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2009年  第26卷  第4期

基本方法
Levy型索穹顶考虑自重的初始预应力简捷计算法
董石麟, 王振华, 袁行飞
2009, 26(4): 1-006.
摘要:
将索杆及节点自重转化为等效节点荷载,提出了圆形平面Levy型索穹顶考虑自重的初始预应力分布简捷计算法。该方法从节点平衡关系入手,推导了不设内环和设内环的Levy型索穹顶考虑自重的初始预应力分布公式。比较了相同中心压杆预应力水平时,索穹顶考虑自重与理想初始预应力分布的差异,以及理想初始预应力分布的索穹顶结构体系在自重荷载下的节点位移。计算结果表明:索穹顶初始预应力考虑自重后,内圈脊索和内圈环索内力降低,其余杆件内力增加。理想初始预应力分布的索穹顶结构体系在自重荷载下节点位移较大,较大偏离了建筑师的设计外形。最后给出了索穹顶考虑自重的初始预应力分布设计流程。
不同截面形状柱体流致振动的CFD数值模拟
徐 枫, 欧进萍, 肖仪清
2009, 26(4): 7-015.
摘要:
利用计算流体动力学(CFD)方法数值模拟 时不同截面形状弹性支撑柱体的流致振动现象。柱体运动简化为质量-弹簧-阻尼系统。柱体周围流场采用 求解,将 方法代码写入用户自定义函数(UDF)求解振动方程,柱体与流场间的非线性耦合作用通过动网格技术来实现。研究不同截面形状对柱体振动形式的影响,圆柱和六边形柱在整个频率比变化范围内始终表现为涡激振动,而方柱和三角形柱随频率比的增大则发生由驰振向涡激振动的转化,捕捉到转化的临界频率比。考虑了流向振动对横向振动的影响,得到了两自由度模型柱体的质心运动轨迹,结果表明柱体以横向振动为主。分析了气动力系数、位移特征值和尾流区涡结构随频率比的变化,获得“拍”和“相位开关”等重要现象,验证了该文数值模拟方法的正确性。
基于七次B样条的结构分析方法
张锡治, 崔旭明
2009, 26(4): 16-020.
摘要:
通过展开空间基的等价性,构造了均匀分划的七次B样条基函数的表达式。结构的动静力计算表明该基函数表征的物理概念清晰、简洁,表明该基函数具有良好的逼近性能和适应性,同时也表明高次B样条应用的可行性。基于子区间法的基本思想和方法,推导了基于均匀分划的七次B样条的子区间法递推格式。该递推格式虽然为条件稳定,适用于有限维的动力响应计算,同时也适用于无限维的无条件稳定。动力响应递推格式的实现拓展了新的计算方法和途径。通过力学方法获得的七次B样条的成果,属于逼近理论的基础部分,可以应用于需要逼近计算的诸多领域。
聚能射流侵彻的理论模型与孔径计算
王 静, 王 成, 宁建国
2009, 26(4): 21-026.
摘要:
对在射流侵彻作用下靶板的径向响应过程进行了详尽的分析。基于虚拟原点概念推导了运动过程中射流径向尺寸变化规律。在此基础上结合流体动力学准定常侵彻理论,对射流侵彻过程中孔道孔径的变化规律进行了预测,分析得到了靶板在射流的侵彻作用下所形成孔道孔径随侵彻深度及孔道孔径随侵彻时间的变化规律,该模型形式简单、物理意义明确,最后通过对比发现理论分析结果与实验结果吻合的很好,理论分析对工程实践具有一定的指导作用。
基于粒子群算法的板结构离散优化设计
刘 锋, 张俊葆, 李丽娟
2009, 26(4): 27-031,.
摘要:
该文将粒子群优化算法与有限元法结合,对板结构进行优化设计。采用映射函数法将离散变量按一定规律排序后,用离散值的序号代替其离散值进行搜索,从而将离散变量的优化问题转化为连续变量的优化问题。利用有限元方法结合粒子群方法开发了板结构优化模块,分别采用三种粒子群优化算法对三个算例进行了优化计算,计算结果表明:粒子群优化算法求解板结构的优化设计问题是有效可行的,而启发式粒子群算法是最有效的。
结构多目标优化设计的合作博弈解法
陈 忠, 谢能刚, 张子明
2009, 26(4): 32-037.
摘要:
提出结构多目标优化设计的合作博弈求解方法,给出多目标问题的博弈描述,将设计变量集合分解为各博弈方拥有的策略空间,采用共谋合作模型,遵守“你中有我,我中有你”协议,将绝对收益和相对收益组合起来作为博弈方的得益函数,各博弈方分别以自身得益为目标函数,在各自的策略空间中进行单目标优化,获得本博弈方对其余博弈方的最佳对策,所有博弈方的最佳对策形成一轮博弈的策略组合,并根据收敛判别,通过多轮博弈,获得最终的博弈均衡解。以4杆桁架和拱坝体型设计为例,设计结果表明了合作博弈求解方法的有效性和可靠性。
大型薄壁圆柱壳在局部轴向压力作用下的稳定性能研究
王登峰, 曹平周
2009, 26(4): 38-045.
摘要:
化工、电力工程中的大型薄壁圆柱壳结构内通常因工艺要求而设置一些设备支承梁,壳壁因此承受由梁传递来的局部轴向压力。该文考虑环向焊缝缺陷的影响,对荷载跨角小于10o的承受局部轴向压力作用的大量薄壁圆柱壳的稳定性能进行了非线性数值分析。研究表明:环向焊缝缺陷对于柱壳承受局部轴向压力造成很大的影响,当焊缝位于完善柱壳后屈曲模态最大内凹处时,影响最为不利;缺陷幅值越大屈曲承载力越低,但是对于后屈曲性能影响很小;相邻焊缝缺陷的相互影响对柱壳的屈曲承载力略有提高。根据大量数值计算结果提出了不同缺陷幅值和径厚比下的设计建议。
裂纹面受均布载荷作用的Ⅲ型界面裂纹的位错连续分布模型
王云涛, 吕念春, 王超营, 程 靳
2009, 26(4): 46-050,.
摘要:
通过应用复变函数理论,对Ⅲ型界面裂纹受均布载荷作用下的断裂动力学问题进行了研究。采用自相似函数的方法可以将所讨论的问题转化为Riemann-Hilbert问题,然后应用Muskhelishvili方法就可以得到运动裂纹的应力、位移和应力强度因子的解析解。根据位错分布函数和位移的关系,求得了位错分布函数的解,并描述了位错分布函数的变化规律。
半空间可移动刚性圆柱对SH波散射及动应力集中
杨在林, 刘殿魁, 孙柏涛, 许美娟
2009, 26(4): 51-056.
摘要:
应用复变函数、多极坐标方法研究弹性半空间中界面附近可移动刚性圆柱形夹杂对SH波散射与动应力集中问题。利用SH波散射的对称性质和多极坐标方法构造散射波,该散射波能自动满足含可移动刚性圆柱的弹性半空间自由表面上应力为零的边界条件,应用可移动圆柱形刚性夹杂的运动条件来确定该散射波。可将求解可移动圆柱形刚性夹杂的散射问题归结为求解一个无穷代数方程组,并采用截断有限项的方法对其进行求解。从而得到含夹杂的半空间对SH波散射的位移场和应力场,给出夹杂周边的动应力集中系数的表达式,针对具体算例讨论了各种参数对夹杂周边动应力集中系数的影响。
各向异性多重孔隙介质有效应力定律
蔡新树, 陈 勉, 金 衍, 赵 颖
2009, 26(4): 57-060,.
摘要:
有效应力在研究流固耦合变形问题有其重要的地位。该文通过对各向同性多重孔隙介质有效应力定律和各向异性双重孔隙介质有效应力定律分析,推导各向异性三重孔隙介质有效应力定律,并对所建各向异性三重孔隙介质有效应力定律简化为已经发表的各向异性双重孔隙介质有效定律,证明模型的存在性、合理性。在各向异性三重孔隙介质有效应力定律的基础上推导各向异性多重孔隙介质有效应力定律。各向异性多重孔隙介质有效应力定律的表达式取决于对多重孔隙介质受力的分解。
时变周期系数Lyapunov微分方程的精细积分法
彭海军, 吴志刚
2009, 26(4): 61-067.
摘要:
提出了基于Fourier级数展开与精细积分来求解线性时变周期系数Lyapunov微分方程的数值方法。并在线性时变周期系数Lyapunov微分方程的求解过程中给出增维方法与齐次Riccati方程方法的具体推导与实现。最后给出的数值算例表明该方法的可靠性,并且得出齐次Riccati方程方法在求解Lyapunov微分方程时精度与效率方面相对增维方法更胜一筹的结论,但增维方法也具有可求解前者无法处理问题的优势。
微米厚度金属薄膜/陶瓷基体界面力学性能的实验测量与数值模拟
赵海峰
2009, 26(4): 68-072,.
摘要:
为研究微米量级厚度薄膜(Cu)与基体(Al2O3)之间界面的断裂韧度和分离强度,1μm―15μm厚的铜膜通过真空溅射/电镀的方法粘结到基体上,进行薄膜撕裂实验测量撕裂力和裂纹端部弯曲半径;此外,该文建立了描述撕裂过程的有限元模型,薄膜与基体之间的界面采用粘聚力单元描述,薄膜的本构关系采用应变梯度理论描述以刻画其尺度效应。在实验和数值模型基础上提出用神经网络反分析获得界面断裂韧度和分离强度,网络输入端为撕裂力和裂纹端部弯曲半径,输出断裂韧度和分离强度,66组模拟结果用于训练网络,训练后的网络可根据实验测量数据预测断裂韧度(0.045N/mm)和分离强度(26.6MPa)。
剪切滑移滞回模型的结构影响系数
赵永峰, 童根树
2009, 26(4): 73-081.
摘要:
对剪切滑移滞回模型的单自由度体系在地震作用下的响应进行了分析,目的是与理想弹塑性滞回曲线模型的结果相比较以考察耗能能力的影响。得到了不同场地、结构自振周期、延性、阻尼比、后期刚度系数等参数组合下的结构影响系数R。结果表明:R谱的决定性因素是结构的延性,延性越大结构影响系数越大;对耗能能力的影响,则要区分结构周期的长短,对于短周期结构,耗能能力有比较显著的有利影响,而对于中长周期的结构,在统计平均的意义上讲,耗能能力的有利影响不显著。阻尼比、后期刚度对R系数的影响是第三位的,而且阻尼只在短周期范围内有比较明显的影响。对R谱的横轴采用特征周期标准化,保留了R谱在特征周期处的峰值特征。对各标准化周期和延性下的R进行了统计分析。将R表示成延性、阻尼比和后期刚度的函数,提出了结构影响系数的计算公式。
非线性弹性地基上中厚矩形板的非线性静力分析
肖勇刚, 钟加峰
2009, 26(4): 82-085,.
摘要:
研究了非线性弹性地基上四边自由中厚矩形板的非线性静力弯曲特性,根据Reissner中厚板理论,建立了非线性弹性地基上四边自由中厚矩形板的非线性静力控制微分方程,构造了满足全部边界条件的试探函数,应用伽辽金法求解方程,讨论了中厚矩形板及地基参数的变化对非线性弹性地基上四边自由中厚矩形板的非线性静力弯曲的影响。
一种新型空间梁单元及其在梁杆结构稳定分析中的应用
夏拥军, 缪 谦
2009, 26(4): 86-091.
摘要:
推导了一种新型的空间两结点非线性Euler-Bernoulli梁单元。使用传统有限元方法的插值理论构造了空间三结点Euler-Bernoulli梁单元的位移场:二次Lagrange插值函数建立单元的扭转和轴向位移场;五次Hermite插值函数建立单元的横向位移场,然后推导了此空间三结点梁单元的切线刚度矩阵,随后使用静力凝聚方法消除三结点梁单元内部结点的自由度,从而得到一种新型的空间两结点Euler-Bernoulli梁单元。通过结构稳定算例证明:一个新型梁单元的计算精度相当于3个―4个传统非线性两结点梁单元,每根杆件使用一个单元离散就可得到非常准确的临界载荷。
Shepard基函数的无网格方法
李 武, 姚文娟, 蔡永昌
2009, 26(4): 92-097.
摘要:
针对自然单元法现有的插值函数不能过点插值、边界上只能线性插值,应力-应变解答精度低、计算结果需要利用最小二乘法处理等缺点,该文引用了新的插值方法。采用Shepard形函数(0阶MLS形函数)作为基函数,借助泰勒多项式基的概念,把多项式高阶基函数构造出来,保持自然单元法的高阶连续性,使自然单元法具有过点插值的性质和在边界上能C∝ 插值特点,并提高了应力-应变解答精度,对于应力-应变结果也不需要再进行处理和修正,可以直接用高斯点插值得到。数值算例表明:该方法可以显著提高计算效率,并在精度和收敛性方面也有所改善。
土木工程学科
反复荷载下型钢混凝土柱粘结滑移性能试验研究
李俊华, 薛建阳, 王新堂, 赵鸿铁
2009, 26(4): 98-104.
摘要:
:通过在型钢翼缘外侧布置电阻应变片和滑移传感器,对轴力和反复水平荷载作用下型钢混凝土柱的粘结滑移性能进行了试验研究。由试验得到了水平荷载-滑移滞回曲线和骨架曲线、粘结应力和滑移沿柱高的分布规律;分析了荷载循环次数对粘结应力和滑移量的影响,提出了粘结应力退化率的计算公式。试验结果表明,型钢混凝土的荷载-滑移滞回曲线比较丰满,在整个加载过程中没有明显的“捏拢”现象。水平荷载的上升阶段,粘结应力的最大值位于柱的中部,由中部向两端递减,沿柱高呈典型的抛物线状分布;最大荷载后的荷载下降阶段,粘结应力的最大值向柱顶偏移,柱根处由于型钢翼缘的屈服,粘结应力减小为零,沿柱高出现一定范围的“无粘结区”。在整个加载过程中,柱根处的滑移量最大,由柱根向柱顶逐渐递减,沿柱高大致呈指数分布。随着荷载循环次数的增加,粘结应力不断减小,滑移量不断增大,出现明显的粘结退化现象。
钢板-混凝土组合梁的非线性有限元分析
赵 洁, 聂建国
2009, 26(4): 105-112.
摘要:
以8根钢板-混凝土组合梁的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了钢板-混凝土组合梁的非线性有限元模型,模拟了构件加载的全过程和受弯破坏、钢板剥离破坏等形态下构件的受力性能。模型中考虑了材料非线性、栓钉的荷载-滑移曲线和栓钉的断裂模型等。计算结果与试验吻合良好。对影响钢板-混凝土组合梁性能的主要参数进行了分析,包括钢板厚度、钢板长度、栓钉间距等。分析结果表明:设计时可以通过对栓钉的抗剪承载力进行折减来保证钢板-混凝土组合梁能够达到弯曲破坏形态。
罕遇地震作用下高墩连续刚构桥双重非线性抗震分析
谢肖礼, 王 波, 张伟峰, 郑海涛
2009, 26(4): 113-118,.
摘要:
基于Harichandran-Vanmarcke相干函数模型和改进的Kanai-Tajimi过滤白噪声自谱模型,以及Amin-Ang非平稳化函数模型,采用MATLAB语言程序,引入快速傅里叶变换(FFT)算法,编制了基于Geodatis改进型谱表示法的考虑地震动空间变异性的非平稳人工加速度时程。分别采用线性加速度积分法和FFT变换频域积分法将加速度时程转化为位移时程作为地震动激励。运用双线性恢复力模型,引入ANSYS中的COMBIN 40单元来模拟双肢薄壁墩墩顶、墩底塑性铰截面的材料非线性关系,同时,考虑桥墩大位移而导致的几何非线性,建立桥梁结构双重非线性有限元模型,得出高墩连续刚构桥在罕遇地震作用下的非线性受力特性和塑性铰截面的延性特性。其分析方法和结果对同类桥梁结构在罕遇地震动激励下的抗震设计与研究具有一定的参考价值。
基于尖点突变理论的Y型桩屈曲临界荷载分析
陈永辉, 王新泉, 刘汉龙
2009, 26(4): 119-127.
摘要:
桩的屈曲破坏属于突变理论的范畴,可采用突变理论进行桩的稳定性分析。首先对Y型桩的计算宽度进行了分析,并将尖点突变理论应用于确定基桩失稳破坏临界荷载的研究中,建立了顶部自由、底部嵌固情况下,顶部绞结、底部绞结情况下桩失稳的尖点突变模型,分别适用于部分入土、桩端嵌入较好持力层和全入土、桩端嵌入相对持力层的情况。从而提出了一种新的确定基桩临界荷载的方法。并将计算结果与室内模型试验和现场试验的测试结果进行了比较,验证了该方法的可行性。并对同截面面积的Y型桩、方形桩、圆形桩在部分入土和全入土情况下的临界荷载进行了比较。同截面面积,即相同混凝土用量的情况下,全入土和部分入土情况下,Y型桩压屈临界荷载均远高于方形桩、圆形桩,在假定的计算条件下,与大直径Y型桩相比方形桩、圆形桩的压屈临界荷载均只达到其0.65、0.62。Y型桩通过异形化提高了侧摩阻力的同时,也有效的增大了压屈临界荷载。
润扬悬索桥桥址区韦帕台风特性现场实测研究
王 浩, 李爱群, 黄瑞新, 谢 静, 谢以顺
2009, 26(4): 128-133,.
摘要:
润扬悬索桥地处我国东部沿海地区,自2005年建成通车之后每年均有台风经过。为了分析该桥桥址区的实际台风特性,建立桥址区台风特性数据库,在大桥南塔塔顶安装了超声风速仪进行桥址区风特性现场实测。2007年9月台风“韦帕”袭击江苏东部时,风速仪记录了经过该桥南塔塔顶的三维强风样本。通过对实测韦帕台风数据的分析,得到了10min平均风速和风向、紊流强度、阵风因子、紊流积分尺度以及紊流功率谱密度函数等强风特性。结合与桥址区“麦莎”台风特性实测结果及相关规范建议值的对比,总结了桥址区的台风特性及其规律。研究结论为大桥的抗风安全性评价提供了可靠依据,同时可为该地区其它工程结构的抗风研究提供参考。
骨料级配对混凝土性能影响的细观分析
石建光, 许岳周, 叶志明
2009, 26(4): 134-138.
摘要:
为研究混凝土骨料级配对混凝土性能的影响,采用离散元法中颗粒-弹簧模型对不同骨料级配的混凝土性能进行了细观分析。将混凝土骨料随机分布在混凝土中,以骨料为刚性颗粒元、骨料之间的填充砂浆为弹簧元建立颗粒-弹簧模型,计算不同骨料级配下混凝土的应力-应变性能和破坏面。计算结果表明用这一模型计算的骨料级配变化对混凝土的影响与试验结果相吻合,这种颗粒-弹簧模型可以计算分析骨料级配变化对混凝土性能的影响。而且在平面问题中颗粒-弹簧模型的单元刚度矩阵为6×6,比传统有限元的存储量和计算量都小很多。
密肋复合墙体宏观有效弹性模量的细观力学有限元分析
姚谦峰, 张 亮, 刘 佩
2009, 26(4): 139-143.
摘要:
密肋复合墙结构是近年来发展的一种新型建筑结构体系。作为结构的主要承力构件——密肋复合墙体是由密布的钢筋混凝土肋梁、肋柱及嵌固于其中的轻质砌块构成,其材性复杂,弹性常数不易确定。该文提出用细观力学有限元法对密肋复合墙体的弹性阶段进行结构分析,就求解密肋复合墙体宏观有效弹性模量中的若干问题,主要包括代表性体积单元的选取以及所施加边界条件的确定等问题进行了探讨,建立适用于密肋复合墙体的细观力学有限元模型,通过数值模拟与试验结果进行对比分析。研究结果表明:对于密肋复合墙体宏观有效弹性模量的计算,采用细观力学有限元模型比传统的计算模型具有更高的精度和适用性。
带五种被动减振器的高层建筑基于Davenport谱随机风振响应的解析解法
李创第, 葛新广, 朱倍权
2009, 26(4): 144-152.
摘要:
该文对带五种被动减振器的高层建筑的随机风振响应和等效静态设计风载取值进行了研究。针对目前已有的设置五种被动控制高层建筑用第一振型展开所获得的统一非经典的结构运动方程,该文用复模态法解耦,用随机振动方法获得结构风振响应解析式,并建立将结构分解为系列等效单自由度体系方法,继而利用等效单自由度体系随机风振响应的解析解,获得了带五种被动减振器的高层建筑基于现行规范Davenport谱对应的以第一振型表示的结构随机风振响应和等效静态设计风载取值的解析解。
CNP1000核电厂安全壳模型结构抗震安全分析
段 安, 钱稼茹
2009, 26(4): 153-157,.
摘要:
半球形穹顶、两根扶壁柱预应力混凝土安全壳是我国第三代一百万千瓦CNP1000先进核电厂的标志建筑物。为研究CNP1000核电厂安全壳的抗震安全,对安全壳1∶10模型结构进行了非线性有限元分析。非线性时程分析得到的结果与拟动力试验实测结果吻合较好,验证了所采用的计算模型和计算参数基本合理;静力非线性有限元分析结果表明,模型结构的静力极限水平力达到6670kN,为峰值加速度3g地震作用下最大水平剪力的4.55倍。CNP1000核电厂安全壳实体结构具有足够大的抗震安全储备。
基于塑性铰模型的钢筋混凝土桥墩地震损伤评价
艾庆华, 王东升, 李宏男, 孙治国
2009, 26(4): 158-166.
摘要:
塑性铰模型已被日本JSCE、美国Caltrans、新西兰NZS和中国(征求意见稿)等国家的桥梁抗震规范采纳,用于评价钢筋混凝土桥墩的位移(延性)能力。随着基于性能/位移抗震设计理论的发展,相继提出了残余位移、极限曲率及曲率延性系数、纵筋和混凝土的最大应变、纵筋低周疲劳损伤等桥墩地震损伤量化指标。选用5种常用塑性铰模型,通过数值分析和试验数据对比研究了利用塑性铰模型对上述损伤指标进行估计的准确程度及主要影响因素。结果表明:塑性铰模型计算的滞回曲线及残余位移和试验结果十分接近,但会高估桥墩最终破坏时纵筋的最大拉应变,低估核芯混凝土的最大压应变;对剪跨比≥8的(高)桥墩计算的极限曲率小于试验值,可能会导致偏于不安全的设计结果;在最大加载控制位移相同条件下,加载方式对上述损伤指标的计算结果影响较小。
用中心直裂纹平台巴西圆盘测试岩石动态断裂韧度的尺寸效应
冯 峰, 韦重耕, 王启智
2009, 26(4): 167-173.
摘要:
对三组几何相似,尺寸不同(80,122,155mm)的中心直裂纹平台巴西圆盘试样,利用霍普金森压杆系统进行径向冲击试验,采用实验-数值方法确定岩石的动态断裂韧度。测试结果表明,岩石的动态断裂韧度同时受到加载率效应和尺寸效应的影响。为了分离两者的耦合作用,进行了两次线性回归:首先对相同尺寸试样的动态断裂韧度随加载率的变化进行回归,利用该回归公式可得到在相同加载率下不同尺寸的相似试样的动态断裂韧度,在此条件下可将Bazant的静态尺度律公式应用到动态;然后对同一加载率下的动态断裂韧度不同试样尺寸再进行回归,由此可以研究在给定加载率下动态断裂韧度的尺寸效应,最后求出了不同加载率下大理岩的材料动态断裂韧度。
车辆作用下开裂混凝土连续梁桥的动力响应分析
殷新锋, 方 志
2009, 26(4): 174-180.
摘要:
将车辆模型视为7自由度的整车模型,混凝土裂缝分为开口裂缝和呼吸裂缝两种类型,建立了多跨变截面损伤混凝土梁的车桥耦合方程并编制了相应的计算程序,且以算例分析结果验证了方法的正确性。对不同裂缝类型、裂缝出现位置、裂缝参数及车辆组合等因素对桥梁冲击系数的影响进行了分析,结果表明:裂缝的存在会使桥梁的冲击系数增大,且开口裂缝所对应的冲击系数要大于呼吸裂缝所对应的冲击系数,裂缝参数、裂缝位置变化及车辆组合等都会对桥梁冲击系数有不同程度的影响。
基于解析试函数法的短肢剪力墙单元
李云贵, 聂 祺
2009, 26(4): 181-186.
摘要:
采用解析试函数法,利用广义协调元理论构造了一种适合短肢剪力墙和细长连梁结构分析的墙元。该单元直接在直角坐标系内建立,单元位移试函数采用弹性力学平面问题解析解,并考虑了短肢剪力墙和细长连梁的变形模式,使其具备高阶位移场描述能力。该单元列式简单、容易实现,对细长矩形网格畸变不敏感,适合用于短肢剪力墙和细长连梁结构分析。单元无须特殊处理,符合高性能单元的要求。数值算例表明:该单元具有良好的抗畸变性能和较高的计算精度,很好地解决了高层建筑结构分析模型中急待解决的工程问题。
改性沥青非线性粘弹性本构关系研究及应用
詹小丽, 张肖宁, 王端宜, 卢 亮
2009, 26(4): 187-191.
摘要:
鉴于目前的本构关系不能很好的表征改性沥青的非线性粘弹性能,分别采用线粘弹性的广义Maxwell模型和分数阶导数Maxwell模型对改性沥青的动态粘弹性能进行研究,并对这两种模型的拟合效果进行分析,结果表明广义Maxwell模型在曲线两端的拟合效果较差,拟合结果不适合外延,分数阶导数Maxwell模型的拟合效果较好,且拟合得到的参数具有一定的物理意义,可以定量的评价改性沥青的动态粘弹性能。
不等截面长柱吊装的最优方案研究
付 兵, 王振宇
2009, 26(4): 192-196.
摘要:
为了解决变截面长柱吊装的施工难题,研究了其最优吊装方案的确定方法,并编制相应的计算机程序。针对拟定的双机三点吊的绳系布置方式,建立了长柱内力分析的数学模型,选择吊点位置作为设计变量,以长柱吊装过程中弯矩最小作为目标函数,采用惩罚策略处理约束条件,以“网格法”和“遗传算法”优化吊点位置,使同一绳系布置方式的吊装过程弯矩最小。最后比较不同绳系布置方式的最优吊点对应的弯矩,得到一个最优的绳系方案。用一个算例说明了该分析的正确性。并计算变截面长柱在等截面长柱的最优吊点下的弯矩大小,说明优化变截面长柱吊点的必要性。
其他工程学科
基于Morison方程的三维地震作用下海底悬跨管道计算模型
李 昕, 董汝博, 冯 新, 周 晶
2009, 26(4): 197-201,.
摘要:
海底悬跨管道的地震响应与地震动输入方向有关。基于Morison方程,提出了考虑地震不同输入方向的海底悬跨管道的动水作用力模型,并推导了有限元离散方程。建立三维有限元模型模拟模型试验工况,进行了正弦波和El Centro模拟地震波输入下海底管道的动力分析。考虑地震动输入方向的Morison动水作用力模型计算海底悬跨管道动力反应的数值结果与模型试验结果符合得较好。
有限长橡胶筒径向刚度精确解
彭 彪, 朱石坚
2009, 26(4): 202-206.
摘要:
基于经典弹性理论,利用欧拉方程组推导了橡胶筒承受径向载荷时的平面问题位移解析解,推导过程中未采用体积不可压缩假设,考虑了泊松比的影响,得到平面问题径向刚度。利用变型贝塞尔函数导出了有限长橡胶筒端面解除约束后径向位移的改变量,叠加平面应变时的径向位移得到有限长橡胶筒径向刚度的精确解。结果表明泊松比在0.48-0.5的范围内取值不同对平面应变时的径向刚度影响非常大。有限长橡胶筒径向刚度精确解与试验数据是一致的。
基于粗集与数据融合的结构损伤识别方法
姜绍飞, 姚 娟
2009, 26(4): 207-213.
摘要:
为了有效地利用结构健康监测系统冗余、互补的信息进行结构健康状况评估,该文提出了一种将粗集、数据融合和概率神经网络(PNN)有机地结合在一起的损伤识别新方法。它先用粗集进行属性约简来降低数据的空间维数,然后运用PNN进行融合计算来处理冗余、不确定信息,最后进行融合决策和损伤识别。在粗集属性约简过程中,提出了运用K-均值聚类的方法进行数据离散的处理方法。为了验证所提方法的有效性,对2个数值算例的多种损伤模式进行了识别,并与没有经过粗集处理的PNN损伤识别方法进行了比较。研究发现,该文所提方法不仅可以降低数据的空间维数,而且具有很高的损伤识别精度。
微型射流涡流发生器对边界层控制的数值研究
管小荣, 徐 诚
2009, 26(4): 214-220,.
摘要:
运用数值方法,研究了展向分布的倾斜微型射流列对平板湍流边界层的作用,验证了利用微型射流列产生流向涡列来进行边界层控制的可行性,并分析了射流列各主要参数对控制作用的影响。当各射流同向倾斜时,顺射流倾斜方向流向涡控制作用逐个减弱;当相邻射流反向倾斜时,流向涡列在较大流向区域内对边界层形成较均匀的控制。随射流间距减小,流向涡列初始控制作用增强,但流向控制区域减小。在射流速度较小情况下,随射流速度提高,流向涡列控制作用增强;但过高的射流速度会导致流向涡列穿透边界层,反而导致控制作用下降。采用俯仰角较小(一般小于30)、倾斜角较大(一般大于60)的微型射流列对流向涡列控制作用有利。
地震作用下大型升船机结构的时变动力可靠度
程载斌, 刘玉标, 梁乃刚
2009, 26(4): 221-227.
摘要:
利用三维有限元方法对三峡升船机塔柱结构的动力学特性及随机地震响应进行了计算分析,结果表明塔柱结构柔度较大,其顶部节点随机地震位移响应为中宽带过程。在此基础上,采用首次超越破坏机制,以塔柱结构顶部典型位置的位移限值为可靠度界限,对设计地震烈度下升船机塔柱结构的时变动力可靠度进行了计算分析,得到了塔柱结构设计基准期内的时变动力可靠度,并讨论了可靠度界限值的随机性对结构抗震时变可靠度计算结果的影响,建议升船机结构抗震可靠度计算模型采用Markov过程假定。该文可为升船机结构设计及安全运行提供必要的参考。
跌落冲击下果实动态力学模型
卢立新
2009, 26(4): 228-233.
摘要:
基于果实跌落冲击动力学特征,提出一表征其冲击条件下的非线性力学模型与模型参数识别方法。以红富士苹果为研究对象,进行多个高度下的跌落冲击试验,基于试验数据识别获得了不同高度下的模型弹性系数、粘性系数以及粘性特征参数。在此基础上,基于损伤因子方法,定义苹果跌落冲击损伤变量,并据此进行不同跌落高度下力学模型的统一表征,得到红富士苹果粘弹性损失系数。结果表明:与已有模型比较,该文提出的理论模型与试验结果吻合性最好;该理论模型与试验结果吻合度高,所提出模型能合理地表征苹果及类似特性果实的非线性粘弹性力学特征。研究结果为果实动态力学特性分析以及模型表征提供了一种新的方法,也为进一步表征果实的粘弹塑性损伤特征提供基础。
车轮双侧踏面制动尖叫噪声和颤振的有限元分析
陈光雄, 戴焕云, 曾 京, 周仲荣
2009, 26(4): 234-239.
摘要:
建立了铁路客车车轮双侧踏面制动系统的有限元模型,利用ABAQUS软件对该制动系统进行制动摩擦尖叫噪声和颤振的有限元复特征值预测分析。在有限元模型中,闸瓦与车轮之间的法向力根据接触计算确定,不需假设接触弹簧。该模型考虑了制动系统部件材料特性、摩擦系数、转动速度和闸瓦压力对尖叫噪声和颤振的影响。分析结果显示,闸瓦压力角对制动尖叫和颤振有重要影响,当闸瓦压力角 =5°时,制动系统发生尖叫噪声和颤振的可能性最低。计算结果还显示,摩擦系数越大,系统发生尖叫噪声和颤振的趋势就越大。
模型振动对翼型流场和气动性能的影响
叶正寅, 解亚军, 武 洁
2009, 26(4): 240-245.
摘要:
通过求解非定常Navier-Stokes方程,模拟了风洞实验中模型振动条件下的流场,以翼型振动对流场和气动力的影响为突破口,研究了模型振动对流场、尤其是大迎角流场的影响,并考虑了模型弹性轴不同位置对结果的影响。研究结果表明:在临近传统定常失速迎角的大迎角条件下,翼型的振动可以引起翼型大尺度的分离,导致翼型失速的提前发生,其提前量取决于振动的幅度、频率。风洞模型设计中的弹性轴所处的翼型弦向位置也对结果有一定影响。其研究结果对大展弦比机翼的风洞实验结果分析、模型设计有指导意义。
饱和正冻土水-热-力耦合作用的数值研究
武建军, 韩天一
2009, 26(4): 246-251.
摘要:
基于刚性冰假定和水动力学模型,将土体视为弹性体,建立了考虑应变对水分迁移影响的饱和土冻结过程中水-热-力的耦合动力学模型,利用有限元法和差分法对饱和土冻结过程中水-热-力的耦合作用进行了数值研究,给出了冻土中含水量和应力沿高度的分布规律,讨论了冻结时间、温度边界条件对冻土中含水量分布及应力分布的影响。研究结果表明:受土体冻结过程中水分向冻结锋面附近迁移的影响,冻结锋面附近的含水量逐渐增加,引起该处应力逐渐增大,从而导致土体发生冻胀变形。
增强索支撑系统扭转刚度的索连接位置优化
杜敬利, 段宝岩, 保 宏
2009, 26(4): 252-256.
摘要:
基于悬索的弹性悬链线方程建立了大射电望远镜索支撑系统的静力学模型,在此基础上根据索端张力与舱体位移之间的非线性关系推导出系统的静态刚度矩阵,进而得到扭转刚度的解析表达式。为提高扭转刚度,该文提出在舱体上安装一星形支架并对支架的结构参数进行了优化。计算结果表明:适当选择星形支架的结构参数能够极大地提高系统的扭转刚度。