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2007年  第24卷  第4期

基本方法
四边简支钢筋混凝土矩形薄板的热屈曲
程选生, 杜永峰, 李 慧
2007, 24(4): 0-006,.
摘要:
基于刚性板和小挠度理论,考虑混凝土的材料非线性,推导了热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的平衡方程和稳定方程。给出了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在横向变温和温度均匀变化时临界屈曲温度变化的封闭解,并对工程中常见的钢筋混凝土矩形薄板在温度均匀变化时的临界屈曲温度变化进行了计算,讨论了板的材料常数、长宽比和相对厚度对临界屈曲温度变化的影响,从而为工程结构中钢筋混凝土矩形薄板的临界屈曲温度变化的计算提供了理论计算依据。
含缺口受拉平板塑性应力场的有限元分析
王元清, 武延民, 石永久, 江见鲸
2007, 24(4): 0-012.
摘要:
含尖缺口受拉平板三维应力场是断裂分析研究中常遇到的问题,进入塑性状态以后,缺口尖端的应力状态和分布与弹性条件下有很大的不同。通过有限元的方法对含缺口受拉平板的塑性应力场进行了分析,并进一步研究了厚度和缺口半径因素对缺口尖端应力场的影响。分析结果表明,缺口半径减小提高了平面内应力 和 ,也提高厚度方向应力 和平面应变系数,平面应变系数在塑性条件下趋于0.5;厚度对平面内应力 和 影响很小,但提高厚度方向应力 和平面应变系数,平面应变系数在载荷较小时趋于材料泊松比 ,在载荷较大时趋于0.5。
基于不完备频响函数的结构多损伤定性和定量识别
郭惠勇, 李正良
2007, 24(4): 0-017.
摘要:
传统的频响函数损伤探测方法对单损伤识别效果明显,却难于精确识别多损伤情况。为了解决结构的多损伤位置识别和损伤程度的判定问题,将不完备的频率响应函数应用于结构的损伤检测研究,并提出了一种两阶段的损伤识别方法。首先,利用不完备的频率响应函数确定相应的损伤指标,并通过不同节点和自由度处损伤指标的改变来分别初步判断损伤的位置;然后,推导分析了损伤程度计算公式,利用该公式可以精确的计算出相应损伤单元的损伤程度。仿真结果表明,通过自由度损伤指标的改变可以较为精确的识别出损伤的位置,优于节点损伤指标判别法,而通过损伤定量公式不仅可以得到损伤程度的量化值,而且可以更精确的判断损伤的位置。
带转动弹簧的杆单元平面钢结构二阶弹性分析
胡习兵, 沈蒲生, 舒兴平
2007, 24(4): 0-028.
摘要:
用两端带转动弹簧的杆单元代替一般的杆单元,提出了一种新的平面杆系钢结构二阶弹性分析计算模型。通过对杆单元的转角位移方程进行修正,推导了这种计算模型的结构弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,并编制了该种模型的一阶和二阶弹性分析计算程序,采用该程序对两个半刚性连接钢框架进行了计算分析,并将部分结果与有限元计算结果进行了比较。算例结果表明:该模型计算结果精度高,可用于结构初步设计与分析。
塔桅结构的斜索面内固有振动计算的修正Irvine方程
吴庆雄, 陈宝春
2007, 24(4): 0-023.
摘要:
针对Irvine方程计算斜索面内固有振动的不足之处,在推导出整体割线坐标下斜拉索的动力平衡方程式的基础上求得了能简单计算斜索固有振动特性的修正Irvine方程。通过与用Galerkin法得到的精确解进行的对比表明,利用该修正方程能较准确地计算出斜拉索的面内固有振动频率和固有振型。
结构地震反应分析的一种新精细积分法
郭泽英, 李青宁, 张守军
2007, 24(4): 0-040.
摘要:
将Newmark法中常平均加速度法的基本假定与更新精细积分方法结合起来,提出了一种新精细积分法,并应用于结构的地震反应分析中。推导了该方法的计算公式,对其稳定性进行了分析。与更新精细积分法相比,在实现动力微分方程降阶后,矩阵尺度和方程个数减少一半;并且迭代公式直观,可以非常方便地求出结构在地震作用下的位移、速度和加速度反应。提出的方法虽然是条件稳定的,但是其稳定性条件极易满足。算例表明方法的有效性及对地震作用的较好的适应性。
I型裂纹面中心区受均布载荷作用下的非对称动态扩展问题
吕念春, 程云虹, 程 靳
2007, 24(4): 0-034.
摘要:
通过复变函数论的方法,对I型裂纹面中心区受均布载荷作用下的非对称动态扩展问题进行研究。采用自相似函数的方法可以获得应力、位移和应力强度因子的解析解。应用该法可以很容易地将所讨论的问题转化为Riemann—Hilbert问题, 然后应用Muskhelishvili方法就可以相当简单地得到问题的闭合解。利用这些解并采用叠加原理,就可以很容易地求得任意复杂问题的解。
动荷载诱发上下交叠硐室间顶柱失稳的突变理论分析
闫长斌, 徐国元
2007, 24(4): 0-051.
摘要:
根据上下交叠型地下硐室群的主要特征,将硐室间的顶柱简化为两端固定梁力学模型,把动荷载简化为谐波。考虑梁的自重,建立了动荷载诱发上下交叠型地下硐室间顶柱失稳的双尖点突变模型,导出了其失稳条件。根据失稳条件确定了顶柱的临界安全厚度。分析了动荷载振幅、频率对顶柱临界安全厚度的影响。以厂坝铅锌矿为例,计算了爆破震动作用下采场与下方采空区间顶柱的临界安全厚度。研究结果表明,上下交叠型地下硐室间顶柱的失稳不仅取决于动荷载的振幅和频率,而且还与自重荷载以及围岩特性有关,这与测试结果和有关爆破地震效应的最新研究成果是一致的。
受压对称迭层矩形板的自由振动分析
杨端生, 袁端才, 黄 炎
2007, 24(4): 0-045.
摘要:
根据受压的对称迭层矩形板自由振动的微分方程可以求得各种解析解来求解各种边值问题。迭层板有两种,一种是正交铺设,其方向与坐标轴平行,属正交异性板,当板的四边为简支时,可用双正弦级数来求解自由振动的各阶频率及其振型以及均匀受压的各阶临界载荷及其屈型。另一种是角铺设,属各向异性板,当两相邻边为自由,另两边为简支或固支时可用复数级数来求解其最低频率及其振型以及最低临界载荷及其屈型。此时其特征方程的根为两对复根,且可表成三角级数和双曲线级数,以满足边界条件。另外用代数多项式和双正弦级数组成的解来满足角点条件。在算例中计算了若干板受压或不受压的振动频率和临界载荷,并与其他文献进行了对比。
基于频率变化识别结构损伤的摄动有限元方法
杜思义, 殷学纲, 陈 淮
2007, 24(4): 0-070,.
摘要:
在结构有限元计算模型中定义了单元的损伤识别参数,将摄动理论与振动理论相结合导出结构振动特征值的一、二阶摄动方程,并由此建立了结构的一、二次损伤识别方程,给出了两种方程在欠定情况下求解损伤识别参数的优化算法。该方法仅使用在役结构固有频率测量值就能识别出结构的损伤位置和损伤程度,以及结构的老化程度,避免了使用模态振型识别结构损伤,因测量精度不高或自由度不足带来的误差。通过一座连续梁桥损伤识别的数值仿真结果,证明了该方法的有效性和实用性。该方法可用于大型结构的损伤识别或健康监测。
外源波动问题数值模拟的一种实现方式
赵建锋, 杜修力, 韩 强, 李立云
2007, 24(4): 0-058.
摘要:
将人工边界上的波动场分解为无局部场地效应影响的自由场与局部场地效应引起的散射场两部分,无限域地基中的波动传播对人工边界的影响通过将位移场、速度场转化为应力场施加到人工边界节点上来反映,其中散射波场的模拟采用了杜修力等提出的一种远场近似解。在此基础上,利用通用有限元软件实现了斜入射条件下瞬态平面地震波作用引起的局部场地效应的时域数值模拟,为计算二维、三维局部不规则、非均匀场地的地震局部场地效应以及土结动力相互作用等外源波动问题提供了一种有效、实用的实现方式。建议方法的优点是可直接借助通用有限元软件强大的求解器和前后处理功能来计算和分析近场波动反应,且实现简便。实际上,由于通用有限元软件强大的求解功能,可方便地用于局部场地存在不均匀、非线性的情况。
基于简支弹性矩形板含集中质量振动基波频率共形映射解析
齐红元, 祝红英, 朱衡君
2007, 24(4): 0-074,.
摘要:
借助共形映射理论,采用矩形板边界域奇偶插值点两序列的三角插值方法,寻求了带圆角矩形板等复杂域与单位圆域的共形映射函数;针对含有集中质量振动简支弹性异型板基波频率值的求解,在平面常应力状态下,完成该复杂弹性板以单位圆域方法描述的振动方程,求解板基波频率系数。以带圆角矩形简支板域求解为示例,分析了集中质量大小与位置、矩形长宽比值e、平面常应力系数Sp对基波频率的影响。
载流悬臂柱壳的非线性数值分析
边宇虹, 田振国, 白象忠
2007, 24(4): 0-065.
摘要:
针对在电磁场和机械场耦合作用下的载流柱壳的非线性变形问题的数值解法进行了研究。给出了载流柱壳在耦合场作用下的几何方程、物理方程、二维电动力学方程、磁弹性非线性运动方程和洛仑兹力表达式,建立了差分格式和线性化迭代方程,给出了这些方程的数值解系统,并以悬臂柱壳为例,计算了该壳在电磁场和机械载荷耦合作用下的应力及变形;讨论了其应力及变形与外加电磁参量之间的关系;证明了变化电磁参量可以对壳的工作状态实施控制。
人造地震动反应谱拟合的窄带时程叠加法
赵凤新, 张郁山
2007, 24(4): 0-091,.
摘要:
提出了一种在时域内叠加窄带时程的方法以提高人造地震动时程对目标反应谱的拟合精度。该方法首先利用传统的在频域内调整傅立叶幅值谱的方法合成以给定峰值加速度、反应谱和强度包线为目标的初始加速度时程;然后基于线性单自由度体系的地震输入反演公式,利用在时域内叠加窄带时程的方法继续调整该初始时程以进一步提高其对目标反应谱的拟合精度。算例分析结果表明,该算法所得到的人造地震动时程对目标谱具有较高的拟合精度。
变分原理分析连续箱梁开裂后的剪力滞效应
曹国辉, 方 志
2007, 24(4): 0-080,.
摘要:
变分原理通常适用于箱形截面梁剪力滞效应弹性分析,基于换算截面法和解肢法,运用变分原理推导了钢筋混凝土连续箱梁均布荷载作用的剪力滞系数计算公式,考虑了混凝土开裂对连续箱梁剪力滞效应的影响,并与试验结果和规范方法进行了对比。分析表明混凝土开裂将引起连续箱梁剪力滞效应分布规律发生变化,且混凝土开裂对跨中截面翼缘有效分布宽度系数的影响较小,对中间支座截面的影响较大。本文方法力学概念明确,是其弹性分析适用范围的拓展,可广泛应用于连续箱梁开裂后的剪力滞效应分析。
沿水平向运动的水中截断圆柱体辐射波浪问题的解析解答
赖 伟, 王君杰
2007, 24(4): 0-086.
摘要:
根据线性势波理论,分析了水中截断圆柱体作水平简谐运动时结构周围的辐射波浪。利用分离变量法,分别得到了含有未知常数的三个流体子域速度势的简谐表达形式,并采用一个较为简单的匹配方法使其在流体子域的共同边界上满足压力和法向速度的连续条件。于是求解得到了速度势,进而可得到由等效附加质量和附加阻尼表示的柱体侧面上的动水力。不仅能考虑自由表面波对动水压力的影响,也适用于位于任意水深处的截断圆柱体。实例分析表明,该方法具有较高的计算精度;同时对于截断圆柱体,采用Morison方程中的动水附加惯性力项会高估柱体侧面上的动水力。
土木工程学科
大跨度平屋盖表面的风压脉冲特性研究
孙 瑛, 武 岳, 林志兴, 沈世钊
2007, 24(4): 0-096.
摘要:
大跨度平屋盖表面的风压脉冲特性是屋盖风压脉动特性的一个重要表现形式,基于大跨度平屋盖结构的风洞试验研究,结合风压脉冲的形成机理及利用过界峰值法研究屋盖表面风压脉冲对风压脉动的贡献及其出现的频率和峰值的大小,并从中找出反映大跨度屋盖结构的风场绕流特性和风压脉动特性的一些规律。
建筑结构相关荷载组合的平稳二项随机过程方法
周道成, 段忠东, 欧进萍
2007, 24(4): 0-103.
摘要:
目前建筑结构设计和分析的荷载组合采用的是经验性的荷载组合规则,荷载组合结果具有较大的随意性,不能计算荷载组合值的保证率。在将随时间变化的荷载随机过程假定为平稳二项随机过程的基础上,研究多个相关或不相关荷载(或荷载效应)组合问题。考虑参与组合的荷载随机变量间的相关性,确定了组合荷载随机过程的参数;根据最大熵原理确定了荷载组合随机过程的任意时段幅值随机变量的概率分布,从而建立了相关随机荷载的组合方法;结合现行规范设计方法,进一步讨论了荷载组合系数的确定;最后采用Monte Carlo试验验证了本文的荷载组合方法,并对常见的几种经验荷载组合规则进行了概率校核。
有偏心桥梁断面气动导数识别的分段扩阶最小二乘迭代法
罗延忠, 陈政清, 韩 艳
2007, 24(4): 0-112.
摘要:
应用拉格朗日方程,建立了风洞中弹性悬挂的二自由度桥梁节段模型质心的竖向和扭转运动方程,所建立的数学模型考虑了无风时竖向阻尼力中心和弹性中心与质心的偏心。提出了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。给出了无风时偏心节段模型物理参数及模态参数的识别方法,并用于无偏心平板模型和有偏心桥梁节段模型的气动导数识别。风洞试验表明,方法有效可行。
框-剪结构剪力墙可中断高度的分析研究
方德平, 王全凤
2007, 24(4): 0-128.
摘要:
基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系,建立了考虑杆件P-Δ效应和剪切变形且能分析结构极限状态的非线性有限元法。将剪力墙当作特别杆单元,对不同高度、配筋、轴压比和刚度特征值的中断剪力墙的框-剪结构进行了静力弹塑性分析。设定可中断剪力墙高度的条件。计算表明:上部剪力墙中断的相对高度值的决定因素为结构顶部的位移;相对高度值与配筋和轴压比无关;与结构高度关系较小;随着刚度特征值的增加,相对高度值随之增加,并给出了两者之间的表达式。
面波产生的地震动转动分量的试验验证
李宏男, 孙 强, 王宁伟
2007, 24(4): 0-117.
摘要:
迄今为止,地面运动转动分量主要是通过弹性波动理论方法间接由平动分量获得,但并未得到证实。首次运用面波试验验证了这种求取转动分量的方法的合理性。重锤击落地面,在半无限空间弹性介质的地表附近,可产生面波(瑞利波和乐夫波),合理布置拾振器位置,测得产生面波的时程,利用两点差原理可以测得地面近似转动分量;将实测转动分量和用理论方法求得的转动分量的时程曲线以及傅立叶谱进行对比,由两种方法得到的转动分量加速度时程在振动持续时间内的开始阶段、强震阶段和衰减阶段基本一致;Fourier谱峰值、峰值点个数、峰值出现的位置以及谱曲线的形状走向是接近的。
柱肢长宽比对空间异形柱框架抗震性能的影响
曹云中, 干 钢, 唐锦春
2007, 24(4): 0-123.
摘要:
针对空间异形柱框架具有柱横截面不规则等特点,提出适用于该结构非线性有限元分析的方法。对该框架作适当的单元划分,并用子结构法及静力凝聚法提高计算效率,得到简化计算模型。在该模型中,运用分区离散截面法及主从系统中的偏心转化法来完成对异形截面的分离与组合。将该计算模型与单向及反复推覆分析方法相结合,探讨了空间异形柱框架结构抗震性能的分析方法,并验证了其有效性。通过对不同柱肢长宽比的空间异形柱框架在不同方向水平荷载作用下的推覆分析,获得柱肢长宽比对该框架抗震性能的影响规律。
空间桁架结构动力学形状优化设计
王 栋, 李 晶
2007, 24(4): 0-134.
摘要:
在多阶固有频率约束条件下,采用“渐进结点移动法”,对空间桁架结构的形状进行优化设计,使结构重量达到最小。首先分析固有频率相对结点位置的一阶导数,确定结点移动的效率,即灵敏度数。根据灵敏度分析结果,优先移动效率较高的结点。然后,利用库恩-塔克优化条件检验所得结果,保证优化过程收敛于最小重量设计。最后,用二个典型数值算例验证本文算法的有效性和可靠性。
钢箱梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构的试验研究
卫 星, 李小珍, 李 俊, 强士中, 王子建
2007, 24(4): 0-141.
摘要:
斜拉桥的索梁锚固结构受力集中、构造复杂。介绍了锚拉板式索梁锚固结构的特点及其在大跨斜拉桥中的应用,通过对广东湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构进行足尺模型静力试验,得到静力荷载作用下锚拉板式索梁锚固结构各测点应力。结合有限元分析和模型试验结果,分析了锚固结构的应力分布及传力机理,锚拉板式索梁锚固结构的设计方案及制造工艺得到了验证。根据Von.Mises强度理论,对锚固结构的承载能力做出了评价,得出一些有益的结论。
基于牛顿-拉普森迭代和零阶优化算法的悬索结构找形研究
郭 彤, 李爱群, 王 浩
2007, 24(4): 0-146,.
摘要:
基于牛顿-拉普森迭代对悬索体系的找形进行了研究,同时采用零阶优化算法对迭代进行优化控制,并对影响求解精度的因素进行了分析。在此基础上,针对恒载状态下的润扬大桥悬索桥进行了算例分析,并与膜理论计算结果和竣工试验中的实测数据进行了比较。算例表明,利用优化算法对控制点的标高变化进行控制,可以更加准确地得到主缆的线形及其内力。该方法不仅可以应用于悬索桥主缆的找形,同样也适用于其它大跨缆索结构的找形和施工控制。
其他工程学科
椭圆参考轨道的卫星编队队形保持控制设计
崔海英, 李俊峰, 高云峰
2007, 24(4): 0-151.
摘要:
以Lawden方程作为动力学模型,建立状态方程,利用线性二次型性能指标最优控制(LQR)对卫星编队队形进行保持控制。首先对近地轨道的主要摄动 项摄动和大气阻力摄动进行描述,得到了影响编队队形的相对摄动的表达式。然后通过合理的选择控制加权矩阵 ,用无约束的线性二次型优化方法解决了电推力火箭有控制约束的优化问题。仿真结果表明,这种控制方法是有效的。
水下航行体通气超空泡形态及阻力特性试验研究
蒋增辉, 于开平, 张嘉钟, 王 聪, 黄文虎
2007, 24(4): 0-158.
摘要:
利用中速空泡水洞开展了通气超空泡试验,并利用已有的经验公式得到了通气空化数,对通气超空泡形态及阻力特性进行了研究。研究表明,通气超空泡的长度和长细比都随通气空化数的增大而减小,航行体阻力系数则随长细比增大而减小。在流速恒定情况下,随通气率的增大,通气空化数逐渐减小,呈指数规律衰减。通气空化数越小,超空泡航行体的减阻效果越好,速度越大,超空泡减阻效果越明显。随通气空化数的减小,超空泡航行体尾部沾湿区域阻力系数也逐渐减小。
应用DDAM进行船舶浮筏隔振装置抗冲击计算
赵应龙, 何 琳, 吕志强
2007, 24(4): 0-167.
摘要:
研究舰船设备冲击设计分析方法,对美国海军动力学设计分析方法(DDAM)进行了详细介绍。分别按照美国海军NAVSEA 0908-LP-000-3010,Rev.1和GJB1060.1-91的要求对船舶浮筏隔振装置进行了冲击设计分析,计算表明修订后的DDAM计算结果更准确。计算分析方法可用于海军舰船设备的冲击设计分析,计算应按照美国海军NAVSEA 0908-LP-000-3010,Rev. 1要求的模态选择标准进行。
基于多目标遗传算法的传感器优化布点研究
张连振, 黄 侨, 王潮海
2007, 24(4): 0-172.
摘要:
针对目前桥梁模态试验中传感器布点优化都是基于单一准则下的研究的局限性,提出采用双准则或多准则下的传感器优化布点研究,该方法改进了以往布点优化中单一目标最优的限制,转而寻求多准则下的优化布点的满意解,而非真正严格数学意义上的最优解。采用Pareto遗传算法,设计了相应的遗传算子和编码方案,成功求解了双准则下传感器最优布点问题,优化结束时,成功给出了一组pareto最优解的前沿面,进而证明了提出的方法是可行的。
中碳贝氏体钢的室温单轴循环变形行为研究
康国政, 李友国
2007, 24(4): 0-177,.
摘要:
为了了解中碳贝氏体钢支承辊的接触疲劳失效机制,对中碳贝氏体钢材料在室温单轴循环加载下的应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究。讨论了材料的循环软/硬化特性及其对单轴棘轮行为的影响,同时揭示了该材料棘轮行为的平均应力、应力幅值及其加载历史的依赖性。实验研究表明:材料的循环软/硬化特性具有明显的应变幅值依赖性,进而导致材料在不同的应力水平下出现不同的棘轮行为。研究得到了一些有助于该类材料循环变形行为本构描述的结论。
双轴椭圆柔性铰链的设计计算
曹 锋, 焦宗夏
2007, 24(4): 0-182.
摘要:
利用矩阵论、能量法、卡氏第二定理和微积分的知识推导出了双轴椭圆柔性铰链设计计算公式,并用有限元分析方法对所推导的公式进行了验证。实际应用和ANSYS软件分析的结果表明了所推导的双轴椭圆柔性铰链的柔度计算公式是正确的,是可以用于实际双轴椭圆柔性铰链的设计计算的。
磁流变阻尼器性能试验及其非线性力学模型
孙 清, 伍晓红, 胡志义, 周进雄, 张 陵
2007, 24(4): 0-187.
摘要:
磁流变阻尼器是一种应用前景广阔的智能型阻尼器。研制了双出杆流动型磁流变阻尼器,对其进行了阻尼特性试验。在阻尼特性试验研究的基础上,建立了描述磁流变阻尼器阻尼特性的非线性模型。讨论了施加的电流、激振频率对非线性模型参数的影响。所建立的非线性模型与传统的Bingham塑性模型相比较具有精度高、能准确反映磁流变阻尼器滞回特性等优点。
注汽井套管的三轴预应力设计
&#;管志川;赵洪山
2007, 24(4): 0-192.
摘要:
以暴露于热蒸汽中的目的层套管为研究对象,根据弹性力学理论,首先给出了套管在热应力和非均匀地应力作用下的三轴应力表达式,然后利用对套管施加预应力来降低套管的轴向热应力,以使得套管的有效应力控制在相应温度下套管的最小屈服极限内为原则,得到了热采井套管三轴预应力设计方法,并对辽河油田常用的N80钢级套管进行了预应力设计分析,给出了该套管在不同注汽温度和井深条件下所应使用的径厚比及相应的预应力值。研究表明,在实际注汽过程中适当增加注汽压力可以提高套管的安全性,传统的单轴预应力设计及只考虑热应力的三轴预应力设计结果偏于保守,建议以后注汽井在进行预应力设计时应考虑热应力和实际非均匀地应力的共同作用。