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  • 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. 结构力学方法论的哲思回望
龙驭球
工程力学    2019, 36 (4): 1-7.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.ST13
摘要363)      PDF(pc) (482KB)(341)    收藏
该文对结构力学中的解法和方法从方法论的角度进行回望。提出三点认识:1)结力方法论的文脉是"阴阳-和合系统";2)结力方法的特色是"成对、互补"似阴阳;3)虚功能量法的优势是"合一、多能"成太极。此外,还在打通血脉、消除隔阂方面,提出两点看法:4)论证能量法与虚功法之间是"殊途同归、实质相通"的关系;5)揭示"平衡"与"几何"两个领域中存在隐晦的"互借、互伴"关系。
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2. 新冠肺炎疫情临时医院排风的环境影响快速模拟方法
顾栋炼, 张银安, 刘华斌, 马友才, 曹晓庆, 吕中一, 解琳琳, 许镇, 徐永嘉, 郑哲, 杨参天, 陆新征
工程力学    DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0047
录用日期: 2020-02-10

3. 地震工程:从抗震、减隔震到可恢复性
周颖, 吴浩, 顾安琪
工程力学    2019, 36 (6): 1-12.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.ST09
摘要291)      PDF(pc) (3410KB)(338)    收藏
近年我国地震工程研究的发展呈现从抗震、减隔震走向可恢复功能的趋势。地震可恢复功能可定义为:受到地震动输入扰动后,结构、系统、城市具有可恢复功能的能力。对于工程结构而言,地震可恢复功能结构不仅要求结构在地震作用下保护生命,而且要求结构在震后快速恢复,减少对正常使用的影响。该文首先介绍了地震可恢复功能的基本概念,围绕地震可恢复功能结构,从设防目标、规范标准、结构体系、设计方法、性能指标以及工程应用等方面阐述了可恢复功能结构的特点及其与传统抗震结构的区别,最后对可恢复功能结构的未来进行了展望。
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4. 惯容减震(振)系统及其研究进展
张瑞甫, 曹嫣如, 潘超
工程力学    2019, 36 (10): 8-27.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0496
录用日期: 2019-04-12

摘要249)      PDF(pc) (3388KB)(227)    收藏
惯容是一种两端点加速度相关型新型结构控制元件。惯容减震(振)系统是包含惯容元件的结构振动控制系统。该文整理并总结了国内外学者在惯容及惯容减震(振)系统方面取得的大量研究成果,从惯容的实现机理、惯容减震(振)系统性能、惯容减震(振)结构体系的分析设计三个方面介绍、论述惯容的原理及其在减震(振)控制领域的发展历程与研究现状。相比于传统减震(振)系统,惯容减震(振)系统具有如下优势:能够实现惯性的灵活调整和频率的调节、改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量、提高惯容系统中消能器的耗能效率。该文旨在梳理惯容减震(振)系统的发展脉络与现状,为惯容减震(振)系统在结构振动控制中的应用提供理论依据和设计参考,以推进惯容减震(振)系统理论与实践的持续发展。
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5. 预制桥墩体系抗震性能研究进展:新材料、新理念、新应用
王景全, 王震, 高玉峰, 诸钧政
工程力学    2019, 36 (3): 1-23.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.ST03
摘要246)      PDF(pc) (17514KB)(245)    收藏
预制桥墩体系具有快速施工优势,在非震区、低烈度区中已得到较广泛应用,但因对其抗震性能缺乏充分认识,导致预制桥墩体系在中高烈度区的应用受到限制。该文根据抗震性能的不同,将预制桥墩体系分为“等同现浇”和“非等同现浇”两类,其中“等同现浇”预制桥墩又按照连接形式的不同分为套筒灌浆连接、波纹管灌浆连接、预留槽孔的灌浆连接、承插式连接、现浇湿接缝连接;“非等同现浇”预制桥墩按照有无专门耗能装置可分为两类;系统梳理了每种类型预制桥墩抗震性能的研究现状及典型工程应用。该文重点报道了超高性能混凝土、纤维增强复合材料和形状记忆合金3种高性能材料用于提高预制桥墩抗震性能的研究现状,指出了3种高性能材料用于预制桥墩体系中的合理方式。该文总结出将韧性抗震理念融入预制桥墩体系的两种方法:外置可更换耗能装置和内置机械连接的耗能钢筋,并对采用这两种方法的预制桥墩抗震性能研究现状进行了介绍。基于对预制桥墩体系抗震性能研究成果的整理,作者介绍了预制桥墩体系在更高抗震需求、更高刚度需求、更高使用寿命需求、更高环境保护需求4类桥梁中的应用前景,并指出了这些新应用可能带来的新课题。
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6. 《结构理论史——探求平衡》概要
李国强, 吉唱
工程力学    2019, 36 (11): 13-26.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0665
录用日期: 2019-04-29

摘要230)      PDF(pc) (2376KB)(288)    收藏
近几十年来,力学和结构的发展日新月异,而结构理论的历史研究也已经引起了大家的广泛关注。作为科学史的一个分支,结构理论史提供了理解结构发展的一条捷径,在这一领域的代表性作品《结构理论史——从拱分析到计算力学》于2002年以德文出版。2008年,这本书的英文版出版,历经10年时间,于2018年再次以英文出版,并更名为《结构理论史——探求平衡》(The History of the Theory of Structures:Searching for Equilibrium)。该书以历史逻辑性(historico-logical)的视角介绍了结构理论的体系架构,按照时间顺序展示了自古希腊时期以来力学理论和工程实践错综复杂的发展历程,堪称结构理论发展的百科全书。笔者在拜读此书后撰写本文,进行简要的介绍,并重点介绍了结构理论发展史上的重要科学争论。
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7. 第二代基于性能地震工程中的地震易损性模型及正逆概率风险分析
吕大刚, 刘洋, 于晓辉
工程力学    2019, 36 (9): 1-11,24.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.ST08
录用日期: 2019-01-22

摘要203)      PDF(pc) (631KB)(152)    收藏
第二代基于性能地震工程理论中的地震易损性主要是指结构构件以及非结构构件的抗震能力,与传统地震风险理论中的地震易损性定义和内涵并不相同。为了澄清二者的不一致性,首先介绍传统地震风险理论中地震易损性的定义和概率模型,然后指出第二代基于性能地震工程理论存在五个层次的地震易损性模型:地震需求易损性模型、抗震能力易损性模型、地震损伤易损性模型、地震损失易损性模型和抗震决策易损性模型,指出了这五种模型的区别及其相互关系,推导得到了地震需求易损性模型和地震损伤易损性模型分布参数的解析表达式。在此基础上,根据不同的不确定性传递路径,提出了正向PBEE和逆向PBEE的概念,以通过不同方式求解第二代基于性能地震工程理论的风险积分公式。基于地震危险性函数的近似表达式以及地震易损性模型及其分布参数的解析表达式,通过正向PBEE和逆向PBEE方法,分别得到了具有相同表达形式的工程需求参数EDP、地震损伤DM和决策变量DV三个层次的概率地震风险表达式。通过该文的研究,将传统地震风险分析理论与第二代基于性能地震工程理论统一在一致的理论框架之中。
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8. 现代竹结构的研究与工程应用
田黎敏, 靳贝贝, 郝际平
工程力学    2019, 36 (5): 1-18,27.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST06
录用日期: 2019-02-12

摘要201)      PDF(pc) (3115KB)(172)    收藏
竹材是世界上为数不多的可再生资源,是建筑行业的理想材料。随着经济社会的发展、科学技术的进步、国家政策的推动,全生命周期均可实现与生态环境协调共存的竹结构是未来发展方向之一。虽然从基本方法与手段上,竹结构的研究可以从已经较为成熟的传统结构研究中汲取经验,但是,竹材的特殊使得竹结构在构件、节点以及体系构成上与传统结构存在显著差别,且目前针对竹结构的研究尚缺乏统一材料本构,手段也较为单一,节点连接形式局限性大,均限制了竹结构在工程中的广泛应用。结合已有成果,对竹结构中所涉及的竹材、竹构件、节点的力学性能作出分析;结合现代科技,对竹结构体系进行研究、总结。提出一种喷涂复合砂浆-原竹骨架组合结构体系,其整体力学性能好,功能性和适应能力强,施工速度快,可代替传统砖混结构,在低层房屋及村镇建筑中应用,具有较高的推广价值。
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9. 混凝土梁柱子结构连续倒塌动力效应的试验研究
肖宇哲, 李易, 陆新征, 任沛琪, 何浩祥
工程力学    2019, 36 (5): 44-52.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0189
录用日期: 2019-04-01

摘要193)      PDF(pc) (751KB)(156)    收藏
连续倒塌是结构系统的非线性动力行为,准确评估动力效应是建立简化工程设计方法的核心工作。为了研究钢筋混凝土梁柱子结构动力连续倒塌机理和动力效应,对4个尺寸和材料完全相同的试件分别开展了1次静力和4次动力试验。试验结果表明:动力连续倒塌的应力集中和非对称受力现象更加明显,且受材料应变率效应的影响,梁端受拉裂缝集中开展,受压区混凝土压碎剥落区域较小;考虑到动力损伤和材料应变率对结构自身抗力特征的影响,广义动力抗力能够更加准确地描述实际动力连续倒塌过程中的抗力需求;动力损伤和材料应变率效应使得结构的动力放大效应增强,实际动力放大系数均大于传统理论预测值。
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10. 钢货架结构研究现状与关键技术
赵宪忠, 戴柳丝, 黄兆祺, 任重
工程力学    2019, 36 (8): 1-15.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.ST12
摘要174)      PDF(pc) (1919KB)(111)    收藏
随着物流和电商行业的飞速发展,钢货架结构从单纯提供货物存储功能的简单机械类产品逐步向高位立体库、库架合一式建筑发展,这对货架结构的安全性提出更高要求。与传统钢框架结构相比,钢货架结构的托盘货载远大于结构自重,竖向荷载活恒比值可达10∶1量级;主要竖向承重构件多采用连续开孔薄壁截面,其性能受到局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲以及各屈曲模式间相互作用的影响;梁柱节点和柱脚节点多为半刚性挂齿式机械连接,表现出强非线性和捏拢滑移滞回特征;竖向支撑体系对整体结构稳定性的影响机制和有效性。另外,在地震作用下,货架结构的破坏模式除了主要承重构件的破坏和整体结构的垮塌外,还存在托盘货载跌落导致的货物、结构破坏和人员伤害。在钢货架结构抗震分析中,托盘货物的滑动和跌落应属于一种极限状态加以考虑,托盘与横梁间的动力摩擦系数将成为评估结构性能的一个重要参数。结合国内外已有研究成果,该文基于钢货架结构的特点,评述了现有的研究方法,综述了各基本结构要素的力学行为、整体结构的稳定性态及抗震性能,探讨了研究中的关键问题。
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11. 摇摆结构刚体模型研究综述
赵子翔, 苏小卒
工程力学    2019, 36 (9): 12-24.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0454
录用日期: 2019-04-29

摘要168)      PDF(pc) (701KB)(147)    收藏
合理的理论模型对于结构分析至关重要,摇摆结构理论研究中应用最为广泛的模型是摇摆刚体模型。该文对摇摆结构刚体模型进行了较为系统考察与总结,对摇摆刚体模型的研究起源与研究现状进行了介绍,针对经典摇摆刚体模型、其他典型摇摆刚体模型、相关试验研究、有限元模拟及其在结构体系中的应用进行了探讨,指出了已有模型的优点与局限性,提出摇摆结构刚体模型未来研究的关键问题,为建立更完善实用的摇摆结构刚体模型及应用于摇摆结构分析提供了参考。
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12. 大型项目中间的工程力学解决方案
吕海双, 周蓓蕾, 曹倩, 汪洋
工程力学    2019, 36 (3): 40-52.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.ST10
摘要165)      PDF(pc) (11893KB)(115)    收藏
近年来国内外大量大型复杂、“超限”的建筑结构相继建立,这些工程大多属于不规则结构,甚至是特别不规则结构,在对这类结构进行设计时,往往会遇到超过规程适用范围或者规程中未规定的问题。这些问题并不能套用现行标准,并缺少明确目标、依据和手段。该类问题往往需要以工程力学原理为基础,提出针对性的解决方案。该文针对奥雅纳工程咨询公司(ARUP)在国内一系列大型工程项目,对该类工程力学解决方案进行整理介绍。
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13. 超高韧性水泥基复合材料动态压缩力学性能的数值模拟研究
徐世烺, 陈超, 李庆华, 赵昕
工程力学    2019, 36 (9): 50-59.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0147
录用日期: 2019-07-12

摘要155)      PDF(pc) (2326KB)(160)    收藏
该文基于HJC本构模型,采用分离式霍普金森杆(SHPB)压杆系统,对掺有聚乙烯醇(PVA)纤维的超高韧性水泥基复合材料(PVA-UHTCC)的动态压缩力学性能进行了数值模拟研究。首先,通过系统分析确定了21项HJC本构参数,并验证了模拟的正确性。基于此,通过分析5组应变率下材料的动态压缩应力-应变曲线讨论了峰值应力动态增强因子DIF的应变率效应,并通过LS-DYNA软件探讨了破坏过程、破坏形态与应变率的关系。模拟结果表明:随着应变率的增加,PVA-UHTCC材料的动态压缩应力-应变曲线呈现由应变硬化主导向着损伤软化主导的转变趋势;此外,PVA-UHTCC峰值应力动态增强因子DIF具有明显的应变率效应,其值随着应变率增加而增加,且在不同应变率区间呈现不同敏感性;通过量化DIF这种分区敏感性,提出了适用于PVA-UHTCC材料的DIF与应变率对数lgε分段函数式;同时,通过对比钢纤维增强水泥基材料(SFRCC)和普通混凝土材料,发现PVA-UHTCC材料的DIF应变率敏感性较低。最后,通过LS-DYNA软件模拟试件裂缝扩展和压碎破坏过程,更好地理解了PVA-UHTCC材料动态压缩破坏行为。
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14. 分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究
陈云, 蒋欢军, 刘涛, 万志威, 鲁正
工程力学    2019, 36 (3): 53-62.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0036
摘要146)      PDF(pc) (5460KB)(132)    收藏
提出一种由两个不同尺寸的环形金属阻尼器套在一起形成的分级屈服型金属阻尼器。采用低周往复加载试验对其抗震性能进行了全面研究,揭示该阻尼器的分阶段屈服耗能机理与破坏机制,研究其滞回耗能性能、强度和刚度退化性能以及抗疲劳性能。试验结果表明,该阻尼器不仅有效实现分级屈服耗能,而且变形能力强、滞回环饱满稳定、抗疲劳性能优良。通过参数化有限元分析回归得到环形金属阻尼器的初始刚度修正系数,并提出计算分级屈服型阻尼器三折线骨架曲线性能点的计算公式,通过该计算公式获得的骨架曲线与试验结果吻合较好。同时,也可由阻尼器的性能需求确定其几何尺寸。该文的研究成果初步为该新型分级屈服型金属阻尼器在工程中的应用奠定了基础。
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15. 半刚性节点网壳结构研究进展及关键问题
范峰, 马会环, 马越洋
工程力学    2019, 36 (7): 1-7,29.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST05
摘要143)      PDF(pc) (771KB)(108)    收藏
装配式节点通常采用单根或多根螺栓与构件连接,往往具有一定的半刚性特性。但目前,由于对装配式节点认识不足,在装配式网壳结构分析和设计时,通常假定其节点连接为铰接;然而,通过研究发现实际装配式节点具有较好的半刚性性能;为适应实际工程所研发的新型装配式半刚性节点具有刚度更大、更加高效等优点,可应用于更大跨度的单层网壳结构中。半刚性节点网壳结构具有广阔的应用前景,针对半刚性节点及其网壳性能的研究逐渐成为建筑结构领域的热点研究课题之一。该文综述了国内外半刚性节点及半刚性节点单层网壳结构的现有研究成果以及尚需深入研究的主要问题。文献分析表明,目前针对半刚性节点及半刚性节点网壳结构静力性能的研究已取得一定的成果。然而,关于空间半刚性节点在复杂荷载作用下节点抗弯性能、空间半刚性节点耗能性能、适用于更大跨度的新型空间节点研发、半刚性节点网壳结构动力稳定性等方面有必要进行更多更深入的试验和理论研究,以推动半刚性节点单层网壳结构的实际工程应用。
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16. 大型水平轴风力机新型叶片结构设计思想和研究进展
杨阳, 曾攀, 雷丽萍
工程力学    2019, 36 (10): 1-7.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST04
录用日期: 2019-01-22

摘要141)      PDF(pc) (918KB)(191)    收藏
该文首先阐释了在风力机大型化发展过程中叶片结构设计的主要问题在于大型叶片对综合结构性能的高要求与轻量化、气动性能之间的矛盾,传统悬臂梁结构叶片的承载特性限制了叶片进一步大型化发展的空间,新型叶片结构的设计开发是解决这一问题的有效手段。新型叶片结构的设计思想按其着眼点主要包括仿生柔性设计思想、分段设计思想和局部附加结构的设计思想等。在此基础上,该文综述了近年来新型叶片结构的研究进展,为大型叶片结构设计提供了参考。
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17. 结构动力鲁棒优化设计方法综述
许本胜, 臧朝平, 缪辉, 张根辈
工程力学    2019, 36 (4): 24-36.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0484
摘要138)      PDF(pc) (525KB)(88)    收藏
如何提高结构动力学性能的鲁棒性,以减小各种不确定性因素对设计结果的影响是当前学术界和工程界研究和关注的热点问题之一。该文阐述了结构动力鲁棒优化设计的基本概念,从基于Taguchi的方法、基于多目标优化的方法和基于响应面建模的方法三个方面对结构动力鲁棒优化设计的研究进行了综述。以双转子为例,从结构的动力响应要求出发,采用响应面建模、多目标优化的方法进行了设计并与采用Taguchi方法得到的结果进行比较。结果表明,基于响应面建模、多目标优化的方法能够获得多个具有鲁棒性的设计方案,在处理具有不确定性的结构动力学问题时有着很大的应用潜力。最后,对当前方法和后续研究内容作了简要总结和展望。
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18. 一种修正的切比雪夫积分公式
钟宏志, 盛韵心
工程力学    2019, 36 (12): 1-6.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0712
录用日期: 2019-06-06

摘要136)      PDF(pc) (306KB)(146)    收藏
数值积分是一种重要的数值计算工具。基于切比雪夫等权系数积分公式,引入区间端部积分点,提出了一种修正的切比雪夫数值积分公式,突破了因实数节点切比雪夫等权系数积分公式阶数不超过9而在实际应用中受到的限制,也因增加了端点使其能够运用于弱形式求积元分析。经过在积分计算和梁杆的线性与非线性问题弱形式求积元分析中的应用,并与求解问题的精确解及采用洛巴托积分的结果进行对比,证明了所提出的修正的切比雪夫积分公式的准确性和有效性。
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19. 基于显式算法的RC框架结构抗地震倒塌能力分析
赵鹏举, 于晓辉, 陆新征
工程力学    0, (): 0-.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0165
录用日期: 2019-07-19

摘要134)      PDF(pc) (693KB)(137)    收藏
相比于传统动力学分析所采用的隐式算法,显式算法非线性分析的收敛性更好,适宜用来分析结构在倒塌状态附近的强非线性行为。本文基于OpenSees软件 平台,采用一种基于修正蛙跳法的显式算法,对按我国规范设计的6个钢筋混凝土(RC)框架结构的抗倒塌能力进行了评估,获得了结构的倒塌易损性曲线,计算 得到了结构的倒塌裕度比。在分析过程中,本文对四种不同判据对抗地震倒塌能力的影响进行了分析。其中,第一和第二种判据分别对应我国和美国规范建议的弹塑 性层间位移角限值1/50和4%;第三种判据以IDA曲线上切线斜率低于初始线弹性阶段斜率的20%时的点为结构倒塌点;第四种判据则以结构竖向位移达到 1m来定义结构倒塌状态。分析结果表明:显式算法具有更强的结构非线性分析能力,因此可以更好地模拟结构的倒塌极限状态。判据一~判据三更适宜在结构设计 时被用来控制结构倒塌,而判据四利用了结构倒塌的物理意义,其评估结果更接近结构的真实抗倒塌能力。
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20. 基于自由振动响应识别桥梁断面颤振导数的人工蜂群算法
林阳, 封周权, 华旭刚, 陈政清
工程力学    2020, 37 (2): 192-200.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0143
录用日期: 2019-07-19

摘要133)      PDF(pc) (952KB)(91)    收藏
基于桥梁节段模型风洞试验自由振动衰减时程信号,提出了桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法。基于最小二乘原理,将竖弯和扭转信号的整体残差平方和作为目标函数,使用人工蜂群算法对相关参数进行寻优搜索,识别出桥梁断面的颤振导数。与其他迭代算法相比,人工蜂群算法是受生物启发产生的寻优算法,对初值没有要求,从而避免了迭代初值对识别精度的影响。为考察人工蜂群算法在桥梁断面颤振导数识别中的有效性,进行了理想平板模型仿真以及某大桥节段模型风洞试验,结果表明,桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法具有较好的稳定性和可靠性。
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21. 扑翼空气动力学研究进展与应用
向锦武, 孙毅, 申童, 李道春
工程力学    2019, 36 (4): 8-23.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0175
摘要131)      PDF(pc) (4943KB)(133)    收藏
昆虫、鸟类与蝙蝠等生物具有高超的飞行能力,是扑翼飞行器的主要模仿对象。近年来,扑翼空气动力学领域的研究取得了很大进展,该文主要对其主要研究成果进行综述,重点介绍扑翼空气动力学各研究方向的最新进展,包括昆虫、鸟类与蝙蝠扑翼的主要升力机制,翅膀形态学参数与微观结构、翅膀柔性与动态变形、翼-翼干扰、翼-身干扰、个体间干扰及地面效应等对扑翼气动特性的影响。同时还对仿生扑翼飞行器气动研究的新进展进行了介绍,并提出了扑翼空气动力学所面临的主要问题和挑战。
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22. 典型框架-核心筒单重与双重抗侧力体系的抗震性能与剪力分担研究
谢昭波, 解琳琳, 林元庆, 陆新征
工程力学    2019, 36 (10): 40-49.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0635
录用日期: 2019-03-25

摘要131)      PDF(pc) (3435KB)(111)    收藏
在中国规范体系下,框架-核心筒结构应设计为双重抗侧力体系,其对二道防线的设计有明确的规定,即框架-核心筒体系的框架部分必须具有足够的抗侧刚度和承载力。国外的一些规范(如美国规范ASCE7等)则允许单重抗侧力体系,即水平荷载由剪力墙承担,框架部分只承担竖向荷载。因此,为了比较单重与双重抗侧力体系的抗震性能,该文首先根据中国规范设计一典型框架-核心筒双重抗侧力体系模型,然后在保持结构重力荷载代表值相等(混凝土用量基本不变)的前提下,基于以下调整原则设计了框架-核心筒单重抗侧力体系模型:1)在双重结构体系的基础上取消结构二道防线,即取消结构框架部分的楼层剪力调整;2)为了减小框架构件截面尺寸,该研究取消了框架构件抗震等级的要求,使筒体承受大部分的水平地震作用,而框架只承担结构的竖向荷载。该文对比分析了两种结构体系在多遇和罕遇地震作用下的响应特征和构件损伤情况,进而讨论两种体系的倒塌机理以及抗倒塌性能。最后讨论单重与双重体系在不同地震水准下,框架所承担剪力和剪力分担比的变化情况以及对应关键构件的破坏情况。研究表明:在地震作用下,双重抗侧力体系结构的响应略大于单重抗侧力体系,两者的抗倒塌能力相当。然而,单重体系的用钢量比双重体系少。
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23. 纵向变厚度(LP)钢板轧制技术和受弯构件承载性能研究
王元清, 刘晓玲, 刘明, 班慧勇, 李靖年
工程力学    2019, 36 (11): 1-12.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST02
录用日期: 2019-01-22

摘要129)      PDF(pc) (1706KB)(109)    收藏
纵向变厚度钢板(LP钢板)是一种新型节约型绿色钢板,可广泛运用于工业与民用建筑、桥梁船舶及其他特种结构当中,其研发和应用对促进结构优化设计,建筑节能减排有重要意义。该文介绍了国内纵向变厚度钢板特殊的轧制与矫直技术,综述了钢板材料力学性能以及翼缘纵向变厚度工形截面简支梁在弹性和弹塑性阶段变形和承载性能的理论、试验和数值分析研究结果,得出了材料性能随厚度变化的规律,提出了翼缘纵向变厚度工形截面简支梁的承载力设计值和正常使用极限状态下变形计算方法。
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24. 高速滚滑下轮轨表层材料的应变率水平估计
寇峻瑜, 赵鑫, 张鹏, 温泽峰, 金学松, 王平
工程力学    2019, 36 (4): 239-247.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.02.0099
摘要127)      PDF(pc) (852KB)(46)    收藏
基于显式有限元法建立了三维轮轨高速瞬态滚动接触模型,详细分析了车轮以300 km/h速度滚过平顺钢轨表面、钢轨波磨(波长30 mm~170 mm)和宏观粗糙度(波长4 mm~30 mm)时钢轨表层0.25 mm~0.5 mm厚材料的平均应变率水平。结果显示:1)空间上,表层单元的应变率最大,时间上,表层材料的最高应变率发生于其进出接触斑的加、减载过程,且法向应变分量的应变率最大,其最值是Von Mises(V-M)等效应变率最值的1.50倍~1.86倍;2)网格大小和时间步长对应变率估计有不可忽略的影响;3)采用0.5 mm网格和0.32 μs步长,平顺轮轨表层单元的最大V-M等效应变率为64.1 s-1,材料弹塑性无影响,波磨和宏观粗糙度使弹性下的最大V-M等效应变率分别增至92.5 s-1和79.4 s-1;采用0.25 mm网格和0.042 μs步长的结果约为上述值的1.65倍~1.88倍;4)最大V-M等效应变率随速度线性增加,随摩擦系数的增加而单调递增,牵引系数的影响可忽略。
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25. 海洋结构CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭荷载下的力学性能研究
王宇航, 王雨嫣, 胡少伟
工程力学    2019, 36 (8): 96-105.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0377
摘要127)      PDF(pc) (3372KB)(73)    收藏
为了研究CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭复合荷载下的力学性能,该文开展了4个CFRP环向约束钢管混凝土柱和2个钢管混凝土柱的拟静力试验,主要参数为CFRP层数和轴压比,得到了在弯扭、压弯扭两种荷载作用下柱的破坏模式和荷载-变形曲线。试验结果表明, CFRP环向约束钢管混凝土柱的破坏模式为弯型破坏,其破坏过程为:塑性铰区域钢管局部屈曲、CFRP形成环向裂纹,随后CFRP断裂、与钢管剥离,最后钢管局部屈曲部位开裂。轴力的存在会使得钢管更容易出现“象腿”破坏模式。在弯扭荷载下, CFRP环向约束对钢管混凝土的延性以及承载力提高不明显;在压弯扭荷载下, CFRP环向约束能有效提高钢管混凝土的延性及其耗能能力,减缓刚度退化,但对承载力的提高不明显。此外,增加CFRP层数能有效抑制钢管的局部屈曲,增强耗能能力。
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26. 排式双翼布局低雷诺数气动特性计算研究
张庆, 叶正寅
工程力学    2019, 36 (10): 244-256.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0514
录用日期: 2019-06-25

摘要123)      PDF(pc) (17547KB)(45)    收藏
作为一种新型的气动布局形式,排式布局对低雷诺数流动具有较高的气动效率,适用于柔性可充气飞行器,比如充气式飞机或是高空飞艇。但是,由于前、后翼之间强烈的气动干扰现象,目前对此类布局的气动特性认识还十分有限。为了充分理解这种布局的气动特点,在前期风洞试验的基础上,开展了数值模拟工作,详细地研究了低雷诺数情况下翼型厚度、表面波纹状外形及后翼偏转角度等几何因素对此类飞行器气动特性的影响规律。计算结果表明,在计算的迎角范围内,排式布局能通过前后翼之间的气动干扰延缓或抑制机翼后缘处的流动分离,从而提高整体气动效率,因此排式布局在未来很适合应用于小型无人机或是飞艇等可充气式飞行器构型上。
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27. 平行四边形加肋板自由振动分析的无网格法
覃霞, 刘珊珊, 吴宇, 彭林欣
工程力学    2019, 36 (3): 24-32,39.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0006
摘要122)      PDF(pc) (1909KB)(70)    收藏
基于一阶剪切理论,提出一种求解平行四边形加肋板自由振动问题的无网格法,通过用一系列点来离散平板及肋条,得到加肋板的无网格模型。基于一阶剪切理论及移动最小二乘近似求出位移场,以梁模拟肋条,求出平行四边形加肋板总动能及总势能。再由Hamilton原理导出加肋板自由振动的控制方程,采用完全转换法引入边界条件,求解方程得出结构自振频率。以不同参数的加肋板为例,将该文解与ABAQUS有限元解进行比较分析。研究表明,该方法能有效地分析平行四边形加肋板自由振动问题,在肋条位置改变时,又避免了网格重构。
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28. 自保温暗骨架承重墙抗震性能试验研究与分析
史凤凯, 刘福胜, 王少杰, 岳艺博, 刘康, 黄兴淮
工程力学    2019, 36 (4): 158-166,187.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.02.0093
摘要120)      PDF(pc) (2308KB)(70)    收藏
从抗震节能一体化出发,研发了自保温暗骨架承重墙及其结构体系。通过水平低周反复荷载试验研究了自保温暗骨架承重墙的抗震性能,揭示了该新型抗震墙体受力机制的转化过程,即抗震失效全过程可分为共同工作、转化过渡和弱框架工作三个阶段。结合试验成果开展理论分析,针对自保温暗骨架承重墙剪切破坏模式,分别建立了基于等效弹性板模型的墙体开裂荷载计算方法和基于修正软化拉压杆模型的墙体抗剪极限承载力计算方法,与实测值相比误差分别是3.2%、3.3%,故构建的理论计算方法精度高、物理力学概念清晰。结果表明:自保温暗骨架承重墙具有多道抗震防线,抗震性能好,加之施工方便快捷、造价低廉,特别适宜在村镇住宅等多层建筑中推广应用。
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29. Timoshenko梁能量守恒逐步积分算法
杨浩文, 吴斌, 潘天林, 谢金哲
工程力学    2019, 36 (6): 21-28.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0033
摘要117)      PDF(pc) (460KB)(63)    收藏
该文提出了Timoshenko梁非线性动力分析的能量守恒逐步积分算法。采用共旋技术考虑结构的几何非线性,空间离散采用相关插值形式,避免了剪切锁定现象。在时间离散时利用多参数修正方法对等效的节点动力平衡方程进行修正,实现了离散系统在保守荷载作用下的能量守恒。算法具备二阶局部精度,与已有的平均加速度方法和隐式中点方法相比,具有更好的数值稳定性。在二维情形下与Simo方法对比,指出了Simo方法在受保守外弯矩作用时系统能量不守恒。最后,通过三个数值模拟算例验证了算法的性能和能量守恒特性。
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30. 试论结构工程中的大数据:范式、技术与实例分析
陈隽
工程力学    2019, 36 (6): 175-182.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0279
摘要116)      PDF(pc) (581KB)(107)    收藏
源自信息科学的大数据思想是当前科学和技术领域的热点话题,大数据技术的推广和应用已经迅速上升到了国家战略的高度,给包括结构工程在内的各个学科带来了新的历史性发展机遇。该文尝试结合大数据概念及其技术特征,着重从研究范式转变的角度,探讨大数据思维和大数据技术应用于结构工程领域所带来的冲击、机遇和挑战,在厘清一些模糊认识的同时,结合第三代结构设计理论的发展讨论了大数据技术可能的应用场景,并以建筑物活荷载研究为例进行了分析。
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31. 基于抗规和隔规的RC框架隔震结构设计对比
尹传印, 解琳琳, 李爱群, 曾德民, 陈曦, 閤东东, 杨参天
工程力学    2019, 36 (9): 197-204,212.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.02.0044
录用日期: 2019-05-23

摘要114)      PDF(pc) (651KB)(86)    收藏
未来我国隔震设计将存在两个依据,包括抗规(《建筑抗震设计规范》)和隔规(《建筑隔震设计标准》),两种规范的设计方法和关键设计指标存在显著差别,而关于两种规范的设计对比研究还相对较少。该文以RC框架隔震结构为基本研究对象,基于两种规范设计了具有不同结构高度的3组6个案例,明确了基于隔规设计的控制因素,对比分析了基于两种规范设计的结构的地震响应和经济性差别。该文研究结果表明基于隔规设计的控制因素为底部剪力比。相比于抗规,基于隔规设计时上部结构可采用更柔的设计方案,上部结构地震作用存在15%~20%左右的降低,但由于上部结构刚度降低程度大于地震作用降低程度,导致上部结构最大层间位移角增大。随着结构高度的增加,最大层间位移角增大程度显著增加。在材料用量方面,基于隔规设计时混凝土用量存在7.7%~12.1%的减小,钢筋用量则存在11.02%~26.29%的增加;随着结构高度的增加,混凝土用量减少程度逐渐增大,而钢筋用量增大程度逐渐减小。该文的研究成果可为RC框架隔震结构的设计提供重要参考。
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32. 考虑罗德角参数的钢材薄板延性断裂标定方法
王俊杰, 王伟
工程力学    2019, 36 (5): 37-43.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0150
录用日期: 2019-03-28

摘要113)      PDF(pc) (3388KB)(86)    收藏
在钢结构中钢梁腹板的断裂表现出很强的剪切断裂特征,因此在预测其断裂行为时除了考虑应力三轴度以外,还应考虑与剪切状态有关的罗德角参数的影响。该文提出了一种适用于钢材薄板延性断裂预测的标定方法。共设计了5组试件,分别为平板试件、开孔平板、开槽平板、90°剪切平板和45°剪切平板。利用平板试件和停机平板试件单向拉伸试验,结合有限元反演得到钢材的全过程真实应力-应变曲线。然后将其代入各试件有限元模型进行计算,标定出各试件对应的等效断裂应变、平均应力三轴度和平均罗德角参数。最后利用Matlab优化工具箱对断裂模型进行优化拟合,确定模型中的各项待定参数。
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33. 自重对混凝土三点弯曲梁断裂性能的影响
尹阳阳, 胡少伟, 王宇航
工程力学    2019, 36 (7): 48-56,108.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0458
摘要112)      PDF(pc) (583KB)(71)    收藏
自重对三点弯曲梁试件的断裂性能有重要影响,而以往基于三点弯曲梁研究混凝土的断裂性能时,很少考虑自重引起的试件初始裂缝张口位移(CMODini)的影响。为了研究CMODini对三点弯曲梁断裂性能的影响规律,给出了CMODini及考虑CMODini影响的有效裂缝长度(ac)和失稳断裂韧度(KICun)的计算公式,并用不同试件尺寸及不同初始缝高比的三点弯曲梁试验数据进行了对比分析。结果表明:当试件初始缝高比为0.4时,CMODini受试件尺寸影响较小,即使试件尺寸达到2200 mm×550 mm×240 mm时,自重对其CMODiniacKICun的影响均小于5%。CMODini受初始缝高比的影响较大,且随着初始缝高比的增大而增大,对于尺寸为1143 mm×305 mm×76 mm,初始缝高比为0.818的三点弯曲梁试件,自重对其CMODini、ac及KICun的影响分别为24.26%、1.73%和17.31%。可见,当三点弯曲梁试件尺寸及初始缝高比均较大时应该考虑自重引起的CMODini的影响。
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34. 超高性能混凝土梁正截面受弯承载力理论研究
徐明雪, 梁兴文, 汪萍, 王照耀
工程力学    2019, 36 (8): 70-78.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0307
摘要110)      PDF(pc) (309KB)(59)    收藏
基于64组超高性能混凝土(ultra high performance concrete, UHPC)抗压性能试验数据,分别建立了峰值压应变ε0、立方体抗压强度fcu与轴心抗压强度fc之间的关系以及弹性模量Ec与立方体抗压强度fcu的关系;基于复合材料力学,建立了受拉区UHPC等效拉应力;基于平截面假定,建立了UHPC梁正截面受弯承载力计算公式,推导了受压区等效矩形应力图形参数、计算公式,并结合UHPC受压本构确定等效矩形应力图形参数。通过28根试验梁的相关数据,验证UHPC梁正截面受弯承载力计算公式及等效矩形应力图形参数取值的可行性。研究结果表明,等效矩形应力图形参数取值较为合理,梁正截面受弯承载力计算值与试验值吻合良好。
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35. 翼型动态风洞试验洞壁效应研究
李国强, 张卫国, 黄霞, 王勋年
工程力学    2019, 36 (8): 235-247.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0380
摘要109)      PDF(pc) (8377KB)(82)    收藏
翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和静压分布更不均匀,动态试验翼型在相同迎角下的洞壁干扰更严重,表现为翼型在大迎角段,洞壁干扰导致模型中间截面附近和端部截面附近的速度分布和压力分布差异更明显,且相比于压力面,吸力面流动的二维性变得较差。侧壁干扰抑制了翼型中间截面附近的流向分离,诱导了端部附近的展向分离流。上洞壁和下洞壁的非定常压力系数随翼型实时迎角变化也呈迟滞环曲线,迟滞环方向相反,且脉动一阶主频率与翼型俯仰振荡频率一致。风洞洞壁干扰下,翼型动态失速三维涡结构呈“Ω”型。风洞上下壁干扰使得翼型线性段的升力系数和升力线斜率均增加,诱导翼型提前失速;在负行程,则使得翼型升力系数降低。侧壁干扰在负行程诱导了翼型表面的展向流动、减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,正行程范围则影响较小,且翼型失速延迟。FL-11风洞翼型动态试验的上下壁干扰效应为主导因素;但是侧壁干扰不可忽略,特别是在翼型振荡周期的大迎角和负行程范围。
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36. 基于滞变阻尼模型的时域计算方法
孙攀旭, 杨红, 赵雯桐, 王志军
工程力学    2019, 36 (6): 13-20.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0299
摘要101)      PDF(pc) (551KB)(73)    收藏
复阻尼时域运动方程的自由振动解中包含发散项,导致时域数值计算结果不能稳定收敛。在复阻尼模型的频域运动方程基础上可得到滞变阻尼模型的时域运动方程。针对滞变阻尼模型的特点,依据复平面法和地震加速度的三角级数表达式,该文提出了滞变阻尼模型的时域理论计算方法;假定时间步长内结构的振动响应为简谐振动响应,同时借助于常平均加速度法,提出了滞变阻尼模型的时域数值计算方法。算例分析表明,与复阻尼模型的时域数值计算方法相比,滞变阻尼模型的时域理论计算方法和时域数值计算方法可有效避免时域发散现象;滞变阻尼模型的时域理论计算结果和时域数值计算结果与复阻尼模型的频域计算结果近似相等,进一步证明了该文方法的正确性。
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37. 湿-热-机-弹耦合FGM梁的稳定性及振动特性
蒲育, 周凤玺
工程力学    2019, 36 (9): 32-39.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0443
录用日期: 2019-05-17

摘要101)      PDF(pc) (427KB)(91)    收藏
研究了初始轴向机械载荷作用下Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度材料(FGM)梁在湿-热环境中的稳定性及振动特性。假设温度和湿度沿梁厚度方向稳态分布,材料的物性依赖于温度且按Voigt混合幂律模型连续分布。首先,基于一种扩展的n阶广义梁理论,应用Hamilton原理,统一建立了以轴向位移、弯曲变形项挠度及剪切变形项挠度为基本未知函数FGM梁的屈曲及自由振动方程,采用Navier解法获得了FGM简支梁静动态响应的精确解。其次,通过算例验证并给出了该广义梁理论阶次n的理想取值,丰富梁理论的同时,可供验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,着重探讨了3种湿-热分布下湿度与温度增加、初始轴向机械载荷、跨厚比、地基刚度、梯度指标等诸多参数对FGM梁稳定性和振动特性的影响。
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38. 超高性能混凝土圆环约束收缩试验研究
李聪, 陈宝春, 黄卿维
工程力学    2019, 36 (8): 49-58.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0552
摘要100)      PDF(pc) (1100KB)(54)    收藏
以约束水平、环境条件(密闭或干燥)和钢纤维等为参数,开展了超高性能混凝土(UHPC)圆环约束收缩试验。研究了钢环应变随龄期的发展规律;分析了各参数对圆环约束下的残余应力与各关键龄期的力学性能的影响;采用了拉应力水平和应力松弛率来评价UHPC的开裂性能。为配合圆环收缩试验,开展了自由收缩与基本力学性能试验。试验表明,未掺钢纤维的UHPC早期开裂风险大,在14 d前均发生开裂,裂缝平均宽度大于0.25 mm,含钢纤维试件均未开裂。不同约束程度对拉应力水平与应力松弛率的影响均显著,降低约束程度能有效降低开裂风险。与自由收缩测试结果不同,圆环约束UHPC在密闭条件下后期的开裂风险会高于环向干燥条件。建议以密闭条件下14 d的抗裂性能作为控制指标评价圆环约束下UHPC的开裂性能。
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39. 基于XFEM和改进人工蜂群算法的结构内部缺陷反演
王佳萍, 杜成斌, 王翔, 江守燕
工程力学    2019, 36 (9): 25-31.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0874
录用日期: 2019-07-26

摘要99)      PDF(pc) (506KB)(72)    收藏
将扩展有限元法与智能优化算法相结合,基于结构的实际响应值反演出结构内部缺陷信息。传统人工蜂群算法在一定程度上朝着任意的方向搜索,为了避免出现搜索的局部最优现象,该文在传统人工蜂群算法中嵌入了加权平均数突变和交叉算子,将这种改进算法用于单个圆形、椭圆形缺陷和两个不规则缺陷的反演分析,并研究了该算法在测得值有误差情况下的适应性。研究得到:这种改进人工蜂群算法能准确反演出结构的真实缺陷信息;改进人工蜂群算法相比于传统人工蜂群算法收敛速度更快且不易出现局部最优,且定位准确,鲁棒性较强。
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40. 混凝土与各向同性岩石强度理论研究进展
丁发兴, 吴霞, 向平, 余志武, 龚琛杰
工程力学    2020, 37 (2): 1-15.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST07
录用日期: 2019-12-20

摘要97)      PDF(pc) (785KB)(102)    收藏
强度理论是研究复杂应力状态下材料是否破坏的理论,该文总结了古典强度理论以及混凝土和各向同性岩石等两类现代强度理论,将各项同性现代强度理论分为剪应力强度理论、八面体强度理论与主应力强度理论。通过收集国内外已有相关三轴实验数据对各种主要强度理论进行论述、比较与评价,在此基础上对混凝土和各向同性岩石的主应力空间损伤比强度理论进行展望。
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2018年11月15日