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2010年  第27卷  第8期

基本方法
采用面积坐标方法和形函数谱方法构造四边形薄板元
王 丽, 龙驭球, 龙志飞
2010, 27(8): 1-004,.
摘要:
构造一个四边形薄板元,其构造方法有两个特点:1) 采用四边形面积坐标方法以代替等参元坐标方法,从而使单元对网格畸变不敏感。2) 采用形函数谱方法从已知的膜元推导出新的薄板元,换言之,利用已知的膜元形函数(低阶形函数)来导出待求的薄板元形函数(高阶形函数),此法的要点是:形函数谱是由低阶和高阶形函数所组成,而高阶形函数则是对低阶形函数加以升阶而导出。此法的优点是:使新单元的推导过程大为简化,而且导出的高阶形函数也非常简洁。
非线性热传导反问题参数辨识
薛齐文, 魏 伟
2010, 27(8): 5-009.
摘要:
基于一种时域正演精细算法,引入Bregman距离加权函数作为正则项,应用Tikhonov正则化方法,对非线性热传导反问题进行求解。所建正/反演数值模型在便于敏度分析的同时,能够对非线性内热源强度、导温系数和边界条件等多个热学参数进行有效组合识别。该文给出了相关的数值算例,并对信息误差以及不同正则项的计算效率作了探讨,得到满意的计算结果。数值结果表明所提的求解策略在求解非线性热传导反问题时,不仅能够对相关的热学参数进行有效的组合识别,而且具有较高的计算精度、较好的稳定性和一定的抗噪性,采用加权的Bregman距离函数作正则项可以提高计算效率。
纤维增强粘弹性复合材料层合板的自由振动和应力分析
胡明勇, 王安稳
2010, 27(8): 10-014,.
摘要:
基于Reddy分层理论推导出纤维增强粘弹性复合材料层合板的动力学方程,得到了其自由振动频率和损耗因子;分析了自由振动时,纤维体积含量和纤维增强层厚度对自然频率和损耗因子的影响;且计算出了协调的横向应力,数值结果分析表明:结构频率和损耗因子随纤维体积含量的增加而增加;阻尼材料参数对结构损耗因子和横向应力影响较大,且阻尼材料模量存在最佳值;高阶模态下,较高的横向正应力是层合板脱层的主要因素。
宽翼薄壁工字形梁动力反应的能量变分法
王根会, 甘亚南, 王振波
2010, 27(8): 15-020.
摘要:
采用四个独立的广义位移 、 和 对宽翼缘薄壁工字形梁的动位移进行了准确描述,同时考虑剪滞翘曲应力的轴向自平衡条件,提出了一种能对工程中常用的上翼板、下翼板具有不同宽度工字形梁动力反应的分析方法。以能量变分原理为基础,推导出了工字形梁动力反应的控制微分方程和自然边界条件,获得了相应广义动位移的闭和解,据此对薄壁工字梁的动力反应特性进行了研究,揭示了工字形梁动力反应的规律。算例中,该文解析解与有限元数值解进行了比较,证明了该文分析方法的有效性。
基于有限元法的16MnR缺口件疲劳寿命预测方法
邱宝象, 高增梁, 王效贵, 冯淼林
2010, 27(8): 21-027.
摘要:
以16MnR钢缺口棒状试样为研究对象,基于有限元分析方法,提出了一个缺口构件疲劳寿命预测方法。以一种能描述材料非Masing特性的A-F类循环塑性理论为基础,用有限元方法分析了缺口棒状试样在比例与非比例加载下的多轴应力-应变状态。比例与非比例加载工况通过理想的试验控制路径和半寿命时的试验实际路径来实现加载。基于有限元应力-应变结果,运用一个基于临界面概念的多轴疲劳损伤准则预测了缺口构件的疲劳启裂位置和寿命。分析结果表明:提出的疲劳寿命预测方法能很好地预测缺口构件在比例与非比例加载下的疲劳寿命。
基于薄壳单元的薄膜结构褶皱分析
张 建, 杨庆山, 谭 锋
2010, 27(8): 28-034,.
摘要:
薄膜结构是由柔性膜材作为主要受力构件的一种新型空间结构。在外荷载的作用下,膜材会产生褶皱,进而影响膜结构的受力性能和可靠性。因此,对薄膜结构的褶皱分析是十分必要的。根据屈曲理论,采用薄壳单元对张拉薄膜结构在面内荷载作用下的褶皱问题进行模拟,得到褶皱的波长、幅值及方向等信息。通过与实验结果的比较,证明该文方法的准确性和有效性。采用该方法,在准静态条件下,分析了在工作荷载下气枕式充气膜结构的形与态。在其基础上,考虑垂直于膜面与膜面内荷载共同作用下气枕的褶皱分布情况及应力状态。计算结果表明:采用薄壳单元可以模拟张拉薄膜结构与充气薄膜结构的变形、褶皱具体信息以及单元应力变化情况等。
考虑阻尼影响的大型有限元模型迭代动态压缩法
刘正山, 吴志刚, 赵国威
2010, 27(8): 35-039.
摘要:
针对具有阻尼的结构系统,该文提出了一种对其有限元模型进行降阶的新迭代动态压缩法。首先,建立结构的有限元模型,提取系统的质量阵、阻尼阵和刚度阵,并且按照主副自由度的顺序进行调整;然后,利用系统主自由度对应系数矩阵降阶前后的等价性,构建包含阻尼因素的系统减缩矩阵控制方程,并通过迭代求解获得满足要求的减缩矩阵;最后,利用该矩阵进行系统模型的降阶。在降阶过程中,系统矩阵顺序的调整比较简单,所用的线性转换矩阵推导也比较简便,并且系统质量阵、阻尼阵以及刚度阵有明确的表达形式。仿真结果表明:该技术对于有阻尼结构系统的有限元模型降阶是有效的。
刚性圆柱和半平面之间摩擦滑动接触中的应力计算
冯剑军, 谭援强
2010, 27(8): 40-047.
摘要:
当圆柱与平面之间产生摩擦滑动接触时,考虑接触表面上切向应力对法向应力的影响,精确求解接触体内应力场的问题还没有得到解决。该文应用Bufler的解,推导了平面内应力场的计算公式,分析了平面内应力的分布,描述了平面内应力分布的特点。结论表明在接触表面上,存在最大拉应力和最大压应力,最大拉应力出现在拖动边的边缘。如果接触平面因拉应力或者压应力引起失效,首先可能会出现在接触表面;第一型裂纹的产生及扩展首先可能会发生在拖动边的边缘。主剪应力和Von Mises等效应力的最大值(当摩擦系数较小时)均会出现在接触平面内部,而且它们的最大值均存在于导向边。因此,接触平面的塑性滑移开始首先可能会发生在接触平面内部,然后才扩展到接触表面。同时,采用有限元方法模拟了圆柱与平面的摩擦滑动过程,把理论计算所获得的应力分布曲线与有限元模拟结果进行了比较,结果说明两种方法所获得的应力分布特点基本一致。这些结论为工程接触问题研究提供了依据。
理论临界冲击拉伸速度研究
陈大年, 王焕然, 胡金伟
2010, 27(8): 48-053,.
摘要:
分析了理论临界冲击拉伸速度。指出率相关的Karman-Taylor塑性波传播理论、完全热耦合的高应变率本构关系以及绝热升温方程确定了理论临界冲击拉伸速度。对于高导无氧铜,采用典型的两类高应变率本构关系计算了理论临界冲击拉伸速度。研究结果表明:与Johnson-Cook关系对应的理论临界冲击拉伸速度明显小于与Zerilli-Armstrong关系对应的理论临界冲击拉伸速度。该文也强调指出,理论临界冲击拉伸速度仅对应于塑性波速趋于0,而实验临界冲击拉伸速度不仅与应力波效应有关,而且与杆的动态颈缩、损伤演化致断裂有关。
基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术的模态参数识别
韩建平, 李达文
2010, 27(8): 54-059.
摘要:
基于工程结构振动信号的分析与处理识别结构的模态参数,是结构健康监测和损伤诊断的重要手段之一。基于傅里叶分析的信号处理方法对非线性、非稳态信号的处理能力差,传统的模态参数识别方法也存在阻尼比识别精度不高的问题。基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,提出了一种新的模态参数识别方法,首先通过经验模态分解和Hilbert变换提取信号的瞬时特性,进而利用自然激励技术和模态分析的基本理论识别结构的模态频率和模态阻尼比。利用这一方法,对12层钢筋混凝土框架模型振动台试验一测点的加速度记录进行了处理,识别了模态参数,识别结果与其它识别方法及有限元分析结果的对比表明该方法识别模态频率是可靠的,而模态阻尼比的识别虽然较传统的基于傅里叶变换的半功率带宽法有所改进,但识别的精准性仍然难以确认。
一种基于不完备模态信息的有限元模型修正方法
王俊荣, 张 敏, 李华军
2010, 27(8): 60-065.
摘要:
提出了一种基于交叉模型交叉模态(CMCM)方法和Guyan模型缩阶的迭代模型修正方法,该方法扩展了CMCM方法,可利用空间不完备模态信息进行模型修正。在方程求解时采用约束最小二乘法,避免了修正后模型出现负刚度或负质量。通过一个五层三维框架结构和一个导管架平台结构的研究,验证了该方法可以有效地利用空间不完备模态信息进行有限元模型修正,修正后的模型具有良好的精度,且保持了良好的物理意义。
压杆轴力的等效抗折负刚度
童根树, 罗 澎
2010, 27(8): 66-071.
摘要:
压杆的无侧移失稳表示在两端无位移的情况下压杆发生弯折,代表压杆的抗折刚度变为零。对应于有侧移失稳抗侧刚度的定义,该文在分析过程中提出抗折刚度的定义,分析了无侧移失稳压杆的物理抗折刚度和轴力等效抗折负刚度,提出了简单的计算公式,给出了弯折位移最大点的位置和二阶效应系数的表格和计算公式,从而为理解压杆的无侧移失稳提供了简便和直观的理论工具。
小波包分析和信息融合在结构损伤预警中的联合应用
丁幼亮, 李爱群, 邓 扬
2010, 27(8): 72-076.
摘要:
为提高环境激励下结构损伤预警的准确性,将信息融合技术引入到基于小波包分析的结构损伤预警方法中。采用D-S证据理论对环境激励下识别的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,并进而计算结构的损伤预警指标。ASCE Benchmark结构损伤试验结果表明:1) 环境激励下基于小波包分析和信息融合的结构损伤预警方法具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生;2) D-S证据理论能够对环境激励下的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,获得准确性和鲁棒性更好的识别结果,较适合于工程结构的实时损伤预警。
基于失效边界特性的体系可靠度计算方法
蒋友宝, 刘 扬, 张建仁
2010, 27(8): 77-082.
摘要:
根据各失效模式验算点分布特性的不同,对体系失效边界的特性进行了补充分析。得到了多失效模式下边界不光滑程度较高的原因。另外分析了Gauss-Hermite积分方法求解体系失效概率的适用性问题。然后基于这些特性,提出了一种结合降维分解和梯形积分技术来计算体系失效概率的改进方法。实例分析表明该方法具有较高的精度和效率。
四边简支压电热弹性层合正交双曲壳的精确解
李家宇, 程秀全, 卿光辉
2010, 27(8): 83-089.
摘要:
正交双曲坐标系下,对考虑温度梯度的压电热弹性材料,首先基于基本方程,结合对偶变量理论,将热传导关系并入到压电材料的本构关系中,得到压电热弹性材料包含温度的增维本构关系;由此增维本构关系,利用状态空间法消去曲面内的应力分量,便可直接推导出可独立求解的压电热弹性材料的齐次状态方程。齐次状态方程的导出,将大大简化层合正交双曲壳的求解过程,提高计算精度,且齐次状态方程可以直接进行有限元离散,为工程实践中复杂边界条件下层合双曲结构的分析求解提供一种新方法。
抛物线型剪滞翘曲位移函数引起的附加轴力分析
蔺鹏臻, 周世军, 刘凤奎
2010, 27(8): 90-093,.
摘要:
该文的目的是分析剪力滞效应计算时假定截面中性轴与形心轴重合而产生的附加轴力及其相对大小。利用截面的静力平衡条件,建立了抛物线型翘曲位移函数下截面附加轴力的表达式,并讨论了附加轴力的基本特点。通过引入附加轴向应力比直观反映附加轴力的相对大小,对典型的简支梁、悬臂梁和连续梁在集中力和均布荷载作用下的附加轴向应力比的数值分析。结果表明附加轴向应力相对较小,对剪力滞效应计算精度的影响在5%以内,对抛物线型翘曲位移函数进行考虑轴力平衡的修正是没有必要的。
基于直接扰动法的薄膜屈曲缺陷敏感性分析
李云良, 鲁明宇, 谭惠丰, 谭忆秋
2010, 27(8): 94-099.
摘要:
建立了直接扰动法进行薄膜褶皱的数值分析,在分析的过程中适时的去除所施加的扰动,以分析薄膜后屈曲模式的缺陷敏感性。分析表明,去除初始缺陷的情况下,薄膜的后屈曲过程褶皱构形相对稳定,褶皱的数量没有发生变化,只是随着剪切距离的增加其褶皱的幅度增大,屈曲平衡路径为稳定的分岔失稳;在没有去除初始缺陷的情况下,薄膜的后屈曲过程褶皱构形不稳定,产生了屈曲模态的跳跃,出现了新的褶皱,其后屈曲平衡路径也变得更加复杂。说明薄膜的后屈曲模式对所施加的初始缺陷较为敏感,缺陷会影响到薄膜的屈曲模式及平衡路径。实验分析与直接扰动法得到的褶皱模式符合的较为理想,验证了所建立的直接扰动法的正确性。
基于复域灵敏度分析的静力模型修正方法研究
郭 力, 李兆霞, 高效伟
2010, 27(8): 100-106.
摘要:
基于复域灵敏度分析技术,提出了静力模型修正方法。利用复变量求导法建立了模型修正过程中参数灵敏度的高精度计算方法,给出了基于静力测试信息的模型迭代修正格式。对基于模态特性测量信息的模型修正过程,通过引入特征载荷的方法,把动力特性模型的修正转化为静力模型修正。推导了模型修正过程中测量误差对参数修正结果影响的误差估计公式,便于对修正结果进行可靠性评估。数值算例表明本文建立的修正方法可以高效地实现多参数模型的修正。对润扬大桥悬索桥桥塔模型进行了修正,结果表明该文的方法在修正结果精度和模型关联性方面是有效可靠的。
土木工程学科
两种新型的弹性地基梁单元及其在超高层建筑结构简化分析中的应用
龚耀清, 包世华
2010, 27(8): 107-112.
摘要:
将超高层建筑空间巨型框架的巨型柱和梁分别简化成剪切型弹性地基梁和广义Winkler弹性地基梁单元,导出其单元刚度矩阵后,再按空间刚架分析计算,得到一种简化分析方法。简化巨型框架柱时,考虑与其相连的二级框架梁、柱的弯曲刚度,并将其作为巨型柱的剪切型弹性地基,构造出剪切型巨型弹性地基梁单元;简化巨型框架梁时,只考虑与其相连的二级框架柱的轴向刚度,并将其作为巨型梁的Winkler弹性地基,构造出广义Winkler巨型弹性地基梁单元。算例表明:简化计算的模型不仅是合理的、有效的,而且其计算结果的精度几乎与精确解有同级的精度。
基于韧性的混凝土轴压疲劳损伤演化研究
易 成, 范永魁, 朱红光, 王建强
2010, 27(8): 113-119.
摘要:
分析了混凝土压缩疲劳寿命的主要影响因素,认为静载下的韧度可以衡量其疲劳寿命;确定了适合的韧度表示方法,建立了混凝土材料静力韧度指标和疲劳韧性之间的关系表达式,从而以静力韧度的测量来代替疲劳韧性,可以大大减少工作量。建立了材料疲劳韧性随疲劳次数耗散模型的数学表达式。在试验基础上,以疲劳韧性消耗作为损伤变量,推导出以静载韧度表达的混凝土疲劳损伤演化方程,发现损伤发展率呈三阶段规律。经对比验证,在不同应力水平下,以静载韧度表示的损伤演化规律与用疲劳韧性表达的损伤规律吻合较好。
堤防防渗墙体的破坏准则研究
钱玉林, 李 辉, 殷宗泽
2010, 27(8): 120-124.
摘要:
对于堤防工程振动沉模防渗墙体,混合砂浆防渗料的破坏特性及其判别准则是评价防渗墙体安全性的关键,根据混合砂浆防渗料的室内试验结果,研究了混合砂浆防渗料的破坏特性,提出了考虑混合砂浆防渗料性质的拉、剪破坏临界应力状态及其防渗墙体的破坏判别指标。对于堤防振动沉模混合砂浆防渗墙体,若墙体发生拉断破坏则采用抗拉强度判别;若发生剪切破坏则采用剪应力水平判别;挠跨比作为辅助性判别指标。
型钢高强混凝土框架的循环退化效应
李 磊, 郑山锁, 王 斌, 邓国专, 王 维
2010, 27(8): 125-132.
摘要:
进行了两跨三层型钢高强混凝土框架结构的单调加载和循环加载对比试验,观测了型钢高强混凝土框架结构各阶段性能随荷载循环次数的退化现象,获取了结构的荷载-位移滞回曲线。通过对比各荷载循环所对应的滞回环,分析了结构性能退化的规律,根据试验结果提出了描述结构强度和刚度退化的退化指数模型。通过对滞回曲线、功比系数、耗能比和粘滞阻尼系数的试验值与计算值进行对比,验证了模型的适用性与准确性。结果表明,该文所提出的循环退化模型可准确描述型钢混凝土框架在反复荷载作用下的材料非线性。该研究为型钢高性能混凝土框架结构的地震反应全过程分析奠定了基础。
含孔洞岩石单轴压缩下变形破裂规律的实验研究
刘招伟, 李元海
2010, 27(8): 133-139.
摘要:
采用数字散斑相关量测方法(DSCM)和数字照相量测软件系统PhotoInfor,通过观测表面位移场、应变场及总体变形在整个加载过程中的变化特点,对大小为100mm×100mm×100mm的含有孔洞的岩石试件在单轴压缩下的变形破裂演变规律进行了实验研究。结果表明:1) DSCM方法能够对岩石变形破裂的特点进行全程有效捕捉,有助于加深对岩石变形局部化过程的全面认识;2) 含孔洞岩石试件局部化变形起始于峰值点处轴向位移的80%处,应力峰值点附近变形局部化最为剧烈;3) 岩石表面平均最大剪应变随轴向位移的变化曲线,总体上能够很好地反映岩石变形破裂的演变过程和规律,可作为分析岩石变形演变的一个参考特征参数。
灌孔砌块砌体抗剪强度梁式计算模型
黄 靓, 陈胜云, 陈 良, 陶承志, 高 翔
2010, 27(8): 140-145,.
摘要:
N式砌块是一种可实现孔、肋完全对齐的新型混凝土小型砌块。该文通过四组(24个)不同灌孔率N式砌块砌体的抗剪性能试验研究,对其受力性能和破坏机理进行了分析,建立了灌孔砌块以芯柱混凝土受力的梁式抗剪模型,并提出了相应计算公式。分析表明,以该文的抗剪强度计算公式来计算灌孔砌块的抗剪强度无论是从计算精度还是从公式的物理意义上都优于现有以灌孔砌体的抗压强度来表征灌孔砌体抗剪强度的规范计算公式。基于梁式抗剪模型的计算公式可以很好地应用于各种块形的灌孔砌体的抗剪强度计算。
钢筋混凝土偏心受压构件增大截面加固后可靠度分析
黄炎生, 宋欢艺, 蔡 健
2010, 27(8): 146-151.
摘要:
偏心受压构件增大截面加固后的可靠度与初始偏心距、荷载比和纵筋配筋率有密切的关系。该文首先推导了大、小偏心受压构件在对称配筋下增大截面加固后的计算公式和Nu-Mu相关曲线方程,并在此基础上建立其极限状态方程。采用蒙特卡罗法,分析了四组不同截面的构件在不同初始偏心距、不同荷载比和不同纵筋配筋率下,偏心受压构件增大截面加固后的可靠度。结果表明:截面尺寸大小对可靠指标的影响不是很显著,可靠指标随着初始偏心距和荷载比的增大而减小,随着纵筋配筋率的增大而增大。
火灾下加劲肋对梁柱外伸端板连接性能的影响
郝淑英, 董金浩, 叶金铎
2010, 27(8): 152-155,.
摘要:
为深入了解柱腹板加劲肋对外伸端板连接节点耐火性能及破坏模式的影响,采用非线性有限元法研究了加劲肋对外伸端板连接节点耐火性能及破坏模式的影响。结果表明:柱腹板加劲肋对节点的耐火极限及破坏模式影响很大。柱腹板不设加劲肋,柱腹板承拉及承压域内的塑性应变随温度升高不断增加,最终形成塑性铰,柱失稳;只设承压加劲肋时,柱腹板承拉区屈服,导致柱失稳,节点失效;设置承拉及承压加劲肋时,节点域内的塑性应变较小,破坏模式为端板承拉区形成塑性效线并与柱翼缘脱开,引发梁的大转动,导致梁承压下翼缘局部屈曲失稳及梁轴向温度内力减小。梁轴向温度内力的减小有助于柱及整体框架结构火灾下的稳定。
爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁板结构的面力效应
陈 力, 方 秦, 还 毅, 龚自明
2010, 27(8): 156-163.
摘要:
为了研究爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁板结构的面力效应,该文在钢筋混凝土梁板结构面力效应的静力分析模型基础上,结合弹粘塑性应变速率本构模型,将面力效应的静力分析模型推广应用于动载作用情况,采用单自由度法建立了考虑面力效应的钢筋混凝土梁板结构的动抗力模型,并编制了计算程序,理论计算结果与试验数据吻合较好。此外,利用所提出的分析方法对抗爆结构中常见的典型核爆和化爆荷载作用下的荷载的加载速率、轴向约束刚度和配筋率等主要影响因素进行了分析讨论,并指出:钢筋混凝土结构的面力效应随着加载速率、边界约束强度的提高和配筋率的降低而增强;动抗力提高程度越大,塑性变形也越大。
考虑温度效应的空间钢结构索张拉控制研究
娄 荣, 罗尧治, 沈雁彬
2010, 27(8): 164-168.
摘要:
索张拉控制是预应力空间钢结构施工过程中的核心问题。该文首先讨论了基于控制索原长的倒装张拉控制基本原理,指出现有张拉控制理论存在不考虑实际施工过程中温度变化等不可预知因素影响的缺陷,分析了温度效应对索、杆、梁单元的影响,提出了考虑温差影响的索张拉控制修正过程。最后以某预应力柱面网壳索张拉控制为研究对象,研究温度变化对索张拉控制的影响。结果表明该结构的索张拉控制力修正值在±18度温差范围内大致呈线性变化,按该文方法修正索张力后张拉施工仍能达到设计目标。
基于BP神经网络原理的长输管道泄漏点定位及其实验研究
李俊花, 孙昭晨, 崔 莉
2010, 27(8): 169-173.
摘要:
通过对压力梯度法的分析,发现管道泄漏点的定位精度取决于摩阻系数。而传统的摩阻系数确定方法并不适用于实际运行的泄漏管道。鉴于此,该文提出基于BP神经网络预测摩阻系数的泄漏点定位方法。该方法以泄漏点前后的平均流量分别作为BP网路的输入单元预测泄漏点前后的摩阻系数,之后利用压力梯度法求解泄漏点位置。通过管道泄漏的水力模型实验验证了BP神经网络预测摩阻系数的有效性以及该方法应用于管道泄漏点定位的合理性。
基于挠度曲线振型函数的系杆拱桥柔性吊杆索力测量公式
李新生, 项贻强
2010, 27(8): 174-178,.
摘要:
通过引入两端固支、两端铰支等不同边界条件下,均布荷载作用下的挠度曲线作为系杆拱桥柔性吊杆在自由振动下的振型函数,运用瑞利能量法原理,推导出索力、抗弯刚度与吊杆固有频率间的关系式,并得出吊杆索力基于前2阶固有频率的测量公式。该公式将抗弯刚度作为隐式计算参数,回避了其难以识别的问题。以某系杆拱桥的监测实践为背景,通过与千斤顶张拉结果的对比分析,对吊杆的边界条件、计算长度进行识别,证明该公式更准确的考虑了抗弯刚度和边界条件的影响,可满足施工和运营期间吊杆张力的测试需要。
上海长江大桥索梁锚固区疲劳试验研究
苏庆田, 吴 冲, 何武超
2010, 27(8): 179-184.
摘要:
上海长江大桥索梁连接形式采用钢锚箱式锚固结构,钢锚箱式锚固结构板件数量多、构造复杂、应力集中严重,特别是在运营活载作用下的抗疲劳性能值得关注。通过有限元方法计算得到了能够代表锚固区受力情况足尺试验模型,并对疲劳试验方法进行了介绍。根据大桥交通状况与设计流量,参照国外规范和研究成果,由疲劳损伤累积理论,确定试验疲劳荷载取值,计算表明在公轨共用斜拉桥中轨道交通引起的疲劳荷载占主要部分。结合理论分析和疲劳试验结果,研究循环荷载作用下钢锚箱式索梁锚固结构的抗疲劳性能,分析表明上海长江大桥索梁锚固结构具有足够的安全储备。
干接缝节段拼装桥墩集中塑性铰模型的地震响应分析
葛继平, 王志强
2010, 27(8): 185-190.
摘要:
针对节段拼装桥墩的构造特点,采用集中塑性铰分析方法对节段拼装桥墩进行了循环荷载分析和非线性时程分析。首先编制了五种不同类型桥墩的截面弯距曲率分析程序,然后根据试验结果确定各种桥墩的加卸载规律,最后采用集中塑性铰方法进行了各种桥墩模型试件在各个试验工况下的拟静力荷载位移滞回曲线、非线性时程激励下的墩顶最大位移等地震反应规律的比较。与试验结果的分析比较表明:集中塑性铰分析方法是分析节段拼装桥墩抗震性能的有效分析方法。
机械工程学科
柔性空间机械臂基于奇异摄动法的鲁棒跟踪控制和柔性振动主动控制
洪昭斌, 陈 力
2010, 27(8): 191-198.
摘要:
讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,具有不确定参数的漂浮基柔性空间机械臂关节轨迹跟踪鲁棒控制和柔性振动主动控制问题。利用拉格朗日方程和假设模态法并结合系统线动量守恒关系,对柔性空间机械臂系统进行动力学分析,发现所得到的动力学方程仍关于一组组合惯性参数保持惯常的线性函数关系。以此为基础,使用奇异摄动法和两种时间尺度的假设,将系统分解为轨迹跟踪控制器和振动控制器可分开设计的奇异摄动系统。对于快变子系统,使用全局最优控制来对柔性杆件的振动进行主动抑制。同时,针对系统参数不确定情况下,设计了鲁棒控制器来保证慢变子系统关节轨迹的跟踪。系统数值仿真结果证实了所设计控制器的有效性。
滚滑接触下钢轨热力耦合分析
李 伟, 温泽峰, 吴 磊, 金学松
2010, 27(8): 199-204,.
摘要:
采用热弹塑性有限元法,对滚滑接触状态下的钢轨进行热力耦合分析,计算钢轨接触区附近的温升和应力/应变,并分析蠕滑率对它们的影响。有限元模型中,考虑材料参数随温度的变化,通过在钢轨表面上移动边界条件来模拟车轮的移动。分析结果表明:热影响区主要在很薄的钢轨表层;钢轨表层温升和热应变均随着蠕滑率的增大而增大。热载荷在钢轨表层产生的周向和轴向残余应力表现为拉应力,其在蠕滑率小时有减小机械载荷产生的残余压应力作用;在蠕滑率较大时热响应对残余应力和残余应变影响明显,且当蠕滑率增大到一定值时,考虑热影响时热力耦合作用下的周向残余应力和轴向残余应力都表现为拉应力,而不考虑热影响时二者表现为压应力,随着蠕滑率的继续增大,考虑热影响时的残余应力和残余应变随之增大。
压电驱动器应变传递模型分析
贾丽杰, 李 敏, 陈伟民
2010, 27(8): 205-210.
摘要:
随着压电材料结构在航空航天结构控制领域的广泛应用,压电驱动器与主体结构间的应变传递问题的研究日益重要。该文首先对压电驱动器应用中的应变传递模型——均匀应变模型与Bernoulli-Euler模型进行了优缺点的分析对比;其次将Bernoulli-Euler模型用于考虑胶层影响情况,考虑到压电驱动器在航空航天领域的应用,着重类似于翼面结构的模型分析,得到了实际应用中压电驱动器沿结构厚度方向的应变传递表达式;最后通过数值计算的方法确定了所得应变表达式适用的胶粘剂弹性模量及厚度的范围。结果表明此表达式的有效性,使Bernoulli-Euler模型的应用更接近于实际情况,同时为智能结构实际应变分布的分析提供了一定的依据与基础。
不饱和聚酯树脂的单轴应变循环特性和棘轮行为实验研究
徐 伟, 康国政, 刘宇杰, 王艳锋, 陈茁玮
2010, 27(8): 211-216.
摘要:
在室温下,对不饱和聚酯树脂进行了单轴应变控制和应力控制的循环实验研究。讨论了应变幅值对该树脂应变循环特性的影响以及应力幅值、平均应力、应力率、峰值保持时间对其棘轮行为的影响。结果表明:不饱和聚酯树脂在室温下基本上是循环稳定材料,即响应应力幅值在应变循环中基本上不随循环周次而发生变化;在非对称应力循环下,其棘轮行为不仅受平均应力、应力幅值的影响,还受应力率和峰值保持时间的影响,体现出明显的时间相关性。
其他工程学科
独立多细节结构疲劳寿命分布的数值模拟与分析
贺小帆, 董彦民, 闫友为, 刘文珽
2010, 27(8): 217-222.
摘要:
以独立多细节结构概率失效模型为基础,进行Monte Carlo抽样,检验独立多细节结构的寿命分布特性,结果表明:可近似认为独立多细节结构疲劳寿命分布形式与单细节相同,但分布函数首尾两端精度较低。若单细节疲劳寿命服从对数正态分布,当细节为相同细节,独立多细节结构疲劳寿命的数学期望和方差均低于细节数学期望和方差,并与细节寿命分布参数存在明确关系;当细节为不同细节,独立多细节结构疲劳寿命的数学期望和方差均低于细节寿命的最大数学期望和最大方差;当单细节服从双参数Weibull分布时,若细节为相同细节,独立多细节结构疲劳寿命分布的斜率参数不变,尺寸参数按比例缩小。若细节为不同细节,独立多细节结构疲劳寿命分布的形状参数大于最小形状参数,位置参数小于最大位置参数。最后对独立多细节结构疲劳寿命分散系数表达式进行了分析。
跨介质飞行器气/水两相弹道仿真研究
裴 譞, 张宇文, 李闻白, 邬 明
2010, 27(8): 223-228.
摘要:
跨介质飞行器是介于空气与水之间运动的新概念两栖飞行器,由于同时受到空气动力,水动力的作用,动力学特征较巡航飞行器和水面滑行艇均有很大差别。基于空气动力学和二元平面滑行理论,建立了跨介质飞行器滑跳动力学模型。重点对飞行器滑跳弹道特点进行了分析,并对滑跳弹道影响因素进行了仿真研究。结果显示:滑跳飞行距离和飞行器推力对滑跳弹道均有较大影响。研究结果可以为跨介质飞行器总体设计,弹道设计与优化和飞行稳定性评估等方面提供了理论依据和研究手段。
连翼布局飞行器飞行载荷与颤振分析
张波成, 万志强, 杨 超
2010, 27(8): 229-233,.
摘要:
对相同总体设计条件下的传统布局飞行器的机翼和连翼布局飞行器的机翼进行了静气动弹性特性和颤振特性的对比分析。重点开展了考虑弹性变形的情况下,两种机翼在提供相同升力的条件下,结构所承受的气动载荷的对比分析及气动导数随动压变化趋势的对比分析。分析结果表明:与传统布局机翼相比,连翼布局机翼具有更高的设计灵活性;在相同的结构重量条件下,连翼布局机翼较之传统布局弯曲和扭转刚度特性更好,并具有较高的颤振速度;弹性情况下连翼布局机翼升力线斜率随动压增大而增大,且这种增加梯度受到后翼弯曲刚度的 影响。
三维塑料注射成形可压缩充模过程数值模拟
李 阳, 严 波, 李德群, 赵 朋
2010, 27(8): 234-240.
摘要:
在塑料注射成形充填过程即将结束时,塑料熔体逐步压实,可压缩性不可忽略。基于PG(Petrov-Galerkin)原理的PSPG(Pressure-Stabilizing/Petrov-Galerkin)法可抑制动量控制方程求解中速度与压力插值空间不匹配造成的虚假数值振荡,SUPG(Streamline-Upwind/Petrov-Galerkin)/GGLS(Galerkin gradient least-squares)法可实现对具有对流占优和小导热系数的能量场控制方程的稳定数值求解,由此采用PSPG法和SUPG/GGLS法建立了注射成形可压缩熔体充模流动的稳定有限元计算格式,并对充模过程进行了模拟。数值算例表明:充填过程中熔体的可压缩性一般情况下可以忽略,但在填充即将结束时熔体可压缩流动对计算结果影响较大,基于可压缩性模型模拟得到的填充结束时注射压力比较缓慢的上升,流动平衡更加真实。
海洋平台大直径超长桩成桩机理研究
李 飒, 韩志强, 杨清侠, 周扬锐, 蒋宝凡
2010, 27(8): 241-245.
摘要:
随着海洋平台上部结构的增大,大直径超长的钢管桩越来越多的被应用于实际工程当中。在打桩过程中,往往会因为各种原因而造成停锤。停锤后打桩的再起动问题是一个决定桩基能否打入到设计深度的关键问题,与桩的承载力恢复密切相关。为对这一问题有深入认识,通过对某实际打桩工程出现的问题进行研究,根据地质勘察结果,对该地区的土体特点进行了分析;根据打桩实测纪录,分析了桩端阻力和侧摩阻力对打桩影响。同时根据打桩记录和现场试验,计算了打桩过程中的实际土抗力并对土抗力随时间的变化进行了探讨。分析显示,桩的可打入性与土质条件密切相关;超大直径超长桩在打入过程中形成完全闭塞土塞的可能性不大,连续打桩中的侧摩阻力平均为静止侧摩阻力的0.68;打桩中6周的停锤,使得土抗力比连续打桩的土抗力至少增加了将近65%,停锤3个月后的土抗力超过了初始静承载力,桩的承载力随时间增长的趋势明显。
热老化对核电主管道材料冲击性能影响及老化趋势研究
薛 飞, 束国刚, 余伟炜, 王兆希, 蒙新明, 遆文新
2010, 27(8): 246-250.
摘要:
利用示波冲击试验系统研究核电主管道奥氏体-铁素体两相不锈钢铸件材料在老化温度(400℃)下时效3000h过程中冲击断裂性能随时效时间的变化规律。室温冲击实验结果表明:在长期时效过程中,随着时效时间的延长,屈服载荷增加,延性位移减小,表征裂纹稳定扩展速度的卸载角度在时效100h后快速增加。冲击过程中材料的裂纹形成能量、裂纹扩展能量以及总冲击能量均随时效时间的延长先略上升而后逐渐下降,呈现出明显的脆化迹象;相比之下,热老化将主要导致材料裂纹扩展能量的下降。采用脆化动力学公式,对长期时效下热老化趋势进行预测,结果显示采用脆化动力学预测的材料冲击性能下降规律与试验结果基本吻合,但整体偏于保守。SEM结果表明试样表面的微观特征从较浅的韧窝型断裂逐渐演变到典型的解理性脆性断裂,材料在热老化过程中发生了脆化。
深水港码头轻型导管架结构在船舶撞击下的疲劳分析
赵石峰, 陈廷国, 易 平, 赵雪峰
2010, 27(8): 251-256.
摘要:
结合大连新港新建30万吨级(兼靠45万吨)进口原油码头工程,研究离岸深水港码头轻型导管架结构在系泊船舶撞击下的疲劳损伤。采用通用有限元程序ANSYS计算船舶撞击作用下导管架平台的动力反应,得到结构构件的名义应力,乘以相应的应力集中系数,得到管节点热点应力的时程曲线。分别应用美国石油学会(API)规范、挪威船级社(DNV)规范和中国船级社(ZC)规范中相应的S-N曲线对船舶撞击作用下的疲劳损伤进行了计算。计算结果表明,对应用于离岸深水港码头的导管架结构,由船舶撞击平台所引起的疲劳损伤较大,不能忽略,若只考虑波浪荷载引起的疲劳损伤会导致过高地估计结构的疲劳寿命。结果还表明,按API规范与ZC规范计算得到的疲劳损伤基本一致,按DNV规范计算得到的疲劳损伤较其他两种规范偏大。