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2011年  第28卷  第8期

基本方法
结构几何非线性分析中分叉失稳的直接求解
叶康生, 陆天天, 袁 驷
2011, 28(8): 1-008.
摘要:
在导护型牛顿法求得分叉点和分叉点上失稳模态的基础上,该文提出一个分叉路径的求解算法。将解路径上的解视为解路径弧长的连续光滑函数,由结构平衡方程对解路径弧长的一阶导数建立起分叉方向满足的控制方程。由该控制方程知,分叉点上结构结点位移向量对解路径弧长的导数可分解为分叉点上失稳模态和控制方程特解的线性组合,从而将分叉方向的求解转化为线性组合系数的求解。通过考虑结构平衡方程对解路径弧长的二阶导数与各失稳模态的向量点积,建立起线性组合系数满足的二次方程组,用牛顿法求得组合系数的解答,从而获得各分叉方向。沿各分叉方向作弧长延拓,即可从基本路径转入各分叉路径。通过跟踪各分叉路径,可对结构屈曲后的受力性能获得较全面的了解。数值算例表明该文方法准确、可靠、高效,能很好地处理大型杆系结构的分叉失稳问题。
拉伸应变硬化UHTCC材料的弯曲变形分析
侯利军, 张秀芳, 徐世烺
2011, 28(8): 9-016.
摘要:
该文依据弯矩-面积方法给出了弯曲变形计算的理论闭合解,结合所完成的不同厚度超高韧性水泥基复合材料试件的四点弯曲试验结果,计算了弯矩-曲率曲线、荷载-挠度曲线,通过与挠度简化计算公式及试验结果对比分析了理论公式的可行性。结果表明:基于闭合解得到的结果与试验实测值吻合最好,最大误差不超过5%,且试件厚度对变形计算基本没有影响;而基于简化公式计算的变形与实测值相差很大,最大误差达30%~50%。因此,对于有着拉伸应变硬化性能的材料,弯曲变形理论闭合解可以作为其变形计算的合理公式,并为拉伸性能反预测作准备。
波纹夹层板线性弯曲分析的无网格伽辽金法
彭林欣, 柏 挺
2011, 28(8): 17-022.
摘要:
提出了一种求解波纹夹层板结构线性弯曲问题的无网格模型。将波纹夹层板看成两侧平板和中间波纹板核的复合结构,用正交各向异性板等效近似波纹板核。先基于一阶剪切变形理论,由无网格伽辽金法建立各板的刚度方程,再通过位移协调条件将各板刚度方程叠加,以得到整体刚度方程。采用全转换法处理位移边界。算例表明:该文所提出的无网格模型分析波纹夹层板具有效率高、精度高和易于实现等优点。
支座约束及荷载分布对薄壁深梁应力的影响
刘计良, 张学森, 王正中, 韩彦宝
2011, 28(8): 23-029.
摘要:
薄壁深梁的应力精确计算是个复杂的力学问题。该文在以往研究工作的基础上,运用弹性力学中的半逆解法并考虑了弯剪耦合效应,引入合理的无量纲参数,推导出不同支座约束及不同荷载分布作用下工字形截面深梁的应力计算公式。通过对无量纲翘曲正应力的分析指出:支座约束越强,翘曲正应力越大;线性分布荷载变化率越大,翘曲正应力越大。薄壁深梁的弯应力数值总大于用材料力学中细长梁纯弯曲理论计算出的弯应力的值,对这类梁的强度验算及设计应考虑附加的翘曲正应力。
大刚度法在结构动力分析中的应用、误差分析与改进
周国良, 李小军, 刘必灯, 彭小波, 迟明杰
2011, 28(8): 30-036,.
摘要:
为检验大刚度法(LSM)的计算精度,以2自由度有限元模型为例,采用瑞利阻尼假设,分别基于一致激励和多点激励情形,输入4组地震动位移,分析了结构的地震反应并与传统理论方法结果做了对比。从理论上分析了LSM误差产生的原因,指出了它的适用条件,分别提出了适用于一致激励和多点激励的改进方法——基于地震动位移阻尼项修正的改进LSM,验证了它们的计算精度。并分析了阻尼系数对LSM和改进LSM的影响。结果表明:采用瑞利阻尼时,理论上LSM不适用于结构地震反应分析;一致激励分析时,LSM的误差与瑞利阻尼的质量相关系数α及刚度相关系数β都有关系,而多点激励分析时误差只与刚度相关系数β密切相关;阻尼系数越大,LSM误差越大,而改进LSM误差很小且表现稳定;改进的LSM可较大幅度提高计算精度,与传统理论方法结果符合精度高。
土木工程学科
钢板-混凝土组合桥面板疲劳性能试验研究
杨 勇, 霍旭东, 薛建阳, 周丕健, 聂建国
2011, 28(8): 37-044.
摘要:
为研究钢板-混凝土组合桥面板在疲劳荷载下的受力性能,该文完成了10块钢板-混凝土组合桥面板试件的等幅疲劳试验研究。试验主要考察栓钉布置、开孔钢板连接件数量及疲劳荷载幅值等3个因素对组合桥板的疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合桥面板各个主要时刻的动挠度、混凝土应变、底部钢板应变、残余挠度及剩余承载力进行测量。试验结果表明:组合桥面板的疲劳加载次数与底部钢板疲劳应力幅有直接的关系,而栓钉及开孔钢板连接件数量对其影响较小,组合板破坏形态均表现为底部钢板疲劳断裂破坏,受压区混凝土压碎破坏。该文研究成果可为该类型组合桥面板设计应用提供依据。
不同构造措施的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙抗剪性能试验研究
初明进, 冯 鹏, 叶列平, 侯建群
2011, 28(8): 45-055.
摘要:
研究了一种新型钢-混凝土组合墙体,即冷弯薄壁型钢增强的混凝土剪力墙的抗剪性能。通过5个冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙和1个钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验,研究了边缘构件纵筋类型及数量、表面钢模网、冷弯薄壁型钢底部锚固等构造措施对剪力墙抗剪性能的影响。研究表明:配筋合适的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的受剪性能和破坏模式与传统钢筋混凝土剪力墙不同,从开始受力到破坏经历了整截面墙到分缝剪力墙的演变过程,具有很好的延性和变形能力;表面配置钢模网可提高墙体承载力,但会降低延性和极限变形能力;冷弯薄壁型钢锚固于基础中可保持后期承载力的稳定;适当增加边缘构件的纵筋量可提高墙体的变形能力。基于试验研究,建议了冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的合理构造措施。
钢框架内填钢筋混凝土剪力墙混合结构破坏机理及塑性分析
彭晓彤, 顾 强
2011, 28(8): 56-061.
摘要:
对一榀1/3比例的半刚性钢框架内填钢筋混凝土剪力墙混合结构试验模型实施了循环加载试验,在此基础上对结构的破坏机理进行了分析;提出了基于塑性理论的侧向极限荷载的简化计算方法,其中考虑了钢框架与剪力墙的相互作用、半刚性节点、组合栓钉及斜向压杆力的影响;利用ANSYS建立了非线性有限元模型;通过试验值、塑性理论值及有限元值的比较,塑性计算结果较稳定,低估实际承载力7%~8%,表明简化塑性分析方法是可行的;综合研究结果,进一步揭示了结构的破坏机理。
模拟混凝土滞回行为的各向异性损伤模型
龙渝川, 李正良
2011, 28(8): 62-069.
摘要:
该文引入相互独立的拉损伤、压损伤演化规律,分别描述受拉开裂和受压破碎导致的混凝土损伤行为,然后采用非线性卸载-线性重加载模拟滞回行为,建立了改进的各向异性损伤模型。该文还建议了模型关键参数的率定方法。应用该模型模拟混凝土受拉和拉-压往复加载试验,计算获得的应力-应变曲线与试验曲线具有良好的可比性,能够反映损伤导致的刚度退化、残余变形累积、加卸载滞回耗能行为以及微裂缝闭合引起的刚度恢复现象。算例结果表明,该模型适宜模拟往复加载下的混凝土非线性行为。
基于薄壳单元的膜材褶皱发展过程研究
马 瑞, 张 建, 杨庆山
2011, 28(8): 70-076,.
摘要:
考虑到柔性结构几何非线性的特点,采用显式动态分析方法,利用ansys/ls-dyna壳单元对张拉平面膜材褶皱的发展过程进行数值模拟和研究分析。把薄膜结构褶皱的整个发展过程划分为缺陷、微观褶皱和宏观褶皱3 种状态,并给出每种状态的特点。选择带有不同初始缺陷的膜片进行加载分析,对每种状态进行了详细描述,且对初始缺陷在每种状态时的影响进行了对比。研究结果表明:把张拉平面膜材褶皱划分为3种状态可以更有效的衡量褶皱发展的程度,并可以方便的对处于特定状态的结构进行研究和描述。
波纹腹板钢梁受弯稳定性研究
张 哲, 李国强, 孙飞飞
2011, 28(8): 77-082.
摘要:
对于波纹腹板钢梁的稳定性从两个层次进行了探讨:弹性稳定和弹塑性稳定。其中,弹性稳定分析的重点是截面的翘曲常数,所提出的翘曲常数计算方法与其他研究者有所不同,通过有限元证明该方法具有较高的准确性,而且形式简单、应用方便。对于波纹腹板H型钢梁弹塑性稳定问题,采用大量的数值模拟,研究了不同的参数对稳定承载力的影响,包括梁的跨度、腹板波纹的波高、波纹倾斜段的倾角等。经过与有限元弹塑性稳定承载力模拟结果的对比,可以证实所提出计算方法是准确有效的,同时也比较了现有设计公式差异。
基于调频EMD的结构非线性辨识方法研究
张 欣, 杜修力
2011, 28(8): 83-088.
摘要:
提出了调频EMD方法,克服了原EMD方法在密集频率情况下容易产生固有模式函数(Intrinsic Mode Function, IMF)混淆的弱点,可以较好地分解相对密集频率的弱非线性信号,得到物理意义相对明确的IMF。与Hilbert-Huang变换相结合,有效地识别多自由度弱非线性系统瞬时模态信息的变化过程。通过数值仿真计算证明了调频EMD方法的有效性。利用调频EMD方法对Humber大桥的主梁两自由度节段模型自由气弹振动信号进行识别,揭示了该耦合系统的非线性。
横梁未加强型人字撑框架体系的抗侧性能
童根树, 罗桂发, 张 磊
2011, 28(8): 89-098.
摘要:
对7组横梁未加强的人字支撑框架进行弹塑性分析,支撑几何长细比从43变化至132,支撑又分承担和不承担竖向重力两种。研究表明重力荷载使支撑提前屈曲,降低了支撑抗侧力峰值,抗震设防烈度越低,其影响越大。通过对整体、支撑和框架的侧力-侧移曲线的分析,解释了设计人字撑横梁时不应考虑跨中支撑点作用的原因,对欧美日等将中等长细比的支撑框架列为抗震性能最差的框架支撑体系提供了解释。揭示了支撑与框架的极限抗侧力不同时出现的重要现象,提出了设计对策;提出了塑性破坏机构,推导了横梁跨中挠度和支撑出平面外位移与层侧移角的关系。
基于ADINA的CSRC节点抗震性能有限元模拟
刘 阳, 郭子雄
2011, 28(8): 99-105,.
摘要:
进行了3个核心型钢混凝土(CSRC)节点在低周反复荷载作用下的抗震性能试验,研究了核心型钢在节点区的截断锚固形式对试件抗震性能的影响。详细介绍了采用大型通用有限元软件ADINA对CSRC节点试件进行非线性有限元模拟的关键技术,通过该文完成的3个试件对程序进行验证。计算结果表明,该文使用的有限元模型可以合理的反应CSRC节点的受力特征,计算所得的材料应力状态、混凝土裂缝发展趋势和试件骨架曲线等结果与试验吻合良好。在此基础上分析了核心型钢在节点区的锚固构造、混凝土强度和强节点系数等参数对CSRC节点性能的影响。参数分析表明:强节点系数降低,试件强度增加,但变形能力减小。核心型钢在节点区的锚固面积增加,试件强度和变形能力增加。该文成果可为CSRC结构的工程实践提供参考。
弹性波多重散射的改进算法及双排刚性桩隔振研究
夏唐代, 孙苗苗, 陈 晨
2011, 28(8): 106-112.
摘要:
同Aviles等学者传统的多重散射隔振理论相比较,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开式来研究波的散射问题,同时,结合更具一般意义上的Graf加法定理,并引入连续性边界条件,得到了任意分布的多个刚性圆柱体关于平面SV波入射下散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于两条相平行的直线上,该问题演变成为双排非连续刚性屏障对于弹性SV波的隔离问题。引入无量纲位移和屏障后透射系数的概念,重点讨论了屏障双排桩之间间距h的影响以及屏障其他一些隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为单排非连续刚性屏障的隔振问题。
预应力空腹式钢骨混凝土梁受弯性能研究
王连广, 慕光波
2011, 28(8): 113-118.
摘要:
通过5根无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁和1根非预应力空腹式钢骨混凝土梁的受弯试验,分析梁截面应变分布、变形、预应力筋内力增量发展及裂缝分布规律。结果表明:在其它参数条件相同的情形下,对空腹式钢骨混凝土梁施加预应力,可显著提高梁的抗裂承载力;以受拉区混凝土开裂和受拉钢骨下边缘屈服为转折点,试验梁的荷载-变形曲线呈三直线特征;破坏形态与非预应力空腹式钢骨混凝土梁相比裂缝出现较迟,裂缝向上开展缓慢,主裂缝特征不明显;建立的无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁的抗裂承载力和极限承载力计算公式与试验结果吻合较好。
型钢混凝土剪力墙恢复力模型研究
马恺泽, 梁兴文, 李 响, 邓明科
2011, 28(8): 119-125,.
摘要:
通过8个型钢混凝土剪力墙的低周反复加载试验,重点研究轴压比、配钢率、配箍特征值对剪力墙滞回性能的影响。根据试验结果,通过理论分析,提出了以开裂点、屈服点、峰值点和极限点为特征点并考虑刚度退化的四线型荷载-位移恢复力模型,给出了各特征点参数以及各阶段刚度计算公式。分析结果表明,用该文恢复力模型所得计算滞回曲线与试验滞回曲线符合较好。该文的恢复力模型既反映了主要因素的影响,又便于进行结构非线性动力分析,可供型钢混凝土剪力墙非线性地震反应分析和工程设计应用。
基于物理参数贝叶斯更新的桥梁剩余强度估计研究
刘书奎, 吴子燕, 韩 晖, 张玉兵
2011, 28(8): 126-132.
摘要:
考虑系统参数的随机性,将基于广义卡尔曼滤波的子结构法与贝叶斯更新方法相结合,提出了桥梁结构基于贝叶斯更新物理参数的剩余强度估计两步法:第一步,将子结构法与广义卡尔曼滤波算法相结合,成功识别出子结构及其相邻单元的物理参数;第二步,视识别出的结构物理参数为更新信息,对以蒙特卡罗仿真实验结果作为先验分布的参数进行贝叶斯更新并分别基于蒙特卡罗仿真参数和贝叶斯更新物理参数对结构进行了剩余强度估计。数值算例表明:基于贝叶斯更新物理参数估计得到的结构剩余强度明显低于基于蒙特卡罗仿真参数估计得到的结构剩余强度。该方法为测量响应信息不完备条件以及小样本抽样情况下桥梁结构剩余强度估计提供了一个较好的解决思路。
含切口复合材料加筋板的压缩剩余强度研究
李 航, 矫桂琼, 赵 龙, 王 波
2011, 28(8): 133-137,.
摘要:
通过对含穿透切口的复合材料加筋板轴向压缩试验以及有限元渐进损伤模拟分析,研究了加筋板离散源损伤的扩展模式与破坏特征。结果表明,切口前端出现了非常明显的应变集中且最先发生破坏,沿切口方向未切断筋条的屈曲和壁板边缘的突然压溃导致了加筋板的最终破坏。基于最大应变判据和Hashin判据的三维有限元渐进损伤模拟有效的表达了含切口复合材料加筋板的损伤扩展,计算结果与试验吻合较好。
多自由度等效力控制拟动力子结构试验研究
陈再现, 吴 斌, 王焕定, 王凤来
2011, 28(8): 138-144.
摘要:
该文以三层框支配筋砌块短肢砌体剪力墙子结构足尺模型为基础,将等效力控制方法应用到试验子结构为多自由度结构模型的拟动力子结构试验中,通过数值模拟和试验结果,表明该方法具有很好的鲁棒性,可以完成试验子结构为多自由度复杂试验模型的拟动力子结构试验。
一种修正的混凝土弹性损伤本构模型及其应用
李 正, 李忠献
2011, 28(8): 145-150.
摘要:
混凝土弹性损伤本构模型的模型参数少、标定简单、计算效率较高,适于工程应用。Faria和Oliver等人所提出的混凝土损伤模型,体现了混凝土弹性损伤本构模型的上述优点,但原模型对反复荷载作用下混凝土刚度恢复效应描述欠佳。针对此不足,该文做了修正。并以ABAQUS为平台编制了材料模型子程序UMAT。应用修正的模型对几个典型实验进行了数值模拟,分析结果表明:修正的混凝土弹性损伤模型,能够较合理地描述反复荷载作用下混凝土的受拉行为,且计算效率高、适用性好,是钢筋混凝土结构损伤分析的一种可靠、适用的材料模型。
混杂FRP加固腐蚀混凝土柱恢复力模型研究
邓宗才, 李建辉
2011, 28(8): 151-159.
摘要:
研究外贴纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer FRP)、钢筋腐蚀对混凝土柱恢复力特性的影响,是研究服役混凝土结构抗震性能的重要内容。该文根据混杂FRP加固腐蚀混凝土柱抗震性能试验结果,在完好钢筋混凝土构件的截面分析和Clough滞回规则的基础上,提出了混杂FRP加固腐蚀混凝土柱恢复力模型及其骨架曲线的确定方法。研究表明:对于受腐蚀混凝土柱,由于腐蚀作用导致钢筋与混凝土的滑移明显增大,该文通过引入钢筋滑移模型对根据平截面假定计算的骨架曲线进行修正,可获得与试验吻合的结果。混杂FRP加固腐蚀混凝土柱仍可以采用现有的滞回规则(Clough滞回规则)建立恢复力模型,但需要对卸载刚度进行修正。这将为服役混凝土结构的地震反应分析与抗震可靠性评估提供依据。
复杂体型大跨建筑的风荷载预测与抗风设计
刘 宏, 李庆祥
2011, 28(8): 160-167.
摘要:
该文针对防城港文化艺术中心项目在抗风设计中的相关问题,综合运用CFD数值模拟方法、刚性模型测压试验和动态风振计算等研究手段,深入分析了该大型复杂体型大跨建筑屋盖表面的风荷载,为结构设计提供了详尽的风荷载数值依据。即在建筑方案阶段,采用CFD数值模拟对屋盖风压进行初步研究,将得到的平均体型系数作为初步设计的依据;确定建筑方案后进行刚性模型测压试验,得到屋盖分区体型系数以及风压时程;在结构设计阶段,利用动态风压时程,进行动态风振分析获得等效静风荷载,以此作为结构优化设计的依据。实践证明,该系统研究方法能够较好的解决复杂大跨建筑风荷载方面的共性问题,能为同类型建筑物的风荷载研究提供一定的参考。
隔震结构动力特性及响应对计算模型参数的敏感性研究
曹加良, 施卫星, 刘文光
2011, 28(8): 168-176.
摘要:
双质点系计算模型是基础隔震结构简化计算理论研究中提出过的可以考虑高阶振型作用的一类实用模型。为了掌握基础隔震结构的动力特性及响应对这类简化计算模型参数的敏感性,该文利用“基础隔震结构的力学特点”和“每一质点所有振型参与向量和必须为一”的条件,研究了双质点系简化计算模型的动力特性及地震响应对于模型质量比、周期比的敏感性,推导了模型参数的简化算式及适用范围。并用一个工程实例验证了理论推导结果。结果表明:基础隔震结构双质点系简化计算模型的动力特性对模型质量比和周期比敏感,地震响应对模型质量比和周期比不敏感;不控制简化模型的质量比和周期比将导致由Kelly提出、李中锡等改进的第二振型阻尼比失真。
分数导数粘弹性土层模型中桩基竖向振动特性研究
刘林超, 闫启方, 杨 骁
2011, 28(8): 177-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2009.12.0875
摘要:
粘弹土体的应力-应变关系利用分数导数粘弹性模型进行描述,建立了分数导数粘弹性土层的竖向振动控制方程。在考虑三维波动的条件下,利用势函数和分离变量的方法求解了分数导数粘弹性土层的竖向振动。考虑桩土边界条件和接触条件对分数导数粘弹性土中桩基的竖向振动进行了研究,分析了主要桩土力学参数对桩顶复刚度和导纳的影响规律。研究表明:分数导数的阶数、土体模型参数和桩长径比对桩顶复刚度和导纳有较大影响;分数导数粘弹性模型可以在较大的范围内较精确地描述土体的力学行为;当长径比增大到一定的程度时再增加长径比对桩基竖向振动特性的影响不大。
轴压薄壁加筋圆柱壳结构优化设计研究
毛 佳, 江振宇, 陈广南, 张为华
2011, 28(8): 183-192.
摘要:
分别建立了轴向载荷作用下正置正交薄壁加筋圆柱壳结构优化设计的数学模型和有限元分析模型,应用Ansys软件进行优化计算,讨论了外载荷、材料屈服极限对优化设计的影响,以及结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。基于有限元分析的研究结论,发展了一种薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,给出设计算例的优化结果,并将两种方法的优化设计结果进行比较。建立的数学模型物理意义清晰,能有效地对薄壁加筋圆柱壳结构进行优化设计,与有限元模型得到的结果相比符合较好,而后者具有更好的适用性,易于在Ansys软件平台实现。
火灾后混凝土构件的剩余刚度估计
朱建明, 王晓纯, 魏 东, 刘应华
2011, 28(8): 193-197,.
摘要:
火灾后混凝土构件的剩余刚度是混凝土结构变形性能和抗震分析的重要指标,也是火灾后混凝土构件修复和加固的重要依据之一。该文基于等效弹性模量法、改进分段模型法以及参数反演法方法等计算了标准火灾作用后混凝土构件的剩余刚度,分析了受火时间、含钢率和截面尺寸等因素对剩余刚度的影响规律。计算表明该文发展的三种方法可以方便有效地计算火灾作用后混凝土构件的剩余刚度,这些估计方法及其所得结果可供有关混凝土结构工程设计时参考。
单纯热烟浮力作用下竖井结构内火灾烟气温度变化规律研究
朱 杰, 杨天佑, 张立龙, 李 俊
2011, 28(8): 198-207.
摘要:
热烟浮力对高层(超高层)建筑竖井结构内火灾烟气蔓延规律具有较大影响。该文采用现场实验、理论分析及场模拟相结合的研究方法,通过设置8个不同火灾场景,分别测试了不同火源功率条件下不同时间以及不同竖井高度处的温度变化情况,最终总结出单纯热烟浮力作用下竖井结构内的烟气温度变化规律,为高层建筑实际防火设计及人员疏散提供理论基础和实践指导依据。
Daubechies条件小波混合有限元法在梁计算中的应用
陈雅琴, 张宏光, 党发宁
2011, 28(8): 208-214.
摘要:
常规的Daubechies小波有限元法是以挠度为基本未知量的单变量有限元法,其弯矩函数需要通过挠度函数的二阶求导间接求解,故弯矩的计算精度一般比挠度低。此外,目前常用的Daubechies小波有限元法需要借助于转换矩阵引入位移边界条件,大大影响了计算精度。结合广义变分原理,将边界条件作为附加条件构造修正泛函,以该修正泛函的驻值条件建立求解矩阵方程,进而解得未知场函数,可以有效提高计算精度,即为Daubechies条件小波有限元法。在此基础上,结合Hellinger-Reissner广义变分原理,以力和位移为插值函数,可以建立Daubechies条件小波混合有限元法。由于该法能一次同时解得位移与力的场函数,并且内力的求解独立于位移,因而内力的求解精度较高。以梁单元为例,推导出了Daubechies条件小波混合有限元方程,并通过算例验证了该方法的实用性和有效性。
基于断裂力学的混凝土坝裂缝灌浆压力计算模型
谭 力, 黄达海, 王祥峰
2011, 28(8): 215-218,.
摘要:
根据大坝工程上对裂缝种类的分类以及经常采用的化学灌浆方法,以某在建高拱坝中出现的几种裂缝为实例,考虑了浆液流动时的沿程阻损及重力影响,建立了基于断裂力学的化学灌浆计算模型。运用权重法,通过积分计算了灌浆时3种模型下的裂缝尖端应力强度因子。在不同的大体积混凝土断裂韧度条件下,对不同缝长及3种裂缝类型进行化学灌浆的容许灌浆压力研究,给出了具体灌浆压力和分段长度的建议。
平面K型主圆支方钢管节点力学性能数值分析
陈 誉, 唐菊梅
2011, 28(8): 219-225.
摘要:
以平面K型主圆支方钢管节点的试验数据为基础,建立有限元参数分析模型,进行了非线性有限元参数分析。研究揭示了节点受力全过程,破坏模式以及分布规律。重点考察了支管边长与主管直径比值β、主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力的影响。有限元参数分析结果表明:主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力影响较大,而支管边长与主管直径比值β影响较小;γ和τ值均比较小的节点破坏时支管达到杆件极限承载力,说明节点效率大于1,其它几何参数的节点破坏时支管并没有达到杆件极限承载力即节点效率小于1。在国际焊接协会中的平面K型圆钢管节点极限承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出平面K型主圆支方钢管节点的承载力计算公式;通过公式本身的回归校验和试验结果以及有限元数据的统计分析,证明该文建立的该类节点极限承载力计算公式具有较高精度。
其他工程学科
多失效模式典型结构系统可靠性稳健设计方法研究
卢 昊, 张义民, 黄贤振, 朱丽莎
2011, 28(8): 226-231.
摘要:
应用随机摄动技术与二阶矩方法,结合概率网络估算法(Probability Network Evaluation Technique),讨论了多失效模式下结构系统的可靠性和可靠性灵敏度问题,并进一步对结构系统的可靠性稳健设计进行了分析。获得了不同失效模式间的相关统计特性,应用概率网络估算法确定了系统的代表失效模式,得出了结构系统可靠度和可靠性灵敏度;在可靠性优化设计模型中引入可靠性灵敏度,将结构系统可靠性稳健设计转化为满足系统可靠性要求的多目标优化问题;提出了多失效模式下结构系统可靠性分析与可靠性稳健设计的数值方法;通过工程实例验证了该文所述方法的实用性和有效性。
电活性聚合物薄膜万能肌肉作动器的力电非线性变形分析
何天虎, 陈 程, 崔磊磊
2011, 28(8): 232-239.
摘要:
该文针对美国人工肌肉公司(Artificial Muscle Inc.)开发的一款电活性聚合物薄膜作动器,建立了该产品核心部件即上下表面附着有柔顺电极的圆环形电活性聚合物薄膜在力电作用下产生面外轴对称大变形的力学模型,利用热力学的基本理论,推导得到了圆环形薄膜在受力电载荷作用时产生面外大变形的控制方程,采用打靶法对控制方程进行了数值求解,结果表明:圆环形薄膜的变形是非常不均匀的,在靠近圆环中心处的薄膜变形较大,而靠近圆环边缘处的薄膜变形较小,导致薄膜中的电场从外向内逐渐变大。变形场的非均匀性导致薄膜内的大部分材料并没有被有效地利用,造成了材料的浪费。该文的研究结果对该商业化产品的优化设计具有实际的指导 意义。
ACL单束/双束重建对胫股关节应力分布影响
黄荣瑛, 徐 强, 许勇刚, 郑红光
2011, 28(8): 240-247.
摘要:
该文基于正常膝关节的MRI图像数据,构建正常/单束/双束韧带重建胫股关节整体模型,通过对这3个关节整体模型分别加载单一负荷(轴向力)及组合负荷(轴向力和扭矩)进行有限元仿真,得到3个整体模型在两类负荷作用下的应力分布;通过从整体模型的应力云图中提取股骨、胫骨、关节软骨、半月板及后交叉/内侧/外侧韧带的表面应力等进行对比分析,得到ACL单束/双束重建对胫股关节各组织应力分布的影响。结果表明:1) 股 骨/胫骨的高应力区位于股骨/胫骨与韧带的连接部位及胫骨与腓骨的接触部位,除单束重建在组合载荷作用下股骨与内侧韧带连接处的应力明显超过正常关节外,重建后胫骨/股骨上的应力值均接近正常关节;2) 单束重建能引起股骨软骨、胫骨软骨、内侧半月板的等效应力增大,而双束重建主要使股骨软骨及外侧半月板的等效应力增大;3) 单束/双束重建对内侧韧带应力影响较大,尤其在组合载荷作用下内侧韧带中部、下部区域出现了高应力。总之,ACL重建引起的股骨/胫骨、软骨、半月板以及韧带的附加应力,是重建后期导致术者患慢性膝关节炎的主要原因。根据双束重建比单束重建后更接近正常胫股关节的应力特性,得出双束重建优于单束重建的结论。
泡沫金属填充圆管横向线载荷作用下的压入分析
谢中友, 虞吉林, 郑志军
2011, 28(8): 248-251,.
摘要:
泡沫金属填充薄壁圆管结构越来越广泛地应用于各种工程结构。压入是这种复合结构在侧向承载时出现的一种重要的变形模式,但尚缺乏有效的理论分析模型。该文在Wierzbicki等提出的空管侧向压入的理论模型的基础上,建立了泡沫金属填充薄壁圆管侧向压入的理论分析模型,给出了压头载荷的解析表达式。通过实验比较表明,理论预测值合理地吻合于实验结果。另外,对加载过程中变形区域的演化、结构各组成部分的能量耗散特点进行了分析。
高速列车制动盘SiCp/A356颗粒增强铝基复合材料的热疲劳性能研究
张俊清, 周素霞, 杨 月, 谢基龙
2011, 28(8): 252-256.
摘要:
通过SiCp/A356颗粒增强复合材料切口试样在20℃~300℃循环下的热疲劳试验,获得热疲劳裂纹形成寿命与试样切口半径及厚度等几何尺寸的关系。采用热弹塑性有限元法模拟热疲劳试验中试样切口根部的应力-应变响应,进而揭示出残余应力形成机制。结合热疲劳试验的裂纹形成寿命与有限元模拟的应力-应变响应,建立起考虑平均应力影响的热疲劳应变寿命曲线,为高速列车SiCp/A356颗粒增强复合材料制动盘的热疲劳性能评价提供依据。