高精度木材性能数值仿真分析技术
成果类型:: 软件著作权
发布时间: 2022-11-01 15:20:22
中国林科院木材工业研究所木材力学与木结构室研发了复杂应力状态下的木材本构关系模型,基本解决了木材多轴受力、大变形、断裂等复杂应力响应的耦合数值仿真问题。本技术适用于古建木结构和现代木结构构件、节点和结构的数值分析,精度高、稳定性好,可以节约试验的人力、物力和财力,经济性好。
该项成果通过建立三向弱耦合的屈服方程,确定了木材在各向应力作用下各个纹理方向的耦合响应;通过屈服面的转移理论描述了木材的顺纹抗压屈服和横纹抗压首次屈服性能;通过断裂力学描述了横纹抗拉、顺纹抗拉和顺纹抗剪性能。通过Fortran语言编制了木材本构关系模型计算程序,可以与通用有限元程序配合完成木结构的数值分析。该技术的最大优势是可以对木构件和结构进行三维数值仿真,结果准确,可节约试验材料费用、测试费用和人工费用等,并可快速对木结构和构件进行性能评价,具有高效和经济的特征。
本技术适用于古建木结构和现代木结构构件、节点和结构的数值分析,精度高、稳定性好,可以节约试验的人力、物力和财力,经济性好。
适用范围包括现有结构的整体结构或构件的承载性能、安全性分析,新建木结构的结构设计,木结构节点和构件的优化设计,复杂节点的承载性能研究等。
任海青,研究员。武国芳,助理研究员。目前主要从事木材力学与木结构相关研究,先后主持了中央级科研院所基金“典型榫卯连接的受力性能及增强研究”和国家自然科学基金“正交胶合木构件受压失稳机理及计算方法研究”项目共2项,参与“十三五”国家重点研发计划项目、“十二五”国家科技支撑计划项目、林业行业标准制修订项目等项目4项。完成了颐和园涵虚楼、北京大学民主楼、俄文楼、红1-红4、红19-红23等木结构建筑的检测与安全评估工作。近5年以第1作者发表期刊论文18篇,其中SCI及EI索引论文10篇,参与制定标准5项,授权发明专利2件,获得软件著作权5项。
该成果成功在2016年-2017年间应用于颐和园涵虚牌楼等古建木结构的加固修复工程中。采用本技术对颐和园涵虚牌楼榫卯节的力学性能进行了分析,在分析牌楼整体性性能时考虑了节点的半刚性,从而合理准确地对结构的力学性能进行了评估。评估结果用于颐和园牌楼的修复工程。
该技术具有通用性,可以用于传统和现代木结构等不同结构形式,可以用于构件、节点和结构等不同的层次,可以用于锯材、胶合木和竹材等木竹材料,具有较好的应用前景。
阐述技术转让,技术入股,技术合作,资金需求,以及对成果转化方向、目标的希望和要求等。
本技术拟主要通过技术合作的方式进行转化,主要针对我国古代和现代木结构建筑的修缮加固和设计建造,特殊节点和构件的研发中面临的木材力学性能安全性评估需求,开展相关数值仿真分析工作。