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2011年  第28卷  第6期

基本方法
一类非均布荷载作用下厚壁圆筒平面问题的应力解析解
吴庆良, 吕爱钟
2011, 28(6): 6-010,.
摘要:
采用复变函数法给出了表面受有一类非均布径向压力作用下厚壁圆筒平面问题的应力解析解,发现随着非均布侧压系数的增大,圆筒内某些区域的切向应力和(或)径向应力会由压应力变为拉应力,并且切向拉应力远大于径向拉应力。在不存在拉应力区的前提下,反算出非均布侧压系数的范围,并给出了不同非均布侧压系数所对应的拉应力区。最后用数值方法验证了理论分析的正确性。
几类典型网格下三维弹性问题的代数多层网格法
肖映雄, 周志阳, 舒 适
2011, 28(6): 11-018.
摘要:
有限元方法是数值求解三维弹性问题的一类重要的离散化方法。在有限元分析中,网格的几何形状及网格质量会对有限元离散代数系统的求解产生很大影响。该文系统研究了几类典型网格对几种常用AMG法计算效率的影响,并进行了详细的性能测试与比较。利用容易获知的部分几何与分析信息(如方程类型,节点自由度信息),再结合经典AMG法中的网格粗化技术,设计了具有更好计算效率和鲁棒性的AMG法。数值试验结果验证了算法的有效性。
防屈曲支撑恢复力的特点及计算模型研究
高向宇, 张 慧, 杜海燕, 梁 峰, 尹学军
2011, 28(6): 19-028.
摘要:
选用国标Q235热轧钢材,采用三个型钢品种,以三种截面、两种组合方式设计并制作了六个防屈曲支撑试件,进行了低周反复荷载试验。研究了防屈曲支撑恢复力的特点,讨论了Bouc-Wen等模型用于计算恢复力-变形滞回曲线的可行性,指出了将其用于防屈曲支撑时,在力学参数非对称性、材料塑性硬化等方面的不足。在此基础上,提出了考虑这些影响的三个参数,建议了三个参数的实用计算方法,建立了改进的Bouc-Wen恢复力计算模型。与UCB静力反复单调增位移控制加载和地震诱发位移控制加载的试验研究结果进行了对比,与该文试验结果进行了对比。表明在恢复力-变形滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效粘滞阻尼比等方面吻合较好。提出了适合于防屈曲支撑工业产品性能测试的若干参数,针对结构设计及分析提出了建议。
带有可伸展平动附件多柔体簇系统动力学拟变分原理及其应用
赵淑红, 梁立孚, 周 平
2011, 28(6): 29-039.
摘要:
应用混合坐标法对多柔体簇系统进行运动学描述,得到附件和根体的动能,建立带有可伸展平动附件多柔体簇系统动力学拟变分原理。应用对合变换,得到两类变量的多柔体簇系统动力学拟变分原理。并推导其拟驻值条件对变分原理进行检验。最后,应用多柔体簇系统动力学拟Hamilton原理的拟驻值条件建立空间飞行器附件振动偏微分方程。
基于接触协同作用结构非线性屈曲分析
宗钟凌, 郭小明
2011, 28(6): 40-044.
摘要:
工程结构中结构或构件之间存在接触摩擦现象是较为普遍的,接触协同作用使得结构非线性屈曲问题的数值求解变得困难。该文从这一实际问题出发,采用子结构凝聚自由度的有限元方法得到基于接触界面问题的非线性有限元平衡方程,通过增广拉格朗日乘子法对接触问题的约束条件进行处理,并与柱面弧长法结合,对非线性屈曲问题进行全过程跟踪求解。算例结果表明接触协同作用对结构的非线性屈曲过程影响明显,有必要在实际工程结构设计中考虑接触协同作用的影响。
土木工程学科
基于有效累积滞回耗能的钢筋混凝土构件承载力退化模型
曲 哲, 叶列平
2011, 28(6): 45-051.
摘要:
在模拟地震作用下建筑结构的非线性响应时,应正确考虑构件的累积损伤对结构性能的影响。钢筋混凝土构件在反复受力下的承载力退化是其累积损伤的重要体现。该文根据不同加载路径下钢筋混凝土柱的试验资料,通过考察不同加载路径对构件承载力退化的影响,指出累积滞回耗能引起的构件损伤程度,与产生该累积滞回耗能的位移幅值有关。基于这一结果,该文提出了有效累积滞回耗能的概念,以综合考虑累积滞回耗能和相应的位移幅值对承载力退化的影响。与试验结果的比较表明,有效累积滞回耗能与构件承载力退化程度之间有良好的相关性。分析结果表明,所建议的基于有效累积滞回耗能的承载力退化模型可较好地模拟不同往复加载路径下钢筋混凝土构件的滞回曲线。
两层通高区群柱面外稳定性能与设计方法研究
郭彦林, 王永海
2011, 28(6): 52-059.
摘要:
在高层筒中筒结构中由于某一层楼板抽空,导致两层通高区中外筒框架柱无明确面外支撑,此时通高区群柱面外失稳往往成为结构设计的控制因素之一。该文针对等轴压的两层多跨平面群柱模型,首先通过理论推导得出各柱面外等效支撑刚度的表达式,将两层群柱的面外稳定性研究模型简化柱跨中带侧向弹簧支撑的轴压单柱模型;然后,运用既有单柱简化模型的研究成果得到柱子弹性屈曲荷载和计算长度系数与等效支撑刚度的关系,并通过弹性屈曲有限元分析验证了该文提出的等效支撑刚度和屈曲荷载简化计算公式的准确性;最后,考虑群柱中各柱平面外几何初始缺陷随机分布的影响,对两层通高区群柱的弹塑性极限承载力进行多参数分析,验证了在柱跨中面外支撑刚度相同的前提下,单柱简化模型的轴压稳定设计方法仍然适用于两层通高区群柱的面外稳定性设计。
考虑土体小应变特性的一种实用本构模型
王海波, 徐 明, 宋二祥
2011, 28(6): 60-065.
摘要:
土体小应变刚度特征是准确分析土与结构相互作用的重要因素。土体刚度的衰减速率宜由带有小应变量测装置的高等三轴实验确定,这制约了土的小应变刚度模型的应用。另外,虽然该类实验在国外已对典型土体进行了较系统的研究,但是在国内还鲜有报道。该文结合小应变理论,提出了加载为正弦函数和卸载为双曲线形式的弹塑性模型,并且针对多种土体将模型的计算结果与实验值进行对比,二者的基本符合证明了模型的合理性。
FRP-混凝土组合桥面板疲劳性能试验研究
杨 勇, 刘玉擎, 范海丰
2011, 28(6): 66-073.
摘要:
在静力试验研究基础上,对一新型FRP-混凝土组合桥面板试件进行了高周疲劳试验研究,在疲劳试验各主要时刻停机进行了静载试验研究。疲劳试验研究主要考察了组合桥面板在疲劳循环荷载下组合板刚度、底板FRP应变、混凝土应变以及裂缝形态等受力行为发展过程,并采用光纤位移传感器对疲劳试验过程中组合板试件的最大动挠度、最小动挠度及各主要时刻停机后组合板残余挠度等动力响应进行了精确测量。疲劳试验研究结果表明,该文所研究的FRP-混凝土组合桥面板试件在经历310万次疲劳循环加载后无明显刚度和强度退化,具有良好抗疲劳性能。试验测量结果表明,该文所采用的光纤位移传感器测试技术测量效果较好,适用于疲劳荷载下试件动态挠度和残余挠度的精确适时测量。
大型火电厂分散剪力墙-SRC框排架结构抗震性能试验研究
白国良, 白涌滔, 李红星, 赵春莲, 朱丽华
2011, 28(6): 74-080,.
摘要:
分散剪力墙-SRC框排架混合结构是大型火力发电厂为满足更高抗震要求而发展的一种新型结构体系,按照1/7比例对三跨三榀七层框排架子空间模型进行拟动力试验与拟静力试验。试验研究了模型结构在水平地震作用下的受力特点、滞回特性、变形以及协同工作等性能。研究结果表明:该类不规则的混合结构裂缝分布广泛并存在明显的薄弱层,主要的薄弱环节在上部剪力墙、柱变截面处和异型节点处等刚度突变位置,结构最终主要形成梁铰延性破坏机制,分散剪力墙与型钢混凝土柱的布置显著地改善了结构的延性及破坏模式等性能。原型结构可满足8度甚至更高的设防要求,抗震性能比同类的传统RC框排架结构有较为明显的提升。
考虑偶然偏心的动力近似抗震分析研究
尹家聪, 李 浩, 陈 璞
2011, 28(6): 81-087.
摘要:
针对高层建筑计算单向水平地震响应时的偶然偏心,该文讨论了振型分解反应谱法与等效扭矩近似法两种动力计算方案;通过二组算例,给出了偏心后两种方案的计算结果随侧扭周期比的变化曲线。研究表明:与振型分解反应谱法相比,等效扭矩近似法在侧扭周期比大于1.8时具有较好的计算精度,但在侧扭周期比接近1.0时可能低估构件的内力值,在实际计算中应予修正以保证结构设计安全。
混凝土约束梁升降温全过程的耐火性能试验
吴 波, 乔长江
2011, 28(6): 88-095.
摘要:
为揭示约束混凝土梁的升降温全过程火灾行为,开展了8根约束梁的明火试验,考察了升降温作用下梁端轴向和转动约束、荷载比、升温时间等参数对约束梁高温变形及内力的影响。试验结果表明:1) 升降温过程中试件轴力呈现出先较快增大而后逐渐减小并渐趋平缓的趋势,降温结束后仍存在明显的残余轴压力,试验过程中各试件的最大轴力比约0.05―0.1;2) 升温时间对试件左、右两端弯矩最大值的平均值影响有限,即该最大值的平均值基本上在升温60min内就已达到;3) 转动约束刚度比改变对试件左、右两端附加弯矩最大值的平均值影响不大。
箱形柱与工字梁连接节点翘曲变形的传递分析
童根树, 王继涛, 张 磊
2011, 28(6): 96-102,.
摘要:
箱形柱与工字形梁刚性连接节点是钢结构建筑中最常用的节点形式之一。通过对采用这种节点形式的梁柱节点处的梁柱构件之间的翘曲位移传递的研究,提出了这种节点处梁柱的翘曲位移的简单关系,并推导了在常用薄壁构件空间框架梁单元有限元模型中的实现方法。通过与壳体单元有限元的分析结果进行比较,发现壳体有限元与提出的方法结果非常吻合,同时发现在现有空间框架有限元计算中广泛使用的方法是不正确的。
核筒悬挂建筑结构体系的顺风向风致响应分析
蔡文华, 张继文, 涂永明, 梁书亭
2011, 28(6): 103-109.
摘要:
核筒悬挂建筑结构是一种新型的高层建筑结构体系,其风致响应的研究很少。模拟了B类地貌下的风速时程,并转化为作用在结构上的风荷载时程;利用有限元软件ANSYS建立了结构计算模型,进行了结构水平顺风向风振响应分析,并与悬挂非减振结构进行比较,给出了阻尼器参数优化结果。分析结果表明,在水平顺风向风荷载作用下,核筒悬挂减振结构与非减振结构相比顶部位移、加速度均有所下降。阻尼器刚度的合理选择,不仅可使核筒顶部的位移响应减小,还可有效地控制悬挂楼层层间相对位移;而阻尼器阻尼系数取一个较大值(如1×108N•s/m)就可达到较好的控制效果。核筒悬挂减振结构具有良好的应用前景,该文的研究工作为这种新型结构体系的实用抗风设计提供参考。
盾构隧道管片衬砌的平板壳-接缝元-地基系统模型研究
赵大洲, 景来红
2011, 28(6): 110-117.
摘要:
基于Mindlin平板理论及钢筋混凝土分层组合式模型,提出了平板壳-接缝元-地基系统模型。模型以所构造的接缝元模拟管片衬砌间力的传递,可体现管片中钢筋、接缝处各种构造对衬砌结构力学性能的影响。模型在对管片接缝的模拟中以较容易确定的止水、衬垫、螺栓和混凝土等材料的力学及几何指标替代了传统方法中不易确定的接缝刚度指标,可更真实地反映管片结构的力学性态、提高计算结果的准确性。通过算例验证了模型的合理性和有效性。
滚石坡面法向冲击动力响应特性研究
何思明, 沈 均, 罗 渝, 吴 永
2011, 28(6): 118-124.
摘要:
滚石灾害是5•12地震诱发的主要次生山地灾害之一,因具有随机和不可预见性,成为灾后重建中地质灾害防治的难点。滚石防治的核心问题是解析滚石对坡面的冲击响应,由于冲击过程历时短、变形大和能量转换复杂,通过传统理论分析方法分析较为困难。为此,以Hertz理论为基础,考虑坡体的弹塑性特性,模型化滚石冲击为自由落体冲击的半无限体问题,运用动力有限元数值仿真技术,研究了滚石对坡面法向冲击特性,揭示滚石冲击速度、滚石半径对坡面土体动力响应的影响。结果显示基于弹塑性冲击理论的计算结果与数值模拟结果较为吻合,而完全弹性冲击理论的计算结果偏差较大,即基于弹塑性理论的滚石灾害防护设计更为合理。
基于正应力分布的被动土压力计算方法
刘华丽, 李宏伟, 朱大勇, 卢厚清
2011, 28(6): 125-129.
摘要:
该文假定滑动面为三次的拉格朗日插值函数,假定挡土墙后滑面正应力为三次的拉格朗日插值函数,推导出包含被动土压力的水平力、垂直力和绕挡土墙顶点旋转的力矩平衡方程。利用优化原理,迅速准确的确定最危险滑面和最危险滑面对应的最小被动土压力。该方法避免了传统极限平衡条分法计算被动土压力系数的繁琐,并在很大程度上克服了其它近似方法的不精确性,可用于一般工程。
深基坑坑底加固体的刚度效应研究
蒋建平
2011, 28(6): 130-140.
摘要:
基于平面数值模拟方法对坑底加固体的刚度效应进行了探讨。研究发现,随着坑底加固体刚度的增加,整个基坑的地面沉降、坑底隆起、支护桩水平向位移等减小,支护桩正负弯矩趋向对称,且弯矩绝对值基本无增加,整个基坑的整体稳定性安全系数提高,说明坑底加固体刚度的提高能增加基坑的稳定性;当只加固坑底宽度范围的一半时,另一半未加固区的坑底隆起受加固区土体刚度增加的影响非常有限,此时坑底隆起曲线呈台阶形,未加固区的坑底隆起远大于加固区;建立的6条地面沉降最大值、坑底隆起最大值与加固区土体刚度的关系曲线表明,当加固体刚度增加到一定程度时地面沉降、坑底隆起趋向一稳定值。结果表明,坑底加固体刚度的提高对基坑是有利的;该文建立的6条关系曲线及其方程式对其他深基坑工程有一定的参考价值。
现场发泡夹心墙平面内变形性能研究
张延年, 李 恒, 刘 明, 张 洵, 李立东
2011, 28(6): 141-148.
摘要:
为研究一种新型节能墙体——现场发泡夹心墙的平面内变形性能,制作了13片现场发泡夹心墙和1片实心墙,进行了平面内的抗震性能试验。得到了墙体滞回曲线、骨架曲线、内叶墙不同高度位移时程曲线、延性系数、能量耗散系数和刚度退化曲线等,分析了轴压比、拉接件的构造参数与布局、保温层厚度等参数变化对现场发泡夹心墙的破坏特征、破坏机制、稳定性能、延性性能、耗能能力、刚度退化等影响。研究结果表明构造柱、拉接件和钢筋混凝土梁挑耳有效改善了墙体变形能力和整体性能,夹心墙具有较好的变形性能。
基于剪切型结构的速度脉冲地震地面运动强度表征参数评估
周 靖, 陈凯亮, 方小丹
2011, 28(6): 149-155,.
摘要:
研究速度脉冲型地震地面运动强度表征参数(IM)与剪切型多自由度(MDOF)体系顶层非线性变形需求的相关性,并分析IM的有效性。采用20条速度大脉冲型地震动记录,基于MDOF体系的非线性动力时程分析,研究恒延性水平(μ)条件下速度脉冲地震动IM与MDOF体系最大非线性顶层位移相关性系数的变化规律;通过线性回归和离差分析,分析速度脉冲地震地面运动强度参数的有效性。分析结果表明:结构基本周期与延性水平对相关性和离散性均有较大影响;峰值地面运动速度(PGV)作为IM,相关性系数较大且离差较小,相关性和离差表现较稳定,是较好的速度脉冲地震动IM。
其他工程学科
无铺装层钢箱梁日照温度场分析
张玉平, 杨 宁, 李传习
2011, 28(6): 156-162.
摘要:
针对我国桥涵设计规范未给出无铺装层钢箱梁日照温度梯度和采用实测方法确定其温度梯度工作量大的不足,根据热传导和有限元基本原理,应用ANSYS建立了江东大桥自锚式悬索桥一段无铺装层钢箱梁三维模型,求解了其温度梯度,并经现场实桥测试,实测值与计算值吻合较好。对钢箱梁日照温度场影响因素进行参数敏感性分析,发现吸收率对温度场计算影响最大,风速次之,辐射率影响最小。以江东大桥钢箱梁日照温度梯度实测数据为基础,采用指数函数加一次函数的形式对钢箱梁日照温度梯度进行了拟合,验证了拟合公式也适用于广州东沙大桥斜拉桥钢箱梁日照温度场的模拟,可推广应用于我国桥梁无铺装层钢箱梁温度梯度的确定。指出在桥梁结构分析时按照英国BS5400规范确定我国桥梁无铺装层钢箱梁温度场可能存在与实际情况较大差别的现象。
压电压磁双层材料界面二维裂纹分析
马 鹏, 冯文杰, 靳 静
2011, 28(6): 163-169.
摘要:
该文利用积分变换和奇异积分方程技术研究压电压磁双材料界面裂纹二维断裂问题。假设界面上压电材料电势和压磁材料磁势为零;压电层表面受机械载荷和电位移作用,压磁层表面受机械载荷和磁导作用。导出了相应问题的应力强度因子和机械能量释放率的表达式,给出了机械能量释放率的数值结果。结果表明:在同样机械载荷作用下,压电压磁双材料界面裂纹要比相应的弹性双材料不易产生和(或)传播,而且增加层的高度可以抑制裂纹扩展。研究结果对多层电磁复合结构的设计具有理论与应用价值。
轴向激励下悬浮隧道锚索参数振动分析
孙胜男, 苏志彬, 白卫峰
2011, 28(6): 170-175.
摘要:
考虑悬浮隧道锚索的垂度,导出了锚索在轴向激励作用下的非线性振动方程,并采用伽辽金法和龙格-库塔法对典型悬浮隧道锚索进行了数值求解。研究表明,锚索的参数振动响应与水体的阻尼力,锚索的垂度,索端激励大小有关;锚索的内外直径比应综合各种因素进行选取;不考虑锚索垂度的计算结果较考虑垂度的计算结果小;由于水体阻尼力的作用,悬浮隧道锚索的参数振动响应比空气中锚索的参数振动响应减小。
基于CFD/CSD耦合的二维壁板颤振特性研究
窦怡彬, 徐 敏, 蔡天星, 姚伟刚
2011, 28(6): 176-181,.
摘要:
该文基于CFD/CSD(计算流体动力学/计算结构动力学)耦合方法,在时域内对二维壁板的颤振进行了分析。采用D’Alembert原理和有限元方法,建立了壁板在超声速流作用下的非线性动力学模型。采用Von Karman非线性应变位移关系来描述结构大变形,用Euler方程计算了非定常气动力。应用载荷参数空间插值传递方法,实现了气动网格和结构网格之间的数据传递。计算结果表明:颤振幅值和频率随着动压的增加而增加,同时最大速度位置从平衡位置向外移动;壁板波动引起流场激波膨胀波之间的交替转换是导致壁板颤振的主要原因。
防风单点系泊系统试验研究
夏运强, 唐筱宁, 蒋凯辉
2011, 28(6): 182-188.
摘要:
通过对特定船舶的系泊物理模型试验,研究了浮筒式防风单点系泊系统在风、浪、流单独作用和组合作用下的运动规律和动力响应,并进一步研究了环境因素(强风、浪、流)大小、系泊线长度和刚度等因素对系统运动和动力的影响。研究发现了风、浪、流联合作用存在明显的耦合效应,并探讨了减小防风系泊力的措施,为防风单点系泊系统的研究和应用提供了必要的基础技术资料,同时对船舶的安全防风具有一定的参考价值。
海底管道受坠物撞击时的弹塑性有限元分析
杨秀娟, 闫 涛, 修宗祥, 闫相祯, 冯永训
2011, 28(6): 189-194.
摘要:
采用非线性动态有限元法模拟了坠物撞击海底管道的过程。以Ramberg-Osgood模型模拟海床,同时考虑混凝土涂层拉、压不同的非线性特性,并利用罚函数法处理坠物、海床与管道之间的相互作用。分析了物体形状、撞击角度、摩擦、内压、混凝土厚度、埋深及悬空长度对管道撞击塑性变形的影响。结果表明:坠物以尖端撞击管道时,凹痕深度较大,但凹痕范围相对较小;90°撞击时对管道的塑性变形影响最大,摩擦系数影响较小;内压增加了管道的应力,但减小了凹痕深度;混凝土层对重量较大坠物的防护作用较弱;埋深超过1m能有效防止管道受撞击破坏;悬跨减小了管道凹痕深度,但使管道更容易产生整体破坏。与现行规范计算结果相比,该文方法更加符合实际。
曲线公路隧道行车间距对活塞效应的影响研究
王 峰, 王明年, 邓园也
2011, 28(6): 195-199.
摘要:
结合正在建设的实际工程项目,采用数值计算方法对曲线隧道内行车间距及车速对活塞效应的影响进行分析。结果表明:汽车进入隧道和驶出隧道时,隧道断面平均风速明显增大;当汽车在隧道内行驶时,汽车与隧道壁面的环状空间及尾部内均出现了强烈的回流及涡流现象;行车间距的增加有利于提高汽车有效阻力系数,增强汽车产生的活塞效应。在相同的行车间距下,较高的车速有利于提高汽车产生的活塞风,但队列下游行驶的汽车将严重的受到上游行驶汽车尾流的影响,导致汽车阻力系数的下降。
近自由面水下爆炸气泡运动的数值计算研究
李 健, 荣吉利, 项大林
2011, 28(6): 200-205,.
摘要:
采用体积加速度模型确定水下爆炸气泡运动的初始条件,基于MSC.DYTRAN有限元软件开发了定义流场初始条件和边界条件的子程序,对近水面水下爆炸气泡脉动全物理过程和自由面水冢运动特性进行了数值模拟,将气泡脉动全过程和水冢运动高度的计算结果分别与实验结果、经验公式进行对比,验证有限元模型建立和子程序开发的正确性。以此为基础,研究距离参数和气泡脉动、自由面水冢运动特性之间的关系,总结相关规律,得出近自由面气泡的动态特性与距离参数有密切的关系。计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。
用于制备YBCO薄膜的光辅助MOCVD反应器内流动现象的数值研究
李 晖, 左 然, 方秀军, 李国兴, 周本初
2011, 28(6): 206-211.
摘要:
对一种制备YBCO薄膜的光辅助MOCVD反应器内的流动现象进行了三维数值模拟研究。在模拟计算中,分别改变基座与进口的相对角度(Φ)、反应器顶壁倾斜角度(Ψ),得出反应器中流场的相应变化。根据对模拟结果的分析,发现当基座平面与进气口轴线之间的夹角Φ=22.5°及反应器顶壁倾角Ψ=30°时,基片表面气流速度大小合适,分布均匀,且回流涡旋得到抑制,反应器内的流场较适合YBCO薄膜生长。
弹性机翼阵风响应和载荷减缓与风洞试验验证
陈 磊, 吴志刚, 杨 超, 唐长红, 王立波
2011, 28(6): 212-218.
摘要:
针对弹性机翼风洞模型,采用经典控制理论设计能够同时减缓翼尖加速度(WTA)和翼根弯矩(WRBM)的阵风减缓控制律。试验在航天空气动力技术研究院FD-09低速风洞进行。风洞试验段尺寸为3m×3m。理论和试验结果均表明,当来流速度为14m/s时,针对频率为2Hz―3Hz的阵风,阵风减缓控制律可使WTA和WRBM分别减小25%―35%和30%―40%。当来流速度为10m/s―16m/s时,针对频率为2Hz的阵风,阵风减缓控制律使WTA和WRBM分别减小27%―34%和30%―40%。本算例中控制律在低频段对WTA的减缓效果直接影响该控制律对WRBM的减缓效果。结构有限元模型与真实模型存在工程允许的误差使得理论与试验结果存在一定的误差。相关工作对工程实际中采用阵风减缓技术具有参考价值。
基于物理中面FGM梁的非线性力学行为
牛牧华, 马连生
2011, 28(6): 219-225.
摘要:
当坐标面置于功能梯度材料(FGM)梁的物理中面上时,其本构方程中,面内力与弯矩并不耦合,这使得问题的控制方程以及边界条件得以简化。该文利用物理中面概念,基于一阶非线性梁理论,导出了FGM梁的基本方程,分析研究了热载荷作用下FGM梁的过屈曲、弯曲以及在这些构形上的振动等问题。假设功能梯度材料性质只沿梁厚度方向,并按成分含量的幂指数函数形式变化。利用打靶法数值地求解了所得方程。数值结果表明:热载荷作用下,FGM夹紧梁发生过屈曲变形,而简支梁则发生较为复杂的热弯曲变形;热载荷作用下,FGM夹紧梁和简支梁的动态行为也有明显区别;另外,剪切变形对FGM梁的力学行为也有显著的影响。
试验机结构参数对被试球接触应力影响
周井玲, 陈建春, 吴国庆, 陈晓阳
2011, 28(6): 226-230.
摘要:
利用轴承球三点接触纯滚动疲劳试验机,以氮化硅陶瓷球作为被试球,根据Hertz弹性接触理论,针对于纯滚动接触状态,分析了试验机滚轮直径、凹弧直径、陪试滚子直径对被试球三点最大接触应力相对差值的影响;数值结果表明:当滚轮半径为25mm,凹弧半径为40mm,陪试滚子半径为12.5mm,被试球半径变化范围为4.25mm―10.5mm时,三接触点的应力相对差值小于1%。适当减小被试球半径变化范围,能够降低三接触点的应力相对差值。三接触点的应力相对差值越小,其对被试球的测试寿命影响越小。
柔性对称微位移放大机构的分析与仿真
刘庆玲
2011, 28(6): 231-235.
摘要:
柔性铰链微位移放大机构在精密机械中的应用日益广泛。依据卡氏第二定理,采用基于柔度的静力学分析方法对柔性机构的运动特性进行分析,给出了机构中任意节点处位移的计算式。在此基础上,对柔性对称微位移放大机构进行了分析,建立了微位移放大机构输入、输出位移及其放大比求解的数学模型。利用所建立的模型,采用MATLAB编程对柔性对称微位移放大机构进行了理论计算,同时对其进行有限元分析,两种方法所得结果基本一致,输入位移、输出位移的相对误差在3%左右,并对误差产生的原因进行了分析。
Rayleigh-Taylor不稳定性诱导湍流混合的数值模拟
杨 玟, 王丽丽, 张树道
2011, 28(6): 236-241.
摘要:
将传统的k- 模型应用到RTI引起混合的数值模拟中,模型中起驱动作用的速度梯度由压力和密度梯度取代,给出了合理描述RTI诱导湍流混合特征的湍流产生项的表达式。采用该模型对Youngs和Kucherenko等的常加速度和变加速度条件下的RTI实验进行了数值模拟。通过与实验结果的比较分析,验证了所采用的模型封闭、模型常数、数值算法和程序实现是合适的。在此基础上,进一步探讨了轻重介质密度比、加速度大小以及稳定阶段持续时间对混合的影响。
两种波浪理论下铰接塔平台的非线性运动特性分析
沈纪苹, 杨 骁
2011, 28(6): 242-248.
摘要:
将铰接塔平台简化为底端具有线扭转弹簧支撑,顶端附有集中质量块的水中柔性梁。采用连续介质力学方法,在小变形假设下,应用大挠度理论建立了梁的非线性耦合运动控制方程和边界条件。基于Airy线性波理论和二阶Stokes波理论,应用Morison方程计算梁在水中所受的水动力。运用有限差分法和Runge-Kutta法得到了方程数值解,分析了两种波浪理论下梁的非线性振动特性,讨论了二阶Stokes波的非线性项对运动特性的影响,并对大挠度理论下非线性结构与横截面转角近似下非线性结构及线性结构进行了比较。
结构表面电激厚剪压电驱动器动态特性研究
吕诗良, 郭少华
2011, 28(6): 249-256.
摘要:
该文对粘贴在各向同性半平面结构表面的高频激励厚度剪切压电驱动器所产生的波传播特性提供了一种实用的解析与数值的分析方法。首先选用压电驱动器振动模式为厚度剪切模式,而驱动器下的半平面弹性体波传播的解析解则根据弹性力学应变积分求位移特解的方法得到,然后根据边界条件得到了整个结构中波传播的求解方案,通过数值模拟计算了半平面体上表面水平位移的分布特性,并讨论了几何参数、材料组合、加载频率对驱动器所产生波传播损耗量的影响规律,最后通过实验论证得到理论计算与实验结果非常接近,从而说明了数值分析的可靠性。