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2006年  第23卷  第6期

基本方法
一类强非线性振动系统的改进能量解析法
鲍文博, 闻邦椿
2006, 23(6): 1-5,10.
摘要:
能量法是求解强非线性系统常用的一种近似解析方法,由于忽略了激励力和阻尼力所做的瞬时功的影响,计算上比较方便.但是当扰力水平较高时,能量解法往往会产生较大误差.揭示了能量法产生误差的原因,并对传统的能量法进行了修正,提出了一种新的解析法-改进能量法.以动力基础为研究对象,用改进能量法给出了此类强非线性非自治系统的解析解,并用Runge-Kutta法对该系统进行了数值计算.分析表明,改进能量法比传统的能量法有了很大的改进,即便是在扰力水平较高的亚谐振动条件下,仍然能够给出较为准确的解.
单层球壳结构在简单荷载作用下的动力稳定分析
林智斌, 桂国庆, 钱若军
2006, 23(6): 6-10.
摘要:
首先建立单层球壳结构动力稳定判定准则,进而对K8型单层球壳结构在三种简单荷载作用下的动力稳定性进行分析.通过研究同等荷载下不同单层球壳模型的动力稳定性,从而得出其规律.
结构随机延性需求谱的应用研究
张海燕, 易伟建
2006, 23(6): 11-15,2.
摘要:
结构的地震反应危险性曲线体现了结构的地震反应与地震动强度之间的关系,采用随机延性需求谱可以很方便地建立结构的地震反应危险性曲线.非线性结构在随机地震作用下的位移反应分析属于非线性随机振动问题,采用随机延性需求谱可以简单而有效的获得非弹性单自由度体系的随机位移反应的统计量,结合非线性静力分析,还可以进行多自由度结构的随机地震反应分析.此外,随机延性需求谱还可以用于结构的抗震可靠度分析.
明满交替流动计算方法研究及其实验验证
樊红刚, 陈乃祥, 杨琳, 黄健兵
2006, 23(6): 16-20.
摘要:
大型水电工程的尾水隧洞中可能会发生明满交替流动,给电站过渡过程带来很大影响,需要建立合理可行的明满交替流动数值计算模型.针对常用的明满交替流动数值差分格式在明满流分界面通过计算节点时计算不稳定的问题,提出了一种新的计算方法——特征隐式格式法,其主要思路是将动量和连续方程转化为双曲型方程组的标准形式进行差分.通过某电站尾水隧洞水工水力学模型实验专门对该方法进行验证,表明该计算方法是正确的.
三维稳定渗流的随机变分原理及有限元法
李锦辉, 王媛, 胡强
2006, 23(6): 21-24.
摘要:
将渗透系数作为随机场引入泛函变分表达式中,应用小参数摄动法,推导建立了三维稳定渗流的随机变分原理和相应的随机有限元列式.并由此推导得到了水头、水力坡降的均值和方差表达式.为应用随机有限元方法对随机渗流进行分析提供了理论依据.最后,计算了一个典型堤防的水力坡降均值和标准差,分析了水力坡降标准差与渗透系数变异性之间的关系,结果表明此方法程序实施简便,计算效率较高.
匀变速移动质量与简支梁耦合系统的振动分析
彭献, 刘子建, 洪家旺
2006, 23(6): 25-29.
摘要:
对受变速移动荷载作用的简支梁的动力响应分析过程中,同时考虑移动质量的牵连惯性力及其加速度对梁横向振动的影响.利用时变力学系统的求解方法,得到在移动质量的初速度和加速度两个运动参数变化情况下,梁的挠度变化规律.数值结果表明,移动质量的加速度对梁横向振动的影响不能忽略,否则将产生较大的误差,而它的牵连惯性力对梁的横向振动影响不大,在一般的计算中可以忽略其影响以简化运算.
随机激励下软弹簧杜芬系统的安全盆侵蚀
甘春标
2006, 23(6): 30-34.
摘要:
非线性振动系统中由于复杂动力学行为而导致安全盆边界出现分形的情况比较普遍.研究随机激励对软弹簧杜芬振子的安全盆的影响.通过对系统安全盆的描绘,利用龙格-库塔和蒙特-卡罗方法,给出了系统有正阻尼和无阻尼时高斯白噪声和有界噪声作用下安全盆的侵蚀状况.结果表明,类似于确定的谐和激励情形,安全盆的面积将随着随机外激励强度的增大而减少,无阻尼系统的安全盆的边界经高斯白噪声或有界噪声外激励的作用同样可出现分形形状.
结构损伤识别中模态跃迁的研究
蒋友宝, 冯健, 孟少平
2006, 23(6): 35-40,7.
摘要:
损伤会引起结构参数的变化,由此将可能导致损伤前后模态不再按相同阶数一一对应.通过理论推导与分析,得出损伤前后模态可能会跃迁的结论.基于相关原理,通过计算损伤前与损伤后模态的相关系数,可以判定跃迁后模态的对应关系.数值仿真实验表明该方法具有较高的精度.
一类双壳结构振动特性的半解析法
卿光辉, 邱家俊, 刘艳红
2006, 23(6): 41-45.
摘要:
以Hamilton正则方程的半解析法为基础,为一类双壳结构的振动特性提出了一种新的数学模型.基本步骤:(1)独立地建立内外壳和连接筋的线性方程组;(2)考虑到内外壳和连接筋的界面上的应力和位移的连续性,联立内外壳和连接筋的方程,从而得到全结构的方程组.主要优点是:采用了同一种Hamiltonian等参元离散壳和连接筋,结构的转动惯性、剪切变形等因素都得到了考虑,而且不限制壳的厚度和筋的高度;该方法象一般的有限元法一样适应复杂的边界条件和由多种材料构成的结构.本文的方法可推广用来研究加筋复合材料或加筋压电材料层合壳及相应的双壳结构的动力学问题.
双参数弹性地基上受压的正交异性板的自由振动
黄炎, 廖瑛, 谢燕
2006, 23(6): 46-49.
摘要:
双参数弹性地基上面内受压的正交异性矩形薄板自由振动问题可分两种情况求解;当板的四边为简支时可用双正弦级数解法来求得各阶固有频率.对其他任意边界情形,可采用分离变量法先求得各种代数多项式解以及单正弦级数解,然后建立一个适用于除四边简支外能满足四边以及四角的一般解,其中的积分常数由边界条件来确定.以四边简支和平夹的正方形板为例进行了计算和分析.这种解法简单全面,便于实际应用.全部公式同样可用来求解板的稳定性问题.此时令板的固有频率为零,两个对边压力的比或其中一个为已知即可求得各阶临界压力.
弹性直杆在温度场中的非线性振动与奇异性
杨志安, 席晓燕, 李文兰
2006, 23(6): 50-53,5.
摘要:
由伽辽金方法得到了弹性直杆热胀冷缩状态下受均布简谐激励的非线性振动方程.应用多尺度法求得了系统主共振的分岔方程和不同参数下的主共振响应曲线.随着温度的降低,主共振幅频响应曲线的振幅增加,共振区变窄.得到了主共振温度响应曲线的两种拓扑结构及其变化趋势.按照奇异性理论方法对主共振分岔方程进行了分析,得到了分岔方程的转迁集和分岔图.
基于受控结构振型的损伤定位分步识别方法
程远胜, 杨振宇, 汪刚
2006, 23(6): 54-59.
摘要:
提出了基于神经网络技术和受控结构振型数据的损伤定位分步识别方法.首先采用状态反馈控制的方法,有目的地对结构进行极点配置,得到设置的受控结构的动力特性数据.将结构划分为若干个子区域,以受控结构损伤前后振型差作为输入参数,利用概率神经网络确定结构损伤所在的子区域,然后用多损伤定位确信准则对结构损伤子区域中的具体损伤位置进行识别.数值仿真表明,利用概率神经网络能有效地确定结构损伤子区域,采用分步识别的策略能大大缩小具体损伤单元的识别范围,而利用受控结构的动力特性参数可提高识别指标对损伤的敏感度,进而提高损伤识别的准确性.
IMLS方形影响域法
张延军, 王恩志
2006, 23(6): 60-64,8.
摘要:
展示了一些最新无网格法的研究进展,给出了一种新型无网格法-IMLS方形域无网格法.该法中未知变量的近似采用IMLS技术,局部影响域形状采用方形几何形态.这些技术的具体实施展现了节点布置和数值积分的无网格特点,并自然满足Dirichlet边界条件.该方法可以容易推广到求解非线性问题以及非均匀介质的力学问题.此外,还计算了两个弹性力学平面问题的例子,所得计算结果证明:该方法是一种具有收敛快、精度高、简便有效的通用方法,在工程中具有广阔的应用前景.
土木工程学科
钢框架梁腹板开孔型连接节点力学性能试验研究
王秀丽, 沈世钊, 殷占忠, 李庆福
2006, 23(6): 65-76.
摘要:
钢框架梁柱节点的连接性能研究引起国内外的广泛关注,尤其是通过改善节点的变形性能从而提高结构的延性已成为钢结构研究的焦点.依据“强柱弱梁”的抗震设计原则,按照控制塑性铰位置的思路,对梁腹板上开孔的节点形式进行了反复荷载历程下的五个试件试验研究,探讨了梁柱节点区域内截面应力分布规律、滞回性能、节点破坏模式及极限承载能力,并利用ANSYS进行详细计算和对比分析.此外,通过一个单跨框架结构利用ABAQUS有限元程序计算分析,初步探讨了不同塑性铰位置对结构延性的影响.理论计算及试验结果表明,合理采用此类节点,可以使节点破坏模式从脆性破坏转变为梁的局部屈曲破坏,降低连接焊缝脆性破坏的可能性,达到了控制塑性铰位置的目的,从而改善框架结构的整体延性.
曲线梁桥地震响应的简化分析方法
王丽, 周锡元, 闫维明
2006, 23(6): 77-84.
摘要:
曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,导致了地震响应的复杂性.对弹性支座上的刚性桥面系统建立了具有刚度偏心的简单曲线梁桥模型,给出了自振特性和地震响应的简化计算方法.通过数值模拟比较,系统地分析了各种影响因素及其对曲线梁桥动力响应的影响规律和计算图表,可以在抗震初步设计中参考使用.
FRP加固混凝土梁受弯剥离破坏的有限元分析
陆新征, 滕锦光, 叶列平, 江见鲸
2006, 23(6): 85-93.
摘要:
FRP加固钢筋混凝土梁受弯剥离破坏是一种非常常见的破坏形式.首先基于微观尺度有限元分析,对受弯剥离破坏的机理进行了研究,提出了一个受弯剥离的双重剥离破坏准则,以及相应的界面粘结滑移关系,使得受弯剥离可以由基于普通弥散裂缝模型的混凝土单元来加以模拟,并开发出了相应的FRP-混凝土界面单元模型.将该界面单元嵌入通用有限元程序MSC.MARC,对45根受弯剥离破坏的试验梁进行了有限元分析.分析结果表明,提出的计算模型与试验结果吻合良好,可以真实模拟受弯剥离破坏过程.
基于气动新模型的大跨度桥梁频域抖振分析
张志田, 葛耀君, 陈政清
2006, 23(6): 94-101.
摘要:
提出采用准定常气动刚度与基于试验的非定常气动阻尼进行气动修正的大跨度桥梁抖振计算新模型.桥梁节段模型风洞试验表明,气动新模型能相对更准确地描述桥梁结构的气动刚度与气动阻尼特性.以东海大桥的风致抖振响应为例,对气动新模型与传统Scanlan颤抖振模型的分析结果进行了对比研究.计算结果与风洞试验表明,气动新模型具有良好的计算精度与明确的物理意义.
基于概率断裂力学的老龄钢桥使用安全评估
王春生, 聂建国, 陈艾荣, 陈惟珍
2006, 23(6): 102-106.
摘要:
我国交通线上存在大量老龄钢桥,这些老龄钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其疲劳剩余寿命已受到桥梁管理部门的高度重视.为确保老龄钢桥的使用安全,避免不必要的维护与更换,建立老龄钢桥疲劳剩余寿命与使用安全评估方法十分必要.建立了反映老龄铆接钢桥疲劳破坏机理的脆断和韧断概率失效模型,给出了用于疲劳可靠性分析的极限状态方程,合理确定了随机变量的参数取值.建立了铆接钢桥构件单角钢概率疲劳破坏模型,基于Monte Carlo算法实现了铆接钢桥构件单角钢疲劳断裂失效概率的计算,编制了相应的概率断裂分析程序SAPFF.进而将铆接构件概率断裂模型应用于上海市浙江路桥的时变疲劳可靠度分析,并给出了浙江路桥概率疲劳剩余寿命评估结果与维护对策.
G50钢动态力学性能的实验研究
田杰, 胡时胜
2006, 23(6): 107-109,.
摘要:
对我国自行设计的专利产品G50钢的动态力学性能进行了实验研究.实验结果表明:G50钢是应变率不敏感材料,其动态压缩时会产生45°剪切破坏.金相细观分析表明,G50钢的应变率不敏感性是由其细观结构所决定的,材料的45°剪切破坏则是由于其热塑失稳、绝热剪切造成的.
基于双剪强度理论的混凝土板极限冲切承载力计算方法
蔡健, 林凡
2006, 23(6): 110-113,.
摘要:
将混凝土板的冲切破坏简化为平面应变问题,采用双剪应力三参数强度准则对冲切破坏时的混凝土板剪压区的复合应力进行分析,得到了剪压面上的极限竖向剪应力,利用静力平衡条件求得混凝土板的极限冲切承载力计算公式.与国内外246个试件的试验数据进行比较表明,该公式的计算结果与试验结果吻合良好.计算公式的计算模式概念清晰,可供结构设计时参考.
新型方钢管混凝土柱-钢梁节点的受力机理分析
于旭, 刘伟庆
2006, 23(6): 114-119.
摘要:
基于新型方钢管混凝土柱-钢梁节点的低周反复荷载试验,探讨了节点的受力机理,建立了节点弯矩传递模型,提出了节点抗弯承载力计算公式与相应的设计建议.
预应力混凝土桥梁时变效应分析的钢筋约束影响系数法
胡狄
2006, 23(6): 120-126.
摘要:
系统地提出了预应力混凝土桥梁结构中钢筋对徐变和收缩时变效应的约束影响系数的概念,并给出了影响系数的计算公式,籍此提出了时变效应分析的钢筋约束影响系数法,建立了一套理论公式,可计算时变的钢筋和混凝土应力、应变及梁体竖向变形.不仅适用于静定桥梁结构,亦适用于超静定桥梁结构,可计算时变结构内力重分布.计算式物理意义明确,使用方便;理论分析与试验结果比较表明,公式具有较高的计算精度.
青藏高原铁路多年冻土路堤的碎石层高度
孙斌祥, 徐学祖, 赖远明, 汪双杰, 章金钊
2006, 23(6): 127-134.
摘要:
分析表明路堤尺寸、形状和边界形式对碎石路堤自然对流效应的发生有显著影响,需要根据具体工程要求来确定路堤的压力边界条件.对4种压力边界情况的碎石路堤自然对流进行了数值计算,显示透气边界的碎石路堤自然对流降温效应为最强.最后,通过引入自然对流指数,提出了实际冻土路堤碎石层填筑高度的确定方法,具体给出了粒径为2cm~4cm、4cm~6cm、6cm~8cm和8cm~10cm的碎石层填筑高度,并对粒径为6cm~8cm的碎石层填筑高度进行了实验验证,结果表明,通过自然对流指数所确定的碎石层高度对实际冻土路堤工程的设计具有参考价值.
机械工程学科
铁路曲线钢轨横向凹坑对初始波磨形成的影响
熊嘉阳, 金学松
2006, 23(6): 135-141,.
摘要:
建立了车辆/轨道横向垂向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨波磨计算模型,发展了相应的数值方法.利用该方法分析了曲线钢轨顶面内侧具有横向凹坑对初始波磨形成的影响.计算了客车车辆通过钢轨轨头横向凹坑时,同一个转向架的4个车轮反复作用下钢轨初始波磨形成和发展情况.数值结果表明,当车辆通过具有横向凹坑的曲线钢轨时,轮对和钢轨之间发生瞬态冲击振动,引起钢轨接触面产生不均匀磨损而形成初始波磨,随着车辆通过次数增加,不均匀波磨深度加大并向前扩展,形成大约30mm和750mm的波长;当车轮通过横向凹坑瞬间,车轮和钢轨之间发生激烈的振动,使4车轮下的钢轨接触表面产生严重的凹坑磨损,当车辆再次通过时,轮轨间的振动继续加剧,凹坑磨损深度迅速加大;前轮对通过凹坑而受激振动对后轮对动力学行为影响较大,导致后轮对作用下钢轨接触面不均匀磨损严重,但后轮对受激振动对前轮对动力学行为的影响较小;前轮对左轮受外轨激振作用而导致前轮对右轮下钢轨接触面凹坑磨损最严重.
Inconel718合金O形环回弹特性研究
余伟炜, 蔡力勋, 叶裕明, 左国
2006, 23(6): 142-147.
摘要:
对从Inconel718合金管材截取的O形环小试样进行了压缩回弹试验研究.试验表明,温度、加载历史和轴向尺寸对O形环回弹量无明显影响;常温下O形环回弹量随压扁度的变化在6%~30%的压扁度范围内表现为抛物递增,此时O形环密封性能良好,但当压扁度超过30%,回弹量开始递减,且试样的压缩接触面伴随出现凹陷,在600℃以上还发生坍塌.运用ANSYS的弹塑性接触分析功能,采用不同的本构模型,分别建立了二维、三维有限元网格模型,对O形环的压缩回弹过程进行了数值模拟.研究表明,ANSYS的弹塑性接触有限元方法对O形环回弹量的分析模拟结果与试验结果吻合较好.
铁路轮轨接触力循环计数新方法
赵永翔, 杨冰, 米彩盈
2006, 23(6): 148-153.
摘要:
发展了称为“时事分级识别”的新计数法,用于铁路轮轨接触力的循环计数.每1条循环载荷信息在读入软件时,就被分级和比较识别计数.方法考虑了载荷的多维多点偶合协调功能,可揭示材料的非线性循环变形特征,克服了现有方法无法处理大规模数据的困难.通过分析先锋号广-深线轮轨接触力-时间历程数据,验证了方法的有效性,并揭示出真实的线路载荷谱较常规谱复杂.
其他工程学科
粘弹-塑性海冰动力学本构模型中的Drucker-Prager屈服准则
王刚, 季顺迎, 吕和祥, 岳前进
2006, 23(6): 154-161,.
摘要:
针对中小尺度下海冰动力作用过程中的漂移和堆积特征,在粘弹-塑性海冰动力学本构模型中引入了Drucker-Prager(D-P)屈服准则.该模型在海冰屈服前采用Kelvin-Vogit粘弹模型,屈服后采用相关联的正则流动法则.采用该模型对规则海区内的海冰堆积过程进行了数值试验,计算的海冰堆积高度与其解析解一致.另外,在对渤海海冰动力过程中的海冰厚度、密集度、速度以及冰内应力进行的48小时数值模拟中,计算的冰厚分布与卫星遥感资料相符合.基于D-P准则的计算结果与Mohr-Coulomb(M-C)准则的结果相一致,但D-P准则克服了M-C准则计算塑性应力时的奇异现象,进而简化了计算过程.在以上数值模拟中,均采用了光滑质点动力学计算方法.以上数值计算均验证了基于D-P屈服准则的粘弹-塑性本构模型在海冰动力学中的可靠性.
三维曲井内钻柱的接触非线性有限元分析
谈梅兰, 王鑫伟, 吴光
2006, 23(6): 162-166.
摘要:
针对三维曲井内钻柱的接触非线性有限元分析,提出了一种符合接触性质的新的接触模型:在接触点处,钻柱的横向位移应限制在给定的环空间隙值内,同时,还必须让横截面绕变形曲线副法线轴的转角为零.利用新的接触模型,采用忽略横向剪切变形的三维空间曲梁单元对三维曲井内钻柱的接触非线性进行了有限元分析,给出了一套计算方法.算例结果表明:新的接触模型与计算方法,对于有解析解的平面问题其精度高,避免了随着单元划分的不同导致解时大时小而不稳定的现象.工程算例——三维曲井内钻柱的接触非线性分析结果偏于安全.
渤海海冰工程设计参数分布
李志军, Devinder S Sodhi, 卢鹏
2006, 23(6): 167-172.
摘要:
利用渤海历史资料建立由气温、水温、冰期和冰厚表达平整冰层温度、盐度、密度的垂直剖面,进而获得冰的孔隙率垂直剖面.在此基础上通过渤海冰力学参数同孔隙率的试验关系计算出相应冰层峰值压缩强度、峰值弯曲强度、峰值剪切强度和弹性模量.将渤海历史资料归纳的冬季气温分布、水温分布和不同重现期冰厚度分布资料放入渤海1/6经度和1/6纬度的网格内,从而获得渤海不同重现期平整冰层的物理和力学参数分布.作为实例,给出渤海25、50、100年重现期的平整冰层设计厚度分布、压缩强度分布、弯曲强度分布、剪切强度分布和弹性模量分布.
拉伸环向周期裂纹管的应力强度因子
谢禹钧, 王晓华, 王伟, 徐立志
2006, 23(6): 173-176.
摘要:
利用裂纹非自发扩展的能量释放率,即G*-积分理论分析求解了拉伸周期裂纹管应力强度因子问题,给出了周期裂纹管应力强度因子的系列解答.该解亦可作为开裂曲板应力强度因子的近似解.