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2007年  第24卷  第6期

基本方法
LDDA动接触力的迭代算法
张伯艳, 陈厚群
2007, 24(6): 0-006.
摘要:
概述了接触非线性问题的各种分析方法,指出了用Lagrange Discontinous Deformation Analysis (LDDA)求解缝面接触问题有较大优点,与DDA方法比较,它对接缝的处理更真实、更自然;又因为LDDA对全部接触力进行平衡迭代,所以接触力的计算精度也较高;同时,推导了LDDA的基本公式,提出了一个新的计算动接触力的迭代求解算法—改进的Uzawa迭代算法,该算法的松驰因子是依据块体接触的物理特性而非按照数学理论选用的,算例表明:LDDA理论和与之相对应的动接触力的迭代求解算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度。为接触问题的计算提供了一个有效的方法和工具。
有界噪声激励下非线性系统吸引子的关联维数估计
甘春标, 郭文洲
2007, 24(6): 0-048.
摘要:
随机环境下非线性系统的动力学分析是一个复杂而又困难的问题,此时系统响应的随机特性可来自测试误差、系统自身的非线性特点或动力学噪声等因素。讨论了有界噪声对两种不同参数的Holmes型杜芬振子的动力学行为的影响。通过Monte-Carlo和相空间重构方法,给出了此两种模型在受周期激励、有界噪声激励作用下的样本时间序列以及样本响应的关联维数结果。分析表明,外加有界噪声的作用可使系统响应的关联维数增大。
准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振理论模型
李寿英, 顾 明, 陈政清
2007, 24(6): 0-014.
摘要:
以三维连续斜拉索为研究对象,推导了风雨激振发生时拉索在面内面外的运动微分方程,建立了准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振的理论模型。为简化复杂问题,将水线的运动规律近似成正弦形式,并且假定水线平衡位置、水线振动幅值与来流风速的关系。首先将水线固定在拉索表面,得到了典型驰振的响应;接着详细研究了来流风速、水线振动频率、水线形成位置、风速剖面和拉索阻尼比等对三维连续拉索的风雨激振响应的影响。
数值流形方法的数学推导及其应用
李树忱, 李术才, 张京伟, 王兆清
2007, 24(6): 0-042.
摘要:
以往的数值流形方法都是以最小势能原理或变分原理为基础来建立求解方程的。但在实际工程中科技人员所遇到的有些实际问题,其控制方程所对应的泛函往往是难以找到的,在这些情况下就无法应用变分方法来建立数值流形方法的求解方程,而必须寻找较为一般的方法来推导数值流形方法的求解方程。因此,研究了如何从加权残数法出发建立数值流形方法的求解方程。在此过程中,通过建立弹性力学方程的数值流形方法,可以看出,通过选取适当的权函数,该方法最终的求解方程将转化为以最小势能原理或以变分原理为基础的离散形式。为了说明方法的有效性,求解了岩石试件中含单裂隙双边受拉的问题,并给出了裂隙尖端的应力强度因子和应力场的变化关系。
非保守功能梯度材料杆的后屈曲分析
赵凤群, 王忠民, 刘宏昭
2007, 24(6): 0-058.
摘要:
对受切向均布随从力作用的右端可移简支功能梯度材料(FGM)杆,基于轴线可伸长杆的大变形理论建立了非线性控制微分方程组,用打靶法对由金属和陶瓷所构成的FGM杆的后屈曲特性进行了数值分析,给出了不同梯度指标下FGM杆的后屈曲特征曲线,并与金属和陶瓷两种单相材料杆的相应特性进行了比较,讨论了FGM杆长高比对其后屈曲特性的影响。
结构物理参数的分频段加权辨识
任宜春, 易伟建
2007, 24(6): 0-024,.
摘要:
利用小波分析多分辨率分析原理,建立线性系统多尺度动力平衡方程。将外荷载和线性系统在荷载作用下的响应作正交小波变换,得到各频段的小波系数,由多尺度动力平衡方程建立系统的参数识别方程。在不同频段根据系统的信噪比大小确定不同的加权值,对结构物理参数进行加权最小二乘辨识。该方法能较大地提高结构物理参数的识别精度,并且识别精度随着小波分解层次的增加而增大。
常延性系数弹塑性位移谱及其应用
徐福江, 钱稼茹
2007, 24(6): 0-020.
摘要:
采用根据我国现行《建筑抗震设计规范》生成的人工地震波,对单自由度体系进行弹塑性时程分析,讨论了滞回模型、屈服后刚度等对弹塑性位移反应谱的影响。在此基础上,建立了8度设防、Ⅱ类和Ⅲ类场地、设计地震分组为第一组、位移延性系数 为1~8的单自由度体系最大弹塑性位移与周期的关系,即常延性系数弹塑性位移谱。通过算例,介绍了常延性系数弹塑性位移谱在房屋结构基于位移抗震设计中的应用。
旋成体尾迹涡系的演化机理
王 刚, 李国辉, 梁新刚, 陈 凤
2007, 24(6): 0-030,.
摘要:
通过数值模拟绕流过程,揭示了旋成体尾迹涡系的演化机理。较小迎角下三个层次的对称涡结构包含了非对称涡系结构中新生涡的起源结构。阐述了主涡形成脱体涡、tertiary涡演化为新生主涡、主涡与二次涡合并的物理现象,以及涡系展向运动与涡量合并的动力学过程。主涡左右交替生成并依次脱体,在旋成体背部演化出一个截面流态非常类似于卡门涡街的涡系序列,但它是三维的,其演化机理不同于卡门涡街。
用变裂缝单一尺寸试样确定大理岩的断裂韧度
张 盛, 王启智
2007, 24(6): 0-035.
摘要:
采用具有不同长度裂缝单一尺寸的中心圆孔平台圆盘试件,测定了大理岩的断裂韧度。基于Bazant的尺度律理论,根据有限元分析的结果拟合得到了无量纲能量释放率g(α0)的函数表达式,当无量纲裂缝长度α0=a0/R在0.28~0.51的范围时,与试件形状有关的函数g′(α0)/g(α0)的变化范围为1.0~5.8,能够满足Bazant尺度律公式中对脆性数β范围的需求。由试验结果得到了与试件尺寸无关的断裂韧度的真实值 和断裂过程区长度cf。用该方法确定岩石的断裂韧度,能够避免使用较大尺寸的试件,以及为得到足够大的β值范围而使用两种或两种以上试件的准备和试验带来的困难。
刚体撞击弹塑性直杆时冲击荷载之数值解
剧锦三, 杨蔚彪, 蒋秀根
2007, 24(6): 0-053.
摘要:
使用数值方法模拟了刚体撞击一端固支的弹塑性杆的全过程,得到不同质量比、冲击速度时的弹性和弹塑性冲击荷载,比较了冲击荷载的弹性解析解、弹性数值解和弹塑性数值解。结果表明:对于弹性冲击荷载,数值解和解析解非常相近且数值解有合理的升压段。在质量比不变的情况下,刚体速度和冲击荷载的峰值成线性关系,而对接触时间无影响。质量比的变化对冲击荷载的峰值和分布形式有影响。质量比越小,冲击荷载峰值越大,接触时间越长。对于弹塑性模型,杆中产生的塑性变形引起冲击荷载峰值减小和荷载曲线分布形式发生变化。塑性会延长接触时间,延长的接触时间就是塑性发展的时间。当速度越大,质量比越小,则杆中塑性发展时间越长,弹性和弹塑性杆冲击荷载的峰值和分布形式差别越大。
土木工程学科
钢纤维掺量和轴压比对预应力扁梁框架力学性能的影响
郑建岚, 陈亚亮
2007, 24(6): 0-067.
摘要:
利用ABAQUS非线性有限元分析研究钢钎维掺量和轴压比对无粘结预应力混凝土扁梁框架受力性能的影响。有限元模型中混凝土采用塑性损伤模型,考虑了钢纤维对混凝土本构关系的影响,同时采用弹簧单元模拟钢筋与混凝土间的粘结滑移作用。算例表明,采用本文的方法进行钢纤维预应力扁梁框架力学性能研究是可行的。在此基础上,分析不同钢纤维掺量和柱轴压比对无粘结预应力扁梁框架力学性能的影响。研究表明,较大的轴压比可以提高结构极限承载力,但降低结构延性和耗能,对于无粘结预应力扁梁框架,建议在抗震地区其轴压比限制不宜大于0.6。钢纤维可以有效提高预应力扁梁框架的极限承载力、延性和耗能,从而提高其抗震性能,其影响与轴压比的大小有关。
桥梁结构物理参数识别的双单元子结构法
樊素英, 李忠献
2007, 24(6): 0-072.
摘要:
为了解决大型桥梁结构局部区域的健康监测问题,提出了一种用于桥梁结构物理参数识别的双单元子结构法。该方法是一种基于有限元的时域系统识别方法,其一次仅能识别出两个相邻单元的物理参数。将桥梁结构划分为若干个单元,选取任意两相邻单元为研究对象,建立其状态方程和观测方程。应用广义卡尔曼滤波,可得到该两相邻单元的质量、刚度和阻尼等物理参数。以一座三跨连续梁桥为例进行仿真分析,识别出不同信噪比情况下其子结构的物理参数。结果表明参数识别精度高,收敛速度快,从而验证了方法的有效性。
管拱面内五点对称加载试验及其承载力简化算法研究
陈宝春, 韦建刚
2007, 24(6): 0-078.
摘要:
进行了钢管拱和钢管混凝土拱面内五点对称加载受力全过程试验。对多点对称荷载作用下管拱受力性能进行了讨论,对管拱极限承载力的简化算法进行了分析。结果表明,对称多点集中力下,非纯压拱会发生非线性分支屈曲破坏;拱以受压为主时,管内混凝土对提高拱的极限承载力和刚度均有较大的作用;采用等效梁柱法进行管拱极限承载力计算具有较好的稳定性。
钢管混凝土拱肋徐变研究
(湖南大学桥梁工程研究所, 湖南, 长沙 00)
2007, 24(6): 0-085.
摘要:
根据钢管混凝土拱桥的特点,从变形协调条件出发,通过引入混凝土换算弹性模量,推导了钢管混凝土拱肋应力重分布计算公式。根据相似比的原则制作了钢管混凝土拱桥节段模型,在正常使用极限状态下,将试验结果与基于现行规范的计算结果比较分析证明公式正确可行,同时得出由于徐变导致混凝土承担的荷载逐渐转移为钢管承受的量值,混凝土的应力最大变化量达到52.7%,而钢管应力变化达到27.3%。并对荷载水平、含钢率和矢跨比等参数对结构长期力学性能影响规律进行研究。接着跟踪了钢管混凝土拱肋在承载能力极限状态下的徐变发展规律。
桥面侧振引起的斜拉索空间耦合振动分析
肖志荣, 孙炳楠
2007, 24(6): 0-090.
摘要:
基于Hamilton 原理,建立了斜拉索由桥面侧振引起的非线性振动方程,并运用多尺度法求得该方程的近似解析解。结合具体的工程实例,讨论了激励幅值、激励频率、阻尼等参数对拉索振动响应的影响,并与数值方法解进行了对比。研究结果表明,桥面侧振会引起拉索的大幅振动,拉索振动表现出多值性、跳跃等非线性特性。
CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳性能研究
郑 云, 叶列平, 岳清瑞
2007, 24(6): 0-097.
摘要:
根据线弹性断裂力学理论,采用“三维块体-弹簧-板”有限元模型对裂纹尖端的应力强度因子幅值进行计算,并基于Paris-Erdogan裂纹扩展模型,提出了CFRP板加固含裂纹受拉钢板的疲劳寿命预测方法。然后对4个CFRP板加固含初始疲劳裂纹钢板的受拉疲劳性能进行了试验研究,考察了碳纤维板加固量、单面和双面加固方式对疲劳性能的影响。试验结果表明,CFRP板加固钢板的疲劳寿命比未加固钢板显著提高,疲劳裂纹扩展的试验结果与预测结果符合较好。
体育场主看台悬挑屋盖表面风压的数值模拟
陈水福, 张学安, 金建明
2007, 24(6): 0-103.
摘要:
采用数值模拟方法对体育场主看台悬挑屋盖结构的表面风压分布进行了预测和分析。为验证数值模拟的准确性,首先对一具有风压风洞试验结果的主看台平屋盖结构进行了计算,计算结果与风洞试验结果作了比较。然后对浙江温州地区一主看台悬挑屋盖结构进行了数值模拟,考虑了屋盖倾角为0°和16°两种情况;通过对两个最不利风向角0°和180°的模拟结果的分析和比较,提出了这类屋盖表面风压的简化分布规律和计算方法,并与国外相关规范建议的公式作了比较。该简化计算方法可直接供同类结构抗风设计参考和应用。
组合FRP技术加固混凝土矩形柱的抗震性能试验研究
刘 涛, 冯 伟, 张智梅
2007, 24(6): 0-133.
摘要:
研究了一种利用植筋及纤维增强复合材料(FRP)布横向包裹钢筋混凝土柱来改善其抗震性能的新型加固技术。通过5个钢筋混凝土方柱的模型试验,分别研究了植玻璃纤维(GFRP)筋、横向包裹碳纤维(CFRP)布及两者组合的加固技术对提高混凝土柱抗震性能的作用,分析讨论了不同加固方法对混凝土柱位移延性系数的提高、刚度退化及能量耗散能力的影响。试验结果表明,采用植GFRP筋和包裹CFRP布的组合加固技术较前两种加固方法能更加有效地改善钢筋混凝土柱的抗震性能。
模糊系统方法在混凝土无损检测抗压强度预测中的应用
徐 菁, 冯启民, 杨松森
2007, 24(6): 0-110.
摘要:
将模糊系统方法应用于混凝土无损检测技术中,以回弹值、超声值、碳化深度值和含水率作为模型输入变量,抗压强度值作为模型输出变量值,通过对样本数据训练,提取模糊规则,形成完备的模糊规则库。采用单值模糊器、乘积推理机、中心平均解模糊器,建立混凝土无损检测模糊系统模型。实验结果表明:模糊系统模型预测结果的平均相对误差为7.98%,相对标准差为10.53%。该模型的预测精度明显高于目前常用的回归模型预测精度。进而提出一种评定各输入变量重要性的方法,实验结果表明,影响混凝土抗压强度的各因素的重要性评定依次为:回弹值、超声值、碳化深度和含水率,其中回弹值最重要。该方法可以帮助我们选择较重要的变量作为模型的输入变量,实现模型的效率优化。
全长粘结式锚杆与隧道围岩相互作用研究
方 勇, 何 川
2007, 24(6): 0-116.
摘要:
提出了一种新的锚杆计算模型,建立了对应的物理、几何和平衡方程,在此基础之上分析了接触面产生滑移时锚杆的内力分布。该模型体现了锚杆与均质围岩之间的力学作用本质,将锚杆内力描述为围岩位移的函数,与有限元法结合,可以求得复杂情况下的锚杆内力分布,而锚杆对围岩的作用等效于一组节点荷载施加到围岩节点上。实例计算表明,锚杆可以减少围岩位移和塑性区范围,其内力分布和中性点位置受锚杆长度、埋设位置、围岩状况、粘结强度等因素的影响。该模型为确定合理的锚杆支护参数提供了一种新途径。
砌体填充框架结构极限承载能力计算的一种新方法
喻 磊, 姚谦峰, 陈 平, 赵 冬
2007, 24(6): 0-122.
摘要:
为合理地评估砌体填充框架结构的极限承载能力,针对工程中常见的破坏模式,基于双参数统一强度理论提出了一种新型计算方法。该方法考虑了填充砌体与外围框架构件之间的剪应力、填充块材的单边效应及中间主应力效应、几何高宽比、框架构件与砌体相对强度等因素的影响。报道了砌体填充钢筋混凝土框架结构模型试验结果,理论计算值与试验数据吻合较好。最后,对文献建议的多种极限承载能力计算方法进行了分析与探讨。
区间桁架结构有限元分析的区间因子法
高 伟, 王芳林
2007, 24(6): 0-127.
摘要:
研究了具有区间参数的桁架结构在区间力作用下的有限元分析方法。利用区间因子法,桁架结构材料物理参数、几何尺寸和外荷载均可表达为其区间因子和其确定性量的乘积,进而结构的位移和应力响应也可表达成区间因子们的函数。利用区间算法,推导出了结构位移和应力响应的上、下限和均值的计算表达式。通过算例,分析了结构参数和外荷载的不确定性对结构响应的影响,并验证了模型和方法的合理性与可行性。该方法的优点是能够反映结构某一参数的不确定性对结构响应的影响。
冻融循环后引气混凝土双轴破坏准则研究
宋玉普, 商怀帅, 张 众, 陈 飞
2007, 24(6): 0-141.
摘要:
对经过0次、100次、200次、300次、400次冻融循环作用后的引气混凝土试件进行了双轴压、双轴拉-压荷载作用下的强度试验研究。观察了试件的破坏形态和表面裂缝的走向特征,根据试验结果分析了极限抗压、抗拉强度随冻融循环次数和应力比的变化规律。在主应力空间,建立了不同冻融循环次数后考虑应力比影响的双轴破坏准则;对于双轴压,建立了同时考虑应力比及冻融循环次数影响的破坏准则,对于双轴拉-压,建立了八面体应力空间的破坏准则;为寒冷地区处于双轴荷载作用下的引气混凝土结构的强度分析提供试验和理论依据。
非弹性单自由度体系附加粘滞阻尼器基于性能的抗震设计
李 波, 梁兴文, 杨克家
2007, 24(6): 0-152.
摘要:
消能结构的传统设计使用反复试算法设计附加阻尼器,这费时费力。在基于性能的抗震设计框架内,提出了粘滞阻尼器基于改进能力谱法的直观设计法。满足一种给定性能准则的总粘滞阻尼比,可由有效阻尼比的总需求减去总固有阻尼比与结构构件滞回变形的等效阻尼比之和算得。结合我国的设计反应谱和10条地震动平均反应谱,给出了简化设计方法的具体步骤。时程分析结果表明,按该法设计的附加粘滞阻尼器结构的最大位移与给定的目标位移吻合较好。
环境激励下基于奇异谱互熵的结构损伤诊断方法
李 睿, 于德介, 曾 威
2007, 24(6): 0-146,.
摘要:
环境激励下的结构响应是一个随机过程,结构发生破损时其响应将随之变化,因而可将描述随机过程特性的参数作为评判结构状况的指标。熵是测量随机过程不确定性的一个比较方便的方法,能够用于高斯及非高斯分布的情况。在相空间重构与奇异值分解的基础上建立了奇异谱互熵的概念,提出了一种环境激励下用奇异谱互熵诊断结构损伤的方法。以ASCE学会提出的基准结构为对象进行研究,利用NExT技术获得响应,采用伪邻近法确定相空间的嵌入维数,讨论了不同工况及噪声对诊断结果的影响,分析结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。
弹塑性基础隔震结构的振型叠加方法
刘纪陆
2007, 24(6): 0-159,.
摘要:
针对具有弹塑性滞回性质的基础隔震结构,提出一种新的求解方法。在弹性和塑性的每一个阶段分别利用振型叠加法,并通过准确地求出隔震层弹塑性转换时刻,这种求解方法能够得出结构动力响应的精确解。所提出的方法兼有解析方法和数值方法优点,又避免了它们所固有的问题。由于有精确解作为基础,不但大大减少了计算工作量,而且彻底地避免了许多数值方法所常遇到的精确性、收敛性和稳定性问题。
其他工程学科
抗冰平台的冰振疲劳分析
岳前进, 刘 圆, 屈 衍, 时忠民
2007, 24(6): 0-164.
摘要:
基于现场原型结构的观测,对渤海抗冰导管架平台冰激疲劳寿命估计的必要性进行了分析。结果表明,由于渤海特殊环境条件与油藏分布决定了在该海域设计的导管架平台属于典型的柔性抗冰结构,冰激振动不仅能激起较大的加速度响应,而且引起的交变应力也比较明显,在结构设计中进行疲劳寿命估计是必要的。目前,精确估计冰激疲劳寿命的方法还不成熟,其中冰激励荷载与海冰疲劳环境模型是两个关键问题。结合现场观测,对建立锥体疲劳冰荷载与冰环境参数的研究方法进行了论述,为详细疲劳分析提供了基础。
太阳帆悬浮轨道附近的编队
龚胜平, 李俊峰, 宝音贺西, 高云峰
2007, 24(6): 0-168.
摘要:
研究了利用太阳帆实现悬浮轨道附近编队飞行。考虑到相对运动距离与帆到太阳距离相比非常小,一阶近似得出了在主星坐标系中线性定常的相对运动方程。通过分析线性化的运动方程得出了相对运动的定性特征,给出了不同轨道附近的相对运动的稳定特性。讨论了原非线性相对运动方程的周期解的计算算法,给出了编队的初值条件。
实时子结构实验的滑动模态控制
王向英, 吴 斌, 王倩颖
2007, 24(6): 0-179.
摘要:
首先介绍了实时子结构实验技术的基本原理、过程及关键技术问题。然后建立了液压伺服实验系统的传递函数形式和状态空间形式的线性数值模型,并将滑动模态控制应用于实时子结构实验。最后对采用PID控制和滑动模态控制的实时子结构实验进行了数值仿真分析。在El Centro地震波激励下的数值仿真结果表明:(1)滑动模态控制的控制精度和鲁棒性明显高于PID控制,(2)系统的动力特性对实验结果有较大影响,这种影响与计算时间间隔、试件的刚度、阻尼有关。
反向挤压过程无网格伽辽金热力耦合分析
吴 欣, 赵国群, 管延锦, 路 平, 马新武
2007, 24(6): 0-184.
摘要:
针对反向热挤压过程变形剧烈,摩擦接触边界随变形的累积而逐渐增大,相应的摩擦力边界上的节点密度逐渐变小的问题,采用自适应边界节点布置方法施加摩擦力边界条件。同时,采用集中热容法解决初始时温度场震荡的问题。并推导给出了刚粘塑性无网格伽辽金方法热力耦合分析公式,实现了轴对称反向挤压过程的无网格伽辽金热力耦合分析。通过对典型工件的无网格数值模拟分析以及与刚粘塑性有限元分析结果的对比,验证了所建立模型和相应处理技术的准确性。
高压柔性传输线的非线性变形分析
黄 炎, 兰伟仁
2007, 24(6): 0-188,.
摘要:
根据柔索应变与位移的非线性几何关系以及自重作用和温度影响下的平衡方程,采用欧拉描述的坐标系统精确地求得了各点的位移和张力的解析解。对高压柔性传输线建立的非线性代数方程组应用改进的Powell混合算法编制的高精度DNEQNF程序直接进行求解。最后,给出了柔性传输线变形分析的数值算例并与相关文献进行了比较,算例的结果表明方法对求解柔索的非线性变形问题比其它方法更方便有效。
荷载变形关系求解无缝线路轨道稳定性
张向民, 陈秀方, 杨小礼
2007, 24(6): 0-192,.
摘要:
无缝线路是一种新型轨道结构,是轨道结构现代化的标志。无缝线路稳定性分析是无缝线路的理论基础和关键技术。国内外都非常重视无缝线路的稳定性问题,并进行了大量的试验和理论研究。运用“荷载-变形”关系进行了无缝线路轨道稳定性分析,并推导出钢轨温度力计算公式。输入不同的轨道变形波长,通过优化理论找出最小的钢轨温度力。将此模型的计算结果与不等波长无缝线路轨道稳定性计算方法所得结果进行了对比,两者较为接近,误差不超过 。从而证明此方法的正确性。
光纤光栅传感器应变传递影响参数研究
周广东, 李宏男, 任 亮, 李东升
2007, 24(6): 169-173,97.
摘要:
当光纤光栅传感器埋设在结构中或粘贴于结构表面后,由于中间层的存在使结构的真实应变和光纤光栅传感器所测得的应变之间存在一个传递系数。在已有的应变传递理论的基础上,经过分析得出影响光纤光栅传感器应变传递的主要因素,它们是光纤光栅传感器的长度、中间层的厚度、弹性模量和泊松比。结果表明,光纤光栅传感器平均应变传递随着传感器长度的增加而升高,随着中间层厚度的增大而降低,随着中间层的弹性模量的增加而增大;中间层的泊松比对平均应变传递率的影响很小,在设计中可以忽略。