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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》编辑部
    ISSN 1000-4750 CN 11-2595/O3
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1. 基于加速度泰勒展开的动力学方程显式积分方法
文颖, 陶蕤
工程力学    2018, 35 (11): 26-34.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0661
摘要212)      PDF(pc) (553KB)(70)       收藏
该文旨在提出兼顾适用性、可靠性与高效性的结构振动时域积分算法。基于加速度的泰勒展开式,引入截断系数考虑高阶项的影响,提出了具有4阶精度的加速度公式;通过积分并考虑典型时间步初始时刻系统动力平衡条件,建立了位移和速度的单步递推公式,运用终止时刻系统运动方程修正加速度。与多步积分法相比,单步积分法无需记录当前时间步以外时刻响应。稳定性分析表明,临界步长相比中心差分法增加40%。通过线性系统振动响应计算发现,当步长-系统固有周期(荷载周期)比达到0.2时,该文方法的振幅衰减率和周期延长率均小于5%;对于非线性系统,为降低算法阻尼和周期误差的影响,需控制步长周期比小于0.1。
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2. 结构力学方法论的哲思回望
龙驭球
工程力学    DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.ST13
录用日期: 2019-01-21

3. 图形处理器加速算法在复杂高层结构非线性响应分析中的应用
李红豫, 滕军, 李祚华, 张璐
工程力学    2018, 35 (11): 79-85,91.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0656
摘要127)      PDF(pc) (1380KB)(48)       收藏
目前有限元分析软件多基于中央处理器的平台方式构建,在处理复杂高层结构非线性响应分析时暴露出计算耗时多、计算效率低以及对计算硬件要求高等问题。图形处理器由于其硬件构造的先天优势,可以提供十倍乃至上百倍于中央处理器的浮点运算和并行计算性能,因而为高层结构非线性计算所面临的瓶颈问题提供了一个切实可行的解决方法。该文在构建异构并行计算平台的基础上,提出一种适用于图形处理器加速的有限元并行数值计算方法。该方法利用精细化结构分析模型的自由度数据和图形处理器中的线程建立一一对应映射关系,对动力响应的隐式积分算法进行图形处理器线程级的并行化处理,并且结合EBE单元级的优化存储空间机制,降低系统方程组求解时对内存空间的需求。通过对比振动台试验结果对该方法进行验证,并对实际高层钢筋混凝土框筒结构工程进行弹塑性地震响应分析,结果显示该文所提方法在保证模型精度前提下能有效提高大型复杂高层结构非线性响应分析效率。
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4. 荷载与环境共同作用下混凝土耐久性研究进展
罗大明, 牛荻涛, 苏丽
工程力学    2019, 36 (1): 1-14,43.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.ST11
摘要126)      PDF(pc) (853KB)(125)       收藏
混凝土结构都是在荷载与环境的共同作用下工作的,而荷载作用可能引起混凝土物理性能的改变,进而影响混凝土结构的耐久性能,忽略荷载的作用得到的混凝土耐久性研究结果存在一定的片面性。综合评述了目前荷载与其他因素共同作用下混凝土耐久性研究的进展情况,着重介绍了在荷载和环境共同作用下,混凝土的抗渗性能、混凝土抗中性化、抗离子侵蚀,以及抗冻融循环作用方面已有的研究成果,对相关的成果进行了讨论,并对混凝土耐久性研究提出了展望。
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5. 桥梁结构地震易损性研究进展述评
李宏男, 成虎, 王东升
工程力学    2018, 35 (9): 1-16.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0280
摘要96)      PDF(pc) (502KB)(94)       收藏
随着基于性能的地震工程全概率决策框架的提出,要求从概率的角度对桥梁结构的抗震性能进行评估,结合结构地震响应分析和结构损伤分析的地震易损性分析受到广泛关注。为了促进国内桥梁结构地震易损性研究的发展,首先回顾了易损性研究的历史阶段与发展过程,评述了国内外桥梁结构地震易损性的研究现状;在此基础上介绍了地震易损性分析的基本原理和研究方法:分别从经验型、理论型以及经验-理论相结合的角度详细介绍了常用的易损性分析方法和一般过程,指出了当前研究中遇到的问题以及存在的局限性;最后,对桥梁结构地震易损性的应用前景和发展方向进行了展望。总结既有研究成果表明,环境因素、地震动、场地条件以及桥梁自身参数等的不确定性问题,地震动强度参数和结构能力指标的合理选择问题,各主要构件之间的相关性及其对桥梁结构整体抗震性能的贡献问题等都是桥梁结构地震易损性研究领域的重要内容。此外,对于更为复杂的情况,包括液化或特殊场地以及特殊大跨度桥梁等的研究,都将对桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。
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6. 行业标准《屋盖结构风荷载标准》的主要内容
杨庆山, 田玉基, 陈波, 黄国庆
工程力学    2018, 35 (7): 1-6.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.ST03
摘要92)      PDF(pc) (536KB)(50)       收藏
全面介绍了新编行业规范《屋盖结构风荷载标准》的主要内容。针对多种屋盖主体结构的风振响应计算分析和抗风设计,采用平均风压与脉动风振等效静力风压之和表达主体结构的风压标准值,提出了脉动风荷载作用下结构风振响应极值的单目标、多目标等效静力荷载表达方式;采用多目标等效静力风荷载分析方法,给出了平面桁架、张弦梁、网架、球壳、柱壳、鞍形屋盖和悬挑屋盖的风振等效风压系数图表及体型系数图表。采用围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值,规定了长/短时距的风压极值估计方法,给出了低矮房屋单坡/双坡类屋盖、四坡屋盖、中高层房屋屋盖、开敞屋盖、悬挑罩蓬的风压系数极值图表。《屋盖结构风荷载标准》引入屋盖主体结构风振等效风压系数和围护结构风压系数极值的概念,完善和发展了我国屋盖结构抗风设计的相关规定。
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7. 用广义协调方法推导的平面四节点等参单元
陈晓明, 李云贵
工程力学    2018, 35 (12): 1-6,14.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0706
摘要91)      PDF(pc) (409KB)(73)       收藏
对平面四节点Q4单元采用优选的广义协调条件进行推导,将广义协调理论的应用拓展到最基本的平面问题单元。基于Q6以及QM6中基于内部参数的二次附加位移场,在Q4单元基础上增加满足广义协调条件的内参位移场,从而构造了一个满足广义协调条件的平面四节点等参元GQM6。数值算例表明,虽然采用了相同次数的位移场,但GQM6单元中采用的广义协调条件较QM6中采用的数值积分方法,可以进一步放松单元边界的约束,从而使单元的性能进一步提高,尤其在抗网格畸变能力方面。研究表明,将广义协调理论与一些传统单元进行深入融合仍然有着重要价值。
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8. 基于广义模态截断扩增方法的结构频响拓扑变量灵敏度分析
周大为, 陈飙松, 李云鹏, 张盛
工程力学    2018, 35 (11): 1-7,16.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0618
摘要84)      PDF(pc) (593KB)(69)       收藏
基于结构拓扑优化设计中的变密度法,采用伴随法推导结构在简谐激励下的频响振幅对单元设计变量的解析灵敏度列式。针对灵敏度数值求解中传统模态位移法引发的低精度问题,通过引入计算成本较低的广义模态截断扩增方法提升灵敏度的计算精度。数值算例将该文方法与全局有限差分法和其他灵敏度计算方法进行了比较。结果证明了该文方法在不同的激励频率及有限元网格密度下高效求解高精度灵敏度的有效性。
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9. 基于微观断裂机理的高强钢框架梁柱节点抗震性能有限元分析
王磊, 班慧勇, 石永久, 王元清
工程力学    2018, 35 (11): 68-78.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0608
摘要79)      PDF(pc) (4626KB)(45)       收藏
梁柱节点在地震作用下的抗断性能直接影响钢框架结构体系的抗震性能,关系到能否实现强节点、弱构件的设计原则。为深入研究高强钢框架梁柱节点在低周往复荷载下的抗断裂性能,该文采用考虑累积损伤作用的循环微孔扩张模型CVGM模拟开裂,并通过有限元软件ABAQUS建立梁柱节点的精细化三维有限元模型,利用用户子程序USDFLD将CVGM嵌入节点的有限元模型中。利用该模型模拟计算了21个不同构造形式、不同钢材强度等级的梁柱节点试件的抗震性能,得到的节点荷载—变形滞回曲线、承载力、断裂循环次数等均与试验实测结果吻合良好,表明CVGM对预测低周循环荷载下梁柱节点超低周疲劳断裂具有较好的准确性,且适用于不同的循环荷载工况和钢材强度等级。该文的研究工作为高强钢框架梁柱节点的抗震性能评估和防断设计提供了计算手段和基础条件。
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10. 复杂循环路径下钢材弹塑性屈曲行为研究
王宇航, 余洁, 吴强
工程力学    2018, 35 (7): 24-38.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0525
摘要75)      PDF(pc) (4888KB)(57)       收藏
复杂强震荷载作用下钢管混凝土柱中的钢管受压屈服后易发生局部屈曲,在杆系有限元模型中采用不考虑屈曲影响的钢材本构模型无法准确模拟钢结构构件的地震响应。为研究复杂循环荷载作用下钢材的屈曲行为,该文设计了强度等级分别为Q235和LYP160的30个钢材试件,并设计了多种复杂循环加载路径进行加载,获得了不同复杂循环荷载作用下钢材的弹塑性屈曲行为和应力-应变滞回关系。基于已有文献中的3种钢材循环本构模型:Légeron模型、GA模型和DM模型对试验结果进行对比分析和评价,结果表明:Légeron模型无法模拟钢材受压区服后的屈曲效应,GA模型中受压屈曲时的应力-应变规律与试验结果较为吻合,DM模型中受拉和受压卸载刚度与试验结果较为吻合。
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11. 脉动风速连续随机场的降维模拟
刘章军, 叶永友, 刘增辉
工程力学    2018, 35 (11): 8-16.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0570
摘要69)      PDF(pc) (446KB)(49)       收藏
基于标准正交随机变量的波数谱表示,通过定义标准正交随机变量集的随机函数形式,建立了连续时空随机场模拟的波数谱-随机函数方法。同时,引入快速傅里叶变换(FFT)的算法,极大地提高了波数谱-随机函数方法的模拟效率。在波数谱-随机函数模拟方法中,仅需两个基本随机变量即可在概率密度层次上描述时空随机场的概率特性,并利用数论方法选取基本随机变量的代表性点集,实现对连续时空随机场模拟的降维表达。数值算例表明,当模拟相同数量的样本时,综合考虑模拟的效率和精度两方面,该文方法与传统的波数谱表示方法不分伯仲,但该文方法所需的基本随机变量最少,生成的代表性样本数量少且构成一个完备的概率集,从而可结合概率密度演化理论实现结构随机动力反应及动力可靠度的精细化分析。最后,结合Kaimal风速谱及Davenport空间相干函数模型,模拟了水平向脉动风速连续随机场,验证了该文方法的有效性和优越性。
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12. 钢筋混凝土梁受弯破坏及尺寸效应的细观模拟分析
金浏, 苏晓, 杜修力
工程力学    2018, 35 (10): 27-36.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0436
摘要67)      PDF(pc) (1663KB)(68)       收藏
钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征,基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为,并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明:1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应,弯曲强度随梁深增大而减小; 2)循环加载下,混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征; 3)相比于单调加载,循环加载条件下,悬臂梁的破坏具有更强的脆性,名义抗弯强度尺寸效应更明显。
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13. PRC连梁-混合联肢剪力墙抗震性能分析
田建勃, 史庆轩, 刘云贺, 李慎, 马辉
工程力学    2018, 35 (11): 53-67.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0575
摘要67)      PDF(pc) (1873KB)(53)       收藏
PRC连梁-混合联肢剪力墙是将传统的钢筋混凝土联肢剪力墙中的混凝土连梁用钢板-混凝土组合(PRC)连梁代替而形成的一种新型结构体系,对其抗震性能尚缺乏系统研究。该文在对PRC小跨高比连梁构件研究成果的基础上,设计出了PRC连梁-混合联肢剪力墙的BS基本模型试件,利用有限元软件对PRC连梁-混合联肢剪力墙抗震性能进行数值模拟,研究了连梁内嵌钢板部分、连梁钢筋部分和混凝土部分的应力分布情况,分析了结构的塑性铰发展规律。研究了耦联率、连梁截面尺寸、单面墙肢高宽比、楼层总高度和楼板作用等参数对该种新型结构体系抗震性能的影响,建议适合于高烈度抗震设防区PRC连梁-混合联肢剪力墙合理耦联率的取值范围为40%~60%。
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14. 600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能试验研究
李义柱, 曹双寅, 许鹏杰, 倪向勇
工程力学    2018, 35 (11): 181-189.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0659
摘要67)      PDF(pc) (1358KB)(52)       收藏
为研究配置600 MPa级钢筋混凝土柱的抗震性能,对5个配置600 MPa级钢筋混凝土柱和1个对比普通钢筋混凝土柱进行低周往复荷载试验;分析了钢筋强度、箍筋间距和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能以及刚度与强度退化的影响。研究结果表明:试件仍主要发生弯曲破坏,但600 MPa级纵筋与混凝土间出现了明显的粘结失效,且纵筋容易断裂;提高钢筋强度,试件的承载力和能量耗散均显著增加,但延性和耗能能力有所降低;而增大箍筋间距会明显降低试件延性和耗能能力,加快试件后期的强度衰减,但基本不影响承载力。总体上看,600 MPa级钢筋混凝土柱具有较好的抗震性能,能通过合理的设计将其应用于抗震结构中。
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15. 自适应有限元-离散元算法、ELFEN软件及页岩体积压裂应用
王永亮, 鞠杨, 陈佳亮, 杨永明, Li C F
工程力学    2018, 35 (9): 17-25,36.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0421
摘要66)      PDF(pc) (18352KB)(33)       收藏
该文介绍流体-固体-断裂耦合分析的自适应有限元(FE)-离散元(DE)算法,引进一款新近基于该方法研发的数值计算软件ELFEN,并将其应用于页岩分段体积压裂的三维数值计算和机理分析。该方法引入有限元应力恢复的超收敛拼片恢复(SPR)法,获得应力的超收敛SPR解,利用SPR解估计常规有限元解的误差,通过裂纹尖端局部区域的自适应网格重划分获得高精度应力解答并得以有效描述裂纹动态扩展,形成分析策略和求解方案。数值算例表明该算法和软件分析流体-固体-断裂耦合作用下单一、多水平井分段体积压裂的可靠性、有效性和实用性。
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16. 混凝土随机损伤本构模型研究新进展
余志武, 单智
工程力学    2018, 35 (8): 1-8,13.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.ST13