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期刊信息

工程力学

Engineering Mechanics

(月刊,1984年创刊)

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国力学学会

主  编:陆新征

编辑出版:《工程力学》杂志社

ISSN 1000-4750CN 11-2595/O3

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  《工程力学》由中国科学技术协会主管,中国力学学会主办。1984年创刊,月刊。主要报导力学在工程及结构中的应用,刊登力学在科研、设计、施工、教学和生产方面具有学术水平、创造性和实用价值的论文,包括力学在土木建筑、水工港工、公路铁路、桥梁隧道、航海造船、航空航天、矿山冶金、机械化工、国防军工、防灾减灾、能源环保等工程中的应用且具有一定学术水平的研究成果。 更多>>
优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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2022年第2期, 刊出日期:2022-02-01
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2022-02期封面+目录
2022, 39(2): .  
[摘要](29) [HTML全文](17) [PDF 1419KB](9)
摘要:
综述
横向地震作用下震致钢轨几何不平顺研究
蒋丽忠, 余建, 周旺保, 冯玉林, 彭康, 左永健
2022, 39(2): 1-13.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.ST01
[摘要](33) [HTML全文](15) [PDF 7248KB](20)
摘要:
铁路运输作为抗震救灾的重要生命线,在抗震救灾期和灾后重建期承担了极其重要的运输任务,研究震致钢轨不平顺是保证震后行车安全的基础。该文以高速铁路CRTS Ⅱ型轨道-桥梁系统为对象,建立了有限元模型并开展了试验验证,从PEER强震数据库中筛选出40条和设计反应谱匹配程度最高的地震波并对有限元模型开展了非线性时程分析,研究了横向地震作用后钢轨残余不平顺的分布规律,基于随机振动理论和假设检验原理提出了震致钢轨几何不平顺功率谱密度曲线的确定方法,构造了震致钢轨几何不平顺样本。研究结果表明:震后钢轨残余轨距、高低和水平不平顺的幅值较小,轨向不平顺的幅值较大;对于采用CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的高速铁路多跨简支梁,震后钢轨残余轨向变形主要集中在靠近路基约200 m的范围内;其余空间范围内的轨向不平顺特征相对稳定,其不平顺特征可以通过一个较小的空间样本进行预测;靠近路基约200 m的范围内的震后钢轨残余不平顺应按照非平稳信号进行处理,其余空间范围内的轨向不平顺可近似按照平稳信号进行处理;随机地震作用下平稳钢轨残余不平顺在各个频率的功率谱密度服从对数正态分布,非平稳段不平顺在各个时间-频率节点上的功率谱密度服从对数正态分布。
基本方法
基于内积矩阵及深度学习的结构健康监测研究
王慧, 郭晨林, 王乐, 张敏照
2022, 39(2): 14-22.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0935
[摘要](457) [HTML全文](114) [PDF 4744KB](63)
摘要:
环境激励下仅利用振动响应的结构健康监测方法,因其便于实现在线监测受到了越来越多的关注。该文回顾了以振动时域响应相关性分析为基础的结构特征参数(即内积向量)的基本概念及特征。为了从已有测试数据中提取更多的结构特征参数,分别以各个响应测点为参考点来构建多个内积向量并组成矩阵,将内积向量扩展到了内积矩阵。进而以内积矩阵为结构特征参数,结合深度卷积神经网络的特征提取能力,提出了基于内积矩阵及深度学习的结构健康监测方法。典型航空加筋壁板螺栓松动监测的实验研究结果表明,仅利用结构在环境激励下部分测点的振动时域响应,该文方法可以准确地识别螺栓松动位置。
二维泊松方程问题Lagrange型有限元p型超收敛算法
叶康生, 孟令宁
2022, 39(2): 23-36.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0934
[摘要](247) [HTML全文](139) [PDF 9075KB](37)
摘要:
该文针对二维泊松方程问题的Lagrange型有限元法提出了一种p型超收敛算法。该法受有限元线法对二维问题降维思想的启发,基于网格结点位移的天然超收敛性,通过从网格中取出一行对边相邻的单元作一子域,将子域内各单元另一对边解答取为原有限元解答,在子域上建立真解近似满足的局部偏微分方程边值问题,对该局部边值问题,沿对边方向单向提高单元阶次进行有限元求解获得单元对边上的超收敛解。单元另一对边上的超收敛解可通过另一方向的单元行类似获得。在单元边超收敛解的基础上,依次取出各个单元,以单元边位移超收敛解为Dirichlet边界条件,双向提高单元阶次对原泊松方程问题进行有限元求解即可获得全域超收敛解。数值算例表明,通过简单的后处理计算本法可显著提高解答的精度和收敛阶。
基于屈曲模态的弹性压弯构件平面内二阶弯矩计算
范浩, 王新, 董卫国, 温四清
2022, 39(2): 37-50.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0900
[摘要](80) [HTML全文](10) [PDF 5621KB](22)
摘要:
目前,对于一般情形,结构工程师缺乏简便可靠的手段计算钢结构构件的二阶效应,采用大挠度大变形的直接分析法成为唯一选择。该文从一般情形的等截面等轴力压弯构件平面内受力的基本方程出发,证明了其屈曲模态的正交性以及各种可能平衡状态的稳定性,并首次采用屈曲模态分解法,得到了构件二阶效应的屈曲模态级数解。更进一步,结合构件屈曲荷载的分布规律,给出了实用的构件平面内二阶弯矩的估算方法,对典型受力状态的构件进行了算例验证,并对极端情况下的误差进行了分析。该文提出的屈曲模态分解法用于计算构件的二阶效应时,仅需利用其一阶分析结果、一阶屈曲模态和一阶屈曲荷载,简便可靠,可供工程师在计算钢结构构件平面内二阶弯矩时参考。
土木工程学科
高层建筑结构嵌固条件影响研究
范重, 王晶, 刘涛, 杨苏, 杨开, 王义华, 曾德民
2022, 39(2): 51-66.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.07.ST04
[摘要](71) [HTML全文](15) [PDF 5269KB](41)
摘要:
该文对国内外考虑地下室及周边土体对高层建筑地震作用影响分析方面的研究进展进行了回顾,基于塔楼、地下室结构与周边土体的相互作用机理,建立可以考虑地基基础影响的力学模型。根据场地情况确定地下室周边土体弹簧及相应阻尼的计算参数。考察地下室顶板嵌固、地下室周边嵌固、底板嵌固以及土体-结构相互作用等4类嵌固条件在地震作用下计算结果的合理性,并研究塔楼单侧洞口长度对整体结构与结构构件受力性能的影响。分析结果表明:地下室顶板嵌固模型塔楼侧向刚度偏大,且无法考虑地下室与塔楼之间的相互影响。地下室周边嵌固模型无法反映地下室结构的变形与质量引起的惯性力,在地震作用下水平剪力沿地下室竖向减小过快,计算结果偏于不安全。底板嵌固模型忽略周边土体的作用,导致地下室在地震作用下水平剪力过大,计算结果过于保守。土体-结构相互作用模型可以较为真实地模拟地下室周边土体的刚度与阻尼,与其他计算模型相比,虽然塔楼性能变化较小,但地下室构件内力变化很大。单侧洞口对塔楼整体受力性能影响较小,但对框架柱和楼板的影响值得重视。
基于经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法研究
邹云峰, 付正亿, 何旭辉, 卢玄东, 阳劲松, 周帅
2022, 39(2): 67-75.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0915
[摘要](111) [HTML全文](66) [PDF 9389KB](19)
摘要:
大型工程结构自由度数量巨大,采用现有基于全局有限元模型的时域方法重构此类结构动力响应效率低、计算难度大,因此,提出一种结合经验模态分解和模型缩聚的动力响应重构方法。基于模态综合法,将有限元全模型适当划分为多个子结构,通过坐标转换,得到自由度数目更少的超单元模型,结合带有间歇准则的经验模态分解法进行重构。由于该方法无需考虑各子结构边界条件,有效地降低了有限元模型相关物理参数矩阵的维度,较大地提高了响应重构的计算效率,更适用于大型复杂工程结构的动力响应重构。结合悬臂梁数值模拟算例,验证了该重构方法的高效性,并研究了噪声及主模态数量对重构效果的影响。结果表明,提高噪声水平对重构精度有一定影响,且主模态数量对重构精度影响不大。
FRP筋混凝土T形和矩形截面梁抗弯承载力计算方法
彭飞, 薛伟辰
2022, 39(2): 76-84.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0002
[摘要](121) [HTML全文](48) [PDF 4791KB](29)
摘要:
为建立纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer,FRP)筋混凝土T形和矩形截面梁抗弯承载力简化计算方法,根据平衡破坏状态下的截面分析,定义了等效FRP配筋率ρef和相应的平衡配筋率ρef, b。在此基础上,基于257根FRP筋混凝土梁试验结果的统计分析,改进了受拉破坏和受压破坏皆可能发生的过渡区范围(ρef, b <ρef≤1.5ρef, b)。编制了受拉破坏控制截面的非线性分析程序,考虑多个设计参数的影响,开展了25 344个截面的参数分析。通过对参数分析结果的多元回归分析,推导了受拉破坏控制截面的抗弯承载力简化计算公式。此外,基于截面内力平衡和协调条件,推导了受压破坏控制截面的抗弯承载力计算公式。以国内外257根梁抗弯承载力试验结果,验证了所提方法的适用性。
海上风力塔架结构模型振动台试验研究
申民宇, 祝磊, 贾军波, 李爱群
2022, 39(2): 85-95.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0015
[摘要](187) [HTML全文](94) [PDF 5695KB](27)
摘要:
目前风力发电技术发展迅速,风电塔架结构作为风机的主要支撑结构,其在地震作用下的安全性十分重要。对于此种三脚架结构还未进行过振动台试验研究,所以该文利用地震模拟振动台试验的方法对海上风力发电塔三脚架结构1∶20比例模型进行了系列的试验,研究了模型结构的动力特性,以及在加速度峰值0.3 g、0.6 g和0.9 g作用下结构的地震反应。试验模型分为在三脚架桩基础高1.3 m处设置支护以及撤掉支护(模拟桩基础失效)两种情况。相较于设置支护的情况,撤掉支护后模型结构的加速度动力响应略有减小,XY两方向的峰值加速度下降幅度分别为9.87%和5.40%。此外,结合有限元软件ABAQUS对模型结构进行弹塑性时程分析,并将模拟结果与试验结果进行对比分析,两者结果基本一致,起到了相互验证的作用,并为该原型结构的弹塑性时程分析提供了参考。
火灾后混凝土连续板剩余承载力试验研究及理论分析
王勇, 王功臣, 王本淼, 钟波, 部翼翔, 任兆卿
2022, 39(2): 96-109.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0914
[摘要](55) [HTML全文](16) [PDF 6164KB](14)
摘要:
为了研究火灾蔓延作用对混凝土灾后连续板力学性能影响,对4块灾后连续板进行承载力试验,研究了火灾蔓延工况、配筋率和配筋方式等对灾后板变形、混凝土和钢筋应变和破坏模式等影响规律;此外,考虑竖向剪切力影响,提出混凝土双向板拉压薄膜效应区域计算方法,建立灾后板极限承载力计算方法;采用不同理论,对灾后连续板各跨承载力进行对比分析。试验表明:灾后连续板各跨出现跨中弯曲破坏、局部冲切破坏、内支座冲切破坏和内支座弯曲破坏等多种破坏模式。相比火灾蔓延工况,受火时长、灾后爆裂程度、配筋率和配筋方式对灾后板剩余承载力有更为重要影响。结合变形破坏准则,采用该文方法可确定灾后板极限剩余承载力上限。
装配式钢结构箱形柱塞焊-芯筒式法兰连接性能试验研究
张艳霞, 金博文, 黄哲文, 刘梓洋, 江锟
2022, 39(2): 110-122.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0930
[摘要](170) [HTML全文](53) [PDF 6111KB](27)
摘要:
为解决装配式钢结构中箱形柱全熔透焊接节点施工工序复杂、现场施工效率低、人工成本高的问题,提出一种箱形柱塞焊-芯筒式法兰连接节点及其设计方法。设计了3组不同构造形式的塞焊-芯筒式法兰连接节点、1组无芯筒法兰连接节点和1组无连接箱形柱构件,并对其进行了拟静力试验研究。试验结果表明:相较于无芯筒法兰连接节点,塞焊-芯筒式法兰连接节点初始刚度提高16.6%,最大承载力平均提高9.97%,芯筒的设置能够大幅提升节点的力学性能;相比于10.9级高强螺栓,12.9级高强螺栓较大的预拉力使法兰板间挤压力增大,限制法兰板间开口,提高了节点的整体刚度;设置法兰板加劲肋能够保护法兰与柱壁的焊缝,对节点的力学性能有较小提升;塞焊-芯筒式法兰连接节点与无连接箱形柱构件具有相近的滞回性能,结构设计时可按刚接进行计算,并且相较于传统焊接节点施焊简便,可以在实现现场高效装配的同时控制工程成本。
外套整体式加固砌体结构抗震性能试验研究
王啸霆, 陈曦, 王涛, 潘鹏, 李文峰, 苗启松
2022, 39(2): 123-135.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0931
[摘要](207) [HTML全文](62) [PDF 6631KB](21)
摘要:
通过对一栋足尺5层砌体结构住宅模型实施外套整体式加固,梳理、总结该加固方法的工艺流程。为了考察加固结构在纵墙方向的整体抗震性能,对试验模型进行了多轮次拟静力和拟动力试验。依据试验结果对外套加固结构震前、震后纵墙方向的抗震性能进行了评估。试验及评估结果显示:加固后的钢筋混凝土剪力墙-砌体墙混合结构的抗侧刚度明显提升,抗震性能表现更接近于钢筋混凝土结构;在外套加固单元的整体工作性能下降后,加固结构的失效由砌体结构部分控制;加固结构纵墙方向在经历超设防水准地震作用后,表现出很强的性能冗余度;受损后的加固结构仍然可以有效抵御超罕遇地震而不致倒塌。由此证明外套加固技术可大幅提升砌体结构抗震性能水准。
型钢混凝土异形柱基于损伤的恢复力模型研究
刘祖强, 杜振宇, 薛建阳, 周超锋
2022, 39(2): 136-147.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0936
[摘要](99) [HTML全文](41) [PDF 5254KB](14)
摘要:
根据16个实腹式配钢的型钢混凝土异形柱试件在低周反复荷载作用下的试验结果,进行了构件的滞回性能分析及基于损伤的恢复力模型研究。提出了一种弹性段-强化段为双折线、下降段为指数函数曲线的复合骨架曲线模型,采用理论推导与回归拟合相结合的方法给出了构件对应不同截面形式、轴压比及配钢率的骨架曲线特征值计算方法;考虑二阶矩效应、轴压附加抗侧刚度、强度衰减、包辛格效应及加载历程对构件性能退化的影响,并通过引入基于试验结果拟合的损伤模型,定量描述了构件滞回环卸载刚度退化规律,建立了恢复力模型。研究表明:试件的抗震性能良好,滞回曲线基本呈梭形,采用实腹式配钢的异形柱在各级荷载循环下的滞回环大致汇交于2点;所提出的基于损伤的恢复力模型是经过理论推导并考虑了多种因素的影响,计算结果与试验结果拟合度较好,可为该类型结构进行高效非线性地震反应分析提供依据。
钢筋混凝土柱地震破坏模式判别的两阶段支持向量机方法
李启明, 喻泽成, 余波, 宁超列
2022, 39(2): 148-158.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0937
[摘要](158) [HTML全文](61) [PDF 4840KB](32)
摘要:
研究提出了一种钢筋混凝土(RC)柱地震破坏模式判别的两阶段支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)方法。根据RC柱的三种地震破坏模式(弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏),建立了RC柱地震破坏模式判别的两阶段SVM模型;基于270组试验数据,利用十折交叉验证和网格寻优方法确定了两阶段SVM的关键模型参数(即惩罚参数和核函数参数)的最优取值;同时,利用基于SVM的回归特征消去法(SVM-RFE),分析了轴压比、剪跨比、箍筋间距与截面有效高度比(s/h0)、纵筋参数和箍筋参数等特征参数对RC柱地震破坏模式的影响程度;通过与两种经典机器学习方法和五种传统破坏模式判别方法的对比分析,验证了该方法的有效性。分析结果表明:所提出的两阶段SVM方法对于三种破坏模式的判别准确率都能达到90%以上,整体判别准确率比经典的机器学习方法提高10%以上,比传统的地震破坏模式判别方法提高20%以上;对于RC柱是否发生弯曲破坏,剪跨比和纵筋参数的影响较大,其次是箍筋参数和s/h0,而轴压比的影响相对较小;对于RC柱是否发生弯剪破坏,纵筋参数的影响较大,其次是剪跨比和s/h0,而箍筋参数和轴压比的影响相对较小。
核电厂房安全壳流固耦合动力响应分析
曾滨, 王宇威, 潘钻峰, 许庆, 薛卫
2022, 39(2): 159-167.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0939
[摘要](57) [HTML全文](10) [PDF 5155KB](28)
摘要:
在地震荷载作用下,核电厂房安全壳水箱内水会发生晃动,这种流固耦合作用会影响到安全壳的动力响应。采用简化附加质量法和光滑粒子流体动力学(SPH)法,分别对应不考虑和考虑水体晃动的效应,选取常用自然波Northridge波和上海人工合成波作为地震动输入,获取了7个水位工况下包括基底剪力、位移和加速度的动力响应。通过对比两种方法的模拟结果,发现考虑水体流动的SPH法要比不考虑水体晃动的简化附加质量法的动力响应要小,水箱内水的晃动对结构整体的动力响应起到了减震的作用;并分析SPH法各水位工况下的动力响应,结果表明:水位高度4.0 m时,安全壳动力响应相对较小,是水箱较为合理的储水水位。
基于极限分析的三叶墙抗压强度预测模型研究
蒋宇洪, 杨娜
2022, 39(2): 168-177.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0941
[摘要](55) [HTML全文](21) [PDF 5263KB](7)
摘要:
该文以极限分析法为基础,将有限元塑性极限分析下限法运用于砌体结构三叶墙的抗压强度预测。结合常见受压三叶墙破坏模式,基于材料试验和小型砌体试件试验赋予了本构模型参数。在此基础上,考虑了不均匀压应力边界条件,提出了三叶墙抗压强度预测模型。根据文献的试验数据,利用该模型预测了多个三叶墙的抗压强度,并与试验结果和抗压强度预测公式的结果进行了对比,说明了该模型的准确性。
考虑节点偏差、杆件缺陷与偏心的单层三向柱面网壳稳定性研究
姜守芳, 李会军, 龙婷婷
2022, 39(2): 178-188.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0005
[摘要](75) [HTML全文](31) [PDF 5751KB](12)
摘要:
单层柱面网壳属于缺陷敏感型结构。为了理清节点偏差、杆件缺陷与杆件偏心对其稳定承载能力的影响程度:提出了能同时考虑三种缺陷的力学模型,并详细阐述了各种缺陷的实现方法;深入研究了三种缺陷及其耦合作用对柱面网壳稳定承载能力的影响规律;提出了确定三种缺陷最不利组合形式的方法。主要得出如下结论:柱面网壳稳定承载能力对节点偏差最为敏感,对杆件缺陷较为敏感。杆件缺陷的影响程度与节点偏差的大小有关,随着节点偏差的增大,杆件缺陷的影响程度逐渐降低;杆件的弯曲方向对柱面网壳极限荷载的影响很明显;随着杆件偏心距的增大,极限荷载近似线性地降低;与节点偏差相比,杆件缺陷与偏心对柱面网壳极限荷载的影响也相当明显,无论节点偏差大小与否,杆件缺陷与偏心对柱面网壳极限荷载的影响不容忽略;采用改进的一致缺陷模态法可高效地确定三种缺陷的最不利组合形式;随着杆件缺陷与/或杆件偏心的增大,柱面网壳的整体刚度及极限荷载逐渐降低。
基于GNAR模型和Itakura距离的结构非线性损伤识别方法
左恒, 郭惠勇
2022, 39(2): 189-199.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0007
[摘要](143) [HTML全文](70) [PDF 5263KB](21)
摘要:
为了有效地解决时域非线性损伤的识别问题,提出了基于线性/非线性自回归一般表达式模型(general expression for linear and nonlinear autoregressive model,GNAR模型)和Itakura距离的损伤识别方法。描述了GNAR模型的基本理论,给出了基本的模型定阶和参数估计方法。采用剪枝算法对GNAR模型结构进行了优化选取,并提出了以Itakura距离作为损伤指标的非线性损伤识别方法。采用3层框架非线性损伤实验验证了该方法的有效性,并将提出的方法运用于输电塔钢架模型的非线性损伤识别实验中。结果表明:提出的结构非线性损伤识别方法对框架和输电塔钢架结构的非线性损伤识别效果良好,且环境变化对其识别结果影响较小,由该方法计算得到的损伤层损伤概率明显大于未损伤层,有利于高效地确定非线性损伤源的位置。
基于广义Kelvin链钢管混凝土徐变研究
杨超, 陈梦成, 张明阳, 李骐, 方苇, 温清清
2022, 39(2): 200-207.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0042
[摘要](190) [HTML全文](70) [PDF 4648KB](23)
摘要:
混凝土徐变是混凝土材料本身固有的一个时变特性,是结构响应中一个重要组成部分,其计算方法通常是建立在单轴试验和理论基础上。为探讨钢管混凝土徐变特性,该文采用自制的压力自平衡混凝土徐变试验装置对混凝土圆柱和圆钢管混凝土柱进行了徐变试验,结果表明:钢管混凝土柱徐变变形要比普通混凝土柱的徐变变形小,在该文试验中两者相差接近50%,这可能是密闭钢管内核心混凝土无法与外界发生水分交换而不发生干燥收缩和干燥徐变以及钢管围压所致。根据粘弹性理论,引入多参数Kelvin链粘弹性元件模型,建立了求解单轴应力状态下混凝土徐变的Volterra型积分方程,模型参数近似表示为连续粘滞谱。通过离散时间变量t和分步积分,进一步得到了单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型。依据徐变叠加原理,考虑Poisson效应,进一步将单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型拓展到三轴应力状态,用于钢管混凝土徐变分析。对有限元商用软件Ansys进行二次开发,将反映三轴应力状态下混凝土徐变性能的本构方程引入Ansys提供的用户子程序Usermat中,并采用Fortran语言编程,从而实现了钢管混凝土徐变长期性能的有限元分析计算。将有限元数值解与试验结果进行对比分析,发现该文提出的模型是科学的和有效的。该文提出的方法将为混凝土徐变计算提供了另一条有效途径。
栓绑法固定馆藏文物的抗震有效性振动台试验研究
王萌, 闫一, 傅萌, 张小朋, 巢臻
2022, 39(2): 208-221.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0047
[摘要](171) [HTML全文](94) [PDF 6348KB](13)
摘要:
为研究博物馆所采用量大面广的栓绑法固定馆藏文物的抗震有效性,选取两种典型地震易损文物复制品,开展了文物复制品-固定措施抗震系统振动台试验研究,获得了文物复制品在不同工况下的地震响应及文物复制品与鱼线相互作用响应,并检验了栓绑法固定措施的抗震有效性。建立相应有限元计算模型,并开展参数分析,为进一步补充试验数据、提出量化方法提供必要技术手段。结果表明:有限元数值预测结果与试验结果吻合较好。当地震波加速度峰值较大时,不同类型文物的运动状态有明显区别。文物重心越低,摇摆响应越小,但整体滑移响应增大。与浮放文物相比,采用栓绑法可有效降低文物的摇摆响应及滑移响应,同时适当提高鱼线初始预拉应力可显著降低文物的地震响应和鱼线的内力变化幅度。但当初始预拉应力过大时,对文物作用力较大。对于质地较为脆弱的文物,可在鱼线与文物接触处垫缓冲物来减轻文物的局部损伤。随鱼线初始预拉应力的提高,绑扎鱼线根数对文物运动状态影响减弱。同等条件下,文物高宽比越大,地震响应越强烈,鱼线内力变化幅度越大,宜适当提高鱼线的初始预拉应力达到更好的固定效果。
钢-UHPC组合结构中栓钉剪力键力学性能研究
武芳文, 冯彦鹏, 戴君, 王广倩, 张景峰
2022, 39(2): 222-234.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.0389
[摘要](60) [HTML全文](19) [PDF 5832KB](22)
摘要:
为深入研究栓钉在超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)中的力学特性及破坏形态,对8个栓钉剪力键试件进行了推出试验,详细探讨了混凝土类型、栓钉直径及长度对栓钉剪力键极限抗剪承载力的影响规律;基于有限元模型,进一步分析栓钉的极限抗拉强度、直径、长径比及混凝土强度对抗剪性能的影响,并详细研究栓钉直径、长度及混凝土强度对栓钉剪应力有效分布长度的影响。结果表明:栓钉根部附近的剪切断裂是主要的破坏形式;与NC试件相比,UHPC试件的抗剪承载力和抗剪刚度更高,但延性较低;栓钉剪应力在根部出现峰值,并沿钉帽方向迅速衰减;栓钉直径对剪应力有效分布长度影响显著。最后,根据试验结果提出了栓钉剪断破坏模式下的荷载-滑移曲线及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好,可为工程设计提供一定的参考价值。
机械工程学科
多源激励下冷连轧F5轧机振动问题研究
张义方, 肖彪, 闫晓强
2022, 39(2): 235-243.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0006
[摘要](225) [HTML全文](108) [PDF 5721KB](14)
摘要:
某厂1550冷连轧机在轧制薄规格带钢时F5轧机发生强烈振动,现场测试发现振动谱图中存在144 Hz的优势频率,经分析与F5轧机固有频率接近,同时发现带钢激励谱图与压下系统伺服阀输出油压谱图中存在多个激励频率。为探索振源并抑制振动,依据工业现场实验得出振动是由带钢与液压压下系统共同激励诱发产生。通过求解带钢-液压压下激励模型并仿真分析获得不同激励频率组合形式对轧机系统的影响特性,基于此提出一种通过在压下控制系统中添加抑振器来抵消特定频率从而获得预想组合激励形式的方法来抑制振动,实施后获得良好抑振效果。研究内容为分析冷连轧机振动机理和拓展轧机抑振方法提供参考。
基于等效刚度法的车体结构碰撞建模与参数优化
张敬科, 朱涛, 雷成, 王小瑞, 杨冰, 肖守讷, 阳光武
2022, 39(2): 244-256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0012
[摘要](64) [HTML全文](25) [PDF 6177KB](11)
摘要:
针对轨道车辆碰撞动态行为数值模拟效率低、耐撞性分析手段缺乏的问题,提出了基于等效刚度法的车体结构碰撞建模和参数优化方法。基于等效刚度法和简支梁弯曲应变能相等的原理,提出了中空型材截面梁等效为实芯截面梁后抗弯刚度相等的条件,推导了二者结构等效参数的求解公式,利用多岛遗传优化算法对等效参数进行了优化;详细对比了车体结构等效模型和原模型主要振动模态频率,证明了等效模型能够较好的反映原模型的动态特性,验证了车体结构等效模型的有效性;对比分析了某城轨车辆车体结构等效前后的一阶垂弯和一阶扭转频率,以及两种结构车辆在15 km/h的碰撞工况下车体的速度、加速度、能量、界面力等主要碰撞响应的变化趋势及误差。研究结果表明:中空型材结构等效模型能够较好的反映原结构的动态特性,整车车体结构的一阶垂弯和扭转频率的相对误差分别为2.19%和4.21%;碰撞过程中,两种模型车体的乘员安全性主要考核指标误差均小于10%;车体等效模型在碰撞仿真中的应用具有可行性和有效性,与原模型相比,单元数量减少38.91%,CPU计算耗时缩短27.63%。