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2010年  第27卷  第5期

基本方法
横向线动载荷作用下复合材料层合梁的脱层扩展分析
杨金花, 傅衣铭
2010, 27(5): 1-007.
摘要:
该文基于可动边界变分原理对层合梁脱层扩展进行了分析,分析中考虑脱层间的接触效应,建立了层合梁在横向线动载荷作用下的非线性控制微分方程及相应的定解条件;同时应用Griffith准则,导出了脱层前缘各点处的能量释放率表达式;算例中讨论了脱层长度、脱层深度、几何尺寸及材料性质等因素对脱层扩展的影响。研究表明:脱层梁承受横向拉力作用时,其发生脱层扩展的可能性要比承受横向压力时大得多;脱层越长、动载荷幅值越大,脱层越容易扩展;脱层越深、梁的长高比L / h及材料的E11 / E22比值越大,脱层发生扩展的可能性 越小。
用边界元行列子域法模拟非均匀脆性材料的弹性特性和破坏过程
高令飞, 郑小平, 姚振汉
2010, 27(5): 8-013,.
摘要:
该文采用边界元行列子域法,对格子形式的非均匀脆性材料的弹性性质和破坏过程进行了数值模拟,研究了各种非均匀因素对于等效弹性模量和破坏强度的影响。结果表明:随着材料非均匀度的增加材料的等效弹性模量和破坏强度逐渐降低,并且破坏强度的降低程度超过等效弹性模量的降低程度。当组分材料间的界面为非理想界面,界面破坏强度低于组分材料的破坏强度时,非均匀材料的破坏强度还要进一步降低。
人-梁相互作用动力学模型研究
王 海, 周 叮, 王曙光
2010, 27(5): 14-020.
摘要:
该文用一个具有分布质量、阻尼和刚度的动力学模型来表示附着于梁上的人体,利用Lagrange方程建立了有限个人留驻在梁上(即人-梁相互作用动力学模型)的振动微分方程。分析了人-简支梁联合体系的动力学特征,展现了人对简支梁动力特性的影响。并将数值模拟结果与英国学者的实验结果相比较,验证了该文所建立的人-梁相互作用动力学模型的合理性和正确性。
一种改进的广义遗传算法及其在结构动力优化问题中的应用
燕乐纬, 陈树辉
2010, 27(5): 21-026.
摘要:
该文提出了一种改进的广义遗传算法。算法中引入了异种机制以提高种群的多样性,在保证收敛速度的同时防止早熟收敛。该方法应用于随机风载荷作用下有应力约束的多参数结构动力响应优化问题,数值算例表明:异种机制能够有效地提高广义遗传算法收敛于全局最优解的概率并加快收敛速度;带有异种机制的广义遗传算法能够有效地求解复杂的结构动力优化问题。
矩形板边界支撑优化设计
王 栋, 段宇博
2010, 27(5): 27-031.
摘要:
采用瑞利-里兹法分析、计算矩形板附加弹性铰(简)支撑的最小刚度和最优支撑位置,使板的第一阶固有频率达到原结构的第二阶频率。矩形板仅有一边固定(固支或简支),其他边自由,弹性支撑位于固定边相对的自由边界上。由振动系统能量泛函取极小值原理,构建特征频率方程,利用拉格朗日乘子施加最优支撑位置应满足的设计条件。算例结果表明,该文提出的方法是可靠的,能得到满意的结果。
余弦分布压力下矩形薄板的屈曲
谈梅兰, 董经鲁
2010, 27(5): 32-035.
摘要:
针对不同支承条件,两对边受半余弦非线性分布压力下弹性矩形薄板的屈曲问题,进行了分析研究。对于只产生对称变形的矩形薄板,基于辛弹性力学的平面矩形域理论,给出了精确的面内应力分布。运用Galerkin法分析计算了半余弦分布压力下矩形薄板的屈曲载荷。根据各种不同支承矩形薄板弯曲的位移边界条件,借助于符号运算软件Maple,编写了相应的用户计算程序。对九种不同支承组合下的弹性矩形薄板进行了计算,得到了不同长宽比矩形薄板的屈曲载荷系数。通过与已有文献结果的比较表明,该文求解方法是有效和精确的。基于所给出的结果,可望为解决矩形薄板在非线性分布载荷下的屈曲分析提供一种新的研究方法。
强耦合流激振动的建模及求解的预测多修正算法
张立翔, 郭亚昆, 王文全
2010, 27(5): 36-044.
摘要:
将基于Lagrangian描述的结构振动问题与基于Eulerian描述的不可压缩粘性流动问题通过流-固系统的功率耗散平衡在广义变分原理的框架下统一,建立了描述强耦合流激振动的有限元控制方程。采用将Newmark法和Hughes预测多修正法相结合的求解策略,提出了基于稳定有限元法求解小变形弹性结构强耦合流激振动的计算方法,用于计算复杂边界条件下的流激振动问题。以三维混流式水轮机叶道为例的数值算例表明,模拟结果与试验实测结果吻合较好。
四边形单元面积坐标插值的新方法
陈 娟, 李崇君, 陈万吉
2010, 27(5): 45-052,.
摘要:
该文利用三角形面积坐标插值和B网方法建立了平面四边形样条单元函数,这类单元函数的特点是满足协调条件,4/8/12节点四边形单元函数分别具有1/2/3次完备阶。其中后两个单元函数的完备阶数高于同类等参元和面积坐标广义协调元,并且应力在单元内部连续。该文通过算例测试了这些单元,数值结果显示它们具有高精度并克服了网格畸变的敏感性。
系泊缆松弛-张紧状态应力波的特性分析
张素侠, 唐友刚, 侯书军, 刘习军
2010, 27(5): 53-059.
摘要:
从应力波的自由传播特性出发,分析在系泊缆绳松弛-张紧问题研究中需要考虑的因素。引入缆绳单位长度的重力与缆绳水平张力的比值 ,利用泰勒级数展开,将平衡张力和曲率表示为 和缆绳弧长坐标 的函数。研究了缆绳出现松弛-张紧状态时应力波的自由传播特性,分析缆绳内水平张力、缆绳弧长坐标等参数对缆绳内应力波传播特性的影响。结果表明:缆绳处于松弛-张紧状态时,缆绳内应力波传播特性与张力、曲率和缆绳自重等因素密切相关。该文的工作为缆绳松弛-张紧条件下冲击载荷问题的研究奠定了基础。
虚拟裂缝模型的接触有限元法实现
赵兰浩, 李同春, 颜天佑
2010, 27(5): 60-067.
摘要:
沿裂缝可能开展路径设置接触点对,将求解接触问题的有限元混合自由度法进行扩展,以实现混凝土断裂力学虚拟裂缝模型的数值模拟。把作用在结构上的力系分解为外力和接触缝面上的接触力,以结构的位移为基本未知量,而以缝面局部坐标系下的结点接触力为迭代变量,将非线性接触迭代收缩在可能接触缝面上进行,提高了计算效率。计算过程中缝面接触力和开口位移可以显式地求出,故可方便地引入各种类型的混凝土软化本构关系,实现混凝土断裂力学虚拟裂缝模型的数值模拟。首先给出了有限元混合自由度法求解接触问题的基本思路,然后引入混凝土软化本构关系,最后以数值算例说明了该文方法的正确性和有效性。
一种T形胶接接头的简化有限元单元
赵 波, 吕振华, 吕毅宁
2010, 27(5): 68-074,.
摘要:
以胶接接头位移理论为基础,通过一组特定的位移约束条件确立了被粘物纵向和横向位移函数,建立了对称T形胶接接头的简化有限元单元,并得到单元刚度矩阵。这些接头单元能够克服胶层厚度估计过大的问题,降低了整体有限元模型的自由度数量,适用于大型有限元模型中对胶接接头的简化建模。精细有限元模型的数值验证表明,胶接接头简化有限元单元精度很好,使其应用到诸如汽车白车身、飞机等大型有限元模型中成为可能。
单轴对称楔形工字钢梁的平面外稳定
董诗忆, 童根树
2010, 27(5): 75-082.
摘要:
该文推导了楔形变截面梁弯扭屈曲的非线性应变能,并依据得到的总应变能进行有限元分析公式的推导。对楔形悬臂梁,中间截面最大的楔形变截面简支梁承受集中荷载和均布荷载的情况进行了分析,与ANSYS基于板壳理论的有限元分析结果进行对比,验证了该文理论的正确性和精度。最后依据该文理论分析了两端简支的楔形工字钢梁受不等端弯矩作用下的临界弯矩,拟合了高精度的临界弯矩计算公式,该公式形式与等截面梁的相同,物理意义明确,便于工程应用。
流固耦合问题的网格更新与信息传递新方法
周 岱, 李 磊, 邓麟勇, 张夏萍
2010, 27(5): 83-090.
摘要:
研究流固耦合问题中的网格技术。针对流体域的网格移动,提出基于映射结构化网格的插值更新的新方法,采用映射插值函数计算流体网格节点位移并与初始网格坐标值叠加,以获取流体新的节点坐标。对二维正方形、梭形及三维立方体流场网格更新开展数值计算。计算表明,该方法可保持原网格的拓扑关系,且更新速度快,更新质量好。使用约束反力分配法和投影插值法分别传递流体域到结构域、结构域到流体域的信息,运用基于该方法的自编程序对典型形体的结构流固耦合界面进行信息传递计算模拟。通过对比传递前后结构与流体的作用,验证了基于该方法的数值传递效果理想。
土木工程学科
三维隔震抗倾覆结构振动台试验
颜学渊, 张永山, 王焕定, 魏陆顺
2010, 27(5): 91-096.
摘要:
应用一种具有自主知识产权的被动控制装置——碟形弹簧三维隔震抗倾覆支座(3D-BIORD-DS)对一高层钢框架模型结构进行了隔离三向地震动激励的振动台试验。介绍了装置的设计原理和力学性能试验,试验结果表明:装置内置钢丝绳交错与否对装置的水平性能有较大影响;装置具有足够的竖向承载力。进行了模型结构振动台试验,考查了4条地震动作用下的结构反应。对试验结果的分析表明:不管是短周期地震动还是长周期地震动,装置都能够较好地减小结构的三向地震响应;但是结构的倾角反应较大,表明支座的竖向刚度应当进行更加合理的设计,以满足可使用性要求。
跨高比L/h ≤1.5复合配筋连梁受力状态的模拟
皮天祥, 白绍良, 傅剑平
2010, 27(5): 97-105.
摘要:
根据钢筋混凝土联肢剪力墙复合配筋连梁在低周反复加载试验下的受力特征分析,在合理化假定基础上,该文发展了适用于模拟跨高比L/h≤1.5复合配筋连梁受力性能的超静定拉杆-压杆模型,该模型由包含对角斜向混凝土压杆、对角斜向钢筋压杆和对角斜向钢筋拉杆的主斜拉杆-压杆模型、以及包含菱形筋双肢和混凝土次斜压杆的菱形筋桁架模型组成。该文定量地确定了两类混凝土斜压杆变形与梁端侧移的关系,进而根据杆件间的变形规律建立起各拉杆和压杆的几何方程和变形协调方程,然后取各杆件为脱离体进行受力状态分析,得到杆件受力与变形之间的关系,最终在梁端截面位置建立起力总体平衡方程。共31个计算式的迭代计算结果与试验结果对比表明,该模型能较好地反映跨高比L/h≤1.5复合配筋连梁从开裂到失效全过程受力性能。
钢管混凝土柱-梁连接节点弯矩-转角关系计算方法
曲 慧, 王文达
2010, 27(5): 106-114,.
摘要:
分别建立了钢管混凝土柱-外环板式钢梁和钢筋环绕式钢筋混凝土梁连接节点的有限元数值分析模型,理论计算得到了试验结果的验证。基于理论模型,分别对影响此两类节点力学性能的主要因素进行了系统参数分析,明晰了各主要参数对节点弯矩-梁柱相对转角关系的影响规律,提出了此两类节点的节点弯矩-转角关系的实用计算模型,结果表明:实用模型和数值模拟结果总体上吻合良好。
粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算
陈万祥, 郭志昆
2010, 27(5): 115-121.
摘要:
给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。
隧道水平冻结施工过程的数值模拟
耿 萍, 晏启祥, 何 川, 汪 波
2010, 27(5): 122-127.
摘要:
地层冻结是一个水、热、力三场耦合的复杂问题,为了直观了解冻结壁形成过程中,土体温度场分布极其随时间的变化规律,得到合适的地层冻结工艺参数和指标,并掌握冻结壁的力学特性,了解开挖隧道对土层稳定性的影响,保证工程的安全,针对某隧道工程,采用准耦合数值分析方法,对其水平冻结施工过程进行了数值模拟,研究表明:地层冻结加固有效地控制了地层和地表的变形,提高了隧道土体的稳定性。计算结果可供类似工程参考,并提供了一种概念清晰、计算简便、实用的水平冻结施工过程的数值模拟方法。
高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究
孙治国, 司炳君, 王东升, 郭 迅, 于德海
2010, 27(5): 128-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2008.12.0785
摘要:
为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。
空间主缆自锚式悬索桥成桥状态的确定方法
李传习, 柯红军, 刘海波, 夏桂云
2010, 27(5): 137-146.
摘要:
基于空间主缆自锚式悬索桥受力的内在要求,明晰了成桥状态确定的总体流程;从主梁受力合理(弯矩合理)的要求出发,获得了成桥状态吊索合理竖向力的确定方法;在阐述空间主缆找形解析法基本方程和吊索竖向力确定方法的基础上,给出了能确保收敛的空间主缆找形和吊索参数计算的具体步骤和方法;根据成桥状态吊索仅在横桥向倾斜的条件,推得了空间主缆线形变化刚度计算的递推公式。从而建立了概念明确、思路清晰、便于编程的空间主缆自锚式悬索桥成桥状态确定的高效高精度方法。杭州江东大桥的工程实例表明了该文方法的高效率、高精度。
简支梁转变为连续梁的弯矩调幅试验研究及其简化计算方法
王文炜, 吴文清, 李淑琴, 杨 威, 翁昌年
2010, 27(5): 147-152,.
摘要:
提出了一种通过在负弯矩区施加预应力将简支梁转变为连续梁的方法。为深入了解连续梁的内力重分布特性,进行了2根连续梁及1根对比梁的试验研究。试验中考虑的参数为预应力钢绞线的长度、单双支座。试验结果表明,简支梁转变为连续梁后,开裂荷载、极限荷载得到了较大的提高。弯矩重分布的规律为跨中截面开裂后,跨中截面的弯矩向中支座截面传递,中支座截面开裂后,弯矩反向向跨中截面传递。在试验研究的基础上,提出了两跨连续梁的弯矩调幅分析方法。计算结果表明:提出的计算方法与试验值吻合较好,可以用来计算连续梁的弯矩调幅。
钢管混凝土拉索组合拱桥索力优化研究
任 亮, 方 志, 上官兴
2010, 27(5): 153-158.
摘要:
钢管混凝土拉索组合拱桥是一种施工中以桁受力为主,成桥后以拱受力为主的新桥型,采用柔性拉索代替传统桁式组合拱桥中混凝土斜杆,使结构成为可调体系。基于钢管混凝土拉索组合拱桥施工过程中和成桥后的受力特点,采用恒载“零弯矩”法,确定悬臂施工过程中的拉索索力;以拱肋恒载弯矩分布最优为控制目标,以拉索索力为控制变量,借助影响矩阵,确定结构的合理成桥索力。最后,通过对已建成的天子山桥的计算分析表明该方法优化效果明显。
非饱和土中端承桩纵向振动问题简化解
张智卿, 王奎华, 李 强, 卢萌盟
2010, 27(5): 159-165,.
摘要:
基于单相流固结理论与Bishop有效应力原理,研究了单相流条件下非饱和土中端承桩的耦合纵向振动问题。建立了简化条件下非饱和土体的动力平衡方程,通过引入拉普拉斯变换和势函数对此方程进行解耦,并采用算子分解理论及分离变量法求得土体纵向振动位移形式解。依据桩土系统的边界和衔接条件,进而得到了桩顶动力响应的闭合形式解,并研究了主要参数对桩顶速度导纳和速度时域响应的影响。结果表明,桩长径比和桩土模量比对桩顶动力响应有着显著的影响,而吸力折减系数对其基本上没有影响。
机械工程学科
利用各向异性硬化张量模型预测SnAgCu合金在变温条件下的粘塑性力学行为
马 竞, 黄再兴
2010, 27(5): 166-172.
摘要:
该文模型利用称为“各向异性硬化张量”的二阶张量 代替“背应力” 描述材料的各向异性硬化状态,并据此建立起一种形式更为简单的无屈服面统一本构模型,通过引入温度因子 ,使该模型能够预测金属材料在不同应变率和不同温度下的粘塑性力学行为。该文对SnAgCu合金在不同应变率和不同温度条件下的力学行为进行了数值模拟,并与实验数据作比较。比较结果说明:新模型对金属材料力学行为的预测与实验结果相吻合。
高压容器双锥环密封性能的研究
盛水平, 韩树新, 郑津洋, 高永建, 陈海云
2010, 27(5): 173-178.
摘要:
针对高压容器双锥密封结构实际应用中泄漏事故,从高压容器双锥密封结构密封机理,关注双锥密封结构密封比压,提出了拐点压力和最小密封比压的概念。分析了操作工况主螺栓载荷计算、主螺栓预紧力计算,进而推导了双锥密封结构操作工况回弹量和密封比压公式,求出了双锥环与端盖支撑面刚产生、尚未产生径向间隙的拐点压力和此时的最小密封比压,并与有限元分析结果进行比较,两者结果相当一致,并建议GB150对最小密封比压进行校核。
真空隔热套管井筒套管强度研究
张永贵, 李子丰, 张立萍
2010, 27(5): 179-183.
摘要:
真空隔热套管是近年来研制成功的新型油井套管,地面测试结果证明其具有良好的隔热性能。但是,将其应用于稠油热采油井形成的隔热套管井筒是否能够满足稠油热采需要,尚需对其强度状况及井筒隔热情况进行深入研究。该文以稠油热采过程中的实际注蒸汽数据为基础,在井筒传热计算结果基础上,结合真空隔热套管结构及完井井筒结构,利用热弹性力学理论,对真空隔热套管井筒套管的内管、外管强度分别进行了计算、分析,利用内外管在不同井深处的应力计算结果,得出了井深、注蒸汽温度等因素对真空隔热套管井筒安全的影响规律。从而为真空隔热套管的正确使用及进一步完善提供了理论依据,也为实施正确的固井工艺提供了参考。
斜直井眼中转速对钻柱动力学特性的影响
胡以宝, 狄勤丰, 王文昌, 姚建林, 姚永汉
2010, 27(5): 184-190.
摘要:
针对钻柱和井壁之间的接触非线性特点,运用节点迭代有限元法计算钻柱的动态响应,研究了转速对钻柱动力学特性的影响,计算了钻柱涡动速度、涡动轨迹和横向加速度、纵向加速度。结果表明:钻柱和井壁之间碰撞频繁,过大的横向加速度、纵向加速度会使钻柱进入涡动状态甚至混沌运动状态,使钻柱产生较大的交变应力,导致钻柱的过早失效和井下测量工具的损坏。通过转速优化,可较大幅度地减弱钻柱的振动,降低钻柱的动态工作应力。该方法和结果对于工程实际具有指导意义,并为现场操作提供理论依据。
其他工程学科
窄锥结构的最不利动冰力
李 锋, 岳前进
2010, 27(5): 191-198.
摘要:
破坏模式效应是锥体结构动冰力的主导的综合效应。过渡型弯曲破坏峰值冰力最大,周期性最强,对冰速敏感,是最不利破坏模式,可产生最不利动冰力。通过1个案例、4个分析模型和1个数值模型论证了这一破坏模式效应假设。据此提出了一个窄锥动冰力函数,给出了3个参数的表达式。算例结果显示,在过渡破坏条件下预测的动冰力接近实测值。
埋地PVC管纵向断裂失效预测概率模型
邵 煜, 张土乔, 俞亭超
2010, 27(5): 199-204.
摘要:
针对存在初始裂纹缺陷的埋地PVC管在荷载作用下的纵向断裂失效问题,基于管道环向受力特性和裂纹扩展经验公式建立失效预测模型,并在此基础上运用蒙特卡罗法(MC)对模型和参数的不确定性进行随机模拟,给出管道失效风险率随服役时间变化的规律。计算结果表明:MC数值模拟结果与实测值吻合良好,说明失效预测模型的合理性;裂纹增长是一个由慢到快的过程,初始裂纹越大,失效时间越短;失效风险率在开始的20年内达到最高,随后逐渐减小;所有参数都作为随机变量考虑时与只有初始裂纹为随机变量时相比,失效风险率提高近一倍;管道初始裂纹、内压、残余应力和壁厚是影响管道失效时间的四个重要因素,管道内压和残余应力增加都导致管道失效率变大,准确的给出管道初始裂纹的分布对PVC管纵向断裂失效预测尤为重要。能够减小PVC管初始裂纹缺陷的生产工艺和施工技术可以有效提高管道的使用寿命。
一种基于近似模型管理的多目标优化方法
陈国栋, 韩 旭, 刘桂萍
2010, 27(5): 205-209,.
摘要:
针对实际工程优化问题,为了提高效率和减少近似模型带来的误差,提出一种基于模型管理的多目标优化方法。利用加强径向基插值函数在整个寻优区域内构造目标和约束的近似模型,结合微型多目标遗传算法寻找当前非支配解。通过模型管理方法更新近似模型,并控制由于近似模型带来的误差和更新次数,最后将误差控制在一定范围内的多个非支配解当作实际问题的解。在测试函数中验证了此方法的效率及非支配解的精度和分布的均匀性。最后成功应用于车身薄壁构件的耐撞性优化中,表明了可用于求解复杂的工程优化问题。
覆冰脱落对输电塔线体系的动力冲击作用研究
沈国辉, 袁光辉, 孙炳楠, 楼文娟
2010, 27(5): 210-217.
摘要:
当架空输电线路发生输电线覆冰脱落时,将会对导线、地线、绝缘子、杆塔构件以及整个输电塔产生动力冲击作用。采用有限元数值模拟方法,建立四塔五线的塔线体系模型,模拟覆冰和脱冰现象,获得输电塔线体系的脱冰响应。计算结果表明:覆冰脱落使得邻近的导线产生低频舞动,绝缘子发生大幅摆动,输电塔部分杆件出现较大的峰值应力。同时使输电塔基底剪力、基底弯矩等大幅增加,并且越靠近脱冰档的杆塔,受到的冲击作用越大。
UHTCC单轴受压韧性的试验测定与评价指标
蔡向荣, 徐世烺
2010, 27(5): 218-224,.
摘要:
韧性指标是评价超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)独特力学性能的重要指标。对比各国关于钢纤维混凝土弯曲韧性的测定与评价标准,该文以美国ASTM C1018标准、德国纤维混凝土标准和奥地利喷射混凝土标准为基础,分别采用等效抗压强度feq,n和开裂后的变形能 、韧性等级、评价纤维增韧作用的相对韧性指标RT1和评价UHTCC峰值后韧性的相对韧性指标RT2,从不同的角度详细定量地评价UHTCC的受压韧性性能。通过对棱柱体抗压强度在33MPa―52MPa之间的6组不同抗压强度的UHTCC进行单轴抗压试验表明,随着棱柱体抗压强度的增加,UHTCC开裂后所吸收的变形能和等效抗压强度增加;相对韧性指标计算结果表明添加体积分数为2%的PVA纤维使UHTCC的韧性性能达到相应基体韧性性能的2.6倍―3.8倍;使UHTCC峰值后的韧性性能达到峰值前的1.7倍―2.2倍,并证明纤维的作用主要体现在基体开裂后的韧性提高上;UHTCC的受压韧性等级主要在一级和二级之间。各组韧性指标均证明UHTCC具有较高的受压韧性性能和塑性变形能力,以及开裂后的高荷载承受能力。
一种根据膨胀位移计算橡胶圆筒弹性体膨胀内压应力的算法
牛文杰, 叶为民, 陈 宝, 黄 雨
2010, 27(5): 225-230.
摘要:
根据薄膜壳体的无矩特性,提出了分析不同注水时刻,膨润土膨胀施加给橡胶膜的膨胀力的算法。该方法从橡胶膜的膨胀位移分析橡胶膜膨胀内压应力入手,根据橡胶膜微元体三维弹性状态下的柱坐标形式的物理方程和几何方程,以及橡胶膜圆筒横截面处截面的内力平衡方程,推导了橡胶膜膨胀内压应力在不同时刻和不同位置处的计算公式。应用编制的HSSA-EXCEL程序,计算分析了在不同注水时刻,膨润土的膨胀所施加给橡胶膜的膨胀内压应力。计算结果表明:与注水端的位置较近处橡胶膜的膨胀内压应力较大;与注水端的位置较远处橡胶膜的膨胀内压应力较小。膨胀内压应力随着时间不断增长。
希罗装置复杂通道的CFD仿真和FE分析设计
王和慧, 于 莉, 周金水, 陈一凡, 谢可迪, 王守波, 施非非
2010, 27(5): 231-239.
摘要:
在分析希罗装置调节阀的失效情况基础上,揭示出其主要失效机理为气蚀;结合防止气蚀失效的现有技术和该调节阀的实际工况,提出管路压降优化设计的方案设想。利用CFD软件Fluent,采用 湍流模型和Simplec算法,模拟比较了调节阀内流场在管路压降优化前后的湍流状况。结果表明:通过增设迷宫式限流孔板组,分担调节阀部分压力降后,气蚀程度可大大降低,从而延长调节阀使用寿命,提高经济效益。进一步对设想的限流孔板组进行有限元分析设计,由Fluent计算出孔板组内流场的边界压力分布,转化为孔板组的内压载荷,进而在ANSYS环境下采用适合于曲面边界的20节点三维等参元进行有限元应力分析和强度评定;对初始设计方案的几何参数进行调整和计算,最终获得既经济又安全的设计方案,并由应力分布特点确定挡板的合理焊接工序。分析中成功实现了流体与结构两种不同软件和力学模型之间压力载荷的无缝连接技术。该方法对各类复杂输液通道的优化与延寿设计均有参考价值。
采用改进尾流振子模型的柔性海洋立管的涡激振动响应分析
陈伟民, 张立武, 李 敏
2010, 27(5): 240-246.
摘要:
建立了柔性杆件在非均匀流作用下的涡激振动响应预测模型,考虑了涡激振动锁频阶段流体附加质量的变化,以及振动响应和来流简缩速度的非线性关系。该模型通过经验公式结合迭代求解的方式,计算方便、速度快,避免了数值计算(CFD)的繁琐,较为适合于海洋工程实际应用。与试验和数值结果的比较表明采用该文提出的计算模型,可以更合理、准确地给出结构涡激振动响应。最后,结合实际平台参数,进行了柔性立管在非均匀流场的作用下的涡激振动响应分析,并研究了立管的预张力、流场分布等参数的影响。分析结果表明:随着立管张力和流场分布的改变,各阶模态锁频区域发生了变化,从而改变了结构的总体响应
梯形轨枕竖向振动模态分析
马 娜, 李成辉
2010, 27(5): 247-249,.
摘要:
梯形轨枕轨道作为一种新型的轨道结构,是基于纵枕轨道理论的基础研制的,在很多方面弥补了传统横向轨枕的不足,但其自身特点还有待进一步研究。已有的研究大多集中在静力方面,高速列车的发展引发的种种问题使得动力问题越来越突出。为了充分了解梯形轨枕的动力特性,并为进一步分析梯形轨枕轨道打下基础,论文对梯形轨枕的竖向振动模态进行分析,得到了其固有频率和振型,分析结果表明梯形轨枕具有整体性和传递性的特点。
基于有限元方法对波流场中养殖网箱的系统动力分析
崔 勇, 关长涛, 万 荣, 桂福坤, 黄 滨, 李 娇
2010, 27(5): 250-256.
摘要:
养殖网箱系统在海中除承受静载荷以外还受到波流等动载荷的作用,为确保安全有必要对网箱系统进行动力分析。为此提出一种基于有限元原理的养殖网箱系统动力分析方法,分别对圆形重力式网箱在水流、波浪以及波流联合作用下的网衣变形与锚绳受力进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较分析。结果表明:该方法具有解的稳定性,计算值与实验值比较吻合,较好地反映了网箱系统在波流场中的动力响应特性。