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2008年  第25卷  第2期

基本方法
基于哈密顿解法的厚板边界效应典型算例分析
鞠 伟, 岑 松, 傅向荣, 龙驭球
2008, 25(2): 0-008.
摘要:
在平板弯曲问题中存在边界效应现象。这个现象用Reissner厚板理论可以论证,而经典薄板理论则无法解释。边界效应现象在板的自由边界附近表现最为典型。该文首先选取均载作用下的三边简支,一边自由的矩形厚板作为典型问题,采用哈密顿解法求出解析解。然后结合这个典型问题,对边界效应现象进行分析,对其影响因素和影响范围进行讨论。
基于遗传神经网络与模态应变能的斜裂缝两阶段诊断方法
李忠献, 刘永光
2008, 25(2): 0-016,.
摘要:
基于遗传神经网络与模态应变能,提出了一种斜裂缝两阶段诊断方法,识别梁体中斜裂缝的位置、角度和深度。根据线弹性断裂力学与虚功原理,推导了斜裂缝梁的单元刚度矩阵,得到了其频率与振型。采用遗传算法对BP神经网络的拓扑结构、权值和阈值进行优化,从而建立了遗传神经网络,用于识别梁体中斜裂缝的位置和角度;结合斜裂缝单元的模态应变能,通过对斜裂缝应力强度因子的积分,得到斜裂缝深度的解析表达式,用于识别斜裂缝的深度。数值仿真表明:能够高精度地诊断出梁体中斜裂缝的损伤状态,包括位置、角度和深度;与BP神经网络相比,遗传神经网络具有更强的泛化能力,且对测量噪声具有较好的鲁棒性。
模拟P波向无穷远域传播的一致边界
尹华伟, 易伟建
2008, 25(2): 0-027.
摘要:
将人工边界设置在半无穷层单元和内部有限元区域的交界面上,建立了半无穷层单元的刚度矩阵后,得到了边界节点的动力平衡方程。任意给定激励圆频率,将边界节点系统的动力平衡方程转化为特征值方程。求解特征值方程得出边界节点系统的特征值和特征模态,利用模态叠加原理得到体现左半无穷层单元和右半无穷层单元对内部有限元区域作用的边界矩阵,这就是该文的一致边界。将其与内部有限元区域的刚度矩阵进行组装来模拟无穷远域介质对波的传播作用。最后用数值算例来说明一致边界的精确性和可行性。
半柔性悬挂结构分析的子结构模态法
王春林, 吕志涛
2008, 25(2): 0-021.
摘要:
针对一种半柔性悬挂减振结构提出其简化计算方法。根据这种结构的特点,将柔性悬挂层作为连接子结构,应用子结构模态综合法分析结构动力特性,得到结构的简化运动方程;分析了柔性层与悬挂楼面层间刚度比和综合模态数对结构简化计算精度的影响;提出了确定参与综合模态数的选取方法;基于模态综合法进行了算例的时程分析对比。结果表明:采用合理的子结构模态法减少了参与结构分析的自由度数目;综合模态数对结构计算精度的影响更显著。子结构模态法具有应用方便、计算精度高的特点,完全可以满足工程分析的需要。
弹塑性SDOF系统的地震输入能量谱
程光煜, 叶列平
2008, 25(2): 0-039.
摘要:
以4种场地土条件下40条强震记录为输入,分析了弹塑性单自由度(Single Degree of Freedom, SDOF)系统的地震输入能量谱,并对地震动强度和SDOF系统参数对地震输入能量谱的影响进行了研究。结果表明:能量谱峰值主要由地震动强度决定,阻尼比和延性系数有很大影响。在长周期范围,延性系数一定时,随着阻尼比的增大,能量谱值也有所增大;随延性系数增大,能量谱值随阻尼比增加而增大的趋势有所减缓。采用归一化方法,根据能量谱的特征建议了简化三段式地震输入能量谱,并根据能量谱分析结果的统计,建议了弹塑性SDOF系统能量谱峰值和能量谱曲线参数的确定方法。
横向风荷载作用下轴向运动弦线自激振动和稳定性分析
吕乐丰, 王跃方, 刘迎曦
2008, 25(2): 0-045.
摘要:
研究了横向定常风荷载作用下轴向运动弦线的非线性自激振动问题。将风荷载模型化为平均风速的非线性函数,建立动力学微分方程。采用Galerkin方法,将运动弦线简化为离散的二维系统并进行线性化,分析弦线平衡构型的稳定性,根据Routh-Hurtwitz判据确定了平衡点的稳定域。确定了多参数下Hopf分岔点及产生稳定极限环的条件。使用增量谐波平衡(IHB)法求解了自激振动的周期响应,按照Floquet理论确定了周期解的稳定性。最后,讨论了运动速度和平均风速稳定性的影响,并给出相应的稳定性条件。
二元机翼极限环颤振复杂分岔
吴志强, 张建伟
2008, 25(2): 0-055,.
摘要:
机翼颤振是飞机飞行中最常见的、可能带来灾难性后果的气动弹性现象,属于自激振动。揭示其机理和规律,对机翼和飞行器设计有重要意义。以二元机翼模型为例,通过数值计算Poincare映射分岔的方法,讨论了极限环颤振随气流速度变化引起的复杂分岔行为。对自治非线性系统,还没有公认的方法选取合适的Poincare截面,特选俯仰角加速度为零的点作为广义Poincare截面上的点。通过考察广义Poincare截面上点的数目随参数的变化来考察系统的分岔。计算出了参数气流激振力变化导致的分岔图,并给出了8种不同的具有代表性的典型的相图和谱图,对应8种闭轨曲线的拓扑形状各不相同,发现系统中存在正向和反向的超谐分岔是产生这种闭轨分岔的根源。
基于分子动力学模拟结果的界面破坏准则
卓 杨, 许金泉
2008, 25(2): 0-051.
摘要:
结合材料的破坏通常都是从界面或其附近发生的,但界面破坏的机理及其评价准则尚未十分清楚。采用分子动力学模拟方法,可以对结合材料的界面起裂过程进行模拟,从而获得结合材料界面应力和界面破坏之间的关系。虽然在分子动力学模拟中采用了高度简化的界面模型,但对界面起裂过程的模拟,仍可以帮助人们获得结合材料界面破坏过程的规律性认识。通过在界面附近引入初始裂纹,导致界面上应力集中,从而引起界面起裂。从分子动力学模拟结果出发,提出了一个结合材料界面起裂,即界面破坏的准则。
考虑状态模糊性时广义失效概率计算的矩方法
宋 军, 吕震宙
2008, 25(2): 0-077.
摘要:
针对失效状态和安全状态具有模糊性的广义可靠性分析问题,提出了一种广义失效概率计算的矩方法。所提方法首先将广义失效概率的积分区域依据功能函数的取值离散化,在离散化的积分区域中,极限状态函数对模糊失效域的隶属函数近似保持为常数,从而将模糊可靠性问题转化为一般的随机可靠性问题,进而可以利用近似的矩方法求得广义失效概率。该文给出了所提方法的实现步骤和原理,算例结果表明所提方法对于中低维问题具有很高的精度和效率。
从Levinson高阶梁理论的一致变分到高次翘曲梁理论
徐 翔, 郝际平
2008, 25(2): 0-061.
摘要:
将矩形截面梁的截面翘曲位移设定为3次Legendre多项式的形式,利用弹性力学平面应力问题分项的不完全的广义变分原理,导出高次翘曲梁理论,得到形式简单易求解的方程。由于引入轴向拉伸的情况,使梁的平面内变形问题得以统一;计及了梁表面剪切荷载的作用,并严格满足表面剪应力边界条件;通过引入轴向位移约束参考点间距离的概念对梁端翘曲约束作更精致地描述,且使得该理论包含了变分一致或者不一致的高阶剪切梁理论。该理论的推导还表明,Levinson梁理论的变分不一致仅仅局限于有转角约束的梁端。通过算例,将高次翘曲梁理论与弹性力学平面应力问题以及Timoshenko梁理论、Levinson梁理论进行比较,初步显示出该理论的优越性。
用双波长法和相移法确定光弹性参数
韩永胜, 张东升, 罗 淼
2008, 25(2): 0-065.
摘要:
分别采用双波长法和相移法研究了光弹性条纹的自动分析技术。分别采用波长为630nm和532nm的激光作光源,根据在不同光场下获得的等差线条纹光强变化,可实现等差线条纹的自动定级。同时,提出了新的图像处理方法,结合等倾线相移技术实现了第一主应力方向的全场确定,再以Tardy补偿法为基础,提出了全场等差线的相移方法。该文结合经典的实验对比,详细比较分析了这两种方法的优缺点。结果表明:该文提出的新的相移方法可实现光弹性条纹的自动化分析。
非均匀复合材料板中剪切波传播的研究
房学谦, 胡 超, 黄文虎
2008, 25(2): 0-070.
摘要:
基于弹性界层中弹性波干涉理论,采用有效介质法,研究了剪切波在非均匀、纤维随机分布复合材料板中的传播,得到了非均匀弹性介质内的有效波数。通过满足弹性有界层的上、下边界条件,得到了非均匀界层中的频散方程。作为特例,绘出了不同参数下板中的前四阶频散曲线。可以看出,非均匀弹性有界层中的频散曲线和均匀界层中的有很大不同。最后分析了纤维和基体特性比、纤维的体积份数以及板厚与纤维半径比对频散曲线的影响。
非线性弹性地基上圆形薄板主参数共振-主共振研究
杨志安
2008, 25(2): 0-082.
摘要:
研究非线性地基上圆形薄板受简谐激励的非线性振动问题。按照弹性力学理论建立非线性地基上圆形薄板受简谐激励的动力学方程。利用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程,它是达芬-马休型方程。应用非线性振动的多尺度法求得系统主参数共振-主共振条件的一次近似解,并进行数值计算。分析阻尼、地基系数、几何参数等对共振响应曲线的影响。比较了两种地基的计算结果。
多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究
张玉梅, 宋玉普, 张晓东
2008, 25(2): 0-087.
摘要:
研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。
正割曲线形柔性铰链的计算与分析
张志杰, 袁怡宝
2008, 25(2): 0-092.
摘要:
提出了一种新型的单轴柔性较链结构型式——正割曲线形柔性铰链。以力学卡氏第二定理为理论基础,通过引入中间参数,推导出正割曲线形柔性铰链柔度和转动精度的闭环解析公式,在此基础上,分析了正割曲线形柔性铰链的应力状态。利用有限元方法对柔性铰链的柔度和转动精度公式进行校验,结果表明:有限元分析结果与闭环解析公式结果基本一致。并分析了正割曲线形柔性铰链结构参数对其柔度的影响关系,为柔性铰链的工程设计提供了重要的理论依据。
关于单元能量投影法的两点注记
赵庆华, 周叔子
2008, 25(2): 0-094,.
摘要:
袁驷等基于力学原理提出了一种一维有限元超收敛后处理计算格式,称为单元能量投影(EEP)法。大量数值例子显示:若真解充分光滑,对m次有限元解,EEP法后处理节点恢复导数具有h2m阶精度。首先利用限元超收敛理论中的一个基本估计式证明了线性元(m=1)节点恢复导数具有h2阶精度。另外,对EEP法高次元的内点计算公式提出了一点简化。
基于模糊神经网络的数据融合结构损伤识别方法
姜绍飞, 张 帅
2008, 25(2): 0-101.
摘要:
为了有效利用结构健康监测系统中的多源传感器数据信息,提高损伤检测与评估的识别正确率,该文通过构造模糊神经网络分类器,提出了一种基于模糊神经网络的数据融合损伤识别方法并将之应用于结构健康诊断中。它先通过数据预处理,提取原始响应信号中的特征参数,接着将之作为模糊神经网络的输入,构造模糊神经网络模型进行识别决策,最后运用数据融合算法,计算出数据融合后的决策结果。为了验证所提方法的有效性,通过一个7自由度的建筑模型,分别用单一模糊神经网络决策器和数据融合损伤识别方法进行了损伤识别和比较。研究结果表明:该文所提方法比单一决策结果更准确、可靠。
土木工程学科
单层平面索网幕墙结构的实用抗风设计方法研究
吴丽丽, 石永久, 王元清
2008, 25(2): 0-109.
摘要:
通过对比建筑结构等效静力风荷载研究的主要分析方法,结合单层索网结构的风振响应特性,采用第一阶振型惯性力近似表达脉动风对应的等效风振力,推导了单层索网结构等效静力风荷载的解析表达形式,并给出了相应的荷载风振系数的显式表达式。分析过程中引入了一些重要参数简化计算,如引入调整系数来考虑更精确的多阶振型组合效应以及索网的几何非线性因素的影响;引入转换系数来反映由于采用与频率无关的相干函数代替与频率相关的相干函数所导致的偏差等。在单层索网幕墙结构的工程常用参数范围内,采用较合理的计算方法,如正交设计方法,对这些参数进行了系统分析,提出了可供工程设计参考实用抗风设计方法。工程算例分析表明,该文的抗风设计方法与动力分析结果吻合较好。
超高层建筑空间巨型框架与其基础地基共同工作的简化分析新方法
龚耀清, 甄静水
2008, 25(2): 0-115,.
摘要:
对超高层建筑空间巨型框架的结构分析提供了一种新的简化分析模型(二级框架柱考虑其轴向刚度作为巨型梁的文克勒弹性地基),利用这种模型分析了上部结构、基础、地基的共同工作。又对二级框架梁、柱考虑其弯曲刚度作为巨型柱的剪切型弹性地基得出了改进的简化分析模型,其计算精度与精确解很接近。在此基础上考虑了基础结构,并考虑了地基的弹性变形,建立了由巨型文克勒弹性地基梁和巨型剪切型弹性地基柱组成的空间巨型框架与其基础、地基共同工作的模型,并通过算例进行分析计算。计算结果表明:共同工作的分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑巨型框架与其基础地基的整体共同工作分析提供了一种可行的简化方法,并给出了几点对此类结构的初步设计有指导意义的结论。
基于正交异性材料的预应力梁频率的试验研究
李瑞鸽, 张耀庭, 邹冰川
2008, 25(2): 0-121.
摘要:
进行了一根无粘结预应力简支梁的动力试验,结果表明:预应力梁的固有频率随着预应力的增加而增加,这与Clough提出的轴力作用下各向同性材料梁的理论分析结果相反。其原因是传统的结构分析方法将混凝土视为各向同性、均质的线弹性材料。但是对预应力混凝土结构进行动力分析和检测,要求计算结果必须具有相对高的计算精度。为此该文从混凝土的微观结构入手,将预应力混凝土梁看作各向异性复合材料梁,采用正交异性的线弹性本构模型进行分析,将复合材料梁的刚度视为钢筋混凝土梁的刚度与预应力筋等效刚度之和,然后对预应力混凝土梁的频率与预应力的关系进行分析计算,计算结果与试验结果吻合较好。同时,利用该文提出的分析方法对Saiidi等人的试验梁进行了分析对比,其计算结果与其试验值也符合较好。
方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究与有限元分析
徐礼华, 凡 红, 刘胜兵, 邢 丹
2008, 25(2): 0-131.
摘要:
根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作5个隔板贯穿式节点试件,通过低周反复加载试验,探讨此类节点的抗震性能,分析梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点抗震性能的影响。试验结果表明:各试件实测滞回曲线均比较饱满,没有明显的刚度退化现象,具有较好的耗能性能;梁端翼缘两侧增加侧板不仅可以缓解隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,而且提高了节点的延性。运用ANSYS 8.0对各节点试件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,分析轴压比、核心区混凝土强度、隔板外伸长度等因素对节点受力性能的影响。结果表明:轴压比和隔板外伸长度对节点受力性能的影响较大;有限元计算所得的骨架曲线与实测骨架曲线吻合较好。
轴心受压钢柱抗火设计的优化分析
朱建明, 游建平, 刘应华, 孙秀山
2008, 25(2): 0-136,.
摘要:
基于“双重优化设计”概念给出了轴心受压钢柱抗火优化设计方案,利用有限元软件ANSYS的APDL语言及其优化设计模块对其进行了截面尺寸和抗火保护优化设计。分析中采用了两种优化设计方案,即在常温和一定临界温度条件下对轴心受压钢柱进行截面尺寸及抗火保护优化设计。通过对两种设计方案的优化结果进行比较和分析,得到了高温下轴心受压钢柱的抗火优化设计结果随温度变化的规律,给出了考虑经济成本条件下如何选择更加经济合理的优化设计方案的建议。分析结果表明,给出的优化方案可以得到安全、经济、可靠的设计结果,能够节省钢材用量和防火保护材料用量。
带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系
蔡 健, 龙跃凌
2008, 25(2): 0-143.
摘要:
对带约束拉杆矩形钢管混凝土在轴压下的受力机理进行分析,在带约束拉杆方形钢管混凝土本构关系的基础上,针对矩形钢管截面长边、短边对混凝土约束作用大小不同及约束拉杆沿长边、短边布置数量不同等特点,应用基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,从而提出适合带约束拉杆矩形钢管混凝土柱数值计算的本构关系,并根据相关试验结果对本构关系的参数进行确定。应用该本构关系对有关试件进行荷载-应变关系的全过程计算,并与试验结果比较,两者吻合良好。
基于热力学定律的混凝土本构模型研究
冷 飞, 林 皋, 杜荣强
2008, 25(2): 0-147,.
摘要:
由热力学定律出发,介绍了耗散函数的形式,给出了建立混凝土本构模型的方法和过程,并对参数的确定进行了讨论,得到了基于热力学原理的混凝土多轴本构关系和真实应力空间中的屈服准则、破坏准则及塑性流动法则。由此方法建立本构模型,引入假定较少,避免了假设“塑性势函数”的做法,得到的结果自动符合热力学原理,具有一定的普遍性。算例表明,该模型计算结果与试验结果符合较好。
多向地震耦合作用下高耸结构土-结构动力相互研究
张玉梅, 宋玉普, 张晓东
2008, 25(2): 0-159.
摘要:
研究了水平地震与竖向地震耦合作用下,考虑土-结构相互作用以及二阶效应对结构反应的影响。采用集总参数法,推导了结构在竖向地震和水平地震作用下的运动方程,对某高层建筑的地震反应进行了数值分析。结果表明:考虑土-结构相互作用使结构周期延长,变形增大;竖向地震作用使结构的地震反应有不同程度的增加;考虑二阶效应后结构的位移反应以及层间剪力增加。故在设计建筑在软土地基上的高层及高耸结构时,应该考虑结构的重力二阶效应,考虑其对结构的整体稳定性的不利影响。
地震作用下建筑结构基于平衡降阶的时滞离散Η控制
于 骁, 谭述君, 林家浩
2008, 25(2): 0-153.
摘要:
状态空间下直接对结构振动的时滞微分方程进行离散,并引入适当的增广向量将之转化为不显含时滞项的标准离散形式,然后将该离散系统平衡降阶,大大降低了离散系统的维数。在此基础上采用离散的Η全信息反馈控制理论完成了建筑结构减振控制器的设计,得到的控制器含有对当前和滞后控制量的线性组合,反映了时滞因素的影响,对大时滞情况亦有效。最后通过算例仿真与分析验证了该控制器的有效性,它在不牺牲控制效果的前提下,大大降低了控制器的维数。
结构抗震性态谱的确定方法
刘文锋, 陈贡联
2008, 25(2): 0-167.
摘要:
为了克服反应谱无法反映性能目标对地震的需求,提出了性态谱的新概念。以地震地面运动数字记录为输入,计算单自由度体系最大地震加速度的统计平均值。在三维坐标中,根据性能目标,建立地震需求和结构周期、弹塑性状态的函数关系。获取具有统计意义的、按照地震波分类的弹性和弹塑性性态谱,研究了性态谱特征和谱曲线规律,拟合了弹性和弹塑性性态谱的设计公式,并对拟合公式进行了验证。性态谱为多目标抗震性能设计提供了新途径。
膜结构有限元分析中的平面单元与曲面单元的比较
伞冰冰, 武 岳, 沈世钊
2008, 25(2): 0-173.
摘要:
在对膜结构进行有限元模拟时,通常采用两种面单元形式——平面常应变三角形单元和六结点曲面三角形等参元,究竟哪一种单元形式更优一直是存在争议的问题。首先就这两种单元的有限元格式进行探讨,比较了它们在位移模式、几何方程及刚度矩阵等方面的力学本质差异;然后,通过一些典型算例,比较了它们在计算精度和计算效率等方面的优劣。分析结果表明:在有限元格式方面,曲面三角形等参元较之平面常应变三角形单元更为完备,更加符合结构的实际受力特征;在计算精度和计算效率方面,曲面三角形等参元也要优于平面常应变三角形单元;因此,从结构精细化分析的角度来看,宜采用曲面三角形等参元来进行膜结构有限元分析。
宜宾长江公路大桥斜拉桥抗震性能评价
包立新, 李小珍, 卫 星, 庄卫林
2008, 25(2): 0-182.
摘要:
采用单梁式有限元模型对宜宾长江公路大桥斜拉桥的动力特性和地震响应进行了计算,考虑了桩-土相互作用和群桩效应,采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了地震反应的对比分析。计算结果表明:桥梁结构的抗震性能满足要求;抗震结构体系采用弹性索梁-塔连接体系是合适的,还可进一步降低弹性索刚度或者采用弹性索+ 阻尼器体系来减小桥梁地震反应;建议大跨度斜拉桥应该采用反应谱法和时程分析法同时计算,结构内力和变形以这两种方法计算结果的较大值作为抗震设计的依据。
FRP加固轴心受压木柱应力-应变模型
邵劲松, 刘伟庆, 蒋 桐, 王曙光, 周 叮
2008, 25(2): 0-187.
摘要:
在Tsai-Wu强度准则的基础上,建立了三向受压木柱的屈服准则及随后的屈服面发展方程。根据内力平衡和应变相容的原理,提出了FRP加固木柱轴心受压时的增量应力-应变关系模型。提供了12根CFRP和GFRP环向加固木柱的轴心抗压性能试验数据。计算结果和试验数据比较表明,在达到加固木柱极限抗压强度之前两类结果吻合较好,而之后计算结果明显偏高。试件的工作机理表明,在达到加固木柱极限抗压强度时,环向受拉FRP中的应变很小,远小于其极限抗拉应变。此外,提出了加固木柱与极限抗压强度相对应的环向应变计算公式,并将之用于计算模型程序运算的结束条件。根据Bazan-Buchanan准则,将加固木柱极限抗压强度之后的1-1曲线简化为下降的直线,与试验结果吻合较好。提出模型可用于进行工程分析和设计。
基于蠕变试验的沥青粘弹性损伤特性
郑健龙, 吕松涛, 田小革
2008, 25(2): 0-196.
摘要:
通过BBR-弯曲梁流变仪在不同温度下进行沥青小梁蠕变试验,得到了不同温度下的蠕变柔量曲线。通过移位,按WLF公式推导得到了不同温度下的移位因子和各个温度下的蠕变柔量主曲线簇。用Weibull函数来描述沥青内部缺陷的分布,将Burgers粘弹性模型与连续损伤因子模型二者耦合建立了沥青的粘弹性损伤模型。理论模型和试验结果比较吻合,表明在沥青粘弹性性能评价过程中考虑损伤效应的影响是必要的。
两种组合钢框架火灾变形性能的试验研究
董毓利
2008, 25(2): 0-203,.
摘要:
利用自行研制的火灾加温试验炉及相关测试装置,对2种不同连接方式共4榀组合钢框架在不同的火灾工况下的火灾变形性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火而节点不受火和梁、板受火而柱、节点不受火2种。试验中量测了炉温,H型钢梁、柱及钢筋混凝土楼板中的温度分布,结果表明:裸钢的温度相差很小,而埋入混凝土中的钢的升温曲线与裸钢的有较大差异;混凝土的升温曲线则与钢的升温曲线差别较大,加温初期不久由于混凝土凝结水等的原因致使温升曲线存在有一平缓阶段,且随着距受火面距离增大混凝土的温升曲线有明显的滞后现象,当炉温和裸钢的温度开始下降时,混凝土的温度却仍在升高。该文对框架的变形和组合梁变形进行了分析,经比对2种连接方式组合钢框架的火灾行为后,给出了工程应用建议。
箱梁的剪力滞效应分析
周世军
2008, 25(2): 0-208.
摘要:
在变分法薄壁箱梁剪力滞基本微分方程的基础上,提出了一种与现有普通梁单元配合使用的分析箱梁剪力滞效应的有限元方法,导出了剪力滞单元系数矩阵和广义荷载列阵计算公式。针对变分法分析剪力滞问题的特点,给出了按照剪力滞广义平衡与变形协调条件进行结构系统分析、组集结构总剪力滞系数矩阵的方法。分析了连续梁和悬臂梁这两种不同结构类型、不同边界支承条件的箱梁在不同荷载条件下的剪力滞效应,并与变分法解析结果作了对比,验证了该文方法的广泛适用性和可靠性。
新的kh0-法计算双筋梁
周东华, 程赫明, 罗志坚, 田 毅, 刘永芳
2008, 25(2): 0-192.
摘要:
介绍一新的钢筋混凝土双筋梁的计算方法和算例,该法是在单筋梁的计算公式基础上推导而得。受压区混凝土压应力分布仍然采用矩形加抛物线。计算公式形式与单筋梁的相同,简洁明了。在计算钢筋面积时,无须将弯矩分解成两部分,即混凝土受压合力与对应的钢筋拉力组成的力偶矩和受压钢筋与对应的受拉钢筋组成的另一个力偶矩。受拉钢筋总面积可直接求得。在事先制成的计算表格中已自动排除了超筋,即无须验算受压区的最大高度,受拉和受压钢筋的应变均能大于其屈服应变。
其他工程学科
水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的计算模型与数值模拟
惠 磊, 葛 斐, 洪友士
2008, 25(2): 0-213.
摘要:
建立了水中悬浮隧道在冲击载荷作用下的简化计算模型。用等效质量法将圆柱壳分布质量折算成冲击点处的集中质量,模型中考虑流体附加质量和系统阻尼的影响。根据碰撞过程中的动量守恒、变形过程中的能量守恒以及结构的位移与内力关系,得到问题的解析解。为验证解析解,在ANSYS / LS-DYNA中建立了动态冲击有限元分析模型。通过算例分别考察了在忽略和考虑流体附加质量两种情况下,冲击点位置和冲击速度对冲击点处最大径向位移的影响,将解析解与数值解进行对比,结果吻合较好。然后采用数值模拟方法得到了系统阻尼对计算结果的影响规律。数值模拟过程中还可以得到冲击点处的最大Mises应力。
基于逆系统方法的航天器姿态跟踪最优鲁棒控制
袁长清, 李俊峰, 王天舒, 宝音贺西
2008, 25(2): 0-218.
摘要:
针对航天器有效载荷(如星载天线、星载相机)快速持续指向地面或在轨特定目标等空间任务,研究了航天器姿态快速连续跟踪控制问题。提出了一种计算跟踪参考姿态的新方法,给出了目标姿态参数的解析表达式。大范围机动时,姿态动力学方程是强耦合非线性的,用传统鲁棒控制方法处理比较困难。用机动四元数描述姿态误差,以避免姿态跟踪可能产生的奇异。在考虑参数不确定性和干扰力矩的情况下,应用逆系统方法和输入不确定性鲁棒控制与最优控制转换定理,将鲁棒控制问题转化为最优控制问题,回避了传统鲁棒控制复杂的设计过程。控制器的设计方法简单,可应用于更复杂的对象,且参数选择具有很大的灵活性,易于工程实现。仿真结果表明:控制器具有良好的鲁棒性,较高的跟踪精度和快速响应能力。
漂浮基双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划
唐晓腾, 陈 力
2008, 25(2): 0-229.
摘要:
讨论了漂浮基双臂空间机器人非完整运动的最优控制规划问题。以多体动力学理论为基础,导出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人耦合了系统动量守恒关系的系统动量矩守恒关系,并将其转化为控制系统状态方程。由此,将双臂空间机器人的非完整运动规划问题转化为非线性系统的控制问题。以此为基础,利用近似优化的方法,给出了双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划控制算法。其优点在于,仅需要控制双臂空间机器人机械臂的关节运动,即可达到对载体姿态及机械臂关节位置的双重控制效果。一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。
基于FEMLAB的钻井过程中流固热耦合响应分析
盛金昌, 廖秋林, 刘继山, 速宝玉
2008, 25(2): 0-223,.
摘要:
在石油开采等行业中,钻井过程中的渗流-变形-温度多场耦合作用非常复杂,它对井壁稳定分析具有重要意义。该文将在有关文献的基础上,首先建立一组饱和多孔岩体介质瞬态的流、固、热三场耦合方程组(其中包括固体变形、能量传输、流体流动三个相互耦合的过程,多物理场之间的交叉耦合还包括材料性质与独立变量之间的耦合关系);然后给出了该方程组在FEMLAB软件(基于偏微分方程组的多物理过程模拟工具)中的详细数学表达;最后以FEMLAB作为平台,着重分析了钻井过程中的流固热耦合作用过程,讨论了井壁温度发生突然降低后,井壁附近围岩的孔隙水压力、温度、应力的变化过程,为井壁稳定分析提出更为准确的应力分布。计算结果反映了耦合作用对井壁围岩应力的重要影响。该文的计算结果与解析解进行了比较,结果非常吻合,证明了耦合模型及求解方法的正确性。
T型尾翼颤振特性分析方法
吕 斌, 吴志刚, 杨 超
2008, 25(2): 0-234.
摘要:
由于T型尾翼特殊的结构和气动布局形式,其颤振特性的分析比较复杂,飞行状态和一些常规分析可以忽略的参数如上反角都会对颤振速度有很大影响。针对这些特殊问题,分析了T型尾翼的颤振特性受平尾上反角、平尾上的定常气动力和固有振动形式等因素的影响。重点研究了T型尾翼颤振计算中特殊的附加非定常气动力,建立了T型尾翼非定常气动力和颤振分析方法。在低速风洞中开展了T型尾翼缩比模型的颤振试验,验证了分析方法。结果表明T型尾翼特殊的气动效应主要影响垂尾的弯扭耦合颤振形式,颤振速度随平尾攻角增加而降低,在设计中采用一定的平尾下反角设计能够提高T型尾翼的颤振速度。通过对试验结果的理论分析,阐述了这种效应产生的机理,并对实际设计提出建议。
挤压成形过程灵敏度分析及模具型腔参数优化设计
亢 战, 张洪武
2008, 25(2): 0-240.
摘要:
以高温下的挤压成形加工过程优化设计问题为背景,针对应变率相关粘性固体本构关系的材料稳态非弹性变形过程提出了形状灵敏度分析方法,并对算法的效率进行了讨论,在此基础上研究了挤压成形模具的形状优化设计问题的数学模型和数值求解算法。给出了挤压成形模具的二维形状优化设计算例,数值结果验证了所给出的灵敏度分析算法和优化设计模型的正确性和可用性。