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2014年  第31卷  第1期

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论文
实时耦联动力试验方法理论与实践
王进廷, 金峰, 徐艳杰, 张楚汉
2014, 31(1): 1-14. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST06
摘要:
实时耦联动力试验是将物理试验与数值计算实时耦联的一种结构动力试验方法。这一试验方法兼具了常规振动台试验与拟动力试验的优点,被认为是结构动力试验方法发展的趋势之一,成为当前结构抗震试验研究的热点。该文首先阐述了实时耦联动力试验方法的基本原理以及关键问题,并综述了实时耦联动力试验研究的发展现状;然后介绍了清华大学水工振动研究组在实时耦联试验方面的研究实践;最后提出了实时耦联动力试验亟待突破的研究问题。
二维自由振动的有限元线法自适应分析新进展
袁驷, 王永亮, 徐俊杰
2014, 31(1): 15-22. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST01
摘要:
有限元线法(FEMOL)是一种优良的半解析、半离散方法,可将其比拟为广义一维问题,进而将一维有限元中单元能量投影(EEP)法及相应的自适应求解技术引入,使FEMOL由半解析方法变为完全解析、数值精确的方法。在对二维线性问题成功地实现了自适应FEMOL分析的基础上,该文进一步报道FEMOL自适应方法在二维自由振动问题中的成功应用和最新进展。该文简要介绍了FEMOL自适应分析二维振动问题的求解策略和技术,整套方法思路清晰、算法严谨、高效可靠,可以得到满足精度要求的自振频率和按最大模度量满足用户事先给定误差限的振型,均为数值精确解。该文给出的数值算例表明所提出的算法具有高效、稳定、通用、可靠的优良特性。
非线性动力方程的精细时空有限元方法
江小燕, 王建国
2014, 31(1): 23-28. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0664
摘要:
根据Hamilton变作用定律构造了时空有限元矩阵;并根据传递矩阵原理,利用时间的一维性将时空有限元矩阵变换为时间方向的传递矩阵,将初值问题转化为一般矩阵相乘问题以方便求解。为了保证计算的稳定性,参考了精细积分的思想提出精细时空有限元方法,并给出线性问题在时间级数荷载作用下的计算式。数值分析结果证明该方法在线性问题分析上非常准确并可以推广到非线性动力方程的求解;只需将非线性解看作初始解和增量解的叠加,通过精细时空有限元线性求解方法计算增量解,逐步修正后即可得到非线性解。结果表明该方法是一个有效的求解非线性动力方程的方法。
基于伪谱法合成零偏移距记录的结构损伤探测与成像
郭原草, 郭少华
2014, 31(1): 29-36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.04.0246
摘要:
该文讨论了如何利用伪谱法合成零偏移距记录进行结构损伤探测与偏移成像。从二维标量波动方程出发推导了不同情况下的数值计算公式。采用反周期扩展法对边界吸收问题做了有效处理,消除了边界反射产生的假象和干扰波场。用波场外推法合成得到了能适应复杂损伤形态和横向变速介质的零偏移距记录。根据波动方程分析了伪谱法的数值频散性、奇异性以及波场形态、位移、振幅、能量、动应力集中系数等力学特征,通过波动方程的位移解得到波场快照图和时间剖面图,实现了结构损伤可视化探测与识别。数值算例证明了伪谱法偏移成像的适用性。
基于向量式有限元的三角形薄板单元
王震, 赵阳, 胡可
2014, 31(1): 37-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0663
摘要:
向量式有限元是一种基于点值描述和向量力学理论的新型分析方法。该文基于向量式有限元基本原理,推导了三角形DKT薄板单元的基本公式,详细阐述了通过逆向运动处理薄板单元的平面内、外刚体位移从而获得单元节点纯变形位移的过程,以及进一步通过变形坐标系获得单元节点内力的求解方法;同时对质点的质量矩阵与惯性矩阵、应力计算的数值积分及插值方法、时间步长及阻尼参数的取值等问题提出了合理可行的处理方式。在此基础上编制了薄板单元的计算分析程序,并进行了算例验证。算例分析表明所编制的向量式有限元薄板单元程序可以很好地完成平板结构的静、动力分析,验证了理论推导的正确性和分析程序的可靠性。该文成果为进一步建立向量式有限元薄壳单元理论打下了必要的基础。
超高层建筑伸臂桁架-核心筒剪力墙节点受力性能数值与理论研究
聂建国, 丁然, 樊健生
2014, 31(1): 46-55. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.02.0132
摘要:
基于对两种适用于超高层建筑的伸臂桁架-核心筒剪力墙节点的试验研究,对该类节点的抗震性能和受力机理进行精细有限元和理论分析,并给出设计方法和建议。首先利用通用有限元软件MSC.MARC(2010)对节点进行非线性数值模拟,将有限元分析结果与试验结果进行对比分析,取得满意的结果。随后根据有限元计算结果对伸臂桁架、墙体端部暗柱、外包(内嵌)钢板和混凝土剪力墙的受力机理进行深入分析,同时给出节点承载力简化计算方法。最后在整体节点模型的基础上,建立节点板的局部模型,着重对节点板的受力机理进行分析,并考察该类节点板简化设计公式的适用性。分析结果表明:混凝土墙受到上下部钢板的剪切作用从而形成斜压杆受力机制;在剪切荷载存在且节点板长度较小时,节点板危险截面正应力分布并不符合平截面假定。该文研究可为超高层建筑中伸臂桁架-核心筒节点的设计与施工提供参考。
一种四角钢组合约束型防屈曲支撑外围连接的设计方法研究:理论推导
郭彦林, 王小安
2014, 31(1): 56-63,84. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0004
摘要:
在四角钢组合约束型防屈曲支撑中,螺栓是连系外围各个约束角钢的关键元件,在支撑发生侧向弯曲变形时承受拉力、剪力的共同作用。该文对单向弯曲变形状态下的外围螺栓内力计算方法展开了研究。首先介绍了内核构件与外围构件之间侧向挤压力的计算方法。然后,将该侧向挤压力分解为对称受力状态与反对称受力状态,螺栓在这两种受力状态中分别起到防止外围约束角钢发生分离的作用以及保持各角钢变形协调、共同抗弯的作用。基于这两种受力状态,考虑螺栓连接附近角钢板件局部变形所产生的撬力作用,经理论推导分别给出了螺栓内力的简化计算公式。再考虑螺栓内力的生成机制,对这两种受力状态分别计算得到的螺栓内力进行组合,得到了实际受力状态中螺栓内力的计算公式。最后,还介绍螺栓间距对螺栓内力的影响。
基于OpenSees的RC框架-核心筒超高层建筑抗震弹塑性分析
解琳琳, 黄羽立, 陆新征, 林楷奇, 叶列平
2014, 31(1): 64-71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0591
摘要:
近年来我国高层建筑结构抗震弹塑性分析得到广泛应用。但现有的分析多基于商用软件,限制了相关研究的深入发展。该文在通用开源有限元程序OpenSees的基础上,通过开发合理的剪力墙构件模型和混凝土本构模型,实现了RC框架-核心筒超高层结构的抗震弹塑性分析,并以一系列剪力墙和一栋141.8m高框架-核心筒超高层为例,通过与试验结果和通用有限元程序MSC.Marc计算结果的对比,验证了该文提出的单元和计算方法 的合理性和可靠性,可为进一步开展基于开源有限元程序OpenSees的超高层建筑结构地震灾变行为研究提供参考。
风雨共同作用下高压输电塔的风洞试验及反应分析
付兴, 林友新, 李宏男
2014, 31(1): 72-78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0634
摘要:
该文介绍了雨荷载计算公式推导、高压输电塔气弹模型设计及气弹模型风洞试验。在已有研究成果基础上,该文从另一思路出发,考虑输电塔前后立面同时承受雨滴冲击作用,推导出一种改进的雨荷载计算公式,通过编程模拟得到风雨荷载时程曲线;根据相似准则,制作了风洞试验气弹模型,进行动力标定测试,并与模型的期望频率进行对比,验证了制作模型的准确性;根据雨荷载的压强计算公式,在此相似理论基础上得到风洞试验中风雨荷载缩尺比,通过输电塔气弹模型的风雨激励试验,验证了理论计算的可行性和有效性。
拉索-阻尼器-弹簧系统的阻尼特性分析
周海俊, 丁炜, 孙利民
2014, 31(1): 79-84. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0641
摘要:
该文研究得到了拉索-阻尼器-弹簧系统的复特征频率方程。在阻尼器和弹簧安装点距拉索锚固点长度与拉索长度之比远远小于1的假设条件下,得到了拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比的近似解析解,该近似解析解与数值计算得到的精确解对比吻合良好。当弹簧和阻尼器处于同一侧时将会减小拉索所能获得的最大模态阻尼值,而当阻尼器与弹簧在拉索两端时弹簧对阻尼的影响几乎可以忽略。当阻尼器仍处于拉索锚固点附近而弹簧位置向中间移动时由阻尼器引起的频率变化量仍是小量的条件下,得到了结合数值频率解的拉索-阻尼器-弹簧系统模态阻尼比近似解析式。此时拉索所能获得最大模态阻尼比、对应的最优阻尼系数、无量纲频率与弹簧位置、刚度之间存在明确的变化关系。该文研究成果对于拉索端部同时附加橡胶减振器和阻尼器、附加阻尼器的索网结构减振设计具有重要的参考价值。
直接求解多维多点非平稳激励的虚拟激励法
郑史雄, 贾宏宇, 张金, 罗楠
2014, 31(1): 85-90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0433
摘要:
为了进一步推广多维多点非平稳虚拟激励法在工程中的应用和解决传统虚拟激励法在通用有限元中实现困难等问题,以一座铁路钢构桥为例,基于ANSYS软件平台,研究了虚拟激励法在实际工程抗震分析中的应用问题,通过在总质量矩阵上“置大数”的方法,将单维单点激励扩展到多维多点虚拟激励,并将非平稳激励转化为一系列确定性外力作用,从而避免了求解静力影响矩阵的繁琐。研究结果表明:所采用的方法具有较高的精度,并能高效地将多维多点非平稳虚拟激励法与通用有限元软件结合,节约了自编程序的时间,使得工程师更容易接受和运用。
Kriging-POD法在预测大跨屋盖风荷载中的应用研究
陈伏彬, 李秋胜
2014, 31(1): 91-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0539
摘要:
结合POD (Proper Orthogonal Decomposition)技术与Kriging法,提出用于空间数据插值的POD-Kriging方法;基于大跨屋盖结构表面风压的数据,实现了对风压的空间重构与预测。预测的平均风压系数、脉动风压系数、脉动风压的时域与频域特性与风洞实验结果吻合良好。表明该文提出的预测方法在大跨结构表面风压的预测是可行的。
配置十字型钢的型钢混凝土柱恢复力模型
殷小溦, 吕西林, 卢文胜
2014, 31(1): 97-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0585
摘要:
以文献中共21个含钢率在20%以下的型钢混凝土柱为对象,分析和回归出包括高含钢率在内的,以屈服点、峰值点和极限点为特征点的型钢混凝土柱骨架曲线特征点计算式,分析并考察了含钢率、配箍率特征值和截面尺寸等因素的影响,提出了分别适用于含钢率介于10%~20%和含钢率低于10%的内置十字形带翼缘型钢的型钢混凝土柱恢复力模型。研究表明:各参数对型钢混凝土柱骨架曲线各特征点均有不同程度的影响,建议的三折线模型考虑了多种因素的影响,与试验结果相接近,可供内置十字形带翼缘型钢的型钢混凝土柱非线性地震反应分析和工程设计应用。
弱横梁人字撑结构的弹塑性抗侧性能
张磊, 罗桂发, 童根树
2014, 31(1): 104-112,159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0587
摘要:
人字撑结构是多高层钢结构建筑常用的抗侧力结构,然而在强烈地震作用下,这种支撑结构的拉压支撑会在两者交汇的横梁处形成一竖向不平衡力,可能导致支撑架横梁形成塑性铰、结构的抗侧能力快速下降。许多现行规范要求支撑架的横梁应具备承受这一竖向不平衡力作用的能力,但是实际人字撑结构可能不能满足这一要求,因此有必要对弱横梁人字撑结构的抗侧性能进行研究。该文对不同支撑长细比下(20~150),不同横梁的强度(0.3倍,0.5倍,0.8倍,1.0倍横梁强度)人字撑结构的弹塑性抗侧性能进行了分析。对弱横梁人字撑结构的整体抗侧性能、拉压支撑分别的抗侧性能、超强系数和极限承载力等主要性能指标进行了分析,同时提出了弱横梁人字撑结构塑性抗侧曲线的近似计算方法和超强系数的计算方法。该文的研究有助于充分了解弱横梁人字撑结构的弹塑性抗侧性能,为它的实际应用提供参考。
考虑压-弯-剪相互作用的纤维混凝土剪力墙变形能力分析
党争, 梁兴文, 邓明科
2014, 31(1): 113-121. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0670
摘要:
为了准确预测地震作用下高性能纤维增强混凝土剪力墙的受力性能,综合考虑压、弯、剪相互作用的破坏机理以及纤维增强混凝土超高受拉应变硬化性能,基于修正压力场理论和单向弯剪模型,提出了高性能纤维增强混凝土剪力墙变形能力分析模型。通过与4片高性能纤维增强混凝土剪力墙低周往复试验骨架曲线的对比研究,验证了剪力墙分析模型的准确性,讨论了影响其变形能力的的主要因素。研究结果表明:该文提出的考虑轴力-弯矩-剪力相互作用的高性能纤维增强混凝土剪力墙荷载-变形模型,可用于单调荷载作用下剪力墙的变形能力分析。
厦门地区台风风场特性的数值模拟
雷鹰, 李涛, 张建国, 林树枝
2014, 31(1): 122-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0614
摘要:
基于1959年~2008年厦门地区的台风详细资料,采用Yan Meng风场模型进行台风数值模拟,得到了台风极值风速序列,并推算出厦门地区不同重现期的极值风速,与年极值风速实测资料统计结果及现行规范值进行比较,为结构抗风设计提供了更为合理的荷载信息;同时,讨论了风向对极值风速分布的影响,为正确选择建筑方位提供理论指导。最后,基于Yan Meng风场不同半径位置处风剖面的变化规律,提取厦门地区沿高度的极值风速,研究了台风条件下的风剖面规律。
基于相干分析的高铁简支箱梁结构噪声源识别方法研究
李小珍, 刘孝寒, 张迅, 李亚东
2014, 31(1): 129-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0637
摘要:
列车荷载作用下桥梁结构振动产生的低频结构噪声会给轨道交通沿线环境带来噪声污染问题,该文给出了基于相干分析的桥梁结构噪声源识别方法。首先确定了频谱分析与相干分析相结合的噪声源识别方法,介绍了频谱分析法、常相干分析、偏相干分析的方法和流程,给出了偏相干分析中最优线性条件输入模型的迭代求解,编制了相应的Matlab程序;其次针对成灌铁路一座高架桥的振动与噪声综合试验的实测数据,结合频谱分析和常相干分析方法讨论了桥梁结构振动的噪声辐射机理,通过偏相干分析对桥梁结构噪声进行了噪声源分离与识别,由重相干函数的分析可以定性得到结构噪声的影响区域。综合分析表明,相干分析结合频谱分析的噪声源识别方法可以得到结构局部振动与所辐射的结构噪声之间的相互关系,能较好地分离识别存在相干关系的各结构噪声源的独立贡献和频谱特性,可以为桥梁结构的减振降噪措施提供理论指导。
剪切型破坏模式的配筋砌块砌体剪力墙恢复力模型
赵艳, 王凤来, 张厚, 朱飞
2014, 31(1): 137-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0648
摘要:
利用25片足尺全灌芯配筋砌块砌体剪力墙的低周往复荷载试验,研究了此种墙体在发生剪切型破坏模式下的恢复力模型。选取截面宽度包含190mm、240mm和290mm三种块型的墙体试验,研究了不同砌块孔洞率、竖向压应力、竖向和水平配筋率、墙体高宽比等参数对墙体破坏模式的影响。利用试验记录提出骨架曲线,其归一化骨架曲线符合带下降段的三折线模型。对试验数据进行回归分析,得到满足指数衰减规律的刚度衰减方程。提出适用于发生剪切型破坏模式的配筋砌块砌体剪力墙的滞回规则,此规则在卸载阶段用两折线表示,两折线采用不同的刚度值,第一卸载段采用初始刚度,第二卸载段采用本文提出的刚度衰减方程。该文提出的滞回模型能够较好模拟配筋砌块砌体剪力墙捏拢现象,模拟出的滞回曲线与试验记录到的曲线吻合良好。
考虑FGM特性的双排管竖井冻结壁应力场分析
胡向东, 舒畅
2014, 31(1): 145-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0651
摘要:
对双排管竖井冻结所形成的冻结壁等效成材料性质沿厚度呈梯形分布的功能梯度材料(FGM)无限长厚壁圆筒,通过求解均布荷载下该类厚壁圆筒的弹性解析解,并利用摩尔-库伦屈服准则求解其弹塑性解析解。根据解析解,进行双排管竖井冻结壁的应力场分析,将分析结果与均质冻结壁模型进行对比,提出对设计施工具有参考价值的建议。
带孔洞损伤弹性矩形板的屈曲
徐国林, 盛冬发, 张庆文, 柏亚双, 阳高
2014, 31(1): 154-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0661
摘要:
应用弹性微结构理论,建立了具有广义力场的损伤线弹性材料的基本方程。应用板小挠度理论,给出用挠度和损伤表示的薄板的平衡方程和损伤控制方程。在满足位移和损伤的几何和自然边界条件下,给出了挠曲面函数和损伤函数。最后应用Galerkin方法,分别求出四边简支的损伤弹性板在单向受压和纯剪切状态下的屈曲荷载。
HISS模型在ABAQUS中的三维实现、验证和应用
王明强, 杨军
2014, 31(1): 160-165,172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0666
摘要:
分级单屈服面(HISS)模型的屈服面是单一光滑的函数,解决了“帽子”模型存在的数学不完备问题。该文介绍了HISS模型中非关联流动法则各向同性硬化的模型及其主要参数对屈服面的影响,使用MATLAB对一个高斯积分点进行加载试验,观测了在加载过程中应力路径及屈服面的变化;基于ABAQUS有限元程序提供的二次开发平台,首次编写了土体HISS模型的三维用户材料子程序。使用ABAQUS外接该文开发的用户子程序模拟了Leighton Buzzard砂土的4种三轴试验算例(静水压试验、常规三轴压缩试验、三轴压缩试验和三轴拉伸试验),并将计算得到的应力-应变关系和体积变化与实验观测结果对比,模型计算的结果与实验结果符合较好,验证了HISS模型用于砂土性质描述的适用性,并将模型用于分析分层路基的平板载荷试验。HISS模型三维子程序的实现为ABAQUS分析三维土体弹塑性问题提供了一种新的本构关系。
近场地震下隔震结构基底发生碰撞的鲁棒易损性曲线计算
樊剑, 龙晓鸿, 赵军
2014, 31(1): 166-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0668
摘要:
用凸集模型模拟隔震结构参数(如刚度、质量、支座的屈服力和屈服后刚度等)的不确定性,而用随机模型模拟地震动输入的不确定性,提出了计算近场地震作用下在考虑双不确定性因素时隔震结构基底发生碰撞的易损性曲线计算新方法;提出了鲁棒易损性曲线的新概念,计算结果将给隔震支座力学参数的设计以及基底与限位墙之间空隙宽度的选取提供参考;通过计算实例中基底最大位移敏感度分析发现,上部结构的质量和隔震支座的力学参数(如屈服力、屈服后刚度等)对基底最大位移影响较大,而上部结构的刚度对其影响不大;此外,该文的研究内容也为考虑结构参数和输入地震动双不确定性因素的情况下,计算各类结构地震易损性曲线提供了一种新的思路和途径。
诱发H形桥梁断面风振的空气能量输入特征
刘祖军, 葛耀君, 杨詠昕, 贾明晓
2014, 31(1): 173-180,187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0175
摘要:
采用计算流体动力学(CFD)的方法,分析了H形断面颤振临界状态下的绕流特征。采用分块分析方法研究颤振过程中气流能量在模型表面不同区域的输入特性以及模型表面的旋涡演化过程对模型表面气动力和气动能量输入特性的影响。分析结果表明模型表面的旋涡演化造成了靠近迎风侧挡板的模型区域的表面压力变化具有较强的规律性,而背风侧挡板附近的模型区域的表面压力变化则没有明显的规律。分块分析的结果显示模型靠近迎风侧挡板的上表面区域是吸收气流能量的部位,而气流输入到模型背风侧挡板附近区域的能量具有波动特性,使得空气输入到模型的总气动能量在一个完整的振动周期内也具有较强的波动特征,从而造成H形断面颤振发生时出现持时较长的大幅扭转振动。
几个强度理论的屈服实验研究
牛杰, 刘光连, 田杰, 张雅鑫, 孟力平
2014, 31(1): 181-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0622
摘要:
根据多种塑性金属的二向和三向拉伸与压缩组合主应力屈服强度实验数据,对Tresca强度理论、Mises强度理论、Mohr-Coulomb强度准则、Beltrami最大能量理论、极限应变能强度理论等几个强度理论计算的相对误差进行了比较分析。结果表明极限应变能强度理论计算的误差在10%以内,为最小。Tresca强度理论、Mises强度理论和Mohr-Coulomb强度准则计算的误差分别为-36%、-27%、-23%,计算结果比试验结果偏保守。Tresca强度理论和Mises强度理论都不适用于拉伸屈服强度和压缩屈服强度相等的材料,该材料的理论剪切屈服强度为拉伸屈服强度的倍。极限应变能强度理论可用于二向和三向拉伸与压缩组合主应力强度计算,在全拉伸和全压缩主应力状态下与Rankine强度理论一致,具有工程应用前景和价值。
LET柔性铰链的等效刚度分析及其参数优化
邱丽芳, 韦志鸿, 俞必强, 王林浩
2014, 31(1): 188-192,228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0649
摘要:
分析了表示LET柔性铰链转动能力的扭转等效刚度,为确保铰链的转动精度提出了拉压等效刚度的概念并推导出其计算公式。以LET柔性铰链的结构参数为设计变量,提高转动能力和转动精度为目标,建立了铰链的优化模型;采用模拟退火法实现了LET柔性铰链的参数优化,并对优化前后铰链的转动性能进行了分析比较。结果表明,优化后铰链的转动能力和转动精度比优化前都有了明显提高。
基于显式动力学的焊点冲击失效分析
许杨剑, 金超超, 梁利华, 王效贵, 刘勇
2014, 31(1): 193-200. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0655
摘要:
组件级高速剪切测试是用来研究芯片封装中Sn-Ag-Cu焊点冲击可靠性问题的一个重要手段。实验研究表明:随着冲击速度的增加,焊点封装结构的失效会由焊锡母材的韧性破坏向界面金属间化合物(IMC)的脆性断裂过渡;同时,其荷载-位移响应曲线形态也会发生显著的改变。为了能够更详细地了解封装结构的冲击失效行为,并进一步改进其结构设计,该文提出结合焊锡材料应变率相关的动态硬化特性,利用渐进损伤模型来模拟其动态损伤过程;同时,引进一种能够有效表征复合型裂纹扩展的内聚力模型来模拟IMC的脆性动态断裂。与实验结果的对比表明:该文提出的方法能够较为有效地表征焊点封装结构在不同冲击速度下的失效行为。
杆式压电电机传动系统中的活齿受力分析
李怀勇, 许立忠
2014, 31(1): 201-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0631
摘要:
该文提出一种新型杆式压电电机,描述了其工作原理。建立了任一啮合活齿在固定的中心轮内齿廓不同位置处的力学方程,研究了啮合活齿受到的来自柔轮、活齿架、中心轮三者作用力的变化规律。运用空间半无限体弹性力学理论,推导了在柔轮、活齿架、中心轮作用下啮合活齿的变形和应力计算公式。分析了啮合活齿所受作用力和应力随系统参数的变化规律。研究结果为新型杆式压电电机承载能力及动力学分析奠定了基础。
核环吊平衡路径与吊重轨迹偏差
齐朝晖, 宋慧涛, 张志刚
2014, 31(1): 209-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0673
摘要:
提出了一种分析核环吊系统吊重轨迹偏差的系统化方法——平衡路径法,给出了平衡路径方程和协调条件,并详细讨论了方程中所涉及的各种变量的性质和计算方法;考虑了动滑轮位置改变所引起的钢丝绳拉力方向的变化,提出了确保与钢丝绳绕绳方式一致的空间滑轮公切线求解方法;给出了卷筒卷入绳长、钢丝绳分支中绳长的计算方法,以及滑轮两端绳速传递关系。这些问题的解决方法具有一定的普适性,可应用于一般滑轮绳索系统。
考虑循环塑性修正的薄片材料低周疲劳试验方法
贾琦, 蔡力勋, 包陈
2014, 31(1): 218-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0920
摘要:
对N18锆合金和SAPH440板材采用薄片漏斗试样进行了室温下的等幅低周疲劳试验,基于局部应力、应变相等的疲劳损伤等效原理,建立了用于估算N18和SAPH440材料疲劳寿命的Manson-Coffin模型和循环应力-应变方程。对于符合Masing律的材料,提出了一种获得循环本构关系的新方法,用转子材料B65A-S在300℃高温下的低周疲劳试验进行了验证。通过基于标定循环本构关系的有限元分析,建立了两种材料薄片漏斗试样平均应力到漏斗根部轴向应力、测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。完成了SAPH440材料等直圆棒试样的低周疲劳试验,证明了采用薄片漏斗试样的低周疲劳测试新方法具有较高的精度。
基于应变梯度位错理论的纳晶-无定形态层状复合材料的力学性能研究
周剑秋, 黄连军, 王英
2014, 31(1): 224-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0497
摘要:
纳晶-无定形态层状复合材料具有高强度高硬度还有良好的韧性等力学性能。为了定量评估这种新型材料的力学性能,建立了基于位错密度和应变梯度的力学模型。即在塑性变形的初始阶段,位错在晶态-非晶态层的交界面处产生,之后通过滑移穿过纳晶层到达对面的晶态-非晶态的交界面处被吸收。鉴于纳晶层和无定形态层的不同特性和界面的相互作用,理论分析了纳晶层中的位错演化过程以及交界面的损伤情况。结果表明,理论计算与实验结果基本吻合,且纳晶层无定形态之间的交界面具有很好的变形协调能力而不会在界面层产生失效。
文氏管对气液两相脉冲爆轰发动机工作过程影响的数值模拟
蒋弢, 翁春生
2014, 31(1): 229-235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0579
摘要:
为研究文氏管对脉冲爆轰发动机内雾化混合和爆轰过程的影响,建立了气液两相爆轰的欧拉-拉格朗日模型,其中气相采用时空守恒元与求解元方法求解,液相采用四阶龙格库塔法求解。计算结果表明:文氏管能加快液滴雾化、两相混合,缩短点火起爆距离和时间;并且喷嘴安装在文氏管喉部时点火起爆距离和时间最短。研究结果可为脉冲爆轰发动机的优化设计提供参考。
一种钢板材料动态拉伸本构方程确定以及试件尺度效应研究
邓高涛, 王焕然, 陈大年
2014, 31(1): 236-242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0669
摘要:
采用数值模拟方法,优化设计了Hopkinson拉伸实验中,QP980CR钢的片状试件尺度。对所设计的试件,在MTS(810材料试验机)上进行了准静态拉伸试验,在Hopkinson拉杆装置上进行了不同应变率及不同温度的动态拉伸试验。由准静态及动态拉伸试验结果,确定了试件材料的J-C型动态拉伸本构方程。基于确定的试件动态拉伸本构方程,采用数值模拟方法,研究了Hopkinson拉伸试验中,试件的形状和尺度对测试结果的影响。
圆柱形战斗部爆炸破片特性研究
孔祥韶, 吴卫国, 杜志鹏, 陈攀
2014, 31(1): 243-249. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0672
摘要:
有端部封盖的圆柱形战斗部爆炸产生破片的特征很难用理论公式确定,而在战斗部接近爆炸情况下,爆炸破片的分布将直接影响结构的破坏模式。该文采用数值计算方法对有端部封盖的圆柱形战斗部爆炸时壳体破裂形成自然破片的过程进行了数值模拟,研究了战斗部壳体产生的破片空间分布及速度特性,探讨了破片尺寸的影响因素,并将破片的速度分布特性与相关实验结果进行了对比分析。结果表明:有端部封盖的圆柱形战斗部爆炸时,远离起爆点的端部封盖形成的破片速度最大,圆柱形壳体高度方向上的破片的质量差异是由破片的长度尺寸引起,圆柱形壳体轴向(沿高度方向)的膨胀应变率的差值是破片长度的主要决定因素。远离起爆点的壳体轴向膨胀应变率差值较小,是破片长度尺寸较大的主要原因。
复合材料定向管热弹动力响应特性研究
朱孙科, 于存贵, 罗天洪, 张渝
2014, 31(1): 250-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0646
摘要:
为研究复合材料定向管热弹性问题,采用求解轴对称流动Euler方程组的正格式方法对管内火箭燃气射流场进行数值模拟,得到了管内流场热力载荷。运用非线性有限元方法,建立了复合材料定向管非线性热弹性有限元模型,将定向管模态计算结果与模态试验结果作比较,验证了有限元模型的有效性,计算了复合材料定向管分别在火箭燃气动压载荷、非定常温度场和耦合状态下的动力学响应。结果表明:由非定常温度场热冲击引起的定向管内壁面热应力响应呈现脉冲形状,轴向应力对复合材料定向管定位部间管段的应力响应影响较径向应力和周向应力明显,热冲击引起的热应力在复合材料定向管的热弹性应力响应中占主导作用。