留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2009年  第26卷  第9期

基本方法
楔形工字梁腹板的弹性剪切屈曲分析
金 阳, 童根树
2009, 26(9): 1-009.
摘要:
采用带斜加劲肋矩形板模型模拟楔形腹板的纯剪应力状态,对其弹性屈曲进行了有限元分析,在矩形板剪切屈曲系数公式的基础上引入考虑楔率影响的参数,得到四边简支楔形腹板和两边简支两边固支楔形腹板的屈曲系数公式,并与有限元分析结果进行比较。通过引入翼缘自由扭转刚度与腹板抗弯刚度之比作为无量纲参数,得到可以考虑翼缘任意约束程度的楔形腹板弹性剪切屈曲系数公式。
应变梯度弹性理论C1自然邻近迦辽金法
聂志峰, 周慎杰, 王 凯, 孔胜利
2009, 26(9): 10-015.
摘要:
应变梯度弹性理论的控制方程是位移场的四阶偏微分方程,Galerkin离散要求形函数C1连续。将non-Sibsonian插值函数作为三次单纯形Bernstein-Bézier多项式的基坐标,构建了C1自然邻近插值函数。由于C1形函数对结点函数值和梯度值的插值特性,本质边界条件可以直接施加。具体算例包括双材料系统的边界层分析和中心圆孔无限大板承受双轴拉伸时位移和应力分布的分析,数值解与理论解吻合得较好,表明C1自然邻近迦辽金法能够用来分析应变梯度弹性理论问题。
土木工程学科
考虑水平摩阻力的弹性地基有限长梁分步计算方法
赵明华, 马缤辉, 张 玲
2009, 26(9): 16-023.
摘要:
假定地基为具有水平和竖向反力的弹性支撑体,不考虑弹性地基梁的纵横向耦合变形,引入分步计算概念导出考虑水平摩阻力的分步计算方法。即首先分析各种竖向荷载作用下有限长梁的竖向位移,然后建立水平位移和竖向位移的几何关系求得水平位移,从而得到竖向地基反力和水平摩阻力,并将其作为荷载施加于弹性地基梁,进而获得考虑水平摩阻力作用的地基梁内力和变形,最后结合算例对考虑水平摩阻力的弹性地基梁进行了比较分析,其结果表明,分步计算法能有效考虑水平摩阻力对弹性地基有限长梁计算的影响,且思路简单,易于计算,可用于弹性地基梁计算。
考虑桩-土-结构动力相互作用的输电塔地震反应分析
徐 静, 李宏男, 李 钢, 黄连壮
2009, 26(9): 24-029.
摘要:
提出了考虑桩-土-结构动力相互作用的输电塔地震反应分析方法。通过采用粘弹性人工边界模拟土体边界,用改进的Goodman单元模拟桩-土接触面,建立了桩-土-输电塔体系相互作用模型。以一具体输电塔为例,在四种不同的场地条件下,对桩-土-输电塔体系在地震作用下的动力反应进行分析,并与不考虑桩-土-结构动力相互作用的计算结果进行对比。结果表明:在软土及中软场地,考虑相互作用计算出的塔体位移和构件应力均大于不考虑相互作用的计算结果;在中硬及硬土场地,二者区别不大。建议在软土和中软场地,进行输电塔抗震设计应充分考虑桩-土-结构的动力相互作用。
磁流变阻尼器的多目标优化设计与分析
关新春, 郭鹏飞, 欧进萍
2009, 26(9): 30-035.
摘要:
在磁场有限元分析的基础上,以阻尼力和可调倍数为优化目标,利用多目标遗传算法,对磁流变阻尼器进行了优化设计与结果分析。研究表明:活塞有效长度与间隙之比、阻尼器间隙以及活塞有效面积是对阻尼力和可调倍数影响最大的三个因素,其中对阻尼力影响最大的因素是活塞有效长度与间隙之比,对可调倍数影响最大的是间隙;间隙或活塞有效面积的改变只能获得阻尼力或可调倍数单方面性能的提高。结果还表明,阻尼力和可调倍数无法同时达到最大;在一定约束条件下,对于阻尼力来讲,活塞的有效长度存在最优值。
基于信赖域方法的MR阻尼器瞬时最优半主动控制
林 伟, 李忠献, 倪一清
2009, 26(9): 36-042,.
摘要:
提出了一种基于信赖域方法的磁流变(MR)阻尼器瞬时最优半主动控制算法。该控制算法不以主动最优控制力为目标出力,而是从MR阻尼器的性能出发,提出了MR阻尼器瞬时最优半主动控制的指标函数;同时将下一时刻阻尼器的可能出力范围作为半主动控制问题的限界约束条件,应用精细积分法将MR阻尼器半主动控制问题转化为一组带有限界约束的最小值优化问题;最后采用信赖域方法在限界约束内求解得到半主动最优控制力。数值仿真了一受天津波或El-Centro波激励的典型三层框架结构在无控状态以及分别采用传统Clipped-optimal半主动控制算法和采用该文提出的瞬时最优半主动控制算法的受控状态下的地震反应。仿真结果证明了提出的基于信赖域方法的瞬时最优半主动控制算法的有效性;与传统Clipped-optimal半主动控制算法的控制效果相比较,该文算法在多个阻尼器情况下的控制效果更具优越性,更适于大型复杂结构的半主动控制。
混凝土早龄拉伸徐变的试验与理论研究
巨玉文;&#;李克非;韩建国
2009, 26(9): 43-049.
摘要:
研究了混凝土在早龄期自身水化温升和自收缩引起的内部拉伸应力作用下的徐变规律。研究以具体的工程应用为背景,首先利用混凝土温度应力试验机为基本手段,对早龄期混凝土在收缩约束状态下的徐变变形进行了试验研究;然后利用试验结果对普遍采用的混凝土双幂徐变模型针对早龄拉伸进行了参数识别;最后利用得到的适用于拉伸徐变规律的双幂模型进行了混凝土结构早龄内应力的计算。试验与计算都表明,混凝土早龄拉伸徐变有不同于压缩徐变的规律,结构早龄内应力计算直接使用压缩徐变规律总体上偏于不安全。
润扬大桥悬索桥模态频率-温度的季节相关性研究及其应用
孙 君, 李爱群, 丁幼亮, 邓 扬
2009, 26(9): 50-055.
摘要:
为了建立“环境条件归一化”的结构损伤预警方法,该文对润扬大桥悬索桥236d的模态频率与温度实测数据进行了季节相关性研究。分析结果表明:润扬大桥悬索桥高阶振型的模态频率与温度具有明显的季节相关性,其模态频率日平均值随着温度日平均值的升高而降低,并且在一年中可以发生约1.5%―2.0%的变化。在此基础上采用6次多项式模型对高阶模态频率-温度进行了统计建模,并采用均值控制图法对模态频率的异常变化进行了统计模式识别。分析结果表明:运用该方法可以有效地消除温度的季节变化对悬索桥实测模态频率的影响,较好地分离出结构损伤引起的模态频率异常变化,这是防止悬索桥结构损伤预警出现误判的必要手段。
结构可靠度分析的特殊边缘区间抽样法
杨飞跃, 张建仁
2009, 26(9): 56-060.
摘要:
基于Monte Carlo法,提出了结构可靠度计算的特殊边缘区间抽样法,其基本思想是基于抽取的样本点大部分落在最大似然点附近且处于可靠域,只有少数远离最大似然点的特殊边缘区间抽样点才有可能落入失效域,故只对特殊边缘区间抽样点进行功能函数和示性函数的计算,以替代全局计算。所需进行的功能函数和示性函数的计算次数大大降低,特别适合于需用有限元程序进行隐式功能函数拟合的大型复杂结构的可靠度计算,可大大减小随机变量的计算区间,减少有限元计算次数。用此算法编制了Matlab仿真程序对算例进行验证,表明该算法抽样效率高,且具有较高的模拟计算精度。
混凝土结构早龄期应力相关应变现场监测与分析
王国杰, 郑建岚
2009, 26(9): 61-066,.
摘要:
该文研究采用振弦应变计监测混凝土结构早龄期的应力相关应变。由理论分析提出一套自浇注入模起计算混凝土应力相关应变的方法,该方法摒弃了随龄期变化的参数,直接由应变读数计算混凝土应力相关应变,因而适合自混凝土入模起的早龄期混凝土。随后通过某大桥0#段V撑混凝土自入模起至14d龄期的监测实例,验证了混凝土应变计算的全过程;同时结合水化温度信号,对混凝土凝结硬化过程中应变的产生、发展和变化过程进行了分析,阐述了应变测试过程中几个特征点的含义。结果表明:该方法能用于混凝土结构早龄期的应力相关应变监测,并使混凝土结构应力相关应变计算更简便、精确;此外,该方法还有助于揭示混凝土结构早龄期水化、变形、约束等方面的相互关系和应力相关应变的形成机理。
苏通大桥连续刚构收缩徐变效应的不确定性分析
潘钻峰, 吕志涛, 刘 钊, 孟少平
2009, 26(9): 67-073.
摘要:
收缩和徐变是混凝土材料的固有特性,其影响因素众多,具有时变性和不确定性。大跨径预应力混凝土连续刚构是对混凝土收缩和徐变较为敏感的结构,正确地预测大跨径连续刚构的收缩徐变效应具有重要的现实意义。采用现桥规中收缩徐变模型的形式,以苏通大桥连续刚构所用高强高性能混凝土收缩徐变试验为基础,提出了修正的收缩徐变预测模型,其预测值与试验值吻合较好。介绍了结构收缩徐变效应的不确定性分析方法,在数值模拟中采用了拉丁超立方抽样方法,减少了抽样次数。基于修正的收缩徐变模型,对苏通大桥连续刚构收缩徐变效应进行了不确定性分析,应用于苏通大桥连续刚构的施工阶段计算,并和实桥监控结果进行了比较。最后预测了苏通大桥连续刚构带有一定置信水平的长期变形区间。
高层建筑结构体系可靠度分析的弹性调整-QR法
梁汉吉, 秦 荣, 李秀梅
2009, 26(9): 74-079.
摘要:
介绍了作者提出的高层建筑结构体系可靠度分析的弹性调整-QR法。首先,介绍了高层建筑结构分析的QR法。其次,根据结构塑性极限分析的下限定理、弹性补偿法及QR法相结合,建立了结构塑性极限分析的弹性调整-QR法,克服了塑性铰模型-有限元法分析高层建筑结构塑性极限荷载的缺陷。最后,建立了高层建筑结构可靠度分析的新方法,基本原理如下:利用弹性调整-QR法求解结构体系塑性极限荷载;利用塑性极限荷载建立体系的极限状态方程;利用极限状态方程获得结构可靠指标,由此求出高层建筑结构体系的可靠度。这种方法只寻找结构塑性极限荷载,避免了寻找结构体系失效模式的困难及缺陷,简化了失效概率的计算工作。
钢筋混凝土规则框架结构非弹性位移比谱研究
翟长海, 李 爽, 谢礼立, 孙亚民
2009, 26(9): 80-086.
摘要:
非弹性位移比谱是估计结构侧向最大非弹性位移的有效方法。该文以按照我国规范设计的规则钢筋混凝土框架结构为研究对象,分析了IDA方法和Pushover方法建立结构层能力曲线的适用性,研究了框架结构的非弹性位移比谱,研究表明框架结构的非弹性位移比谱与单自由度体系的非弹性位移比谱总体趋势基本相同。在短周期段(约小于1.2s),框架结构的非弹性位移比谱随周期的增加而急剧减小,而对于周期大于1.2s的周期段,非弹性位移比谱几乎为常值。在长周期段,框架结构的非弹性位移比谱远超过1.0,等位移原理不适用,当延性系数较高时更是如此。为使单自由度体系非弹性位移比谱的研究成果应用于实际框架结构,本文还给出了利用单自由度体系非弹性位移比谱估计框架结构非弹性位移比谱的修正系数。
基于加速度时程的结构参数直接识别方法及验证
许 斌, 卢 平, 宋钢兵
2009, 26(9): 87-093.
摘要:
提出了一种直接运用加速度响应测量的结构参数识别方法。该方法通过两个神经网络对结构刚度和阻尼比进行直接识别。通过结构运动微分方程的离散解,阐明了该方法的理论基础以及构建两个神经网络的依据。首先,依据对目标结构参数的初步估计,假定一个参考结构,构建一个神经网络来描述该参考结构的加速度响应时间序列之间的映射关系,即建立该参考结构的非参数模型。然后,定义加速度响应预测差值均方根向量作为结构参数识别指标,并构建一个参数识别用神经网络来描述该指标与结构参数之间的关系。最后,基于一个框架结构模型振动台试验的加速度响应时间序列实测值,运用以上两个神经网络,在假定结构质量已知的情况下,对该框架模型的刚度和阻尼比进行了识别,并与扫频试验的结果进行了比较。结果表明该方法的结构参数识别结果可靠,所提出的准实时结构参数直接识别方法可行。
钢管混凝土哑铃形拱面内极限承载力研究
陈宝春, 盛 叶
2009, 26(9): 94-104.
摘要:
进行了钢管混凝土哑铃形拱跨中和L/4处单点加载的面内受力全过程试验,试验结果表明哑铃形拱具有良好的弹塑性和较高的承载能力,加载全过程拱肋无局部屈曲现象,其面内受力性能与单圆管拱相似。建立了双重非线性有限元计算模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。进行了哑铃形拱采用等效梁柱法计算其面内极限承载力可行性的探讨。对模型拱面内极限承载力应用有限元和等效梁柱法的计算结果,进行了矢跨比、长细比、含钢率及加载方式等参数分析。分析结果表明:哑铃形拱的极限承载力随这些参数变化的规律与单圆管拱基本相同,等效梁柱法与有限元计算结果曲线变化规律一致,可供实际应用与进一步研究参考。
盾构始发过程反力架应力监测与安全评价
赵宝虎, 王燕群, 岳 澄, 亢一澜, 王 辉
2009, 26(9): 105-111.
摘要:
对武汉长江隧道盾构始发过程中的反力架进行了数值分析、现场监测和受力分析,根据监测结果对反力架的功能和作用进行了评价,对反力架的拆除条件给出了建议。结果表明:反力架的设计须考虑偶然因素的影响,如约束情况的突然改变等;可依据现场监测分析确定反力架的拆除时间。
K0≠1时地基弹塑性承载力的数值分析
梅 岭, 梅国雄, 宰金珉
2009, 26(9): 112-116.
摘要:
利用MATLAB语言编制程序求解地基弹塑性承载力pcr、 ,在求解过程中考虑 ≠1。该方法改正了传统地基弹塑性承载力公式推导过程中 =1这一不符实际的假定,也改正了一些学者在 ≠1时推导地基弹塑性承载力公式过程中的缺陷,并弥补了一些公式使用的局限性,得到的地基弹塑性承载力数值解更符合工程实际。给出了土体抗剪强度参数c、 在不同的 下对地基临界荷载 的影响,并讨论了 与 =1时分别得到的地基临界荷载 之间的差别。
超高层建筑基于双模态转换的风载主模态识别
黄东梅, 朱乐东, 丁泉顺, 陈 伟
2009, 26(9): 117-125.
摘要:
在同济大学TJ-2风洞中对某超高层建筑进行了刚性模型分组同步测压风洞试验,获得了各测点层的风力时程,然后运用双模态转换法(DMT)—即联合运用经典模态分析法(CMA)和本征正交分解法(POD)来进行风振响应计算,研究风荷载对响应的影响因素。计算结果表明:风振响应的结果与荷载-振型影响系数有关,当某阶荷载模态与振型模态正交性较强时,该阶荷载对响应的贡献较小,反之亦然;同时,风振响应的结果还与荷载模态主坐标的能量大小(本征值)及频谱特性、结构频率和阻尼比有关,本征值越大,其对风振响应的贡献越大,在阻尼比为定值时,某阶频率处的功率谱值越大则其对风振响应的共振分量贡献也会越大。
突变理论新解及其在桩基工程中的应用
贺广零
2009, 26(9): 126-130,.
摘要:
对经典突变理论进行延伸,提出了一种新的、适用于准脆性介质的突变理论,认为结构非线性失稳源自于自身本构关系。将新提出的突变理论应用到桩基工程,对灌注混凝土端承桩的破坏机制进行了探索,明确了端承桩的失效模式为失稳破坏模式,并给出了其失稳的数学、力学判据和承载力计算公式。以两个实际工程为例,将理论值与实测值进行比较,二者吻合较好。鉴于灌注混凝土端承桩延性、脆性破坏难以区分的实际情况,该文同时给出了端承桩延性破坏和脆性破坏的界定标准,并提出了相应的工程建议。
基于改进遗传算法的预应力钢结构索张拉优化分析
曲晓宁, 罗尧治, 郑君华
2009, 26(9): 131-137.
摘要:
针对遗传算法在迭代过程中经常出现未成熟收敛、发生振荡、随机性太大等缺点,该文将自适应遗传算子和优秀个体保护策略引入遗传算法优化计算的过程中。以每根索在分批张拉时所在的批次作为变量,各索施加张拉力总值最小为优化目标,采用改进的遗传算法进行预应力钢结构索张拉顺序优化,确定合理的索张拉顺序,从而有效地克服了依据经验确定索张拉顺序的盲目性,为预应力钢结构索的张拉提供了一种可行方法。
一种改进的大跨度桥梁抖振响应时域分析方法
苏 成, 黄志坚
2009, 26(9): 138-144.
摘要:
基于传统的统一描述方法,提出了一种改进的主梁气动力时域列式方法。该法通过校准方式引入修正系数以考虑主梁气动导数对自激效应的影响,通过引入气动导纳函数修正紊流风谱以考虑气动力沿主梁截面尺度的不完全相关性,从而在一定程度上突破了准定常假定的限制,克服了直接采用准定常假定而不加以修正所带来的问题。相对于列式复杂的主梁气动力非统一描述方法,该法仍保留了列式简单直观、物理意义明确的优点。采用所提出的方法对一独特的三塔大跨度斜拉桥进行了抖振响应分析,计算结果与风洞试验结果较为吻合,验证了该文方法的正确性和实用性。
带载状态下CFRP约束混凝土圆柱膨胀比试验研究
何 政, 金建平, 宋继广
2009, 26(9): 145-151,.
摘要:
对29根试件进行了CFRP约束素混凝土和钢筋混凝土圆柱的两阶段轴心抗压试验研究,考察了带载应力水平和截面尺寸对约束混凝土柱膨胀比的影响。试验结果表明:极限膨胀比随带载应力水平的增大先减小后增大。根据对试验数据的回归,得到了带载状态下CFRP约束混凝土圆柱的极限膨胀比影响因子,该因子以带载应力水平与约束比的比值n0 /(fl /fco)为变量。在此基础上,对Teng等人建议的未带载情况膨胀比模型进行了改进,得到了可考虑带载影响的FRP约束混凝土全过程膨胀比模型,通过与试验结果比较表明,所有模型的预测效果 良好。
单轴对称工字形截面悬臂钢梁在横向荷载作用下的整体稳定性研究
秦 桦, 郭成喜
2009, 26(9): 152-155.
摘要:
考虑自由端作用集中荷载(分别作用于上翼缘、下翼缘)的横向荷载情况,运用有限元程序,对单轴对称工字形截面悬臂钢梁的整体稳定性进行分析,得到悬臂梁弯扭屈曲的临界荷载,并在系列分析的基础上,提出悬臂梁的等效弯矩系数 、弹性整体稳定系数 和弹塑性整体稳定系数 的计算公式。
基于组合单元的体外预应力混凝土梁全过程分析
孙永明, 黄 侨
2009, 26(9): 156-161.
摘要:
对体外预应力混凝土结构的研究现状及数值模拟方法做出评价与分析。采用组合单元模拟钢筋混凝土结构,能全面考虑混凝土的开裂、塑性等问题;并推到一种体外预应力单元:在忽略摩擦的情况下,能够考虑体外筋在转向块处的滑移作用,从而对其变形与受力做出更准确的模拟。用以上两种单元对3片试验梁的三分点加载的全过程做了数值仿真分析,详细分析了荷载Q-挠度f曲线和挠度f-体外预应力增量σ曲线,明确指出加载曲线中各个转折点的物理意义,并对体外筋的极限应力增量取值问题提出了新的建议。通过计算值与试验数据对比分析,说明了采用组合单元和体外预应力单元共同模拟体外预应力混凝土结构的可行性和正确性,也同时为桥梁结构的数值计算模拟及设计提供了支持和经验。
钢框架梁翼缘削弱型节点循环荷载作用下的有限元分析及试验研究
郁有升, 王 燕, 刘秀丽
2009, 26(9): 162-169.
摘要:
基于钢框架翼缘削弱型节点低周往复荷载试验的5个试件和1个普通节点的试件,在合理选择有限单元类型基础上,采用通用有限元软件ANSYS对节点进行了循环荷载作用下的受力性能有限元分析,研究了翼缘削弱型节点的破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、延性性能、耗能性能。有限元计算得到的荷载-位移滞回曲线及局部破坏形态与试验结果符合较好。研究结果表明:对梁翼缘进行适当削弱后形成的骨型节点在梁翼缘削弱区域可以形成一个扩大的塑性铰区,耗散大部分能量,避免梁根部应力发展导致梁柱连接焊缝过早出现脆性破坏,并且比传统节点具有更强的耗能能力,是一种较为理想的延性节点。研究结果还表明,梁柱间对接焊缝具有良好质量才能充分发挥翼缘削弱型节点的耗能性能。
GFRP管钢骨高强混凝土组合柱轴心受压试验研究
王连广, 秦国鹏, 周 乐
2009, 26(9): 170-175,.
摘要:
通过6根GFRP管钢骨高强混凝土组合柱轴压试验,研究了GFRP管纤维缠绕角度、GFRP管厚度及内置钢骨等对组合柱的受力性能影响。试验结果表明:组合柱承载力随着GFRP管壁纤维缠绕角度的减小而增加,变化幅度相对明显,随着GFRP管壁厚度增加而增加,而GFRP管纤维缠绕角度和管壁厚度变化对内部钢骨受力影响较小。组合柱内部钢骨受混凝土约束,没有发生局部屈曲,钢骨对混凝土也有约束作用,增加了组合柱的变形能力,提高了组合柱的承载能力。根据试验研究与理论分析,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。
其他工程学科
采用特征线方法对混合硬化情况下基于变形机制的应变梯度工程塑性理论的研究
秦 江, 黄克智, 黄永刚
2009, 26(9): 176-185.
摘要:
应变梯度工程塑性(简称CMSG)理论是一种低阶应变梯度塑性理论。它保持了经典塑性理论的基本结构,不需要非经典的附加边界条件,因此容易应用于数值分析。该文建立了在混合硬化情况下CMSG理论的本构关系,并采用非线性偏微分方程中的特征线方法研究其适定性。对于无限长固体层承受剪切的问题,确定了在不同的混合硬化情况下CMSG理论的“定解域”。在“定解域”内特征线方法的解与混合差分方法的解吻合得很好,但在“定解域”之外解有可能不唯一,因此需要非经典的附加边界条件才能使其解成为适定。随着外加剪切应力的增加,“定解域”逐渐收缩并最终消失。
考虑水平冲击的飞船座椅缓冲器力学特性设计
谢 燕, 雷勇军, 李道奎, 周建平
2009, 26(9): 186-190.
摘要:
基于无水平冲击着陆工况设计的飞船座椅缓冲器的缓冲行程在有水平冲击时会超出空间限制要求。针对这种设计缺陷,在考虑水平冲击工况的基础上,根据缓冲器工作原理提出了分三部分设计缓冲力的思想。综合考虑加速度响应峰值、行程和缓冲力梯度的影响,在极限水平冲击工况下设计了新的五级分布缓冲力。结果表明:重新设计的缓冲机构缓冲力符合行程约束要求,能够适应更宽的着陆工况范围。
基于内积向量的复合材料结构损伤检测
杨智春, 王 乐, 丁 燕, 党晓娟
2009, 26(9): 191-196.
摘要:
提出了内积向量(Inner Product Vector,IPV)的概念,证明了在白噪声激励下内积向量是由结构各阶模态振型叠加而成,且每阶模态的加权因子仅与结构的模态参数有关,并在此基础上提出了应用内积向量进行结构损伤检测的方法。该方法仅仅利用在白噪声激励下测试的结构振动响应信号,避免了结构有限元建模误差和结构固有模态识别误差对损伤检测结果的影响。通过对复合材料层合梁和层合板的分层损伤检测算例,验证了该方法检测损伤的有效性及准确性。
功能梯度管环形裂纹扭转冲击特性分析
聂 辉, 冯文杰
2009, 26(9): 197-200.
摘要:
该文研究了含环形裂纹功能梯度管的扭转冲击问题。假定管的剪切模量和密度是梯度变化的。应用拉普拉斯和傅里叶积分变换,引进位错密度函数,将问题首先化为拉普拉斯域内Cauchy奇异积分方程,然后化为代数方程,并进行数值求解。通过拉普拉斯逆变换得到时域动应力强度因子(DSIF)。结果表明:DSIF很快达到一个峰值,然后以衰减的幅值振荡,最后趋于相应的静态值;裂纹位置、管的厚度及材料梯度对DSIF都有很大影响。
带有万向联轴节双刚体航天器姿态运动的最优控制
戈新生, 吕 杰
2009, 26(9): 201-207,.
摘要:
带有万向联轴节联结的双刚体航天器系统在无外力矩作用时,其姿态运动可通过联结双刚体航天器的万向联轴节进行控制,这种由控制输入数目少于系统自由度的系统称为欠驱动系统。该文利用系统相对于总质心的动量矩守恒这一特性研究了欠驱动双刚体航天器的三维姿态运动控制问题。导出带有万向联轴节联结的双刚体航天器系统三维姿态运动控制模型,并将系统的控制问题转化为无漂移系统的运动规划问题,利用最优控制技术和小波分析方法,提出基于小波逼近的遗传算法最优运动规划数值算法。通过数值仿真,表明该方法对有万向联轴节联结的欠驱动双刚体航天器三维姿态运动的运动规划是有效的。
层状压电复合介质中的螺位错分析
孔艳平, 陈长虹, 刘灵灵, 段淑敏, 刘金喜
2009, 26(9): 208-214.
摘要:
研究了层状压电复合介质中的螺位错与界面的相互作用,应用傅里叶变换的方法推导了弹性场、电场和像力的解析表达式。基于所得到的解,计算了应力和电位移的分布特征;分析了位错位置、压电效应和材料性能对界面应力以及像力的影响。结果表明:压电效应的存在可以改变位错与界面的相互作用机理;弹性常数的差异对界面应力有较大的影响。
磷酸二氢铵空心微球形成的数学模拟
傅宪辉, 沈志刚, 麻树林, 邢玉山
2009, 26(9): 215-224.
摘要:
该文首次根据喷雾干燥中磷酸二氢铵空心微球的形成过程、形成条件和形成机理,模拟了磷酸二氢铵空心微球的形成过程。磷酸二氢铵空心微球形成过程的数学模型包括了连续性方程、动量方程、能量方程、质量扩散方程和质量守恒方程,能够反映空心微球在变密度、变粘度、动边界以及非等温条件下气泡的半径、气泡内的气压、空心微球的温度和水分浓度的分布变化以及羧甲基纤维素(CMC)浓度和表面张力对气泡半径的影响。数值计算气泡最后的半径与实验值比较接近。
内部爆炸荷载作用下钢筋混凝土板碎片抛射速度的预测
龚顺风, 金伟良
2009, 26(9): 225-230,.
摘要:
大型地上军火库由于发生偶然的爆炸,相应的钢筋混凝土结构在内部爆炸荷载作用下的动力响应特别是碎片的大小和抛射速度将会对周围的人造成巨大的伤害。因此,合理地预测钢筋混凝土结构的损伤破坏及碎片形成和抛射速度已成为军火库安全性能评估的重要关注问题。该文对箱型封闭空间内钢筋混凝土板在内部爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟研究,模型考虑了应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及空气-结构之间的流固耦合相互作用,数值分析结果展示了钢筋混凝土板在内部爆炸冲击波和气体压力荷载作用下从损伤破坏、碎片形成到抛射的动态演变过程,混凝土碎片大小和抛射速度与试验结果吻合较好。研究结果表明:爆炸冲击波影响钢筋混凝土板的开裂破坏和碎片的大小,而气体压力荷载对碎片的形成和抛射速度起着重要的作用。
基于伴随流场的流动优化控制
张 辉, 范宝春, 陈志华, 董 刚
2009, 26(9): 231-236.
摘要:
弱电介质溶液中,电磁场产生的Lorentz力可以控制流体的运动。将其用于钝体绕流时,可以减少阻力、抑制分离和消除涡街。该文根据非线性优化控制理论,以圆柱绕流的电磁优化控制为例,以控制涡能为目的,推导了性能指标的表达式和伴随方程。基于棋手对弈时选择最佳落子的思路,通过求解流动方程和伴随方程,得到流场的非线性优化控制的解,即优化的电磁场强度的变化规律。讨论了优化控制下,绕流流场和圆柱表面阻力和升力的变化。结果表明:通过优化控制,可以达到减少阻力、消除涡街及涡生振荡的目的。
张开裂纹闭合的数值模拟及简化判据研究
李 强, 杨 庆, 栾茂田, 贾景超
2009, 26(9): 237-243.
摘要:
采用复变函数和保角变换的方法分析了压缩作用下脆性材料内张开型裂纹闭合变形规律,在此基础上,提出的裂纹闭合载荷简化求解公式,并进行了误差分析,分析表明采用简化公式计算结果和前人提出的理论解结果相差不大,但大大简化了计算,便于应用。并参照现有的试验,采用有限元法对压缩作用下的张开型裂纹的闭合过程进行了数值模拟,数值结果表明:张开型的椭圆裂纹面在压缩作用下要么完全闭合,要么完全张开,不存在中间状态,验证了以上的闭合规律;通过对有限元模型的节点位移变化规律的分析,提出了采用数值求解裂纹闭合载荷的方法,并将数值计算结果和理论解及简化解进行了对比分析,三者吻合很好,验证了闭合载荷简化求解方法的可靠性。
用U形切槽梁同时测定准脆性材料的拉伸强度和断裂韧度:理论分析
罗 林, 王启智
2009, 26(9): 244-250.
摘要:
对于三点弯曲U形切槽梁二等分线上的张开应力,如果用Creager和Paris的经典近似公式计算,则其适用范围很小;而用我们修正的公式计算,其适用范围几乎函盖U形切槽二等分线上整个拉伸区。由张开应力在U形切槽二等分线断裂过程区长度上积分,然后除以该长度得到平均张开应力;当其达到临界值时就得到包含拉伸强度和断裂韧度两个材料参数的平均应力破坏准则;利用这一准则提出用三点弯曲U形切槽梁同时测定这两个材料参数的新方法。因此,只要在实验时,制作一系列切槽深度相等而根部曲率半径不同的待测准脆性材料的U形切槽梁,用三点弯曲加载并分别测得其临界荷载,在已知应力集中系数的情况下,应用平均应力破坏准则就得到一超定方程组,再用恰当的数值方法便可解出拉伸强度和断裂韧度两个未知数。
采用比例-积分控制的实时子结构试验等效力控制方法
许国山, 吴 斌
2009, 26(9): 251-256.
摘要:
等效力控制方法用反馈控制代替数学迭代过程求解实时子结构试验隐式逐步积分方法的非线性方程。对于非线性结构试验,采用比例-微分(PD)控制器的等效力控制方法会使等效力响应产生稳态误差。该文用比例-积分(PI)控制器代替PD控制器以解决此问题。分析与模拟的结果都表明,对于非线性体系的等效力控制方法试验,PI控制优于PD控制。