留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2007年  第24卷  第9期

基本方法
饱和多孔介质中动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型与应变局部化有限元模拟
唐洪祥, 李锡夔
2007, 24(9): 0-013,.
摘要:
提出了适用于饱和多孔介质中应变局部化分析及动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型。基于饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot理论,将固体骨架看作Cosserat连续体,并考虑旋转惯性,建立了饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型。基于Galerkin加权余量法,对所发展的模型推导了以固体骨架广义位移(包含旋转)及孔隙水压力为基本未知量的有限元公式。利用所发展的数值模型,对包含压力相关弹塑性固体骨架材料的饱和多孔介质进行了动力渗流耦合分析与应变局部化有限元模拟,结果表明,所发展的两相饱和多孔介质动力渗流耦合分析的Biot-Cosserat连续体模型能保持饱和两相介质应变局部化问题的适定性及模拟饱和多孔介质中由应变软化引起的应变局部化现象的有效性。
基于结构响应统计特征的神经网络损伤识别方法
李忠献, 杨晓明, 丁 阳
2007, 24(9): 0-007,.
摘要:
提出一种采用结构动态响应的统计特征作为损伤指标的神经网络损伤识别方法,并对其进行了数值模拟和实验验证。首先,通过敏感性分析,分析了采用结构动力响应的统计特征作为损伤指标的可行性;然后数值模拟了一三跨连续梁采用结构位移方差作为损伤指标的神经网络损伤识别过程,其结果表明,经过训练的神经网络可以准确的识别出单损伤和多损伤工况中的损伤位置和损伤程度;最后进行一组两端固定的简支梁模型实验来验证所提出损伤识别方法的有效性。实验结果表明,对于单损伤工况,神经网络可以准确地识别出结构中损伤位置和损伤程度,对于双损伤工况,神经网络可以准确地识别出损伤位置,而损伤程度识别略有偏差。最后得出结论,采用结构动力响应的统计特征作为损伤指标的神经网络损伤识别方法是可靠有效的。
承受平衡轴力的空间KK管节点应力集中系数研究
胡维东, 邵永波, 杜之富
2007, 24(9): 0-025,.
摘要:
采用有限元法分析了空间KK型管节点在承受平衡轴力作用下的应力集中系数。在有限元分析中,首先采用分区网格法产生KK节点的有限元网格,这种方法可以针对不同应力梯度的区域形成不同质量和精度的网格。然后在分区网格法的基础上,采用ABAQUS(2000)通用软件分析计算了KK型管节点在平衡轴力作用下的应力集中系数的大小和分布。最后,通过对30个KK节点模型的有限元分析,研究了KK节点几何参数对其应力集中系数大小以及分布情况的影响。
耗能减震结构的复模态矩阵摄动法
李正良, 汪之松, 李正英, 熊 辉
2007, 24(9): 0-018.
摘要:
针对耗能减震结构的分析和优化设计过程中要遇到非比例阻尼和参数改变的情况,如果要较精确地求解系统的广义特征值问题,需经过两重迭代计算,这种迭代振动分析是非常麻烦的。为了保证非比例阻尼结构分析的精度和结构参数改变时迭代分析的效率,推导适用于非经典阻尼情况的复模态矩阵摄动法,提高了结构重分析的效率,通过算例分析,表明了该方法在一定范围内具有较高的精度。
基于虚载荷变量的无网格法形状优化的研究
邱爱红, 龚曙光, 黄云清, 聂松辉
2007, 24(9): 0-030,.
摘要:
将选择施加在“虚结构”控制点上的虚载荷作为形状优化的设计变量,并将它与无网格Galerkin法相结合来开展结构形状优化研究,采用罚函数法来施加边界条件,通过直接微分法建立了结构形状优化的离散型灵敏度分析算法,利用无网格法研究了节点坐标关于设计变量导数的计算。所提出的算法简单明了,它不仅解决了网格的畸变问题,而且简化了优化模型和迭代流程,并可使结构的受力特性得到进一步的改善。最后用2个工程实例验证了所建立的算法,并得到了形状优化结果。
叠层板状结构流致振动特性研究
范晨光, 杨翊仁
2007, 24(9): 0-036.
摘要:
将管道理论引入叠层板状结构的流致振动研究,在势流理论下,基于输流管道的哈密顿原理,建立叠层板状结构的流致振动模型,用微分求积法对模型的运动方程进行求解,研究系统零流速状态的固有频率和模态,运用特征值分析与响应分析结合的方法,确定系统失稳的临界流速与形式。结果表明,悬臂支承模型发生颤振失稳;两端固支模型发生屈曲失稳。
考虑剪切效应的环肋圆柱壳的稳定性
李国栋, 尚新春
2007, 24(9): 0-049.
摘要:
基于Reissner-Naghdi壳体理论和Timoshenko环梁理论,采用Ritz法对环肋圆柱壳的稳定性进行了研究。在简支边界条件下考虑了壳体和环肋的剪切变形效应对临界载荷的影响。由于环肋会约束壳体的变形,壳体的前屈曲状态应该是有弯曲变形的,环向压缩力也是非均匀分布的,分析了这一因素的影响。算例的计算结果与文献中给出的实验值吻合较好,并表明壳体的剪切效应在一些情形下会对环肋圆柱壳的稳定性产生一定的影响。
小样本下结构系统可靠度分析方法的研究
冯 健, 蒋友宝, 孟少平, 许 玮
2007, 24(9): 0-042.
摘要:
结构随机变量的空间分为可靠空间和失效空间。采用Monte Carlo法中的自适应抽样技巧可以较高效率地抽取出失效空间中的样本点。然后统计出可靠空间和失效空间的分布参数。最终采用判别分析的思想重构出结构的功能函数。由此提出一种小样本下结构系统可靠度分析的新方法。该方法仅以样本点的状态即可靠或失效来重构功能函数,具有广泛性。数值算例表明该方法在样本数量不多的情况下仍具有较高的精度。
动力松弛法在索穹顶结构形状确定中的应用
阚 远, 叶继红
2007, 24(9): 0-055.
摘要:
索穹顶结构的成形分析是该体系的基础问题,由于包含刚体位移使得跟踪难度相当大。基于改进动力松弛法对结构施工过程进行计算,采用拆除张拉索段,代以两个固定的集中力施加在该索两端节点的方法,克服了因其刚体位移而造成的分析困难。该方法操作简单且力学概念明确,算例和模型试验表明其能够应用于不同的索穹顶结构和索杆张拉结构的施工模拟。
变形多孔介质流固耦合模型及数值模拟研究
褚卫江, 徐卫亚, 苏静波
2007, 24(9): 0-064.
摘要:
假定骨架、固体颗粒和水均是可压缩的,在此基础上采用两相不混溶流体的理论推导了水的连续方程,通过引入气压恒定这一假定进一步简化为水的非饱和渗流连续方程。基于广义Biot理论给出了固体骨架积分形式的平衡方程,结合非饱和渗流连续方程采用加权残值法推导了流固耦合方程组的有限元列式。通过干燥介质吸水的数值模拟来考察非饱和流固耦合模型的预测能力,数值模拟的结果表明耦合模型可以准确地反映吸水过程的规律。将耦合模型应用于水下大断面隧洞开挖的瞬态分析,可以模拟出开挖引起的EDZ区域孔隙水压力急剧升高、有效应力减小、渗透系数动态变化以及排水对洞室稳定性的影响,计算的结果与国外大型原位实验的一般性观测结论相吻合。
温克勒地基上结合式双层板中性面分析
蔚旭灿, 郑传超
2007, 24(9): 0-071.
摘要:
温克勒地基上结合式双层板问题分析的关键在于中性面的求解,但目前对于两层板泊松比不同时的情况仍没有理想的理论公式和求解方法。根据薄板假设,推导了该问题的中性面方程,并提出一种数值法来求解此方程,得到了中性面曲线;最后分析了地基反应模量、两层板泊松比比值、模量比和厚度比对中性面位置的影响,发现地基反应模量、泊松比仅在荷载附近的影响较为明显,模量比对中性面影响较大,中性面明显向模量较大的板方向偏移,而厚度比对中性面影响不大。
土木工程学科
钢筋混凝土柱的“强剪弱弯”可靠性区间分析
易伟建, 李 浩
2007, 24(9): 0-079.
摘要:
在钢筋混凝土结构抗震设计中,“强剪弱弯”是保证结构延性的一个重要设计概念。引进区间变量表达认知不确定性,对钢筋混凝土框架柱进行失效概率区间分析。通过结合代表认知不确定性的区间变量与代表偶遇不确定性的随机变量完成了对不确定性的数学描述。在此基础上,根据对基本事件的包含关系建立“强剪弱弯”区间可靠性概率模型,并从证据理论出发论证了该失效概率区间的上下界实质上等价于证据理论中的信任与似然函数。对于含有区间值不确定性参数的结构承载力计算,将Berz-Taylor模型引进计算过程中,减少由于区间扩张而导致的误差。在数值模拟计算中,运用模拟退火遗传算法(SAGA)确定了“强剪弱弯”的大致设计区间。根据该设计区间构造了特殊的采样函数进行重要性采样模拟从而得到了失效概率区间。误差分析表明该方法具有较好的精度。最后通过算例分析了各设计因素对“强剪弱弯”可靠性的影响,并提出了相应的设计建议。
基于位移的消能减震结构抗震设计方法
李 钢, 李宏男
2007, 24(9): 0-094.
摘要:
通过以结构构件设计为主,消能器为强度补充的设计思想减少以往基于位移设计方法中大量的迭代过程。在现阶段我国没有合适的位移设计反应谱情况下,建议采用规范中加速度转化为绝对位移的方法来建立位移反应谱。两个数值算例分别采用具体地震记录建立的位移反应谱及加速度转化的绝对位移反应谱来设计,通过加速度时程分析分别验证了该设计方法的准确性与实用性。
桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法
祝志文, 顾 明, 陈政清
2007, 24(9): 0-087,.
摘要:
由于需要在不同折算风速下重复进行大量试验或CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟,现有风洞试验和CFD方法识别桥梁断面颤振导数耗时且效率低。提出一种基于CFD离散时间气动模型,快速识别感兴趣折算风速带宽内任意折算风速下桥梁断面颤振导数的全带宽识别法。该法基于任意拉格朗-欧拉描述的有限体积法和多层网格技术,首先计算作用在桥梁断面上的非定常气动力,CFD模拟时强迫桥梁断面以单自由度竖弯或扭转方式振动,位移模式为定义在感兴趣的频率范围内的指数脉冲时间序列。然后利用得到的气动力和该指数脉冲输入,通过系统识别建立起反映桥梁断面气动力系统特性的离散时间气动模型。随后利用该气动模型仿真桥梁断面在简谐位移激励下的气动力响应,并由该模型的输入和响应通过系统识别得到桥梁断面的颤振导数。该法在竖弯和扭转方向各仅需一次CFD模拟,就可构造离散时间气动模型,使得颤振导数识别的计算量显著降低。开展了三汊矶大桥加劲梁断面颤振导数识别和颤振临界风速计算,研究结果与风洞试验的一致性,证明了方法的可靠性和高效性。
磁流变夹层简支梁的有限元分析
胡白香, 夏品奇
2007, 24(9): 0-099.
摘要:
智能材料——磁流变液(MRF)的流变特性如粘性、剪切弹性模量等随外加磁场可迅速、可逆变化,MRF可用于复合智能夹层梁板结构。建立了MRF简支夹层梁有限元模型,分别形成每层的单元矩阵,推导了MRF夹层梁的动力学方程,研究了上下面板为铝板条的MRF夹层梁的振动特性,进行了实验验证,计算与实验结果吻合较好:随着外加磁场强度的增加,梁的固有频率和损耗因子均增大,说明磁流变液在外加磁场作用下对夹层梁有显著的抑振作用。
MR阻尼器在风雨激振的斜拉索中的减振应用
刘习军, 李 强, 刘振宇, 徐景满, 贾启芬
2007, 24(9): 0-104.
摘要:
在考虑拉索垂度等条件下建立了拉索的风雨激振空间力学模型。在假设水线简谐运动,其频率和拉索一阶频率相等的条件下,得到了拉索在不加阻尼器的情况下距顶端1/2处和3/4处的面内、面外位移响应以及它们的幅频曲线,从而得出拉索主要是以单模态振动,且面内振动是安全的主要威胁。选用一对MR阻尼器对斜拉索进行减振,研究了模态阻尼比和阻尼器安装位置以及电压的关系,得到了拉索振动平稳后的位移响应。结果表明模态阻尼比存在最优电压值,而当阻尼器安装位置较高时,具有较好的减振效果。
梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究
杨庆山, 李 波, 杨 娜
2007, 24(9): 0-121,.
摘要:
梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。
基于主元分析和频响函数的网架结构损伤识别方法
杨彦芳, 宋玉普
2007, 24(9): 0-110.
摘要:
提出了以频响函数作为损伤识别的基本参变量,利用主元分析和多元控制图来识别网架结构损伤的方法。首先利用网架动测得到的频响函数数据建立原始资料矩阵,运用主元分析方法, 对原始资料阵进行降维处理,然后利用携带原始数据信息最多的前几阶主元,在低维空间中对数据信息特征进行分析、提取。由前几阶主元作出多元控制图,通过分离异常数据,来识别网架结构的损伤。为了验证该方法的可靠性,试验完成了足尺网架在单杆和双杆等4种不同损伤情况下动测试验。结果显示,提出的方法是可行的、可靠的,对在噪声环境下和具有弱非线性网架的损伤识别有良好的适应性。该方法不需要模态参数,避免了模态拟合中的误差,识别过程简捷,识别结果可靠。
一个钢筋混凝土损伤塑性本构模型及工程应用
沈新普, 王琛元, 周 琳
2007, 24(9): 0-128.
摘要:
以ABAQUS大型程序为平台,采用应变协调假设和强度等效假设,给出了一个描述钢筋混凝土材料与结构损伤塑性分析的本构模型。这里的钢筋强化特性是通过定义强化了的拉伸塑性应力-应变曲线来实现的。模型中的钢筋不再以独立的金属材料形式出现,而是被等效钢筋混凝土代表体元模型包含进去了,用拉伸应力-应变曲线峰值后区的硬化-软化强度曲线直接定义强化功能。这个模型着重对ABAQUS软件中给出的损伤塑性模型的拉伸强化-软化阶段的特性进行了完善。采用试件受单向拉伸和简支梁受集中力载荷两个简单算例说明了模型的有效性。最后该研究将这个模型用于一个受地表堆积载荷、土压力和地下水压力联合作用下的钢筋混凝土墙体结构的ABAQUS有限元损伤塑性数值分析中。
桩土动力分析中二维接触模型的研究
卢华喜, 尚守平, 余 俊
2007, 24(9): 0-133.
摘要:
根据桩土动力相互作用中的接触界面特性,提出了考虑桩土分离、滑移以及桩基提离效应的二维接触模型的本构行为,推导了其相应的单元刚度矩阵,同时引入阻尼成分考虑了桩土动力相互作用中部分能量的耗散问题,并研究了二维接触单元的厚度选择。通过算例分析,得出在中小地震作用下应用接触模型计算得到的上部结构的加速度反应、水平位移反应都较Goodman接触单元有不同程度的降低,且强震作用下的接触模型反映出了桩土动力相互作用中的桩土分离、滑移以及桩基提离效应。
用LES方法对斜拉桥斜拉索风雨振的机理的研究
刘庆宽
2007, 24(9): 0-139.
摘要:
在特定的风雨条件下,斜拉桥的斜拉索会发生激烈的风雨振现象。这种振动会造成索-梁和索-塔锚固区结构的疲劳损伤等一系列问题,因此,研究并明确斜拉索风雨振的机理,从而找到这种振动的控制方法,已经成为紧迫的研究课题。该文从流场分析入手,利用数值分析的Large-eddy simulation方法,研究了索面存在水线的情况下水线位置不同时流场分布的变化和卡尔曼涡强度的变化,提出水线后侧“小涡”的脱落是影响卡尔曼涡强度的原因。在风速高于卡尔曼涡致振动风速的条件下,当卡尔曼涡受到小涡影响变得足够弱时,索容易发生振动。
机械工程学科
冲击振动成型机周期运动的Hopf-flip余维二分岔与混沌
罗冠炜, 张艳龙, 张建刚, 谢建华
2007, 24(9): 0-147.
摘要:
基于冲击映射方法和数值仿真分析了一类冲击振动成型机单冲击周期运动的稳定性与Hopf-flip分岔。应用映射的中心流形-范式方法将冲击振动成型机的冲击映射降阶为三维映射, 分析了相关范式映射的局部分岔特性及参数开折。通过定性分析与数值仿真研究了冲击振动成型机在Hopf-flip余维二分岔条件下的动力学行为, 讨论了Hopf-flip分岔点附近周期冲击运动不动点类型的转迁及其向混沌运动的演化过程。
小冲孔试样弹塑性蠕变损伤的有限元分析
郑杨艳, 钱珍梅, 凌 祥
2007, 24(9): 0-153,.
摘要:
综合考虑了小冲孔试样实验过程中的弹性、塑性及蠕变等因素,采用了Mises型流动法则和改进的K-R蠕变损伤本构方程,建立了ABAQUS有限元模型,模拟计算了550℃三种载荷条件下,Cr5Mo试样的弹塑性蠕变过程,分析试样的中心蠕变挠度、蠕变应变随时间的变化规律,当量应力的分布情况,以及试样的蠕变损伤与位置的关系,同时分析了挠度与应力对网格的敏感性。结果表明:模拟结果与实验结果很接近,且与单轴实验的应变曲线十分相似;整个试样在中心损伤比较严重,呈现明显局部化特征;讨论了试样网格的敏感性,试样半径方向0mm~1mm之内应力变化幅度比较大(除约束点),并且应力的最大值也出现在这个区域,在这个区域进行网格细化提高计算的精确性,而其他区域采用粗网格减少计算成本,达到精确性和经济性的平衡。径向上网格大小对挠度影响比较大,应力对网格大小不敏感。
带有空间裂纹的拉伸试件电磁热止裂及机械性能测试
郑丽娟, 付宇明, 李晓慧, 白象忠
2007, 24(9): 0-158,.
摘要:
首先应用ZL-2超强脉冲电流发生装置对带有预制裂纹的标准拉伸试件进行脉冲放电止裂。放电后裂纹尖端熔化形成堆焊和高压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的,采用数值模拟确定了止裂工艺参数。对止裂后的拉伸试件通过微机控制电子万能试验机进行了拉伸实验,研究结果表明:电磁热裂纹止裂有效提高了试件的抗拉强度,放电电压是影响其机械性能的最主要因素。
1Cr18Ni9不锈钢高温单轴时相关棘轮行为研究
史 智, 高 庆, 康国政, 刘宇杰
2007, 24(9): 0-165.
摘要:
在室温、250℃、500℃和650℃四种温度下对1Cr18Ni9不锈钢材料的单轴应变循环特性及其时相关棘轮行为进行了实验研究,以讨论不同加载速率、加载波形和峰值应力保持时间对材料棘轮行为的影响。实验结果表明:在室温下,材料呈现出弱的循环软化特性和渐进型棘轮变形行为,并对加载速率和峰值应力保持时间具有强烈依赖性;在250℃、650℃下,因材料的循环硬化加快而使其棘轮行为较快趋于安定,但棘轮变形大小仍一定程度依赖于加载速率和保持时间;在500℃温度下则由于动态应变时效的影响没有明显的棘轮行为发生。研究得到一些有助于后续建立时相关本构模型的结论。
其他工程学科
航天器太阳帆板伸展过程最优控制的粒子群优化算法
孙 凯, 戈新生
2007, 24(9): 0-192.
摘要:
讨论航天器太阳帆板伸展过程中航天器姿态运动的最优控制问题。利用多体动力学方法导出带太阳帆板航天器姿态运动方程。在系统角动量为零的情况下,带太阳帆板航天器系统的姿态运动控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。在非完整运动规划中引入粒子群优化算法,通过控制太阳帆板伸展运动可同时获得航天器姿态的期望位形。数值仿真表明,该方法对太阳帆板伸展过程中航天器主体姿态控制是有效的。
铁路桥梁与高速列车的动力试验研究
夏 禾, 张 楠, 高 日, 黄绚晔
2007, 24(9): 0-172.
摘要:
在我国秦沈客运专线狗河大桥进行了高速列车作用下的动力试验。试验桥梁由跨度24m的多跨预应力混凝土简支箱梁构成,试验荷载为我国自行制造的中华之星和先锋号列车,其最高试验速度分别达到321.5km/h和290km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、阻尼等自振特性,梁的动挠度和横向位移、梁体振动加速度、墩顶横向位移等动力响应,以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、轮轨力、车体振动加速度等动力特性。试验结果表明客运专线24m预应力混凝土箱梁在高速列车作用下的各项动力学指标良好,中华之星和先锋号高速列车具有良好的行车安全性和平稳性。
喷淋式GaN-MOCVD反应室的CFD数值仿真及优化
杨云柯, 高立华, 陈海昕, 符 松
2007, 24(9): 0-178.
摘要:
利用计算流体力学(CFD)方法对某型立式喷淋式金属有机物化学气相沉积(MOCVD)反应室流场进行了三维数值仿真,研究了影响MOCVD反应室流场结构的各工作参数(流量、温度、压力)的作用机制,并对试制中的MOCVD设备的几何结构及进气方式进行了改进,采用了圆弧形过渡拐角及泊肃叶型入口速度剖面,以形成稳定均匀的流场,从而保证氮化镓(GaN)的生长质量。
三峡升船机系统动态响应分析
金 晶, 刘玉标, 程载斌
2007, 24(9): 0-187.
摘要:
根据三峡升船机最新设计报告,采用有限元软件ANSYS构建了升船机系统有限元模型,包括承船厢、提升钢索、滑轮组、平衡重、厢内水体、驱动机构和刹车机构;通过数值模拟,对升船机系统进行了模态分析及动态响应研究,内容包括升船机系统的流固耦合模态及其在各种工况(起动、刹车、事故)下的动态响应和影响因素分析,如弹簧刚度、误载水深、阻尼、承船厢的位置等。计算结果表明:对于升船机这样一个复杂系统,该文所建立的有限元模型及数值算法是合理的,其结果可为升船机系统整体设计提供必要的参考。