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2011年  第28卷  第3期

综述
二维有限元线法自适应分析的若干新进展
袁 驷, 方 楠, 王 旭, 叶康生, 邢沁妍
2011, 28(3): 1-008.
摘要:
有限元线法(FEMOL)是一种优良的半解析、半离散方法,将其比拟为广义一维问题,遂可将一维有限元中十分成功的单元能量投影(EEP)超收敛算法以及基于该法的自适应求解方法推广到二维有限元线法分析中,至今已在二维Poisson方程和弹性力学平面问题中取得了令人满意的进展。该文旨在报道这些进展和成果。该文简要介绍了线法的EEP超收敛计算以及相应的自适应求解策略,整套方法思路清晰、高效可靠,可以对任意几何区域上的问题,按最大模度量给出逐点满足事先给定的误差限的位移解答。该文给出充足的数值结果用以展示整套算法的有效性和可靠性。
基本方法
水平弹性支承圆弧钢拱的弹性屈曲分析
杨 洋, 童根树
2011, 28(3): 9-016.
摘要:
钢拱常支承于其他结构上,拱脚受到弹性约束并出现水平位移,弹性约束会显著影响拱的力学行为。该文得到了水平弹性支承拱在沿弦长均匀分布的面内竖向荷载作用下的内力及位移的解析解,构造了一个无量纲化柔度系数。利用这个参数,对线性解进行分析,提出了计算跨中轴力和拱脚支座位移的理论公式。根据跨中轴力大小,提出了在线性计算范围内划分拱与拱形梁的标准。分析了支座弹簧刚度对扁度不同的拱的内力分布的影响。利用有限元程序,分析了拱的分支屈曲模态、临界荷载及跨中临界轴力与支座刚度的关系,得到了拱由反对称屈曲转变为对称屈曲时柔度系数的界限值,提出了临界荷载和临界轴力与弹性柔度系数的关系式。
方柱绕流诱发的弹性薄板流固耦合特性研究
王文全, 张立翔, 闫 妍, 郭亚昆
2011, 28(3): 17-022.
摘要:
在封闭水流槽道中央,上游布置一刚性方柱,下游弹性薄板的一端固定在方柱尾端,弹性薄板上端、下端和另一端自由。上游方柱绕流后在下游形成周期性扰动流场,进而诱发下游弹性薄板的连续振动。数值模拟结果表明,当周期性扰动流场与结构形成强烈的非线性耦合作用时,近壁区流动进一步受板扰动的影响,流动的边界条件发生改变,流场对称结构遭到破坏,形成不同尺度的涡旋流动,同时弹性薄板表现出非周期、非对称的耦合振动行为。
用于时变系统参数识别的状态空间小波方法
许 鑫, 史治宇
2011, 28(3): 23-028.
摘要:
该文利用系统的激励和受迫响应数据,基于状态空间和小波变换理论,提出了一种识别时变系统参数的新方法。该方法首先将线性时变系统的二阶振动微分方程转换为一阶状态方程,然后对系统的激励和响应信号进行小波尺度函数空间投影,利用小波尺度函数的正交性,把一阶状态空间方程解耦为线性代数方程组。其次求解方程组,识别出不同时刻的等效系统转移矩阵。最后通过特征值分解得到时变系统的模态参数,再将转移矩阵与实际物理模型下的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵作对比,识别出系统的时变刚度和时变阻尼。以二自由度弹 簧-质量-阻尼模型为仿真算例,对突变、线性变化和周期变化三种情况下的时变参数进行了识别,算例结果验证了该方法的正确性和有效性。
扩展特征系统实现算法在结构模态参数识别中的应用
祁泉泉, 辛克贵, 崔定宇
2011, 28(3): 29-034,.
摘要:
特征系统实现算法(ERA)需要以自由响应或脉冲数据作为前提,而实际工程中,随机荷载作用下的响应较为常见。该文在ERA算法的基础上进行扩展,引入观测马科夫(Observer Markov)参数,推导并提出扩展特征系统实现算法(EERA),使其可以应用于随机荷载下的强迫振动响应,提高计算精度。该文首先引入3个自由度数值模拟试验,利用EERA进行模态参数识别,与精确解比较表明该文算法有效可靠,与ERA结果比较表明该文算法可以提高精度,然后在实验室环境下对一个4层框架结构进行了振动台实验,利用无线传感技术获得El Centrol地震波激振下的结构加速度响应,利用EERA识别此框架结构的模态参数,结果有效可靠,为实际工程应用提供了一定的可能性。
土木工程学科
岩石可释放应变能及耗散能的实验研究
黎立云, 谢和平, 鞠 杨, 马 旭, 王 利
2011, 28(3): 35-040. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2009.08.0584
摘要:
地下岩石结构的变形破坏是能量耗散与能量释放的综合结果。岩石结构内部储藏的可释放应变能和己耗散能的计算,涉及到在当时工况下岩石的卸荷弹性模量和泊松比,并与加载速度与载荷水平有关。该文在不同加载速度及不同载荷水平下,对岩石试件进行了单压加卸载实验,得到了卸荷弹性模量与泊松比、可释放应变能与耗散能的变化规律;进行了SHPB动态冲击实验,实测了试件内的总吸收能;实验分析结果为进一步对岩石结构进行可释放应变能与耗散能总量计算以及对岩石结构破坏程度进行预估计,提供了实验基础。
不同抗震设防RC框架结构抗倒塌能力的研究
施 炜, 叶列平, 陆新征, 唐代远
2011, 28(3): 41-048,. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2009.07.0499
摘要:
地震作用下建筑结构的抗倒塌能力是基于性能抗震设计的核心目标。建筑结构需要足够的抗倒塌安全储备,以避免大震或特大地震的倒塌破坏。我国现行抗震设计尚缺乏大震抗倒塌定量设计方法和抗地震倒塌能力的定量评价指标。该文基于IDA的结构抗倒塌易损性分析方法,定量评价了按现行规范设计的不同抗震设防烈度多层RC框架结构的抗地震倒塌能力和抗倒塌安全储备,讨论了轴压比和倒塌机制对RC框架结构抗地震倒塌能力的影响,并根据分析结果提出了有关建议。
城市轨道交通梯形轨枕轨道高架桥梁试验研究
邓玉姝, 夏 禾, 善田康雄, 井上宽美, 齐 琳
2011, 28(3): 49-054.
摘要:
作为一种新型的减振轨道,梯形轨枕轨道已在国内的城市轨道交通中有所应用。该文介绍了在北京地铁五号线高架桥梯形轨枕轨道试验段进行的一系列现场试验,以及为验证其减振特性进行的室内试验。通过对轨道不平顺进行测量,并测试了当列车分别运行在梯形轨枕轨道和普通无碴板式轨道上时钢轨、轨枕和桥面的振动响应,该文对测试数据在时域和频域进行了分析。实验结果表明:与普通无碴板式轨道相比,梯形轨枕轨道具有更好的减振性能。
平端板连接半刚性梁柱组合节点的初始转动刚度
高 婧, 石文龙, 李国强, 叶志明
2011, 28(3): 55-061.
摘要:
在现有研究成果的基础上,推导了柱腹板抗压、抗拉和抗剪刚度;钢筋抗拉刚度;柱翼缘和端板抗弯刚度;混凝土楼板抗压刚度等。在此基础上,利用组件法,推导了组合节点初始转动刚度的计算方法、考虑了组合节点承受正弯矩、负弯矩作用的情况。与试验数据比较表明:该方法具有很好的计算精度。给出的初始刚度计算公式,既适用于按照完全抗剪连接设计的组合节点,也适用于按照部分抗剪连接设计的组合节点。
用于村镇木结构建筑的新型角位移阻尼器的性能实验研究
邹 爽, 霍林生, 李宏男
2011, 28(3): 62-068.
摘要:
该文在分析木结构建筑在地震作用下破坏机理的基础上,提出了适用于村镇木框架结构房屋的新型角位移阻尼器,并对该角位移阻尼器的结构和工作原理进行了介绍。通过力学试验及低周疲劳试验研究,分析了该阻尼器在不同温度、加载频率和控制位移情况下各种性能参数的变化规律,证明这一新型阻尼器具有良好的变形能力、耗能能力和抗疲劳性能。
超高韧性水泥基复合材料加固混凝土三点弯曲梁断裂过程的研究
朱 榆, 徐世烺
2011, 28(3): 69-077.
摘要:
该文利用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)所具备的较好的裂缝控制能力、较高的耗能能力、耐腐蚀性以及与混凝土之间良好的粘结性能,将其浇注在混凝土三点弯曲梁的受拉面,对加固后的混凝土三点弯曲梁的断裂过程进行了研究。首先由界面变形一致的假定,忽略了UHTCC未开裂区域的弹性变形,提出了UHTCC总裂缝宽度wu的确定方法,得到了-wu的简化模型,根据该简化模型便可以确定任意时刻UHTCC内的应力值;随后对UHTCC加固混凝土三点弯曲梁的裂缝扩展全过程进行了分析,并引入适用于UHTCC加固混凝土三点弯曲梁的起裂韧度 和失稳韧度 两个断裂参数,利用双K断裂准则对加固后的混凝土三点弯曲梁的裂缝扩展过程进行了描述,并通过试验对双K判定准则的适用性进行了验证。
非饱和土地基的三维非轴对称动力响应
徐明江, 魏德敏
2011, 28(3): 78-085.
摘要:
考虑土颗粒、孔隙流体的压缩性以及各相物质间的黏性、惯性耦合,采用Bishop有效应力公式和毛管压力函数的V-G模型,建立了非饱和土的动力控制方程。通过引入位移函数,并利用Cauchy-Reimann条件,在直角坐标系下将非饱和土的波动方程进行解耦,进而采用双重Fourier变换,求得了位移和应力在变换域上的一般解。结合一定的边界条件,研究了非饱和半空间体在任意分布的表面谐振荷载作用下的动力响应问题。数值分析中,考虑了饱和度对土的动剪切模量的影响,并提出了一个计算任意饱和度下粘性土的动剪切模量的经验公式。算例结果表明:饱和度对地基动力响应的影响非常显著,通常情况下,饱和度增大时,地表位移幅值随之增大,但当土体接近完全饱和时,地表位移幅值随饱和度进一步增大而减小。孔隙渗透性和地表排水条件则只有在饱和度很高时才会对地表位移产生明显的影响。
模型表面粗糙度对冷却塔风荷载的影响
沈国辉, 余关鹏, 孙炳楠, 楼文娟, 李庆祥, 杨仕超
2011, 28(3): 86-093.
摘要:
采用两种粗糙条数量和五种粗糙条厚度分析模型表面粗糙度对冷却塔风荷载的影响,应用本征正交分解法(POD)进行风压点的加密和重构,分析不同粗糙度下冷却塔的风压分布和总体受力,并将试验结果与规范、以往的实测和风洞试验结果进行比较。研究发现:冷却塔模型的表面越光滑,喉部附近B层测点最大负风压的绝对值越大;当模型表面粗糙条数量增大时,冷却塔的底部剪力系数变大,受到的总体风阻力越大;冷却塔颈部附近的阻力系数与规范数据接近,而顶部和中下部的阻力系数比规范大,需引起设计的重视。
钢筋截面积模糊随机时变概率模型
王 磊, 张建仁
2011, 28(3): 94-102,.
摘要:
当前信息的有限性和未来信息的未确知性,使得钢筋截面积时变概率模型存在不确定性。将钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀影响因素的不确定性归结为模糊性和随机性,针对氯离子环境下均匀锈蚀和局部锈蚀两种状态,采用Mont Carlo区间数值模拟技术,分析了锈蚀初始时间模糊概率特征,建立了钢筋截面积均值和标准差关于服役时间和阈值的函数,以局部锈蚀为例分析了锈坑深度不同时刻截口模糊概率特征,对比了不同锈蚀形态下截面积均值和标准差的异同。结果表明:锈蚀各影响因素不确定性对钢筋截面积模型影响显著,局部锈蚀下截面积退化的离散性更强,混凝土桥梁时变可靠性研究过程采用局部环境下锈蚀模型为宜。
裸光纤光栅及光纤力锤在大桥模型试验中的应用
詹 胜, 谭华耀, 徐幼麟, 区浩然, 张笑华
2011, 28(3): 103-108.
摘要:
经缩尺比例后,大跨度悬索桥模型的构件一般变得很细小,尺寸大的传感器无法或不宜安装在结构模型上,尤其是需作动力试验的模型,附加大量传感器及电缆线的质量、刚度和阻尼会严重影响试验的结果。为解决此问题,该文采用细柔的裸光纤光栅测量直径仅0.5mm细钢丝吊索及其他细小构件的应变。为获得光纤所测应变的传递函数,研制了激振用的光纤力锤,进行了应变模态振型测量分析。模型试验已取得的结果对大桥原型健康监测有重要参考意义。此外,该文还给出试验过程中值得注意的几个问题。
钢筋混凝土柱地震剪切-粘结破坏试验研究
孙治国, 司炳君, 郭 迅, 于德海, 李晓莉
2011, 28(3): 109-117,.
摘要:
剪切-粘结破坏是钢筋混凝土结构的一种重要震害形式,为研究剪跨比在1.5―2.5之间钢筋混凝土柱的抗震性能,进行了16个试件的拟静力试验,对其破坏形态、延性及耗能能力、刚度退化、抗剪承载力等进行了对比分析。结果表明,试件以剪切及粘结破坏为主,可分为弯剪、剪切和粘结破坏三种类型,弯剪破坏试件表现出较好的延性和耗能能力,而粘结破坏试件滞回曲线表现出明显的“捏拢”效应,延性及耗能能力差、刚度退化快,为脆性破坏,易发生于剪跨比λ在1.5―2.0,受拉纵筋配筋率≥1.0%且混凝土强度较低的框架短柱中,宜在抗震设计中引起重视。
混凝土变参数等效应变损伤模型
李同春, 杨志刚
2011, 28(3): 118-122.
摘要:
根据混凝土4种不同受力状态下应力-应变曲线的试验数据,建立了以等效应变作为参变量的变四参数等效应变损伤模型。该模型可以较好地描述复杂空间应力状态下混凝土的损伤本构关系,运用该模型计算得到的4种不同受力状态下的全过程应力-应变曲线与试验结果具有较好的一致性。
非平稳地震动过程中混凝土重力坝受拉失效路径可靠度分析
徐 强, 李 静, 陈健云, 范书立
2011, 28(3): 123-128.
摘要:
建立了分析在非平稳地震动过程中重力坝失效路径可靠度的计算方法。首先,说明了指定的失效路径的失效概率与失效路径上的单元的失效概率的关系。其次,使用了虚拟变量代换了所需求得未知变量,简化了使用一次二阶矩法求解梯度的过程。然后,使用了虚拟激励法计算了响应位移的方差,并推导了单元第一主应力的均值与方差的求解公式,从而为上一步的计算提供了参数。最后,提出了一种搜索可靠度最小的失效路径的算法。计算结果表明,该文的方法收敛速度较快,具有很好的实用性。
型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力试验研究
郑山锁, 胡 义, 车顺利, 王 斌, 陶清林
2011, 28(3): 129-135.
摘要:
基于10榀型钢高强高性能混凝土简支梁的抗剪试验,揭示了影响梁抗剪性能的主要因素,得出了剪跨比、混凝土强度、含钢率、配箍率、翼缘宽度比(型钢翼缘宽度和梁截面宽度的比值)和加载方式对梁抗剪承载力的影响规律。依据现有型钢混凝土梁抗剪承载力计算方法,采用梁构件桁架-拱模型,分析了型钢高强高性能混凝土梁的受剪机理,认为其斜截面抗剪承载能力依然主要由箍筋、混凝土和型钢腹板三部分来提供,并回归出了各部分的抗力系数,建立了型钢高强高性能混凝土梁斜截面抗剪承载力的计算公式。计算结果与试验结果吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度,能客观地反映型钢高强高性能混凝土梁的抗剪性能。研究将为型钢高强高性能混凝土梁的设计计算与工程应用提供理论依据。
深埋圆形巷道围岩和衬砌相互作用解析解
吴顺川, 潘旦光, 高永涛
2011, 28(3): 136-142.
摘要:
围岩采用Mohr-Coulomb屈服准则、衬砌采用双线性本构模型,提出广义荷载作用下深埋圆形巷道中围岩和衬砌相互作用体系弹塑性解的解析表达式。在此基础上,研究了围岩的位移、位移灵敏度和塑性区等随广义荷载的变化规律。根据参数分析和实例计算得到:1) 围岩或衬砌由弹性进入塑性,位移灵敏度将发生突变;2) 位移灵敏度在弹性区和塑性区的交界面上发生突变;3) 根据位移灵敏度的变化情况,可判断围岩和衬砌共同作用体系的稳定状况,并由临界塑性区半径比判断失稳区域的范围。
基于遗传算法策略的含时滞结构振动主动控制研究
薛晓敏, 孙 清, 张 陵, 伍晓红
2011, 28(3): 143-149.
摘要:
该文提出一种新的含时滞结构振动控制方法——基于遗传算法优化反馈控制增益的控制方法,该方法以时滞微分动力学方程为依据,以遗传算法为优化工具,然后根据特定的优化控制目标实现控制增益的求解。遗传算法优化控制增益的方法具有以下优点:其一,由于优化所得的控制增益充分考虑了时滞对结构振动控制的影响,因而能够有效地解决由于时滞的存在使得结构控制实现困难的问题;其二,控制目标明确,该方法可以根据不同的控制目标,实现该目标下最优的控制效果;最后,通过仿真计算,得出了该方法能够适用于时滞受控系统,而且可以实现不同的控制目标的要求,控制效果显著,具有很好的可靠性。
大跨空间钢结构模态参数测试传感器优化布置
滕 军, 朱焰煌
2011, 28(3): 150-156.
摘要:
为了有效选择监控模态振型阶数,并使振型向量间夹角和测点振动能量同时尽可能大,提出了基于模态能量和自适应遗传算法的多目标传感器优化布置方法。首先,根据结构模态应变能的大小挑选出环境激励下结构的主要贡献模态,即优化时所取的监控模态。然后,根据单位刚度的模态运动能以及模态置信度矩阵构造新的适应度函数,利用自适应遗传算法对布点进行优化。以国家游泳中心钢结构为工程背景,对其模态测试时加速度传感器布点进行了优化。计算结果表明:所提方法适用于环境激励下大跨空间钢结构模态测试时传感器的优化布置。
弹性剪切连接组合梁的应力计算方法
周东华, 孙丽莉, 樊 江, 王俊平, 高琼仙
2011, 28(3): 157-162.
摘要:
在桥梁结构中组合梁的弹性计算是一项重要的内容,然而要精确计算组合梁在弹性剪切连接(即有滑移)时的应力,须用到微分方程的解析解,在简单荷载作用下的静定结构还可得到这些解析解,但当荷载形式较复杂或为超静定结构时,要得到解析解就很困难了。目前还没有即简便、精度又高的实用计算方法,在《钢结构规范》[1](GB50017-2003)中也没有相关的内容可寻。为此,该文提出了一新的组合梁应力计算方法——有效刚度法,该法计算简便、力学概念清晰、计算精度高,能适用于任意荷载形式和任意大小的剪切连接刚度。计算结果中得到的组合系数还能非常直观地评价组合梁的组合作用大小,并可用于组合梁的有效抗弯刚度的计算。
钢筋混凝土框架节点抗裂承载力研究
邢国华, 吴 涛, 刘伯权
2011, 28(3): 163-169.
摘要:
根据10个钢筋混凝土框架变梁中节点试件低周反复荷载试验,重点分析了节点核心区尺寸、轴压比等因素对该类非常规节点抗裂性能的影响。结果表明:该类节点左梁、右梁刚度不同,反复荷载下柱端轴压力发生波动,理论分析时可用系数α来表征轴压力对节点区抗裂性能的影响。在以往试验研究的基础上提出包含系数α的框架节点(如常规中节点、边节点、宽扁梁节点、变梁中节点等)抗裂承载力计算公式,并通过国内外97个节点试件的108组试验数据对其进行验证,吻合良好。
钢筋钢丝网砂浆加固混凝土梁的抗弯试验研究
刘金伟, 朱湛贤, 李丰丰, 熊光晶
2011, 28(3): 170-176.
摘要:
为既保持钢丝网砂浆或小直径钢筋网砂浆加固混凝土构件的优点,又能大幅度提高被加固构件的承载力,提出钢筋(大直径)钢丝网砂浆加固钢筋混凝土梁的思路。进行了7根钢筋钢丝网砂浆加固梁和1根对比梁的抗弯试验研究,探讨了加固方式和加载方式对钢筋钢丝网砂浆加固梁抗弯性能的影响。试验研究表明,钢筋钢丝网砂浆加固能大幅度提高被加固梁的抗弯承载力;即使在钢丝网用量很少的情况下(施工方便),加固梁仍具有优异的裂缝控制和位移延性。研究还显示,加载至屈服后卸载、再加固梁的极限承载力与一次受力梁差别很小。该文还给出了加固梁的抗弯极限承载力的计算公式,与试验结果吻合良好。
钢框架梁端翼缘板式加强型节点力学性能试验研究
王 燕, 郁有升, 王 鹏
2011, 28(3): 177-184.
摘要:
钢框架梁端翼缘板式加强型节点是梁柱改良抗震节点的一种形式,这种节点包括翼缘板加强型及盖板加强型节点两种类型。为了研究这两种连接形式的延性及抗震性能,设计制作了4个缩尺比例为1/2的梁柱T型试件,研究了节点试件在循环荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、极限荷载、最大塑性转角、延性性能等,作为比较,还进行了1个传统栓焊节点试件的试验。试验结果表明,梁端翼缘板式加强型节点可以耗散大部分能量,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,实现塑性铰外移。与传统节点相比,具有更强的塑性变形能力和耗能能力,是一种较为理想的延性节点。研究结果还表明,采用翼缘板或盖板对梁翼缘进行加强可以使试件承载能力有所提高,在抗震设计中可以考虑翼缘加强板对试件承载能力提高的影响。此外,该文还给出了翼缘板及盖板加强节点的设计步骤,为此类型节点的工程设计提供参考。
钢筋混凝土矩形薄板徐变效应分析
胡 狄, 翁运新, 余志武
2011, 28(3): 185-190.
摘要:
基于弹性薄板理论和按龄期调整的有效模量法思想,分析钢筋混凝土矩形薄板徐变效应,建立了考虑混凝土徐变和钢筋约束影响的时变弹性曲面微分方程,并给出了四边简支和四边夹支的钢筋混凝土矩形薄板的徐变效应计算公式,可方便求解任意时刻薄板挠度和混凝土、钢筋的应力。
列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型
徐 鹏, 蔡成标
2011, 28(3): 191-197.
摘要:
建立了列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型。模型中,充分考虑了机车车辆、有砟轨道、路基的空间特性、时变特性及相互作用,对路基系统,采用连续体建模的方法,并利用Galerkin法进行了离散。通过仿真计算与秦沈线综合试验实测结果进行比较,验证了模型的可靠性。以运行速度为200km/h的CRH2动车组作用为例分析了路基的动力特性,得出了基床表面变形、应力的动态响应结果,动变形、动应力沿路基纵向和横向的分布。该模型实现了列车-有砟轨道-路基耦合振动系统的快速计算,可用于研究列车、有砟轨道、路基之间的动力相互作用及对路基动力特性进行详细分析。
铰接钢管混凝土圆弧拱平面内徐变稳定
王玉银, 刘昌永, 张素梅
2011, 28(3): 198-204.
摘要:
钢管混凝土拱肋核心混凝土徐变不仅可以导致钢管与混凝土之间的内力重分布,还将增加拱肋的屈曲前变形,降低拱肋的稳定承载力。经典稳定理论假设拱的屈曲前变形呈线性且该变形较小,因此忽略了屈曲前变形对拱肋弹性稳定承载力的影响。该假设仅适用于矢跨比较大的深拱,由于浅拱的屈曲前变形具有明显的非线性特征,该理论不再适用。尤其考虑徐变对拱的稳定承载力影响时,必须计入屈曲前变形的影响。该文根据钢管混凝土组合构件的徐变特性,基于考虑龄期调整的等效弹性模量方法,采用虚功原理建立了铰接钢管混凝土圆弧拱的非线性静力平衡方程和稳定平衡方程,并通过联立求解两种方程得到了徐变作用对拱肋稳定承载力的影响;此外,该文还探讨了徐变系数对徐变稳定性的影响,以及稳定承载力随拱桥运营时间的变化规律。
机械工程学科
固定边载流矩形板的磁弹性效应分析
边宇虹, 白象忠, 田振国
2011, 28(3): 205-208,.
摘要:
针对在电磁场和机械场耦合作用下的载流矩形板的二维磁弹性问题进行了研究。在给出矩形薄板的磁弹性非线性运动方程、几何方程、物理方程、电动力学方程和Lorentz力表达式的基础上,建立了差分格式和线性化迭代方程,给出了这些方程的数值解系统,并以固定边矩形板为例,计算了该板在电磁场和机械载荷耦合作用下的应力及变形,研究了侧向电流和外磁场强度对该板的磁弹性效应。结果表明:通过改变电磁场和通电电流的相关参数,来达到控制薄板变形及应力-应变状态,提高薄板构件的承载能力,以达到工程结构优化设计的目的。
两自由度含间隙和预紧弹簧碰撞振动系统动力学分析
张 惠, 丁旺才, 李 飞
2011, 28(3): 209-217.
摘要:
研究了一类两自由度含间隙和预紧弹簧的碰撞振动系统动力学模型,建立了系统的Poincaré映射,推导出了映射的Jacobian矩阵。研究了系统的周期和非周期运动,利用Lyapunov指数谱分析了系统的稳定性,用测试函数预测了系统发生“擦边”现象的参数范围;研究了系统的倍化序列和Hopf分岔过程因碰撞质块与约束“擦边”而中断或不连续的现象;分析了由边界碰撞引起的Jacobian矩阵在“擦边”点附近特征值、行列式、迹的变化情况。
收缩管/扩张管型无阀压电微泵的动态特性研究
蒋 丹, 李松晶, 杨 平
2011, 28(3): 218-223.
摘要:
为了合理地预测收缩管/扩张管型无阀压电微泵泵腔压力脉动,利用流体动力学基本理论以及锥管的特点,给出了无阀微泵的动态数学模型,包括吸入和泵出模式的连续性方程以及泵腔体积变化。采用有限元分析方法,对振动薄膜的最大体积变形量进行了计算。基于微泵动态数学模型,对无阀微泵压力和流量特性进行了仿真研究,分析不同薄膜最大体积变形量和振动频率对微泵动态特性的影响。同时,采用安装在泵腔上的压阻式微型压力传感器完成微泵泵腔压力脉动测试。通过对仿真结果和试验结果的分析比较,表明微泵动态数学模型用于计算无阀微泵动态压力特性是可行的。
其他工程学科
基于热-流-固耦合的热采井受力数值计算
纪佑军, 刘建军, 程林松, 廉培庆
2011, 28(3): 224-229.
摘要:
针对热采井套损十分严重的情况,建立了考虑多场耦合的热采过程井壁受力计算数学模型。借助数值计算软件模拟了热采过程油井周围渗流场和应力场的变化情况,并与辽河油田稠油热采井套损情况对比验证了所建立模型的有效性。通过数值模拟研究分析了热采过程注采参数对套管挤压力的影响规律,研究表明:在开井生产时,随着井底压力的下降,套管承受的挤压力升高;随着注汽速度的增大,套管承受的载荷增加。提出稠油热采过程套损预防措施有:限制油汽井井底压力变化和注汽速度。
纤维束内部孔洞对2.5D-C/SiC复合材料弹性性能的影响研究
常岩军, 张克实, 矫桂琼, 王 波
2011, 28(3): 230-233,.
摘要:
采用Mori-Tanaka方法分两步计算了含孔洞C/SiC纤维束的弹性常数,并进一步考虑经向纤维束在空间上的不完全连续,给出了更为准确的2.5D-C/SiC复合材料弹性性能计算模型。分析了纤维束内部孔洞形状及体积含量对2.5D-C/SiC复合材料弹性性能的影响,结果表明纤维束内部孔洞的形状对材料弹性性能影响较小,而纤维束内孔洞体积含量对材料弹性性能具有显著影响。通过材料的细观编织结构分析,基于经向纤维束的实际接触面积比例给出了相应的模量折减系数,计算得到2.5D-C/SiC复合材料的弹性常数,与试验结果的对比表明该计算模型更为合理。
随机参数智能梁结构闭环控制系统动力响应分析
王敏娟, 陈建军
2011, 28(3): 234-239.
摘要:
针对随机智能梁结构参数的不确定性建立了其闭环控制动力响应随机模型。从结构动力响应的Duhamel积分出发,利用求解随机变量函数矩法导出了在三种情况下横向位移、转角位移和应力响应的数字特征表达式。并通过算例分析了在随机荷载作用下控制前后其物理参数、几何参数和控制力对闭环结构系统动力响应的影响。结果表明基于随机方法处理压电智能结构动力响应分析具有可行性、合理性。
舰船高传递损失基座振动波传递特性
计 方, 姚熊亮
2011, 28(3): 240-244,.
摘要:
基于波动理论,根据阻抗失配和波形转换原理,分析了不同基座连接结构中振动波传递特性,给出了隔振性能随基座板架厚度比及频率变化规律。接着讨论了阻振质量偏心布置对其隔振性能的影响,给出了偏心阻振质量对基座振动波传递的阻抑公式。在理论分析基础上,将高传递损失的基座连接结构延拓到基座面板、腹板和安装板架中,综合运用阻振质量以及贴面阻尼层最大限度的增大基座的阻抗失配程度,初步给出了典型基座高传递损失结构形式,并通过数值计算验证了高传递损失基座结构形式声学设计的有效性。
基于CFD/CSD耦合的超声速舵面动载荷计算
蔡天星, 徐 敏, 姚伟刚, 窦怡彬
2011, 28(3): 245-250.
摘要:
该文分析了超声速气动控制舵面在瞬态气动载荷作用下的位移及应力的时域变化。采用基于Volterra级数的气动弹性系统降阶模型快速获得了舵面的颤振边界。通过CFD/CSD耦合计算,确定了舵面在颤振速度下的瞬态气动载荷,并利用参数空间下的有限元四结点方法将每一时刻的气动载荷插值并施加到结构结点上,进行了瞬态响应分析,得到了舵面在瞬态载荷作用下的动应力。计算结果表明:由于气动载荷的变化以及结构快速振动引起的惯性力的作用,轴根部最大弯曲应力是定常气动载荷作用下应力的3倍左右。
运动体高速入水非定常过程研究
安伟光, 蒋运华, 安 海
2011, 28(3): 251-256.
摘要:
依据气体泄漏规则建立起空泡深水闭合后空泡内气体平衡方程。将空泡内压力作为时间函数,采用Logvinovich的空泡截面独立扩张原理分析空泡的发展。给出运动体姿态计算的动力学方程,分析运动体入水及带空泡航行的受力特性。综合考虑空泡内气体平衡,空泡截面扩展及运动体姿态的耦合方程,给出数值求解运动体带空泡高速入水非定常过程的方法。研究表明:考虑与不考虑空泡内气体的弹性,计算结果有很大的区别,在考虑气体弹性后,能够模拟高速入水过程中空泡壁面波现象并与工程估算的波数一致。