核斜杆的强度。 4．钢质圆杆的直径d=10mm,F=5kN,弹性模量E=210GPa ，试作轴力图并求杆的最大正应力。 5．图示板状硬铝试件，中部横截面尺寸a ＝2mm ，b ＝20mm 。试件受轴向拉力P ＝6kN 作
用，在基长l ＝70mm 上测得伸长量?l ＝0.15mm ，板的横向缩短?b ＝0.014mm 。试求板材料的弹性模量E 及泊松比。 6．钢制直杆，各段长度及载荷情况如图。各段横截面面积分别为A 1＝A 3＝300mm 2，A 2＝200mm 2。材料弹性模量E ＝200GPa 。材料许用应力［σ］＝210MPa 。试作杆的轴力图并校核杆的强度。 7．图示钢杆的横截面面积为2 200mm A =，钢的弹性模量GPa E 200=，求各端杆的应变、伸长及全杆的总伸长 。 8．等截面实心圆截面杆件的直径d=40mm ，材料的弹性模量E=200GPa 。AB ＝BC ＝CD ＝1m ，在B 、C 、D 截面分别作用有P 、2P 、2P 大小的力，方向和作用线如图所示，P=10KN 。①做此杆件的轴力图；②求此杆件内的最大正应力；③求杆件C 截面的铅垂位移。 1m 1m 1m 3kN 7kN 6kN C B A D 2m 4m B A C q=5kN/m
材料力学性能考试题及答案
07 秋材料力学性能 一、填空：（每空1分,总分25分） 1.材料硬度的测定方法有、和。 2.在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即、和。 3.平均应力越高，疲劳寿命。 4.材料在扭转作用下,在圆杆横截面上无正应力而只有,中心处切 应力为,表面处。 5.脆性断裂的两种方式为和。 6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则；塑性材料切口根 部裂纹形成准则遵循断裂准则； 7.外力与裂纹面的取向关系不同，断裂模式不同，张开型中外加拉 应力与断裂面，而在滑开型中两者的取向关系则为。 8．蠕变断裂全过程大致由、和 三个阶段组成。 9．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分为、和腐蚀磨损等。 10．深层剥落一般发生在表面强化材料的区域。
11．诱发材料脆断的三大因素分别是、和 。 二、选择：（每题1分，总分15分） （）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点 a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好 （）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度 a)高b)低c) 相等d) 不确定 （）3.用10mm直径淬火钢球，加压3000kg，保持30s，测得的布氏硬度值为150的正确表示应为 a) 150HBW10／3000／30 b) 150HRA3000／l0／ 30 c) 150HRC30／3000／10 d) 150HBSl0／3000／30 （）4.对同一种材料，δ5比δ10 a) 大 b) 小 c) 相同 d) 不确定 （）5.下列哪种材料用显微硬度方法测定其硬度。 a) 淬火钢件 b) 灰铸铁铸件 c) 退货态下的软钢 d) 陶瓷 （）6.下列哪种材料适合作为机床床身材料 a) 45钢 b) 40Cr钢 c) 35CrMo钢 d) 灰铸铁（）7.下列哪种断裂模式的外加应力与裂纹面垂直，因而 它是最危险的一种断裂方式。
材料力学习题册答案-第2章-拉压
第二章 轴向拉压 一、 选择题 1．图1所示拉杆的外表面上有一斜线，当拉杆变形时，斜线将（ D ） A.平动 B.转动 C.不动 D.平动加转动 2．轴向拉伸细长杆件如图2所示,则正确的说法是 （ C ） A.1-1、2-2面上应力皆均匀分布 B.1-1、2-2面上应力皆非均匀分布 C. 1-1面上应力非均匀分布，2-2面上应力均匀分布 D.1-1 面上应力均匀分布，2-2面上应力非均匀分布 F P P 1 1 2 2 图1 图2 3．有A 、B 、C 三种材料，其拉伸应力-应变实验曲线如图3所示，曲线（ B ）材料的弹性模量E 大，曲线（ A ）材料的强度高，曲线（ C ）材料的塑性好。 A B C 图3 ε σ B A C 图4 p α h b a 图5 4．材料经过冷却硬化后，其（ D ）。 A ．弹性模量提高，塑性降低 B ．弹性模量降低，塑性提高 C ．比利极限提高，塑性提高 D ．比例极限提高，塑性降低 5．现有钢铸铁两种杆件，其直径相同。从承载能力与经济效益两个方面考虑，图4所示结构中两种合理选择方案是（ A ）。 A ．1杆为钢，2 杆为铸铁 B ．1杆为铸铁，2杆为钢 C ．2杆均为钢 D ．2杆均为铸铁 6．如图5所示木接头，水平杆与斜杆成角，其挤压面积A 为（ A ）。 A ．bh B ．bh tg C ．bh/cos D ．bh/（cos -sin ） 7．如图6所示两板用圆锥销钉联接，则圆锥销钉的受剪面积为（ C ），计算挤压面积为 （ D ） A ． B ． C ． D （3d+D ）
二、填空题 1．直径为d 的圆柱体放在直径为D ＝3d ，厚为t 的圆基座上，如图7所示低级对基座的支反力均匀分布，圆柱承受轴向压力P ，则基座剪切面的剪力 。 F F h h D d 图6 P d t D 图7 2.判断剪切面和挤压面应注意的是：剪切面是构件的两部分有发生 相对错动 趋势的平面；挤压面是构件 相互挤压 的表面。 三、试画下列杆件的轴力图 2 3 1 1 2 F F F F 3 + -解： 2KN 1 1 2 2 3 3 18KN 3KN 25KN 10KN + -15KN 10KN 解： 四、计算题 1.作出图示等截面直杆的轴力图，其横截面积为,指出最大正应力发生的截面，并计 算相应的应力值。 4KN 10KN 11KN 5KN A B C D 解：+ + -轴力图如下： 4KN 5KN
地下结构地震破坏形式与抗震分析方法综述
地下结构地震破坏形式与抗震分析方法综述 摘要：随着人口的在激增以及经济的发展，人们的需求也开始狂飙式的增长。然而，城市的空间有限，地面空间已经被充分利用，人们的视线开始转为地下，地下结构的开发缓解了城市的地面压力。然而，由于地下结构的抗震技术的发展还并不成熟，在地震后，往往会造成地下结构的损坏甚至直接丧失继续工作的能力，给人们的财产安全带来威胁，影响人们的正常生活。因此在此文中对地下结构的震害形式以及近年来地下结构抗震分析的研究成果进行展示。以加深对地下结构震害的了解，并引起人们对地下结构抗震减震的重视。 关键词：地下结构抗震，震害形式，抗震分析，抗震减震 0 引言 地震是自然界自然界一种常见的自然灾害，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次地震。其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到。真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次，能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。然而，这种地震不仅仅会给损害人们的财产安全，更有甚者会威胁到生命安全。 以往的抗震研究主要集中在地上建筑。认为地下结构受到的外界环境较少，各方向约束较多，刚度较大，且高度较小，加之过去地下结构的建设规模相对较少，地下结构受地震作用引起的结构的严重破坏的相关资料也较少，因此地下结构的工程抗震研究及设计长期未得到足够的重视。 1923年日本关东大地震（M8.2），震区内116座铁路隧道，有82座受到破坏；1952 年美国加州克恩郡地震（M7.6），造成南太平洋铁路的四座隧道损坏严重；1976年唐山地震（M7.8），唐山市给水系统完全瘫痪，秦京输油管道发生五处破坏；1978年日本伊豆尾岛地震（M7.0）震后出现了横贯隧道的断裂，隧道衬砌出现了一系列的破坏；特别是1995年日本阪神大地震（M7.2）中，神户市及阪神地区几座城市的供水系统和污水排放系统受到严重破坏，其中神户市供系统完全破坏，并基本丧失功能。神户市部分地铁车站和区间隧道受到不同程度的破坏，其中大开站最为严重，一半以上的中柱完全倒塌，导致顶板坍塌和上覆土层大量沉降，最大沉降量达2.5m。 地震对地下结构造成大规模破坏的同时，地震对地下结构的安全性构成的威胁也开始引起了人们的重视，地下结构工程抗震从业者在震后获取了大量的地震动作用在地下结构上产生的动力特性及影响结构动 力响应的影响因素等宝贵资料，对地下结构工程抗震减震领域的发展具有极大的推动作用。 近年来，关于地下结构的工程抗震分析方法的文献大量涌现。学者从不同角度对地下结构抗震进行阐述，并且有不少理论转化为工程技术，在工程实践中得到了论证。笔者试图综合前人的研究成果，在本文中简要介绍地下结构在地震作用下的破坏形式以及地下结构抗震分析方法，以便加深对地下结构工程抗震的了解，也可增加人们对地下结构工程抗震的重视程度。 1 地下结构震害 由于所处环境、约束情况等的差异，地下结构的破坏形式与结构破坏的影响因素与地上结构有很多不同之处。 1.1 地下结构震害形式 以下以日本阪神地震为主要对象，结合其他地震造成的震害，总结了地铁车站、地下管道、地下隧道的主要震害形式。
古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化
《东南大学学报(副刊)》[ISSN:1001-0505/CN:32-1178/N], 期数:2013年第4期页码: 849-855 栏目: 土木工程古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化及相应推广设计 王云飞於恒花逸扬林雨豪孙延超 摘要 简要分析了抬梁式建筑的等应力设计原理，分析了部分重要构件及重要节点，并对相应节点设计提出了改进意见。 关键词：古建筑榫卯力学分析 榫卯结构的受力特性 榫卯结构，是通过卯口与榫头的结合，以达到一种横向或纵向传力的结构，节点处往往比较薄弱，榫卯结合处一般不能承受较大的弯矩。 榫卯连接节点属于半刚性节点，在榫头拔出的过程，结构构件会产生很大的变形和相对位移，可以使结构的内力进行重新分配。 由于制作误差及木材本身特有的弹性，榫卯难以完成严格意义上紧密结合，在结构的初始受力阶段，连接节点更近似于铰接。随着节点变形增加，节点刚度亦随之增加。 由于卯口对榫头有一定握裹力，在地震作用下，榫头与卯口会形成摩擦滑移，从而消耗一部分能量，可以有效减小上部结构的地震反应，减震效果明显。 单位换算 宋尺一尺约为现在国际单位制的32cm，宋斤一斤接近于0.625kg，为方便研究，本文将长度、质量单位统一换算为现行单位。 本文的几点假定 （1）裂缝、木节等缺陷严重影响节点与构件受力性能，较小的荷载便会导致裂缝扩展与加深，在裂缝或木节处突然断裂，发生脆性破坏，非常危险。 由于本文主要进行理论计算分析，故对此不予讨论，计算时，假定所有构件使用之木材纹理皆为顺丝且无任何瑕疵。 （2）古建筑为了抗震需要，常常会使木柱上端向内收敛，谓之侧脚。实验证明，地震作用时，侧脚作用明显。以殿堂为例，一般殿堂外围木柱，面阔方向侧脚1%，进深方向侧脚0.8%，因倾斜角极小，对本文演算之影响可忽略不计，故假定建筑柱身皆为竖直。 （3）因为柱脚以管脚榫与石础相连，柱脚之间连以地栿，且榫卯联接不能提供过大的弯矩，故假定柱脚与基础铰接。由于柱端受相连的斗栱、木枋等约束，故假定柱端受侧向支撑，但竖直方向自由。 （4）因为榫卯联接近似于铰接，结构之间允许较大的相对转角，因此结构体系对地基沉降并不敏感，是以假定微量的基础沉降不会使结构产生相应的附加应力。 （5）考虑到木材瞬时持荷的能力高于长久持荷的能力，计算时不考虑木材的塑性开展，即自中和轴到构件边缘，应力成线性分布，且构件边缘应力不高于
材料成型基础复习考试题
复习题 一、填空题 1．材料力学性能的主要指标有、、、、疲劳强度等 2．在静载荷作用下，设计在工作中不允许产生明显塑性变形的零件时，应使其承受的最大应力小于，若使零件在工作中不产生断裂，应使其承受的最大应力小于。 3．ReL（σs）表示，（σ）表示，其数值越大，材料抵抗能力越强。 4．材料常用的塑性指标有和两种。其中用表示塑性更接近材料的真实变形。 5．当材料中存在裂纹时，在外力的作用下，裂纹尖端附近会形成一个应力场，用来表述该应力场的强度。构件脆断时所对应的应力强度因子称为，当K I >K I c 时，材料发生。 6．金属晶格的基本类型有、、三种。 7．亚共析钢的室温组织是铁素体+珠光体（F+P），随着碳的质量分数的增加，珠光体的比例越来越，强度和硬度越来越，塑性和韧性越来越。 8．金属要完成自发结晶的必要条件是，冷却速度越大，越大，晶粒越，综合力学性能越。 9．合金相图表示的是合金的____ 、、和之间的关系。 11．影响再结晶后晶粒大小的因素有、、、。12．热加工的特点是；冷加工的特点是。 13．马氏体是的固溶体，其转变温度范围（共析刚）为。 14．退火的冷却方式是，常用的退火方法有、、、、和。 15．正火的冷却方式是，正火的主要目的是、、。 16．调质处理是指加的热处理工艺，钢件经调质处理后，可以获得良好的性能。 17．W18Cr4V钢是钢，其平均碳含量（Wc）为：％。最终热处理工艺是，三次高温回火的目的是。
18．ZL102是合金，其基本元素为、主加元素为。19．滑动轴承合金的组织特征是或者。 20．对于热处理可强化的铝合金，其热处理方法为。 21．铸造可分为和两大类；铸造具有和成本低廉等优点，但铸件的组织，力学性能；因此，铸造常用于制造形状或在应力下工作的零件或毛坯。 22．金属液的流动性，收缩率，则铸造性能好；若金属的流动性差，铸件易出现等的铸造缺陷；若收缩率大，则易出现的铸造缺陷。 23.常用铸造合金中，灰铸铁的铸造性能，而铸钢的铸造性能。 24．铸型的型腔用于形成铸件的外形，而主要形成铸件的内腔和孔。25．一般铸件浇注时，其上部质量较，而下部的质量较，因此在确定浇注位置时，应尽量将铸件的朝下、朝上。 26．冒口的主要作用是，一般冒口厘设置在铸件的部位。 27．设计铸件时，铸件的壁厚应尽量，并且壁厚不宜太厚或太薄；若壁厚太小，则铸件易出现的缺陷；若壁厚太大，则铸件的。 28．衡量金属可锻性的两个主要指标是塑性与变形抗力、 塑性愈高，变形抗力愈小，金属的可锻性就愈好。 29．随着金属冷变形程度的增加，材料的强度和硬度，塑性和韧性 ，使金属的可锻性。 30．自由锻零件应尽量避免、、等结构。 31．弯曲件的弯曲半径应大于，以免弯裂。 32．冲压材料应具有良好的。 33．细晶粒组织的可锻性粗晶粒组织。 34．非合金钢中碳的质量分数愈低，可锻性就愈。 35．焊接方法按焊接过程的特点分、、三大类。 36．影响焊接电流的主要因素是焊条直径和焊缝位置。焊接时，应在保证焊接质量的前提下，尽量选用大的电流，以提高生产率。 37．电焊机分为和两大类。 38．焊缝的空间位置有、、、。39．焊接接头的基本形式有、、、。40．气体保护焊根据保护气体的不同，分为焊和焊等。41．点焊的主要焊接参数是、和。压力过大、电流过小，焊点强度；压力过小、电流过大，易、。 二、判断题 ( - )1．机器中的零件在工作时，材料强度高的不会变形，材料强度低的一定会产生变形。( - )2．硬度值相同的在同一环境中工作的同一种材料制作的轴，工作寿命是相同的。( - )3．所有的金属材料均有明显的屈服现象。 ( - )4．选择冲击吸收功高的材料制作零构件可保证工作中不发生脆断。
材料力学计算题库
第一章绪论 【例1-1】钻床如图1-6a所示，在载荷P作用下，试确定截面m-m上的内力。 【解】（1）沿m-m 截面假想地将钻床分成两部分。取m-m 截面以上部分进行研究（图1-6b），并以截面的形心O为原点。选取坐标系如图所示。 （2）为保持上部的平衡，m-m 截面上必然有通过点O的内力N和绕点O的力偶矩M。 （3）由平衡条件 ∴ 【例1-2】图1-9a所示为一矩形截面薄板受均布力p作用，已知边长=400mm，受力后沿x方向均匀伸长Δ=0.05mm。试求板中a点沿x方向的正应变。 【解】由于矩形截面薄板沿x方向均匀受力，可认为板内各点沿x方向具有正应力与正
应变，且处处相同，所以平均应变即a 点沿x 方向的正应变。 x 方向 【例1-3】 图1-9b 所示为一嵌于四连杆机构内的薄方板，b=250mm 。若在p 力作用下CD 杆下移Δb=0.025，试求薄板中a 点的剪应变。 【解】由于薄方板变形受四连杆机构的制约，可认为板中各点均产生剪应变，且处处相同。 第二章 拉伸、压缩与剪切 【例题2.1】 一等直杆所受外力如图2. 1 (a)所示，试求各段截面上的轴力，并作杆的轴力图。 解：在AB 段范围内任一横截面处将杆截开，取左段为脱离体(如图2. 1 (b)所示)，假定轴力N1F 为拉力(以后轴力都按拉力假设)，由平衡方程 0x F =∑，N1300F -= 得 N130kN F = 结果为正值，故N1F 为拉力。 同理，可求得BC 段内任一横截面上的轴力(如图2. 1 (c)所示)为 N2304070(kN)F =+= 在求CD 段内的轴力时，将杆截开后取右段为脱离体(如图2. 1 (d)所示)，因为右段杆上包含的外力较少。由平衡方程 0x F =∑，N330200F --+=
材料力学第二章习题【含答案】
浙江科技学院2015-2016学年第一学期考试试卷 A 卷 考试科目材料力学考试方式闭完成时限 2 小时拟题人陈梦涛审核人批准人2015 年9 月17 日建工学院2014年级土木工程专业 一、单项选择题（每小题3分，计30分） 1. 对于塑性材料来说，胡克定律(Hooke's law)使用的范围是。 A.p σσ <； B. p σσ >； C. s σσ <； D. s σσ > 2．实心圆截面杆直径为D，受拉伸时的绝对变形为mm l1 = ?。仅当直径变为2D时，绝对变形l?为。 、 A．1mm B．1/2 mm C．1/4 mm D．2mm 3. 下列有关受压柱截面核心的说法中，正确的是。 A．当压力P作用在截面核心内时，柱中只有拉应力。 B．当压力P作用在截面核心内时，柱中只有压应力。 C．当压力P作用在截面核心外时，柱中只有压应力。 D．当压力P作用在截面核心外时，柱中只有拉应力。 4. 构件的强度、刚度和稳定性。 A.只与材料的力学性质有关； B.只与构件的形状尺寸关； C.与二者都有关； D.与二者都无关。 5. 如右图所示，设虚线表示为单元体变形后的形状，则该单元体的剪 应变为。 A. α; B.π/2-α; C.π/2-2α; α 6. 图示一杆件的拉压刚度为EA，在图示外力作用下其 应变能U的下列表达式是。 7.应力－应变曲线的纵、横坐标分别为σ＝FN /A，ε＝△L / L，其中。 和L 均为初始值；和L 均为瞬时值； 为初始值，L 为瞬时值；为瞬时值，L 均为初始值。 8. 设一阶梯形杆的轴力沿杆轴是变化的，则发生破坏的截面上。 A.外力一定最大，且面积一定最小； B.轴力一定最大，且面积一定最小； # C.轴力不一定最大，但面积一定最小; D.轴力与面积之比一定最大。 9. 图示拉杆的外表面上画有一斜线，当拉杆受力变形时，斜线将 发生。 。 题5图 题6图 题9图
抗震设计方法概述
本学期的“工程结构抗震分析”课程首先介绍了地震与地震震害以及结构抗震分析的必要性和其方法的发展过程，然后简单回顾了一下结构动力学基础，接下来认识了地震波与强震地面运动的特性，以及地震作用下结构的动力方程，最后重点讲述了几种抗震设计分析方法——反应谱分析法，时程分析法（弹性和弹塑性），和静力弹塑性分析法。通过一个学期的学习，本人对强震地面运动特征和抗震设计原理和方法有了一定的了解和把握。 在进行建筑、桥梁以及其它结构物的抗震设计时，一般都要遵循以下五个步骤：抗震设防标准选定、抗震概念设计、地震反应分析、抗震性能验算以及抗震构造设计，其流程如图1 所示。 本文将着眼于图1流程中的第3个步骤， 从我国现行规范中的3种最常用的结构响应分 析方法出发，简单介绍一下其各自的基本概念 和适应范围（具体原理和计算过程在此不再详 述，读者可另查阅相关课本和规范），以及现有 抗震设计规范中存在的问题，以便初学者对结 构抗震设计分析方法有个初步的认识，也作为 本人对本课程的学习总结。 一．3种最常用的结构响应分析方法 1．底部剪力法 定义：根据地震反应谱理论，以工程结构 底部的总地震剪力与等效单质点的水平地震作 用相等来确定结构总地震作用的一种计算方 法。 底部剪力法适用于基本振型主导的规则和 高宽比很小的结构，此时结构的高阶振型对于 结构剪力的影响有限，而对于倾覆弯矩则几乎 没有什么影响，因此采用简化的方式也可满足 工程设计精度的要求。 高规规定：高度不超过40m、以剪切变形 为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层 建筑结构，可采用底部剪力法。 底部剪力法尚有一个重要的意义就是我们可以用它的理念，简化的估算建筑结构的地震响应，从而至少在静力的概念上把握结构的抗震能力，它还是很有用的。 2．振型分解反应谱法 定义：振型分解反应谱法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法。该法是利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用，然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。振型分解反应谱法一般可考虑为计算两种类型的地震作用：不考虑扭转影响的水平地震作用和考虑平扭藕联效应的地震作用。 反应谱的振型分解组合法常用的有两种：SRSS和CQC。虽然说反应谱法是将并非同一时刻发生的地震峰值响应做组合，仅作为一个随机振动理论意义上的精确，但是从实际上它对于结构峰值响应的捕捉效果还是很不错的。一般而言，对于那些对结构反应起重要作用的振型所对应频率稀疏的结构，并且地震此时长，阻尼不太小（工程上一般都可以满足）时，SRSS是精确的，频率稀疏表面上的反应就是结构的振型周期拉的比较开；而对于那些结构
材料力学性能习题及解答库
第一章习题答案 一、解释下列名词 1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。 2、滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。 3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性。 4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现ζ e 升高或降低的现 象。 5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久(塑性)变形的能力。韧性：指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力 7、解理台阶：高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶； 8、河流花样：当一些小的台阶汇聚为在的台阶时，其表现为河流状花样。 9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂，这些平面称为解理面。 10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，一定是脆断，且较为严重，为最低级。穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。 11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在一定条件下，它们是可以互相转化的，这样的转化称为韧脆转变。 二、说明下列力学指标的意义 1、E(G): E(G)分别为拉伸杨氏模量和切变模量，统称为弹性模量，表示产生100%弹性变形所需的应力。 2、Z r 、Z 0.2、Z s: Z r :表示规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的 残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。ζ 0.2:表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。 Z S:表征材料的屈服点。 3、Z b韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。 4、n:应变硬化指数，它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬 化行为的性能指标。 5、3、δ gt、ψ : δ是断后伸长率，它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。 Δgt 是最大试验力的总伸长率，指试样拉伸至最大试验力时标距的总伸长与原始标距的百
中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展
中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展 【摘要】:榫卯连接是中国木结构古代建筑的重要特征。由于在地震作用下，梁柱等构件一般会处于弹性工作状态，节点的抗震性能就决定了整个建筑的安全，因此该领域已成为古建筑保护工作的研究热点方向。对中国古代建筑榫卯节点抗震性能研究进展情况进行了梳理，并提出了相应的见解。 【关键词】:木结构古建筑；榫卯连接节点；抗震性能；研究 引言 中国木结构古建筑具有良好的抗震性能，迄今尚存有许多已逾千年的建筑遗存，虽经历了许多地震灾害作用而仍能挺然直立的事实就是明证。一个结构减震耗能能力的大小，是其抗震性能好坏的重要标志。榫卯连接方式与斗棋结构是中国木结构古建筑的主要结构特征，也是中国古建筑区别于世界它系建筑结构的主要标志。在地震作用下，作为重要结构特征的榫卯节点与斗棋的抗震机制是一个值得深入研究的问题。 一、榫卯结构及其分类 榫卯结构是建筑或家具中相连接的两构件上采用的一种凹凸处理接合方式。凸出部分叫榫(或榫头);凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)。这种形式在我国传统建筑与家具中达到很高的技艺水平，同时也常见于其他木、竹、石制的器物中。我国古建筑家具把各个部件连接起来的“榫卯”做法，是建筑家具造型的主要结构方式。各种榫卯做法不同，应用范围不同，但它们在每处建筑或每件家具上都具有形体构造的“关节”作用 几十种不同的“榫卯”，按构合作用来归类，大致可分为三大类型: 一类主要是作面与面的接合，也可以是两条边的拼合，还可以是面与边的交接构合。如“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”、“穿带榫”、“扎榫”等。如图（1）所示： 图（1） 另一类是作为“点”的结构方法。主要用于作横竖材丁字结合，成角结合，交叉结合，以及直材和弧形材的伸延接合。如“格肩榫”、“双榫”、“双夹榫”、“勾挂榫”、“锲钉榫”、“半榫”、“通榫”等等。如图（2）： 图（2）
桥梁抗震分析方法研究
桥梁抗震分析方法研究 摘要：桥梁的抗震设计是各国土木工程师现在都非常重视的问题，进行抗震分析是抗震设计的前提。介绍了静力法、线弹性反应谱法、时程分析法、Push-over法、虚拟激励法，并对这几种分析方法的优缺点作了初步的分析。着重介绍了随机振动虚拟激励的基本原理和特点.最后提出了有待进一步研究的几个问题。 关键词：桥梁抗震；静力法；弹性反应谱法；时程分析法；虚拟激励法 1 静力法 早期结构抗震计算采用的是静力理论，1900年日本大房森吉提出静力法的概念，它假设结构物各个部分与地震动具有相同的振动。此时，结构物上只作用着地面运动加速度乘以结构物质量所产生的惯性力。即忽略地面运动特性与结构的动力特性因素，简单地把结构在地震时的动力反应看作
是静止的地震惯性力（作为地震荷载）作用下结构的内力分析。1915年，佐野提出震度法，即根据静力法的概念提出以结构的10%的重量作为水平地震荷载，于1923年关东大地震后的次年建立了最早的桥梁下部结构工程的抗震分析方法。从动力学的角度分析，把地震加速度看作是结构破坏的单一因素有极大的局限性，因为它忽略了结构的动力特性这一重要因素。只有当结构物的基本固有周期比地面卓越周期小很多时，结构物在地震振动时才可能几乎不产生变形而被当作刚体，静力法才能成立。由于其理论上的局限性，现在已较少使用，但因为它概念简单，计算公式简明扼要，在桥台和挡土结构等质量较大的刚性结构的抗震计算中仍常常用到。 2 弹性反应谱法 应用反应谱法进行抗震设计，最关心的是地震力的最大值。对于单质点体系最大地震力的计算式为：
P=m|δ¨g+y¨|max=kHβW 式中：KH——水平地震系数； β——动力放大系数； W——体系的总重量； 水平地震系数的取值根据抗震设防的烈度水准选用。对于一特定的地震波其加速度反应谱是不规则的，而且一个反应谱总相应于一定的体系阻尼比，实际上我们所使用的规范反应谱，是在输入大量的地震加速度记录后所绘制的很多反应谱曲线经过处理后得到的平均反应谱，平均反应谱在《公路工程抗震设计规范》（004-89）即是动力放大系数β。所以，结构的地震反应，是以卓越周期为主要成分的 地震波激励下的结构的强迫振动。由此即反映出具有不同特征周期的不同场地土对应的反应谱，《公路工程抗震设计规范》（004-89）根据场地土的分类分别规定了5%阻尼比的不同的反应谱曲线。对于多质点体系，其振动方程可用下式表
地下车站结构抗震分析方法概述
地下车站结构抗震分析方法概述 发表时间：2016-01-14T09:39:32.420Z 来源：《基层建设》2015年14期供稿作者：杨润峰 [导读] 中铁第五勘察设计院集团有限公司山东省青岛市随着我国城市化的大规模的发展，人口聚集，人们也越来越认识到减轻城市交通压力只有通过建设地下交通设施才能解决城市交通问题。 杨润峰 中铁第五勘察设计院集团有限公司山东省青岛市 266000 摘要：随着城市建设发展，城市人口越来越多，给城市地上交通带来压力，地铁等地下车站成为缓解交通问题的重要形式。地下车站结构的地震反应特性明显区别于地上结构，地上结构是以惯性力为主的地震反应，而地下结构的地震反应是以相对位移及变形为主。本文对地下车站结构抗震分析方法做出说明，并对相对位移的反应位移法进行了详细的阐述，重点介绍了此方法的计算过程和所需参数，从而得到一些有益的结论。 关键词：地下车站；抗震分析；分析方法；反应位移法 引言 随着我国城市化的大规模的发展，人口聚集，人们也越来越认识到减轻城市交通压力只有通过建设地下交通设施才能解决城市交通问题。地铁以其独有的快捷和便利优势，在大多数经济发达城市的交通中发挥着不可替代的作用。地下车站结构的抗震分析和设计及其安全性评价日益受到密切关注。近年来，我国的地下车站建设发展迅速，地下结构的设计规范也日趋完善，但对地下车站结构抗震方面的研究相对欠缺。所以，研究地下结构的抗震问题具有重大意义。 一、地下车站结构抗震分析的意义 随着我国国民经济的快速发展，城市化进程不断加快，城市轨道交通的建设对于缓解城市交通压力的作用日益明显。目前，我国城市轨道交通工程运营总里程约为1 800 km，运营车约为1200座，与地铁结缘的城市已达36个，一些二三线城市也积极准备进行城市道交通建设我国是一个地震灾害频发的国家，许多城市都位于地震带上，而地铁工程又是城市的生命线工程，一旦破坏，生命财产和经济损失巨大。 二、地下车站结构抗震的分析方法 目前对地铁地下车站结构的地震反应研究还处于初级阶段，主要的计算方法有地震系数法、弹性或弹塑性时程计算法、反应位移法等计算法。 1、地震系数法 地震系数法是一种从地面结构抗震设计方法类比而来的地下结构抗震设计法。该方法将随时间变化的地震力用等代的静力地震荷载代替，再用静力计算方法分析地震作用下的结构内力。当地下结构刚度大、变形小，重量比周围土层大很多时，结构的惯性力起到支配作用，可近似采用地震系数法进行计算。但地下车站由于自重相对于周边土体较小，惯性力不起支配作用，因此采用地震系数法大多是不合适的。 2、弹性或弹塑性时程计算法 弹性时程方法及非线性时程方法是目前最为先进的计算方法，但其技术要求相对复杂，计算中对土岩本构关系和边界条件的选取对计算结果的影响非常显著。因此，在一般地下车站的抗震计算中普遍采用该方法尚存在一定困难。 3、反应位移法 反应位移法基于一维土层地震反应分析，计算结果与实测结果比较吻合，可以反映土-结构间的相互作用，是发达国家目前普遍采用的地下结构抗震计算方法之一，强制位移（顶、底板间位移差值）施加在车站结构的两侧，通过地基弹簧将其转化为地震时结构周围的动土压力。结构同时施加由本身质量产生的惯性力，以及结构与周围地层的切向弹簧或剪切力，共同构成反应位移法计算的荷载系统。土层相对位移可转化为施加于侧墙的等效集中力。结构惯性力为加速度乘以结构质量。 地震对结构的影响包含三种荷载作用：结构顶、底板的相对位移，惯性力，结构周面剪力。建立反应位移法计算的有限元模型需要确定：①一维地震反应分析所需的各土层参数及条件，如场地土动剪切刚度、阻尼系数与剪应变的关系曲线，初始剪切刚度，土的重度、层厚，设计地震动参数等；②地基弹簧刚度；③地震反应位移（土体相对位移作用于结构的荷载）；④惯性力；⑤结构周面剪力等。 三、反应位移法分析 下面重点分析反应位移法计算过程： 1.所需参数 （1）场地土应变关系曲线（G/G0～γ、h～γ）一般由场地安评报告提供。也可以对各站点场地土进行原状土取样，通过室内试验完成动三轴试验获得。 （2）土体初始剪切刚度、土的重度、层厚一般由地勘报告提供。 （3）设计地震动参数 ①人工合成地震波：以基岩加速度反应谱和峰值为目标，用数值模拟的方法合成地震波。②满足设防烈度要求地震仪记录地震波波形。 2.地震荷载计算 （1）土层横向位移（计算中转化为施加于侧墙节点处的等效集中力）： ①反应位移法中，作用于地下结构的地震外力就是周边土层的反应位移，该位移可以通过一维地震反应分析得到。 ②工程场地地震安全性评价报告会提供场地地震动位移随深度的变化结果，设计中可以直接采用其结果。
浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用
浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 发表时间：2019-07-23T15:48:31.213Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：彭连光 [导读] 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。 身份证号码：37152519840910XXXX 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。因此，提高土木工程测量精度和简化测量操作流程是亟待解决的问题。本文以数字图像相关技术为研究对象，分析其在土木工程测量中的应用前景，本文的研究成果有助于推动该技术在工程测量领域的发展。 关键词：数字图像相关方法；土木工程测量；应用研究 数字图像相关方法是一种现代化全场光学测量技术，具有非接触、非干涉的特点，已广泛的应用于航空航天、土木工程测量以及物体形变监测等领域[1]。该方法首先运用在二维测量中，采用单个摄像机进行测量，通过比较变形前后同一平面物体表面的两幅数字图像，匹配其对应点从而得到像面位移和应变。但在实际测量中，由于单个相机的局限性，要求相机垂直于被测物表面，同时被测物体表面的离面位移会对测量带来明显的误差，因此二维数字图像相关方法通常应用于平面物体的面内变形测量。而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限，通过标定相机与物体之间的相对位置关系，可以重构出各种形状物体的三维形貌。数字图像相关方法是立足于数字图像处理技术和数值分析技术的光学测量技术，是通过拍摄并匹配变形前后数字图像中的各个控制点，获得物体表面形变信息的技术，与其他测量技术相比而言，该技术具有更加简便的操作流程，能够适用于更加宽泛的使用环境，所获得的精度也更高，因此，在土木工程测量中的应用越来越普遍。 1 数字图像相关方法的应用概况 随着光学信息技术、计算机技术、图像识别技术的快速发展，数字图像相关方法得到了快速发展，逐渐因其测量精度高、非接触全场测量、环境要求低、操作简便等优点而应用于各领域中，主要包含了以下几个方面：（1）对各种材料形变特征和力学性能的直接测量。在土木工程中常用到类型较多的金属材料、复合材料等，那么这些材料是否满足土木工程建设的基本需求，需要进行相应的测量实验。将数字图像相关方法应用于土木工程相关材料的表面形变和力学性能监测，可以获得全场形变信息，进而借助数值分析模块可以获得材料的力学参数，如热胀系数、断裂韧性、弹性模量、应力强度因子、泊松比、表面粗糙度等[2]。因此，该技术的应用推进了土木工程建设中对材料各种参数的精确把控，提高了材料的综合利用价值。（2）在工程结构实际测量中的应用。评估土木工程结构、构件的安全性和可靠度是评估土木工程建设质量的指标之一，将数字图像相关方法应用于工程结构监测中，可以获得结构位移或者应变形变信息，如大型桥梁墙式基础参数的监测等，在此基础上评估结构、构件的安全性和可靠度。（3）借助有限元分析方法获得物体实际表面的形变信息。土木工程建设中通常要借助有限元分析方法进行实验设计结构是否合理，将数字图像相关技术融合至有限元模型中，就可以实现理论、仿真、实验三者数据参数的紧密联系，进而提高模型改进质量，完善建设模型，对提高土木工程建设整体质量有着积极的推动意义。 2 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用极为广泛，本文着重介绍该方法在木结构榫卯节点抗拉性能监测中的应用。众所周知，木结构建筑是我国具有民族特色的传统建筑物，一栋建筑物在没有一颗钉子的前提下可以经历数百年屹立不倒，显示出木结构强大的可靠性[3]。木结构中榫卯节点是建筑物承载的重要枢纽，因此，在研究木结构建筑物的力学性能时必须研究榫卯节点的力学特征。 2.1 应用条件分析 本文选用常用的杉木作为实验材料，按照传统木结构模型进行缩小比例尺制作，主要研究榫卯节点的力学性能变化以及形变信息。此外，纤维增强复合材料FRP 具有较高的强度、轻的质量等而广泛用于维修古建筑，在外侧涂抹防火涂料就可以实现既加固木质建筑物的目的，又达到了不破坏建筑外观的目的。因此，本文使用该材料作为研究实验的对照组，此外使用钢材对木质建筑物进行加固也是常用的方法之一，本文选用 Q235 钢进行实验。 2.2 加载及测量方案制定 为了尽可能的模拟木质建筑物构架柱脚的实际载荷，在底部增加单向铰支座，柱顶施加竖向载荷 20k N，并保持竖向载荷恒定不变。在实验过程中逐渐枋下侧单调向上加载，直至构建破坏为止。根据数字图像相关方法测量的参数要求，本文选择使用三维数字图像相关系统，并在实验模具表面用不同颜色的喷漆喷涂制成标志点，实验时采用 LED 直流光即可[4]。 2.3 实验结果对比分析 根据上述实验方案同步进行不同材料的实验，最终获得如下结论：对于木质榫卯节点而言，由于木材自身具有特异性，因此在载荷加载过程中的形变呈现出一定的差异性，但总体上破坏形态是一致的，也意味着木质结构的榫卯节点承载能力是大体相当的；随着载荷量的逐渐增加，榫卯节点边缘大约有 2.5mm 的拔出量，随着控制位移量的增加，榫头边缘的拔出量进一步增加。对纤维增强复合材料 FRP 制作成的节点而言，其形变特征以及拔出量与木质结构的榫卯节点变化差异较大，在载荷加载开始，节点转动刚度较大，承载力呈直线上升，随着载荷量的不断增加，纤维增强复合材料 FRP 榫卯节点的粘结胶逐渐剥落，当载荷持续增大时，纤维增强复合材料 FRP 材料逐渐出现褶皱并逐渐开始撕裂，进而承载能力下降[5]。综上所述，虽然纤维增强复合材料 FRP 材料属于脆性材料，但是由于木质材料具有独特的力学性能，将纤维增强复合材料 FRP 材料应用于木质结构建筑物的加固中，可以增强该材料的承载能力和延性。对照实验组使用钢材进行加固实验，当载荷加载开始时，加载处的承载力急剧上升，使得榫卯节点出现挤压现象，当载荷持续加载时，榫头上部挤压区变形较大，且钢箍在枋端连接段逐渐滑移，直至破坏。通过实验可知，采用钢材加固木质结构房屋，可以提高榫卯节点的极限承载力，虽然后期出现显著的滑移现象，但采用该种方法加固，可以进行拆卸，因此具有一定的应用前景。 3 结束语 综上所述，数字图像是一种非接触、全场变形测量技术，其相关方法在土木工程测量中具有极为宽泛的应用前景，在建筑物表面形变监测以及实验建筑材料力学参数等方面具有精度高、非接触、全场测量、环境适用性好、操作简便的优势，并且在实验过程中可以获得全场形变信息，具有广阔的应用前景。本文主要分析了数字图像相关方法在土木工程测量木质结构榫卯节点力学性能研究的应用，搭建适用于工程实际测量的自标定数字图像相关系统，并设计精度实验，通过两组对照组的研究表明，采用纤维增强复合材料 FRP 材料对木质结构