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2004年  第21卷  第3期

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基本方法
薄板哈密顿求解体系及其变分原理
岑松, 龙志飞, 罗建辉, 龙驭球
2004, 21(3): 1-5,30.
摘要:
将哈密顿求解体系推广应用于薄板弯曲问题。首先导出薄板哈密顿对偶微分方程,然后导出薄板哈密顿变分原理的泛函表示式ΠH。有两点值得指出第一,以挠度w、转角Ψx、弯矩Mx和等效剪力Vx取为对偶变量,与相关文献的取法不同。第二,对于薄板问题,由Hellinger-Reissner泛函ΠHR导出哈密顿泛函ΠH时既要消元,又要增元,与在厚板问题中只需要消元的推导方法不同。薄板哈密顿求解体系的理论成果将为研究薄板解析解和有限元解提供新的有效工具。
单双层球面扁网壳连续化方法非线性稳定理论临界荷载的确定
董石麟, 詹伟东
2004, 21(3): 6-14,6.
摘要:
连续化方法是研究网壳结构稳定问题的一种重要途径,目前用连续化理论分析球面扁网壳的稳定问题还存在欠缺和不足.运用经典的壳体理论,将单层和双层球面扁网壳等代为实体薄壳并建立非线性稳定理论混合法基本方程,再用李兹法求出球面扁网壳上下临界荷载计算公式.通过参数分析,首次从1000多个算例中得出了正三角形网格单层和双层常用球面扁网壳临界荷载系数的精确解.与国内外现有文献的计算公式相比,结果更为完善和正确.即便在有限元技术日益成熟的今天,用连续化方法计算的网壳结构临界荷载仍然对工程设计有重要指导作用,也是有限元方法分析网壳稳定性的对比和补充.
弹塑性纤维梁柱单元及其单元参数分析
聂利英, 李建中, 范立础
2004, 21(3): 15-20.
摘要:
基于柔度法且沿单元长度积分的弹塑性纤维梁柱单元是可以模拟复杂的截面双向滞回曲线和截面刚度沿杆长方向连续变化的单元模型.由于其计算工作量太大,这种复杂的单元自提出以来,一直没有得到推广应用.对弹塑性纤维梁柱单元模型进行了研究,在此基础上对其单元参数进行了分析,通过研究单元积分段以及截面上纤维的合理划分,使计算工作量适当减少而又不影响计算结果准确性,为纤维单元在大型结构中应用打下基础.
有横撑系杆拱桥的侧向稳定承载力
刘钊, 吕志涛
2004, 21(3): 21-24,5.
摘要:
基于能量原理推导了有横撑系杆拱桥侧向弹性稳定承载力的解析计算公式,并通过算例的有限元数值解验证了提出的解析公式的正确性,最后讨论了结构参数对稳定承载力的影响.推导的稳定承载力解析式对系杆拱桥的分析与设计具有实用意义.
竖向荷载作用下交错桁架结构的内力计算
周绪红, 周期石, 黄湘湘
2004, 21(3): 25-30.
摘要:
以位移为未知量,根据平衡条件建立了竖向荷载作用下端部固定的空腹桁架节点转角和节间侧移迭代计算公式与固端弯矩的计算方法.运用节点力学平衡和各节间相对侧移之和为零这两个条件,建立了端部固定的空腹桁架在某端发生单位转角时节点转角和节间侧移的迭代计算公式以及空腹桁架转动刚度和传递系数的计算方法.在此基础上,将空腹交错桁架结构简化为无侧移刚架,提出了包含空腹桁架转动刚度、传递系数和固端弯矩的结点转角的迭代计算公式和构件内力计算方法.还以力法为基础,提出了只包含3个赘余力的混合交错桁架结构内力的力学计算模型,并给出了赘余力的计算公式和内力计算方法.空腹交错桁架结构的计算实例表明:引入桁架转动刚度和传递系数的概念后,把单榀横向框架简化为无侧移刚架,使得参与迭代的构件数量大大减少,迭代收敛速度提高.因此,本文方法计算工作量少、计算方便实用.将计算结果与ANSYS 分析结果比较,吻合良好.
常微分方程特征值问题求解器解法的改进
叶康生, 袁驷
2004, 21(3): 31-35,7.
摘要:
对于工程中的常微分方程(ODE)特征值问题,已有一套完整的算法,并据此算法开发出ODE特征值求解程序COLEGN.该程序需要用户输入直接求解(非线性)和逆幂迭代(线性)两套ODE体系,输入繁琐,不便于使用.针对这一问题,研究了这两套ODE体系间的内部联系,建立了从非线性ODE体系获取线性ODE体系的具体途径,并据此改写了COLEGN程序,简化了用户的输入,使之更易于使用,另外,还对边界条件含特征值的情况作了相应处理,拓宽了算法的适用范围.
Sc数对湍流被动标量扩散的影响
张晓航, 许春晓, 张兆顺
2004, 21(3): 36-39.
摘要:
对无剪切湍流混合层中被动标量的扩散进行了直接数值模拟.结合烟粒子扩散风洞实验研究了不同Sc数对被动标量扩散的影响.DNS中被动标量的Sc数取为0.2和3.平均标量场基本上与Sc数无关,脉动标量方差随着Sc数的增加而增加,当Sc>1时,无量纲的质量通量与Sc数基本无关,而Sc=0.2时的质量通量与Sc>1的质量通量有较大的差别.
深基坑开挖引起邻近混凝土路面断裂分析
段绍伟, 沈蒲生
2004, 21(3): 40-43.
摘要:
利用非线性有限元方法计算了深基坑开挖引起的地表沉降量与地表沉降宽度.首次提出用三点弯曲模型模拟混凝土路面的断裂型式,并建立了路面沉降模型.通过试验研究表明,地表沉降对混凝土路面断裂的影响较大,当沉降宽度达到极限值时,将会引起路面裂纹扩展,导致路面断裂.将三点弯曲模型应用于混凝土路面实际工程断裂分析,计算结果与实际情况吻合较好.
斜拉桥拉索雨风振机理探讨
徐刚, 王靖夫, 任文敏
2004, 21(3): 44-48.
摘要:
斜拉桥拉索在雨和风联合作用的特定条件下,会产生大幅强烈的振动.其振动机理引起了人们极大关注.将风场中带水线的拉索简化为二维含水线影响的拉索绕流问题进行了流场分析.通过计算得到了拉索的气动载荷,根据这些气动载荷,采用水线相对拉索运动和不运动的两种简化模型进行了拉索的振动分析,结果表明雨风振是涡振和驰振耦合作用的结果.
随机结构数值模拟分析的神经网络法
韩大建, 陈太聪, 苏成
2004, 21(3): 49-54.
摘要:
在随机结构分析中,蒙特卡洛方法作为随机数值模拟方法,为问题提供了最为直观和精确的解答,但计算量大、效率低下的缺点大大降低了方法的实用性.研究在蒙特卡洛方法中引入人工神经网络,仅进行少量确定性分析,训练后即可模拟确定性有限元求解器,用神经网络的快速泛化映射取代蒙特卡洛法中的大量确定性有限元分析.算例结果显示,提出的蒙特卡洛-神经网络法可将蒙特卡洛法的计算效率提高几十至一百倍,计算精度令人满意,是一种有潜力的随机结构实用分析方法.
编织复合材料的一种数值模型
张文毅, 姚振汉, 姚学锋, 曹艳平
2004, 21(3): 55-60.
摘要:
提出编织复合材料的一种均匀化的数值模型,为工程应用提供了简便而有较高精度的数值计算方法.首先,对于编织复合材料的代表性单胞建立了精细有限元的胞元模型;其次,将单胞有限元分析结果引入基于三类变量广义变分原理的三维体罚单元,从而将一类有细观编织结构的复合材料等效为可用于宏观尺度计算的复合材料单元.通过数值算例将此方法的计算结果与实验和其他数值计算结果进行了比较,验证了该方法的有效性与实用性.
索膜结构的抖振动力特性研究
张华, 单建
2004, 21(3): 61-65.
摘要:
研究了索膜结构在脉动风作用下的动力特性.采用Wilson-θ(逐步积分法和Newton-Raphson迭代法推导了索膜结构在抖振力作用下的非线性动力增量平衡方程,求得结构的时程响应曲线.通过实例分析,探讨了结构参数变化对自振频率的影响;研究抖振力作用下索膜结构响应的频谱特性,从而得出索膜结构的抖振响应特性.
遗传演化结构优化算法
易伟建, 刘霞
2004, 21(3): 66-71.
摘要:
ESO算法是近年来提出的一种结构优化算法,它可以应用于多个领域.在土木工程方面,利用ESO算法可以寻找结构最优的拓扑形状,指导结构的设计.但这种算法存在先天的局限性,即无法保证它所得到的解是最优解.为此,将遗传算法与ESO算法揉合在一起,形成了一种新的遗传ESO算法,简称为GESO算法.GESO算法把群体的概念借鉴到ESO中,巧妙地解决了遗传算法费时和ESO易陷入局部最优解的两个问题.实例证明它得到的结果大多优于ESO算法.
轴向荷载作用下单桩沉降的非线性分析
胡庆立, 任瑞波, 张克绪
2004, 21(3): 72-77.
摘要:
将单桩简化为受侧摩阻力的弹性杆单元,土体简化为均质弹性半空间无限体.以桩顶荷载作用下桩单元的变形、结点位移及结点力作为中间变量,依据弹性半空间无限体的Mindlin解以及桩-土相对滑动的性质,建立了土体的位移方程、接触面的平衡方程,并以此构造了以结点位移为基本未知量的非线性方程组.求解包含桩顶位移在内的各结点位移后,可进一步计算单桩及接触面的内力、土体的位移等.考虑了桩-土相对滑动及桩底沉降的非线性性质,所建立的桩-土体系分析模型力学机理简单、明确,便于应用,分析结果与试验结果较为符合.
PHC桩的竖向极限承载力的预测
郭宏磊, 贺雯, 胡亦兵, 王元汉
2004, 21(3): 78-83.
摘要:
基于理论与实测分析,提出了用逐次线性概似法加上残差修正,利用数量较少的沉降观测数据来预测PHC桩(超高强预应力管桩)的竖向极限承载力.所附的大量工程实例的分析表明,这个方法精度较高,可操作性较强.
低密频太阳能帆板动力学参数在轨辨识和振动控制
周舟, 陆秋海, 任革学, 郭铁能
2004, 21(3): 84-89.
摘要:
太阳能帆板是典型的柔性空间结构,其固有频率低且密集,阻尼很小.为了抑制其振动,建立了基于动力学参数辨识的振动控制方法.该方法利用特征系统实现算法及其扩展算法如ERA/DC或OKID辨识结构的动力学参数,然后利用最优控制理论设计控制器.根据辨识和控制的方法以及适用的情况,提出了三种在轨辨识和控制集成方案,即ERA(ERA/DC)和LQR或LQG,OKID和LQG.对一具有低密频大型柔性空间站结构的数值仿真表明,上述在轨辨识和控制集成方案具有辨识速度快,辨识精度高,控制效果好等优点,适于柔性空间结构的在轨辨识和控制.
随机结构复合随机振动分析的概率密度演化方法
陈建兵, 李杰
2004, 21(3): 90-95.
摘要:
提出了随机结构复合随机振动分析的概率密度演化方法.通过引入扩展状态向量,构造具有随机初始条件的状态方程,导出了复合随机振动反应的概率密度演化方程.结合精细时程积分方法和Lax-Wendroff差分格式对概率密度演化方程提出了数值求解方法.进行了八层层间剪切框架结构复合随机振动反应的概率密度演化分析,证明提出的方法具有计算高效、收敛性稳定与精度高的特点.研究表明:随着时间的增长,复合随机振动反应概率密度曲线趋于复杂,基于正态分布假定的二阶矩分析方法可能造成可靠度分析结果的显著偏差.与仅考虑结构参数随机性和仅考虑输入随机性时的结构反应相比,复合随机振动反应概率密度曲线峰值降低、分布变宽,且随机涨落显著增强.
一种新的浅圆仓散料侧压力计算方法
原方, 邵兴, 王录民, 崔元瑞
2004, 21(3): 96-100.
摘要:
大直径浅圆仓仓壁压力的计算是工程界十分关心的问题,到目前为止,尚没有合适的计算公式,仍处在探索阶段.采用散体力学方法,将Coulomb理论中破裂面的思想应用于散体贮料,建立了一种浅圆仓散料侧压力分析的力学模型,即取仓壁后滑动楔体为研究对象,考虑其平衡(忽略散料与仓壁之间的摩擦力),得到总侧压力的表达式,通过求其极值,找到散料破裂面方位和极值侧压力,假设此压力为线性分布,从而得到不同高度处侧压力强度的计算公式.此公式计算结果与实测值吻合良好,且由于考虑了高径比的影响,适用范围较广.而现行规范浅仓公式(Rankine理论)计算结果较实测值偏大,且由于其与高径比无关,过于粗糙.文中分析了贮料顶部锥堆时的三种工况.
在役钢结构吊车梁剩余疲劳寿命的可靠寿命评估
幸坤涛, 刘洪滨, 岳清瑞
2004, 21(3): 101-105.
摘要:
从Miner累积损伤的定义出发,视累积损伤为随机过程,临界损伤为随机变量,基于疲劳动态可靠性理论,提出了在役钢结构吊车梁疲劳剩余寿命的可靠寿命评估方法.之后与现行《钢结构检测评定与加固技术规程》(YB927-96)中安全期限寿命评估方法进行了分析比较,说明了安全寿命评估方法的概率意义.最后通过算例分析结果表明,提出的可靠寿命评估方法更加合理.
非线性函数全局最优化的一种混沌优化混合算法
杨迪雄, 李刚
2004, 21(3): 106-110,.
摘要:
混沌优化方法是近年出现的利用混沌的遍历性、随机性作为全局优化机制的一种优化技术.已有的混沌优化方法都是利用Logistic映射作为混沌序列发生器,而由Logistic映射产生的混沌序列的概率密度函数服从两头多、中间少的切比雪夫型分布,这种分布特性会严重影响混沌优化全局搜索能力和效率.利用Logistic映射的特点,在混沌搜索时预先筛选掉劣质点,建立改进的混沌-BFGS混合优化算法.复杂非线性测试函数计算结果表明,与文献中不加改进的混沌混合算法相比,本算法以同样的混沌搜索次数找到全局最优解的概率提高了10-30%,而以概率1获得全局最优解的最大混沌搜索次数减少了8-10倍.另外,还将细搜索策略引入到改进的混沌-BFGS混合算法中,对具有较大边界约束范围的非线性函数进行了优化计算.
基于应力超收敛恢复技术的广义特征值问题后验误差估计
龚国庆, 范子杰, 刘寒冰
2004, 21(3): 111-117.
摘要:
根据有限元解的超收敛特性提出了一种基于应力超收敛恢复技术的广义特征值问题后验误差估计.通过对单元内的应力超收敛点以及相邻单元的应力超收敛点进行插值或外推处理,得到单元内其它点处更高精度的应力解.通过高精度的应力值可以得到结构处理后改进的势能.将改进的势能代入瑞利商,最终得到比原始有限元解更高精度的特征解.将后处理特征解作为"准精确解"代替误差估计因子中未知的精确解,实现后验误差估计过程.数值计算结果表明,所提出的后验误差估计是渐进精确的,因此可作为结构广义特征值问题自适应有限元方法的误差估计因子.
巨型框架多功能减振结构的有限元计算方法
田玉基, 蓝宗建, 杨庆山
2004, 21(3): 118-122.
摘要:
巨型框架多功能减振结构的结构复杂、规模庞大,并且它是由具有不同阻尼特性的材料组成的.因此,采用有限元方法进行计算时面临着一系列问题需要解决.针对巨型框架多功能减振结构的受力特性,给出了巨型框架多功能减振结构的三维简化计算模型,大大缩减了计算自由度.由于隔震橡胶垫的变形主要是水平剪切变形,因此,将隔震橡胶垫看做具有阻尼特性的三维弹性或弹塑性铰,并提出了隔震橡胶垫单元的三维单元模型.由于巨型框架多功能减振结构的非经典阻尼特性,可以采用子结构技术对巨型框架多功能减振结构进行有限元建模、计算.
三自由度碰撞振动系统的周期运动稳定性与分岔
丁旺才, 谢建华, 李国芳
2004, 21(3): 123-128.
摘要:
建立了三自由度碰撞振动系统的动力学模型, 推导出系统n-1周期运动的六维Poincaré( 映射, 根据映射Jacobi矩阵的特征值来分析n-1周期运动的稳定性.数值模拟了1-1周期运动的Hopf分岔和周期倍化分岔, 进一步分析了当分岔参数变化时碰撞振动系统周期运动经拟周期分岔和周期倍化分岔向混沌的演化路径, 其中有的路径是非常规的.
倾斜荷载下基桩的改进有限元——有限层分析方法
赵明华, 邹新军, 邹银生, 郭玉荣
2004, 21(3): 129-133.
摘要:
提出地基加权刚度的概念,对现有有限元-有限层法进行改进,用以分析计算倾斜荷载下基桩的受力变形特性,可考虑地基土成层与非均匀性等因素的影响,并能近似考虑地基土的非线性特征及桩身P-Δ效应,工程应用结果表明,效果良好.
一种有效的分析任意空间形状曲杆单元的位移函数
谈梅兰, 王鑫伟
2004, 21(3): 134-137,.
摘要:
利用经典弹性理论和微分几何、矩阵方法等数学理论,基于空间自然坐标系和随体坐标系,通过求解应变与位移之间关系的微分方程,得到了一种能完全反映任意空间形状圆截面曲杆单元刚体位移和常应变等模式的位移函数.给出了两个算例,通过将采用导出的位移函数建立的有限元解与解析解进行了比较,验证了它的正确性,同时通过将基于位移函数导出的有限元解与应用软件得到的解进行了比较,其计算精度,特别是应力计算精度大为改善,验证了它的有效性.由于计算效率高,提出的曲杆单元可望在三维大曲率井的钻柱非线性分析等工程实际中发挥作用.
水泥基复合材料中倾斜钢纤维细观桥联模型
刘文彦, 徐松林, 唐志平
2004, 21(3): 138-145.
摘要:
主要从细观尺度研究水泥基复合材料中倾斜钢纤维的桥联行为.对纤维在基体中的埋入部分采用杆元近似,基体之外的部分,根据其弹性或塑性状态分别作悬臂梁或塑性铰近似,从而简化为两种构形.结合这两种构形和杆元近似,并采用经典的描述轴向行为的Naaman剪滞模型,同时引入纤维的侧向有效承载面积来描述基体局部失效效应,推导了描述高模量倾斜钢纤维桥联行为全过程的解析模型.模型预测的桥联行为与实验有较好的一致性.
结构连续变更定理在可靠性分析中的应用
左建新, 车维毅
2004, 21(3): 146-149.
摘要:
以平面桁架为例将结构连续变更定理用于结构的可靠性分析,以分枝限界法为基础编制了电算程序.避免了由于结构拓朴不断变更引起的总刚度阵多次组装及多次求逆运算,引入了结构退化为机构的新判据.实现了不断变更结构的连续分析,还连续生成极限状态函数.从而边进行结构分析,边进行失效链失效概率计算.在搜索中,有效地筛选出可能失效链并得到可能失效模式的集合.因此提出的理论和方法可以用来解决某些工程实际问题.算例表明结果令人满意.
对旋式轴流泵全流道三维非定常紊流场的数值模拟
王德军, 周惠忠, 黄志勇, 吴玉林
2004, 21(3): 150-154.
摘要:
基于非定常不可压牛顿流体的控制方程和标准k-ε紊流模型,应用SIMPLEC算法,数值模拟了对旋式轴流泵联立全流道在一个完整的转动周期内的三维紊流流场.通过给出全流道中间周向截面的压力与速度等值线图,以及中间干涉面的压力等值线及分布云图,直观地显示了一个转动周期内前置叶轮、后置叶轮及全流道的流场特性变化和干涉情况,表明联立全流道非定常三维紊流场的数值模拟方法是人们认识对旋流场流动与干涉机理经济实用的理论手段.
高耸钢管塔结点极限承载力的试验研究与理论分析
余世策, 孙炳楠, 叶尹, 应建国
2004, 21(3): 155-161.
摘要:
连结板钢管结点是高耸钢管塔结构设计中的关键部分,常规的钢管结点简化计算理论过于粗糙,使设计人员不能了解结点局部屈曲时的应力分布,从而无法准确把握结构设计的安全系数.根据同类型结点的足尺试验结果,提出了适用于估算此类结点极限承载力的极限分析模型,并编制了相应的程序,通过与试验结果及有限元计算结果的比较,证明该模型适用性较好,对工程设计有较好的理论意义和实用价值.
混凝土拉-压疲劳损伤模型及其验证
吕培印, 李庆斌, 张立翔
2004, 21(3): 162-166,.
摘要:
基于连续损伤力学理论,提出了混凝土单轴拉-压疲劳损伤模型.模型中采用了拉和压两个边界面.加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示.在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态.通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程.结合作者完成的疲劳试验结果,确定了理论模型中的计算参数.经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好.
高三轴应力条件下粒子填充粘弹性材料的能量耗散
陈建康, 黄筑平
2004, 21(3): 167-173.
摘要:
研究了微粒填充粘弹性材料在变形过程中的能量耗散.在高三轴度应力条件下,由于同时考虑了界面脱粘引起的损伤,故能量耗散主要可分为两部分:1)由基体材料的粘性性质所引起的粘性耗散功;2)由界面全脱粘所引发的界面粘结能的耗散.结合微损伤演化的规律,在忽略惯性效应的前提下,导出了损伤耗散功的一般表达式.利用Mon-Tanaka平均应力场的概念,提出了一种方便地计算材料中的粘性耗散功的近似方法.在此基础上,计算了材料中的粘性耗散功和损伤耗散功,并讨论了加载速率、界面粘结能、基体材料的松弛时间、平均粒径和粒径分散度等对这两种耗散机制的影响.
带滑移铰空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制
陈力
2004, 21(3): 174-179.
摘要:
讨论了载体位置与姿态均不受控制的带滑移铰空间机器人的控制问题.为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动形式的机器人系统,其优点在于保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性性质.对系统的运动学分析表明,联系机械手末端运动速度与机器人关节角速度的增广广义Jacobi关系,亦可以表示为一组惯性参数的线性函数.以此为基础,针对系统参数不确定的情况,设计了空间机器人跟踪惯性空间期望运动轨迹的鲁棒混合自适应控制方案.由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,提到的控制方案具有不需要测量、反馈空间机器人载体位置及移动的速度、加速度的优点;此外,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解机载计算机运算能力有限的矛盾.仿真运算,证实了方法的有效性.
具有局部分层的对称铺设层合板在非保守力作用下的屈曲分析
莫宵依, 刘协会, 师俊平
2004, 21(3): 180-184.
摘要:
利用弹性非保守系统自激振动的拟固有频率变分原理,推导出复合材料矩形板受非保守随从力作用的变分方程,进而导出复合材料层合板含分层损伤的有限元基本方程及求解临界荷载力和固有频率的特征方程.用载荷增量法计算了不同边长比的复合材料矩形板在面内受随从力作用且含有分层的临界载荷,分析了不同角铺设方向对临界载荷的影响.分析表明,分层对临界载荷有一定影响,复合材料层合板的角铺设方向对临界载荷有较大影响.
固体力学问题数值解的一种验证方法
李光耀, 钟志华, 韩旭
2004, 21(3): 185-189.
摘要:
给出了固体力学几何非线性动态问题数值解的一种精度验证方法.通过假定初始构形和现时构形之间的映射关系,利用固体力学的控制方程即可求得产生这种构形的体积力,则假定构形和所得到的体积力就构成了问题的解析解.在这些解析解的基础上,提出了一种检验数值方法精度的标准试验,可用于二维和三维问题、隐式算法和显式算法、小变形和大变形分析、弹性材料和超弹性材料.在线性位移场的情况下本文方法是和传统的分片检验(patch test)一致的.文中给出了无网格迦辽金法(EFGM)精度检验的几个算例.
微喷管内气体流动特性研究
丁英涛, 姚朝晖, 何枫
2004, 21(3): 190-195.
摘要:
研究旨在提高微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件的性能.采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维收缩-扩张微喷管,喉部宽度为16?,深度为20?,收缩比为1.25:1.实验测量了不同进出口压比条件下微喷管内氮气流量特性.实验设定进出口压比范围为1.0~5.0,由此出口体积流量范围为0~0.2mL/s,出口截面特征雷诺数小于500.基于两种数值模拟方法(有限体积法和Boltzmann气体动力学方法)对微喷管内部流动特性进行了数值模拟.数值模拟结果与实验结果相吻合.数值模拟结果发现几点不同于宏观流动的异常现象:随着压比的提高,声速截面逐渐偏离喉部,向下游区移动,并且下游区的流动不断加速.当压比达到5.0时,出口截面中心区域的马赫数达到1.2.沿程压力分布呈现非线性下降的趋势.这些现象主要是由于相比于常规尺度管道,微小尺度下表面效应引起的粘性附面层效应和三维效应更显著.
弹塑性随机有限元在低周疲劳分析中的应用
靳慧, 王立彬, 王金诺
2004, 21(3): 196-200.
摘要:
推导了交变载荷下弹塑性随机有限元的迭代格式,计算了局部多轴应力应变的随机响应.迭代格式中,针对复杂的交变载荷,采用运动强化模型反映塑性变形引起的各向异性和包辛格效应,运用Jhansale模型描述材料的瞬态应力应变关系.弹塑性有限元分析,克服了以往近似方法只能计算单轴局部应力应变响应的缺陷,为多轴疲劳分析奠定了基础.考虑零构件的随机因素,将随机有限元方法引入到交变载荷下弹塑性有限元的迭代格式中,得到局部应力应变的随机响应,为低周疲劳可靠性分析提供了更精确的依据.Mont Carlo模拟结果证实了提出的弹塑性随机有限元方法是可靠的.
一类非理想杆端约束下的转角位移方程
王书报, 张红光, 单俊鸿
2004, 21(3): 201-203,.
摘要:
将结构的结点视为理想和非理想结点,建立了一类非理想杆端约束--弹性结点的基本概念,给出了杆端均为非理想和一端为理想约束、另一端为非理想约束情况下的转角位移方程.通过比较表明,该方程更具一般性,两端理想约束下的转角位移方程可视为其特例.举例说明了该方程的应用及结构内力随杆端约束的变化情况.
地下洞室断面和间距优化计算的分布密度法
王后裕, 陈上明, 言志信, 凌天清
2004, 21(3): 204-208.
摘要:
引进一种新的地下洞室最优化分析计算方法--分布密度法,它直接以分布密度为设计变量来建立目标函数,进而以此寻找合适的几何形状.通过实例计算表明,该方法不仅物理意义明确,而且在优化计算过程中不需要反复确定洞室形状、反复划分有限元网格,简化了计算工作量.