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2004年  第21卷  第1期

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基本方法
平面与空间钢框架结构的简化柱梁模型
邵永松, 刘洪波, 谢礼立, 张耀春
2004, 21(1): 1-8,41.
摘要:
根据钢框架结构的受力特点,提出了平面简化柱梁模型、双重体系简化柱梁模型和空间简化柱梁模型.它们不但能考虑结构的空间作用、材料非线性和几何非线性等因素影响,还能考虑钢框架结构梁柱的强度比和刚度比、节点域变形、柱附加轴力引起的弯曲变形、梁间塑性铰和双重体系间转角的不协调性对地震响应的影响.简化柱梁模型能够对高层平面钢框架结构和空间结构进行有效的简化,并进行了钢框架的二阶弹塑性动力分析.
板壳非线性分析的新理论新方法
秦荣
2004, 21(1): 9-14.
摘要:
提出了板壳非线性分析的新理论新方法.首先建立了下列几个新的本构关系:塑性应变向量增量与总应变向量增量的新关系,热塑性应变向量增量与总应变向量增量及温度应变向量增量的新关系,粘塑性应变向量增量与总应变向量增量的新关系,热粘塑性应变向量增量与总应变向量增量及温度应变向量增量的新关系.这些关系分别称为弹塑性应变增量理论、热弹塑性应变增量理论、弹粘塑性应变增量理论及热弹粘塑性应变增量理论,避开了屈服曲面、加载曲面、流动法则及复杂的非线性应力应变关系.其次建立了非线性样条无网格法,这种方法是以新的本构关系、几何非线性理论、变分原理、广义变分原理、加权残数法及样条离散化为基础建立的,避免了经典本构关系及有限元法带来的巨大困难及缺陷,不仅计算简便,而且精度高,收敛速度很快.建立了板壳非线性分析的统一格式,对板壳的几何非线性分析、材料非线性分析及双重非线性分析都适用.
位于弹性半空间上的理想流体层动力反应——平面SV波入射
王进廷, 张楚汉, 金峰
2004, 21(1): 15-20.
摘要:
根据弹性固体与理想流体动力学方程,导出了固-液介质交界面上波的透射与反射系数的理论公式,分析了平面SV波从弹性半空间入射到与理想流体层的交界面时,弹性半空间的弹性模量和密度,平面SV波的入射角和频率,以及流体的体积模量和密度对理想流体层动压力的影响.
一种改进的基于频率测量的结构损伤识别方法
谢峻, 韩大建
2004, 21(1): 21-25.
摘要:
基于频率测量的结构损伤识别方法具有测试简便,精度较好的优点.在分析结构固有频率用于结构损伤识别的机理的基础上,对一种较好的基于频率的结构损伤识别方法进行了综合评述,并对针对其不足进行了改进.钢筋混凝土三跨连续梁的数值模拟计算表明,中低损伤度的识别结果令人满意.经过改进的方法计算简单,综合识别能力较强,便于工程应用.
方形断面高层建筑的气动阻尼研究
全涌, 顾明
2004, 21(1): 26-30,4.
摘要:
通过长细比为6的方形断面柱体单自由度气动弹性模型的风洞试验,利用随机减量方法对这类高层建筑的横风向及顺风向气动阻尼进行了估算,分析了折减风速大小、结构所处风场类型及结构阻尼对气动阻尼的影响规律,拟合得到实用计算公式,可供规范修订时参考.
非线性破坏准则对被动土压力的影响
杨小礼, 李亮, 刘宝琛
2004, 21(1): 31-36.
摘要:
在上限定理的基础上,根据非线性破坏准则,对墙后填土建立机动容许的速度场,运用流动法则以及速度边界条件求解被动土压力的上限解.首先通过“切线法”引进变量,然后对墙后填土建立三种含有变量的速度场,求出被动土压力的目标函数与约束条件,最后根据“序列二次规划算法”对该问题进行优化.数值结果表明:当非线性破坏准则变为线性破坏准则时,结果与前人的成果一致;非线性参数对被动土压力有重要影响.
含裂纹的矩形截面压电材料反平面问题的应力场和电场
刘淑红, 段士杰, 齐月芹, 邹振祝
2004, 21(1): 37-41.
摘要:
研究了含裂纹的矩形截面的压电材料在平面内电场和反平面荷载作用下的问题.得到了满足拉普拉斯方程、电渗透裂纹面边界条件的位移函数解和电势函数解,从而得到了电场和弹性场的基本解.最后,用边界配置法计算了应力强度因子和能量释放率.结果表明,这种半解析半数值的方法计算简便,而且具有足够的精确性和广泛的应用性.
基于神经网络的桥梁损伤位置识别
孙宗光, 高赞明, 倪一清
2004, 21(1): 42-47.
摘要:
损伤位置识别是对大型桥梁结构进行损伤检测的重要一步.以汲水门斜拉桥为背景,对应用神经网络的模式分类技术识别桥面结构损伤位置的方法进行了研究.使用了两种类型的网络,简称动态网络和GA网络,探讨了这一方法的可行性.动态网络的网络结构是根据训练进程而动态地确定的.GA网络是在训练中引进了遗传算法.比较了两种网络对损伤位置的识别效果.结果表明,应用神经网络的模式分类技术对桥梁桥面结构损伤位置识别的方法是可行的.只需要较少的输入数据,两种网络均可产生较好的识别结果.
基于普通光纤的螺旋缠绕式准分布光纤传感器的研究
杜彦良, 金秀梅, 孙宝臣, 魏斌
2004, 21(1): 48-51,9.
摘要:
针对用传统测试方法难以有效实现大型结构应力状态的分布测试问题,提出采用螺旋缠绕式光纤应变传感器进行测试的新方法.建立了此种光纤传感器的理论模型,对其传感原理进行了理论分析,并进行了实验研究,证明了其可行性.该传感测试方法为大型结构特别是预应力混凝土结构中预应力筋的应力分布测试提供了新的解决思路.
模糊随机结构屈曲问题的区间有限元法
刘长虹, 陈虬
2004, 21(1): 52-55.
摘要:
利用可靠度理论中的置信区间和模糊集理论中的λ截集方法,可以把结构中的随机参数和模糊参数转化为区间数.这时模糊随机有限元平衡方程转化为区间方程组,因此利用区间运算方法或蒙特卡洛直接抽样法可以求解模糊随机结构屈曲问题,并且得到一个区间解.如果结合结构稳定性理论,在某些特定的情况下,其计算量与求解一个相应的确定性问题有限元法的计算量相当.
大跨越输电线路舞动稳定性研究
陈晓明, 邓洪洲, 王肇民
2004, 21(1): 56-60,1.
摘要:
推导了导线舞动的3DOF动力方程.3DOF动力方程不仅包括了导线的平面内和平面外运动,同时还包括了导线的扭转运动,能比较全面地反映导线舞动特性.以偏微分方程稳定性的判别为依据,提出了临界风速的概念用来判定导线舞动的稳定性.同时,引入了分裂导线刚度的计算分析方法,使得单导线和分裂导线的舞动方程在形式上取得了一致.为分析分裂导线的舞动提供了方便.
翼缘削弱型钢框架梁柱节点的性能研究综述
茹继平, 杨娜, 杨庆山
2004, 21(1): 61-66.
摘要:
介绍了1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震后钢框架新型延性节点的发展状况,着重讨论了狗骨式节点的性能研究进展,指出通过削弱梁翼缘可以有效提高钢框架的抗震性能,达到延性设计的目的.最后,探讨了狗骨式节点在今后的研究方向.
粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析
汤昱川, 张玉良, 张铜生
2004, 21(1): 67-71,1.
摘要:
基于结构空间杆系-层模型,推导了粘滞阻尼器减震结构的附加阻尼矩阵、动力平衡方程和相对能量方程.在高层建筑结构动力分析程序HBTA中增加对粘滞阻尼器减震结构的非线性动力分析.通过具体算例,验证了本文所建议动力分析方法的正确性,并考察了粘滞阻尼器对结构的减震效果.HBTA程序可以反映结构构件和粘滞阻尼器的内力和变形.对同时包含位移相关非线性和速度相关非线性的结构动力分析做了有益尝试.
LBB稳定性研究的可靠性分析及临界裂纹长度计算
郑炜, 董亚民, 孙学伟
2004, 21(1): 72-76.
摘要:
对当前工程计算领域的各种LBB稳定性研究方法进行了深入的可靠性分析,发现:形变塑性失效评定图法(DPFAD)和PD6493改进分析方法忽视了外加荷载的加载曲线的非直线性问题;而J积分撕裂模量汇交方法(J-T)所忽视的则是J积分加载曲线的非直线性问题.这些不足使得上述几种方法在理论上只能成为近似解法.而优化方法[1]由于不依赖于任何假设和几何原理,所以在精度上远远高于这些近似方法.基于上述分析,将对各种稳定性研究技术通过实例进行深层对比,并对作为稳定性分析反问题的临界裂纹长度计算进行了工程实例的验证.
钢结构吊车梁疲劳可靠性分析与评估
幸坤涛, 张家启, 岳清瑞
2004, 21(1): 77-80.
摘要:
通过钢结构吊车梁实测资料与以往疲劳试验资料进行统计分析,提出了荷载与抗力的统计参数,用一次二阶矩方法对钢结构规范中规定的8类连接和构造形式的疲劳可靠性进行了校准分析,根据计算结果给出疲劳目标可靠指标的建议值与分项系数的设计表达式.最后通过算例验证该评估方法的应用,可作为在役钢结构吊车梁疲劳可靠性检测评估的一种方法.
木结构古塔的动力特性分析
张舵, 卢芳云
2004, 21(1): 81-86.
摘要:
研究木结构古建筑的力学特性对保护和开发我国古建筑遗产具有重要意义.以山西北部释迦塔为研究对象,用有限元数值方法,通过引入梁单元组模拟斗拱连接,建立了具有木塔较细致结构的有限元计算模型,并通过木塔的实测模态结果方便地确定了斗拱这种复杂连接的刚度.对木塔进行了地震作用计算,计算结果与木塔现实残损变形集中在第二三层的现象一致.计算结果可为古塔的维护和修缮提供理论依据.
任意分布多个椭圆形刚性夹杂的反平面问题
杨班权, 刘又文, 薛孟君
2004, 21(1): 87-92.
摘要:
对于硬夹杂与软基体的复合材料,考虑夹杂间的相互影响,采用坐标变换和复变函数的依次保角映射方法,构造任意分布且相互影响的多个椭圆形刚性夹杂模型的复应力函数,同时满足各个夹杂的边界条件,利用围线积分将求解方程化为线性代数方程,推导出了在无穷远双向均匀剪切,椭圆形刚性夹杂任意分布的界面应力解析表达式,算例分析给出了单夹杂模型与多夹杂模型的夹杂形状对界面应力最大值的影响规律,并进行了对比,描绘出了曲线.
一种新的体系可靠度的近似计算方法
张小庆, 康海贵, 王复明
2004, 21(1): 93-97.
摘要:
提出了一种新的体系可靠度的近似计算方法.首先将一个线性失效模式在另一线性失效模式失效前提下的条件失效模式近似为一个等价的线性失效模式,然后利用条件概率的基本原理并结合所推导的等价失效模式的理论表达式,提出了一种并联体系可靠度的近似计算方法,从而将求解一组失效模式交集失效概率的复杂问题转化为求解一组线性等价失效模式失效概率乘积的简单问题.由于串联体系以及串并联混合体系均可表示为一系列失效模式交集的线性组合,因此方法可以很方便地应用于串联体系以及串并联混合体系的体系可靠度计算.此算法计算过程简单、计算量小、计算精度高,适合于大型结构体系的体系可靠度计算.
高耸结构驰振临界风速分析的精细时程积分法
张爱社, 张陵, 周进雄
2004, 21(1): 98-101.
摘要:
应用精细时程积分方法对高耸结构驰振运动方程进行了分析,并确定了驰振临界风速.首先应用模态坐标变换得到系统无耦合的运动方程,然后应用精细积分法计算结构的时程响应,再根据结构响应的对数衰减率判断结构的临界风速.最后,通过计算一个矩形截面高耸结构的驰振临界风速验证了方法的正确性.
谐波小波变换在转子—轴承系统多故障监测中的应用
万方义, 许庆余, 李松涛
2004, 21(1): 102-106.
摘要:
以谐波小波变换为工具,分析了转子—轴承系统出现裂纹与碰摩耦合故障时的振动特征,并分别讨论了油膜力、裂纹与碰摩的影响,为工程实际中转子系统的多非线性故障监测和诊断提供一种方案.结果表明,支承滑动轴承的非线性油膜力对转子系统的影响比较大,且裂纹与碰摩引起的耦合故障不是单裂纹和单碰摩故障的线性叠加.因此,转子系统多故障监测和诊断过程中,各个非线性因素应该得到充分考虑,并应从时域和频域同时进行分析,才能取得更为合理的结果.
考虑位移非线性影响的深基坑土压力计算模型研究
邓子胜, 邹银生, 王贻荪
2004, 21(1): 107-111.
摘要:
现行深基坑支护设计弹性地基梁法对墙后土压力未考虑支护结构位移的影响,对墙前开挖面以下也仅考虑位移的线性影响.这与实际情况不符,且开挖面以下的计算参数m不易准确确定.根据横向受荷桩的P-y曲线方程,建立了考虑支护结构位移非线性影响的土压力计算模型,对计算参数的影响因素及其确定进行了深入研究.试验验证表明,该模型能较好地反映实际情况,且计算参数的确定也相对容易和准确.
基于LQG/LTR的磁流变阻尼器半主动控制律
盛严, 王超, 潘颖
2004, 21(1): 112-117.
摘要:
针对由LQG(Linear Quadratic Gaussian)控制器设计的MR阻尼器半主动控制律鲁棒性差的问题,采用LQG/LTR(Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery)方法,使LQG闭环系统控制力返回比尽量逼近对应的LQR(Linear Quadratic Regulator)闭环系统的控制力返回比,得到具有改善鲁棒性的LQG控制器,然后按照某种规则设计磁流变(Magnetorheological:MR)阻尼器半主动控制律.最后对三层被控框架结构进行地震响应分析,数值结果表明由LQG/LTR得到的半主动控制律控制性能相比于由LQG得到的半主动控制律具有较好的鲁棒性和稳定性,并达到了LQR半主动控制律的控制水平.
双质体冲击振动成型机周期运动的稳定性与全局分岔
罗冠炜, 谢建华
2004, 21(1): 118-124.
摘要:
基于Poincar映射方法对双质体冲击振动成型机的动力学行为进行了分析,讨论了单冲击周期n运动的稳定性与局部分岔.通过数值仿真研究了双质体冲击振动成型机的周期运动向混沌运动演化的全局分岔过程,分析了系统参数对单冲击周期1运动、单冲击周期2次谐运动及混沌运动的影响.
含模糊参数弹性地基梁及桩的有限元分析
陈原, 钱江
2004, 21(1): 125-130,.
摘要:
利用模糊有限元方法研究了文克尔地基上的梁和桩在确定性荷载作用下的反应,其中梁和桩身材料的物性参数及地基参数均模拟成模糊变量.在上述模糊变量为小变量的前提下,利用一种基于普通摄动法原理的模糊摄动展开方法求解模糊有限元平衡方程组得到结构反应量的模糊集.导出了用模糊摄动展开方法求解弹性地基上梁和桩的计算公式,并研究了结构中各模糊参变量对结构反应量模糊集的影响.经与数值模拟的结果比较后表明,方法在精度和实用性方面可较好的满足要求.
斜拉桥参数振动有限元分析与半主动控制
李忠献, 陈海泉, 李延涛
2004, 21(1): 131-135.
摘要:
采用有限单元法分析了斜拉桥的非线性参数振动问题,验证了在一定的频率范围内斜拉索与桥面板会发生参数共振;提出了应用形状记忆合金(SMA)对斜拉桥的参数振动实施半主动控制,并数值模拟了其控制效果,结果表明,斜拉桥参数振动的SMA半主动控制,不仅能大幅度地降低斜拉索和桥面板的振动,而且能有效地抑制斜拉桥参数共振的发生.
粗细骨料比例和水泥石强度对混凝土断裂参数的影响
张君, 王林, 孙明, 刘骞
2004, 21(1): 136-142.
摘要:
骨料对于混凝土断裂性能的影响是近年来各国学者普遍关心的课题.采用基于粘性裂纹模型(FCM)的数值分析方法,通过三点弯曲试验,评价了粗细骨料比例(砂率:0.30-0.67)及水泥石强度(混凝土抗压强度:40-80MPa)对混凝土断裂参数的影响.这些参数包括抗拉强度、抗弯强度、应力-裂纹宽度关系和断裂能.研究结果表明,骨料总量一定而粗骨料含量不同时,抗压强度几乎不受影响,而随粗骨料含量增加,抗拉强度、抗弯强度和断裂能均逐渐增大.同时,水泥石强度增高,开裂强度、抗拉强度、抗弯强度和断裂能均增大.
建筑物风荷载测量技术与动态响应的研究
李会知, 关罡, 吴义章
2004, 21(1): 143-147.
摘要:
风荷载是建筑物的主要侧向控制荷载,测量风荷载及预测建筑物风响应是工程需要.利用高频天平能够测量建筑物静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应,这是一种有待广泛推广的新技术.作为技术研究,在1.4m×1.4m风洞中利用一台五分量高频天平获得了两个模型在不同流动状态大气边界层中的广义力谱,计算了相应高层建筑的动态响应,并与国际ESDU风工程计算作了比较,对试验结果的可靠性进行了分析.
平面应变情况下多重势面模型与邓肯-张模型的比较
介玉新, 胡韬, 李广信, 杨光华
2004, 21(1): 148-152.
摘要:
多重势面理论给岩土材料的本构关系研究指出了更开阔的数学背景.由此建立的土的本构模型可以无需推求塑性势函数和屈服函数,且其所能表述的本构关系比通常的塑性位势理论更为广泛.基于应变空间的多重势面模型具有参数求取简单、程序易于实现的特点,更具有实用性.在这篇论文中,利用所开发的有限元程序NM02就平面应变情况对多重势面模型和邓肯-张E-μ模型计算成果进行对比分析,其中多重势面模型参数与E-μ模型参数完全相同.有关计算分析成果对进一步研究多重势面模型是很有意义的.
膜结构的附加空气质量
毛国栋, 孙炳楠, 楼文娟
2004, 21(1): 153-158.
摘要:
膜结构的非线性风振响应是流固耦合的共同作用问题,其中包括膜的附加空气质量的计算.首先采用格林函数法推导了封闭式膜结构的附加空气质量mac的表达式,得到了mac/ρl关于膜尺度k的变化曲线,并讨论了各种影响mac/ρl取值的因素;其次,利用薄型机翼理论推导了敞开式膜结构在非定常流中的附加空气质量ma0的表达式,得到了ma0/ρl关于膜尺度H/l的变化曲线,并讨论了各种影响ma0/ρl取值的因素.研究结果为膜结构非线性耦合风振响应分析奠定了基础.
京秦提速工程车——路动力仿真与试验的对比研究
梁波, 张艳美, 韩自力
2004, 21(1): 159-164.
摘要:
结合京秦线提速改造工程进行了列车-路基动力仿真计算.在不同速度条件下,通过路基段加固前后状态下机车车辆运行安全舒适性指标、轨道及路基主要动力性能指标的分析计算,在此基础上对京秦既有线路基对时速200km/h提速的适应性及加固方案的可行性提出了相应评价意见与建议,并与随后的实车试验进行了对比.试验测试结果验证了仿真分析的可靠性.
轮对运动状态对轮轨滚动接触应力的影响
金学松, 温泽峰, 张卫华
2004, 21(1): 165-173.
摘要:
分析计算了锥型踏面轮对沿轨道滚动接触时轮轨接触几何参数和不同运动状态下的轮轨之间的刚性蠕滑率.根据确定的轮轨接触几何参数和轮轨接触界面之间的蠕滑率,利用非Hertz滚动接触理论分析计算了锥型轮对和钢轨滚动接触斑作用力的分布.再利用弹性力学中Bossinesq-Cerruti力/位移计算公式并借助Gauss数值积分方法,确定了轮轨滚动接触时体内的弹性位移、应变和应力随轮对运动状态变化情况.数据结果为轮轨强度设计提供了重要的参考依据.
铁道车辆系统周期解的延续算法
吕可维, 曾京, 沈志云
2004, 21(1): 174-179.
摘要:
用有限差分格式离散常微分方程组的周期解,形成一个含参数的非线性代数方程组,用DERPAR算法对该含参数代数方程组进行延续求解,不但可计算稳定的周期解,而且不稳定的周期解也可求出,采用了van de Pol方程和Lorenz方程验证了该方法的可行性.用上述方法计算了一个17自由度铁路客车模型的周期解,得到了一个大范围的车辆系统周期解的解图,包括稳定的和不稳定的周期解.确定了客车系统Hopf分叉点及系统的非线性临界速度,分析了车辆系统周期和轮对横移幅值与车速的关系.
计算结构可靠指标的波动探寻法
许福友, 张建仁
2004, 21(1): 180-184,.
摘要:
基于几何原理,提出了一种求解结构可靠指标的高效实用算法:波动探寻法.该算法计算过程具有随机性和遍历性,在波动探寻过程中引入松弛因子可以控制计算速度和精度.对该算法的计算过程进行仿真演示,借以直观形象地了解幕后程序执行运作情况和算法性能,并详细地进行参数分析.经算例验证,该算法简便实用,为结构可靠度计算提供了新的有效途径,且具有令人满意的计算精度.
简支Kelvin模型粘弹性输流管道的动力稳定性
冯振宇, 王忠民, 赵凤群
2004, 21(1): 185-190.
摘要:
对简支Kelvin模型粘弹性输流管道的动力稳定性进行了研究,具体分析了材料的无量纲延滞时间对无量纲流速与前二阶模态的无量纲频率的实部及虚部之间变化曲线的影响.计算结果表明,当无量纲延滞时间小于或等于10-5时,可将其按弹性管道处理;当延滞时间大于10-4时,简支Kelvin模型粘弹性输流管道与简支弹性输流管道及简支Maxmell模型粘弹性输流管道的一个最大差异在于不发生耦合模态颤振,而是发生单一模态颤振.
穿过界面的刚性线夹杂对SH波的散射
陆建飞
2004, 21(1): 191-195.
摘要:
利用两个联结半平面中简谐集中力的格林函数,得出了穿过界面刚性线的散射场.刚性线的散射场可分解为有界部分和奇异部分.利用散射场的有界部分和奇异部分得出了刚性线的在SH波作用下的Cauchy型奇异积分方程.根据所得奇异积分方程和Cauchy型积分的端点性质,得出了确定刚性线和界面交点处奇异性阶数的特征方程.根据刚性线和界面交点处的奇性应力定义了交点处的应力奇异因子.对所得Cauchy型奇异积分方程的数值求解,可得刚性线端点和交点处的应力奇异因子.
纤维增强复合材料界面疲劳裂纹扩展的模拟研究
陈艳华, 石志飞, 朱庆杰
2004, 21(1): 196-201.
摘要:
脱粘是纤维增强复合材料界面裂纹扩展的主要表现形式.基于剪切筒模型和常用的实验加载方式,研究了纤维增强复合材料中纤维与基体界面在拉-拉循环荷载作用下的裂纹扩展.借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式,得到了疲劳裂纹扩展速率、扩展长度以及界面上摩擦系数与加载次数的关系.在分析中,考虑了疲劳加载引起的脱粘界面的损伤及损伤分布的不均匀性,同时还考虑了材料的泊松效应.
冰与柔性结构作用挤压破坏形成的动荷载
岳前进, 杜小振, 毕祥军, 张希
2004, 21(1): 202-208.
摘要:
基于现场原型结构测量,研究了冰与柔性直立结构作用产生挤压破坏过程形成的交变冰力.结果发现:随着冰速的增加,可以出现三种不同冰力形式并分别引起结构准静态振动、稳态振动和随机振动响应.进一步对形成不同冰力模式的机理进行了分析,提出了随着冰速变化,冰与结构相对速率变化导致结构近场冰可以出现塑性破坏、裂纹损伤破坏与纯脆性破坏三种破坏模式,并解释形成交变荷载过程.