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2002年  第19卷  第3期

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基本方法
基于哈密顿体系求解空间粘性流体问题
马坚伟, 徐新生, 杨慧珠, 钟万勰
2002, 19(3): 1-5,9.
摘要:
本文通过变分原理,将哈密顿体系引入到小雷诺数空间粘性流体问题中,导出一套哈密顿算子矩阵的本征函数向量展开求解问题的方法.基于直接法求解流体力学基本方程,通过求零本征解及其约当型,得到几种常见的基本流动;求解非零本征值及本征向量的叠加,继可分析流场端部效应.从而在该领域用哈密顿体系辛几何空间中研究问题的方法代替了传统在拉格朗日体系欧氏空间分析问题的方法.
工程结构可靠度指标计算的混沌搜索方法
徐军, 郑颖人
2002, 19(3): 6-9.
摘要:
基于可靠度指标β的几何涵义,提出了一种用混沌搜索工程结构可靠度指标和设计验算点的新方法.该方法利用混沌内在的随机性与遍历性进行求解,最终获得全局最优.算例结果表明该方法简单实用,性能良好,能够处理基本随机变量的非正态分布和变量之间的相关性,是解决非线性功能函数可靠度问题的有效途径.
基于解析试函数的广义协调四边形厚板元
龙驭球, 傅向荣
2002, 19(3): 10-15.
摘要:
本文构造两个广义协调四边形厚板元ATF-PQ4a和ATF-PQ4b.根据Mindlin-Reissner厚板理论的控制方程,首先求出其基本解析解,然后用其作为试函数来构造单元.数值算例表明,这两个单元不出现剪切闭锁,显示出良好的性能.
拱坝横缝钢筋与混凝土相互作用研究
陈观福, 张楚汉, 徐艳杰, 金峰, 王光纶
2002, 19(3): 16-19,1.
摘要:
本文在总结了钢筋与混凝土相互作用研究现状的基础上,建议了一个计算钢筋滑移量、钢筋粘结受力段长度的数值模型,该模型考虑了混凝土保护层厚度、截面混凝土应力分布的影响,并引用有关试验结果进行验证.文末在假定截面应力分布型态和临界混凝土保护层厚度条件下,将模型用于计算小湾拱坝横缝钢筋的滑移量、钢筋临界应力、钢筋受力段长度,计算结果表明用横缝钢筋控制横缝开度的这一工程措施基本可行,且建议的保护层厚度、横缝钢筋布置等均有一定工程参考价值.
壳体的有限元线法分析(Ⅰ)——基本理论
叶康生, 袁驷
2002, 19(3): 20-29.
摘要:
本文从退化壳理论[6]出发构造了任意曲面壳体的四边形有限元线法[1][2]单元.该单元满足C0连续,为协调单元.对于所构造的单元,本文从最小势能原理出发推导出用该单元作壳体静力计算的控制微分方程和边界条件,得到一致的线法方程体系.全文共分两篇,此为上篇,主要介绍基本理论,数值算例将在下篇中给出.
复合材料构件的细观破坏、反演分析
曹志远, 唐寿高, 付志平
2002, 19(3): 30-33.
摘要:
本文探讨一种将材料细观结构与构件宏观响应联系起来的直接算法.该法基于宏观计算,却给出细观力学量,并可反映材料细观结构特征,特别适用于复合材料构件的细观破坏与反演分析.
考虑土-结构相互作用大型动力机器基础三维有限元分析
刘晶波, 王振宇, 张克峰, 裴欲晓
2002, 19(3): 34-38,4.
摘要:
本文提出了考虑土-结构相互作用计算大型机器基础动力反应的三维有限元方法.该方法将动力机器基础与周围地基作为一个完整的研究对象,将基础作为粘弹性体反映基础变形,建立粘-弹性人工边界模拟半无限地基的辐射阻尼和远场地球介质的弹性恢复性能,并通过构造等效弹簧实体元使这一人工边界在商业有限元程序中实现.文中进一步将上述方法用于分析燕化高压聚乙烯装置压缩机基础的动力反应,并通过数值试验定量讨论了影响大型机器基础动力反应的主要因素,得出了一些有用的结论.
三边夹紧一边铰支正交各向异性矩形薄板的几何非线性分析
杨加明, 孙良新, 雷呈凤
2002, 19(3): 39-43.
摘要:
利用Galerkin方法分析了von-Karman型三边夹紧一边铰支正交各向异性矩形板.所设的位移函数为梁的主振型函数,它不仅能精确地满足边界条件,而且具有正交的特性,从而把复杂的非齐次非线性偏微分方程组化为一组非线性代数方程组,通过非线性方程组的线性化,用稳定化双共轭梯度法求解稀疏矩阵线性方程组以及可调节参数的修正迭代法求解非线性代数方程组.实践证明,梁的主振型函数收敛很快,只须取出级数的前几项即可满足精度要求.最后求出了不同复合材料的挠度和应力值.
不同截面梁构件的刚度和稳定性优化设计
赵国忠, 陈飚松, 亢战, 顾元宪
2002, 19(3): 44-49.
摘要:
本文运用有限元分析与优化设计软件JIFEX,对五种常用截面梁结构的尺寸和形状进行了抗剪、抗弯、抗扭的刚度优化设计和在轴力、剪力作用下的结构稳定性优化设计.通过对优化设计的计算结果分析,得到了对工程设计有意义的若干结论.然后通过飞机结构中一种波形梁构件的优化,进一步讨论了波形梁的波数对结构稳定性和刚度的影响.
某发动机转子-机匣系统局部碰摩的混沌运动研究
袁惠群, 王德友, 闻邦椿
2002, 19(3): 50-54.
摘要:
以某发动机实验器为基础,研究了转子-机匣系统发生碰摩时的分叉与混沌行为.分析了转子径向碰摩刚度比、偏心质量等参数对转子分叉与混沌特性的影响并与试验结果进行了比较.当转子机匣系统发生碰摩时呈现出非常丰富的动力学行为,除了通过倍周期、阵发性和拟周期分叉进入混沌外,还发现了孪生叉形分叉现象.
正交异性矩形薄板的稳定性分析
杨端生, 廖瑛, 黄炎
2002, 19(3): 55-58.
摘要:
本文求得了正交异性矩形薄板屈曲位移函数微分方程的一般解.可用以求解任意边界矩形板的稳定问题.以两邻边简支,另两边自由的正方形板为例进行了计算.
单自由度双线性隔震装置地震反应研究
朱东生, 王根会, 陈兴冲
2002, 19(3): 59-63.
摘要:
本文用多条具有相同反应谱的人工地震波,对单自由度双线性系统进行了大量的非线性时程反应分析,讨论了采用双线性隔震装置结构的地震反应特点,研究了双线性隔震装置的刚度比、初始屈服位移等因素对结构地震反应的影响.研究结果对工程设计中合理选择双线性隔震装置的刚度比、初始屈服位移等设计参数有一定的参考价值.
随机参数结构在随机荷载激励下的动力响应分析
戴君, 陈建军, 马洪波, 崔明涛
2002, 19(3): 64-68.
摘要:
研究了基于概率的工程结构动力响应分析方法.利用振型迭加法导出了结构物理参数和作用荷载幅值同时具有随机性时结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式,并提出了求解方法.通过算例考察了结构物理参数和作用荷载的随机性对结构动力响应的影响,表明文中提出的计算模型和方法是正确与可行的.
工程弹塑性断裂随机分析的多维插值方法
李建康, 孙训方
2002, 19(3): 69-73.
摘要:
为解决用确定性有限元或已有无量纲断裂参数表值时进行弹塑性断裂随机分析的问题,本文研究了利用数值插值方法进行随机参数计算的可行性.以单边裂纹板为例,根据确定性有限元计算的无量纲断裂参数表值,通过多维插值计算获得断裂参数及其对基本随机变量变化率,应用"弹塑性断裂随机分析的工程方法"进行弹塑性断裂随机分析.算例表明在敏感区用插值方法计算的结果小于用随机有限元方法计算的结果.
双功能带缝剪力墙的弹塑性地震动力反应分析
叶列平, 曾勇
2002, 19(3): 74-77,1.
摘要:
本文根据双功能带缝剪力墙的试验研究,利用所建立的弹塑性受力分析模型对其进行了受力全过程非线性分析,理论分析结果与试验结果吻合较好.根据双重抗震结构模型,由双功能带缝剪力墙反复荷载试验得到滞回曲线,选择了Takeda滑移型滞回模型,对其进行了弹塑性地震反应分析.分析结果表明,双功能带缝剪力墙具有较好的抗震性能.
有气相注入的管内气液分层流数值模拟
李明川, 崔桂香
2002, 19(3): 78-81.
摘要:
管内气液两相分层流是管道输运和水平井采油过程中重要的研究课题之一,而气液界面是研究的重点内容,尤其是有气泡穿过界面的分层流是水平井采油过程中从有壁面注入时不可回避的流动现象,也是数值计算的难点所在.本文利用VOF方法[1]捕捉气液界面,应用有限体积方法和重正化κ-ε湍流模式[2]计算圆管内三维非定常雷诺平均方程,得到了典型的界面上有质量交换时的分层流的流场、界面形状和界面上阻力变化的结果.
两种型面轮轨滚动接触蠕滑率/力的比较
温泽峰, 金学松
2002, 19(3): 82-89.
摘要:
本文从数值方面详细分析了两种型面轮对和轨道在滚动接触过程的接触几何、蠕滑率和蠕滑力.在利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论进行轮轨蠕滑力分析时,首先利用有限元方法确定了因轮轨的弹性变形而引起轮轨接触点处的弹性位移差.并利用弹性位移差修正Kalker理论中由Boussinesq和Cerruti公式确定的力和位移的影响系数,使本文的数值过程能考虑到轮轨结构变形对轮轨接触斑的影响.通过计算分析可知,在轮对运动状态相同的情况下,磨耗型轮对和轨道之间的力学行为与锥型轮对和轨道之间的力学行为相比,存在较大差异.数值结果有助于进一步分析轮轨之间的磨耗、滚动接触疲劳和轮轨使用寿命,为采取相应措施提供理论依据.同时发现目前我国铁路所采用的1/40轨底坡与目前正在全面推广使用的磨耗型轮对不是处于最佳匹配状态,有待进一步改进.
复合载体夯扩桩承载力性状有限元分析
仇凯斌, 介玉新, 李广信, 王继忠
2002, 19(3): 90-94.
摘要:
本文对复合载体夯扩桩进行了有限元分析,在分析中通过现场取样和模型试验确定夯扩挤密区范围,通过分段线性插值确定夯扩影响区土单元的材料参数,从而能够较为准确地分析这种桩承载力的特殊性状.本文根据计算结果讨论了桩身的荷载传递规律、承载力的计算及最优夯扩体直径的确定,同时也比较了这种桩与扩底灌注桩在承载力特性方面的区别,从而揭示了复合载体夯扩桩承载力性状的基本规律,说明了复合载体夯扩桩是一种承载力性能优越的桩型.
三维双向及三向映射无限元
王后裕, 朱可善, 言志信
2002, 19(3): 95-98.
摘要:
不同于以往的单向映射无限元,本文提出了一种能分别从两个和三个方向延伸到无穷远的多向映射无限元,它们不仅能很好地与三维等参数有限单元耦合,保持公共边界的连续性,而且具有物理概念明确、节点数目少、精度高、无需改动单元形状、减少计算准备工作量、便于网格自动形成等诸多优点,能广泛应用于岩土工程领域及其他力学问题的数值分析工作中.
考虑二次梯度项影响的双重介质流动分析
同登科, 蔡郎郎, 陈钦雷
2002, 19(3): 99-104.
摘要:
传统的试井模型与物质平衡方程都是不一致的.在非线性偏微分方程中根据弱可压缩液体的假设忽略了二次梯度项,对于混气石油和低渗透储层这种方法是有疑问的,我们已经知道在试井较长时间忽略二次梯度项将产生误差.本文对于双重介质流动系统建议了与物质平衡方程一致的方法,保留了非线性偏微分方程中所有项,建立了双重介质流动模型.采用Douglas-Jones预估-校正法获得了无限大地层定产量生产时和定压生产时双重介质模型的数值解,分别讨论了液体压缩系数和双重介质参数变化时压力变化规律,做出了典型压力曲线图版,这些结果可用于实际试井分析.
有渗流作用的油井井壁稳定性的解析分析
李忠华, 潘一山
2002, 19(3): 105-108.
摘要:
本文将岩石视为多孔介质,考虑渗流作用,应用弹塑性理论和损伤力学,导出了井壁围岩的应力分布规律,并应用动力判别准则提出了力学意义上严格的井壁稳定条件,给出了渗流作用下井壁稳定的孔隙压力的临界值.提出当井壁孔隙压力接近临界值时,井壁处于非稳定平衡状态,在有动力扰动的情况下,井壁因失稳而坍塌.
有阻尼体系动力分析的一种显式差分法
王进廷, 杜修力
2002, 19(3): 109-112.
摘要:
本文利用拉格朗日型的二次插值函数近似位移反应,建立了速度、加速度的差商近似公式,进而推得集中质量阻尼体系动力分析的一种显式差分法.该显式差分格式具有二阶计算精度,与目前常用的有阻尼体系动力求解的几种格式相比,具有明显减少计算工作量的优点.
一种三维罚平衡杂交元的研究
陈道政, 李爱群, 焦兆平
2002, 19(3): 113-117.
摘要:
本文对三维罚平衡杂交元作了研究,建议选择分项罚数基本原则.数值实验表明,这一方法可以十分有效地改善畸变网格下的数值计算精度,方法带有普遍性,且可以在不增加计算成本的条件下获得稳定、可靠、高精度的计算结果.
气枪喷嘴除尘效率与诸因素的关系
张锡文, 姚朝晖, 郗华, 许宏庆
2002, 19(3): 118-121.
摘要:
气枪喷嘴广泛应用于工件表面的除尘除水, 但什么是最佳的除尘效率工况是人们关注的问题.本文利用图像的光强变化与粒子密度关系的图像处理方法,对方法对气枪喷嘴除尘效率与一次侧压力、喷嘴到平板的距离和射流攻角等因素的关系进行了实验研究,得到了一定范围的最佳除尘效率工况,同时宏观的实验结果同一些论文的理论分析观点相吻合.
带有沙漏控制的相对自由度壳元
陈丽华, 程建钢, 黄文彬, 姚振汉
2002, 19(3): 122-127.
摘要:
针对一点积分的八节点相对自由度壳单元存在的沙漏现象,提出采用拟应变法解决该问题的方法,并对锁死问题进行研究.给出了带有沙漏控制的八节点相对自由度壳元内的坐标、位移插值公式,推导了拟应变的表达式,通过Hu-Washizu变分原理,建立了有限元求解方程.利用Wilson非协调位移模式,单元的计算精度得到了明显改善.算例表明:基于八节点相对自由度壳单元,本文给出的沙漏控制算法能够有效的解决线性静力问题,并且具有较高的计算精度.
流体饱和孔隙介质参数反演的模拟退火算法
魏培君, 章梓茂, 韩华
2002, 19(3): 128-131.
摘要:
本文研究了模拟退火算法在流体饱和孔隙介质参数反演中的应用.通过计算响应数据与实测响应数据的拟合将参数反问题归结为最优化问题.由于流体饱和孔隙介质运动方程的复杂性,动力响应与材料参数之间呈复杂的非线性关系,优化目标函数是非凸多峰函数.传统的梯度类优化方法一方面受局部极值的困扰难以搜索到全局最优解; 另一方面确定搜索方向须进行复杂的参数敏度分析.为克服这些困难,本文应用模拟退火算法进行了多参数反演数值模拟,模拟结果表明了模拟退火算法的可行性和稳健性.
准脆性材料裂纹桥联筋的应力与变形
徐世烺, 王利民, 赵艳华
2002, 19(3): 132-136.
摘要:
基于钢筋混凝土的破坏分析,结合混凝土类准脆性材料的断裂特性,本文提出了强化筋桥联基体裂纹力学分析模型,在该虚拟裂纹端部存在粘聚力分布,而强化筋在桥联裂纹处具有与基体脱离的部分段.由变形体的叠加原理和协调性条件,通过断裂力学的应力函数分析方法,推导出了在远场载荷作用下,离裂纹端部较远处桥联筋的轴向受力和变形,与脱粘筋长度之间的函数关系.文中分别就基体和强化筋材料为完全弹性,裂纹端部存在粘聚力,和强化筋为弹塑性材料等不同情况时,对裂纹和强化筋的变形和受力进行了算例分析和讨论.
高速铁路简支梁桥有载动力特性分析
苏木标, 李建中, 邹振祝, 王军文
2002, 19(3): 137-142.
摘要:
本文根据车-桥系统相互作用模型,推导了铁路简支梁桥竖向有载自振频率的计算公式,并给出了简便的计算方法,同时,还对不同跨度的简支梁桥的竖向有载自振频率进行了深入的研究.
电磁热效应裂纹止裂中绕流屏蔽效应的数值模拟
付宇明, 白象忠, 许志强
2002, 19(3): 143-147,.
摘要:
本文采用数值模拟方法研究了电磁热效应多裂纹止裂中的绕流屏蔽问题,在数值模拟中应用了热-电耦合(焦耳热问题)的分析方法.计算结果表明:由于裂纹的存在导致电流热集中效应,使裂尖处金属熔化形成焊口,遏制了裂纹的扩展;在多裂纹导体中通入相同电流时,多裂纹间的绕流屏蔽效应并不十分明显,裂尖的温度和温度梯度主要取决于裂纹的长度;随着裂纹长度的变化,裂纹尖端的温度场和温度梯度场均有很大的变化,本文给出了它们的定量分析结果.
计算土坡安全系数的辐向条分模型
王平, 刘东升
2002, 19(3): 148-152.
摘要:
本文根据土条间的几何关系提出了土坡稳定分析的辐向条分法,并利用高斯积分法计算出安全系数,再通过计算机搜索及改进的JC法求出土坡最小安全系数.该法避免了传统意义上的条分过程,消除了由于条间力简化假设所引起的计算误差,从而提供了一种高效、准确的土坡稳定性计算方法.
层间弱粘贴复合材料层板的热弹性脱层
舒小平
2002, 19(3): 153-158.
摘要:
本文建立了一个层间弱粘贴复合材料层板热弹性脱层模型.该模型建立在两个描述层间弱粘贴的基本假设基础上.层间位移不连续由层间粘贴的物理关系来描述,表现为层间位移跳跃值与层间残余横向应力的关系;层间温度不连续由层间传热薄层来描述,并据此给出一个计算层间温度跳跃值的计算公式,表现为温度跳跃值与层间横向张开量之间的关系.在此假设基础上,根据平衡方程和静态传热方程导出了正交柱面弯曲层板热弹性脱层解.算例显示了层间弱粘贴对层板热弹性响应的影响.
两种求解可靠指标的实用算法
张建仁, 许福友
2002, 19(3): 159-165.
摘要:
介绍了基于几何原理求解可靠指标、寻找设计验算点的具有较高实用价值的两种新算法: 图解渐近法和Monte Carlo递进法.推导了由标准正态变量反算常用分布类型的随机变量数值的计算公式,并且通过采取某些改善措施,简化了计算过程,大大提高了问题的求解效率.同时,两种算法可以结合使用,经算例验证,能够快速解决问题且满足高精度要求,说明了本文方法的可行性和有效性.
钢丝绳成形力学行为的非线性有限元分析
王桂兰, 张海鸥
2002, 19(3): 166-170.
摘要:
钢丝绳捻制成形过程属于三维梁大转动弹塑性变形问题.钢丝绳的加工应力不仅影响成形性,而且由其引起的残余应力对钢丝绳结构强度有很大影响.为保证钢丝绳成形模拟计算精度和效率,从而为钢丝绳成形工艺与结构强度的合理设计提供依据,本研究建立了考虑大转动几何非线性和材料非线性的共转坐标系弹塑性有限元计算基本方程,在此基础上编制了钢丝绳成形过程模拟计算程序.通过数值模拟计算分析钢丝绳捻制成形过程的反扭转系数对加工应力应变分布和残余应力的影响,计算结果表明:反扭转系数对捻制成形过程中应力应变和残余应力及形状冻结性有显著影响,合理的反扭转系数应取略大于1.0的值.实验结果证实了本文提出的捻线成形过程数值模拟几何模型和有限元计算模型的有效性.