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2009年  第26卷  第2期

基本方法
四边形单元第三类面积坐标系统
龙驭球, 龙志飞, 王 丽
2009, 26(2): 0-004,.
摘要:
四边形单元面积坐标系统的两种型式(QAC-I和QAC-II)已被建立。QAC-I含四个坐标分量(L1, L2, L3, L4),其中只有两个是独立分量。QAC-II只含两个独立的坐标分量(Z1, Z2)。这些面积坐标系统为建立对网格畸变不敏感的新型四边形单元提供理论基础。该文系统地建立了具有两个坐标分量(T1, T2)的四边形单元第三类面积坐标系统(QAC-III)。这个新的QAC-III系统不仅保留了QAC-I和QAC-II的主要优点,而且具有其他一些优异特性:1) 它是自然坐标;2) 它与直角坐标系统保持线性关系;3) 它只含两个坐标分量;4) 由它导出的形函数具有比较简洁的形式;5) 它可以直接地推广应用于曲边单元;6) 采用三类系统I、系统II、系统III的混合形式常可以导出优化的结果。
不同软化曲线形状对裂缝扩展阻力GR曲线的影响
张秀芳, 徐世烺
2009, 26(2): 5-009.
摘要:
最近基于裂缝粘聚力提出了描述裂缝扩展全过程阻力变化的GR曲线,所发展的解析解相关于骨料桥联咬合作用造成的非线性断裂过程区的能量耗散,故与该区域材料使用的拉伸软化本构关系即应力-裂缝张开口位移软化曲线有密切联系。鉴于此,该文采用4种不同的软化曲线研究了软化曲线形状对裂缝扩展阻力GR的影响。结果发现,GR曲线对软化曲线敏感,GR曲线的合理性依赖于软化曲线的准确性。在使用准确软化曲线的前提下,GR曲线的特征点与软化曲线的特征点存在相对应关系。
结构地震响应计算模型的比较与分析
柳国环, 李宏男, 林 海
2009, 26(2): 10-015. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2008.07.0349
摘要:
回顾并比较了地震动激励下计算结构响应的位移输入模型和一致加速度输入模型,详细地讨论了由于阻尼项忽略不同导致两种输入模型的本质差别,分析了由此对计算结果产生的影响,并通过数值算例说明该影响不容忽视,进而建议在比较地震动多点激励与一致激励下的结构反应时,一致激励应采用位移输入模型而不是一致加速度输入模型,从而可避免由于两种模型本身阻尼项忽略不同对计算结果产生的影响。此外,指出了振型叠加方法在严格理论上不适用于位移输入模型。
考虑应力重分布的深埋圆形透水隧洞弹塑性解
刘成学, 杨林德, 李 鹏
2009, 26(2): 16-020.
摘要:
引进应力调整系数考虑岩体应力重分布的影响,针对渗流作用下深埋圆形隧洞求得了塑性半径和弹塑性应力解析解。通过该解答与考虑及不考虑渗流影响的弹性解进行实例对比表明:应力重分布的影响不能忽略。应力重分布使得环向应力增大,径向应力减小。渗透作用使得应力比不考虑渗透时减小,且在远离隧洞一定距离处径向应力超过环向应力。当内水水头较小时,塑性半径比不考虑渗流时略大,且塑性半径随着内水水头的增大而逐渐减小直到塑性区消失。
分析不同材料界面应力奇异性的一维杂交有限元方法
王海涛
2009, 26(2): 21-026.
摘要:
该文提出了一种计算效率较高的分析不同材料界面应力奇异性的一维杂交有限元方法。为了推导该方法,首先列出了用于求解不同材料界面裂纹奇异应力场特征解的基本方程和边界条件,然后利用加权残量方法(weighted residual method),得到上述基本方程和边界条件的弱形式,该弱形式的基本变量为位移和应力。运用Galerkin有限元方法的思想及上述弱形式,最后得到了一个一维杂交有限元方法,该一维杂交有限元方法只需对扇形区域在角度方向上离散,其总体方程为一个二次特征矩阵方程。数值算例表明:该方法可以准确而高效地计算不同材料界面奇异应力场的特征解。
模糊随机桁架结构的非平稳随机振动分析
马 娟, 徐亚兰, 崔明涛, 高 伟
2009, 26(2): 27-032.
摘要:
利用一种新的双因子法研究了模糊随机桁架结构的非平稳随机振动问题。同时考虑结构物理参数和几何尺寸的模糊随机性,首先从时域上推导出了位移响应的模糊随机相关函数矩阵;进而得出了位移和应力响应在频域上的模糊随机均方值,并用随机变量的矩法得到了结构响应均方值模糊随机变量的模糊数字特征。最后用算例验证了该方法的可行性。
二对边法向支承矩形边界平面问题新解法
许琪楼
2009, 26(2): 33-041,.
摘要:
新解法将平面问题分为广义静定和广义超静定二类,前者可以直接求解,后者要用叠加法求解。广义静定问题解由角点集中力解、体力分量解和计算边值条件解组成,这三种解要满足不同的变形协调条件,必须分别计算。角点集中力解、体力分量解与双调和方程无关,也不必满足边界条件;它们在边界处的应力和位移值反向作用在相应边界上为虚拟边值条件,实际边值条件和虚拟边值条件之和为计算边值条件。计算边值条件解即为经典的双调和方程解,由通解和特解组成。求解角点集中力解采用了隔离体平衡法。该文详细推导了二对边法向支承矩形边界平面问题所有解的表达式以及求解方法,并附有算例。
宽翼薄壁工字形梁剪滞效应分析的能量变分法
甘亚南, 周广春, 王根会, 吴亚平
2009, 26(2): 42-047.
摘要:
设置了2个不同的剪滞纵向位移差函数( , )以准确反映工字形梁( )不同宽度翼板的剪滞变化幅度,提出了一种能对工程中常用的宽翼薄壁工字形梁力学特性进行分析的方法。该文以能量变分原理为基础,建立了工字形梁静、动力分析的控制微分方程和自然边界条件,获得了相应广义位移的闭和解。在算例中,该文解析解与板壳有限元结果吻合较好,证明了该方法的有效性。
有限深度Gibson地基上梁的稳定性
刘齐建, 赵跃宇, 马建军
2009, 26(2): 48-052.
摘要:
采用变分原理,给出了地基弹性模量呈线性变化的Gibson地基上梁稳定性的解析方法。将非均匀地基以改进Vlasov双参数模型模拟,并对地基-梁系统的最小势能取变分,得到梁稳定性计算的控制微分方程,然后建立了特征参数  与失稳模态的相关关系。梁的失稳荷载可通过求解特征值得到,采用简单的迭代程序可求得失稳荷载与失稳模态。结果表明:地基土表层特性对地基模型的竖向弹性和连续特性影响较大,地基下部的影响有限。地基非均匀性将影响梁的失稳荷载和失稳模态,上硬下软地基上梁失稳将需要更大的失稳荷载。
风时程模拟的高效高精度混合法
马 骏, 周 岱, 李 磊, 赵尧军
2009, 26(2): 53-059,.
摘要:
结合谐波叠加法(Weighted Amplitude Wave Superposition, WAWS)和自回归方法(Auto Regressive, AR)的优点,提出高效高精度新型混合法。在频域上开窗,将计算定义域划分为局部定义域。推导了应用于 AR 方法的Levison-Durbin矩阵递推公式,提出利用ACI准则判断最佳回归阶次。利用该混合法对大跨空间结构风速时程进行模拟。计算显示在保证计算精度下,该方法风速时程的模拟效率是谐波叠加法的数十倍;计算精度与自回归方法相比亦显著提高,且易于收敛。
平稳随机激励下随机结构动力可靠度分析的多项式逼近法
乔红威, 吕震宙, 关爱锐, 刘旭华
2009, 26(2): 60-064.
摘要:
针对平稳随机激励下随机结构动力可靠度分析问题,在分裂法和Hermite多项式逼近的基础之上,建立了一种新的计算随机结构动力可靠度的方法。所提方法运用分裂法的思想将多维动力可靠度响应函数转换成一维问题,并采用Hermite多项式逼近单随机变量的动力可靠度响应函数,最后利用Monte Carlo法求解显式化后的无条件动力可靠度,并通过两个算例考察了该方法的有效性和可行性。
基于双变量无单元法的欧拉梁动力特性计算与分析
吴 琛, 周瑞忠
2009, 26(2): 65-070.
摘要:
以广义移动最小二乘法为理论基础,将同时考虑挠度和转角双变量的无单元法运用于欧拉梁的动力特性计算与分析。以罚函数法引入位移边界,建立欧拉梁无单元法质量矩阵和刚度矩阵的计算方法。运用双变量无单元法计算了四种不同边界条件欧拉梁的自振圆频率和振型,通过与理论解、有限元解、单变量无单元解的比较,表明该法较单变量无单元法具有更高的插值精度,在各种复杂边界条件下均能获得准确的计算结果。特别是在高阶振型中,计算精度明显优于有限元解。最后,通过试算法对多项式基的阶次进行了讨论,给定了在动力计算中的合理取值。
三自由度双侧刚性约束振动系统的概周期运动
张艳龙, 王 丽
2009, 26(2): 71-077.
摘要:
通过模态矩阵法解耦,建立了一类具有双侧刚性约束的三自由度冲击振动系统的对称型周期运动及Poincaré映射,研究了系统映射在其Jacobian矩阵的一对复共轭特征值穿越复平面单位圆周情况下的概周期运动,并通过数值仿真揭示了系统在弱共振条件和三种强共振条件下的概周期运动及其经锁相或环面倍化通向混沌的转迁途径,给出了系统从概周期运动变成混沌运动激振频率的变化范围。
地震动持时效应对阻尼折减系数的影响
周 靖, 周 飞
2009, 26(2): 78-084.
摘要:
阻尼折减系数是建筑抗震设计中确定设计地震作用的重要参数之一。该文采用简谐正弦波和25条集集地震记录,基于单自由度体系不同阻尼比水平的位移反应谱研究了有效地震动持时对阻尼折减系数影响。分析结果表明:阻尼折减系数随有效地震动持时比和简谐激励循环数的增加而减小。基于分析结果的统计平均值,通过非线性多元回归分析给出了考虑地震动持时影响的阻尼折减系数谱。
基于细观力学的纤维沥青混凝土有效松弛模量
赵颖华, 侯金城, 郭乃胜
2009, 26(2): 85-090.
摘要:
为了研究纤维沥青混凝土的本构模型,将其视为以沥青混合料为粘弹性基体,纤维为弹性夹杂的两相复合材料。对基于复合材料细观力学理论建立的有效模量表达式进行了修正,提出了纤维沥青混凝土的割线有效松弛模量。以聚酯纤维沥青混凝土为例进行了有效松弛模量的解析分析和模拟蠕变实验的有限元分析,分析结果与试验数据的比较表明,该文提出的割线有效松弛模量模型对于纤维沥青混凝土粘弹性力学行为具有很好的预测能力。应用该模型对路面弯沉变形进行了有限元分析,结果表明:纤维的加入有效的改善了沥青混凝土路面的粘弹性性能。
土木工程学科
多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法
董石麟, 袁行飞
2009, 26(2): 91-096.
摘要:
该文提出多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法,将某一阶段第i次对i预应力杆增加的预应力值作为未知数,通过结构力学方法建立该阶段预应力准则方程式并求解之。然后可计算该阶段i次预应力各预应力杆的控制值(包括各预应力杆原有的内力值),后张预应力对先张预应力的影响值,以及网架结构杆件内力和节点变位,直至该阶段最后一次预应力时得到该阶段各预应力杆的设计内力值及网架结构内力和变位。重复这样的分析计算可得到多阶段预应力网架结构预应力杆的最终内力控制值及网架杆件内力和节点变位。采用该方法,预应力杆的内力值在预应力张拉过程中无需调整,可一次性完成预应力施加操作过程。该文中附有算例说明,计算结果表明:提出的多阶段预应力空间网架结构一次张拉计算法是正确、可靠和有效的。
卷边槽钢偏心受压构件极限承载力的直接强度计算方法研究
王春刚, 张耀春
2009, 26(2): 97-102.
摘要:
直接强度法是确定薄壁构件承载力非常有效的一种新方法。利用ANSYS分析确定了卷边槽钢截面的有效形心偏移量,并建立了有效形心偏移的计算公式。在此基础上,提出了对称轴平面内偏心受压状态下,卷边槽钢简支构件在弯矩作用平面内的稳定承载力直接强度计算方法。方法中考虑了局部与整体以及畸变与整体的相关屈曲,并考虑了截面有效形心的偏移。与试验及有限元分析结果的对比表明,用该方法确定卷边槽钢截面有效形心的偏移及偏压构件的极限承载力是可行的。
矩形钢管混凝土框架结构受力性能试验研究
李 斌, 任利民
2009, 26(2): 103-107,.
摘要:
为了研究矩形钢管混凝土梁在框架结构中的受力性能,并进一步分析全矩形钢管混凝土框架结构的抗震性能,对竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的两榀单跨两层矩形钢管混凝土框架模型进行了抗震性能试验研究。以柱含钢率为变化参数,研究分析了矩形钢管混凝土框架结构的破坏机制、滞回特征、延性、强度及刚度退化等性能。结果表明:与钢筋混凝土、钢结构框架相比较,矩形钢管混凝土框架结构具有承载力高、耗能能力强、强度退化不明显、延性性能好等优点。由此可以推断:矩形钢管混凝土框架结构在承载力、抗震性能以及材料利用等方面有较多的优越性,有进一步研究和推广应用的价值。
防屈曲钢板剪力墙弹塑性抗剪极限承载力与滞回性能研究
郭彦林, 周 明, 董全利
2009, 26(2): 108-114.
摘要:
防屈曲钢板剪力墙是一种新型的高层建筑钢结构抗侧力构件。采用数值方法对防屈曲钢板剪力墙在水平荷载作用下的弹性侧移刚度、抗剪极限承载力以及在低周往复荷载下的滞回性能进行了研究,提出了防屈曲钢板墙抗剪极限承载力以及弹性抗侧刚度的计算公式,供设计参考。对防屈曲钢板墙与普通钢板墙的滞回性能分析表明,防屈曲钢板墙可以显著改善普通钢板墙滞回曲线的捏拢现象,表现出更强的延性和稳定的耗能能力,是一种非常适合于高烈度抗震设防区的抗侧力体系。
混杂纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验及理论研究
邓宗才, 李建辉
2009, 26(2): 115-123,.
摘要:
该文提出了碳/芳纶/玻璃三种纤维混杂思路,高强、高弹模碳纤维提高承载能力,高延伸率玻璃纤维改善延性,而芳纶纤维使应力从碳纤维向玻璃纤维平稳转移。通过对11根钢筋混凝土梁的抗弯试验,研究了不同混杂方式、混杂结构、纤维布层数对梁抗弯性能的影响。结果表明:如果应力转移不平稳,混杂纤维布将与混凝土发生局部剥离,导致混杂纤维布加固效果降低;在相同纤维布层数条件下,与单一碳纤维布加固梁相比,碳/芳纶/玻璃层间混杂纤维布加固梁的初裂、屈服、峰值和极限荷载分别降低了22%、12%、12%和16%,而位移延性系数提高了20%,表明碳/芳纶/玻璃层间混杂纤维布能够显著降低单一碳纤维布的脆性。在试验研究的基础上,采用弹塑性截面分析法计算了混杂纤维布加固梁的承载力,理论计算值与试验值吻合良好。
高温后高强高性能混凝土双轴压强度规律与破坏准则
何振军, 宋玉普
2009, 26(2): 124-130.
摘要:
利用大型静动真三轴试验机,进行了常温20℃和200℃―600℃高温后高强高性能混凝土在七种应力比 =  2:  3 =0.00: 1, 0.20: 1, 0.30: 1, 0.40: 1, 0.50: 1, 0.75: 1, 1.00: 1,双轴压应力状态下的强度试验。单双轴压试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体,测得了双轴主压方向静态强度。剖析了温度和应力比对单轴、双轴压强度的影响规律性以及试件破坏形态。试验结果表明:高强高性能混凝土在200℃、300℃,其高温后单轴压减摩强度并不降低;二轴压强度相对于单轴压强度的提高倍数取决于应力比、不同温度等级高温后高强高性能混凝土的脆硬性。提出了高强高性能混凝土带有温度和应力比参数的Kupfer-Gerstle破坏准则公式。
横向拱塔斜拉桥的拱轴线逐段设计算法研究
栗怀广, 郑凯锋, 文曙东, 李 杰
2009, 26(2): 131-136.
摘要:
拱塔斜拉桥的拱轴线设计是一项复杂工作,该文提出了拱形主塔拱轴线的逐段设计算法。该算法将拱轴线离散为一系列连续直线段,根据设计指定的主拱内力状态和节段的平衡条件,自拱顶起逐点计算出拱轴线坐标。另外该算法仅要求已知斜拉索竖向索力分量,其余两个索力分量可在逐段计算拱轴线坐标的同时得到。该文以主梁弯曲应变能为目标函数对索力的竖向分量进行了研究。台江大桥主塔拱轴线算例研究表明,逐段拱轴线设计算法具有较高的精度和计算效率。
基于组合单元的混凝土斜拉桥结构分析
黄 侨, 孙永明, 李 莹
2009, 26(2): 137-141,.
摘要:
组合单元是一种针对钢筋混凝土结构数值计算而产生的单元形式,是对原有实体等参元的继承和拓展,能够分别考虑混凝土和钢筋各自对单元刚度矩阵的贡献。在计算该单元刚度矩阵时,只在单元内有混凝土的区域内积分,可计算出混凝土刚度矩阵;又采用独立的空间杆单元模拟在单元内部的钢筋,建立钢筋刚度矩阵;而两者又通过自由度变换的方法有机的结合在一起,形成一种新的单元形式。和常规的实体单元相比,该单元具有:网格划分自由;能够以较少的单元模拟复杂的结构形式;尤其在计算混凝土收缩、徐变效应时,可以考虑钢筋的阻碍作用;再通过引入用于辅助单元,可以实现对现代化大跨径混凝土桥梁仿真分析的全桥建模。经吉林省西昌混凝土斜拉桥静载试验实测数据对比分析,该单元能够准确的计算出结构变形,其应力、应变等各项指标也能满足工程精度要求。
钢纤维混凝土动态压缩性能及全曲线模型研究
彭 刚, 刘德富, 戴会超
2009, 26(2): 142-147.
摘要:
对钢纤维含量分别为0%、1%、2%、4%、6%的C30和C40混凝土进行了常三轴动态压缩试验,C30混凝土试件围压值为0MPa、6MPa、9MPa、12MPa、18MPa、24MPa,C40混凝土试件围压值为0MPa、8MPa、12MPa、16MPa、24MPa、32MPa;试验过程中采用位移控制模式下的正弦波分级加载。在此基础上,进行了应力-应变全曲线表达式的选择与分析,并对各材料参数与诸因素间的相关性进行了分析。结果表明:1) 通过对Ezeldin等提出的钢纤维混凝土静态荷载作用下的应力-应变全曲线公式进行 参数修正,使得该模型可以很好地描述钢纤维混凝土在动态常三轴压缩作用下的应 力-应变全曲线关系;2) 纤维含量对C40混凝土的动态抗压强度的改善作用比对C30混凝土显著,但受压状态下纤维含量对提高混凝土动态强度总的幅度较小;3) 混凝土动态峰值应力对围压大小较敏感,C40混凝土的敏感性对C30混凝土有所下降,峰值应变与诸因素的相关关系基本上与峰值应力相同;4) 在动态荷载作用下钢纤维混凝土的割线弹性模量、钢纤维含量与割线模量间的相关性,均表现为C40混凝土比C30混凝土要高;5) 围压与纤维含量对混凝土材料的受压状态下的韧度指数nc max不产生太大影响。
基于平面折梁单元的可开启结构平衡矩阵分析方法
陆金钰, 罗尧治
2009, 26(2): 148-157.
摘要:
平面折梁单元是可开启结构中的常用单元类型。在平面梁单元基础上,构造平面多角折梁以及折梁单元组成的剪式铰两种超级单元,利用矩阵缩聚理论将内部自由度封装,推导超级单元平衡矩阵,组装可开启结构的整体平衡矩阵。通过矩阵奇异值分解,分离出自应力模态、机构位移模态、最小非零奇异值等信息,对可开启结构进行机动性能分析。运用基于平衡矩阵分解的非线性力法,提出主动与被动控制实现机构轨迹模拟。最后,基于该文给出的算法,从数值计算的角度寻找两类圆形径向可开启结构的拓扑形式,并模拟开启运动轨迹。
无背索斜拉桥稳定分析的能量法
彭旺虎, 邵旭东
2009, 26(2): 158-162.
摘要:
无背索斜拉桥在理想的成桥状态下,面内失稳模态为主梁屈曲。将主梁简化成弹性地基梁计算模型,选用正弦级数作位移函数,运用能量方法,提出了主梁屈曲临界荷载的计算公式。结合该类桥梁的结构布置特点,用简洁的连续函数描述主梁轴压力和拉索弹性支承刚度的变化,同时用简单的线形折减系数反映斜塔变形对拉索弹性支承刚度的影响。最后以长沙市洪山大桥为例,用该方法计算了其成桥状态屈曲临界荷载,其结果与有限元解对比具有很好的精度。
轴向荷载作用下非均匀地基中单桩及群桩分析
肖洪天, 岳 强, 岳中琦
2009, 26(2): 163-167.
摘要:
该文发展了一种非均匀地基中单桩及群桩分析方法。该方法将桩身离散成若干圆柱形和圆形单元,相应地也将与桩接触的土体界面离散成同样类型和数量的单元,分别建立桩单元和土体界面单元的应力与位移方程。建立桩身单元的位移应力方程时,采用压缩杆理论;建立土体界面单元方程时,采用层状材料基本解。然后,采用桩和土体界面上位移相容条件建立整体方程,计算垂直荷载作用下单桩及群桩的荷载和位移,并且给出桩-基础滑移的计算方法。最后进行了算例分析。由于采用了层状材料的基本解,该数值方法能处理力学参数沿深度方向任意变化的地基。
钢框架梁翼缘削弱型节点力学性能的试验研究
郁有升, 王 燕
2009, 26(2): 168-175.
摘要:
梁翼缘削弱的梁柱刚性连接是将塑性铰外移的一种典型节点形式。为研究这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了6个模型的拟静力加载试验,其中5个模型用于研究梁翼缘的削弱深度、削弱长度、削弱起始位置对节点连接的破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、延性性能的影响。作为比较,还进行了一个传统型梁柱全焊接刚性模型连接的试验。试验结果表明:梁翼缘削弱节点比传统梁柱刚性连接具有良好的塑性变形能力和耗能性能,试验中5个节点的塑性转角都大于0.04rad,延性系数大于4.0,达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad,延性系数不小于4.0的要求。而普通梁柱全焊接刚性连接的塑性转角仅达到0.026rad,延性系数仅为2.4。5个试件的破坏主要以翼缘削弱处平面外刚度较弱而导致梁发生扭转失稳或梁下翼缘与柱连接的对接焊缝的脆性断裂为主。研究结果表明:将梁翼缘进行适当的削弱后形成的骨型节点可以增加梁柱节点的耗能性能,是一种较为理想的延性节点。
双向增强体复合地基桩土应力比计算
赵明华, 刘敦平, 张 玲
2009, 26(2): 176-181.
摘要:
针对竖向增强体-水平增强体-桩间土的整体相互作用特点,将水平向加筋垫层视为具有一定刚度的板,竖向桩体及桩间土简化为刚度不同的弹簧系列。以单个竖向桩体影响范围内的复合地基作为典型单元体进行分析,基于Winkler弹性地基圆板理论推导出水平加筋体的挠曲函数表达式,导出双向增强体复合地基桩土应力比计算式。最后对某工程算例进行计算分析,对路堤荷载大小、工后沉降值、面积置换率、桩土刚度比进行了参数研究,并探讨了桩土应力比随其主要影响因素的变化规律,计算与实测结果吻合较好。
混凝土结构缺陷检测中的叠前偏移理论及应用
骆 英, 李忠芳
2009, 26(2): 182-187.
摘要:
提供了一种可仅在单面检测结构损伤并能够检测倾斜缺陷的方法,采用叠前偏移算法对在混凝土结构表面各检测点多次激励并采集的反射应力波进行处理,显示结构内部缺陷影像。通过在不同的测试参数下预制损伤混凝土结构的成像试验,分析了叠前偏移剖面分辨率和测试误差的影响因素,并将试验结果与他人采用水平叠加法所得研究结果进行了对比。研究表明,与水平叠加法相比,叠前偏移方法在混凝土缺陷检测中具有较高的精度和较强的对倾斜界面的适应性。当叠前偏移速度偏高时缺陷的检测结果会偏深,反之则偏浅。当满足以下三个条件时,叠前偏移剖面的分辨率较高:1) 数值滤波器与有效反射波的主频一致;2) 传感器的间距不小于四分之一反射波主波长;3) 偏移速度不低于实际传播速度。
其他工程学科
基于柔度差曲率矩阵的结构损伤识别方法
李永梅, 周锡元, 高向宇
2009, 26(2): 188-195,. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2007.10.0630
摘要:
柔度是较频率和位移模态更敏感的结构损伤标示量。提出利用结构损伤前、后的柔度矩阵,先后对柔度矩阵差的列、行进行两次差分,求得柔度差曲率矩阵(Flexibility Curvature Matrix),并以其对角元素作为检测结构损伤指标(FCMD)的新方法。该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤检测,不论对简支梁、悬臂梁、固支梁,或多跨连续梁,单一位置损伤、支撑处损伤、轻微损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力、并能定性反映损伤程度。通过与已有的柔度差、柔度变化率、均匀荷载面曲率差等柔度指标的数值模拟分析研究,显示了该指标检测损伤的有效性和优越性。
旋转半无限大体广义电磁热弹性耦合的二维问题
何天虎, 贾维维
2009, 26(2): 196-202.
摘要:
基于广义热弹性理论,研究了热和电可导的旋转半无限大体在其表面受随时间变化的热作用的广义电磁热弹性耦合的二维问题。半无限大体置于恒定的磁场中,受热作用产生膨胀变形,由于外加磁场的作用,介质中产生了感应的电场和感应的磁场。该文建立了电磁热弹性耦合的控制方程,利用正则模态法求解,得到了问题的解析解,并给出了各物理量的分布规律。可以看出,介质中呈现出电磁热弹耦合效应,由于旋转,位移和应力的幅值有很明显的降低,而旋转对温度和感应的磁场的影响不大。
直线电机轨道交通系统车桥耦合动力分析
顾戌华, 夏 禾, 郭薇薇, 陈上有
2009, 26(2): 203-209.
摘要:
直线电机轨道交通系统(LIM系统)具有很多优点,适合于在城市中发展。该文在对车载电机产生的电磁力进行分析的基础上,建立了用于分析LIM列车-桥梁系统振动的动力模型。以一座3跨简支梁桥为工程背景,运用专门编制的计算机程序对LIM列车-桥梁系统的动力响应进行了计算,分析了各种因素对LIM系统的振动影响,并对LIM车辆与桥梁的动力性能进行了评价。计算结果显示:轨道不平顺显著影响抱轴式LIM列车所受的电磁力,磁极气隙的设置、电磁力的大小和方向及列车速度对车桥系统的振动尤其是竖向振动有一定的影响。LIM列车在桥上运行时,车辆的各项动力性能指标完全满足行车安全性和平稳性的要求,桥梁的动力性能指标也符合规范要求。LIM系统具有出色的动力性能。
充气薄膜管的弯皱行为分析
王长国, 杜星文, 赫晓东
2009, 26(2): 210-215.
摘要:
基于Stein-Hedgepeth褶皱理论,并通过引入“收缩系数”表征了膜结构褶皱形变特性,联合褶皱时的应力平衡条件完成了充气膜结构褶皱分析。将方法拓展应用于充气薄膜管情况,分析了充气管结构的弯皱变形特性,得到了临界皱曲弯矩和失效弯矩,并分析了弯矩随管半径和气压的变化规律。通过弯皱试验与分析结果进行比较,验证了分析结果的准确性。
海底圆形隧道在渗流场影响下的弹塑性解
吕晓聪, 许金余
2009, 26(2): 216-221.
摘要:
海底隧道不同于陆地上的一般山岭隧道,很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力,造成较低的成拱作用和地层的稳定性。将具有衬砌的海底圆形隧道的各影响因素简化为轴对称,并把渗流场以渗流体积力方式作用于应力场,计算得到了弹塑性界面分别位于衬砌内部和岩体内部两种情况下,海底圆形隧道在渗流场影响下的弹塑性位移和应力解析表达式。通过实例计算,分析了渗流场作用下,海水深度和覆岩厚度对隧道应力场的影响规律。径向应力和切向应力均在弹塑性界面处达到最大值,且切向应力在衬砌与岩体的接触面以及弹塑性界面处均会出现跳跃。无论弹塑性界面位于岩体内还是衬砌内,海水深度的变化对衬砌与岩体接触界面上的法向接触压力影响很小。当隧道结构和覆岩厚度一定,弹塑性界面位于衬砌内部时,海水深度的变化对塑性区的扩展以及弹塑性界面上法向接触压力的变化影响不大,而当塑性区扩展到岩体内部时,塑性区半径以及弹塑性界面上法向接触压力与海水深度的增加大致呈线性关系,增长较快。
螺旋桨飞机超低空流场数值模拟方法研究
何 辉, 史爱明, 叶正寅
2009, 26(2): 222-226.
摘要:
发展了一种考虑地面效应和螺旋桨滑流的超低空螺旋桨飞机流场的高效计算方法。利用非结构网格技术生成螺旋桨飞机含地面效应的空间网格,基于代数方法实现了不同地面高度下近地面层状等高三棱柱网格的拓展,保证了网格的生成效率。通过在螺旋桨旋转平面建立滑流边界条件,利用数值方法求解可压缩Euler方程得到流场,避免了精确模拟螺旋桨高速旋转计算量大的问题,大大提高了计算效率。分别研究了地面效应和螺旋桨滑流对气动力的影响,给出了气动性能参数的变化规律,并与实验值进行了比较。结果表明:该文计算方法是可行的并具有较高精度,可为螺旋桨飞机的设计提供技术支持。
考虑作动器联接方式的结构形状控制优化
刘书田, 林哲祺
2009, 26(2): 227-233,.
摘要:
以压电材料梁式作动器控制复合材料层合板形状的设计问题为对象,研究有限个独立控制参数条件下的形状最优控制问题。研究了作动器与信号发生器(独立控制参数)联接关系的参数化描述方式,建立了作动器联接方式与控制参数协同设计的问题提法;针对优化问题中离散变量(联接方式描述参数)和连续变量(控制参数)共存的特点,建立了遗传算法和线性最小二乘(Linear Least Square, LLS)方法相结合的求解策略和方法;在响应分析所采用的有限元模型中,采用粘结层单元描述本体结构与作动器之间的连接。复合材料层合板形状控制设计的实例,验证了该文中建立的问题提法、优化模型和求解策略的有效性。
钢铅组合耗能器参数优选及减震效果
颜学渊, 张永山, 王焕定, 辛亚军
2009, 26(2): 234-241.
摘要:
利用电液伺服压剪试验机对钢铅组合耗能器(CSLD)进行拟静力试验,研究其力学性能;利用一个1∶4缩尺单层钢框架结构模型对CSLD进行地震模拟振动台试验,研究其耗能减震效果;试验结果表明:结构的层间位移和加速度反应明显减小,CSLD的滞回曲线饱满,确实能够很好地控制结构的地震反应。提出评价耗能器性能优劣的准则及两个附加条件,并利用遗传算法对CSLD的6个几何参数进行优选,结果表明优选效果良好,有利于耗能器的定型化和系列化。最后,利用ANSYS对安装有CSLD的20层钢结构Benchmark模型进行地震反应分析,分析结果表明CSLD对多高层结构同样具有良好的减震控制效果。
水下超高速航行体纵向运动的控制方法研究
赵新华, 孙 尧, 莫宏伟, 李雪莲
2009, 26(2): 242-246,.
摘要:
水下超高速航行体的全部或大部分表面被空泡包裹,使其阻力显著降低而达到高速航行的目的。与常规水下航行体相比,水下超高速航行体的受力方式、力矩平衡以及弹道控制方法都有显著的差别。该文对超高速航行体的空化器受力、尾部滑行力等进行了系统的分析,建立了水下超高速航行体纵向运动的动力学模型及控制模型。然后以空化器偏转角、航行体攻角及推力矢量偏转角为控制变量,采用线性二次型调节器方法设计前馈反馈控制器,完成了水下超高速航行体控制方法的仿真分析。仿真结果表明:该控制系统能够有效地跟踪控制信号,具有良好的控制品质。为进一步研究水下超高速航行体的控制问题提供了一定的理论参考。
大射电望远镜原型与畸变模型间复合摄动系数的研究
范莲芳, 仇原鹰, 汤奥斐
2009, 26(2): 247-252.
摘要:
提出了一种综合多种畸变因素影响的畸变模型复合摄动系数概念与求解方法。首先,通过量纲分析法定义了大射电望远镜(Large Radio Telescope-LT)模型的相似准则。其次,分别推导了在馈源舱存在质量畸变或尺寸畸变情况下的单一摄动系数表达式,以及两种畸变同时存在情况下的复合摄动系数表达式。进而,实现了由LT畸变模型到原型的悬索张力和系统基频的预测。预测结论与有限元仿真结果的对比说明,对于多种畸变因素同时存在以及大畸变率情况,该文给出的预测方法有效。
计算平流过程的一种高精度离散格式及数值试验
张锡治, 朱贞卫, 孟祥良
2009, 26(2): 253-256.
摘要:
该文提出了一种用泰勒-伽辽金有限元法进行数值模拟的高精度离散格式。应用此格式在旋转流场中对二维纯平流问题浓度场的变化进行了数值试验,并同迎风格式、Crank-Nicolson格式、Lax-Wendroff格式、蛙跳格式的数值模拟结果进行了对比分析。数值试验结果表明:该离散格式具有较高的精确度和较好的稳定性,还具有求解速度快、位相误差小的优点,适合应用于平流过程的高质量的模式中。