留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2013年  第30卷  第10期

基本方法
空间范数在压电柔性结构振动控制中的应用研究
徐亚兰, 陈建军
2013, 30(10): 1-4,13. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0471
摘要:
在空间范数定义的基础上,推导出了结构模态空间范数的计算公式。考虑压电柔性结构振动控制中作动器分布对结构建模与控制性能的影响,利用模态空间范数度量各个模态对结构动力响应的贡献,并对结构进行了模态选择与模型降阶。利用所建立的降阶模型,设计了一个对受外部干扰结构进行振动抑制的动态输出反馈]]>;
混凝土二维参数化骨料模型的创建方法
宋来忠, 沈涛, 余波
2013, 30(10): 5-13. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.05.0390
摘要:
基于参数化骨料的特点,在混凝土二维参数化骨料模型的创建中,提出了让覆盖椭圆可以相互有重叠,骨料却相互分离的创建方法。该方法降低了骨料之间的相互排斥性,可以在创建的试件中缩小骨料之间的空隙,从而增加试件中骨料的含量,提高模型创建的速度。同时,在模型的创建中采用了按级配分级随机投放的方式,保证了骨料分布的合理性。实验表明:使用该方法能够比较快的按三级配生成含骨料75%以上的几何模型试件,可以满足大体积、全级配、高强度混凝土的骨料投放模拟要求。最后给出了力学分析实例,以说明该算法的有效性。
三点弯曲缺口梁T应力的确定
赵艳华, 刘津, 甘楠楠
2013, 30(10): 14-18,27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0446
摘要:
T应力是存在于裂纹尖端平行于裂纹方向的应力,是裂纹尖端应力级数展开式中的常数项,它对裂缝尖端应力场的贡献不容忽视。三点弯曲梁是普通实验室中用来测定试件断裂性能的基本几何形式,为保证这些断裂参数确定的有效性,必须首先确定裂纹尖端T应力的大小,才能明确T应力对断裂参数的影响程度。该文通过有限元数值模拟得到跨高比为4的三点弯曲缺口梁和纯弯作用下单边裂纹尖端的T应力大小,与已有文献的比较验证了有限元计算的有效性。在此基础上根据圣维南原理,由跨高比为4和纯弯作用这两种情况下的T应力推导出一般跨高比情况下裂纹尖端的T应力表达式,并以跨高比为6、8和10三种情况为例,进行了计算并与该文的有限元计算结果进行比较,验证了该文提出的T应力计算公式的可靠性。
考虑节点转动刚度的圆管杆件结构自适应有限元分析方法
刘海锋, 韩军科, 李清华, 高渊, 杨靖波
2013, 30(10): 19-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0426
摘要:
为了判断杆件结构的有限元分析精度对节点转动刚度是否敏感,并据此调整杆件结构的离散方式,根据Zienkiewicz-Zhu后验误差估计理论,定义了正应力范数来衡量有限元的计算精度,推导了考虑节点刚度的梁单元节点力-位移公式,并以试算得到的梁/杆单元的两节点位移作为边界条件,根据半刚性节点位移-力的公式,给出了杆件需要采用梁单元、杆单元、梁+弹簧单元离散的节点刚度范围,然后通过试算确定杆件结构的合理离散方式。在ANSYS中用APDL语言实现以上算法,并以2个简单结构为例说明了该算法的流程并验证了它的正确性。
考虑自平衡条件槽形曲梁的静力学特性分析
甘亚南, 荀勇, 周广春
2013, 30(10): 28-34. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0455
摘要:
考虑了剪滞翘曲应力自平衡条件、剪力滞后、剪切变形和翘曲扭转等因素的影响,以最小势能原理为基础,建立了薄壁槽形曲梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,获得了弯、扭、翘和剪滞效应相耦合广义位移的闭合解。算例中,分析了不同荷载形式、曲梁半径R、宽跨比等因素对曲线槽形梁力学特性的影响。该文解析法更好揭示了曲线槽形梁的力学特性以及各参数之间的内在关系,所得公式是对曲梁剪滞理论的发展。
土木工程学科
一种四角钢组合约束型防屈曲支撑的外围约束比取值研究
郭彦林, 王小安
2013, 30(10): 35-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0458
摘要:
与传统的外围整体式防屈曲支撑相比,装配式组合防屈曲支撑由于具有独特的构造特点,故其设计理论更具复杂性。该文针对一种四角钢组合约束型防屈曲支撑,基于对其内核构件与外围约束构件之间相互作用机制的深入认识,提出了其稳定性设计方法。首先,针对这种四角钢组合约束型防屈曲支撑,基于连续连杆法提出了一种外围约束刚度的简化计算方法。然后,在构件发生单向变形的假定条件下,通过对外围约束构件受力状态的分析,推导出其约束比设计计算公式。在此基础上,再考虑构件发生双向变形的情况,考虑次弯曲方向变形对外围约束构件受力所带来的影响,进一步补充完善了约束比设计计算理论。通过该文提出的约束比限值进行此类装配式组合防屈曲支撑的设计,可保证外围约束构件的整体稳定性与局部稳定性均能满足要求。
一种简化的结构鲁棒性量化方法
黄靓, 王蓥, 陈永亮, 李登
2013, 30(10): 46-53. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.05.0384
摘要:
结构鲁棒性意为结构在偶然事件中发生局部损伤而不产生与损伤起因不相称的破坏的能力,其量化理论目前仍较为匮乏。该文首先提出了易损构件的定义,推导了单一均质材料矩形截面构件考虑轴力、剪力与弯矩受力相关性的构件易损系数计算公式。对处于轴力、剪力与弯矩复合受力状态下的钢筋混凝土矩形截面构件,可以类似地得到其相应的构件易损性系数计算公式。根据已有的关于构件重要性系数的研究,该文提出了一种新的结构鲁棒系数对鲁棒性的量化。最后,对一个平面桁架和一个平面框架进行计算以阐释鲁棒性系数的应用。由分析可知,降低构件的重要程度和降低关键构件的易损程度是加强结构鲁棒性的两种有效途径。
再生混凝土与钢筋粘结滑移性能的试验研究及力学分析
王博, 白国良, 代慧娟, 吴淑海
2013, 30(10): 54-64. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0396
摘要:
良好的粘结性能是确保再生混凝土与钢筋能够共同工作的前提条件。通过120个试件的拉拔试验,并结合非平衡态热力学与损伤力学的相关理论分析再生混凝土与钢筋间的粘结滑移性能。提出三段式的粘结滑移本构模型,对比表明该模型对实测粘结滑移曲线具有较好的模拟效果。分析了粘结破坏过程中的能量守恒与能量耗散特性,给出了耗散能与弹性变形能代表值的计算公式,探讨了初始弹性变形能与极限弹性变形能的关系,并基于本构破坏能,对影响粘结性能的因素进行了分析。提出相对损伤变量的概念,定义了界面相对损伤变量,推导出相对损伤滑移方程,分析了界面初始损伤、界面损伤发展阶段以及界面损伤的发展速度。研究结果可为推广应用钢筋再生混凝土结构提供基础研究资料。
基于极大似然估计的多参考点模态参数识别方法
孙鑫晖, 郝木明, 李振涛
2013, 30(10): 65-70. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0407
摘要:
在考虑随机噪声的情况下,实现了一种基于极大似然估计的多参考点频域模态参数识别方法。该方法采用频响函数的右矩阵分式模型,通过噪声的协方差矩阵对误差向量加权,使用离散时间域中基函数改善数值求解性态。模态参数的估计过程分为两步:首先由基于最小二乘估计的polyLSCF算法获取迭代初值,然后通过Gauss-Newton方法对极大似然函数进行迭代优化,得到精度更高的模态参数识别结果。采用GARTEUR仿真算例对所给出的方法进行了验证,结果表明:在高噪声情况下,利用噪声信息的极大似然估计方法能够显著提高模态参数的识别精度,特别是阻尼的识别精度。
基于分级控制的智能预应力结构模型试
徐伟炜, 吕志涛, 丁汉山
2013, 30(10): 71-76. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0418
摘要:
针对活载与恒载比值高的情况,提出在斜拉桥中采用随活载变化而变化的智能斜拉索方法,即根据主梁承受的荷载情况,在斜拉索中配置适当的作动系统,通过作动系统实时改变索力大小,从而实现主梁监控点处挠度或应变始终控制在目标范围内。基于分级控制算法,以应变控制为目标,采用数字信号控制系统进行了智能斜拉桥模型在移动荷载作用下的主动控制试验,研究了控制算法中电机转速设置对智能斜拉索系统控制性能的影响,以及在不同荷载移动速度下,控制算法中的死区设置和电机转速设置对智能斜拉索系统控制性能的影响。试验结果表明,通过作动器速度的分级和限位应变范围的分级,可提高系统在快速移动荷载作用下的控制能力,同时又能避免系统在慢速移动荷载作用下的频繁启动,实现了自适应控制的目标。
不同参数钢筋混凝土核心筒抗震性能研究
侯炜, 史庆轩, 郭子雄
2013, 30(10): 77-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0429
摘要:
为了研究钢筋混凝土核心筒的破坏机理和在不同参数下的抗震性能,该文采用基于性能结构分析软件PERFORM-3D,对钢筋混凝土核心筒在静力水平荷载作用下的受力性能进行了三维非线性数值模拟,通过与模型试验结果的对比,验证了所选弹塑性模型分析钢筋混凝土核心筒抗震性能的有效性和准确性。在此基础上,对混凝土核心筒进行参数分析,系统分析了轴压比、连梁跨高比、连梁纵筋配筋率、试件高宽比等不同参数对钢筋混凝土核心筒抗震性能的影响规律。计算结果表明,混凝土核心筒承载力随着轴压比的增大而提高,但当试验轴压比达到0.4后,承载力出现降低,变形能力随轴压比增大而降低;随着高宽比的增大,核心筒承载力降低,变形能力提高,同时,试件破坏模式也发生变化;增大连梁刚度较大地提高了试件承载力,但也严重降低了试件的延性变形性能。此外,通过核心筒试件的弹塑性损伤分析,得到核心筒试件损伤发展顺序以及各构件屈服情况。
实腹式型钢混凝土异形柱框架刚度与承载力试验研究
刘祖强, 薛建阳, 葛鸿鹏, 赵鸿铁
2013, 30(10): 86-92,107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0430
摘要:
通过2榀实腹式配钢的型钢混凝土(SRC)异形柱框架的低周反复加载试验,获得其破坏特征和荷载-位移滞回曲线,分析其刚度和承载力。结果表明,实腹式配钢的SRC异形柱框架具有良好的抗震性能,破坏机制为梁铰机制;刚度退化由快到慢,呈现出较好的规律性;对SRC异形柱框架的弹性层刚度进行计算,结果与试验结果符合较好;承载力衰减随加载位移的增加而增大,但当位移小于5#x00394;y时,同级位移下承载力衰减较小;实腹式SRC异形柱框架的层间受剪承载力可采用柱底塑性铰法进行计算。
一类非均布荷载作用下双层厚壁圆筒光滑接触时的应力解析解
高永涛, 吴庆良, 吕爱钟
2013, 30(10): 93-99. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0439
摘要:
采用复变函数方法,给出了双层厚壁圆筒外壁受有一类两向不等压非均布径向压力,内壁受有均布压力作用时平面问题的应力求解方法。在两层圆筒光滑接触的假定下,获得双层厚壁圆筒的应力解析解。通过算例分析了不同弹性模量组合时圆筒内不同截面的切向应力与径向应力分布规律,研究结果表明:当内壁均布压力较小时,两层圆筒的内壁处切向应力沿环向均呈余弦分布,且都在内壁的最小地应力方向承受最大压应力,在最大地应力方向承受最大拉应力;径向应力沿径向在圆筒0#x000b0;、45#x000b0;、90#x000b0;截面处分别呈近似#x0201c;M#x0201d;状、#x0201c;菱形#x0201d;、#x0201c;W#x0201d;状分布;随着内外层弹性模量比值的增大,内层圆筒内壁附近切向应力增大,径向应力在最小地应力方向增大,在最大地应力方向减小,而在外层筒分布规律相反。采用内软外硬的弹性模量组合,能有效的减小圆筒内层内壁处的应力集中程度。
现浇柱预制梁框架单调静力性能试验与内力计算方法研究
杨新磊, 薛伟辰
2013, 30(10): 100-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0440
摘要:
通过一榀1#x02236;4平面框架的单调静力荷载试验,对六层两跨现浇柱预制梁框架的破坏形态、破坏机制、位移延性等进行了较为系统的研究。研究表明:现浇柱预制梁框架实现了预期的混合破坏机制,试验过程中在梁端首先出现塑性铰,在二、三层梁端出现多个塑性铰后柱端出现塑性铰;试件受力全过程中节点核心区箍筋始终处于弹性阶段;框架整体位移延性为6.3;试验框架实现了预期的#x0201c;强柱弱梁#x0201d;、#x0201c;强节点#x0201d;等设计目标,这表明参照现行混凝土框架抗震设计方法进行现浇柱预制梁框架设计是可行的。基于MIDAS软件对考虑预制混凝土梁截面刚度折减以及考虑节点刚度折减的、预制混凝土框架内力计算方法进行了研究,并提出了有关建议。
吕梁地区压实马兰黄土变形与抗剪强度特性
胡长明, 梅源, 王雪艳
2013, 30(10): 108-114. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0441
摘要:
针对吕梁地区压实马兰黄土的变形及抗剪强度特性开展了压缩及直剪试验研究,分析了初始压实度及初始含水量与抗剪强度指标之间的关系及其对土体压缩变形的影响,并基于割线模量法提出了压实马兰黄土在初始压实度及初始含水量变化时的变形修正公式。研究结果表明:压实马兰黄土初始含水量w及初始压实度K与粘聚力c及内摩擦角#x003c6;呈线性关系;在不考虑压实度及含水量的影响时,侧限压缩应变#x003b5;与垂直压力p关系可用#x003b5;=kpn表达;压实马兰黄土割线模量EsoiK呈线性关系,且与1/w的关系曲线与抛物线非常相似。建立的压实马兰黄土在初始压实度及初始含水量变化时的变形修正公式可以用于吕梁地区压实马兰黄土填筑地基变形分析与计算。
T形配钢型钢混凝土构件正截面承载力计算方法
曾磊, 涂祥, 吴园园
2013, 30(10): 115-121,132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0457
摘要:
基于塑性理论下限定理提出了T形配钢型钢混凝土构件在压、弯复合受力状态下的正截面承载力计算方法。将正截面承载力分为混凝土部分、钢筋部分和型钢部分,分析得出各部分的承载力方程,采用叠加强度法建立了T型配钢型钢混凝土构件的N-M相关曲线,并给出了相应计算公式。进行了5个1/2比例T形配钢型钢混凝土柱的低周反复加载试验,对是否配置拉结筋、不同配箍率和不同轴压力下的受力特点、破坏形态、承载能力进行了研究,其中4个试件发生了正截面受弯破坏,部分计算结果与试验数据符合较好。结果表明,所提出的计算方法简单易行,可供实际工程设计参考。
刚柔复合式路面沥青层温度疲劳损伤及开裂研究
李盛, 李宇峙, 刘朝晖
2013, 30(10): 122-127. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0448
摘要:
运用损伤力学、传热学、断裂力学理论和有限元法,分析了沥青层的温度疲劳损伤特性、疲劳寿命、裂缝扩展等。研究结果表明:温度疲劳损伤主要集中在沥青层表面,随着温变次数的增加,沥青层表面的损伤度线性增加;随着沥青层模量与温变幅值的增加,沥青层表面的损伤度不断增加;随着温变次数的增加,沥青层表面的水平拉应力线性减小;随温变幅值的增大,沥青层的疲劳寿命不断减小;基于高温效应的沥青层最小临界厚度为4cm;增加沥青层厚度和减小沥青层模量可以起到延缓沥青层温度裂缝扩展的作用。研究结果对刚柔复合式路面的合理设计和推广应用有重大意义。
不同离散化方法在正冻土水热耦合模型中的应用
毛卫南, 刘建坤
2013, 30(10): 128-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0452
摘要:
为了研究土体冻结过程中温度传导与水分迁移的变化,在不饱和土理查德斯方程的基础上考虑相变作用建立了一维土体冻结过程的水热耦合模型。分别应用有限差分与有限元方法对模型进行离散化,得到两种方法各自的数值计算程序。同时对土体室内单向冻结实验进行模拟,将两种数值方法得到的土体冻结深度、冻结速率与温度变化分别与实验结果进行对比。结果表明:对于一维冻结问题,有限差分模拟更接近实验结果,有限元模拟具有更高的计算稳定性。
基于水泥水化度的混凝土早期力学性能发展预测
高原, 张君, 罗孙一鸣
2013, 30(10): 133-139,153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0453
摘要:
实验测量了3个强度等级混凝土(28d抗压强度分别为30MPa,50MPa和80MPa左右)在不同养护条件下典型龄期的P-CMOD曲线,借助断裂力学方法,获得了相应的混凝土开裂强度、抗拉强度和抗弯强度及其随龄期的发展规律,分析了养护条件对混凝土力学性能发展的影响。考虑混凝土内部湿度对水泥水化度的影响,对干燥环境下水泥水化度进行了修正,建立了基于水泥水化度的混凝土开裂强度,抗拉强度和抗弯强度的预测模型。
考虑底板与池壁相互作用和池壁剪切变形影响的圆形水池动力特性计算
夏桂云, 杨美良, 李传习, 张建仁
2013, 30(10): 140-147. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0454
摘要:
考虑圆形水池池壁剪切变形的影响、底板对池壁的径向约束作用和转动约束作用,将圆形水池底板与池壁的相互作用简化成端部受切向弹性约束和转动弹性约束下的弹性地基Timoshenko梁,基于Timoshenko梁振动的修正理论,导出了底部环向简支、顶部分别为自由、铰支和固支三种边界条件下的振动频率超越方程;根据池壁和弹性地基梁微分方程的类比性,阐述了利用ANSYS建立圆形水池振动模态分析的有限元方法。利用二分法对底板环形简支的圆形水池的振动频率进行了计算,分析了顶部不同边界条件、池高、池的半径和底板对池壁弯曲约束刚度对池壁振动频率的影响。得到了圆形水池轴对称振动可采用弹簧-质量模型进行基频估算、该文所建立的分析方法只能分析圆形水池的轴对称振动模态、圆形水池底板与池壁相互作用对基频影响不明显、壁厚的剪切变形和转动惯量对高阶振动影响大等结论。
#x0201c;压电片-粘结层-主体结构#x0201d;动力耦合模型研究
杜国锋, 朱宏平, 胡均杰
2013, 30(10): 148-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0465
摘要:
利用机电阻抗(EMI)识别结构损伤的技术已在航空航天、机械工程、土木工程等领域成功应用,与现阶段的应用相比,其理论研究和数值分析相对滞后。为获得PZT工作过程的数学模型,在研究现有的#x0201c;压电片-粘结层-主体结构#x0201d;耦合模型的基础上,提出了一种新的EMI耦合计算模型。通过建立模型成立的假设条件,对模型计算全过程进行了理论推导,获得了电导纳公式。此模型的建立丰富了压电阻抗技术的理论研究成果,为开展相关研究提供了参考。
地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应影响
汤虎, 李建中
2013, 30(10): 154-161,170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0468
摘要:
针对我国常见的板式橡胶支座类型公路桥梁因支座与墩梁间无连接措施、在地震作用下频发主梁移位甚至落梁等震害的现状,采用平滑动支座单元模拟板式橡胶支座的滑动效应,通过对一单墩模型的非线性地震反应时程分析,探讨了影响板式橡胶支座滑动反应的主要因素,研究了包括地震动峰值加速度、地震动频谱特性以及地震动加速度时程曲线形状细节等地震动特性对公路桥梁板式橡胶支座滑动反应的影响。研究表明:板式橡胶支座滑动反应是随地震动峰值加速度Ap、地震动峰值加速度与峰值速度比值Ap/vp变化的函数;地震动加速度时程曲线形状细节也是影响支座滑动反应的一个重要因素。设计人员在对板式橡胶支座类型桥梁进行抗震设计时,应注意选择与场地条件相匹配的地震动输入;利用工程经验判断支座滑动反应时,应重视地震动加速度时程曲线形状细节的反常影响。
悬链线斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载
刘爱荣, 汪荷玲, 禹奇才, 张俊平
2013, 30(10): 162-170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0460
摘要:
基于能量分析方法,推导了主拱肋和稳定拱肋拱轴线为悬链线的斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载计算公式,并通过与有限元数值计算结果比较,证明了该计算公式的正确性,进一步验证了所提出的拱肋系侧倾失稳时横撑切向和径向力学模型的适用性,并将拱轴线为悬链线和圆弧曲线的斜靠式拱肋系的侧倾失稳临界荷载进行了比对分析,阐明了圆弧曲线代替悬链线斜靠式拱肋系侧倾失稳临界荷载的适用条件。研究结果表明:拱轴线的线型对斜靠式拱肋系的侧倾失稳临界荷载有一定的影响;当稳定拱肋倾角较小时,悬链线拱肋系的侧倾失稳临界荷载与圆弧曲线拱肋系的差异不超过5%;当矢跨比较小时,圆弧曲线拱肋系代替悬链线拱肋系的侧倾失稳临界荷载产生的误差在10%以下,但矢跨比较大时,二者的差异较大,不可等同。
基于混合单元法的预应力混凝土梁非线性分析
邓继华, 邵旭东
2013, 30(10): 171-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0494
摘要:
利用共旋坐标法提出了一种预应力钢筋混凝土梁非线性分析的混合单元模型,在随转坐标系内,采用分层梁单元来模拟混凝土结构,带初应变的杆单元来模拟预应力钢筋,预应力钢筋杆元和混凝土梁元的变形协调则通过非线性刚臂来实现,通过刚臂单元两端节点位移和力的关系形成预应力钢筋对混合单元刚度矩阵的贡献,从而导出随转坐标系下预应力混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,几何非线性则由单元随转坐标系到结构坐标系的转换矩阵及其微分来体现,从而获得结构坐标系下混合单元模型的几何与材料双非线性切线刚度矩阵。数个钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土梁非线性分析算例表明:所提出的混合单元模型能较好地分析预应力钢筋混凝土梁非线性性能,具有一定的实用价值。
基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件抗弯性能试验研究
陈百玲, 王连广
2013, 30(10): 178-183,198. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0461
摘要:
基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在两个独立的GFRP管连接处的内部设置钢板钢筋连接件,再在内部浇筑混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。目前,国内外对拼接GFRP管混凝土组合构件的抗弯性能研究尚未见到相关报道,所以,该文对拼接GFRP管混凝土组合构件进行抗弯性能试验研究很有意义。试验结果表明,连接钢筋含量影响着拼接构件的破坏模式,含钢率为1.96%的试件破坏发生在连接处,含钢率为2.94%的试件破坏发生在焊接钢筋端部附近,此外,含钢率高的试件承载力比含钢率低的明显高,并且拼接构件承载力均高于相应对比试件,说明,试验所采用的钢板钢筋连接是可行的,均能保证试件正常工作,建议最小含钢率取为1.96%。
局部开洞的折叠网壳结构表面风压分布研究
颜卫亨, 王剑, 吴东红, 张茂功
2013, 30(10): 184-191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0462
摘要:
为了研究局部开洞的折叠网壳结构表面风压分布,基于流体动力学基本原理,探讨了房屋局部开洞下计算域的选取,计算方法、边界及壁面条件的确定。运用计算流体动力学软件Fluent6.3建立了计算模型,数值模拟得到开洞结构内外表面风压系数等值线的分布。在此基础上,分析了开洞结构房屋在不同风速,不同风向角,不同开洞位置及大小等主要因素下风场的分布规律,并与未开洞结构表面风压分布规律和内压系数估算公式所得到的结果进行了对比,其规律性吻合较好。通过内外表面风压系数,得到净体型系数的分布,提出应用于抗风设计的净体型系数分布表。
桥梁系统地震多维易损性分析
王其昂, 吴子燕, 贾兆平
2013, 30(10): 192-198. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0464
摘要:
综合考虑地震地面运动以及性能极限状态的不确定性,提出了基于多地震需求参数分析的桥梁系统易损性评估方法,将易损性概念从一维扩展到多维。该方法首次提出服从多元对数正态分布的概率地震需求模型探讨桥梁体系各构件响应相关性,同时考虑各构件性能极限状态的相关性建立多维性能极限状态方程,确定结构失效域,通过MonteCarlo模拟计算系统多维地震易损性。以某一钢筋混凝土多跨连续梁高速公路桥为算例,通过非线性动力分析法获得最大响应样本,利用最大似然估计求得概率地震需求模型未知参数,计算体系多维易损性,并与构件易损性相比较。结果表明:桥梁体系多维易损性较构件易损性偏大,可避免用单一构件易损性代替系统易损性产生的非保守估计,预测结果更利于工程安全,为桥梁修复加固和交通系统可靠性分析提供理论依据。
基于改进EMD-ICA的结构模态参数识别研究
付春, 姜绍飞
2013, 30(10): 199-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0486
摘要:
该文针对频带滤波改进经典经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)的模态分解能力不足时产生过多虚假模态的问题以及真正本征模函数(IntrinsicModeFunction,IMF)的判定问题,提出了将改进EMD与独立分量相结合的信号分析方法。该方法不需要人为预先设定阈值,能够自动分离出真正的IMF分量,消除改进EMD过程中产生的虚假模态,保障EMD分解信号的有效性。然后利用随机减量技术获得各IMFs的自由模态,最后利希尔伯特变换和最小二乘拟合技术相结合的方法来识别出结构的频率和阻尼比,并通过两个数值算例和一个七层钢框架的模态试验予以验证。研究结果表明:该方法可有效解决改进EMD的缺陷,并成功识别出结构的模态参数。
混凝土三轴蠕变统计损伤模型研究
傅强, 谢友均, 龙广成, 马昆林, 尹晓文
2013, 30(10): 205-210,218. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0474
摘要:
为探讨混凝土三轴蠕变特性,采用SAM-2000微机控制电液伺服材料三轴试验机并配备压力自平衡式三轴压力室对混凝土进行了三轴压缩试验和三轴蠕变试验,结果表明:围压的存在可以显著提高混凝土的承载能力,围压越大,混凝土的轴向承载能力越高,蠕变变形量和变形速率越小。假设混凝土破坏为其内部微元破坏累积所致,微元破坏概率与混凝土应变存在一定关系P[#x003b5;],且服从Weibull分布,结合三轴压缩试验结果,计算得到了描述混凝土损伤特性的统计损伤变量;基于Burgers流变模型,通过引入损伤变量建立了混凝土三轴蠕变统计损伤模型,利用MATLAB软件进行了模型参数拟合,经对比分析,模型曲线与试验曲线拟合结果较理想,主偏应力越大,拟合结果越精确。此模型可供今后研究参考。
腐蚀方式对Q345等边角钢疲劳性能的影响
张春涛, 范文亮, 李正良
2013, 30(10): 211-218. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0491
摘要:
塔体构件的疲劳性能随服役期内降雨分布等环境腐蚀因素的改变而发生变化。为此,该文首先基于单点-成组法结合相关系数优化法推导了不同腐蚀方式作用下S-N曲线方程的参数表达式及其回归方法,并建议了相应的实现算法。基于此,建立了不同腐蚀方式的P-S-N曲线方程。同时,对相同腐蚀时间内3种腐蚀方式作用下的39根足尺Q345等边角钢构件进行了腐蚀疲劳试验,观察了试件在#x0201c;浸泡-晾置#x0201d;腐蚀方式中的腐蚀状态,研究了不同腐蚀方式中试件的疲劳破坏模式。然后,由试验结果分析了各腐蚀方式中疲劳寿命的变化规律,建立了相应的S-N曲线模型,给出了各腐蚀方式中反映S-N曲线参数随可靠度变化规律的表达式,并结合理论推导及参数分析建立了各腐蚀方式作用下Q345等边角钢构件的P-S-N曲面模型。最后,采用该模型探讨了不同腐蚀方式中Q345等边角钢构件疲劳寿命的变化规律,结果表明:1)相同腐蚀时间内疲劳荷载越小腐蚀方式对构件疲劳寿命的影响越明显;2)腐蚀越严重疲劳寿命随可靠度增加减小的幅度越大。
结构二次二阶矩可靠度指标的回归分析预测算法
白冰, 张清华, 李乔
2013, 30(10): 219-226,235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0501
摘要:
针对具有强非线性结构功能函数的可靠度指标计算问题,通过数值抽样及回归分析方法对改进的功能函数二阶展开形式进行了系统研究,揭示了二次二阶矩可靠度指标#x003b2;SORM与一次二阶矩可靠度指标#x003b2;FORM之间的关系规律。根据上述规律结合线抽样MonteCarlo法,建立了基于回归分析预测算法的可靠度分析方法。该方法通过对若干基本抽样点的回归分析,确定了#x003b2;SORM#x003b2;FORM之间一般关系规律的具体表达式,从而实现了强非线性可靠度问题的高精度求解。研究表明:所建立的方法能够有效改善传统二阶可靠度算法计算过程繁琐、求解效率低下的问题;在求解精度、适用范围及算法稳定性等方面具有优势;且计算直观简便,易于为一般设计人员掌握,更适合于实际工程应用。
基于两种破裂判据的裂隙岩体单轴压缩起裂分析
陈新, 彭曦, 李东威, 吕文涛
2013, 30(10): 227-235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0413
摘要:
该文引入Rankine最大拉应力准则和Mohr-coulomb剪切破坏准则分别作为岩石基质的拉伸和压剪破裂判据,分析了单轴压缩下裂隙岩体的起裂机制。根据含单个椭圆裂隙的无限域岩体在单轴压缩下的应力理论解,编制了Matlab程序,计算分析了不同短轴与长轴比k和倾角α(加载轴与裂隙长轴间的夹角)下的岩石基质应力集中系数、两种不同起裂机制的破裂函数值、开裂位置和开裂临界荷载。对多裂隙岩体,采用ABAQUS有限元软件进行了应力计算和起裂机制分析。计算结果表明:1)与单裂隙岩体相比,多裂隙岩体的岩石基质应力集中系数略大、起裂临界荷载略小,但起裂位置相同;2)随着裂隙倾角α的增大,岩石基质的主拉应力集中区由裂隙端部附近很小的区域逐渐变为裂隙中部的大面积区域,而主压应力集中区则反之;3)存在临界裂隙倾角α0,其值在45°附近。当裂隙倾角0<α≤α0时,在裂隙端部同时有拉应力和压剪应力集中,拉破裂临界荷载小于压剪破裂临界荷载,但随着裂隙轴比的增大二者逐渐相等,表明岩体受拉破裂和压剪破裂共同影响越来越明显;当α0<α≤90°时,尽管拉破裂临界荷载大于压剪破裂临界荷载,但首先发生在裂隙端部的压剪破裂区范围很小,而随后将在裂隙中部或端部发生大量的拉伸破裂。上述分析结果与实验现象较为吻合。
局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性
王广勇, 李玉梅
2013, 30(10): 236-243,263. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0492
摘要:
该文建立了受火区域采用实体单元和壳单元的精细模型、非受火区域采用梁柱模型的钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。利用上述模型对局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架的破坏形态、破坏机理、变形及内力重分布规律进行了研究。分析表明,火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架出现了2种典型的破坏形态:第1种为由受火钢梁整体失稳导致的框架局部破坏形态;第2种为由受火钢管混凝土柱破坏导致的框架整体破坏形态。
风障对桥塔附近桥面汽车气动力特性的影响
王达磊, 陈艾荣, 马如进
2013, 30(10): 244-250. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0784
摘要:
强横风下大跨缆索承重桥梁的桥塔附近桥面风环境交替变化显著,极易导致汽车侧向失稳事故,针对途经桥塔附近桥面汽车气动力特性的研究对评价汽车侧向操纵稳定性尤为重要。该文进行了某分离钢箱梁斜拉桥独柱式桥塔附近桥面汽车模型测力风洞试验,获得了横风下汽车途经桥面不同位置时气动力特性的一般规律。设置风障前后桥塔附近桥面汽车气动力系数对比分析表明:风障可显著减小该类桥型塔区桥面汽车的侧力系数和横摆力矩系数,可减小大体量汽车的侧倾力矩系数和中、小体量汽车横摆力矩系数的变化幅值,风障对提高大风天途经桥塔附近桥面汽车的侧向稳定性作用明显。
机械工程学科
受压旋转钻柱非线性动力学与分叉研究
任福深, 姚志刚
2013, 30(10): 251-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0431
摘要:
在水平井钻井过程中,钻柱由于受压很容易发生横向振动,引发钻柱失效、井眼扩径等严重事故。该文将受压柔性旋转钻柱简化为柔性旋转梁,将钻柱受到的复杂载荷简化到柔性旋转梁系统中,基于vonKarman理论建立了柔性钻柱的动力学方程,再利用Galerkin法离散偏微分方程,得到了钻柱的非线性控制方程,并且利用多尺度法得到了平均方程。运用非线性动力学的方法分析柔性旋转梁在共振情况下的复杂动力学响应,得出系统中钻柱旋转角速度对非线性动力学响应的变化规律。研究结果可为水平井钻井过程中减少钻柱失效、提高钻速和降低钻井成本提供参考。
基于静力凝聚的高精度变截面梁单元及其几何非线性分析研究
孟丽霞, 陆念力, 王佳
2013, 30(10): 257-263. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0451
摘要:
基于Euler-Bernoulli梁单元基本假定,通过静力凝聚获得截面特性沿单元轴向连续变化的变截面梁单元高精度刚度矩阵,并提出一种基于随动坐标法求解变截面梁杆结构大位移、大转动、小应变问题的新思路。首先依据插值理论和非线性有限元理论推导出三节点变截面梁单元的切线刚度矩阵,然后使用静力凝聚方法消除中间节点自由度,从而得到一种新型非线性两节点变截面梁单元。结合随动坐标法,在变形后位形上建立随动坐标系,得到变截面梁单元的大位移全量平衡方程。实例计算表明,该新型变截面梁单元具有较高的计算精度,可应用于变截面梁杆系统大位移几何非线性分析。
用于自适应进气道的扁薄球壳双稳态特性分析
张平, 周丽, 邱涛
2013, 30(10): 264-271. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0482
摘要:
自适应进气道通过主动控制唇口和内管道的结构形状,能够调节进气道的捕获面积和喉道面积,从而提升战斗机在宽速域内的进气道性能。鼓包进气道是一种先进的进气道,但是鼓包面形状不可调节,限制了其在非设计点的性能。该文针对该问题,提出利用扁薄球壳的双稳态构型调节鼓包面形状,从而改善进气道在不同速度下的使用性能。研究了铰支边界的圆底扁薄球壳存在双稳态构型需要的条件,分析了加载方式和加载位置对壳体双稳态特性的影响,并给出稳态构型转换时壳体结构参数与驱动载荷、加载行程以及结构内应力的关系,为扁薄球壳双稳态构型的形状控制以及在自适应进气道上的应用提供设计参考。
基于失效概率偏导数的局部与全局混合灵敏度分析
程蕾, 吕震宙, 李璐祎
2013, 30(10): 272-276,281. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0507
摘要:
基于失效概率偏导数的局部灵敏度与矩独立的全局灵敏度定义了一种新的混合灵敏度指标,该灵敏度指标不仅继承了传统的矩独立灵敏度的优点,而且反映了矩独立灵敏度和基于方差的灵敏度之间的内在联系。针对该矩独立的混合灵敏度指标计算量大的问题,该文首先将其转化为基于方差的混合灵敏度指标,然后利用能够高效计算条件矩的态相关参数(SDP)法进行求解。为了进一步提高计算效率,该文建立了基于重要抽样和截断重要抽样的SDP方法。算例结果验证了该文所提指标的合理性及所提方法的准确性。方法方法
其他工程学科
非定常通气超空泡分叉突变特性研究
赵新华, 孙尧, 莫宏伟, 安伟光
2013, 30(10): 277-281. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.05.0374
摘要:
针对非定常通气超空泡的不稳定性,采用分叉与突变理论分析通气超空泡失稳现象发生的机理。基于Logvinovich空泡截面膨胀独立性原理及通气质量平衡方程,得出联系非定常通气超空泡长度及空化数的积分方程。根据积分思想,将积分方程分解为两个第一类Volterra积分求解,得出线性小扰动系统,对静态分叉引发的状态突变进行定性分析,并通过数值仿真进行了验证。理论分析及数值仿真结果表明,非定常通气超空泡在平衡点处呈现的跨临界分叉将导致非定常通气超空泡在分叉点处产生突变。此现象揭示了稳定通气超空泡在临界值处改变通气参数所导致的空泡失稳的机理,有助于超空泡航行体稳定航行控制系统的设计。
纳米尺度圆孔表面薄膜界面失配位错形核机理
章的, 刘又文, 商开然
2013, 30(10): 282-287,295. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0442
摘要:
研究了无限大基体内纳米尺度圆孔表面薄膜中界面螺型位错形核的临界条件,薄膜考虑了表/界面效应。运用弹性复势方法,获得了两个区域应力场的解析解答,并导出位错形核能公式,由此讨论了表/界面效应对薄膜界面位错形核的影响规律。算例结果表明,表/界面效应在纳米尺度下对位错形核的影响显著,不同表/界面效应下位错形核的临界薄膜厚度有很大差异,当基体与薄膜的相对剪切模量超过某一值后,只有考虑负的表/界面应力时位错才有可能形核;薄膜厚度在小于某一临界尺寸时负的表/界面应力更容易位错形核,薄膜厚度大于某一临界尺寸时正的表/界面应力更容易位错形核。
正交压电复合材料层板各类边界的解析解
舒小平
2013, 30(10): 288-295. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0475
摘要:
压电复合材料层板由压电片与纤维层叠合而成。基于等效单层理论的位移场和电势场,针对正交铺层压电复合材料层板柱面弯曲问题,建立了力电耦合平衡方程,获得了一般边界的解析解。解析解由特解和通解两部分组成,特解对应于简支边界条件,通解由其他各类边界条件确定。平衡方程的变量仅4个,且不随层数变化。如采用相应的位移和电势分布函数,可以得到一阶理论、高阶理论、指数型理论等多种理论的解析解。算例中给出了各种边界条件下位移、应力和电势的解,讨论了各种理论的精度,观察到了固支边界的应力奇异现象。
飞行器机身结构耐撞性分析与设计
任毅如, 向锦武, 罗漳平, 郑建强
2013, 30(10): 296-300. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0478
摘要:
耐撞性不仅是飞行器设计中的重要问题,而且还是其取得适航证的必要条件。该文对美国、欧盟和日本等在耐撞性研究方面的研究进行了总结,阐述了耐撞性设计中采用的数值模拟和试验研究方法及其主要问题。主要针对各种飞行器结构耐撞性设计方法进行介绍,对比了轻型固定翼飞机、直升机和大中型民用飞机的耐撞性设计特点。能量吸收结构是耐撞性设计的关键问题之一,对提高飞行器机身能量吸收能力的机身底部结构、机身加强框和客舱地板撑杆结构等设计方法进行详细介绍,总结了飞行器耐撞性可靠性分析和优化设计方法。最后对飞行器结构耐撞性设计的发展作了展望。