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2010年  第27卷  第10期

基本方法
结构几何非线性分析中临界点的直接求解
叶康生, 陆天天, 袁 驷
2010, 27(10): 1-006,.
摘要:
结构非线性分析中解路径上的临界点是反映结构承载特性的重要参数。该文基于结构非线性解路径跟踪的弧长法提出一个以解路径弧长为参数,直接求解临界点的Newton法。该算法具有很好的求解精度,适用范围广,对于单重临界点和多重临界点问题均能有效解决。数值算例表明:该文方法准确、可靠、高效。
铅芯橡胶支座微分型恢复力模型屈服前刚度的研究
金建敏, 周福霖, 谭 平
2010, 27(10): 7-013.
摘要:
该文简介了微分型恢复力模型(Bouc-Wen模型)的发展过程及其在铅芯橡胶支座中的应用,基于两个不同规格支座的压剪试验比较了不同屈服前刚度K1(K1=5Kd―40Kd)的微分型恢复力模型与实测结果的差异,发现了一些有益的规律。之后,计算分析了一个上部结构为8层的隔震模型,铅芯橡胶支座屈服前刚度K1分别取10Kd―40Kd,对于不同的屈服前刚度K1,上部结构底层的水平刚度分别设为100Kd、300Kd、500Kd,用以比较屈服前刚度K1对不同周期结构的地震响应的影响。通过以上对比和计算,对隔震设计中铅芯橡胶支座屈服前刚度的取值给出了合理建议。
考虑温度影响的混凝土微观断裂模型
张 衡, 魏德敏
2010, 27(10): 14-020.
摘要:
该文以各组分体积不变为准则建立了考虑温度影响的混凝土三相微观断裂球体模型。将混凝土组成简化为骨料,水及水泥浆体,并以模型中各层模拟;认为高温下混凝土的断裂为模型中间层水汽蒸发逸出的结果。通过气体状态方程分析了模型内部气压随温度的变化,并研究了骨料和水泥浆体层的应力状态。分析了含圆盘形裂纹的混凝土的可释放弹性能和表面能,并根据Griffith断裂准则给出了混凝土断裂韧性随温度的变化规律。对该文模型进行数值模拟,并与相关试验结果对比,结果证明了该文模型能够有效地计算高温下和高温后混凝土的断裂韧性。同时分析发现:随着温度的升高,混凝土可释放弹性能增大而开裂时的裂纹初始长度将减小。
基于主从式并行遗传算法的岩土力学参数反分析方法
张志增, 李仲奎, 程丽娟
2010, 27(10): 21-026.
摘要:
考虑到遗传算法的天然并行性和集群计算的高速并行性,提出了基于主从式并行遗传算法的岩土力学参数反分析方法。采用实数编码方法,缩短了个体编码的长度,减少了搜索空间;采用动态任务分配方案,可以避免处理器效率的不均衡;采取“松耦合”的方法将主从式并行遗传算法与FLAC程序进行耦合。基于C + MPI语言编写了反分析程序,并用标准弹性问题对程序进行了测试。测试结果表明,主从式并行遗传算法不仅能够准确地对岩土力学参数进行反分析,而且随着问题规模的增大可以得到接近线性的加速比。因此,针对适应度评价计算量大的岩土工程反分析问题,采用基于主从式并行遗传算法的岩土力学参数反分析方法,既保证了反分析的求解精度,又提高了反分析速度,满足工程上对于反分析的及时性需求,具有较强的应用价值。
隐式非线性动力分析有限元并行求解格式
付朝江
2010, 27(10): 27-033.
摘要:
针对非线性动力分析有限元并行计算,采取区域分解和预处理共轭梯度(PCG)算法,提出了三种并行求解格式。第一种整体界面格式(GIF)是将预处理共轭梯度算法应用于子区域组集的界面刚度系数矩阵;第二种局部界面格式(LIF)是利用子区域的非组集的局部Schur补矩阵构成预处理共轭梯度算法,采取不完全Cholesky预处理子;第三种局部子区域格式(LSF)是将预处理共轭梯度算法应用于局部非组集的子区域矩阵并且采用局部子区域信息构造预处理子。采用Newmark-β平均加速度法进行时间积分。编写了基于消息传递(MPI)编程模式的并行有限元程序。在工作站集群上实现了数值算例,分析了三种PCG格式的性能。计算结果表明提出的并行PCG格式优于传统的区域分解算法。
细观结构对缝合复合材料力学性能的影响分析
张晓晶, 杨 慧, 汪 海
2010, 27(10): 34-041.
摘要:
通过分析缝合层压板的细观结构特征,研究纤维面内弯曲形态对复合材料面内刚度的影响。缝合复合材料细观结构特征主要包含纤维弯曲角度、纤维弯曲长度、纤维弯曲区域宽度、缝线等效直径和树脂填充空隙五个参数。利用图像处理软件对不同缝合密度和缝合角度的复合材料富树脂区张开角度和宽度进行定量测量和统计分析,并建立五个特征参数之间的关系,作为代表体元分析法的基础假设。建立三维有限元单胞模型分别预测了缝合复合材料单向板及缝合复合材料层压板的刚度性能,与试验结果进行对比,表明该模型可以较好地预测缝合材料的刚度性能。
双参数三次Hermite插值逐步积分法求解结构动力响应
袁晓彬, 赵 晓, 方冬慧, 王清远
2010, 27(10): 42-046.
摘要:
为了求解结构动力学响应,该文提出了一种新的逐步积分法。通过三次Hermite插值在局部时间域上对位移、速度进行离散,给出了逐步递推计算格式;采用双参数控制算法的稳定性和计算精度。该方法具有自起步、计算精度较高、无需中间计算环节的特点。通过与Newmark法、Wilson法、精细积分法的数值结果对比分析,表明该方法是准确可靠的。
热冲击条件下基于非傅里叶热传导的热涂层单边裂纹问题力学分析
张士元, 郑百林, 贺鹏飞
2010, 27(10): 47-051,.
摘要:
热涂层厚度达到微、纳米尺度,基于傅里叶热传导定律建立的宏观热传导模型不再适用,相应的单边裂纹问题与宏观的有所差异。该文将非傅里叶热传导模型与傅里叶热传导模型相结合所得的温度场作为热载荷,运用有限元方法对单边裂纹驱动力( 积分)进行分析,并与完全按傅里叶热传导模型计算的结果进行比较,同时分析热涂层的热物理性能(如:松弛时间、声速)对 积分的影响。研究表明:基于非傅里叶热传导模型得到 积分比基于傅里叶热传导模型得到的结果小,随着松弛时间减短、声子速度降低, 积分值降低。
新型单边直圆椭圆混合柔性铰链的柔度计算及其性能分析
刘庆玲, 翁海珊, 邱丽芳
2010, 27(10): 52-056.
摘要:
柔性铰链在微机电领域得到了日益广泛的应用。该文提出了一种新型柔性铰链:单边直圆椭圆混合型柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导了单边直圆椭圆混合柔性铰链的柔度计算式。采用所得计算式对一组实例进行柔度计算,同时对其进行有限元分析,通过对比分析,验证了计算式的正确性。借助于推得的计算式,分析了单边直圆椭圆混合柔性铰链的各结构参数对其柔度的影响。通过与双边直圆椭圆混合柔性铰链对比分析,得出了单边直圆椭圆混合柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于双边直圆椭圆混合柔性铰链,综上所述,单边混合柔性铰链的提出为柔性铰链在结构紧凑、大位移场合的工程应用提供了新的思路。
土木工程学科
基于振动台的RTDHT试验及其在双层刚架结构上的应用
汪 强, 王进廷, 金 峰, 张楚汉
2010, 27(10): 57-064.
摘要:
实时耦联动力试验(RTDHT)是一种将物理模型试验与数值求解计算实时耦联在一起的新型结构动力试验方法。该文基于振动台构建了振动台型RTDHT试验系统,并对其动力特性进行了研究。利用所构建的RTDHT试验系统,研究了一个双层刚架结构的自振特性及动力反应,其中上层框架为物理子结构,而下层框架为数值子结构,通过两部分之间的实时数据交互得到整体结构的动力响应。将双层刚架的RTDHT试验结果与CDM数值计算结果进行了对比,结果表明二者吻合较好,基于该试验系统的RTDHT试验具有较高的精度。
钢管输电塔环型加肋节点极限承载力研究
刘红军, 李正良, 李茂华
2010, 27(10): 65-073.
摘要:
该文通过试验对钢管环型加肋节点的极限承载力进行了研究,同时借助有限元对此类节点进行了参数分析。根据试验和有限元所得到结果并结合虚功原理,提出了适用于估算此类节点极限承载力的极限分析模型和用于工程设计的建议计算公式,并与试验和有限元所得到的结果进行了比较。结果表明:分析模型具有较好的适用性;建议公式合理有效。
一种钢铅组合耗能器的滞回模型和减震效果研究
辛亚军, 程树良, 王焕定
2010, 27(10): 74-080.
摘要:
该文在工字型钢铅组合耗能器试验的基础上,建立其滞回模型,并对安装耗能器的减震结构进行数值仿真,研究这种耗能器的滞回性能和减震效果。首先建立了耗能器的有限元分析模型,在有限元模型能够准确描述耗能器力学性能的前提下,利用均匀设计法对耗能器的主要几何参数进行设计,并进行数值回归计算,得到了耗能器的双线性滞回模型屈服强度、弹性刚度、强化刚度等力学性能与几何参数之间的关系。建议的滞回模型形式简单,便于工程应用,且与试验结果接近,表明模型参数公式合理;最后,建立钢铅组合耗能器减震体系的仿真模型,进行地震反应分析,结果表明:钢铅组合耗能器有良好的减震控制效果。
局部火灾下钢筋混凝土平面框架结构的耐火性能研究
王广勇, 韩林海
2010, 27(10): 81-089.
摘要:
该文建立了局部火灾下钢筋混凝土平面框架结构耐火性能的有限元模型,在此基础上研究了火灾高温下框架结构的变形规律、结构的破坏机制、塑性铰分布规律、受火梁的内力和应力状态。该文分析了框架柱轴压比和火灾发生位置对平面框架结构耐火性能的影响规律,并初步探讨了平面框架结构整体的耐火极限和构件耐火极限之间的关系。
确定压力隧洞混凝土衬砌初裂间距的钢筋混凝土曲梁法
彭守拙, 钟建文
2010, 27(10): 90-095,.
摘要:
压力隧洞钢筋混凝土衬砌的裂缝间距直接影响裂缝宽度,是限裂设计重要参数之一。4个现场水压试验的结果和实际经验表明:与建筑构件相比,衬砌初次开裂的特点是裂缝间距较大、条数较少。提供一个确定“初裂间距”的钢筋混凝土曲梁法,它能考虑配筋量、衬砌曲率、内水压力、围岩的法向及切向反力的作用,且计算较为简易。比较了本法和“弹性地基曲梁理论”的优缺点并进行了讨论。算例表明,两法计算结果大体一致,都能反映衬砌的初裂特点,较为符合实际。也可利用所提供的方法判断随着内水压的升高是否发生第二次开裂。
强风下方截面高层建筑横风向气动阻尼比研究
吴海洋, 梁枢果, 陈政清, 彭晓辉
2010, 27(10): 96-103.
摘要:
该文设计了一种质量和结构阻尼比可调的底部弹性支撑刚性体的双向摆式气弹模型,并通过气弹模型风洞试验获得模型顶部加速度响应时程。运用改进的随机减量技术,识别了湍流场中强风下方截面高层建筑横风向气动阻尼比。分析了风场类别、结构阻尼比、均匀当量质量以及模型高宽比对横风向气动阻尼比随折算风速变化规律的影响。最后提出了横风向气动阻尼比的经验公式,并将引入气动阻尼比后的横风向响应计算值与气弹模型风洞试验测量值比较,证明了该气动阻尼比经验公式的正确性和实用性。
钢管混凝土压弯拱非线性临界荷载计算的等效梁柱法
韦建刚, 陈宝春, 吴庆雄
2010, 27(10): 104-109.
摘要:
对于截面上同时存在轴力与弯矩共同作用的抛物线钢管混凝土压弯拱的失稳临界荷载,采用截面内力的相关方程进行了等效梁柱法的计算;对于相关方程中的稳定系数,采用了考虑矢跨比因素的系数K1和初始缺陷因素的系数K2的乘积形式来表达;对采用不同钢管混凝土结构理论体系中的相关方程进行拱的非线性失稳临界荷载计算进行了讨论。通过与试验结果和有限元结果的对比表明,该文所提出的等效梁柱法能方便且较精确地计算抛物线压弯钢管混凝土拱的极限承载力。
轻骨料混凝土-型钢组合梁弯曲性能的数值模拟
方有珍, 邵永健, 孙国华, 王 磊
2010, 27(10): 110-118.
摘要:
为了系统研究SRC组合梁构件的弯曲性能,结合相关文献编制的有限元程序,编制了组合梁构件受弯性能的非线性有限元程序SRCBNP,对前期进行的系列试验构件进行了有限元的模拟,得到了相应试件的荷载位移曲线、破坏模式和SRCB-1试件混凝土裂缝开展与压溃过程,并与试验结果进行对比分析,结果表明:有限元计算与试验结论吻合较好,从而验证了程序的可靠性。同时还进一步分析了相关参数RC强度、截面组成对梁弯曲性能的影响规律,供相关规程规范的制订加以参考。
求解两端简支曲线梁面内内力和位移的精细传递矩阵法
孙建鹏, 李青宁
2010, 27(10): 119-123.
摘要:
该文应用精细传递矩阵法和曲线结构热胀变形规律,建立了在集中荷载和变温作用下两端简支曲线两面内内力及位移解的精细传递矩阵式。运用该文方法对一简支曲梁进行了计算,计算结果与曲线梁有限元结果吻合较好,从而验证了该文解答的正确性。将该文方法扩展运用与多跨曲线桥的求解,得出在变温和桥墩顶部摩擦力共同作用下多跨曲线梁的面内内力及位移的精细传递矩阵格式。建立实际曲线桥的有限元简化模型,通过结构有限元分析与精细传递矩阵法的计算结果比较,说明了该文理论具有很好的工程应用性,可作为曲线桥结构研究和设计的理论依据。
竖向地震作用下桥面与桥墩的多次重撞击力的计算
徐 然, 尹晓春
2010, 27(10): 124-130.
摘要:
采用简谐波形式的人工地震激励和瞬态波函数法,推导出了双跨连续梁桥在竖向地震激励下可能出现的多次弹性重撞击问题的理论解,采用组合体瞬态内力法,给出了多次重撞击力的求解方法。研究结果表明:该文方法可以合理模拟竖向地震作用下的桥面与桥墩间的多次重撞击现象,精确地求解复杂的多次重撞击力响应,模拟地震波和撞击瞬态波在结构内的传播过程,并可观察其中的“次撞击过程”。
型钢高性能混凝土剪力墙抗震性能试验研究
梁兴文, 白 亮, 杨红楼, 邓明科, 张兴虎
2010, 27(10): 131-138.
摘要:
通过6个剪跨比分别为2.1、1.5和1.0的型钢高性能混凝土剪力墙的低周反复水平加载试验,研究了这种构件在压、弯、剪共同作用下的破坏过程和破坏机理;分析了剪跨比、轴压比、水平分布钢筋数量等因素对剪力墙的破坏形态、延性、滞回特性、承载力衰减等的影响。试验表明,在压、弯、剪共同作用下,型钢高性能混凝土剪力墙的破坏形态与其剪跨比、轴压比、型钢与水平分布钢筋的相对数量等因素有关,其中,剪跨比和轴压比是影响型钢高性能混凝土剪力墙延性的主要因素,在剪跨比相同时,水平分布钢筋数量相对较多,剪力墙的延性相对较好。
混凝土收缩徐变分析的虚功增量方程及应用
陈常松, 颜东煌, 李学文
2010, 27(10): 139-144.
摘要:
为计算大跨柔性混凝土结构的力学响应,常需同时进行非线性与混凝土收缩徐变分析。基于非线性分析的虚功增量方程和混凝土收缩徐变的本构关系导出了用于非线性与收缩徐变耦合计算的混凝土收缩徐变分析的虚功增量方程,并将该虚功增量方程应用于杆系结构,结合拖动坐标法建立了非线性有限元格式的不平衡力的计算方法。通过算例表明,该文方法能够同时计算结构的非线性效应和收缩徐变效应,并且解的精度取与非线性的分析精度相同。
面板水平分缝对面板堆石坝应力变形影响分析
马立秋, 张 嘎, 程 嵩, 胡 耘, 张建民
2010, 27(10): 145-149,.
摘要:
该文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描述堆石料和土与结构接触面,对巴贡面板堆石坝面板水平分缝进行了有限元分析。给出了水平分缝不同数量、宽度时面板的应力和挠度及其分布规律。水平缝的设置对坝体的应力变形基本无影响;水平缝的数量对面板的挠度影响小;随水平缝的数量增加,顺坡向应力出现匀化现象,且最大值有减小趋势;增大面板水平缝的宽度有助于减小面板的顺坡向压应力,但作用不明显;增加面板与防浪墙缝宽度时,有利于减小面板的顺坡向压应力。
钢筋混凝土多纵梁渡槽仿真模型试验反演分析
赵顺波, 管俊峰, 黄承逵
2010, 27(10): 150-154.
摘要:
通过仿真模型与原型在弹性和弹塑性阶段的相似比,将钢筋混凝土多纵梁渡槽模型受力性能实测结果反演为原型受力状态。采用三维非线性有限元分析方法,计算了渡槽原型在自重荷载、设计水位荷载、校核水位荷载作用下的受力性能,并与原型反演值进行了对比,证明了渡槽模型试验测得的纵横梁和侧墙截面开裂荷载、应力及渡槽竖向位移和支座反力的合理性,反演计算后可用于正确评价渡槽原型的正常使用受力性能。
蚁群算法求解双弹性模量桁架结构反问题
杨海天, 张晓月, 赵 潇, 何宜谦
2010, 27(10): 155-161.
摘要:
利用光滑函数和有限元技术,建立了求解弹性双模量桁架结构的正问题数值模型,推导了敏度计算公式,并采用Newton-Raphson算法进行求解,在正问题建模的基础上,利用蚁群算法对拉压弹性模量进行识别,并探讨了参数取值范围和数据噪音对识别结果的影响,计算结果表明蚁群算法可有效地求解不同模量桁架反问题。
公路桥梁限载标准的可靠性分析方法
王松根, 李松辉
2010, 27(10): 162-166,.
摘要:
基于结构可靠度理论,建立了公路桥梁不同可靠水平下的车辆荷载限载标准。根据公路桥梁抗力及荷载效应概率分布函数与统计参数,采用最基本荷载组合形式与不同的活恒载标准值效应比值,从设计可靠水平与最低容许可靠水平两个层次,分别计算了按新老规范设计桥梁的超载影响系数。在此基础上,以三轴载重汽车和五轴载重汽车为不同汽车运行状态下的标准限载车辆模式,提出了基于典型限载车辆模式的公路桥梁安全限载标准与最大容许限载标准。最后,考虑实际抗力水平的差异,给出了基于不同规范设计桥梁限载标准的分析方法。研究结果表明,该文提出的基于可靠性的公路桥梁限载标准,与现行规范衔接紧密,可作为公路桥梁限载与超重运输通行审核的依据。

动载作用下桶形基础周围土体变形的数值模拟
李 驰, 鲁晓兵, 王淑云
2010, 27(10): 167-172.
摘要:
针对动冰载作用下桶形基础周围土体的液化变形进行了数值模拟。建立饱和砂层中桶形基础的简化计算模型,研究动载作用下砂层竖向和水平向的液化变形。首先与桶形基础动载离心机试验比较,验证了计算模型的可靠性。分析了砂层竖向和水平向液化变形特征,以及砂层变形随动载特性和土性参数变化的规律。研究结果表明:砂层变形随着动载频率减小、振幅加大、砂层弹性模量降低而增大。在该文计算模型和荷载条件下,砂层竖向最大变形发生在距荷载作用边界0.25倍桶高位置处,水平最大变形发生在荷载作用边界处。当动载激振时间超过5h后,土顶面竖向变形约为土底面竖向变形的3倍,距荷载作用边界2.0倍桶高位置处的水平变形仅为荷载作用边界处水平变形的3.3%。
不同构造形式的CSRC节点变形性能试验研究
刘 阳, 郭子雄, 黄群贤
2010, 27(10): 173-181.
摘要:
为研究核心型钢在节点区的截断形式对核心型钢混凝土(CSRC)节点变形性能的影响,进行了4个CSRC节点试件的低周反复加载试验。主要研究参数为核心型钢在节点区的截断锚固形式和轴压比,通过试验数据分析了各参数对CSRC节点的强度、刚度、延性和滞回特性等的影响。在对试件总体变形及塑性铰区域和节点核芯区变形量测结果统计分析基础上,研究了梁端的弯曲变形、节点区的剪切变形和柱身的弯曲变形所产生的侧移在框架结构总侧移中所占的比例及其规律。研究表明:该文提出的两种核心型钢的截断锚固构造对试件的抗震性能无明显不利影响。核心型钢在节点核芯区的截断会导致节点区剪切变形增加。两种不同核心型钢构造形式的试件节点区剪切变形基本相同。该文可为CSRC结构的拟静力弹塑性反应分析提供参考。
高强箍筋高强混凝土柱约束箍筋用量研究
孙治国, 司炳君, 王东升, 于德海
2010, 27(10): 182-189,.
摘要:
为研究高强箍筋约束高强混凝土柱塑性铰区配箍要求,统计了国内外进行的98个矩形截面和11个圆形截面高强箍筋高强钢筋混凝土柱拟静力试验数据。分析了影响高强箍筋高强混凝土柱延性抗震能力的主要因素为配箍特征值、轴压比、纵筋配筋、混凝土保护层厚度等。在此基础上,通过回归分析分别以2%和3%极限位移角为延性目标,建议了具有85%保证率的高强箍筋高强混凝土柱塑性铰区约束箍筋用量计算公式及配箍构造措施,适用于混凝土轴心抗压强度在40MPa―110MPa之间,箍筋屈服强度在400MPa―800MPa之间,试验轴压比在0―0.6之间的高强箍筋高强混凝土柱。
高强高性能混凝土多轴拉压力学性能
何振军, 宋玉普
2010, 27(10): 190-195.
摘要:
利用大型静动真三轴试验机,进行了高强高性能混凝土在各种应力比下的多轴拉压试验,多轴拉压试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体。试件受压面的减摩垫层为三层塑料薄膜中间夹三层甘油;受拉面先用打摩机去掉表面层,然后用结构胶与加载板粘结。阐述了试件破坏形态特点以及观察了裂缝发展方向,测得了多轴强度与应变,剖析了应力状态和应力比对高强高性能混凝土多轴拉压强度与变形的影响规律性。试验结果表明:多轴拉压强度与变形变化规律取决于应力状态和应力比。多轴拉压强度1f 、3f在所有应力比下分别小于其单轴拉压强度ft、fc;主拉峰值应变1p在单轴拉时最小,主压峰值应变3p在单轴压时最大。建立了高强高性能混凝土在多轴拉压应力状态下的破坏准则公式。
机械工程学科
无缝钢管张力减径过程多场顺序耦合有限元分析
于 辉, 李学通, 杜凤山
2010, 27(10): 196-201.
摘要:
根据某厂无缝钢管张力减径机组工艺规程,确定了热变形过程耦合组织演变模型,利用非线性有限元法,建立无缝钢管张力减径过程热、力、组织的多参量耦合数值分析模型。利用该模型对10机架实际张力减径轧制规程进行模拟计算,分析了钢管壁厚变化,形变、温度及微观组织的演变规律,并对轧后铁素体晶粒尺寸进行了实测对比。研究结果对研究张力减径过程金属内部微观组织演变规律、预报最终产品尺寸精度具有应用价值。
水下爆炸球面冲击波作用下船体梁的刚塑性动响应特性
李海涛, 朱 锡, 张振华
2010, 27(10): 202-207.
摘要:
将船体整体结构简化为理想刚塑性等截面直梁,推导了梁上冲击波壁压的理论公式,并对其进行试验修正,给出了修正系数的经验公式。以炸药在船体中部正下方爆炸的工况为研究对象,提出了一种计算船体梁在球面冲击波作用下发生刚体运动或塑性运动的近似理论方法,并通过船体梁模型试验验证了理论方法的正确性,最后利用该理论方法深入讨论了船体梁的塑性运动特性。结果表明:在冲击波作用时间内,船体梁的塑性运动过程是在整体刚体运动的基础上叠加了一个塑性变形转动;相比减小爆距而言,通过增加药量来增大塑性变形的效果要偏小;就舰船整体结构安全而言,适当减小船长比增加船宽会有更好的抗冲击变形效果。
考虑温度效应的新型钢塑复合管屈服与失稳分析
黄学伟, 蔡力勋, 李 想
2010, 27(10): 208-213.
摘要:
基于试验与有限元分析,给出了新型钢塑复合管的屈服强度和失稳强度,研究了影响钢塑复合管屈服与失稳强度的温度效应与尺寸效应,提出了预测钢塑复合管屈服与失稳强度的估算模型,当考虑1.2倍安全裕量时,该模型对外径规格为50mm―400mm的钢塑复合管屈服强度和失稳强度的预测精度可以得到保证。
提钻工况下旋挖钻机的受力分析
康辉梅, 何清华, 谢嵩岳, 朱建新
2010, 27(10): 214-218.
摘要:
在详细分析提钻工况下旋挖钻机的受力情况的基础上,建立了其数学模型,并对影响动臂变幅油缸和钻桅变幅油缸载荷的因素进行了理论分析。在Simulink仿真平台上构建了基于MATLAB函数的仿真模型并进行了仿真分析。结果表明:提钻工况下,动臂变幅油缸的载荷和除连杆重力以及动臂重力以外的外力的作用线无关;动臂转角的不同对动臂变幅油缸的载荷以及动臂与回转平台之间的铰链处的约束反力的影响最大。对应工况下的试验数据与仿真数据具有相同的变化趋势,说明该力学模型能够较真实地反映旋挖钻机的力学特性。
其他工程学科
低渗透煤层气非线性流动分析
张先敏, 同登科
2010, 27(10): 219-223.
摘要:
在考虑井筒储存和表皮效应影响的情况下,建立了存在启动压力梯度的低渗透煤层气流动数学模型,利用Laplace变换和Green函数方法求得了煤层气井的无因次井底压力的Laplace空间解析解,并通过数值求解绘制了典型样板曲线。通过对特征曲线的分析发现:在定产量生产的情况下,启动压力梯度对初期压力动态无显著影响;在生产的中后期,启动压力梯度值越大,则压力及其导数曲线上升趋势越明显,这代表启动压力梯度对煤层渗流的影响也就越严重,压力导数曲线上的径向流水平直线段消失;弹性储容比和介质间窜流系数主要影响煤基质孔隙向裂隙发生窜流的时间。
载流球台薄壳的热磁弹性分析
田振国, 杨 阳, 白象忠
2010, 27(10): 224-229,.
摘要:
在轴对称载流薄壳的几何方程、物理方程、运动方程和电动力学方程基础上,建立了载流薄壳热磁弹性耦合方程。考虑电磁场的焦耳热效应,引入热平衡方程及广义欧姆定律得到了薄壳的温度场。应用变量代换进行变形,整理成含有八个基本未知函数的标准柯西型方程式。通过差分及准线性化方法,变换成能用离散正交法编程求解的准线性微分方程组。对于载流球台薄壳,得到了洛仑兹力的表达式,并且推导得到了温度场积分特征值。讨论了载流球台薄壳应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律,并通过实例证实了可以通过改变电、磁、力场的参数来实现对板壳的应力、应变、温度的控制。
6自由度绳牵引并联机构飞行器模型单自由度振荡运动的动力学分析
黄 琴, 郑亚青, 林 麒
2010, 27(10): 230-234.
摘要:
运用牛顿欧拉法对8根绳牵引的6自由度并联风洞支撑系统建立动力学模型。由于该绳牵引并联机构采用冗余驱动引入过约束,所建立的动力学模型是高度耦合的非线性系统。系统的这一特点使得其动力学模型对应的拉力值是多解的,动力学分析变得更为复杂。该文采用优化算法,运用MATLAB编程,着重对飞行器模型的单自由度振荡运动进行了仿真分析。作为算例,给出了模型做俯仰振荡运动时各绳拉力变化的计算仿真结果。分析工作表明该算法对所提出的6自由度绳牵引并联机构动力学模型寻求可行解的有效性;所得结果对该类绳牵引并联支撑系统的总体设计及其在风洞动导数试验中的应用具有一定的指导意义。
基于能量法的波纹管式航天服关节阻力矩分析
李广利, 李道奎, 周仕明, 张瑞明
2010, 27(10): 235-240.
摘要:
根据最小势能原理,推导了考虑波纹壳体弹性变形的阻力矩方程,得出了波纹管式关节阻力矩与转角的关系,所得到的结果与力平衡法的结果吻合的很好,验证了该文方法的有效性。然后根据该文推导出的关系式,对关节几何参数和壳体的弹性变形对阻力矩大小的影响进行了分析。分析结果表明,在半径不变的情况下,增加波纹弧长或减小波纹间距可降低关节的阻力矩,在一定转角范围内波纹壳体的弹性变形对关节阻力矩的影响 很小。
肌纤维对植入大白鼠体内不同时期的羟基磷灰石压缩强度的影响
毕 平, 侯振德, 赵 巍
2010, 27(10): 241-245.
摘要:
为了确定羟基磷灰石植入体内后周围肌纤维对其承载能力的影响,该研究将羟基磷灰石植入大白鼠的背部肌肉中,在不同时间取出,测定其压缩强度的变化,以确定肌纤维在羟基磷灰石中生长对强度的影响。实验发现羟基磷灰石植入体内后,肌纤维向羟基磷灰石孔隙内生长,羟基磷灰石的强度随之变化,从植入前的11.53MPa增加到植入后20d的14.84MPa,但40d、60d和80d后基本不再增加。分析认为当羟基磷灰石植入体内后,纤维组织向其孔隙内生长,尤其是长入微孔隙,附着于其表面时增加了羟基磷灰石表层的强度。相当于一层复合材料薄壳包裹在羟基磷灰石的表面而提高了总体的强度。而当软组织自身继续生长时,新生的纤维组织将在原组织表面生长,而不会再向羟基磷灰石内部生长,由于软组织的刚度和强度都很低,对基体基本不再起增强作用,使得羟基磷灰石植入体内20d后材料的强度不再有明显增加。
点支式单层玻璃板疲劳刚度衰减规律试验研究
舒赣平, 李海云, 叶 涛, 卢瑞华
2010, 27(10): 246-250.
摘要:
点支式玻璃幕墙主要承受风荷载的循环往复作用,其组成单元钢化玻璃板表面存在大量的微裂纹,这些微裂纹在循环荷载作用下会不断的缓慢扩展,使得钢化玻璃板在服役期间可能发生疲劳破坏。该文从钢化玻璃板的疲劳试验角度出发,得出钢化玻璃板在循环荷载作用下的刚度衰减规律,且具有明显的三阶段特征,为后续的疲劳损伤和寿命预测研究提供了方法和依据。
CE风场模型在中国华南沿海地区的适用性研究
肖玉凤, 肖仪清, 段忠东, 宋丽莉, 魏 巍
2010, 27(10): 251-256.
摘要:
首先介绍了由非线性偏微分方程组描述的CE(the U.S. Army Corps of Engineers)风场模型,然后给出了基于有限差分的风场求解方法,利用2008年登陆广东的台风黑格比的卫星观测台风关键参数模拟得到了后报风场,并与若干个近地观测站点的10min平均风速和风向数据进行了对比,结果吻合良好,说明CE台风风场适用于中国华南沿海地区,可用于该地区基于Monte Carlo的台风危险性分析。