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2009年  第26卷  第12期

基本方法
基于Neumann展开响应面技术的重要抽样蒙特卡罗法
苏 成, 李鹏飞, 韩大建
2009, 26(12): 1-005,.
摘要:
在结构可靠度计算中,利用重要抽样技术可以有效提高蒙特卡罗法的计算效率,其中抽样重心的确定是一个关键。当结构功能函数无法表达为随机变量的解析表达式而需借助有限元计算时,在传统响应面法的有限元数值试验中引入Neumann级数展开式,可以加速求出设计验算点。以设计验算点作为抽样重心进行重要抽样后,即可进一步采用蒙特卡罗法计算结构的失效概率。数值算例表明:所提出的基于Neumann展开响应面技术的重要抽样蒙特卡罗法具有较高的计算效率,同时又能保持很高的计算精度。
含固支边的压电层合板的解析解
刘艳红, 陈庆远, 张惠明
2009, 26(12): 6-011.
摘要:
首先由H-R(Hellinger-Reissner)变分原理简要地推导了压电材料的非齐次状态方程,然后通过引入边界应力函数,建立了含固支边压电层合板的非齐次状态方程,最后采用增维方法将非齐次状态方程转化成齐次状态方程。齐次方程方法不仅有利于程序的实现和数值运算稳定性,同时避免了矩阵求逆运算,大大地提高了计算效率。数值实例证明了该方法的正确性。
用无网格LRPIM分析中厚板的自由振动
夏 平, 龙述尧, 崔洪雪
2009, 26(12): 12-016.
摘要:
利用局部加权残值法推导出了中厚板的离散系统方程。采用径向基函数耦合多项式基函数构造无网格点插值法的形函数,用四次样条函数作为权函数。插值函数具有Kronecker delta函数性质,可以很方便地施加本质边界条件。利用无网格局部径向点插值法对几种边界条件下中厚板的自由振动进行了分析。该方法不需要任何形式的网格划分,所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行。对于求解中厚板的问题,可以克服剪切自锁问题。算例表明,用无网格局部径向点插值法分析中厚板的自由振动问题所得结果与已有文献解以及有限元解都十分地吻合。并且具有高效率、高精度和收敛性好等优点。
关于悬臂梁振动特性的损伤灵敏度的研究
李毅谦, 向志海, 岑章志
2009, 26(12): 17-023.
摘要:
基于振动特性的损伤识别方法是研究者十分关注的问题。为了确保这类方法的有效性,有必要研究振动特性对结构损伤的敏感性。为此,该文推导了有一处损伤的悬臂梁的振动特性的解析解,并在此基础上详细讨论了不同的振动特性对损伤的敏感性。分析结果表明:当梁中某段存在损伤时,结构的频率和模态不会发生太大的变化;而转角模态和曲率模态在损伤区域会发生明显的突变。这些结果以及文中的讨论对相关领域的研究者有一定的参考价值。
具有中介状态的旁联工程系统可靠性向量分析
张 鹏
2009, 26(12): 24-030.
摘要:
阐述了传统模糊可靠性理论在引入模糊工作状态后,造成因素处理方法和分析模型的高度复杂性,以及计算方法过于烦琐从而难以为工程实际所应用的深刻原因,这一原因对于逻辑关系较为复杂的旁联系统尤为突出。认为在实际工程系统中,结构单元和系统可以简化为具有“安全-中介-失效”三级工作模式,这里的“中介”即为“故障”。这时,系统及其单元均具有安全、中介、失效三种工作状态。采用所提出的具有“安全-中介-失效”三级工作模式的结构单元可靠性分析方法,建立了具有安全、中介、失效三种工作状态的旁联系统的可靠性向量计算模型。可靠性向量分析的结果是求出旁联系统的安全概率(可靠度)PR、中介概率PM和失效概率PF,它们联合起来构成可靠性向量[PR,PM,PF],简记为[R,M,F]。该文给出了一个简单算例。
基于场一致性的2D四边形单元的共旋坐标法
蔡松柏, 沈蒲生, 胡柏学, 邓继华
2009, 26(12): 31-034.
摘要:
虽然关于共旋坐标法四边形平面应力单元的研究成果很多,但这些单元一般是基于几何一致性得到的对称单元刚度矩阵,而基于场一致性的单元研究则较少。该文从共旋坐标法的场一致性原则出发导出了四边形2D单元在大转动、小应变条件下的几何非线性单元切线刚度矩阵的最简单形式,该单元刚度矩阵虽然不对称,但其计算却较简单,这在非线性计算中对于减小由于计算机位数限制带来的累积舍入误差和提高迭代的收敛性都有重要意义。该文采用此非对称单元刚度矩阵和一种将位移增量法与荷载增量法形成的统一迭代格式编制了相应的有限元程序NSAP。通过对平面梁、拱的计算与分析表明该文提出的共旋坐标法四边形2D单元的列式正确、程序高效、求解器具有较强的非线性分析能力。能较好地分析平面应力梁、拱的几何非线性性能,计算结果可供工程设计人员参考。
桁架结构作动器优化配置的粒子群算法
潘 继, 蔡国平
2009, 26(12): 35-039.
摘要:
对桁架结构主动控制中作动器的优化位置进行研究,其中桁架结构采用有限元方法进行建模,作动器采用压电堆形式,优化算法采用粒子群方法,指标函数采用基于能量的可控Gramian矩阵优化配置准则。该文给出了粒子群方法的迭代计算格式,分析了可控Gramian矩阵配置准则的机理,并且采用最优控制方法研究了桁架结构在随机白噪声激励和简谐激励下的动力响应问题。研究结果显示,粒子群优化算法能够有效地对桁架结构作动器的优化位置进行计算,最优控制方法能够有效地抑制桁架结构的动态响应。
数字光弹性中材料条纹常数的自动确定
雷振坤, 云 海, 赵燕茹, 潘学民
2009, 26(12): 40-045,.
摘要:
材料条纹常数是光弹性实验的一个关键参数,也是联系力学量和光学量的纽带,要求具有较高的标定精度。在线性最小二乘法的基础上,该文提出一种自动化确定光弹性材料条纹常数和对径压缩圆盘中心位置的方法。使用相移光弹性法得到对径压缩圆盘全场等色线级数作为实验数据,利用最小二乘法建立超定非线性方程组,最后通过牛顿迭代法求解来自动确定光弹性材料条纹常数和圆盘中心位置,并进行了实验验证。
钝体绕流空化的数值研究
张露颖, 符 松
2009, 26(12): 46-051.
摘要:
空化问题的数值模拟涉及空化现象数理模型的建立以及空化机理的探索。该文对Singhal完全空化模型进行改进,从统计上描述微观气核的力学行为以得到空化流场宏观物理量的分布,在求解完整的Rayleigh-Plesset方程的基础上构造空化源项,以考虑空化气核发展的历史效应和非定常特性,效果很好。该文应用改进模型,采用两相流的方法对钝体绕流过程中的空化现象进行了数值模拟,验证了模型的有效性,同时计算了钝体出水过程空泡溃灭引起的压力场变化,捕捉到空泡溃灭导致的瞬时压力脉冲。
断裂力学在钢与混凝土界面粘结中的应用
李 磊, 郑山锁, 王 斌
2009, 26(12): 52-057,.
摘要:
该文将组合结构构件抽象为具有内部摩擦界面的弹性体,并将界面脱粘过程视为界面裂缝的扩展过程,基于断裂力学中的能量原理,得到了钢-混凝土界面脱粘过程中的能量关系,进而建立了基于能量的界面脱粘准则。用此准则进行了型钢混凝土拉拔试件的界面脱粘分析,分别建立了不考虑界面软化和考虑界面软化两种情况的界面脱粘模型,得到了两种情况下界面粘结强度的理论解。结果表明:无论是否考虑软化,粘结强度均为同一表达式,且均与混凝土断裂能、界面层厚度及界面层混凝土的剪切模量有关。研究成果为钢-混凝土组合结构界面脱粘分析及其有限元模拟提供了理论依据。
随机结构系统固有频率特性分析
李金平, 陈建军, 陈 龙, 谢永强
2009, 26(12): 58-063.
摘要:
为分析随机结构系统固有频率的统计特性,提出一种基于分解法的随机有限元最大熵法。该法利用单变量分解将高维随机变量特征值函数分解成单维随机变量特征值函数的组合形式,从而将求解随机结构特征值统计矩的多维积分表达式转化为单维积分式,对单维积分采用高斯-埃尔米特积分格式数值求解。在获得随机结构系统固有频率的前四阶原点矩之后,利用最大熵原理求得结构固有频率概率密度函数的解析表达式。算例分析表明:该方法结果与Monte-Carlo法结果相比,误差很小,具有令人满意的计算精度和效率。
弹性模量缩减法分析杆系和板壳结构的极限承载力
杨绿峰, 余 波, 张 伟
2009, 26(12): 64-070.
摘要:
根据广义屈服准则定义了杆系和板壳结构的单元承载比,建立了承载比均匀度和基准承载比的计算表达式,然后通过弹性有限元迭代分析系统地缩减高承载比单元的弹性模量,使得结构中的单元承载比逐渐缩减,进而求得极限荷载下限,从而建立了以单元承载比为控制参数的弹性模量缩减法,并应用于构件截面几何尺寸或材料性能不同的复杂结构的极限承载力分析中,扩大了弹性模量调整法的应用范围。利用该方法计算了梁、刚架、桁架、板和壳等结构的极限承载力,并分析了结构的失效模式和影响因素。通过和弹塑性增量法的比较,证明了弹性模量缩减法具有较强的适应性、较高的计算精度和计算效率。
土木工程学科
基于水化度及其结构组成的自密实混凝土基本徐变计算模型
郑建岚, 晁鹏飞
2009, 26(12): 71-075.
摘要:
该文根据自密实混凝土水化曲线形式,采用指数函数体现混凝土老化作用的“固结度”,推导了自密实混凝土粘弹性相徐变度积分表达式的闭合形式解;同时根据自密实混凝土结构组成的复合性,提出整体自密实混凝土的基本徐变表达式,在试验基础上验证了计算模型的适用性。
基础频响有理近似的稳定性和识别:连续时间的集中参数模型
杜修力, 赵 密
2009, 26(12): 76-084,.
摘要:
基础频率响应的连续时间有理近似是构建基础振动分析的高阶集中参数模型的起点,连续时间有理近似的稳定性和参数识别直接决定集中参数模型以及土-结系统的动力稳定性和精度。该文基于线性系统稳定性理论并结合集中参数模型的具体输入-输出情况,提出连续时间有理近似(也即集中参数模型)稳定的充分必要条件;进而基于罚函数法和遗传-单纯形法建立可以考虑稳定性约束的有理近似识别方法。将获得的稳定、精确的连续时间有理近似分别实现为Wu-Lee和Wolf的高阶集中参数模型,通过几个典型基础振动问题验证了提出的稳定性理论和参数识别方法。
点源激励作用下悬吊结构摆振被动控制方案分析
张春巍, 李冀龙, 吴植武, 欧进萍
2009, 26(12): 85-091.
摘要:
针对大型起重铺管船吊钩减摇止摆控制实际问题,基于被动控制调谐吸振原理,设计了应用于悬吊结构摆振运动控制的调谐转动惯量阻尼器(Tuned Rotary Inertia Damper,TRID),进行了受吊点激励作用下TRID系统控制的参数优化及其效果影响分析。首先基于拉格朗日原理推导建立了悬吊结构在吊点任意运动下的运动模型,分析了TRID系统的控制原理;其次采用数值方法分别分析了TRID系统对悬吊结构两种运动形式(平面摆振、空间锥摆运动)的控制效果及其最优参数设置;最后分析了TRID系统对悬吊结构在锥摆运动共振区控制效果出现异常的原因,针对TRID系统控制理想圆锥摆运动的局限性,提出TRID-TMD联合控制方案,数值分析结果验证了该方法的有效性和可行性。该文的研究为大型起重铺管船吊钩减摇控制奠定了部分理论基础。
半刚性螺栓球节点受力性能理论与试验研究
范 峰, 马会环, 沈世钊
2009, 26(12): 92-099.
摘要:
国内常用的螺栓球节点是典型的半刚性节点。基于半刚性螺栓球节点的受力性能,在ANSYS软件中,利用实体单元和接触单元建立了三种螺栓球节点的三维数值实体模型。并考虑了几何非线性和材料非线性,研究了螺栓球节点的弯曲刚度特征,得出了节点数值模拟模型的弯矩-转角曲线。并通过试验验证了数值模拟的准确可行性,表明了这种数值模拟方法是模拟螺栓球节点受力性能的一种正确有效的方法,从而为螺栓球节点及其它半刚性节点的设计与应用提供参考。
风荷载下输电铁塔的失效模式及其极限荷载
熊铁华, 梁枢果, 邹良浩
2009, 26(12): 100-104,.
摘要:
该文研究顺风向、横风向风荷载同时作用下输电铁塔的主要失效模式及其极限基本风压。按空间桁架体系建立了输电铁塔的有限元模型。建立了在风荷载作用下,寻找输电铁塔主要失效模式的方法,该方法以基本风压为控制量,可以方便地获得输电铁塔的主要失效模式及其极限基本风压。在数值算例中比较了横风向风荷载对输电铁塔的主要失效模式及其极限基本风压的影响,指出了如果不考虑输电铁塔横风向风荷载,它的极限基本风压将被高估;同时指出了要提高结构的抗风能力,有效的方法是提高基本失效单元的强度,而这样的单元往往并不多。
碳纤维复合材料圆筒结构抗压性能研究
钟卫洲, 宋顺成, 张青平, 黄西成, 陈 刚
2009, 26(12): 105-111.
摘要:
利用NYL-200D型压力实验机和落锤装置对圆筒形碳纤维增强环氧树脂基复合材料结构进行了准静态和动态冲击压缩实验。在试件端部加粗的准静态压缩实验中,无填充物试件失效模式主要体现为纤维分层,表面产生褶皱,含填充物试件失效模式主要体现为试件环向膨胀导致外表面纤维分层,产生拉伸断裂。在试件端部未加粗的落锤压缩实验中,失效由试件相对薄弱一端开始,薄弱端纤维层逐渐发生分层失效,分别向筒壁内外发生卷曲,并伴随纤维丝断裂,最终在破坏端形成花瓣状。在所进行的静态、动态压缩实验中试件破坏模式主要体现为纤维分层,未发生剪切破坏和整体结构坍塌现象,因此增加环氧树脂基体与碳纤维增强相间的界面结合强度,可提高复合材料结构抗压能力。
在役历史建筑砌体承重墙抗震性能试验研究
彭 斌, 刘卫东, 杨伟波
2009, 26(12): 112-118,.
摘要:
某些在役历史建筑中,承重的砌体墙是主要的抗侧力构件,其抗震性能对于结构整体的地震反应有很大的影响。在这些建筑中,由于块体和砂浆的强度一般较低且经过长时间的风化作用,砌体承重墙的抗震性能需要进行专门的研究。为此,从与某在役历史保护建筑兴建年代、使用材料相同的历史建筑修缮施工现场获取砖块,并采用古建筑用石灰砂浆制作受压试件和墙体试件,进行了材料力学性能试验和墙体伪静力试验。对墙体试件的破坏模式、滞回耗能、刚度退化情况等进行了讨论。采用经过检验的力学性能参数,应用计算机仿真方法拓展了试验结果,对墙体的抗震性能进行了分析。指出了在役历史建筑中砌体承重墙的特点。所使用的方法和得到的结论对于深入探讨在役历史建筑的抗震性能具有一定的参考价值。
新配筋方案小跨高比连梁抗震性能试验研究
梁兴文, 李方圆, 张 涛, 邓明科
2009, 26(12): 119-126.
摘要:
对沿连梁截面高度配置3层封闭约束箍筋的9个小跨高比连梁进行了抗震性能试验,研究了连梁的跨高比、箍筋和纵筋数量对其破坏形态、滞回性能、刚度退化、变形和耗能性能等的影响。研究结果表明:对于跨高比为0.75―1.5的连梁,无论受力纵筋是否屈服,最终还是发生剪切破坏或弯曲剪切破坏;沿连梁截面高度配置的3层封闭约束箍筋有效地改善了连梁的变形和耗能能力。根据试验结果,建立了考虑纵向受力钢筋作用的连梁受剪承载力计算公式,公式的预测值与试验值吻合较好。
混凝土紧凑拉伸试件断裂韧度计算模型
赵艳华, 杨树桐, 韩 飞, 陈 晋
2009, 26(12): 127-132.
摘要:
根据混凝土的软化特性,通过紧凑拉伸试件失稳断裂破坏临界状态的力学分析建立了混凝土断裂韧度的解析计算模型。以混凝土的弹性模量和有效裂缝长度尖端的应力为两个基本参数,可推导出紧凑拉伸试件的极限承载力以及临界有效裂缝长度,进而求得混凝土的断裂韧度。通过计算结果与实验数据的比较发现,此模型能较为准确地预测紧凑拉伸试件的承载力以及裂缝张口位移,而且理论上简单实用。在此基础上研究了断裂韧度的尺寸效应,发现在实验室常用尺寸范围内,根据该文所建模型计算得到的断裂韧度不具有尺寸效应,可作为材料常数用于裂缝扩展判定。
钢筋增强超高韧性水泥基复合材料梁的弯曲承载力及延性分析
张秀芳, 徐世烺
2009, 26(12): 133-141,.
摘要:
采用国内新近研究的具有应变硬化特征的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)代替普通混凝土材料,进行了4组不同配筋率共12个钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁的弯曲试验,根据梁理论计算了RUHTCC受弯梁在起裂、屈服以及极限破坏时对应的弯曲承载力,并以跨中挠度、曲率及能量为表征参数计算了构件的延性。与试验结果的比较表明:理论与试验结果吻合较好;RUHTCC梁可提高普通钢筋混凝土梁的承载力和延性,减少钢筋用量。因此,在箍筋配置过密或对结构延性要求较高的结构关键部位如预应力锚索区和梁柱节点等,UHTCC有着更为广泛的推广应用前景。
组合T形截面钢管混凝土构件抗剪性能试验研究
徐礼华, 徐浩然, 杜国锋, 温 芳
2009, 26(12): 142-149.
摘要:
为探讨组合T形截面钢管混凝土构件的抗剪性能和受剪承载力计算公式,完成了22个该类构件的静力加载试验。试件参数包括剪跨比、轴压比和套箍指标。试验结果表明:该类试件具有良好的变形能力;试件的破环形态随剪跨比λ的不同分为剪切破坏(λ = 0.2、λ = 0.25)、弯剪破坏(λ = 0.5、λ = 0.75)和弯曲破坏(λ = 1.25) 3种,且不受轴压力的影响;试件的抗剪承载力随轴压比和套箍指标的提高而增大,随剪跨比的提高而减小。推荐了该类构件的受剪承载力计算公式,可供工程设计参考。
苏通大桥全桥气弹模型设计与模态调试
许福友, 马如进, 陈艾荣, 王达磊
2009, 26(12): 150-154,.
摘要:
对目前世界上最大跨径斜拉桥——苏通大桥全桥气弹模型设计、制作及模态测试进行了全面的论述。首先介绍了全桥气弹模型主梁、拉索、桥塔各构件应满足的相似条件和各参数对应的相似关系;然后详细给出了各构件模型的设计和制作方法;最后详述了成桥、最大单悬臂和最大双悬臂施工3种典型状态气弹模型模态调试方法与结果。根据模态测试结果可知:苏通大桥全桥气弹模型设计和制作均很好地满足试验要求,可为大跨度缆索承重桥梁全桥气弹模型设计提供参考和借鉴。
考虑抗拉强度及峰值后软化曲线非均质性的混凝土梁三点弯破坏过程数值模拟
王学滨, 张 君
2009, 26(12): 155-160.
摘要:
采用FLAC模拟了混凝土梁三点弯曲条件下的破坏过程,其中考虑了抗拉强度及峰值后软化曲线非均质性,得到了梁的载荷-CMOD曲线、梁跨中横截面上的水平方向应力及塑性拉伸应变的分布规律、应变软化区域及真实裂纹长度的变化规律、拉伸破坏单元及真实裂纹的发展规律。结果显示载荷-CMOD曲线的数值结果与C40混凝土的实验结果基本吻合。考虑抗拉强度及峰值后软化曲线的非均质性之后,真实裂纹多点启动。一些真实裂纹出现之后,发生聚合,同时,新的真实裂纹启动。在峰值后,随着CMOD的增加,应变软化区域长度的增加速度变缓。当真实裂纹出现之后,应变软化区域的长度基本保持不变。随着CMOD的增加,首先,梁绕跨中横截面没有转动;之后,梁绕跨中横截面的转角基本保持不变;随后,梁绕跨中横截面的转角变得越来越大。拉应变局部化区的厚度大致等于3个―4个单元的长度。
钢悬链线立管与Spar整体分析初探
白兴兰, 黄维平
2009, 26(12): 161-166.
摘要:
该文将钢悬链线立管(SCR)与Spar平台作为一个非线性耦合体,进行整体分析,并基于CABLE3D开发出整体分析程序V-CABLE3D,在时域内进行动力耦合计算。分别采用解耦法和整体分析法求解SCR在Spar影响下的运动响应以及动力效应,在图表中给出结果并进行比较,为SCR设计提供参考。
高强冷弯薄壁卷边槽钢柱在高温下的性能
陈 驹, 金伟良
2009, 26(12): 167-174.
摘要:
研究了高强冷弯薄壁卷边槽钢柱在高温下的性能和承载力计算。在试验基础上建立了高强冷弯薄壁卷边槽钢柱的有限元模型,模型考虑了局部和整体初始缺陷的影响;利用高强度冷弯薄壁钢材的高温材料性能试验结果,进行了高强冷弯薄壁卷边槽钢柱在均匀温度和非均匀温度分布下的性能研究;基于《冷弯薄壁型钢结构技术规范》提出了均匀高温下的承载力计算公式,基于直接强度法提出了非均匀高温下的承载力计算公式。
水电站地下主厂房施工通风动态数值模拟
王晓玲, 刘雪朋, 张自强, 李 涛, 安 娟
2009, 26(12): 175-180,.
摘要:
在考虑了支洞和主变洞影响的情况下,以某水电站地下主厂房四层施工通风为例,对主厂房施工通风的风流组织和污染物扩散过程进行了模拟研究。结果表明:由工作面至出口,速度逐渐减小,主厂房内大部分区域速度小于0.15m/s,X-Y剖面处存在涡流区;在主厂房内出口处存在一个高浓度区,且主厂房内的CO和粉尘分布趋势相似,并以Nakayama等的矿井通风甲烷浓度分布实验结果进行了验证,模拟结果与实验基本吻合。
基于离散变量的大跨越输电塔架构不同优化方法研究
郭惠勇, 李正良, 罗 乐
2009, 26(12): 181-188.
摘要:
为了解决大跨越输电塔结构的优化问题,提出了基于离散变量的拓扑组合优化方案和复杂构型组合优化方案,并采用自适应遗传算法进行结构的优化分析。首先采用罚函数形式确定遗传算法的适应度函数,然后确定遗传编码的转换方案以及自适应交叉和变异算子,在此基础上研究了四种优化方案,即截面尺寸优化方案、形状组合优化方案、拓扑组合优化方案、复杂构型组合优化方案。并对于拓扑组合优化提出了拓扑优化准则,对于复杂构型组合优化提出了层次化优化方法。优化结果表明:拓扑组合优化方案与复杂构型组合优化方案的优化效果明显好于截面尺寸优化方案和形状组合优化方案,由于复杂构型组合优化方案本身包含有拓扑的改变,其对原始构造改变较大,故优化结果最好。
多遍冲击碾压动荷载作用下路面板力学响应分析
胡昌斌, 陈友杰
2009, 26(12): 189-195.
摘要:
基于三维动力弹塑性有限元分析方法,对冲击压路机沿面板纵向中线及板边两种行驶路线,冲击碾压破碎旧水泥混凝土板时路面板在不同冲击遍数下的变形、受力及破坏特征等力学响应进行了分析。研究发现板边线路板竖向变形明显大于沿板中线路。随着冲击遍数增加路面板呈整体下沉的趋势,最大竖向位移逐渐增大,渐趋稳定;板底冲击轮作用点下方为拉应力区,周围边界局部存在受压区域,纵向相应主拉应力小于横向主拉应力;各工况下路面板表面未出现明显的塑性区,路面板底面均有不同程度的塑性破坏。板边线路最大塑性应变值较板中线路大,但板底的塑性区明显小于板中线路。冲击破碎时,最原始的塑性区首先出现在板底,随着冲击破碎遍数增加,塑性区在面板底部塑性区的基础上逐渐向板面向外发展。
机械工程学科
汽车操纵稳定性的CAE分析技术及应用
常 放, 吕振华, 郭孔辉
2009, 26(12): 196-203.
摘要:
基于3种不同类型汽车的多体系统动力学模型,按照有关标准和规范,分别进行了转向盘阶跃角输入、转向盘脉冲角输入、稳态回转行驶工况的汽车操纵稳定性虚拟实验,总结了采用虚拟实验技术进行汽车操纵稳定性仿真分析的方法。通过对仿真计算结果与实验结果的比较,研究了影响汽车操纵稳定性仿真分析精度的几个重要因素。进一步采用正交实验设计优化方法,以轿车为例分析了部分弹性元件力学特性参数对转向盘阶越角输入下的整车横摆瞬态特性的影响。
其他工程学科
板带轧制板形判别的降阶模型
孙亚波, 刘宏民, 彭 艳
2009, 26(12): 204-210.
摘要:
在提出的板形判别条元法的基础上,引入节线二阶导数连续和自由边的力边界条件,导出挠度函数的改进模型,使挠度函数及其一阶和二阶导数都可以仅用节线挠度表示,而不必再用节线挠度及其一阶导数表示,从而使未知数减少一半。根据静力学最小势能原理,导出板形判别的计算模型,使特征矩阵从原来的2(n+1)阶降低到目前的(n+1)阶,提高了计算速度。又从动力学原理出发,推导得到相同的计算模型,进一步证明了计算模型的正确性,最后用实际算例验证了模型。
推力作用下细长弹箭横向振动及稳定性分析
许 赟, 谢长川, 杨 超
2009, 26(12): 211-215,.
摘要:
该文分析了细长弹箭类飞行器在推力作用下的动力学稳定性和横向振动的频率与振型特性。将弹箭飞行器简化为非均匀的梁模型,推力定义为随动力,根据非保守系统的Hamilton原理,建立了随动推力作用下的非均匀梁振动分析数学模型,有限元方法用于分析模型的数值计算,得到了均匀梁模型和典型弹箭飞行器模型的结构振动特性和动力学稳定性随推力变化的情况。结果表明:随动推力会诱发弹箭飞行器的动力学失稳;推力同时影响结构的横向振动的频率和振型特性,在推力作用下模态振型的波谷沿模型发生移动,振型的幅值亦会发生改变。
用OpenMP实现三维复杂渗流场的并行计算
付俊峰, 金 生
2009, 26(12): 216-221.
摘要:
建立了有自由面的三维渗流饱和-非饱和计算模型,该模型包含水头和饱和度两个变量,用二维、三维结果的对比证明了模型的合理性与准确性。通过分析数据执行时的相关性,算法结构的固有串行性及有限元计算的耗时分布,利用OpenMP并行编程接口,实现了渗流求解的并行化。对不同规模的问题进行了并行数值模拟并测定了加速比,通过分析可知加速比与处理器的个数呈线性分布,并且随着问题规模的增加而逐渐提高。
地震与波浪荷载作用下偏心海洋平台扭转耦联参数影响分析
何晓宇, 李宏男
2009, 26(12): 222-228,.
摘要:
质量偏心和刚度偏心是结构偏心的两种重要形式,该文从单层平台结构体系在地震与波浪环境荷载作用下的一般振动方程出发,推导得到了可以考虑平台不同偏心形式的振动方程。在此基础上,针对不同水深的导管架海洋平台典型算例进行了数值计算,分析了三种荷载工况(地震作用、波浪作用、地震波浪耦合作用)时,平台结构的偏心形式、偏心率以及目标分析点的位置对偏心平台扭转耦联响应的影响规律,同时还分析了地震、波浪荷载强度对偏心平台扭转耦联响应的影响规律。分析结果表明:平台结构的偏心形式、目标点位置以及偏心率的大小都会影响偏心平台的扭转耦联响应,同时地震与波浪的联合作用对不同场地上不同周期类型的平台影响不尽相同,在某些情况下有必要考虑地震与波浪的联合作用对海洋平台进行抗震分析。
固体火箭发动机药柱三维粘弹性摄动随机有限元分析
田四朋, 侯 辉, 蔡 科
2009, 26(12): 229-234.
摘要:
发展了一种三维粘弹性摄动随机有限元法(VPSFEM),并对固体火箭发动机药柱进行了随机分析。以不可压和近似不可压粘弹性有限元方法为基础,采用一阶随机摄动技术处理结构分析参数的随机性,推导了三维粘弹性摄动随机有限元方法的递归方程组,并给出了结构响应统计特征的求解方法。推导过程中同时考虑了材料力学性能和载荷环境参数的随机性。算例分析中对典型载荷作用下的固体火箭发动机药柱结构进行了三维随机分析,结果表明三维粘弹性摄动随机有限元方法效率高,且精度能够满足工程需要。
分析陶瓷复合靶板背板变形和起裂的一种新方法
蒋志刚, 崔高领, 申志强
2009, 26(12): 235-239,.
摘要:
基于陶瓷复合靶板抗穿甲子弹机理,将弹丸通过陶瓷锥施加于背板的冲击作用等效为截锥形局部冲击荷载,提出一种计算背板变形和起裂的新方法。对于7.62mm穿甲子弹侵彻陶瓷/钢复合靶板试验,根据所提出的方法,应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件计算了背板变形和弹道极限,计算结果与试验吻合较好;讨论了边界条件对背板起裂的影响,数值模拟和弹道试验表明背板边界变形有利于提高背板起裂冲量和靶板弹道极限。
页岩钻孔过程中的流固热化学耦合模型
盛金昌, 刘继山, 许孝臣, 詹美礼
2009, 26(12): 240-245.
摘要:
页岩具有复杂的物理化学特性,在页岩中钻井将导致页岩和钻井液之间产生复杂的物理化学耦合作用(如:液体、离子、热等的传输扩散、热渗作用、电渗作用、化学渗滤作用、离子交换、膨胀压力的产生等),这将深刻地改变井壁围岩的孔隙压力和应力的分布,从而影响井壁稳定性。该文将在有关文献的基础上,针对具有化学活性的页岩,首先提出一组瞬态的流、固、热、化学四场耦合方程组(包括固体变形、能量传输、流体流动、溶质离子扩散等四个相互耦合过程)试图来考虑它们之间复杂的物理化学耦合关系;然后以COMSOL(基于偏微分方程组的多物理过程模拟工具)作为平台,着重分析钻井过程中的流固热化学耦合作用过程,讨论井壁温度发生突然降低、钻井液与岩层液体之间存在离子浓度差的条件下,井壁附近围岩的孔隙水压力、应力、温度、溶质离子浓度的变化过程,为井壁稳定分析提出更为准确的应力分布。计算结果反映了热-化学耦合作用对井壁围岩应力有重要影响。
全瓷冠触压破坏的实验研究
鲁成林, 张修银, 吴艳玲, 张东升
2009, 26(12): 246-248,.
摘要:
采用实验的方法研究全瓷冠切片在受触压载荷下的破坏机制。制作了新颖的全瓷冠切片模型,平板层状切片模型的破坏模式验证了切片模型的可行性,颊舌向切片试件不仅具有锥形裂纹和放射状裂纹,还具有肩台脱粘新型破坏模式。结合高分辨率的图像采集系统,应用数字图像相关法分析研究两种类型试件的微裂纹产生和扩展过程,精确地确定了微裂纹产生时的临界载荷大小。为在实验室环境中研究全瓷冠的破坏机制和使用寿命提供了实际测试手段。
传动比对直升机尾传动系统扭转振动影响的分析
许兆棠
2009, 26(12): 249-256.
摘要:
在各轴扭转运动方程的基础上,用振型叠加原理求得中间减速器及尾减速器的传动比不等于1时尾传动系统扭转振动的解,并分析了中间减速器及尾减速器的传动比对直升机尾传动系统扭转振动的影响。其结果表明:与中间减速器及尾减速器的传动比等于1的尾传动系统相比,中间减速器或尾减速器的传动比接近且大于1时,水平传动轴和尾斜轴的扭转频响函数的最大幅值增大,尾传动系统的第2阶扭转固有频率增大,第3阶扭转固有频率变化不大,大于第3阶的扭转固有频率近似不变。