6 相似材料模型试验

相似理论与模型试验例题集

相似理论与模拟实验例题

例1 静态应力模型 这是一个弹性模型，可求解静态应力问题。 a、 求导准则 平衡方程： ?σ x + ?τ yx + ?τ zx + X = 0
?x ?y ?z
?τ xy + ?σ y + ?τ zy + Y = 0
?x ?y ?z
?τ xz + ?τ yz + ?σ z + Z = 0
?x ?y ?y
几何方程：
εx
=
?u ?x
γ xy
=
?u ?y
+
?v ?x

物理方程：
[ ] ε x
=
1 E
σx
?
μ (σ
y
+σz)
单值条件：几何相似：
cL
=
x x'
=
y y'
=
L L'
物理相似： 体力相似：
cE
=
E ∑'
cv
=
v v'
cγ
=
X X'
=γ γ'
边界条件：
c = X =Y =Z X X′ Y′ Z′

非定性量（被测量）：
应力：Cσ
= σx
σ
' x
=
L
=
τ τ
xy
' xy
应变： cε
= εx
ε
' x
= εy
ε
' y
= εz
ε
' z
=ε ε'
位移： cδ
=U U'
=V V'
=δ δ'

水工结构静力模型实验指导书

水工结构静力模型实验指导书 河海大学 一、课程性质和目的： （1）水工结构模型试验 所谓水工结构模型试验就是将原型以某一比例关系缩小成模型，然后向该模型施加与原型相关的荷载，根据从模型上获得的信息如应变位移等，通过一定的相似关系推出原型建筑物在应力、变形强度等成果。 （2）进行水工结构模型试验的目的和意义 水工建筑物因其受力特征、几何形状、边界条件等均较复杂，特别是修建在复杂地基上建筑物更为如此，尽管计算机技术和空间有限元等正迅速发展，但目前还不能用理论分析方法完美地解决建筑物的稳定和应力问题，因此模型试验作为一种研究手段则具有重要的意义，可归纳成如几个方面： 1．通过对水工建筑物的模型试验研究可以验证理论设计，国内外大型和重要的水工建筑物的设计，都同时要求进行计算分析和试验分析，以期达到互相验证的目的。 2．通过对原型结构的模拟试验，预测水工建筑物完建后的运行情况以及抵御事故的能力。 3．由于物理模型是对实际结构性态的模拟，在模型上还有可能出现原先未知而又实际存在的某些现象，因此模型试验研究不仅仅是对数理分析方法的验证，而且是获得更丰富切合实际的资料的积极探索，所以进行水工结构模型试验目的也是更好地探索新理论、新材料、新技术、新工艺的一种手段。 （3）结构模型试验研究的主要内容： a.大型水工建筑物的整体应力及变形问题。 b.结构物之间的联合作用问题。 c.地下结构的应力与稳定问题。 d.大坝安全度及破坏机理问题。 e.水工结构的动力特性问题。 f.验证新理论、新方法、新材料、新工艺等。 （4）模型试验的分类方法 ①按建筑物的模拟范围和受力状态分类 a.整体结构模型试验：研究整体建筑物在空间力系作用下的强度或稳定问题。 b.平面结构模型试验：研究结构单位长度断面在平面力系作用下的强度和稳定问题，如重力坝坝段平面结构模型试验就是研究重力坝在水荷载作用下的应力和变形。 c.半整体结构模型试验： ②按作用荷载特性分类 a.静力结构模型试验：研究水工建筑物在静荷载（静水压力、自重、温度等）作用下

水工模型试验测量技术综述

水工模型试验测量技术综述 摘要:水工模型试验是解决工程实际问题，为理论研究和工程设计提供依据的重要手段。基础数据的准确度与精确度直接关系到试验成果的质量，因此试验中的测量技术非常关键。流速、流量、水位、压力、地形、泥沙含量等是模型试验中测量的主要数据，本文主要介绍了模型试验中这些数据的测量技术及存在的问题。 关键字:水工模型试验测量方法发展现状问题分析 引言 水工模型试验是根据相似原理，按照一定的相似比将需要研究的对象，如河流、水工建筑物等按一定比例缩小后，在缩小的模型中复演与原型相似的水流，进行水工建筑物各种水力学问题研究的实验技术，旨在定性或定量的揭示其运动规律或水力学特性，为理论研究和工程设计等提供依据。 自1870年弗劳德(Froude)首先按水流相似准则进行了船舶模型试验以来，随着水利事业的发展，水工模型试验水平在很大程度上有了提高，在理论设计、模型制作、试验测量、数据处理等方面都有了创新突破和发展。 模型试验中的数据测量对试验结果的质量起着至关重要的作用，数据的精确度和准确度直接关系到科研成果的质量。在水工模型试验中主要需要控制和测量的参数有流速、流量、水位、压力、地形、泥沙等，测量仪器的精度、范围、性能等决定着测量结果的准确性，因而优良的测量技术是模型试验的前提和保障。近年来随着激光技术、超声波技术、计算机技术及数字图像处理技术等先进技术的发展，模型试验测量技术有了较快的发展，但尚存在一些问题有待进一步研究，本文主要论述模型试验测量技术的发展及现在存在的一些问题。1.发展现状 1.1流速测量技术 流体的流速是流场最基本的物理量之一，对流体流动特性的认识很大程度上取决于流场的获得，而大多数描述流场的物理量都直接或间接与流速有关，如环量、涡量、流函数、流速势函数等等。在模型试验中流速的测量非常重要，随着技术的创新突破，流速的测量技术取得了较快的发展，从单点流速测量发展到多点测量，从单向到多向、从稳态向瞬态发展，从毕托管、旋浆流速仪、热线/热膜流速仪、电磁流速仪、超声波多普勒流速仪（ADV）、激

结构试验(答案)

建筑结构试验 一、单项选择题 1. 建筑结构试验是以________方式测试有关数据，反映结构或构件的工作性能、承载能力以及相应 的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要的依据。 ( ) A.模拟 B.仿真 C.实验 D.计算 2. 普通钢筋混凝土的密度为（） A．22--23kN/m3 B．23--24 kN/m3 C．24--25 kN/m3 D．25--26 kN/m3 3. 超声回弹综合法法检测混凝土强度时，被检测混凝土强度不应低于（） A．2MPa B．5MPa C．8MPa D．10Mpa 4. 结构试验前，应进行预加载，下列论述哪一项不当（） A.混凝土结构预加载值不可以超过开裂荷载值； B.预应力混凝土结构的预加载值可以超过开裂荷载值； C.钢结构的预加载值可以加至使用荷载值； D.预应力混凝土结构的预加载值可以加至使用荷载值。 5.结构试验时，试件的就位形式最符合实际受力状态而应优先采用的是 ( ) A.正位试验 B.反位试验 C.卧位试验 D.异位试验 6.贴电阻片处的应变为1000με，电阻片的灵敏系数K＝2．0，在这个电阻片上应产生的电阻变化率应是下列哪一个( ) A. 0．2％ B．0．4％ C．0．1％ D．0．3％ 7. 钢结构试验时，持荷时间不少于 ( ) 分钟分钟分钟分钟 8. 非破损检测技术可应用于混凝土、钢材和砖石砌体等各种材料组成的结构构件的结构试验中，该技术 ( ) A.会对结构整体工作性能仅有轻微影响

B.会对结构整体工作性能有较为严重影响 C.可以测定与结构设计有关的影响因素 D.可以测定与结构材料性能有关的各种物理量 9. 在结构动力模型试验中，解决重力失真的方法是 ( ) A．增大重力加速度 B．增加模型尺寸 C．增加模型材料密度 D．增大模型材料的弹性模量 10. 下列哪一点不是低周反复试验的优点 ( ) A．设备比较简单，耗资较少 B．在逐步加载过程中可以停下来仔细观察反复荷载下结构的变形和破坏现象 C．能做比较大型的结构试验及各种类型的结构试验 D．能与任一次确定性的非线性地震反应结果相比 11.在结构抗震动力试验中，下列何种加载方法既能较好地模拟地震又有实现的可能 ( ) A．采用机械式偏心激振器激振 B．采用地震模拟振动台 C．采用炸药爆炸模拟人工地震 D．采用电磁激振器激振 12.当对结构构件进行双向非同步加载时，下列图形反映X轴加载后保持恒载，而Y轴反复加载的是（） 13.钻芯法检测混凝土强度时,芯样直径不得小于骨料最大粒径的 ( ) 倍倍倍倍 14.下列哪种方法施加动力荷载时,没有附加质量的影响 ( ) A.离心力加载法 B.自由落体法

建筑结构模型试验设计

建筑结构模型试验设计 摘要：在工程实践和理论研究中，结构试验的对象大多是实际结构的模型。对于工程结构中的构建或结构的某一局部，如梁、柱、板、墙，有可能进行足尺的结构试验。但对于整体结构，除进行结构现场静动载试验外，受设备能力和经济条件的限制，实验条件下的结构试验大多为缩尺比例的结构模型试验。 关键词：相似理论，静力结构模型设计，动力结构模型设计，热力结构模型设计 模型一般是指按比例制成的小物体，它与另一个通常是更大的物体在形状上精准的相似，模型的性能在一定程度可以代表或反映与它相似的更大物体的性能。 模型试验的理论基础是相似理论。仿照原型结构，按相似理论的基本原则制成的结构模型，它具有原型结构的全部或部分特征。通过实验，得到与模型的力学性能相关的测试数据，根据相似理论，可有模型实验结果推断原型结构的性能。 对于结构模型试验，工程师和研究人员最关心的问题是结构模型试验结果在多大程度上能够反映原型结构的性能。而模型设计是结构模型试验的关键环节。一般情况下，结构模型设计的程序为： （1）分析实验目的和要求，选择模型基本类型。缩尺比例大的模型多为弹性模型，强度模型要求模型材料性能与原材料性能较为接近。 （2）对研究对象进行理论分析，用分析方程或量纲分析法得到相似判据。对于复杂结构，其力学性能常采用数值方法计算，很难得到 解析的方程式，多采用量纲分析法确定相似判据。 （3）确定几何相似常数和结构模型主要部位尺寸。选择模型材料。 （4）根据相似条件确定各相似常数。 （5）分析相似误差，对相似常数进行必要的调整。 （6）根据相似第三定理分析相似模型的单质条件，在结构模型设计阶段，主要关注边界条件和荷载作用点等局部条件。 （7）形成模型设计技术文件，包括结构模型施工图，测点布置图，加载装置图等。 在在上述各步骤中，对结构模型设计和试验影响最大的是结构模型尺寸的确定。通常，模型尺寸确定后，其他因素如模型材料、模型加工方式、试验加载方式、测点布置方案等也基本确定了。 一、静力结构模型设计 1、线弹性模型设计 线弹性性能是工程结构的主要性能之一。不论采用何种结构类型，当结构的应力水平较低时，结构的性能都可以用线弹性理论描述。按照线弹性理论，结构所受荷载与结构产生的形变以及应力之间均为线性关系。对于由同一种材料组成的结构，影响应力大小的因素有荷载F、结构几何尺寸L和材料的泊松比v，于是，应力表达式可写为： =?（F，L，v） 通过量纲分析有

模型试验相似理论研究

模型试验相似理论研究 摘要：文章总结了模型试验中相似理论及相似理论导出方法，分析了相似理论的不足，并通过算例进一步说明了相似理论的运用，对模型试验的发展与运用有一定的意义。 关键词：模型试验；相似理论；导出方法 自然界现象错徐复杂，许多问题依照数学知识尚不能解决。直接的实验方法只能运用在与实验条件完全相同的现象，并且直接实验方法常常仅可得出少数量间的规律，较难抓住现象的全部本质。所以，以相似理论为基础的模型研究方法成为探索自然规律的新方法。模型试验方法是指建立在相似理论基础上的模型试验方法，以相似理论为指导，对特定工程问题进行缩尺研究方法，主要用于模拟工程体在外荷载作用下的变形、稳定等力学效应。 1 基本原理 相似理论研究的是相似现象的性质和确定相似方法。最简单的相似是几何相似，除此之外还有物理相似，例如质量、时间、材料物理学等相似。相似第三定理是相似的充分条件，而相似第一定理、第二定理是相似的必要条件， 1.1 相似第一定理 相似第一定理由法国J.Bertrand建立，为“对相似的现象，其相似指标等于l 或相似准则的数值相同”。当用相似第一定理指导模型研究时，先导出相似准则，再通过模型试验测量出与相似准则有关的全部物理量，计算出相似准则数值，借此推断原型的性能。对于同一准则中的物理量，若满足几何相似，便可找到各物理量相似常数间的比例关系。 1.2 相似第二定理 相似第二定理又称？仔定理，即：“若一系统有n个物理量，其中有m个物理量量纲相互独立，那么这n个物理量可表示成相似准则？仔1，…，？仔n-m 之间的函数关系。”，即：f（？仔1，…，？仔n-m）=0。 对于相似的现象，相似准则都保持同样数值，准则关系也相同。若把某现象的实验结果推断出准则关系式，可推广到与其相似的现象中。以水力学求阻力为例，若作用于光滑球体的阻力R与相对速度V、直径D、流体密度、流体动力粘度相关，求光滑球体所受的阻力R。 此问题共有n=5个物理量，量纲分别为：[R]=[M][L][T-2]；[V]=[L][T-1]； [D]=[L]；[？籽]=[M][L-3]；[？滋]=[M][L-1][T-1]。其中，基本量纲数m=3，无量纲综合量为n-m=2，D、为循环量，建立因次方程：？仔1=Da？籽b？滋cR=[L]a （[M][L-3]）b（[M][L-1][T-1]）c[M][L][T-2]=M0L0T0，解得a=0，b=1，c=-2，

建筑结构试验第五章建筑结构试验设计

《建筑结构试验》第五章建筑结构试验设计 2004-12-28 建筑结构试验设计中应注意的问题 建筑结构试验设计要解决的问题：试件设计应从哪些方面进行考虑？要注意哪些问题？结构试验对试件设计有哪些要求？常用的模型材料有哪些？结构模型相似的三个定理应如何进行理解？如何确定原型与模型的相似条件？量纲分析法确定相似条件的步骤？为什么有时采用不同于设计计算所规定的荷载图式？试验的加载制度包括哪些内容？试验加载程序包括哪几部分内容？观测仪器如何选择，测读时应遵循什么原则？结构试验时应采取哪些安全措施？试验报告要如何书写？ 带着所提出的问题进行有针对性的学习。主要思路如下： 结构试验设计的内容，主要是通过反复研究，确定试验的目的，试验的性质与规模，进行试件设计，选定试验场所，拟定加载与量测方案，设计专用的试验装置和仪表夹具附件以及制订安全技术措施。同时，按试验规模组织试验人员，提出试验经费预算和消耗性器材数量和设备清单。最后在设计规划的基础上提出试验大纲和进度计划。试验工作者对新型的加载设备和测量仪器方面知识准备充分。 一、试件设计 对于试件设计，包括试件的形状，尺寸和数量的选择都要遵循合理可行的规则。 试件设计之所以要注意它的形状，主要是要在试验时形成和实际工作相一致的应力状态。在从整体结构中取出部分构件单独进行试验时，必须要注意其边界条件的模拟，使其能如实反映该部分结构构件的实际工作，同时要注意有利于试验合理加载。 任一试件的设计，其边界条件的实现与试件安装、加载装置与约束条件等有密切的关系。在整体设计时必须进行周密考虑，才能付诸实施。 结构试验所用试件的尺寸和大小，总体上分为真型（实物或足尺结构）和模型两类。不同情况下选择不同的试件尺寸，采用缩尺或真型试件。必要时要考虑尺寸效应的影响，在满足构造要求的情况下，太大的试件也没有必

河工模型试验中的DPIV技术及其应用

河工模型试验中的DPIV技术及其应 用 摘要粒子图像测速是一种快速全 流场测量方法。本文根据河工模型试验的特点建立了一套多CCD的DPIV测量系统，在 自然光照明的条件下对河工模型近千平方 米区域内流体的表面流厨行快速测量；根据河工模型中粒子分布的特点，对PIV常用的速度提取算法(互相关和二次傅立叶变换) 进行了改进，提高了速度提取的效率，在一定的分辨率前提下达到了对河工模型表面 流场实时测量和记录的要求，测量误差较小。 关键词粒子图像测速河工模型速度测量 流场显示 0 引言河工模型是探讨河流工程问题 的有效研究方法之一，但由于河工模型尺寸大，观测的范围广，使用单点式速度测量仪器费时费力；对于动床模型或非定常流动模型，床面和边界形态均在不断变化之中，因

此，在河工模型试验中采用全场实时测速技术十分必要，具有很大的科研和经济价值。粒子示踪的图像全场测速技术(Particle Image Velocimetry[1，和Particle Tracking Velocimetry[3，4])以及数字化粒子图像测速技术(Digital PIV和Digital PTV)具有方便快捷的特点，在流体力学研究中得到了广泛应用。国内科研人员根据PIV 和PTV的基本原理，已成功开发出应用于大型河工模型表面流场测量的粒子示踪测速 系统：清华大学研制的DPTV系统、中国科学院力学研究所研制的DPIV系统等。 DPIV系统的核心是对流动图像进行处理，得到示踪粒子代表的流体的速度，这一过程称为速度提取。速度提取一般采用互相关算法和二次傅立叶变换[7，8，9]进行，需优良的硬件设备(运算速度高的计算机和浮点运算加速器件)才能满足实时测量的要求。本文考虑到河工模型中示踪粒子的分布特点 以及自然光照明的条件等，采用了三种改进的速度提取算法，缩短了速度提取时间，在普通Pentium系列微机由软件实现河工模型

混凝土重力坝结构模型试验指导-2013汇总

《水工建筑物》结构模型教学实验重力坝断面结构模型试验 李桂荣 2013-3-22

混凝土重力坝断面结构模型试验 1．模型试验的原理 模型试验的理论基础就是相似原理。我们研究的对象主要是水利和土建工程中的混凝土建筑物及地基。需要通过模型模拟的主要有荷载的类型及大小，建筑物的几何形状和材料的物理力学性能。为了使模型上产生的物理现象与原型相似，模型材料、模型形状和荷载等必须遵循一定的规律，这个规律就是相似原理。 水工结构模型试验要解决的问题，是将原型水工建筑物上的力学现象缩小到模型上，从模型上模拟出与原型相似的力学现象中，量测应力、位移和安全度等，再通过一定的相似关系推算到原型建筑物。模型试验如果能正确地解决模拟问题，同时又采用了精确的量测方法，则其所得成果就可能较好地反映原型的实际情况。 2.试验任务 对所取坝段的断面结构模型进行一次应力试验，提供大坝在上游正常蓄水位作用下的坝基面上应力的分布和坝体位移变化情况的试验成果。 3．原型的基本资料： 坝型为混凝土实体重力坝，坝高为81m，坝顶宽12m，坝底宽60m，下游坝坡1：0.75。坝体混凝土弹性模量E1=19200Mpa,坝基岩体弹性模量E2=19200Mpa，E3=11600Mpa，基岩材料分布图4-1。混凝土与基岩材料的泊松比均为μ1=μ2=0.2，坝体混凝土容重3 r ,上游正常蓄水位78m。 KN 24m / 4.模型设计 4.1相似常数 根据线弹性模型的相似要求结合本次试验，原型（P）与模型（M）各物理量之间保持下列相似关系： 几何比尺：C L=L P/L M=100 弹性模量比尺：C E=E P/E M=6

模型试验案例

模型试验案例 盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站模型试验

第一章地铁车站三维物理模型试验的意义和内容 1.1 目的与意义 采用直径6m的区间盾构隧道拓展建造地铁车站的研究，是解决目前盾构区间施工和车站施工工期矛盾的重要手段。 采用相似材料进行大比尺三维物理模型试验能准确地模拟施工过程的影响，使得更容易从全局上把握车站结构的整体力学特征、变形趋势和稳定性特点。 1.2 试验内容 (1)剩余管片的收敛变形规律 (2)剩余管片内力变化规律 (3)隧道内临时支撑内力变化规律 (4)洞周土压力变化规律 (5)洞周地层变形规律 (6)地表沉降规律 (7)观察地层变形隔离桩方案对保护盾构管片的效果。 图1.1 塔柱式

第二章模型试验总体方案设计 2.1工程布置和洞室组成 两个盾构隧道的中心距离为23m，隧道内径为5.4m，开挖外径为6.0m，这样两洞开挖外边线间距为29m。考虑到边界条件的影响，盾构隧道外侧距离模型边界应满足3倍洞径的要求，即每侧需要 6.0m×3＝18.0m，模型在水平方向应该达到29m+18m×2=65m，因此模型宽度按1：10要求取为6.5m。 在垂直方向上，隧道上部按8.0m埋深考虑（其中顶部2.5m为杂填土），下部地层考虑一倍车站高度，这样需要模拟的高度为：8.0+10.364×2=28.728m，因此模型高度为2.88m。所以模型在车站隧道横断面的尺寸可取为6.5m×2.88m。结合试验台的实际情况，模型最终尺寸确定为6.5m × 1.8m × 2.88m (L×W×H)，见图2.1。 图 2.1 试验模型示意图 2.2相似条件设计 根据与试验条件，确定模型的几何比尺为1 /10。之所以确定这一比尺，主要是考虑到开挖模拟的可操作性，以及相似物理量之间的换算关系的简化。各种相关物理量的设计相似比尺如下： (1)几何比尺：K L＝L p / L m＝10 (2)容重比尺：Kγ＝γp/γm＝1 (3)应力比尺：Kσ＝σp/σm＝K L × Kγ＝10

桥梁模型试验

关于桥梁的模型试验的分析 摘要:桥梁模型试验是科技工作者来分析复杂桥梁结构受力分析的重要手段，一般而言，桥梁模型试验一是验证设计理论；另一是确定复杂结构细节的受力状态。本文通过对模型分析中和基本问题加以阐述，以为了我们对模型试验有一个基本的了解，便于使模型试验设计得合理，从而得到我们预期的效果。 关健词：桥梁，模型试验，基本问题 一、引言 随着桥梁建设的不断发展，结构的形式与功能日趋复杂，对现在工程的质量和寿命越来越重视。我国是一个发展中的国家，经济还不发达，当然希望一项工程能长久使用。因此如代何充分发挥结构的潜力、产生更大的经济效益尤为重要。在国内的桥梁工程中，存在着不容忽视的质量问题，使人们对结构的检测、监测和相应的试验有了一个新的认识，目前结构的质量的评定、运营期的工作状况检测与试验研究，正在一步一步发发展起来，这项工作正不为工程结构寿命的延长、效益的进一步发挥提供技术的可靠保障。工程结构检测也已在各个领域里得到广泛的 应用。 然而，在现在生活中的绝大多数情况下，不可能用实际的建筑物当试验对象，进行直到破坏阶段的荷载试验，特殊的工程结构物，就更不允许进行有可能造成结构损伤和试验。应该说没有人会为了弄清一座高大建筑物或异形大桥、大坝的受力状态，而去花同样多的时间和金钱去修建一座专供试验用 的同样的结构物。这时结构模型试验分析的优点就显示出来，特别是对于造价大，工期长的建筑物、构筑物，可以给出直观可靠的结果，而且比原武型本身的费用要少很多 二、结构模型试验 结构模型分析，就是以所要研究的实际桥梁为原型，运用模拟理论出各个有关物理量的缩小比例并按此比例做成结构模型；对结构测得的反应来推断原型在实际荷载作 用下的反应的一种方法。赵煜老师做的一个汉中市西二环大桥全桥模型试验，采用1：20的比例，该模型是目前国内规模最大的全桥静动力试验模型。结构模型的研究工作在桥梁工程中起着非常突出的作用，现在各个学校的桥梁试验室和科研机构很多都在做 模型试验。结构模型的一般定义是：模型是一个结构或一部分结构的任何物理模拟。最通常的情况模型将按缩小的比例制造。自然，这个定义同样适用于任何材料制成的结构 模型。而在模型试验中的定义为：一个结构模型是作试验用的，且在整理分析试验结果时，必须使用相似定律。 1.结构模型试验的意义 一般可以从五个方面加以说明结构模型 试验的意义：（1）模型试验作为一种研究手段，可以晋严格控制试验对象的主要参数，不受外界条件和自然条件的限制，做到结果准确（2）模型试验有利于在复杂的试验过 程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象在内的联系，并且有时可用来对原型所得的结论进行校验（3）由于模型与原型相比，尺 寸一般都是按比例缩小的（只在少数特殊情况下按比例放大。例如模拟合成材料纤维的应力情况等），因此制造容易、装拆方便、 试验人员久较之实物试验，节省资金、人力和时间（4）模型试验能预测尚未建造出来 的实物对象或根本不能进行直接研究的实 物对象的性能，有时则用于探索一此未尽了解的现象或结构的基本性能或其极限值（5）当其他各种分析方法不可能采用时，模型试验就成了现象相似性问题唯一的和最为重 要的研究手段。 2.模型试验的特点 结构的模型试与原形结构的试验相比较，具有下述特点：（1）经济性好，由于结构模

相似理论与结构模型试验

一、相似理论与结构模型试验 相似理论主要应用于指导模型试验，确定“模型”与“原型”的相似程度、等级等。随着计算机技术的进步，相似理论不但成为物理模型试验的理论而继续存在，而且进一步扩大应用范围和领域，成为计算机“仿真”等领域指导性理论。 相似理论是说明自然界和工程中各相似现象相似原理的学说。在结构模型试验研究中，只有模型和原型保持相似，才能由模型试验结果推算出原型结构的相应结果。结构模型中的“相似”主要是指原型结构和模型结构的主要物理量相同或成比例。常需要满足的相似条件有：几何相似、质量相似、荷载相似、物理相似、时间相似和边界初始条件相似。 1.几何相似 模型与原结构之间所对应部分的尺寸成比例，模型比例即为几何相似常数。 S l=l m p = b m p = ?m p 式中： S l——几何相似常数； l、b、?——结构的长、宽、高三个方向的线性尺寸； m、p——分别代表模型和原型。 对一矩形截面，模型和原型结构的面积相似常数、截面抵抗矩相似常数和惯性矩相似常数分别为： S A=A m p = ?m·b m p p =S l2 式中： S A——面积相似常数。 S w=W m W p = 1 6 b m·?m2 1 6 b p·?p2 =S l3 式中： S w——截面抵抗矩相似常数。

S I=I m I p = 1 12 b m·?m3 1 12 b p·?p3 =S l4 式中： S I——惯性矩相似常数相似常数。 2.质量相似 要求模型与原型结构对应部分质量成比例，质量之比称为质量相似常数。 S m=m m m p 式中： S m——质量相似常数。 对于具有分布质量部分，用质量密度ρ表示。 Sρ=S m V = S m l 3 式中： Sρ——质量密度相似常数。 3.荷载相似 要求模型与原型在各对应点所受的荷载方向一致，大小成比例。 S p=P m P p = A m·?m A p·?p =S?·S l2 式中： S p——集中荷载相似常数。 Sω=S?·S l 式中： Sω——线荷载相似常数。 S q=S?式中： S q——面荷载相似常数。 S M=S?·S l3式中： S M——弯矩或扭矩相似常数。

建筑结构模型试验设计

建 摘要：在工程实践和理论研究中，结构试验的对象大多是实际结构的模型。对于工程结构中的构建或结构的某一局部，如梁、柱、板、墙，有可能进行足尺的结构试验。但对于整体结构，除进行结构现场静动载试验外，受设备能力和经济条件的限制，实验条件下的结构试验大多为缩尺比例的结构模型试验。 关键词：相似理论，静力结构模型设计，动力结构模型设计，热力结构模型设计 模型一般是指按比例制成的小物体，它与另一个通常是更大的物体在形状上精准的相似，模型的性能在一定程度可以代表或反映与它相似的更大物体的性能。 模型试验的理论基础是相似理论。仿照原型结构，按相似理论的基本原则制成的结构模型，它具有原型结构的全部或部分特征。通过实验，得到与模型的力学性能相关的测试数据，根据相似理论，可有模型实验结果推断原型结构的性能。 对于结构模型试验，工程师和研究人员最关心的问题是结构模型试验结果在多大程度上能够反映原型结构的性能。而模型设计是结构模型试验的关键环节。一般情况下，结构模型设计的程序为： （1）分析实验目的和要求，选择模型基本类型。缩尺比例大的模型多为弹性模型，强度模型要求模型材料性能与原材料性能较为接近。 （2）对研究对象进行理论分析，用分析方程或量纲分析法得到相似判据。对于复杂结构，其力学性能常采用数值方法计算，很难得到 解析的方程式，多采用量纲分析法确定相似判据。 （3）确定几何相似常数和结构模型主要部位尺寸。选择模型材料。 （4）根据相似条件确定各相似常数。 （5）分析相似误差，对相似常数进行必要的调整。 （6）根据相似第三定理分析相似模型的单质条件，在结构模型设计阶段，主要关注边界条件和荷载作用点等局部条件。 （7）形成模型设计技术文件，包括结构模型施工图，测点布置图，加载装置图等。 在在上述各步骤中，对结构模型设计和试验影响最大的是结构模型尺寸的确定。通常，模型尺寸确定后，其他因素如模型材料、模型加工方式、试验加载方式、测点布置方案等也基本确定了。 一、静力结构模型设计 1、线弹性模型设计 线弹性性能是工程结构的主要性能之一。不论采用何种结构类型，当结构的应力水平较低时，结构的性能都可以用线弹性理论描述。按照线弹性理论，结构所受荷载与结构产生的形变以及应力之间均为线性关系。对于由同一种材料组成的结构，影响应力大小的因素有荷载F、结构几何尺寸L和材料的泊松比v，于是，应力表达式可写为： =?（F，L，v） 通过量纲分析有

结构模型试验设计

结构模型试验设计 在工程实践和理沦研究中.结构试验的对象大多是实际结构的模型。对于工程结构中的构件或结构的某一局部，如梁、柱、板、墙，有可能进行足尺的结构试验。但对于整体结构，除进行结构现场静动载试验外，受设备能力和经济条件的限制，实验室条件下的结构试验大多为缩尺比例的结构模型试验。 结构模型试验是工程结构设计和理论研究的主要手段之一在结构设计规范中，对各种各样的结构分析方法做出了规定。例如，线弹性分析方法，考虑塑性内力重分布的方法，塑性极限分析方法，非线性分析方法和试验分析方法等。其中，试验分析方法在概念上与计算分析方法有较大的差别。试验分析方法通过结构试验(其中主要是结构模型试验)，得到体形复杂或受力状况特殊的结构或结构一部分的内力、变形、动力特性、破坏形态等，为结构设计或复核提供依据。应但指出，电子计算机的飞速发展，基于计算机的结构分析方法已经能够解决很多复杂的结构分析问题，但结构模型试验仍有不可替代的地位，并广泛应用于工程实践中。模型一般是指按比例制成的小物体，它与另一个通常是更大的物体在形状上精确的相似，模型的性能在一定程度可以代表或反映与它相似的更大物体的性能。 模型试验的理论基础是相似理论。仿照原型结构，按相似理论的基本原则制成的结构模型，它具有原型结构的全部或部分特征。通过试验，得到与模型的力学性能相关的测试数据根据相似理论，可由模型试验结果推断原型结构的性能。 对于结构模型试验,工程师和研究人员最关心的问题是结构模型试验结果在多大程度上能够反映原型结构的性能。而模型设计是结构模型试验的关键环节。 一般情况下，结构模型设计的程序为: (1)分析试验目的和要求，选择模型基本类型。缩尺比例大的模型多为弹性模型，强度模型要求模型材料性能与原型材料性能较为接近。 (2)对研究对象进行理论分析，用分析方程法或量纲分析法得到相似判据。对于复杂结构，其力学性能常采用数值方法计算，很难得到解析的方程式，多采用量纲分析法确定相似判据。 （3）确定几何相似常数和结构模型主要部位尺寸。选择模型材料。 （4）根据相似条件确定各相似常数。 （5）分析相似误差，对相似常数进行必要的调整。 （6）根据相似第三定理分析相似模型的单值条件，在结构模型设计阶段，主要关注边界条件和荷载作用点等局部条件。相似理论是模型试验的基础。进行结构模型试验的目的是试图从模型试验的结果分析预测原型结构的性能，相似性要求将模型结构和原型结构联系起来。 （7）形成模型设计技术文件，包括结构模型施工图，测点布置图，加载装置图等。