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2009年  第26卷  第5期

基本方法
纤维增强弹性体基复合材料单纤维拔出试验细观力学分析
朱大胜, 顾伯勤, 陈 晔
2009, 26(5): 1-007.
摘要:
建立了含纤维、基体以及粘弹性界面层三相纤维增强弹性体基复合材料单纤维拔出试验细观力学分析模型,得到了单纤维拔出过程中纤维轴向应力、界面层轴向剪应力、基体轴向应力和轴向剪应力的计算公式。以芳纶纤维增强弹性体基复合材料为对象,研究了纤维埋入长度、纤维体积含量以及界面层厚度对单纤维拔出过程中纤维和界面层应力分布的影响。并将所建模型与部分文献所提模型相比较。结果表明:随着x/l(沿纤维埋入长度方向的坐标)的增加,纤维轴向应力单调增加,而界面层轴向剪应力基本先减小后变大;不同的纤维埋入长度、纤维体积含量以及界面层厚度,纤维轴向应力和界面层轴向剪应力会表现出不同的分布规律。
时间卷积的局部高阶弹簧-阻尼-质量模型
赵 密, 杜修力
2009, 26(5): 8-018,.
摘要:
土-结相互作用的时域有限元分析中,力和位移时间卷积关系的局部化处理是建立精确无限域模拟方法的关键。应用物理模型化方法局部化时间卷积,提出一种新的高阶弹簧-阻尼-质量模型,推导了模型的时域、频域方程和相应的标准方程,建立了两类方程参数的转换关系。基于线性系统稳定性理论提出模型系统运动稳定的充分必要条件,并基于罚函数法和遗传-单纯形法建立了考虑模型稳定性的参数识别方法。基于该文参数识别方法的高阶弹簧-阻尼-质量模型系统、简洁,能够在动力有限元程序或商用软件中简单、容易的实现,形成动力稳定的土-结相互作用系统,可以采用显式时间积分求解。弹性地基表面半无限杆问题的分析以及与几种现有方法的比较研究表明该文模型及参数识别方法的有效性。
基于附加已知刚度的动力学模型修正方法
杨智春, 王 乐, 丁 燕, 李 斌
2009, 26(5): 19-024.
摘要:
为了解决模型修正中所需要模态数据不足的问题,提出了一种基于附加已知刚度的模型修正直接方法。通过给原结构添加刚度系数已知的刚度元件来得到一个新结构,进而得到新结构的模态数据,并联合使用原始结构及新结构的模态数据进行模型修正。在所要修正的参数数目一定的情况下,该方法增加了可以用于模型修正的模态数据,大大降低了所需的模态阶数。分别使用一个25自由度质量弹簧系统及一个长直机翼模型的模型修正算例,验证了该方法的有效性和修正精度。
基于遗传算法的Tikhonov正则参数优化计算
朱南海, 赵晓华
2009, 26(5): 25-030.
摘要:
Tikhonov正则化方法是求解不适定问题的最有效方法之一,而正则参数的计算是这一方法实施的关键。当测量误差水平未知时,通常是采用迭代求解,然而,其正则解对参数的迭代初始值选择具有敏感性,因而不能保证最优。该文视正则参数的计算为优化问题,分别以广义交叉准则(GCV)、L-曲线准则和Engl误差极小化准则为目标函数,基于遗传算法,从全域内获得正则参数的最优值。并对一桁架的荷载分布进行了重构,结果表明,这一方法是寻求最优正则解的一条有效途经。
表面裂纹连续扩展规律的仿真试验研究
谢云叶, 周素霞, 谢基龙, 刘青峰
2009, 26(5): 31-035,.
摘要:
基于MSC Marc有限元软件,通过编程实现了参数化、模块化建模与分析的自动化;采用模块化有限元建模技术和接触技术仿真半椭圆表面裂纹(前缘曲线和节点),采用在裂纹前缘形成辐射状奇异单元网格的建模方法和接触技术来施加边界条件的方法,实现裂纹前缘奇异应力场和裂纹模型远场应力的模拟。在此基础上,运用裂纹虚拟扩展技术,计算裂纹前缘的J积分,通过线弹性有限元理论,换算出裂纹前缘的K因子分布,对裂纹前缘离散节点实行正交扩展,通过拟合裂纹前缘,实现了裂纹连续扩展仿真。仿真结果与试验结果基本吻合,说明该文所采用的方法具有很好的实用性。
含粘滞流体孔隙介质中的弹性波
卢明辉, 巴 晶, 杨慧珠
2009, 26(5): 36-040.
摘要:
针对含稠油储层,从液相的粘弹性本构关系出发,给出了含粘滞流体孔隙介质模型及相应的弹性波波动方程。对纵横波的频散关系进行量纲分析,提出了慢横波的特征频率,为将来在实际中观测到慢横波现象提供了理论依据。数值模拟分析了含粘滞流体孔隙介质模型中4种弹性波的波速、衰减随孔隙度、频率变化的规律。结果表明:慢横波主要在孔隙流体中传播,高频低孔隙度时,相速度较高。
结构非线性动力分析的精细积分多步法
陈伯望, 王海波
2009, 26(5): 41-046.
摘要:
将目前常用的非线性动力状态方程 变换为 ,其中 、 和 分别是右端项的线性齐次部分、非线性部分和非齐次荷载项。将精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth- Moulton多步法相结合,对非线性动力方程进行求解。数值算例表明:该方法的稳定性和计算精度明显优于现有的Adams-Bashforth-Moulton方法,可用于多自由度结构体系的非线性地震反应分析。
脆性材料统计断裂判据的研究
朱乃龙, 饶云刚, 余舟波
2009, 26(5): 47-051.
摘要:
基于统计断裂理论,用分币裂纹模型模拟脆性材料中的缺陷,通过用裂纹面的法向矢量反映材料中裂纹面的随机取向,用“等效应力”等效实际应力状态的破坏效应,提出了多轴应力状态下脆性材料统计断裂的判据。本判据反映了结构的破坏强度与其所受的应力状态、破坏概率及材料的性能参数之间的联系关系。通过本判据可推导得到如下结论:1) 在压应力状态下:围压越大,材料的强度就越大;裂纹面之间的摩擦系数越大,材料的强度越大;2) 受载体积越大,材料的强度就越低。这些结论均与当前研究成果相一致。最后用本判据的预测与实验数据进行比较,结果较吻合。
拉-压杆模型合理性量化评价指标研究
张文学, 李建中, 龙佩恒
2009, 26(5): 52-057.
摘要:
目前在国内进行混凝土应力非规则区域设计时,一般按照经验或构造要求进行配筋设计,这不可避免地会影响该区域的设计质量,而国外规范在进行混凝土应力非规则区域设计时多采用以拉-压杆理论为基础的设计方法。虽然拉-压杆理论已经被多国规范所采纳,但对拉-压杆模型合理性问题尚没有量化的评价指标。为此,以最小余能原理为基础,提出以余能偏差系数作为拉-压杆模型合理性量化指标,并以牛腿和深梁为例,按不同的拉-压杆模型设计配筋,进行极限承载力分析,对所提量化指标的可行性进行验证。结果表明:余能偏差系数对拉-压杆模型合理性比较敏感,可以作为拉-压杆模型合理性的量化评价指标,在此基础上推导了拉-压杆模型的叠加算法,得到了一些有意义的结论。
用无网格径向点插值法分析弹性地基厚板弯曲
胡玮军, 龙述尧, 夏 平, 崔洪雪
2009, 26(5): 58-061,.
摘要:
利用无网格径向点插值方法对Pasternak弹性地基厚板弯曲进行了分析计算。采用Mindlin平板理论,通过最小位能原理建立了弹性地基上各向同性厚板的伽辽金整体弱式方程,形函数采用径向点插值法构造,具有Kronecker Delta函数性质,因此可以很方便地施加本质边界条件。在计算刚度矩阵时需要建立全域的“背景网格”进行积分。算例表明:用无网格径向点插值法分析弹性地基厚板问题具有效率高、精度高和易于实现等优点。
土木工程学科
GFRP/钢绞线复合筋与混凝土粘结滑移本构关系模型
郝庆多, 王言磊, 侯吉林, 欧进萍
2009, 26(5): 62-072.
摘要:
GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结是二者能够协同工作的基础,而且GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结-滑移本构关系模型是其粘结性能的综合反映,因此,研究GFRP/钢绞线复合筋与混凝土的粘结-滑移本构关系模型,对GFRP/钢绞线复合筋增强混凝土结构的性能分析、设计理论及工程应用等具有重要的理论意义和实用价值。对180个试件进行拉拔试验,系统地研究肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和混凝土浇注深度等因素对粘结性能的影响,测定试件的粘结-滑移曲线。通过对GFRP/钢绞线复合筋粘结破坏特征、粘结-滑移机理及受力全过程的分析,在已有粘结-滑移本构模型的基础上,提出一种新的粘结-滑移本构关系模型,并与试验结果和已有模型进行比较。新构建的粘结-滑移本构关系模型概念清晰、形式简单,能较好地反映GFRP/钢绞线复合筋的受力全过程,与试验结果吻合良好,并优于已有粘结-滑移模型。
阻尼力双向调节磁流变阻尼器的结构设计与性能预估
丁 阳, 张 路, 李忠献
2009, 26(5): 73-079.
摘要:
为克服传统磁流变阻尼器在零电流状态下出力过小以及逆变式磁流变阻尼器无法充分退磁等缺陷,设计了一种阻尼力双向调节的新型磁流变阻尼器。提出了新型复合磁路结构,通过磁场有限元分析完成了该阻尼器的结构设计和磁路设计,并根据Bingham平板模型预估了该阻尼器在零、最大和最小输入电流三个状态下的出力,得到了三个状态下该阻尼器的力-速度曲线。研究表明:所提出的新型复合磁路结构可实现磁流变阻尼器阻尼力的双向调节,且三个状态下阻尼器的出力分布合理,满足设计要求;零电流状态下阻尼器的出力介于其最大出力与最小出力之间,既能保证阻尼器的故障安全(fail-safe)性能,又能避免活塞出现抱死现象;且由于零电流状态下阻尼器阻尼通道内保持一定的磁通量,可防止磁流变液的沉降。
大跨度屋盖结构非高斯风压场的一种模拟方法
李 璟, 韩大建
2009, 26(5): 80-087.
摘要:
作用于屋盖结构上的风压场具有明显的非高斯特性。这个特点,提出一种多变量平稳非高斯风压场模拟的新方法。该文首次采用三次多项式表达风压过程和高斯过程之间的转换关系,推导出关于多项式所含参数的非线性方程组,利用高斯随机向量联合矩的特性获得相关函数的转换关系。通过上述方法,将非高斯风压场表达为一个虚拟的多变量高斯过程,从而采用谐波合成法生成风压过程样本。通过一个大跨度体育场屋盖的风压场计算,演示了该方法的模拟过程。计算结果表明:该方法模拟精度高,计算效率也高,说明该法应用于大型屋盖风压场计算的显著优势。
型钢高强高性能混凝土框架结构抗震性能的试验研究
郑山锁, 邓国专, 李 磊, 柴 俊, 赵 伟, 张 亮
2009, 26(5): 88-093,.
摘要:
型钢高强高性能混凝土组合结构刚度大、承载力高,该结构充分发挥了混凝土材料的高抗压强度、高耐久性和优良工作特性的优点,其内置型钢可以明显地改善高强高性能混凝土脆性破坏的特征。采用MTS伺服加载系统进行了一榀两跨三层型钢高强高性能混凝土框架结构的拟静力试验研究,观测了在低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架结构的裂缝开展和破坏模式,并分析了结构的力学特性,得到了在循环荷载作用下框架结构的荷载-位移滞回曲线,给出了型钢高强高性能混凝土框架结构的水平承载能力、变形、刚度和耗能等抗震特性参数的取值,对承载力和刚度的衰减规律进行了分析。研究结果显示型钢高强高性能混凝土框架结构具有良好的抗震性能,该研究可为型钢高强高性能混凝土框架结构的工程应用提供设计参考。
考虑阻尼装置的钢和CFRP索的阻尼特性研究
申永刚, 谢 旭
2009, 26(5): 94-101.
摘要:
针对配置粘性阻尼器的大跨度钢和CFRP斜拉索,比较了基于复数特征值和非线性自由衰减振动两种理论得到的拉索非比例振型阻尼比,验证了复数特征值方法在大跨度拉索非比例振型阻尼评估中的有效性,得到了斜拉索合理粘性阻尼系数的设计值。结果表明,粘性阻尼器的阻尼效果随斜拉索跨度的增大而减弱;拉索的第一阶振型阻尼比随无量纲参数 的增大而显著减小;阻尼器对CFRP拉索的减振效果优于钢索;通过改变阻尼器的方向可使拉索面内及面外振动的阻尼特性同时达到较佳的状态;拉索垂度的增大降低了阻尼器面内振动的减振效果,但提高了面外振动的减振效果;拉索自振频率受阻尼器方向及粘性阻尼值的影响不大。
钢管混凝土空间相贯节点试验与研究
季 静, 方小丹, 韩小雷, 黄 超
2009, 26(5): 102-109.
摘要:
提出了采用钢管混凝土巨型斜交网格结构体系作为超高层建筑筒中筒结构外筒,并提出“强节点”的钢管混凝土空间相贯节点构造,自行研制可加载20000kN的空间加载设备,对8个钢管混凝土空间相贯节点进行试验,得到了节点破坏形态,承载能力及破坏过程;制作了3个同比例、同材料的钢管混凝土短柱试件,进行轴压试验;通过短柱试验结果确定约束混凝土本构关系的参数;采用节点试验结果及约束混凝土本构模型,对节点试件进行了有限元全过程模拟,为钢管混凝土空间相贯节点的应用提供了有效的计算方法。通过切开试验后的节点试件和短柱试件,研究了钢管混凝土应变与其内部混凝土破坏形态的关系,指出钢管内部混凝土的破坏程度受应变影响较大。
钢桥面沥青混合料铺装车辙有限元分析
杨 军, 丛 菱, 朱浩然, 崔 娟
2009, 26(5): 110-115.
摘要:
针对上面层为沥青玛碲脂碎石(SMA)、下面层为沥青玛碲脂(MA)的正交异性钢桥面铺装结构,建立钢桥面铺装有限元模型,通过三轴重复加载试验获得铺装材料的粘弹性参数,进行车辙有限元计算;借助大型足尺环道试验,验证了模型单元及参数选择的可靠性;分析了铺装层厚度、超载、钢桥面结构形式等因素对于车辙深度的影响情况。研究表明:对于SMA+MA双层铺装结构,车辙主要发生在MA层;铺装层厚度对车辙的影响显著,在一定范围内,随着厚度的增加,车辙深度迅速增加;随着荷载压强增加,车辙深度增大,且超载对下面层MA的影响大于上面层SMA;钢桥面结构形式中,钢板厚度与横隔板间距的改变对车辙影响不明显。该研究内容可为钢桥面铺装设计提供参考依据。
面板堆石坝设置挤压墙以及面板与挤压墙间填料特性的影响分析
程 嵩, 张 嘎, 张建民
2009, 26(5): 116-120,.
摘要:
该文研究了混凝土面板堆石坝挤压墙以及其与面板接触面设置不同填料时对大坝应力变形的影响规律。应用三维有限元分析方法,对堆石料与土和结构接触面,分别采用沈珠江双屈服面弹塑性模型和清华弹塑性损伤模型,计算了面板与挤压墙之间采用不同填料时大坝的应力变形。结果表明:面板与挤压墙之间的不同填料对坝体变形应力的影响很小;采用挤压墙施工方法有助于减小面板的拉应力,并不会导致面板应力明显恶化;面板与挤压墙之间设置乳化沥青等填料有利于减小面板的应力;不同填料对面板应力的影响有较大差异,但基本分布规律是一致的。
基于贝叶斯统计推断的框架结构损伤诊断研究
易伟建, 周 云, 李 浩
2009, 26(5): 121-129.
摘要:
介绍了贝叶斯统计的基本理论,针对贝叶斯方程中分母由于维数较大难以积分的困难,引进了基于马尔可夫链的蒙特卡罗模拟方法,利用先验概率产生多维空间样本,得到的后验分布能诊断结构的损伤。在实验室的地基上进行了框架结构局部加强柱的损伤前后的模态实验,得到损伤前后的模态参数。利用非损伤状态下的模态参数经过贝叶斯估计得到后验分布的均值,作为第一步模型修正过程;第二步过程采用前次后验分布的均值先修正模型,再重新计算后验分布。利用第二步得到的均值能有效地识别损伤的位置。识别结果还发现地基对识别的结果有较大的影响。
大跨网格屋盖结构竖向MTMD减震控制的参数分析
唐柏鉴, 王治均
2009, 26(5): 130-136.
摘要:
采用两组MTMD(多频调谐质量阻尼器)系统控制某大跨网格屋盖结构的竖向地震作用。提出了网格屋盖结构竖向MTMD的振动控制方程,并建立有限元分析模型,输入四种不同场地的地震波,进行动力时程分析,研究了频宽、阻尼比和质量比等参数对于MTMD系统减震效果的影响规律,表明频宽、阻尼比、质量比都存在最优值,最优频宽0.2―0.3,最优阻尼比0.01―0.02,考虑工程实际,质量比宜取0.005左右,这些最优值基本不受地震波频谱特性的的影响。
方钢管-钢骨混凝土双向偏压试件试验研究与理论分析
王连广, 赵同峰, 安山河
2009, 26(5): 137-141,.
摘要:
进行了9根方钢管-钢骨混凝土双向偏压试件的试验研究,研究不同长细比、偏心率、配骨率及加载角度条件下试件的力学性能。结果表明:试件的承载力随着长细比的增加缓慢下降;偏心率的增长导致承载力迅速降低;配骨率的增加使试件的承载力逐渐增长;加载角度的变化对承载力的影响有限。在此基础上,编制了双偏压程序,计算结果与试验结果吻合很好。最后通过计算结果的回归分析,得出了实用的方钢管-钢骨混凝土构件双向偏压承载力计算公式。
不同温度下钢管混凝土冲击力学性能试验研究
郑 秋, 霍静思, 陈柏生, 肖 岩
2009, 26(5): 142-147.
摘要:
采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行了15个钢管混凝土在不同温度(常温到400℃)下的抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和应力时程曲线,分析其高温下的抗冲击动力特性。试件破坏形态和实测荷载-变形关系曲线表明,钢管混凝土具有良好的高温下抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力和完整性。
箱拱桥梁地震反应分析的新方法研究
秦 荣, 王建军, 李秀梅
2009, 26(5): 148-152.
摘要:
首先利用薄壁箱梁理论及样条有限点法建立了样条箱拱段单元的刚度矩阵、阻尼矩阵及质量矩阵,这种单元考虑了箱拱的拉压、弯曲、扭转、剪力滞、扭翘及畸翘等特性;其次利用QR法(秦荣的方法)建立了箱拱桥梁的动力模型,将三维问题变为一维问题求解;然后利用样条加权残数法建立了求解动力模型的无条件稳定算法,从而提出了箱拱桥梁地震反应分析的新方法。计算结果表明,此法不仅未知量数目少,计算时间省,而且精度高。
结构试验测点的二维优化布置
李正农, 胡尚瑜, 李秋胜
2009, 26(5): 153-158.
摘要:
基于组合原理对结构二维变形状况的测点布置方法进行了研究,提出了结构测点的二维优化布置方法。首先通过对结构测点进行二维双向组合,利用有限的已知相邻测点的响应值采用双线性插值方法估计未布置测点的响应值,再通过建立在二维测点双向位移分量相似程度上的适应度函数优化测点组合方案,选取适应度函数值最小的测点布置方案,从而实现传感器测点优化配置的目的。应用该方法对悬臂矩形板弯曲变形实测进行了测点优化布置,组合优化数值结果验证了该方法的可行性和有效性。
结构损伤识别的附加质量方法
杨秋伟, 刘济科
2009, 26(5): 159-163.
摘要:
提出一种仅需要频率信息就可以识别结构损伤的附加质量方法。通过在原结构上附加已知的集中质量块,测量所得附加质量系统的低阶频率信息,联合这些新的频率信息及原结构的频率信息来建立灵敏度方程求解损伤参数。以一个对称的简支梁结构为例验证了所提方法。结果表明:该方法仅利用结构振动的低阶频率信息就可以较好地完成损伤识别的任务。
外壳预制核心现浇RC梁抗弯承载力的试验研究
张大长, 支正东, 卢中强, 金如元, 刘亚非
2009, 26(5): 164-170.
摘要:
制作了4根外壳预制核心现浇装配整体式矩形、T形截面RC梁及对比梁,进行了RC梁的抗弯承载力试验研究,分析比较两类RC梁的荷载-挠度特性、开裂荷载和极限承载力,研究表明:新型装配整体式RC梁与整浇RC梁具有相同的抗弯承载力特性,即具有很好的整体性和延性;基于试验研究,进一步探讨装配式RC梁开裂荷载、极限承载力的计算理论,为装配整体式RC梁的设计提供参考。
大悬臂钢-混凝土组合脊骨梁扭转效应分析
张 阳, 邵旭东, 王皓磊, 昌 颖
2009, 26(5): 171-177.
摘要:
带波形钢腹板大悬臂挑梁的组合脊骨梁在偏载作用下的扭转效应十分明显。该文提出了组合脊骨梁扭转效应的分析模型和考虑大悬臂翼板影响的乌氏第二定理计算方法,并利用模型试验和空间有限元分析对理论计算方法进行验证,三种方法所得到的结果对比表明:提出的理论计算方法能够满足工程精度要求、结果偏于安全。进一步的计算分析表明,偏载作用下组合脊骨梁的翘曲正应力和扭转附加剪应力所占弯曲应力的比例较大,结构扭转计算时考虑大悬臂的影响更为合理,设计时应以单点扭矩的加载方式来进行扭转验算,组合脊骨梁的畸变应力较小,可以不予考虑。
预应力网壳结构累积滑移施工索力控制算法研究
曲晓宁, 罗尧治, 郑君华, 张 彦
2009, 26(5): 178-182.
摘要:
将施工力学与控制索原长法相结合,提出了预应力网壳结构累积滑移施工中的计算方法。施工力学以时间顺序为变量,考虑后面施工阶段对前面已成型结构的影响,体现了施工的时变性。利用索原长和张力具有唯一的对应关系,控制累积滑移索的原长来求出各施工阶段索的张拉力。最后,以预应力网壳结构模型为对象,按分阶段累积滑移的方式模拟施工过程,并研究索张拉力在滑移法施工中的变化规律。结果表明:若各施工阶段的索按计算的力进行张拉,当施工全部完成后,所有索均可以达到设计的张拉力值。
空间结构风振控制系统时滞的神经网络补偿方法
周 岱, 郭军慧, 周 岚, 张夏萍
2009, 26(5): 183-188.
摘要:
基于神经网络方法和状态预测补偿法,提出应用于含时滞空间结构振动控制的新方法。运用单个神经网络代替由两个神经网络组成的控制系统,以减少时滞产生环节和系统时滞。构造了基于神经网络的多步预测时滞补偿策略。研究表明:该文时滞补偿策略可有效运用于受不确定性外界荷载作用的多自由度大跨空间结构的风振控制,且不依赖于实际中难以获得的被控系统的精确数学模型;经时滞补偿后的结构振动控制效果优于未经时滞补偿的控制效果。
扩底桩上拔荷载-位移曲线的Richards模型拟合研究
蒋建平, 高广运, 刘文白
2009, 26(5): 189-196,.
摘要:
基于8个场地中共23根现场试验桩的实测资料,对扩底桩上拔荷载-上拔位移曲线进行了优化的拟合分析。针对抗拔扩底桩的承载特性,选用了生物领域的Richards 数学模型。对23根现场试验桩的拟合表明,Richards模型的拟合精度高,相关系数R为0.97311―0.99942,平均0.99188;该模型对抗拔扩底桩的拟合效果比双曲线模型的要好;基于该数学模型的扩底桩上拔荷载的计算值与实测值的误差一般为±2.104%。结果表明:该文选用的Richards数学模型针对抗拔扩底桩上拔荷载-上拔位移曲线的拟合是较为精确的和可靠的。
钢筋混凝土不等肢异形柱抗剪承载力研究
黄承逵, 曲福来, 徐士弢
2009, 26(5): 197-201.
摘要:
根据9根钢筋混凝土不等肢异形柱在低周反复荷载作用下抗剪性能试验研究,分析了翼缘尺寸对异形柱抗剪承载力的影响。采用桁架-拱模型理论对异形柱的受力进行了分析。结果表明:异形柱的剪力分别由桁架机构和拱机构承担,由于翼缘部分参与抗剪作用,可以提高异形柱的抗剪承载力。基于桁架-拱模型,推导出考虑翼缘影响的异形柱抗剪承载力计算公式,通过与试验数据的比较发现,两者吻合较好。
共享调谐质量阻尼器(STMD)在附属结构减震中的应用
国 巍, 李宏男, 柳国环
2009, 26(5): 202-208.
摘要:
鉴于在两个频率接近的临近附属结构之间设置连接粘滞阻尼器(Viscous Damper, VD)的减震效果往往很差,该文采用了一种新型的减震方法:共享调谐质量阻尼器(Shared Tuned Mass Damper, STMD)的方法。该方法在临近的附属结构之间附加公共质量块,并以粘滞阻尼器连接,利用附属结构与质量块之间的相对运动来耗能减震;同时实现了两个附属结构的协调振动,避免地震作用下附属结构碰撞的发生,并且当附属结构频率接近时共享调谐质量阻尼器(STMD)有很好的减震效果。该文研究了在临近附属结构之间分别采用粘滞阻尼器(VD)和共享调谐质量阻尼器(STMD)时的减震效果,并对共享调谐质量阻尼器(STMD)减震效果的适用情况和影响因素进行了分析。
结构损伤位置识别的位移DLV方法
张宇鑫, Shinae Jang, B. F. Spencer
2009, 26(5): 209-215.
摘要:
DLV(damage locating vector)家族方法由BERNAL于2002年提出后,因其创新巧妙的求解思想而引起结构健康监测研究领域的广泛关注。其应用于加速度测试数据进行结构损伤定位识别的有效性已通过多组试验得到证明。然而基于静力测试数据进行结构损伤识别将具有更高的精度和数值稳定性。该文基于静力位移测试数据,构建结构柔度矩阵,提出位移DLV方法,并编制了通用有限元程序。通过数值仿真分析对位移DLV方法的有效性进行了研究,数值分析结果表明:位移DLV方法能够利用少数测点信息识别出结构的损伤位置。同时研究了若干影响因素如测点数量、损伤位置、测点布置、测量误差等对方法应用的影响。
其他工程学科
基于加速度反馈的大型复杂结构H∞控制
张文首, 张 力, 岳前进
2009, 26(5): 216-220,.
摘要:
提出了基于加速度反馈的大型复杂结构的H∞控制方法。由于大型复杂结构的阶数很高,基于全阶系统进行控制器设计存在困难,故该文采用降阶控制方法。利用加速度传感器测量得到的基础运动绝对加速度信息,并结合平衡降阶法和H∞控制算法设计了降阶的H∞控制器和H∞观测器。通过对导管架平台结构地震响应的ATMD主动控制进行数值仿真,以评价本文算法的有效性,并确定控制器的最优参数。仿真结果表明如果降阶H∞控制器的参数选择合适,则可以显著减小平台的地震响应。
漂浮基双臂空间机器人协调运动的Terminal滑模控制
郭益深, 陈 力
2009, 26(5): 221-227.
摘要:
讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基双臂空间机器人载体姿态与末端爪手协调运动的控制问题。结合系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基双臂空间机器人全控形式的系统动力学方程,并将其转化为系统状态方程。以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,并提出了具有外部扰动情况下漂浮基双臂空间机器人载体姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制方案。提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性。此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒和稳定性。一个平面漂浮基双臂空间机器人的系统数值仿真,证实了此控制方案的有效性。
基于几何变形翼型的流动分离控制
侯 粉, 徐 敏, 陈志敏
2009, 26(5): 228-233,.
摘要:
基于连续振动的几何变形法,应用弹簧近似的动网格技术,在雷诺数Re=5×104,迎角α=3°的条件下,对NACA 4415翼型进行了流动控制的数值模拟,研究了振动位置、振动频率和振幅对分离流场特性影响的机理,分析了振动特性对翼型升力系数和阻力系数的影响效应。计算结果表明:1) 振动位置越靠近分离点,越有助于减小分离;2) 振动频率大于涡脱落的自然频率时,分离流场能达到明显地改善;3) 在所研究情况下,振幅为0.00512倍弦长时,翼型获得最大平均升阻比。
长通道内排烟口与火源相对位置对机械排烟效果的影响
纪 杰, 霍 然, 胡隆华, 王浩波
2009, 26(5): 234-238.
摘要:
在小尺寸长通道实验台上开展了一系列机械排烟实验,模拟了长通道内发生火灾时,通道单端开敞和双端均开敞的条件下,由于火源与排烟口相对位置不同造成的烟气层界面湍流动力学卷吸效应的差异对机械排烟效果的影响。结果表明:将排烟口设置在烟气蔓延的一维水平运动阶段时,将明显加剧烟气层界面的湍流卷吸,导致排烟效果不理想。应将排烟口设置在距火源纵向距离小于通道宽度1.33倍的范围内,单端开敞时,还应开启靠近通道封闭端的排烟口。
基于损伤敏感性分析的传感器优化配置研究
吴子燕, 何 银, 简晓红
2009, 26(5): 239-244.
摘要:
提出了一种基于模态变化对结构损伤敏感性的传感器优化配置方法——敏感性分析法(Sensitivity Analysis Method,SAM),并简述了两种基于数据信息最大化准则的传统传感器优化配置方法:基于Fisher信息阵行列式值最大化的有效独立法(EFI)和基于运动能最大化的运动能量法(KEM)。运用均方差最小准则(MSE)和模态置信度准则(MAC)来评价这3种传感器优化配置方法的优劣。数值算例表明:敏感性分析法(SAM)是这3种方法中最好的方法。
垂直半空间界面裂纹及附近圆孔对SH波的散射
南景富, 齐 辉, 折 勇
2009, 26(5): 245-250,.
摘要:
研究了双相介质垂直半空间界面裂纹及界面附近圆孔对SH波的散射与动应力集中问题,该问题的解答采用镜像法,构造出含有圆孔的直角平面区域出平面问题的Green函数。在该问题的求解过程中,一般将问题的模型视为“契合”问题,并采用裂纹切割技术构造出界面裂纹及其附近圆形孔洞的散射模型。若在两个直角平面区域的水平表面上,分别加置待定的出平面荷载,并在欲出现裂纹位置加置出平面反力构造裂纹,然后利用Green函数写出界面上的位移连续条件,建立起确定待解外力系的第一类Fredholm积分方程组。给出了数值结果分析了圆孔的动应力集中情况,结果表明:与全空间中界面附近圆孔对SH波的散射相比,由于垂直半空间自由边界和界面裂纹的存在,孔边动应力集中系数明显增大。
单纤维树脂基复合材料界面热残余应力研究
赵燕茹;雷振坤;&#;邢永明;郎风超
2009, 26(5): 251-256.
摘要:
在复合材料制造过程中经高温冷却后,由于基体与增强体之间的热膨胀系数存在显著差异,在基体与增强体的界面会产生热残余应力场。此残余应力场对复合材料的力学性能会产生重要的影响。该文采用三维光弹性实验应力分析方法,对直线形及异形端钩纤维与树脂基界面残余应力分布进行了测试,确定出沿纤维埋入方向的界面剪应力分布规律。利用有限元软件对单纤维增强树脂基模型界面残余应力进行了计算。实验结果表明:在单纤维与基体界面的埋入端及埋入末端附近出现界面残余剪应力的极值,纤维增强复合材料中界面残余应力传递主要集中在纤维的埋入端及埋入末端附近。