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2006年  第23卷  第1期

基本方法
基于解析试函数的内参型广义协调膜元
傅向荣, 龙驭球, 袁明武, 岑松
2006, 23(1): 1-5.
摘要:
利用解析试函数法构造一个内参型四结点八自由度广义协调膜元。根据弹性力学平面问题的控制方程和艾雷应力函数,求出问题完备的基本解析解,然后用其作为试函数并采用广义协调条件来构造单元:ATF-GCQ4X。该单元采用了14个解析试函数构造了应变二次完备的内部场,同时引入6个附加边界位移模式,采用平衡力系为权函数构造相应的广义协调条件。数值算例表明,该类内参型单元能在不提高单元结点自由度的情况下提高单元精度,并显示出良好的收敛特性。
未知输入下的复合反演研究
陈健云, 王建有, 林皋
2006, 23(1): 6-10,1.
摘要:
回顾了近年来未知输入情况下的结构参数识别算法,并针对未知输入情况下的复合反演算法做了深入研究,总结归纳了这类算法的特点和应用条件,并在此基础上提出了能够用于具有多个未知输入组合下的复合反演算法。此方法是基于最小二乘原则并结合统计平均思想的一类迭代算法,对于在多个未知输入情况下的结构(例如在地震动和风荷载共同作用下等),可以用来识别结构参数并同时反演多个未知输入。与仅适用于具有一个未知输入情况下的复合反演算法相比,本文方法具有更广泛的应用背景,最后以一个4层剪切型结构为例来验证本文方法。有噪声情况下和无噪声情况下的识别结果显示本文方法具有一定适用性。
正交各向异性结构的塑性极限与安定下限分析
张宏涛, 刘应华, 徐秉业
2006, 23(1): 11-16.
摘要:
利用数值方法研究了正交各向异性结构的塑性极限与安定下限分析问题。基于Hill-Tsai屈服准则和有限元离散技术,采用温度参数法构造了结构的自平衡应力场,建立了正交各向异性体极限与安定下限分析的有限元数学规划格式,利用序列二次规划算法求解。计算结果表明计算效率高,精度好,能够为正交各向异性结构的工程设计和安全评定提供一种分析计算手段
考虑剪切效应的轴对称脱层圆板的后屈曲分析
陈得良, 傅衣铭
2006, 23(1): 17-22.
摘要:
基于Von Karman板理论,考虑横向剪切变形,建立了具脱层的轴对称层合圆板的后屈曲控制方程。应用正交配点法,将后屈曲控制方程、边界条件、以及连续条件转化为非线性方程组,然后进行迭代求解。讨论了不同脱层深度和脱层半径对层合圆板的屈曲及后屈曲特性影响,且与有关文献的结果进行了比较。
薄板屈曲分析的局部Petrov-Galerkin方法
熊渊博, 龙述尧, 胡德安
2006, 23(1): 23-27.
摘要:
利用薄板控制微分方程的等效积分对称弱形式和对变量(挠度)采用移动最小二乘近似函数进行插值,研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法在薄板屈曲问题中的应用。它不需要任何形式的网格划分,所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行,并用罚因子法施加本质边界条件。数值算例表明,无网格局部Petrov-Galerkin法不但能够求解弹性静力学问题,而且在求解弹性稳定性问题时仍具有收敛快,稳定性好,精度高的特点。
不同信息融合方法在结构损伤识别上的应用和分析
郭惠勇, 张陵, 蒋健
2006, 23(1): 28-32,3.
摘要:
在工程结构的损伤探测领域,不同的信息融合方法和方式对结构的损伤敏感程度以及计算的复杂程度往往不同,而且适用条件也不同。为了解决以上问题,描述了基于结构损伤识别的功能信息融合模型,并在此基础之上采用了多种融合方法进行了数值仿真和分析。数值仿真结果表明,采用了信息融合技术的结构多损伤位置识别,可以产生比单一信息源更精确、更完全的估计和判决,而且不同的信息融合算法的应用往往取决于研究对象和实际条件的要求。
基于退化理论的空间梁单元有限元分析
童育强, 向天宇, 赵人达
2006, 23(1): 33-37.
摘要:
从双线性退化板壳单元出发,演绎推导出了一种可以应用于空间有限元分析的退化梁单元。退化梁单元采用基本的平截面假设,并用轴线节点位移来表示梁单元的三维位移场。在进行单元有限元列式时,仍然沿用三维结构的几何方程和物理方程。在退化梁单元的理论基础上编制了有限元计算程序,通过对几个算例的分析,证明了这种基于退化理论的空间梁单元的精确、高效和通用,这种单元也可以广泛应用于大型结构空间双重非线性有限元分析。
基于强度尺寸效应的准脆性材料脆性指标研究
黄煜镔, 钱觉时, 周小平
2006, 23(1): 38-42,5.
摘要:
长期以来,如何评价准脆性材料的脆性一直是一重要问题。然而,现有的大多数脆性指标存在明显的局限性,即显著受试件尺度的影响,往往反映的是材料的脆性行为,而不是材料性质。基于Bazant尺寸效应律,强度与试件尺寸双对数曲线图中两条渐近线的交点或与之相关的有效断裂过程区长度可反映材料脆性。该脆性指标测定简单方便、真实可靠,能广泛应用于各种准脆性材料脆性评价。
卷积型加权残值法求解薄板的动力学问题
李永莉, 赵志岗, 侯志奎
2006, 23(1): 43-46.
摘要:
结构动力分析是工程设计中的重要内容,寻找高效、准确的计算方法是正确、经济地进行结构工程设计的重要保证。利用一种求解弹性动力学初边值问题的新方法——卷积型加权残值法,推导出Gurtin变分原理,并应用卷积型加权残值法计算了两种边界条件薄板的动力学问题,算例表明,方法计算精度高,计算工作量少,是计算结构动力学问题的一种有效的方法。
在反平面变形下功能梯度压电板条的应力强度因子分析
马力, 吴林志, 聂武
2006, 23(1): 47-51.
摘要:
利用Fourier变换技术将混合边值问题化为对偶积分方程,求解对偶积分方程得到应力强度因子以及电位移强度因子的表达式。最后通过数值计算讨论了材料参数、载荷条件以及裂纹的几何参数等对功能梯度压电材料中裂纹尖端应力强度因子的影响。
宽翼缘薄壁梁剪滞效应分析的变分解法
张元海, 张清华, 李乔
2006, 23(1): 52-56.
摘要:
采用三个独立的广义位移w(x)、U(x)、θ(x)对宽翼缘薄壁梁的剪滞效应进行变分法分析,根据最小势能原理,建立了关于w(x)、U(x)、θ(x)的基本微分方程及相应的边界条件。计算体系总势能时考虑了剪力在剪切变形上作功。所推导的基本方程及边界条件表明,剪力滞后效应与剪切效应彼此独立。引用的算例计算结果表明,按该方法计算宽翼缘薄壁梁的挠度,能大幅度提高计算精度。
单层网壳结构等效静风荷载分布估计
李元齐, 田村幸雄, 沈祖炎
2006, 23(1): 57-61.
摘要:
单层网壳对外荷载分布极为敏感,且稳定问题是其结构设计中的主要问题,因此风荷载分布的估计对其结构静力抗风分析非常重要。但目前常采用的等效静风荷载分布并不能有效反映其脉动分量对结构稳定性的可能不利影响。首先简单回顾了目前单层网壳抗风分析的方法,并介绍了一种基于风洞试验的有效风荷载分布估计方案。随后从稳定分析角度提出了一种新方法,可用来简单高效地估计单层网壳的有效风荷载分布,同时还可就风荷载的影响进行保守分析。最后,分别采用单层球面和柱面网壳作为算例,基于风洞试验结果,比较了不同估计方法在分析这类结构极限承载能力及稳定性问题时的效率,表明了所提出方法在单层网壳稳定分析中估计有效风荷载分布时的优点。
对于层裂强度传统测定方法有效性的讨论
陈大年, 俞宇颖, 尹志华, 王焕然, 刘国庆
2006, 23(1): 62-68.
摘要:
基于Gathers的工作,对试件靶背部贴有低阻抗材料的平面冲击波致层裂试验,导出了传统方法测定层裂强度的一般方程,在无低阻抗材料且作声学近似的条件下,即为Novikov的测定层裂强度的方程。研究指出,传统方法确定的层裂强度测定方程仅仅可能对采用瞬时层裂准则得到的数值模拟的层裂信号有效。数值模拟表明,层裂面上的由损伤演化引起的应力松弛严重影响层裂片中的应力剖面,因而影响靶板自由面速度历史或靶板-低阻抗材料界面应力历史。研究揭示,传统方法导出的估算层裂强度方程由于没有计及应力松弛,对于实测的靶板自由面速度历史或靶板-低阻抗材料界面应力历史并非有效。
土木工程学科
大坝有限元分析应力取值的研究
杨强, 吴浩, 周维垣
2006, 23(1): 69-73.
摘要:
提出了基于误差控制下的自适应网格的有限元应力取值标准:即给定一全局误差限作为自适应有限元网格剖分的准则,以此网格计算所得应力即为有限元应力取值。应用适用于工程计算的Z2后验误差估计方法以及h-型自适应策略,对一个典型的重力坝剖面进行了线弹性自适应有限元计算。计算结果表明:给定一个全局误差限,网格剖分调整若干次后即可满足误差要求,不会出现因角缘应力集中出现剖分不收敛的情况;存在一个全局误差限,使得当继续降低误差限时,坝踵和坝趾的角缘应力趋于稳定值。
多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制
曾宪武, 韩大建
2006, 23(1): 74-80.
摘要:
DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转振动的控制,具有较高的控制效率,但DTMD与TMD相似,控制效率对参数失调较敏感。基于Scanlan多模态耦合抖振理论,提出桥梁多模态耦合抖振多重DTMD控制理论,列式中考虑了多模态参与作用和模态间气动耦合效应,并编制了多重DTMD抖振控制和参数分析程序。最后以一座斜拉桥为算例,研究了多重DTMD的制振性能,讨论了多重DTMD频率带宽、DTMD个数和阻尼比等参数对控制效率的影响,并对多重DTMD的设计提出建议。
体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的承载力分析
聂建国, 温凌燕
2006, 23(1): 81-86.
摘要:
对体外预应力加固钢-混凝土连续组合梁的弹性阶段和极限状态进行了受力分析,考虑了预应力以及预应力筋内力增量对连续组合梁弯矩分布的影响。以力法原理为基础,分别建立了预应力加固连续组合梁在对称集中荷载作用下负弯矩区和正弯矩区屈服荷载以及极限荷载的计算公式,计算结果与两根试验梁的试验结果吻合较好。计算公式可供设计参考。
基于实例基因库与遗传算法的高层结构智能选型知识发现
张世海, 欧进萍, 王光远
2006, 23(1): 87-92.
摘要:
首先,给出了将工程实例库转化为结构选型规则库与实例基因库的方法,建立了实例空间、规则空间、基因空间及三者间的相互转换关系,实现了从实例到选型规则与基因间的转换;其次,给出了从实例基因库与基因空间中发现结构型式判别规则知识库的策略,提出了基因向量与正反实例基因库间的相似性度量方法,建立了基于实例基因库与实数码遗传算法的结构选型知识库发现过程与方法;最后,编制了基于实例基因库与遗传算法的知识发现程序,给出了所获取的钢筋混凝土结构型式产生知识。实践证明,该方法可有效自动地从实例基因库中获取结构型式产生的规则性知识库,为开采工程实例“富矿”、解决知识获取“瓶颈”、提高结构选型质量与效率等提供了新的途径与方法。
斜拉桥在地震与列车荷载同时作用下的动力响应分析
韩艳, 夏禾, 郭薇薇
2006, 23(1): 93-98,6.
摘要:
为探讨在地震荷载作用下斜拉桥-列车系统的动力响应行为,运用桥梁结构动力学与车辆动力学的理论方法,通过车-桥耦合系统在地震动和轨道不平顺激励下的振动分析模型及相应的仿真计算程序,以跨越长江的武汉天兴洲公铁两用斜拉桥方案为研究对象,对在典型地震波激励下列车过桥的全过程进行了模拟。结果表明,地震对斜拉桥上运行列车的安全性有重要影响。
多自由度含间隙振动系统周期运动的Hopf-pitchfork余维二分岔
罗冠炜, 褚衍东, 谢建华
2006, 23(1): 99-106.
摘要:
建立了多自由度含间隙振动系统对称型周期碰撞运动及Poincaré映射的解析表达式,讨论了该映射不动点的稳定性与局部分岔。应用映射的中心流形和范式方法,研究了映射在Hopf-pitchfork余维二分岔点附近的参数开折,揭示了含间隙振动系统在余维二分岔点附近的动力学行为。在该类余维二分岔点附近,不仅存在对称型周期碰撞运动、Hopf分岔和叉式分岔,还存在非对称型周期碰撞运动及其Hopf分岔。通过数值仿真研究了余维二分岔点附近含间隙振动系统对称型周期碰撞运动经叉式分岔和Hopf分岔向混沌的转迁过程。
预应力梁横向振动分析的模态摄动方法
楼梦麟, 洪婷婷
2006, 23(1): 107-111.
摘要:
以预应力简支梁为例,分析了预应力在梁的横向振动过程中的变化,建立了预应力梁横向弯曲振动的微分方程。采用模态摄动法,进一步推导出预应力梁模态特性的近似分析方法,把复杂的变系数微分方程的求解转化为线性代数方程组的求解,从而有效地简化了计算过程。最后通过算例,讨论了预应力对梁的横向振动特性的影响。计算结果表明:当施加预应力的位置有较大的偏心距时,预应力对梁的自振特性有较大的影响。
高温后混凝土在双轴拉压下的强度和变形试验研究
覃丽坤, 宋玉普, 陈浩然, 张众, 于长江
2006, 23(1): 112-116.
摘要:
利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200℃~600℃高温后的混凝土进行了4种拉压比例的双轴拉压试验,测得了混凝土的强度、应变,并根据试验结果,系统地探讨了高温后混凝土在不同拉压比例下的双轴拉压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以主应力空间和八面体应力空间表示的高温后混凝土双轴拉压下的破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土结构,如火灾后的建筑物、烟囱、核反应堆安全壳等处于双轴拉压组合荷载作用下混凝土结构的设计、分析提供理论依据。
超高层建筑空间巨型框架结构与基础地基共同工作的半解析静力分析
龚耀清, 谢向东
2006, 23(1): 117-122.
摘要:
将超高层建筑空间巨型框架结构与其基础等效连续化为一个半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,并以此三维模型,用半解析法分析计算了受静力作用的超高层建筑空间巨型框架结构与其基础地基的共同工作。通过计算结果分析,得出了一些很有价值的结论。
响应谱MC模拟的桥梁抖振首次超越研究
赵林, 葛耀君, 项海帆
2006, 23(1): 123-129.
摘要:
在桥梁耦合抖振谱分析的基础上,采用谐波合成技术,依据Monte Carlo思想大量模拟位移谱时程,由此便可以方便、快捷地计算桥梁抖振响应首次超越失效概率,克服传统Monte Carlo方法时域内再现桥梁抖振首次超越小失效概率事件效率偏低的问题。采用江阴长江大桥和上海杨浦大桥作为算例,比较了抖振首次超越响应谱Monte Carlo模拟结果与目前广泛使用的基于Poisson、Poisson包络、Markov过程三种假定的近似解析算法结果差异,表明由于考虑大气紊流环境下桥梁抖振背景分量,在较高阈值情况下,近似解析算法不再适用,而本文方法具有更高的精度。
碳纤维布加固钢筋混凝土柱的破坏曲率增大系数分析
吴波, 王维俊, 王帆
2006, 23(1): 130-138.
摘要:
编制了碳纤维布加固钢筋混凝土柱的截面弯矩-曲率关系全过程分析程序,通过对多种工况下碳纤维布加固钢筋混凝土柱的破坏曲率进行大量计算分析,较全面地探讨了截面尺寸、轴压比、碳纤维布配箍特征值、箍筋配箍特征值、纵筋配筋率、混凝土强度等参数对碳纤维布加固钢筋混凝土柱破坏曲率增大系数的影响,在此基础上给出了该增大系数的回归计算公式。研究结果表明,该增大系数随着碳纤维布配箍特征值的增大而增大,且变化最为显著;此外,大多数情况下该增大系数还随构件截面尺寸或箍筋配箍特征值的增大而减小。给出的增大系数回归计算公式较好地反映了该系数随各主要参数的变化趋势。
考虑体积塑性应变的岩石损伤本构模型研究
韦立德, 杨春和, 徐卫亚
2006, 23(1): 139-143.
摘要:
采用Eshelby等效夹杂方法建立岩石弹塑性损伤本构模型是一种有效方法,但相关文献目前还极少。在连续介质损伤力学框架内利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法建立了考虑损伤相塑性体积变形的岩石的Helmholtz自由比能函数。利用连续介质损伤力学方法推导出了考虑损伤相塑性变形的岩石损伤本构关系,给出了损伤演化方程和塑性应变发展方程。并通过数值模拟证实该模型能够反映岩石体积塑性应变、损伤的变化规律和损伤部分不能承受拉应力等力学特性。
含盐冻结粉质粘土单轴抗压强度试验研究
杨成松, 何平, 程国栋, 邴慧
2006, 23(1): 144-148.
摘要:
通过对饱和含盐冻结粉质粘土单轴抗压强度试验,得到了试验条件下土体的单轴抗压强度与含盐量、负温的关系;讨论了应变速率一定,温度和含盐量变化时,含盐冻结粉质粘土的屈服应力和抗压强度间的关系;提出了相对温度这一新概念,并给出抗压强度与相对温度间的线性关系。相对温度的引入建立了盐渍土和非盐渍土力学性质的关系,从而可以用非盐渍土力学性质预测盐渍土的力学性质。
CFRP-钢管混凝土轴压短柱承载力分析
顾威, 赵颖华, 尚东伟
2006, 23(1): 149-153.
摘要:
对CFRP-钢管混凝土轴压短柱这种新型构件的受力性能进行了理论分析,提出了此类构件承载力计算的基本假定;采用极限平衡法,推导出钢管屈服时构件承载力和碳纤维片拉断时构件极限承载力的解析计算式;对8根CFRP-钢管混凝土轴压短柱和4根钢管混凝土柱的极限承载力进行试验研究,并将解析分析结果与实验数据比较,证明了提出的解析计算式的正确性。
其他工程学科
线路不平顺对高速磁浮铁路动力响应特性的影响
时瑾, 魏庆朝
2006, 23(1): 154-159,.
摘要:
基于动力有限元和耦合振动理论建立了高速磁浮列车-轨道梁动力学模型。通过仿真计算得到了高速磁浮线路确定性不平顺及随机不平顺对系统动力指标影响规律,提出了控制磁浮线路不平顺的参考建议。
旋风分离器减阻杆减阻的PIV实验研究
龚安龙, 王连泽
2006, 23(1): 160-164.
摘要:
采用先进的PIV实验技术对Stairmand型旋风分离器中安装减阻杆前后的强湍流场进行了测量。通过速度场、湍流强度、Reynolds应力等物理量的对比分析,表明减阻杆降低了中心涡核区的旋转动能和湍流强度。对减阻杆减阻机理进行了更深入的探讨。
交叉学科
双压电材料界面力电耦合场奇异性研究
王海涛, 佘锦炎
2006, 23(1): 165-171.
摘要:
针对不同压电材料中界面裂纹尖端的扇形区域推导出了包含基本方程、裂纹面D-P边界条件和不同压电材料交界面处的边界条件的弱形式。在该弱形式的基础上,利用特征方程展开方法(eigenfunction expansion technique),可以得到一个分析压电材料裂纹尖端处力电耦合场奇异性的特殊的一维有限元列式。该一维有限元列式只需对扇形区域在角度方向上离散,最后的总体方程为一个二次特征根方程。求解该特征根方程就可以得到压电材料裂纹尖端处力电耦合奇异场的特征解。通过数值算例表明该方法可以准确而高效地计算压电材料裂纹尖端处力电耦合奇异场的特征解,进而用该方法研究了双压电材料界面力电耦合场的奇异性。
综述
《工程力学》载文被引分析研究
王惠翔, 宋晓燕
2006, 23(1): 172-176.
摘要:
利用中国科技论文与引文数据库和中文科技期刊引文数据库,对中文核心期刊《工程力学》载文在1995~2005年4月间被国内中文期刊引用频次分布,被引论文作者分布,被引论文年代分布和引用期刊分布等情况进行一次系统调查、分析与研究,客观揭示我国自然科学研究学者对该刊载文的借鉴和吸收情况。