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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. 青藏铁路的重要意义、技术难点及力学问题 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告
梁波;陈兴冲
工程力学    2004, 21 (S1): 139-149.  
摘要726)      PDF(pc) (3515KB)(32973)       收藏
通过国内外冻土研究现状及青藏铁路修建几十年的历史回顾,结合青藏高原海拔最高、自然环境恶劣、地质条件复杂的特点,阐述了青藏铁路的特殊性、复杂性以及修建的可行性和在西部大开发中的重要意义。通过对路基工程、桥涵工程以及隧道工程等关键技术问题的讨论,使我们对于各种试验研究的目的及针对性有了更清晰的认识,为各种技术或工程措施的应用提供了依据和前提。结合兰州交通大学参与主持的青藏课题,对于部分结构形式在多年冻土条件下的力学特性和机理进行了简述,表明了其力学问题的差异性和特殊性,为进一步深化认识和分析提供了参考。总之,通过青藏公路几十年的运营和近3年青藏铁路的修建,多年冻土地区的三大难点已突出表现和集中在冻土方面。我们对多年冻土的认识和深化也将是一个艰巨的、长期的探索研究过程。
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2. 新型卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)滞回性能试验研究
方有珍,马 吉,陆承铎,曲延全,申 林
工程力学    2013, 30 (3): 181-190.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0640
摘要1112)      PDF(pc) (19321KB)(3752)       收藏

为进一步改善现行薄壁钢板组合截面PEC柱构件双向不等刚度和翼缘局部屈曲过于集中等力学性能缺陷,该文提出了采用翼缘钢板卷边的新型卷边钢板组合截面PEC柱类型。以拉结板条间距作为基本参数,对4个按新型卷边钢板组合截面强轴布置的足尺试件进行了恒定竖向荷载下的水平低周反复荷载试验,观察了试验过程中PEC柱卷边钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲和混凝土部分裂缝开展与压溃发展过程,得到了试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析了PEC柱的承载力、抗侧刚度、耗能与延性、变形模式与破坏模态等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有优越的变形与耗能能力;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲部位不断扩展和伴随混凝土大面积压溃。

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3. ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究
聂建国,王宇航
工程力学    2013, 30 (4): 59-67.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.07.0420
摘要2434)      PDF(pc) (964KB)(1981)       收藏

对大型通用有限元程序ABAQUS中的混凝土弥散开裂模型和塑性损伤模型进行了详细的介绍,包括单轴应力-应变关系、裂缝模型、屈服准则、流动法则和滞回规则等。然后对混凝土本构模型中影响结构构件静力行为的关键因素进行了详细的对比分析,并结合采用不同混凝土模型对钢筋混凝土构件和钢-混凝土组合结构构件的受力行为的模拟结果,指出了分析实际结构构件时不同混凝土材料本构模型的适用情况,可供研究设计参考。

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4. 基于ABAQUS平台的扩展有限元法
方修君;金 峰
工程力学    2007, 24 (7): 0-010.  
摘要1678)      PDF(pc) (395KB)(1827)       收藏
以ABAQUS为平台,提出了一种预设虚节点法,首次在通用有限元程序上嵌入了扩展有限元法的功能。推导了扩展有限元法中的子域积分同Heaviside函数的关系,并改进了一种三角形子域积分算法。对三点弯梁的开裂过程进行了模拟。计算结果表明,扩展有限元法对非连续位移场的表达不依赖于单元边界,是一种模拟裂纹扩展过程等涉及移动非连续问题的有效方法。与通用有限元软件的结合则为应用该方法解决实际复杂问题提供了方便的途径。
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5. 螺栓的拧紧力矩系数
阮宝湘
工程力学    1985, 2 (2): 132-137.  
摘要1066)      PDF(pc) (2438KB)(1827)       收藏
拧紧力矩M1与它所引起的螺栓轴向力P0间的关系,由拧紧力矩系数K确定。K的数据在紧联接螺栓的设计计算及施工工艺中都很重要。德、美、日诸国对这方面的研究较重视[1],但也因K值在实测中离散性较大,而感到不易妥善处理。如德国在1956年的标准中取K=0.18,1963年又改为K=0.193。1957年美国铁路工程师协会的规范中,曾取K=0.20,英国铁路桥梁中取K=0.17。后来美、英两国的规范又要求在使用的螺栓中进行抽样扭矩试验来确定K值。日本自1962年使用经光洁处理的垫圈,发现K值降到0.12左右,且离散度也减小了。我国虽已有单位从装配工艺角度开始对具体产品中的K值进行实验研究,并在提高产品质量上取得成果[2],但我国现行的大多数机械设计手册及大专教材,尚未提供简单实用的通用K值计算式供设计与施工者参考。本文通过对摩擦系数f=0.1~0.2范围中9个f档级、M8~M48范围中14种尺寸的标准粗牙螺栓,共126种情况下K值的具体计算及综合分析,给出了K值与摩擦系数间的简单关系,在工程中有实用意义。
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6. 基于ABAQUS的钢-混凝土组合结构纤维梁模型的开发及应用
聂建国;王宇航;
工程力学    2012, 29 (1): 70-80.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.04.0278
摘要1549)      PDF(pc) (1263KB)(1775)       收藏

在大量已有研究成果的基础上,基于大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户子程序UMAT开发了一组适用于组合结构构件的单轴材料滞回本构模型,并编制了可用于组合截面纤维自动离散的前处理程序,由此集成了钢-混凝土组合结构纤维梁模型,可用于完全剪力连接的组合框架体系在竖向荷载及水平往复荷载作用下的整体弹塑性分析。与国内外大量试验的对比结果表明,该文开发的钢-混凝土组合结构纤维梁模型具有较高的精度和较为广泛的适用性。纤维梁模型虽然不能考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应,但与试验结果的对比表明是否考虑滑移效应对结构体系整体计算结果的影响不大,但建模工作量大大减少,计算效率显著提高,在分析组合框架体系在地震往复荷载作用下的受力性能时具有较大的优势。

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7. 填充橡胶超弹性本构参数试验与应用
龚科家;危银涛;叶进雄
工程力学    2009, 26 (6): 193-198.  
摘要1481)      PDF(pc) (361KB)(1694)       收藏
橡胶本构参数的精确性对橡胶结构力学分析的精度有至关重要的影响。开发一种基于图像分析的完整橡胶材料参数试验系统,并应用该系统对载重轮胎常用的橡胶进行了单轴拉伸、等双轴拉伸以及纯剪切的试验。在此基础上研究了多项式、Ogden以及Arruda-Boyce等流行橡胶本构关系的可靠性、稳定性与精度。结果表明双轴拉伸和纯剪切试验对确定可靠的橡胶本构是必不可少的。基于获得的橡胶本构参数对某全钢子午胎进行了充气和静载有限元分析,并进行了试验对比。分析证明轮胎接地压力、最大应变能密度等关键参数与橡胶本构参数有较大的相关性,二次多项式模型和Ogden模型在橡胶轮胎FEA中有较好的效果。
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8. 混凝土空间板柱结构震致落层倒塌的试验研究
吴 波,王明君,赵新宇
工程力学    2013, 30 (1): 277-287.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.06.0411
摘要465)      PDF(pc) (23808KB)(1652)       收藏

开展了2个具有薄弱层的3层混凝土空间板柱结构模型的地震模拟振动台试验,采用加速度峰值逐级加大的El-Centro (NS) 波作为输入激励,直至薄弱层发生落层倒塌。量测了倒塌前、倒塌后模型各层的水平加速度响应,以及倒塌碰撞引发的薄弱层及其下层楼板的竖向加速度响应。模型M-2相比于模型M-1额外施加了附加配重。试验结果表明:1) 随着地震损伤程度的增加,模型的扭转效应有所增大;2) 倒塌前模型M-1和模型M-2的基本频率仅比初始值分别降低8.9%和4.7%,采用频率改变幅度进行结构倒塌预警可能是不现实的;3) 倒塌碰撞导致模型各层的水平加速度出现短时剧烈波动,波动期间模型M-1和模型M-2各层的绝对加速度最大值介于5g~10g之间,分别为倒塌前各层绝对加速度最大值的5倍~20倍和10倍~50倍;4) 倒塌碰撞引发的楼板竖向加速度高达30g~40g。

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9. 张量分析中简化记法在公式推导中的应用及张量分量的计算
史姣;王正中;蔡坤
工程力学    2006, 23 (10): 45-48.  
摘要733)      PDF(pc) (206KB)(1632)       收藏
张量分析在计算力学中应用广泛,但其理论比较复杂,较难掌握和熟练运用。为此,给出了张量简化记法,这种记法与Fortran程序中或商业软件Matlab中的数组形似。将简化后张量的表达式应用于公式推导,可快速准确地得出结论。同时,通过引入矩阵的矢量化概念,将四阶张量的分量用一个方阵表示出来,这有利于符号运算和数值计算。以上两者结合可使得张量分析变得易于掌握,也有利于张量运算的推广。
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10. 基于GTN细观损伤模型的板料成形过程损伤分析
陈志英;董湘怀
工程力学    2009, 26 (7): 238-244.  
摘要1917)      PDF(pc) (388KB)(1593)       收藏
针对金属板料成形过程中的损伤破裂问题,基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)细观损伤本构模型建立了相应的损伤力学有限元数值计算方法,将完全隐式应力更新算法与显式有限元计算相结合,并考虑了板料的塑性各向异性行为,通过用户自定义材料子程序VUMAT将损伤模型嵌入到有限元软件ABAQUS中。对AA5052-O铝合金板材圆杯拉深成形损伤破坏过程进行了数值模拟计算。分析了采用不同板坯大小时零件的破裂情况,并与实验进行了对比。结果表明:GTN损伤模型可以有效揭示金属板材的复杂损伤行为并预测破裂缺陷;随着板坯直径的增大,零件的破裂趋势也增大。
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11. 钢板-混凝土组合梁的非线性有限元分析
赵 洁;聂建国
工程力学    2009, 26 (4): 105-112.  
摘要1363)      PDF(pc) (388KB)(1406)       收藏
以8根钢板-混凝土组合梁的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了钢板-混凝土组合梁的非线性有限元模型,模拟了构件加载的全过程和受弯破坏、钢板剥离破坏等形态下构件的受力性能。模型中考虑了材料非线性、栓钉的荷载-滑移曲线和栓钉的断裂模型等。计算结果与试验吻合良好。对影响钢板-混凝土组合梁性能的主要参数进行了分析,包括钢板厚度、钢板长度、栓钉间距等。分析结果表明:设计时可以通过对栓钉的抗剪承载力进行折减来保证钢板-混凝土组合梁能够达到弯曲破坏形态。
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12. 地震动加加速度反应谱的概念及特性研究
何浩祥;闫维明;陈彦江
工程力学    2011, 28 (11): 124-129.  
摘要3109)      PDF(pc) (351KB)(1349)       收藏
加加速度是加速度关于时间的变化率,反映了结构受力变化情况。地震动加加速度及其反应谱的研究可以加强人们对地震动非平稳性的认识。阐述了加加速度的力学意义及研究价值,探讨了计算加加速度的动力学方法并对其优缺点进行了比较。建立了地震动下弹性及弹塑性加加速度反应谱的求解方法。根据场地类型、放大系数、延性系数及折减系数等影响因素对加加速度反应谱的特性进行了研究,并提出了冲击折减系数的概念。结果表明加加速度对中短周期的建筑结构作用较明显,适当提高延性将有效降低加加速度造成的冲击效应。冲击折减系数随着结构周期增大明显增大,加加速度对于长周期结构的影响一般可以忽略。
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13. 广州市城市地下空间开发利用分析
张季超;丁晓敏;庞永师;李伍平;童华炜;郑先昌;许 勇
工程力学    2009, 26 (增刊Ⅱ): 106-114.  
摘要1242)      PDF(pc) (4059KB)(1299)       收藏
开发利用城市地下空间有利于完善城市功能,充分发挥城市的社会效益、环境效益和经济效益。该文介绍了国内外城市地下空间开发利用现状、以新中轴城市地下空间为例,简述新技术应用、消防设计和投融资模式,可供类似工程借鉴。
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14. 扩展有限元法及与其它数值方法的联系
金 峰;方修君
工程力学    2008, 25 (增刊Ⅰ): 0-017.  
摘要1039)      PDF(pc) (1208KB)(1292)       收藏
对扩展有限元方法(XFEM)的发展及其与其他数值方法的联系进行了综述。该文主要包括以下内容:首先对无网格法的发展背景和历程进行了介绍,并从近似位移场构造的角度对众多的无网格法进行了比较分析;从单位分解理论的形式出发,阐述了XFEM的特点及其与传统有限元法、无网格方法的联系;归纳了关于XFEM的应用研究及其自身理论发展的主要研究方向,并对XFEM的发展进行了展望。
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15. 岩石可释放应变能及耗散能的实验研究
黎立云;谢和平;鞠 杨;马 旭;王 利
工程力学    2011, 28 (3): 35-040.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2009.08.0584
摘要1410)      PDF(pc) (15244KB)(1277)       收藏

地下岩石结构的变形破坏是能量耗散与能量释放的综合结果。岩石结构内部储藏的可释放应变能和己耗散能的计算,涉及到在当时工况下岩石的卸荷弹性模量和泊松比,并与加载速度与载荷水平有关。该文在不同加载速度及不同载荷水平下,对岩石试件进行了单压加卸载实验,得到了卸荷弹性模量与泊松比、可释放应变能与耗散能的变化规律;进行了SHPB动态冲击实验,实测了试件内的总吸收能;实验分析结果为进一步对岩石结构进行可释放应变能与耗散能总量计算以及对岩石结构破坏程度进行预估计,提供了实验基础。

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16. 西奥多库珀——魁北克大桥失事记
李著;王景
工程力学    1997, 14 (4): 139-144.  
摘要486)      PDF(pc) (253KB)(1275)       收藏
1907年8月29日,在加拿大圣劳伦斯河上,魁北克大桥正在施工。这是一座钢悬臂桥,主跨长达1800英尺(548.6m),是当时世界上最长的桥跨。两端的锚跨结构(各长500英尺即152.4m)已完工,两悬臂跨各长562.5英尺(171.45m)也已完工,中间的悬吊跨也正在组装并已向河中伸出600英尺(182.9m)。
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17. 风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析
李德源;叶枝全;陈严;包能胜
工程力学    2004, 21 (6): 118-123.  
摘要873)      PDF(pc) (373KB)(1247)       收藏
研究了大型风力机玻璃钢叶片载荷谱和疲劳寿命的工程估算方法.运用片条理论分析了影响风力机叶片疲劳寿命的气动载荷分布;应用多体动力学方法,分析了旋转叶片动力刚化效应产生的原因及其对叶片振动模态的影响;根据模态叠加法,计算了叶片在气动力、重力和旋转惯性力等确定性载荷作用下的动应力响应;探讨了玻璃钢叶片的疲劳性能、破坏准则及疲劳寿命估计方法;提出了一种基于Palmgren Miner线性累积损伤法则的玻璃钢叶片安全寿命估计方法.通过所设计的1.5MW变速变桨距风力机叶片疲劳寿命估计的算例表明,该方法是可靠和实用的.
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18. 结构损伤动力检测与健康监测研究现状与展望
朱宏平;余 璟;张俊兵;
工程力学    2011, 28 (2): 1-011,.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.06.ST03
摘要1509)      PDF(pc) (412KB)(1226)       收藏

基于动力特性的结构损伤检测方法在过去几十年中得到了迅猛发展。该技术的核心思想在于结构的振动特性(比如频率、振型、模态阻尼等)是结构物理参数(如质量、阻尼和刚度)的函数,结构损伤即意味着结构物理参数的改变,而物理参数的改变必然引起结构振动特性的改变。该文介绍了结构健康监测与损伤动力检测方法的涵义、应用现状和分类方法。对基于动力特性的结构损伤检测方法和识别算法做了重点介绍,分析了各种方法的优点和不足之处。最后对有待进一步研究的问题和结构损伤检测方法发展趋势进行了展望。

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19. Drucker-Prager材料一致率型本构模型
肖诗云;林皋;王哲
工程力学    2003, 20 (4): 147-151.  
摘要1541)      PDF(pc) (199KB)(1183)       收藏
根据一致粘塑性模型理论,结合所做的混凝土单轴动力特性试验,对常用的混凝土本构模型Drucker-Prager模型进行改进,引入应变率的影响,推导了Drucker-Prager材料的一致率型本构模型;并与试验的应力应变曲线进行比较,结果表明本文模型能够较好地反映混凝土的动力特性;最后,通过对一平面梁进行计算,并与线弹性及率无关塑性结果进行比较,结果表明考虑了应变率的影响后梁的动力特性发生了较大的变化。
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20. GFRP/钢绞线复合筋与混凝土粘结滑移本构关系模型
郝庆多;王言磊;侯吉林;欧进萍;
工程力学    2009, 26 (5): 62-072.  
摘要1582)      PDF(pc) (469KB)(1181)       收藏
GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结是二者能够协同工作的基础,而且GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结-滑移本构关系模型是其粘结性能的综合反映,因此,研究GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结-滑移本构关系模型,对GFRP/钢绞线复合筋增强混凝土结构的性能分析、设计理论及工程应用等具有重要的理论意义和实用价值。对180个试件进行拉拔试验,系统地研究肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和混凝土浇注深度等因素对粘结性能的影响,测定试件的粘结-滑移曲线。通过对GFRP/钢绞线复合筋粘结破坏特征、粘结-滑移机理及受力全过程的分析,在已有粘结-滑移本构模型的基础上,提出一种新的粘结-滑移本构关系模型,并与试验结果和已有模型进行比较。新构建的粘结-滑移本构关系模型概念清晰、形式简单,能较好地反映GFRP/钢绞线复合筋的受力全过程,与试验结果吻合良好,并优于已有粘结-滑移模型。
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21. 结构健康监测-智能信息处理及应用
姜绍飞
工程力学    2009, 26 (增刊Ⅱ): 184-212.  
摘要1921)      PDF(pc) (626KB)(1168)       收藏
经济的发展和科技的进步使许多大型结构得以兴建。如何对这些大型结构的健康状况进行监测、日常管理以便在结构发生事故之前提前预警,以减少灾害的损失成为目前人们关心的问题。大型结构健康监测系统的开发为这个问题提供了一种有效的方法。然而,大型结构具有较多的结构冗余度和环境荷载的不确定性;此外,来自监测系统的海量数据也包含大量的噪声和不确定性。如何合理有效地处理来自健康监测系统海量不确定测量数据与信息,进而对结构的健康状况进行评价成为国内外同行关注的热点和难点。智能信息处理是近几年发展起来的新型信息处理技术,它是将不完全、不可靠、不精确、不一致和不确定的知识和信息逐步改变为完全、可靠、精确、一致和确定的知识和信息的过程和方法。它的出现和发展为以上难题提供了一条途径和技术保障。基于此,该文从结构健康监测涉及的以上主要问题入手,对智能信息处理技术从现代信号处理、神经网络、模糊理论、数据融合(信息融合)、分形理论、粗糙集、进化计算等方面对它们在结构健康监测与损伤诊断领域取得的研究成果进行了归纳总结,并对今后该领域需要进一步开展的工作进行了探讨和展望。研究发现,智能信息处理是结构健康监测与检测领域的有效技术和今后发展趋势。
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22. 稳定图方法在随机子空间识别模态参数中的应用
常 军;张启伟;孙利民
工程力学    2007, 24 (2): 0-044.  
摘要1700)      PDF(pc) (389KB)(1097)       收藏
参数识别是结构健康监测领域研究中的重点。随机子空间法是近年来发展起来的一种线性系统辩识方法,可以有效地从环境激励的结构响应中获取模态参数。在随机子空间识别方法中,确定系统的阶数是该方法的关键工作。稳定图方法是一种比较新颖的确定系统阶次的方法,但该方法容易识别出虚假模态。针对这种情况对稳定图方法进行了改进,避免了虚假模态的出现,进而提高了随机子空间方法的识别精度。稳定图方法改进的重点是用模态置信因子来消除虚假模态。同时由于通常采用的阻尼理论与实际情况尚存在差距,影响了识别效果。在稳定图中将阻尼比的标准放松或取消,得到更加理想的识别效果。最后对此方法在一三跨连续梁的数值模型上进行了验证,结果表明,该方法具有良好的识别效果。
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23. 建筑保温节能墙体的发展现状与展望
张泽平;李 珠;董彦莉
工程力学    2007, 24 (增刊Ⅱ): 0-128.  
摘要777)      PDF(pc) (391KB)(1092)       收藏
随着我国国民经济的快速增长,能源短缺问题日益严重。节能工作已成为可持续发展的重要保证。分析了建筑保温节能的重要性,我国建筑保温节能的政策要求,得出了墙体节能在建筑节能中占重要地位的结论。介绍了目前我国保温节能墙体的形式、各自的特点,以及一些发展成熟的保温墙体的做法;着重论述了玻化微珠这一新型环保节能型材料在墙体保温中的应用前景。结合我国实际情况,对我国建筑工程保温节能墙体的发展提出了几点建议。
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24. 锈蚀钢筋混凝土旧桥超限及极限荷载作用的现场破坏性试验研究
张建仁;彭 晖;张克波;郝海霞
工程力学    2009, 26 (增刊Ⅱ): 213-224.  
摘要1322)      PDF(pc) (3663KB)(1077)       收藏
长期的服役以及频繁的超限车载将引起桥梁的损伤及性能退化,这类型桥梁在远超过其设计荷载的超限车载及极限荷载作用下的力学行为及真实承载能力一直是国内外研究人员努力的重要科学问题。进行实桥破坏性试验是进行这方面研究最直接有效地方法,但限于试验机会、成本、难度等原因这种试验开展很少。该文利用湖南省长沙市一座服役43年的钢筋混凝土简支T梁桥拆除重建的机会对该桥实施了现场破坏性试验,利用千斤顶加载模拟超限状态下的两轴、三轴重车荷载,进行了超限车辆荷载作用下的既有梁桥受力性能的试验研究,考察了超限车载下钢筋混凝土旧桥的结构反应,分析了超限车载循环对结构损伤累积的影响。在此基础上采用2台500t千斤顶以跨中加载方式进行了整桥破坏性试验,研究了桥梁加载至破坏全过程的力学性能尤其是极限状态下的力学行为。该文工作具有显著的创新性,将对桥梁设计理论的发展和既有桥梁承载力评估方法的研究起到重要的指导作用。
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25. 基于Monte-Carlo法的极值风速模型研究
陈朝晖;汤海涛
工程力学    2009, 26 (增刊 I): 193-197.  
摘要1422)      PDF(pc) (287KB)(1068)       收藏
在沿海台风多发区域,台风造成的损失非常严重,合理估算结构寿命期内可能遭遇的台风极值风速十分必要。以厦门为例,采用Batts风场模型,利用Monte-Carlo数值模拟方法拟合最大风速的极值渐进分布;通过三种常用极值分布函数以及广义Parato分布拟合结果的对比分析,得到了100年重现期内反向威布尔分布对于厦门地区年最大风速拟合最好,而极值Ⅱ型与历史数据的偏差较大,最后,给出了厦门地区不同重现期内最佳的极值风速估算值。
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26. 大跨度空间结构抗风分析的数值风洞方法
马 骏;周 岱;李华锋;朱忠义;董石麟
工程力学    2007, 24 (7): 0-085,.  
摘要1028)      PDF(pc) (714KB)(1053)       收藏
数值风洞方法可为复杂形体结构的风压分布确定和结构风振系数选取等提供非试验性的依据。基于计算流体动力学理论,以空间结构为对象,研究数值风洞技术。数值模拟了不同空间结构形体表面及其周围的风场,计算了结构风载体型系数,并与风洞模型实验成果比较,验证数值风洞计算结果的正确性。研究了因其他结构物存在引起的结构风场和结构体型系数变化,探讨了用数值风洞模拟技术鉴别风洞模型试验可能存在的误差及其原因。基于结构表面等压线划分结构受风区域,并以面积加权平均计算得到区域体型系数。还分析了结构多风向角下的结构风载体型系数。
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27. 柔性铰链的设计计算
吴鹰飞;周兆英
工程力学    2002, 19 (6): 136-140.  
摘要813)      PDF(pc) (194KB)(1048)       收藏
推导出了一般柔性铰链的系列设计计算公式和直圆柔性铰链的系列设计计算公式。计算公式是精确的推导结果,且在表达上较为简洁,有利于柔性铰链刚度(柔度)的计算和分析。与迄今沿用的J. M. Paros的柔性铰链设计计算公式进行了计算比较,说明了设计计算公式的简洁性、准确性和全面性。尤其是对常用的直圆柔性铰链的系列设计计算公式,更突出其既精确又简单的特点。同时指出了柔性铰链设计计算中应当注意的问题。
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28. ZG230-450铸钢的重构疲劳可靠性S-N曲线
彭玉灵;赵永翔;胡海斌
工程力学    2007, 24 (10): 0-050.  
摘要1321)      PDF(pc) (403KB)(1033)       收藏
给定若干概率水平的常规疲劳可靠性曲线只能做相应概率水平的疲劳设计与寿命预测,要实现任意可靠性水平的疲劳设计、寿命预测和可靠性评定,需要重构全概率疲劳可靠性S-N曲线。首先应用Monte Carlo模拟技术在可接受的误差范围重构了铁道车辆ZG230-450车轮铸钢的疲劳极限和成组法S-N数据。然后应用广义极大似然法测定了其中短寿命范围的可靠性S-N曲线。最后应用概率疲劳极限外推法获得了该材料中短和长寿命范围的合理疲劳概率S-N曲线。并进一步发展了适于车辆结构用万公里单位表征的可靠性曲线。应用该曲线可实现任意可靠性水平的疲劳可靠性设计、寿命预测和可靠性评价。
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29. 钢-混凝土组合梁疲劳性能研究综述
聂建国, 王宇航
工程力学    DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.08.0587
30. 子午线轮胎胎面花纹块滑动磨损有限元分析
何 涛;李子然;汪 洋
工程力学    2010, 27 (7): 237-243,.  
摘要1957)      PDF(pc) (592KB)(1017)       收藏
该文以205/55R16半钢子午线轮胎为参考轮胎,通过建立带纵向和横向简单花纹的轮胎模型,使用ABAQUS/Standard进行了轮胎自由滚动、制动工况的有限元分析,分析了与胎面磨损分布相关的粘着滑移区域随滚动角速度变化的分布情况。结果显示:轮胎在制动状态下,胎面各花纹块沿滑动方向前端出现接触大变形。但由于整体轮胎模型胎面花纹部分网格较粗糙,计算得到的花纹块变形受力分布特征不够准确。为此,采用整体到局部的分析方法,建立采用精细网格的二维平面应变花纹块模型,由整体轮胎模型提供其简化边界条件,使用ABAQUS/explicit进行了滑动的热力耦合有限元分析。结果显示:采用精细网格的局部花纹块模型能反映出滑动前端卷曲大变形以及表面卷曲自接触的变形特征。最后,通过模拟ABS(防抱死制动系统)控制下轮胎胎面花纹块磨损过程,分析了胎面花纹块沿周向的不规则磨损特征。
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31. 颗粒弹塑性碰撞理论模型
何思明;吴 永;李新坡;
工程力学    2008, 25 (12): 19-024.  
摘要1456)      PDF(pc) (523KB)(1016)       收藏
以Hertz弹性接触力学为基础,假设材料为弹塑性强化材料,并考虑接触压力作用下颗粒球体接触面上材料进入塑性阶段后的应力调整与释放,提出了一种新的颗粒弹塑性接触理论。以此为基础,在准静态假设的基础上,研究了颗粒间的弹塑性碰撞问题,推导了相应的计算公式,并与其它弹塑性接触模型进行了比较。结果表明:按照该文模型预测的荷载变位曲线介于Hertz弹性解和Thornton解之间;强化系数越高,荷载变位曲线越接近Hertz弹性解,强化系数越低,越接近Thornton解,Thornton模型为该文模型的一个特例。在颗粒弹塑性碰撞过程中,本文理论预测的冲击力远远小于Hertz弹性解的预测结果,更与实际情况相符。
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32. 结构可靠度分析中变量相关时三种变换方法的比较
吴帅兵;李典庆;周创兵;
工程力学    2011, 28 (5): 41-048,.  
摘要1507)      PDF(pc) (355KB)(1008)       收藏
介绍了Orthogonal变换、Rosenblatt变换和Nataf变换三种变换方法的基本原理,并比较了三种变换方法的优缺点及其适用范围。采用算例详细地比较了三种变换方法对可靠度结果的影响。结果表明,Nataf变换和Orthogonal变换的根本区别在于Nataf变换考虑了相关变量变换到相关标准正态空间后相关系数的变化,两种变换可靠指标的差值与变量的变异系数、变量间相关系数以及变量的分布类型都有关系,变量变异系数的影响尤为明显。采用FORM方法计算可靠指标时,Rosenblatt变换的不同变量顺序的可靠指标是不同的。当变换后的独立标准正态空间中功能函数曲线或曲面验算点处非线性程度很高时,采用三种变换时,FORM方法均不能准确地估计可靠指标。鉴于Nataf变换同时具有计算精度高和适用范围广两个优点,结构可靠度计算时宜优先采用。
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33. 页岩钻孔过程中的流固热化学耦合模型
盛金昌;刘继山;许孝臣;;詹美礼
工程力学    2009, 26 (12): 240-245.  
摘要1237)      PDF(pc) (415KB)(992)       收藏
页岩具有复杂的物理化学特性,在页岩中钻井将导致页岩和钻井液之间产生复杂的物理化学耦合作用(如:液体、离子、热等的传输扩散、热渗作用、电渗作用、化学渗滤作用、离子交换、膨胀压力的产生等),这将深刻地改变井壁围岩的孔隙压力和应力的分布,从而影响井壁稳定性。该文将在有关文献的基础上,针对具有化学活性的页岩,首先提出一组瞬态的流、固、热、化学四场耦合方程组(包括固体变形、能量传输、流体流动、溶质离子扩散等四个相互耦合过程)试图来考虑它们之间复杂的物理化学耦合关系;然后以COMSOL(基于偏微分方程组的多物理过程模拟工具)作为平台,着重分析钻井过程中的流固热化学耦合作用过程,讨论井壁温度发生突然降低、钻井液与岩层液体之间存在离子浓度差的条件下,井壁附近围岩的孔隙水压力、应力、温度、溶质离子浓度的变化过程,为井壁稳定分析提出更为准确的应力分布。计算结果反映了热-化学耦合作用对井壁围岩应力有重要影响。
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34. 求解弹性波有限差分法中自由边界处理方法的对比
王周;李朝晖;龙桂华;高琴;赵家福
工程力学    2012, 29 (4): 77-83.  
摘要1707)      PDF(pc) (465KB)(988)       收藏
自由边界条件在计算方法中的数值表征是地震波模拟中的一个重要内容,表征的有效性直接关系到所得波场能否代表地表介质特性的真实响应。该文评估了交错网格有限差分法中5 种常用自由边界处理方法:直接法、应力镜像法、改进应力镜像法、横向各向同性介质替换法和声学边界替换法,并与有限元法模拟结果进行了对比,波形曲线直观比较及波幅比与相关系数定量比较显示横向各向同性介质替换法与有限法模拟结果一致性最好。进一步的层状介质模型弹性波数值模拟结果表明:横向各向同性介质替换法的精度和可靠性最高,能真实表征地表介质中的地震波传播。
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35. 地震作用下钢结构损伤过程数值模拟
段红霞;李守巨;刘迎曦
工程力学    2011, 28 (2): 198-204.  
摘要1251)      PDF(pc) (678KB)(978)       收藏
采用弹塑性损伤本构模型,该模型结合了非线性各向同性和随动强化准则以及基于塑性位移的损伤演化规律,利用ABAQUS对一个9层钢结构在EL-Centro地震波作用下塑性变形和损伤区域的发展过程进行了数值模拟。结果表明,上部楼层的梁端产生较明显的塑性变形并形成损伤部位。这与在Northridge地震中观测到的高层钢结构的地震损伤情况是一致的。
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36. 大跨度桥梁抗风的技术挑战与精细化研究
葛耀君
工程力学    2011, 28 (增刊Ⅱ): 11-23.  
摘要1452)      PDF(pc) (6751KB)(964)       收藏
以我国30 年大跨度桥梁的快速发展为研究背景,对三种大跨度桥梁的抗风技术挑战进行了分析,着重探讨了悬索桥的颤振性能及其控制、斜拉桥风振性能与拉索风雨振和拱式桥涡激共振及其控制,并提出了特大桥梁风振精细化理论和方法。研究结果表明:悬索桥的颤振稳定性跨径上限约为1500 m,超过甚至接近这一上限时,必须采取措施改善加劲梁的抗风稳定性;千米级大跨度斜拉桥仍具有足够高的颤振临界风速, 其主要抗风问题是长拉索的风雨振动;大跨径拱桥除了个别有涡振问题之外,还没有受到结构抗风性能的影响。特大桥梁精细化研究涉及到了三维桥梁颤振精确分析的全模态方法、任意斜风作用下桥梁抖振频域分析方法、基于二阶矩理论和首次超越理论的桥梁颤振和抖振可靠性评价方法,揭示了桥梁颤振演化规律、驱动机理和控制原理。
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37. 不同压力差下微通道尺寸和表面粗糙度对摩擦系数的影响
刘赵淼,逄燕
工程力学    2012, 29 (5): 200-205.  
摘要1871)      PDF(pc) (474KB)(962)       收藏
该文数值模拟液体在圆形和梯形截面微通道内的流动,分析了层流和湍流下液体在微圆管内的流动状态。着重研究不同压力差、微通道尺寸和表面粗糙度下,液体在微通道内的流动摩擦系数,并通过摩擦系数随雷诺数的变化曲线推断微通道流动转捩的雷诺数范围。研究表明:微通道中流动的摩擦系数随雷诺数的增大逐渐减小;通道截面的当量直径会改变过渡状态存在的雷诺数范围;粗糙度会影响湍流状态下流动的摩擦系数,相同雷诺数下,粗糙度越大,摩擦系数越大。
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38. 大跨屋盖结构等效静风荷载研究
李方慧;倪振华;沈世钊
工程力学    2007, 24 (7): 0-109,.  
摘要1101)      PDF(pc) (537KB)(959)       收藏
等效静风荷载为大跨屋盖结构设计提供了处理时空变化动力风荷载的有效途径。从两个方案对等效静风荷载研究,一种方案是采用模态等效静风荷载组合法,另一方案采用共振响应分量对应的模态等效静风荷载与本征正交分解法(POD)简化的荷载响应相关法(LRC)计算的背景等效静风荷载组合法,两个方案中通过加权因子考虑模态耦合项的影响。利用风洞试验同步测量单层柱面网壳结构的风压数据,根据完全二次型组合法(CQC)和平方总和开方法(SRSS)计算风致响应,结果表明模态耦合项可以忽略,仅选取前几阶模态即可获得准确响应结果。等效静风荷载计算的响应结果与CQC法计算结果进行校核。等效静风荷载确定两方案对比分析显示,第一种方案是非常有效、实用的确定等效静风荷载的方法,而第二个方案有助于分别对背景和共振等效静风荷载研究。
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39. 现代密封转子动力学研究综述
曹树谦;;陈予恕;
工程力学    2009, 26 (增刊Ⅱ): 68-079.  
摘要1675)      PDF(pc) (5476KB)(959)       收藏
对转子密封动力学的发展给出了比较全面的综述,特别是针对现代高参数密封转子的存在问题、研究内容及主要成果进行了介绍。将密封转子动力学的研究分为4个方面:1) 对密封力模型及其计算方法的研究;2) 对密封力集总参数(8 个动力系数)的识别;3) 不同形式密封(含减阻结构和预旋等)对转子失稳的影响;4) 转子/密封动力学模型的建立和分析。对取得的主要成果概括为:1) 以Muszynska模型为代表的集总参数模型;2) 密封力线性动力系数的识别方法;3) 简单转子/密封系统的分岔与混沌等复杂行为;4) 近年正在开展的CFD (Computational Fluid Dynamics)与密封/转子相结合的研究取得的进展。最后附有包含经典成果与最新成果的100余篇参考文献。该文可供从事密封转子动力学方面的研究人员参考。
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40. 非均匀热载荷作用下功能梯度梁的非线性静态响应
毛丽娟, 马连生
工程力学    2017, 34 (6): 1-8.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0868
摘要184)      PDF(pc) (759KB)(956)       收藏
由于功能梯度材料结构沿厚度方向的非均匀材料特性,使得夹紧和简支条件的功能梯度梁有着相当不同的行为特征。该文给出了热载荷作用下,功能梯度梁非线性静态响应的精确解。基于非线性经典梁理论和物理中面的概念导出了功能梯度梁的非线性控制方程。将两个方程化简为一个四阶积分-微分方程。对于两端夹紧的功能梯度梁,其方程和相应的边界条件构成微分特征值问题;但对于两端简支的功能梯度梁,由于非齐次边界条件,将不会得到一个特征值问题。导致了夹紧与简支的功能梯度梁有着完全不同的行为特征。直接求解该积分-微分方程,得到了梁过屈曲和弯曲变形的闭合形式解。利用这个解可以分析梁的屈曲、过屈曲和非线性弯曲等非线性变形现象。最后,利用数值结果研究了材料梯度性质和热载荷对功能梯度梁非线性静态响应的影响。
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2018年11月15日