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2002年  第19卷  第1期

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基本方法
基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元
岑松, 龙驭球, 姚振汉
2002, 19(1): 1-8.
摘要:
基于一阶剪切变形理论(FSDT),本文构造一种新型的20自由度(每结点5个自由度),四边形复合材料层合板单元,适合于任意铺设情形的层合板的计算。它是按如下方式构造的:(1) 单元每边的转角和剪应变由Timoshenko层合厚梁理论来确定;(2) 对单元域内的转角场和剪应变场进行合理的插值;(3) 引入平面内双线性位移场来体现层合板面内与弯曲的耦合作用。本文单元,记为TMQ20,不存在剪切闭锁现象,在计算单层的各向同性板时可以退化为文[1]中优质的中厚板单元TMQ。在文[2]中将给出本文单元对于层合板问题的详细数值算例。
单层球面网壳跳跃失稳的运动特性
夏开全, 姚卫星, 董石麟
2002, 19(1): 9-13.
摘要:
本文从运动学的角度,基于非线性运动平衡方程,对单层球面网壳结构发生跳跃失稳时的运动特性进行了研究。在结构达到临界失稳状态的前后分别采用基于静力的几何非线性分析方法和基于动力响应的几何非线性分析方法,描述结构的实际行为特性。对网壳结构失稳时的加速度、速度与位移等结构响应的研究,揭示了失稳的运动本质,为结构稳定性分析、失稳机制和结构失稳的传播特性的研究提供了另一条途径。
基于几何非线性不协调元变分原理的圆柱壳非线性初始稳定性分析
张少焱, 陈万吉
2002, 19(1): 14-18.
摘要:
本文根据几何非线性不协调元增量变分原理,按严格的壳体方程,建立了高精度的圆柱壳几何非线性20参数矩形精化不协调元RCSR4,并用于圆柱壳非线性初始稳定性分析。计算结果表明,该方法收敛性良好。
方板弹性突跳的数值模拟——第二部分:计算结果与实验结果的比较
金明, 黄克服, 武际可
2002, 19(1): 19-24.
摘要:
本文的第一部分给出了分岔问题的计算方案和稳定性判据的数值方法,并对一个大型有限元程序进行了改进,本文的第二部分使用这一程序模拟方板在后屈曲过程中的弹性突跳(snap-through)现象。 对四边夹支(clamped support)边界条件下、受单向面内压力作用的方板在后屈曲过程中的力学行为进行了大范围数值追踪,确定了其中稳定的平衡状态,这些稳定的平衡状态可以模拟弹性突跳的整个过程,包括加载和卸载过程中的弹性突跳。可以解释卸载过程中第二屈曲形态跳回到第一屈曲形态后,横向挠度与加载过程中第一屈曲形态的横向挠度方向相反的现象[1]。计算结果和前人的实验结果[1]进行了比较。
无网格法模拟复合型疲劳裂纹的扩展
袁振, 李子然, 吴长春
2002, 19(1): 25-28.
摘要:
本文提出了用无网格Galerkin法模拟构件在复合变形作用下疲劳裂纹扩展路径并预估其疲劳寿命的方法。该法能够自然模拟疲劳裂纹的扩展,不需要网格重构,避免了裂纹扩展过程中的精度受损。应用无网格数值结果计算了J积分和应力强度因子KIK;按照最大周向应力理论获得了裂纹扩展偏斜角。基于最小应变能密度因子理论,确定了裂纹扩展量Δa,并能获得疲劳载荷的循环周数ΔN。文末对数值模拟结果和实验拟合结果进行了对照。
作为动力消振器的滑动屋盖系统
田志昌, 钱稼茹
2002, 19(1): 29-33,8.
摘要:
提出了一种可以减弱建筑物地震反应的滑动屋盖系统。系统中的屋盖与支承结构之间垫有摩擦材料,用弹簧板连接,并提供水平刚度。弹簧刚度依结构最小反应原则取最优值,类似于P-TMD。8层钢筋混凝土框架结构的计算表明,该系统可以平均降低层间变形45%。该系统可望成为一种经济有效的抗震手段。
桅杆结构随机风振的离散分析法
马星, 邓洪洲, 王肇民
2002, 19(1): 34-37.
摘要:
风致振动是桅杆结构安全性的控制因素。由于这种结构存在频谱密集的动力特性,不适合采用振型迭加法进行分析。为此本文引入一种新的频域方法计算桅杆结构随机风振响应。基于随机振动的离散分析理论,推导出白噪声激励下结构动力响应的递推公式。经过对风荷载这种有色噪声进行白噪声滤波,桅杆结构的风致振动描述为白噪声激励下的随机振动。于是离散分析理论适用,推导出桅杆结构随机风振响应的递推公式。采用线性化模型时,该方法绝对收敛。计算结果表明,当桅杆结构处于正常使用状态时,采用离散分析理论可以得到满意的精度。
薄壁杆件截面几何特性计算的比拟有限元法
周建春, 刘光栋, 魏琴
2002, 19(1): 38-41.
摘要:
针对任意截面形式的开闭口薄壁截面几何特性的计算,提出了一种便于计算机实现的比拟有限元法。根据能量驻值原理导出的截面单元扇性坐标控制方程,通过采用有限元比拟方法,建立了求解截面扇性坐标等几何特性的计算机算法,并用FORTRAN语言编制了相应的计算机程序CPTBGS。本文所提出算法的优点是物理概念明确且效率很高,特别适用于具有任意截面形式的开闭口薄壁杆件截面几何特性的计算机计算。
金属热成形过程的综合数值模拟
崔振山, 徐秉业, 刘才
2002, 19(1): 42-46.
摘要:
金属在热成形过程中的微观组织演变是影响产品力学性能的关键因素,该演变过程取决于温度、应变和应变速率。本文基于有限变形理论和微观组织演变的数学模型,建立了能够模拟变形过程、温度变化过程和微观组织演变过程的有限元法,研制了通用的三维有限元计算软件,并在H型钢三维热轧模拟方面进行了深入开发,给出了原材料为C-Mn钢的H型钢热轧过程综合模拟结果。综合对比了8组不同工艺下的热轧实验结果和计算机模拟结果,二者均吻合良好,表明本文方法能够较好地预报金属热成形过程。
假设应变元的改进
曹艳平, 胡宁, 姚振汉
2002, 19(1): 47-51.
摘要:
本文在假设应变元[1][2]基础上,讨论了改进假设应变场的依据,并引入了应变场的改进方案,构造了两种新的假设应变元。新构造的单元和原单元[1]相比,对扭曲网格的敏感程度明显降低,同时因其基于Hu-Washizu变分原理,因此更适合非线性分析。数值算例表明了该单元的精度。
张力膜结构的找形分析
王志明, 宋启根
2002, 19(1): 52-56.
摘要:
张力膜结构的形状不能随意选择,设计时首先要确定满足平衡条件和建筑要求的表面形状。本文根据大位移理论,得出了适合于张力膜结构的几何非线性有限元方程,给出了采用几何非线性有限元法确定张力膜结构的初始形状的方法,对预张应力的确定及找形问题的非线性方程求解收敛准则提出了建议。文中给出了几个找形算例,算例表明本文的找形方法是有效、正确的。
刚度局部更改的一种通用精确算法
赵锡钱, 丁成辉
2002, 19(1): 57-59.
摘要:
本文研究结构局部刚度改变时的结构重分析方法。结构局部刚度改变问题在结构有限元计算时常会遇到,例如:结构物个别构件的破坏或损伤、构件的局部屈服等等。本文推导了一种新的算法,利用原结构刚度矩阵的LDLT分解因子,通过代数运算获得新结构的解。该算法的结果是精确且通用的,不仅可用于杆系结构也可用于连续体,而计算量与目前已有的各种专用近似方法相同。算例表明,新方法是有效的。
粘弹性层状地基上板的动力响应及其参数识别方法
姬亦工, 王复明, 栾茂田
2002, 19(1): 60-65.
摘要:
本文系统地研究了粘弹性层状地基上板的动力响应及其结构材料参数识别方法。在一次样条半解析法求解粘弹性地基动力柔度系数[1]的基础上,应用子结构法求解了粘弹性层状地基上板的动力响应。应用快速富利叶变换将落锤式弯沉仪(FWD)所记录的荷载和时程反应曲线转化为频域内的一系列稳态振动[2],[3]。进而利用系统识别技术在频率域内反演结构材料参数。数值分析结果表明,该方法能有效地识别结构参数,从而为进一步研究FWD在混凝土道面的无损检测和承载力评价提供了基础。
弹性薄壳的大变形分析
黄炎, 唐国金, 朱敏
2002, 19(1): 66-72.
摘要:
本文给出了弹性薄壳大变形时应变与位移之间的精确关系。经过合理的简化,给出了壳的挠度与厚度同级的大变形基本公式。当薄壳为柱形且作柱状弯曲时,精确地求得了壳的挠度与长度同级的大变形基本公式。这些公式符合实际和便于应用。用解析法求得了无限长园柱壳一边固定,另一边受力偶作用的精确解。用能量法求得了无限长条板的近似解。
求解层合板非线性屈曲问题一般方法的若干讨论
陈晓, 许可, 戴诗亮
2002, 19(1): 73-78.
摘要:
用广义傅立叶级数法建立具有弹性约束的复合材料层板在面内载荷作用下的非线性稳定性控制方程组后,讨论了非齐次项对方程组性质的影响,该非齐次项包含了所有的边界条件信息、外载信息及初始缺陷信息,可直接用作层板发生屈曲与否的判据。从数学上阐明了产生前屈曲耦合挠度的原因,并进一步从矩阵理论和非线性泛函两方面证明了前屈曲解的唯一性,进而提出了求解复合材料层板非线性稳定性问题的一般方法。
热-力联合作用下金属薄板的变形机理研究
魏志刚, 唐志平, 李永池
2002, 19(1): 79-83,6.
摘要:
本文研究了恒力和激光加热作用下金属薄板的变形规律,用以解释充内压薄柱壳结构在激光辐照下的变形和破坏机理。以4340钢材料为研究对象,其本构方程选用热粘塑性本构模型(Johnson-Cook模型)根据计算结果,选取某一应变率为临界值(本文中临界应变率取为1s-1)考察了激光功率密度、外载荷、激光作用时间等对一维杆变形规律的影响。
环形均布荷载作用下简支圆板的塑性极限分析
王延斌, 俞茂宏, 魏雪英, 肖耘
2002, 19(1): 84-88.
摘要:
本文采用双剪统一屈服准则首次对受环形均布荷载作用下的简支圆板进行了塑性极限分析,得出了相应的统一解形式。已有的Tresca准则、Mises准则、双剪应力准则的解答是文中解答的特例或逼近,它可以适用于不同性状的拉压同性材料。用本文的解还可以推出多种荷载作用下简支圆板的塑性极限荷载。
二维半无限弹性平面内圆形腔孔表面的动态热应力分布
刘杰, 盖秉政
2002, 19(1): 89-93.
摘要:
虽然无限弹性体中球腔的动态热应力分布问题已经得到解决,但是对于二维半无限弹性平面内圆形腔孔表面的动态热应力分布问题还没有得到解答。利用复变函数方法,本文分析了在半无限弹性平面附近施加稳态温度场条件下的圆形腔孔表面的动态热应力分布问题,得到了汉克函数表示的此问题的解析解,给出了相应的数值结果并进行了讨论。
基于卷积型原理的时空样条元
毕继红, 楚劲
2002, 19(1): 94-96.
摘要:
结构动力分析是工程设计中的重要组成部分,传统动力分析不能全面反映动力初值特征,而Gurtin变分原理则被认为是目前唯一能全面反映动力初值特征的变分原理.本文以Gurtin变分原理为基础,空间和时间上同时采用样条元,建立了计算梁的动力初值问题的样条元法。算例表明, 与现有的分析方法相比,本文具有更高的精度。
多孔介质的一种流-固耦合动态边界理论
王建省, 王晓纯
2002, 19(1): 97-102.
摘要:
基于Biot理论,推导了考虑渗流作用的可变形多孔介质流-固耦合问题的基本方程,建立了本问题的渗流模型,给出了所考虑问题的流体动力弥散分布概率及系数表达式,进一步建立了多孔介质中微压液体位移场模型,讨论了流体动力弥散因素对多孔介质边界的影响,建立了描述多孔介质的动态边界方程,并分别对所建立的四种边界模拟了动态结果及算例。
功能梯度材料的断裂与屈曲驱动断裂的简化分析
王刚锋, 亢一澜
2002, 19(1): 103-108.
摘要:
作为一类先进的复合材料,功能梯度材料(FGM)能综合利用多种材料的物理性能,同时材料性质的连续变化也使其具有许多优越的力学性能。本文对功能梯度材料中平行于界面的裂纹的断裂参数进行了计算,并分析了梯度变化的薄膜在压应力作用下的屈曲驱动扩展。研究结果表明:功能梯度材料能有效地减小界面中的应力集中及它对材料中缺陷的作用,从而不同程度地提高了材料的强度和韧性。
特征系统实现算法的识别特性研究及算法的推广
李蕾红, 陆秋海, 任革学
2002, 19(1): 109-114.
摘要:
特征系统实现算法是近年来出现的时域模态参数识别技术。本文首先研究了该算法对混有白噪音的加速度及位移自由响应信号的识别特性,并发现辊速度信号和位移信号分别对系统的高频模态和低频模态敏感;然后结合算法的高速识别特点及滑动时间窗技术,研究了算法对振动水平的跟踪能力,并在此基础上提出识别混叠频率的方法;最后将该算法推广至利用常力强迫响应数据进行模态参数的情况,导出了相应的算法,并进行了算例验证。
斜拉桥结构基于模态分析的减震控制研究
王克海, 朱晞
2002, 19(1): 115-120.
摘要:
本文提出基于模态分析的线性二次最优减震控制算法和基于模态分析的滑动状态减震控制算法,并将这两种算法应用于斜拉桥结构的减震控制中。通过仿真控制研究表明这两种算法对大跨度斜拉桥结构的减震控制是可行的有效的。但就本文算例而言,基于模态分析的滑动状态减震控制比线性二次最优控制用较少的外部能量就可达到较好的控制效果。
路面结构的动态反分析
王复明, 魏翠玲, 周晶
2002, 19(1): 121-124,.
摘要:
本文建立了路面结构的层状粘弹性模型,在对FWD无损检测数值进行动态分析的基础上,采用系统识别方法对路面结构层模量数值进行了动态反分析研究。数值结果表明,反算过程稳定收敛,系统识别方法对于路面结构层模量的动态识别问题是适用的、有效的。
关于中央分隔带护栏立柱基础的探讨
丁桦, 吴梦喜, 王剑文, 王梅
2002, 19(1): 125-129.
摘要:
目前高速公路中央分隔带波形梁护栏立柱的实际设置中,普遍存在着由于分隔带地基强度低于压实路基,护栏立柱承载能力偏低,护栏的防护性能达不到设计要求的问题。本文对粘性土地基中立柱的受力情况进行了分析,并对地基为压实土与回填土两种情况进行了对比,给出了中央分隔带中立柱地基的加固方案。
结构碰撞数值模拟的一类接触算法
王福军, 程建钢, 姚振汉, 黄存军, 寇哲军
2002, 19(1): 130-134.
摘要:
本文提出了用于结构碰撞数值模拟的接触算法,包括接触搜索算法和接触力算法。在全局搜索过程中,引入了立方格和链表技术,使搜索的运算量由现有的O(Nlog2N)降低为O(N)。在局部搜索过程中使用了自由曲面造型技术,提高了搜索精度,消除了“死区”现象。为便于与现有有限元软件连接,将全局搜索与局部搜索合并进行。本文给出的接触力算法既与显式时间积分格式相容,又能充分满足接触约束条件。文中给出了数值算例。
复合材料层合夹芯板局部变形行为研究
杨杰, 沈惠申
2002, 19(1): 135-138.
摘要:
在局部荷载作用下,带软夹芯层的夹芯板结构将产生一定的局部变形现象。本文采用双参数基础模型模拟软夹芯材料与受载层合面板间的相互作用,基于经典层合板理论,推导并给出了夹芯板结构局部变形问题的半解析分析方法,并通过算例讨论了边界条件、荷载作用方式、夹芯层厚度与弹性模量等因素对该类结构局部弯曲和局部屈曲行为的影响。
求解一类非线性粘弹性问题的弹性回复对应原理
张淳源, 张为民
2002, 19(1): 139-146.
摘要:
本文提出了一个全新的粘弹性理论体系,它把传统的线粘弹性理论作为特殊情况包括在内。其主要结果是两个用于求解一类物理非线性粘弹性问题的弹性回复对应原理。利用它,只要知道相应的非线性弹性问题的解,就可以求出非线性粘弹性问题的解答。对应原理不是基于本构关系的相似性,而是基于从粘弹性现时响应到瞬时弹性响应的可回复性[1]。首先找到非线性粘弹性与非线性弹性本构关系之间的对应,然后导出了两个弹性回复对应原理。通过对改性聚丙烯材料的实验验证了该对应原理的正确性和对此类材料的实用性。