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2002年  第19卷  第5期

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基本方法
局部高密度钢纤维混凝土弯曲疲劳损伤演变规律
易成, 沈世钊, 谢和平
2002, 19(5): 1-6.
摘要:
在混凝土弯曲构件底部用高密度钢纤维局部增强称为局部高密度钢纤维混凝土(PHPFRC),与同样纤维掺量的传统钢纤维混凝土(SFRC)比较,它可以用相近的价格获得高得多的刚度﹑承载力和抗疲劳断裂性能.为了能够预测PHPFRC在循环荷载作用下的疲劳寿命,需要确定其疲劳损伤演变规律.本文通过试验发现,局部高密度钢纤维混凝土的弯曲疲劳损伤表现出韧性材料所具有的性质,基本上接近韧性损伤,这与素混凝土及传统钢纤维混凝土有本质的不同;根据其疲劳特性的实验结果,探讨了PHPFRC弯曲疲劳损伤阈值;结合损伤理论,建立了适合于纤维体积掺量为1.2%的局部高密度钢纤维混凝土试件的弯曲疲劳损伤演变方程.
广义协调元在薄板弹性皱曲分析中的应用
陈永亮, 岑松, 姚振汉, 龙驭球
2002, 19(5): 7-11.
摘要:
本文首次利用通用商业有限元软件ABAQUS[1]的用户单元接口功能对广义协调元[5]进行了研究,为广义协调元的发展与应用提供了一种新途径。推导了三角形广义协调平板型壳元GST18的UL格式增量求解方程,并将其引入ABAQUS,分析了在金属压力加工中具有代表性的薄板弹性皱曲问题,并与ABAQUS单元库中的三角形薄壳单元STRI3进行了比较。数值算例表明,广义协调平板型壳元GST18在弹性皱曲分析中具有更好的性能,适合于实际工程的应用。
结构选型中基于模糊推理的评判系统
邢方亮, 张世海, 王光远
2002, 19(5): 12-15,3.
摘要:
本文在基于自组织竞争神经网络检索机制与模糊逻辑评判的实例推理系统基础上,讨论了该系统用于结构选型过程中的模糊推理过程;建立了高层建筑结构高度适应性的模糊评价标准;并将其应用于模糊推理系统中;以剪力墙结构高度适应性评价为例展示了推理过程。证明采用模糊推理系统作为设计型结构选型决策支持系统的评价模块是理想的解决方案。
壳体的有限元线法分析(Ⅱ)——数值算例
叶康生, 袁驷
2002, 19(5): 16-23.
摘要:
本文介绍了用前文所构造的任意曲面壳体的四边形有限元线法[1]单元所作的几个数值算例。算例表明该单元具有精度高、网格适应性好、厚薄通用的特点,采用p收敛技术可顺利克服闭锁,同时获得高精度的位移和内力,是求解壳体结构的一种有竞争力的半解析方法。
采用非连续变形分析对空气冲击湿砂造型过程的数值模拟
姚振汉, 张锐
2002, 19(5): 24-28.
摘要:
空气冲击湿砂造型过程有着本身的特点:快速冲击,离散的材料体系,材料非线性和几何大变形并存,是一个非常复杂的力学过程。本文首次使用非连续变形分析(DDA)的方法建立了粘弹性本构非连续块体模型模拟松散型砂体系,对松散型砂在空气冲击作用下的密实过程进行了数值模拟。通过与相应的实验数据以及有限元方法的计算结果进行比较,本文得出以下结论:非连续变形分析方法可以较好地解决湿砂造型空气冲击紧实过程的数值模拟问题,其应力时间曲线与实测曲线趋势基本相同,相对于有限元方法的计算结果来说,DDA的计算应力值与实测应力值的偏差比较小;使用非连续变形分析进行松散型砂应力场的数值模拟比有限元方法更接近真实情况。
一种建立分区变分原理的新方法
罗建辉, 刘光栋, 龙驭球
2002, 19(5): 29-35.
摘要:
提出了一种建立弹性理论分区变分原理的新方法。放松了分区交界面上位移、应力连续的条件,证明了弹性理论分区求解体系的微分形式与积分形式的等价关系。本文以微分形式为前提,利用这种等价关系,在统一的构架下,导出了分区广义虚功方程和弹性理论分区变分原理。变分原理是积分形式的一种表现形式。讨论了积分形式的物理含义,提出了广义虚函数的概念。广义虚函数具有任意性、虚拟性。
铁路桥梁在地震作用下考虑行车安全的可靠度问题
谢楠, 陈英俊
2002, 19(5): 36-40.
摘要:
本文提出了地震作用下列车正常行驶极限状态的概念,研究与之相应的最优可靠度问题。为了求出设计基准期内与最小总费用对应的可靠度(最优可靠度),提出了一种简化方法,优化时采用了遗传算法和枚举法;用更新过程来描述损伤-修复过程,损伤指标用构件塑性铰处的最大曲率和极限曲率的比表示;以脱轨系数为依据判断列车能否正常行驶,采用响应面法求解失效概率。通过一算例求出了最优失效概率和相应的设计。
增补挠度场和剪应变场的厚薄板三角形广义协调元
龙志飞, 刘志海
2002, 19(5): 41-47.
摘要:
本文提出将薄板三角形单元扩展为厚薄板通用单元的一般方法。对于薄板极限情况,这种厚薄板通用单元自动退化为原有的薄板单元,完全无剪切闭锁现象发生。应用此法构造的厚薄板通用三角形单元GCLLM-T9自由度少,推导简明并具有通用性,能够通过分片检验。数值算例表明单元GCLLM-T9对薄板和厚板都具有较高的精度,适用于实际工程计算。
钢-混凝土组合梁抗剪研究中的塑性分析方法
聂建国, 陈林, 肖岩
2002, 19(5): 48-51.
摘要:
为了研究钢-混凝土组合梁正弯矩区的组合抗剪性能,本文对16根密实截面钢-混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。在试验研究中,为了分离组合梁各抗剪部分承担的剪力,需要计算钢梁腹板所承担的剪力。本文介绍一个钢梁腹板在塑性流动阶段的剪应力计算方法,并且该方法还能判断钢材是否进入强化阶段。为了验证这一方法的正确性,作者还进行了2个纯钢梁试件的抗剪试验,试验结果与计算值吻合良好。
混凝土经历三向受压荷载历史后强度劣化及超声波探伤方法的研究
逯静洲, 林皋, 王哲, 肖诗云
2002, 19(5): 52-57.
摘要:
本文采用混凝土立方体试件,对其施加三轴受压荷载历史作用,分别测量载前和载后的抗压强度、劈拉强度和超声波速。基于连续介质损伤力学理论,用抗压强度和抗拉强度的劣化来定义混凝土的损伤,研究了经历过三轴受压荷载历史后损伤与超声波速降低的关系。根据试验数据拟合得到损伤的演化方程,从中可以看出损伤与超声波速的降低之间具有较好的线性相关性。研究结果表明,作为混凝土非破损检测技术中的一种重要方法,超声波探伤方法所需设备简单,操作方便,可以广泛应用于混凝土结构损伤检测。
脱层复合材料梁的多参数振动反分析
罗松南, 傅衣铭, 曹志远
2002, 19(5): 58-61,8.
摘要:
本文研究了具任意脱层复合材料梁的多参数振动反分析。基于弹性理论建立了考虑横向剪切变形时复合材料脱层梁的基本方程式。对脱层梁进行了分区处理,方便地描述了脱层长度、脱层位置。利用边界条件、区间位移连续性条件和弯矩剪力平衡条件建立了反分析的特征方程式。由系统的特征方程式求出主要参数的初值,采用逐步搜索的方法,利用一阶振型振幅比值之方差为最小,求出其余待定参数。为工程无损检测提供理论依据。
钢筋混凝土结构施工活荷载现场调查与统计分析
张传敏, 方东平, 耿川东, 王欣
2002, 19(5): 62-66.
摘要:
施工过程中的安全分析与控制要求对施工活荷载有较准确的估计。本文通过对一批钢筋混凝土结构在施工期间活荷载的现场调查、统计和分析,发现施工活荷载中堆积荷载是主要的,施工活荷载可以用指数分布描述,对指数分布的参数进行估计,并将施工活荷载转化为均布荷载。参照结构正常使用阶段荷载标准值的取法,给出了钢筋混凝土结构施工活荷载标准值的建议。研究结果可用于施工期结构的安全分析与控制,承包商也可以据此合理安排施工进度及现场材料的堆放。
一向侧压混凝土在不同加载速率下的受压试验及其破坏准则
吕培印, 宋玉普, 侯景鹏
2002, 19(5): 67-71.
摘要:
本文利用大连理工大学的大型混凝土静、动三轴试验系统,完成了4种侧应力等级和4个数量级加载速率的混凝土受压试验试件共63个。系统地探讨了侧应力和不同加载速率下的受压强度规律。在此基础上,建立了相应的混凝土破坏准则。为地震区受动态双轴压作用的混凝土结构、海上混凝土采油平台等重要结构的动态分析,奠定了可靠的基础。
有限元法和退火进化算法相结合分析结构模糊可靠性
刘扬, 张建仁
2002, 19(5): 72-77.
摘要:
结构的失效除了具有随机性,还应具有模糊性。本文在介绍一种修正的联合概率密度函数的基础上,采用有限元法和退火进化算法相结合来研究结构的模糊可靠度。在每一模糊失效水平下,有限元法用来计算荷载效应项,并将荷载效应项代入原联合概率密度函数形成修正的联合概率密度函数。为了解决进化算法的早熟收敛问题,采用模拟退火算法与进化算法相结合,以保证更有效地搜索到最可能失效点(设计点)。解决不存在显式极限状态方程的大部分实际结构的可靠度研究的困难。数例结果表明该法可直接应用现有的确定性的有限元程序,并且具有很好的效率和精度。
标准火灾作用后矩形钢管混凝土柱剩余承载力的研究
韩林海, 杨华, 霍静思, 杨有福
2002, 19(5): 78-86.
摘要:
通过对6个矩形截面钢管混凝土柱按ISO-834标准升温曲线升温作用后的试验,研究火灾作用后矩形钢管混凝土柱的力学性能和剩余承载力。结果表明,在本次试验参数范围内,火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重。在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力~应变关系模型的基础上,本文计算了火灾作用后矩形钢管混凝土压弯构件荷载~变形关系曲线,理论计算结果得到试验结果的验证。在分析了各参数,如火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率、构件长细比、截面高宽比和构件截面尺寸等影响的基础上,本文提出火灾作用后矩形钢管混凝土柱承载力实用计算方法。
混凝土的P-D-ε曲线及其累积损伤特性分析
张立翔, 赵造东, 李庆斌
2002, 19(5): 87-91.
摘要:
本文在大量试验的基础上建立了描述混凝土在疲劳载荷作用下损伤与应变的概率关系的P-D-ε曲线。使用该曲线可以十分方便地研究在不同存活率下混凝土的损伤阈值应变、破坏极限应变与损伤量的关系,判断混凝土结构在任意应变状态下所处的损伤状态或剩余强度。提供了一种依据实测应变量及应变变化评估混凝土结构可靠度和寿命的有效途径。
用统一强度理论求解轴对称混凝土板的冲切强度
魏雪英, 杨政, 于澍, 廖红建, 邵珠山
2002, 19(5): 92-96.
摘要:
本文采用统一强度理论作为混凝土的破坏准则,求解了轴对称混凝土板的冲切破坏强度,利用上限定理求出了一组破坏荷载,得出了强度理论参数b对冲切强度的影响曲线。所得的解可以考虑材料的中间主应力效应对冲切破坏强度的影响, 可以灵活地应用于工程上的各种不同材料, 公式形式简单便于应用, 且与已有结果及试验资料符合较好。
波浪作用下海床的稳定性与液化分析
吴梦喜, 楼志刚
2002, 19(5): 97-102.
摘要:
波浪作用下海床的稳定性与液化分析是海底管线、防波堤和海洋平台设计中必须仔细考虑的问题。本文推荐了一个循环荷载作用下土体的弹塑性实用本构模型,并给出了一种粉土的模型参数。该模型直接根据初始应力状态和循环应力的大小与作用时间计算土体的塑性应变增量,在有限元计算中不需要引入弹塑性矩阵。采用Biot理论和有限单元法,计算了粉土海床在波浪作用下的孔隙水压力和有效应力的变化过程,并对海床的稳定性和液化进行了分析。计算结果与波浪槽实验反映的规律是相符的。
结构-滑移基础-土非线性相互作用体系主共振与分叉
姜忻良, 贾勇
2002, 19(5): 103-107.
摘要:
本文基于修改后的非线性Davidenkov动力模型,采用非线性有限元得到基础与土之间的滑移刚度,从而建立了结构-滑移基础-地基土相互作用体系。用平均法研究体系的主共振,得到主共振定常解和幅频响应函数,讨论了定常解的稳定性。根据奇异性理论求得开折参数平面下的转迁集和分叉图,从分叉图出发讨论了体系的动力行为,得到了一些有益的结论。
部分预应力混凝土梁的应力和变形
王军文, 梁志广, 李建中
2002, 19(5): 108-113.
摘要:
本文运用有限元步进法,结合按龄期调整的有效模量法,对部分预应力混凝土梁在不同荷载阶段截面的应力和变形进行了分析探讨。分析时不仅考虑了混凝土的收缩、徐变以及预应力钢筋的松弛等因素的时效影响,而且当混凝土中所受的拉应力超过其抗拉强度时还考虑了混凝土开裂的影响。根据分析方法编制了部分预应力混凝土梁的计算分析程序,并运用该程序对某座部分预应力混凝土梁的截面应力和变形进行了详细分析。
致密岩石渗透特性参数的测量解释方法
郭大立, 曾晓慧, 江茂泽
2002, 19(5): 114-117.
摘要:
确定储油气层岩石的渗透特性参数(例如,渗透率和孔隙度)是油气田勘探与开发中的一项基础工作,而对于低渗透致密岩石的渗透率,由于室内实验时流体流动速率很小,采用常规岩芯方法难以直接测量。根据实验室的岩芯分析装置和实验过程,通过数值求解描述流体在多孔介质中不稳定渗流的数学模型和自动拟合岩样上、下流压力随时间的变化,建立了识别岩芯渗透率和孔隙度的最优化模型,并给出了模型的数值解法。最后,通过理论验证和实测数据计算说明了方法的实用性和可靠性。
编织复合材料的裂纹损伤与增长行为研究
姚学锋, 林碧森, 张志勇, 金观昌
2002, 19(5): 118-122.
摘要:
本文利用数字散斑相关方法对玻璃纤维/环氧树脂编织结构复合材料在三点弯曲载荷作用下裂纹损伤演化、增长的力学行为进行了实验研究,记录了裂纹尖端局域场形变的散斑图像,提取了不同加载水平下的位移场,确定了裂纹扩展过程中其尖端的应力强度因子与能量释放率变化规律;从编织复合材料的宏细观方面,分析了裂纹的损伤变形及其扩展机理。
受腐蚀钢筋混凝土构件破坏过程的分形行为
范颖芳, 周晶, 冯新
2002, 19(5): 123-129.
摘要:
本文根据试验资料,分析了受腐蚀钢筋混凝土构件在荷载作用下开裂及裂纹的演化、分布特性,证明了受腐蚀钢筋混凝土构件表面裂缝具有分形特征。利用分形几何学研究受腐蚀钢筋混凝土构件开裂及破坏过程,讨论了受腐蚀钢筋混凝土构件表面裂缝的分维数与构件中混凝土及钢筋的腐蚀损伤程度之间的关系及其延性系数降低量之间的关系。研究表明该分维数可作为构件受腐蚀程度的衡量指标,并可用来评估不同腐蚀程度钢筋混凝土构件的力学性能,从而为受腐蚀钢筋混凝土构件的剩余寿命评价提供了一个新的途径,为受腐蚀钢筋混凝土结构的承载力研究建立了一定的理论基础。
埋地管道的非平稳随机振动
帅健, 许葵
2002, 19(5): 130-134.
摘要:
将实际地震地面运动看作为非平稳随机过程,研究了埋地管道的非平稳随机响应,考虑地面运动的相关性,导出了轴向和横向振动响应(应力和位移)的相关函数的解析表达式,实例计算了一条埋地管道非平稳随机振动的应力和位移的时间历程。
重力梯度稳定卫星伸展动力学研究
林原, 李俊峰
2002, 19(5): 135-138.
摘要:
针对重力梯度卫星姿态控制系统的设计需求,本文首先推导了卫星姿态和重力梯度杆伸展的耦合动力学方程,其中重力梯度杆伸展动力学方程是根据其结构特点利用能量方法建立的。最后以“清华一号”卫星为算例进行了数值仿真计算,在不同初始条件下,得到了重力梯度杆伸展过程中杆长和三个姿态角的变化规律。探讨了保证重力梯度杆伸展后卫星姿态能正确捕获所需的条件。
浮基多刚体系统动力分析
陈徐均, 沈庆, 崔维成
2002, 19(5): 139-143.
摘要:
引入浮体势流流固耦合理论和多刚体力学的凯恩方法对浮基多刚体系统进行动力分析。考虑入射规则波的影响和上部作业物体进行回转作业、升降作业的影响,建立了浮基多刚体系统的运动方程,讨论了浮基多刚体系统运动方程在三类情况下的求解途径。
有限长厚壁圆筒康托洛维奇应力变分解端部偏差的修正
林小松
2002, 19(5): 144-149.
摘要:
本文指出文献[4]、[5]在用康托洛维奇应力变分法解有限长厚壁圆筒轴对称问题时存在的端部应力偏差;提出一个消除该偏差的反向端部效应的问题;通过简单计算推导出满足其全部应力边界条件与平衡微分方程的应力表达式,并用应力变分法求得其解答;数值计算结果表明,该解答较好地修正了文献[4]中端部附近应力的偏差。
网络机群下多项式预处理EBE-PCG并行算法设计与实现
乐志华, 程建钢, 姚振汉
2002, 19(5): 150-155.
摘要:
针对单机上实现困难,计算费用高昂的大规模结构动力学问题,本文采用将总体运算分解到单元上进行的EBE计算策略和基于区域分裂的SBS存储和任务分配策略,设计了粗粒度EBE-PCG并行算法,并在网络机群环境下得以实现。在PCG迭代法中分别采用Jacobi预处理矩阵和多项式预处理矩阵,比较它们的迭代求解效率。悬臂梁受冲击载荷与吉普车车架振动响应分析问题的数值算例,证明了该算法不但能够显著地提高问题的求解规模,适合大规模结构分析计算;而且还能获得良好的并行效率,是一种适合网络机群并行环境的有效的粗粒度并行算法。
任意轴对称荷载作用下的圆杆分析
任青文, 赵引, R. Y. Liang
2002, 19(5): 156-159.
摘要:
锚杆与周围介质相互作用问题涉及圆杆在轴对称荷载作用下的应力应变分析,本文提出一种付里叶方法来分析圆杆在任意轴对称荷载作用下的位移场和应力场,而且考虑了付里叶级数中任意两项的耦合。为了验证这一方法的正确性,本文还导出圆杆在均匀轴对称荷载作用下的理论解。分析成果表明所提方法对于任意轴对称荷载作用下的圆杆问题具有相当好的精度,分析时必须考虑付里叶级数中任意两项的耦合作用。
计入应力偶效应和空化效应的滑动轴承热流体动力润滑数值研究
王晓力, 朱克勤
2002, 19(5): 160-164.
摘要:
基于应力偶理论和Elrod空化算法建立了滑动轴承热流体动力润滑数学模型,数值求解了应力偶流体的Reynolds方程、油膜能量方程及轴瓦热传导方程,考察了应力偶效应对滑动轴承热流体动力润滑性能产生的影响。结果表明:应力偶流体明显地提高了油膜压力,降低了轴承摩擦系数,同时也使端泄流量和轴承的温度场有所改变。
提速列车作用下上承式钢板梁受迫振动实验研究
张楠, 夏禾, 黄绚晔, 于鹏程
2002, 19(5): 165-170.
摘要:
本文通过对京哈线下行大清河桥第9孔33.6m上承式钢板梁桥的现场实验结果的分析,以测试孔跨中实测横、竖向振幅为依据,较为详尽地研究了在提速列车作用下桥梁的自身的动力特性及其在提速列车作用下的动力响应,给出了在不同列车运行速度、不同列车编组情况下桥梁横、竖向振幅以及一阶受迫振动频率的变化关系,并对桥梁在列车通过时的桥梁的振动形态、结构的薄弱点及其加固方向进行了初步的探讨。