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2002年  第19卷  第6期

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基本方法
人工神经网络在钢管砼增强高强砼柱抗剪承载力预报中的应用
陈周熠, 赵国藩
2002, 19(6): 1-5.
摘要:
探索应用人工神经网络对截面核心用钢管砼增强的高强砼柱的抗剪承载力进行评估的可能性,利用该柱剪切性能试验的结果,其中的24组数据作为学习样本,另外的6组数据则作为测试样本,训练了一个三层BP网络,进行了柱抗剪承载力的预报,结果和试验值吻合良好。进而利用该网络模型分析了不同参数对柱抗剪承载力的影响,表明采用钢管混凝土作核心对增强高强混凝土柱的抗剪承载力有很好的效果,分析还表明随着体积配箍率的增大,柱的抗剪承载力也相应地得到提高。
循环小波变换及其应用
于开平, 邹经湘, 谢礼立
2002, 19(6): 6-10.
摘要:
介绍了循环小波的概念及其循环小波变换的快速算法,详细描述了由原正交小波获得其相应的循环小波的过程,从其中的缠绕叠加过程中,给出了信号的循环小波分解的一般公式,对任意长度数据的信号使用任意偶数的Daubechies小波的变换矩阵的构成给出了统一的描述。接着对使用循环小波变换识别结构系统脉冲响应函数的思想进行了仿真研究。在仿真中以两自由度和悬臂梁结构系统为例考虑了不同的小波对识别精度的影响,还讨论了循环小波变换方法的总体平均性能。
带旋转自由度的广义协调三角形膜元
文学章, 龙驭球, 何放龙
2002, 19(6): 11-15.
摘要:
应用广义协调元理论,通过增加内参位移的方法,构造了两个具有旋转自由度的三角形膜元。本文单元能通过任意三角形分片检验,符合连续介质力学关于旋转自由度的定义,并且没有引入刚性转角假设。数值算例表明其具有较高的计算精度。
小生境遗传算法在反演堤坝地震勘探数据中的应用
杨慧珠, 杜祥, 张世俊
2002, 19(6): 16-21.
摘要:
基于反演问题的不确定性和目标函数的多峰性,本文提出引入小生境遗传算法,采用自适应控制交配概率和变异概率,求解出目标函数的若干个局部峰(或全局峰),然后利用先验知识,判定得到满意解。本文对实测资料进行了层速度与厚度的反演,通过实际值与反演值的比较,验证了进行多峰优化的有效性。
磁流变阻尼器对斜拉索振动控制研究
王修勇, 陈政清, 高赞明, 倪一清
2002, 19(6): 22-28,4.
摘要:
大跨度斜拉桥拉索的风雨振现象越来越引起人们的重视,应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制是一种新的探索。本文采用模态坐标表示的拉索运动方程和Bingham模型,对磁流变阻尼器-拉索系统的阻尼特性进行了全面仿真模拟,得到了阻尼器安装位置、外部激励大小及阻尼器输入电压等参数对系统前三阶模态阻尼比的影响规律,介绍了在洞庭湖大桥应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的试验研究情况,试验与仿真结果具有很好的一致性,表明仿真计算模型和方法是正确的和可行的。对磁流变阻尼器减振效果的仿真计算表明,该阻尼器具有很好的减振性能。在实际风雨振发生时实测的加速度响应进一步印证了仿真结果,表明应用磁流变阻尼器能很好地抑制拉索风雨振现象,磁流变阻尼器将是抑制拉索风雨振一种非常有效的手段。这些对于应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制具有重要的指导意义。
结构被动变刚度控制系统
丁建华, 欧进萍
2002, 19(6): 29-32.
摘要:
本文提出一种新的结构被动控制系统棗被动变刚度控制系统,介绍了该系统的构造及其控制原理,建立了用于结构分析的控制系统计算模型,通过对单自由度结构控制效果的数值模拟分析,显示了该控制系统良好的减振效果。
水泥加固土的弹塑性损伤模型
童小东, 龚晓南, 蒋永生
2002, 19(6): 33-38.
摘要:
水泥加固土作为一种弹塑性介质,但很难用通常的弹塑性模型来描述。本文通过对水泥加固土的损伤试验得到的一系列损伤关系曲线的分析,分别推导建立了水泥加固土的弹性与损伤、塑性与损伤本构关系并首次建立了水泥加固土的弹塑性损伤模型。通过与损伤试验结果的对比,证明了本文所建立的水泥加固土的弹塑性损伤模型是合理的。
桩板基础减振的有限元计算
刘艳华, 陈勇, 陆明万
2002, 19(6): 39-43.
摘要:
利用有限元方法求解了建筑-桩板基础-地基的相互作用问题,通过计算得出了采用桩板基础能很好的达到减振的目的以及桩板基础对不同频率激励的减振效果。说明了用直接积分法解动力学问题时阻尼的简化处理方法以及微振问题有限元计算中地基的处理方法和模型中单元从密到疏过渡方案的选取。
受径向约束细长水平管柱的正弦屈曲
刘凤梧, 高德利, 徐秉业
2002, 19(6): 44-48.
摘要:
本文首先利用能量变分原理得到了受径向约束水平受压管柱的屈曲微分方程及其应满足的端部边界条件。通过能量方法得到了管柱处于正弦屈曲状态时变形与载荷的关系,并证明了正弦屈曲中管柱的平衡状态是稳定的;求出了初始正弦屈曲的临界载荷和能保持正弦屈曲状态的最大载荷。屈曲微分方程的数值结果与理论解有良好的一致性。
粘弹性圆柱壳在轴向恒压下的动力稳定性
彭凡, 傅衣铭
2002, 19(6): 49-53.
摘要:
基于Timoshenko-Mindlin假设,得到考虑粘弹性的各向同性圆柱壳及纤维增强正交铺设层合圆柱壳在轴向恒压下的动力学方程。文中对两端简支的圆柱壳进行了分析,依Laplace变换,导出动力稳定的特征方程,由Routh-Hurwitz判据建立动力稳定性条件,对两类圆柱壳讨论了横向剪切变形的影响。
有限元并行计算中网格自动区域划分的研究
郑哲明, 程建钢, 姚振汉
2002, 19(6): 54-57.
摘要:
本文针对集群系统下大规模并行有限元分析,设计了简单实用的网格自动区域划分算法,以使并行计算时减少由于负载不均衡所引起的效率下降,并应用于“汽车碰撞模拟”项目中的车架模型的分割。重点讨论并改进了贪婪算法和ANP算法,并比较了两种算法各自的特点及其适用性。通过数值算例证明,对于不同类型的有限元网格都得到了满意的结果,本文的算法具有广泛的适用性。且对该算法稍加改进,则可应用于各类动态并行计算问题所提出的动态负载均衡要求。
遗传算法中约束的凝聚选择和复合形处理方法
唐文艳, 顾元宪
2002, 19(6): 58-62.
摘要:
本文在实数编码的遗传算法中对约束条件提出一种凝聚选择和复合形法处理的方法。利用凝聚函数求出个体的约束违背值,在选择中不仅考虑适应度值而且考虑约束违背值,使有潜力的个体优先被选择。利用复合形法对违背约束的个体进行改进,从而改善整个种群的性能、增加可行个体数量,有利于最优解的搜索。算例表明本文方法是可行和有效的。
点式玻璃建筑中四点支承玻璃板的受弯分析
王元清, 杨威, 梁宇钒, 石永久
2002, 19(6): 63-66.
摘要:
现有的玻璃幕墙规范(JGJ102-96)对点式支承玻璃的应力和位移分析尚未作出明确规定。本文在弹性板壳力学的基础上进行相应的受弯分析,针对实际工程给出了简单适用的计算方法,其结果与有限元分析和试验研究结果相吻合。本计算方法简单明了,可为规范修改和工程设计提供必要理论依据。
DX桩单桩承载力的有限元分析
陈轮, 常冬冬, 李广信
2002, 19(6): 67-72.
摘要:
用有限元法对竖向桩顶荷载作用下DX桩桩周土的应力变形及桩身荷载传递特点进行了数值分析。给出了桩周土体的应力位移等值线,分析了扩径体数量、间距及形状对DX桩承载性能的影响,进一步揭示了DX桩的单桩承载力机理,可为DX桩的承载力设计提供参考。
内压荷载下安全壳1:10模型结构非线性有限元分析
陈勤, 钱稼茹
2002, 19(6): 73-77.
摘要:
对先进核电厂预应力混凝土安全壳1:10模型结构进行了内压作用下的非线性有限元分析。径向位移计算值与实验值的比较说明了计算模型和计算参数基本合理;由于预应力的作用,内压加至0.6MPa,模型结构仍处于受压状态,满足使用要求;1.5m至3.0m高范围内的径向位移大于其它高度的径向位移,标高2.0m左右的径向位移最大;沿模型结构环向,63.24°附近的径向位移大于其它位置的径向位移;极限内压为1.34MPa,为设计内压的3.35倍。分析表明,新开发的先进核电厂安全壳结构在内压作用下是安全的。
钢纤维钢筋混凝土柱的抗剪承载力计算方法
罗素蓉, 郑建岚, 郑作樵
2002, 19(6): 78-81.
摘要:
采用钢纤维混凝土的应力应变关系,将协调桁架模型应用于钢纤维钢筋混凝土柱的抗剪承载力计算,推导出其理论计算公式。为便于工程应用,同时提出了实用的计算方法。通过与试验结果的对比表明,本文计算公式具有较好的精度。
混凝土植筋锚固极限承载能力分析
周新刚, 王尤选, 曲淑英
2002, 19(6): 82-86.
摘要:
混凝土植筋在工程上有广泛的应用,但植筋锚固与常规的钢筋锚固有很大的不同,规范中没有相应的设计计算理论。研究了混凝土植单筋与植群筋在拉拔力作用下的破坏形态与破坏机理,讨论了粘结胶厚度、混凝土强度、锚固深度、多根植筋组合效应等因素对混凝土植筋锚固极限承载能力的影响。分析了锥体-粘结复合破坏形态下的锚固承载能力,并与试验结果进行了比较。结果表明,理论分析与实验结果吻合良好。文中公式可供实际工程参考。
金属成形过程的回弹变分原理
付宝连
2002, 19(6): 87-92.
摘要:
引入了回弹反耦联系统和回弹反耦联方程的概念。应用加权余量法于该回弹反耦联方程,建立了金属成形过程的回弹最小势能原理和回弹最小余能原理。并且,应用回弹最小势能原理于悬臂梁和曲梁的回弹变形计算。
成层地基与浅埋结构物动力相互作用的简化分析
张嘎, 张建民
2002, 19(6): 93-97,1.
摘要:
基于任意侧向位移下挡土墙地震土压力理论,建立了新的地基-浅埋式结构物相互作用力与其相对位移之间的关系,并对该关系加以推广,应用到成层地基及深基础情形。提出了一种实用的求解成层地基-浅埋式结构物动力相互作用的简化质-阻-弹模型,该方法概念简单合理,参数确定简便,不需迭代,计算量小,可适用于以下情形:1) 结构物可视为粘弹性介质;2) 地基和浅埋式结构物可简化为一维运动;3) 结构物运动对土体运动的影响忽略不计。
约束层阻尼夹芯板动态特性分析
刘天雄, 华宏星, 石银明, 陈兆能
2002, 19(6): 98-104.
摘要:
本文给出了新的建立约束层阻尼薄板动力学模型的方法。粘弹性材料的本构关系随温度和频率变化,难以对粘弹结构进行动特性分析及控制研究,本文采用GHM方法描述弹性材料的本构关系,将粘弹性材料的动力特性描述与工程上最常用的有限元分析结合起来,建立了悬臂约束层阻尼板的动力学模型,计算了约束层阻尼夹芯悬臂板的模态参数,计算结果同其它方法相比,精度高且更接近于实验结果,同时与ANSYS5.5及NASTRAN70.7的计算结果基本一致,表明本文给出的方法是准确可靠的。
GSQ24壳体单元用于板壳结构的几何非线性分析
邵国建
2002, 19(6): 105-109.
摘要:
在考虑剪切变形的Von Karman大变形小应变假设下,基于全Lagrange描述方法,将平面内带有旋转自由度的GSQ24壳体单元用于板壳结构的几何非线性分析,给出了板壳结构大变形下的小位移刚度矩阵、初应力刚度矩阵、初位移刚度矩阵有限元列式。同时,文中也给出了既考虑材料非线性,又考虑几何非线性的强非线性问题的板壳结构分析时的有限元列式。数值算例与变分法和级数解结果比较,表明本文方法的可行性。
含预制分层损伤复合材料层合板在压缩载荷下破坏过程和剩余强度的模拟
任浩雷, 刘元镛, 矫桂琼
2002, 19(6): 110-114.
摘要:
本文运用一种具有较高精度的高阶位移模式,结合特定的损伤判据和刚度折减方法,建立了一种含损伤有限元模型,并利用其对多个含预制分层损伤的复合材料层合板在压缩载荷下的破坏过程进行了数值模拟,并最终得到这些层合板的剩余强度。与实验结果的对比表明,该数值模拟方法具有较高的精度和有效性。
精细直接积分法的积分方法选择
储德文, 王元丰
2002, 19(6): 115-119.
摘要:
讨论了精细直接积分法中积分方法选择问题。通过理论推导和数值试验,指出为保持精细算法的高精度,应根据荷载的性质选择合适的积分方法,并得出激励为多项式形式时应选择代数精度高的积分方法的结论,指出科茨积分、高斯积分是保持精细算法高精度的较好积分方法。
超椭圆中厚板的自由振动
武兰河, 刘进, 李延强
2002, 19(6): 120-125.
摘要:
本文用一种新型的数值方法棗微分容积法求解任意边界条件下超椭圆形中厚板的自由振动问题。通过微分容积法将中厚板自由振动的控制微分方程和边界条件离散成为一组齐次的线性代数方程,这是一典型的特征值问题,用子空间迭代法可求出其特征值和特征向量。文中通过一些数值算例研究了该方法的收敛性和数值精度,展示了该方法的可行性和有效性。
一种新的集成非线性杆件单元刚度矩阵的方法
谢靖中, 李国强
2002, 19(6): 126-130.
摘要:
对于非线性杆件单元,本文提出一种新的简便有效的集成单元刚度矩阵的算法。该方法直接从结构力学中的位移法的概念出发,通过解析积分或数值积分求解积分算子,由积分算子线性组合,能快速求解考虑弯、剪、扭、轴压等各种非线形刚度的杆件单元的刚度矩阵。该方法具有广泛的普适性,能适用于所有多项式、插值多项式、解析式、离散点描述的变刚度、变截面直杆的单元刚度矩阵集成计算。文中通过求解线性直杆单元刚度矩阵验证了该方法的正确性。
钢筋混凝土结构空间有限元分析的体梁组合单元
王家林
2002, 19(6): 131-135.
摘要:
本文提出了一种用于钢筋混凝土结构空间有限元分析的体梁组合单元模型。该模型将混凝土体元内的钢筋作为能承受轴力、剪力、弯矩和扭矩的梁元,根据钢筋和混凝土在单元内的位移协调条件和虚功原理将两者组合成一个单元。体梁组合单元模型能较全面地反映混凝土内钢筋的力学效应,能适应钢筋的任意布置方式,容许用较大的单元对结构进行离散,解决了大型钢筋混凝土结构有限元分析的单元划分问题。数值算例及其与解析解的比较演示了模型的可行性和精度。
柔性铰链的设计计算
吴鹰飞, 周兆英
2002, 19(6): 136-140.
摘要:
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。
任意开口薄壁截面圆弧曲梁的通用线性理论
许强, 童根树
2002, 19(6): 141-147.
摘要:
在曲梁精确的翘曲位移基础上,根据变分原理,提出了对任意开口薄壁截面圆弧曲梁通用的线性理论,给出平衡微分方程和相应的边界条件。定义了两个新的变量HvHθ,借助它们可以很方便地计算曲梁中的剪力和扭矩。最后就该理论在常见截面形式(工字形,槽形及无对称轴H形)水平曲梁中的应用进行说明,并与已有理论进行比较。
混凝土试样在静态载荷作用下断裂过程的数值模拟研究
朱万成, 唐春安, 赵文, 滕锦光
2002, 19(6): 148-153.
摘要:
提出了一个模拟混凝土断裂过程的细观力学模型,并应用该模型从混凝土的细观非均匀性结构出发,对混凝土试样在单轴和双轴静态载荷作用下的断裂过程进行了数值模拟,给出双轴载荷作用下混凝土的强度包络面。数值模型结果较好地模拟了混凝土试样从裂纹萌生、扩展到宏观裂纹形成的整个断裂过程,与实验结果表现出较好的一致性。
阶梯状或线性变厚度正交异性圆板的横向振动
陈殿云, 梁斌, 杨民献
2002, 19(6): 154-158.
摘要:
本文利用三节点变厚度环形单元,计算了变厚度柱状正交各向异性圆板的轴对称和非轴对称振动的自然频率。在单元矩阵的计算过程中将解析方法与数值积分相结合,大大提高了计算精度。计算实例表明,使用少数几个单元即可获得相当精确的计算结果。
不同类型流体阻尼器的结构损伤控制效果分析
杨国华, 李爱群, 程文瀼, 叶正强
2002, 19(6): 159-165.
摘要:
本文针对目前国内外关于流体阻尼器的研究现状,对输出力与运动速度不同关系的阻尼器的结构控制效果进行了理论分析和计算对比。分析中对于罕遇地震采用结构损伤为分析依据,对于多遇地震作用下则以层间最大剪力为依据。分析计算表明,流体阻尼器在罕遇下和多遇地震下均能大幅削减结构的地震反应,且流体阻尼器的输出力与速度次数的关系对阻尼器的控制效果有很大的影响,次数越小的阻尼器的滞回耗能效果越好,并且更能适应结构层间相对运动速度的变化,在实际控制设计中也更为方便。
浸水旋转壳体振动特性的有限条—边界元分析
魏发远, 李世其, 钟毅芳
2002, 19(6): 166-170.
摘要:
根据旋转壳体的结构特点,利用有限条法对其进行分析达到降维目的;对流场则提出了一种特殊的边界单元,这种边界元不仅能与结构的有限条单元协调,而且计算量小,精度高;在此基础上,通过凝聚降阶进一步减少流固耦合系统的控制方程。对典型浸水旋转壳的振动频率、模态以及响应作了全面分析,获得了理想的数值分析结果。
多级递阶工程结构系统抗地震设计的全局优化
朱靖华, 王光远
2002, 19(6): 171-180.
摘要:
多级递阶工程结构系统是复杂工程项目的主要工程结构依照功能逻辑关系所构成的多层次分支结构系列,表征了常见建设项目的一般性分布。以结构设防烈度为决策变量、地震灾害的多级设防为工程背景,建立了该系统全局优化的数学模型;考虑到系统的结构特点和目标函数的离散性,提出二个层次的优化计算方法,其中递级凝聚法用于大系统建模分析,改进的离散型共轭梯度法和改进的离散型 Lagrange 直接法分别执行具体的最优或次优化计算;算例讨论了复杂项目在抗震设防标准、工程造价和总投资分配方面的优化决策。上述概念、原则与方法为复杂工程的系统化设计、土木工程问题的科学决策提供了理论分析的基础。