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2014年  第31卷  第4期

综述
结构随机地震反应与可靠度的概率密度演化分析研究进展
陈建兵, 李杰
2014, 31(4): 1-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST02
摘要:
结构随机动力反应与可靠度分析对保障工程结构在灾害性动力作用下的安全性至关重要。数十年来,国内外学者进行了大量的研究,取得了丰硕的成果,但在多自由度非线性系统随机动力反应与可靠度分析方面遇到了巨大的困难。概率密度演化理论提供了全新的处理方法。该文在评述已有研究方法的基础上,着重讨论了概率密度演化理论及其在结构随机地震反应与整体可靠性分析应用方面的新进展。
基本方法
现代数值模拟方法与工程实际应用
买买提明·艾尼, 热合买提江·依明
2014, 31(4): 11-18. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST12
摘要:
该文简要介绍现代数值模拟方法的发展状况和工程实际应用前景,从全局、多尺度、实时动态和强非线性等4个方面分析现代数值模拟方法的发展趋势和研发中存在的问题和难点。然后分别对基于网格法和无网格法的数值计算方法进行探讨,重点用有限元法、差分法和光滑粒子动力学方法对实际问题进行对比分析,探讨两种数值计算方法在工程应用中的进展和发展趋势。最终,评论目前数值模拟方法在工程实际问题中的推广应用意义和用户应用当中存在的共性问题。
组合设计谱确定新方法研究
徐龙军, 赵国臣, 谢玉见, 谢礼立
2014, 31(4): 19-25. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0856
摘要:
设计谱是各类工程结构抗震设计的基本依据,合理的设计谱取值事关抗震结构的安全性和经济性。针对组合三联设计谱传统标定方法中存在的问题,基于世界范围内最新的强震记录,对相关的地震动参数和反应谱进行了分析研究。统计中采用加权平均代替算术平均计算地震动幅值间的关系,使设计地震动幅值的确定更具合理性;提出了一种随周期(T)连续变化的规准化参数分别用于设计谱加速度、速度和位移控制段的标定,解决了组合设计谱各区段分别采用三个固定参数(PGAPGVPGD)标定时带来的不连续问题;将改进的设计谱与其他方法设计谱进行了比较。最后通过离散性分析和有效性检验验证了新标定方法的可靠性。
螺栓连接框架结构的有限元模型修正
张根辈, 臧朝平, 王晓伟, 张璋
2014, 31(4): 26-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0858
摘要:
综合运用有限元仿真、试验模态测试和模型修正技术,对一个由螺栓连接的三层框架结构进行了动力学特性分析和响应预测,并对其中涉及到的相关问题进行了讨论。首先,采用不同类型单元分别建立结构的实体有限元模型、板-梁有限元模型以及三自由度集中参数模型,并进行模态计算。然后,对实际结构进行模态测试,并将三类模型的计算结果与测试数据进行对比,分析不同类型单元所建立模型的异同以及由螺栓连接的复杂性、加工装配的误差和材料参数的不准确等不确定因素对建模及计算误差所造成的影响,从而确定合理的修正参数。接着,用模态测试数据对模型参数进行修正,使得修正后的模型能够准确反映实际结构的固有频率和振型。最后,将测试获取的阻尼参数加到修正后的模型上,进行冲击激励下的响应预测,并与实际结构的测试结果进行对比,取得了满意的结果。
基于条件期望的改进线抽样方法及其应用
吕召燕, 吕震宙, 张磊刚, 任博
2014, 31(4): 34-39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11-0863
摘要:
为减小线抽样可靠性及灵敏度分析计算结果的方差,该文在可靠性与可靠性灵敏度线抽样计算公式中巧妙地运用全方差原理,引入了条件期望,对传统计算方法进行了改进,同时为避免直接计算条件期望将导致计算量增加的问题,该文将计算公式进一步转化成与基本变量维数无关的形式,并采用核密度估计的方法进行求解。该文最后运用MATLAB软件将该文方法应用于工程实例分析,结果均表明:通过对传统线抽样方法的改进,有效地提高了线抽样方法求解失效概率和灵敏度的收敛性和稳定性。
Q345试件细观损伤的声发射量化评价实验研究
张颖, 王子兴, 周俊鹏, 刘爱玲
2014, 31(4): 40-45,60. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0866
摘要:
根据金属塑性材料细观损伤理论及微孔洞损伤机理,建立以孔洞扩张比VG为损伤变量的声发射量化评价模型。以Q345钢圆棒缺口试件拉伸断裂过程为例,获取材料从屈服到断裂过程声发射信息;采用Gurson- Tvergaard-Needleman (GTN)模型,模拟得到Q345试件拉伸过程细观损伤参量数值解。结合声发射测试和数值模拟结果,建立Q345试件拉伸过程孔洞扩张比的声发射累积撞击计数N量化评价公式。结果表明:Q345钢从屈服到断裂过程NVG函数关系分为线性损伤及非线性损伤两个阶段,并确定当N达到128个时,材料处于损伤临界转变点。
环境激励下结构模态参数识别方法综述
刘宇飞, 辛克贵, 樊健生, 崔定宇
2014, 31(4): 46-53. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0873
摘要:
该文对环境激励下结构模态参数识别的16种常用算法进行了概括综述。该文将模态参数识别算法分类为时域、频域两类,并针对算法流程进一步地将时域方法分为一步法与两步法。在分类的基础上,阐述了算法的适用条件与基本流程,对其中一些重要算法的理论与实现过程进行了详细地讨论。最后,对结构模态识别中的模态验证方法进行了简要地论述。
基于拓展虚内键本构模型的多裂纹混凝土结构破坏分析
戚靖骅, 张振南, 葛修润
2014, 31(4): 54-60. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0797
摘要:
拓展虚内键(Augmented virtual internal bond, AVIB)是基于虚内键理论的一种多尺度本构模型,它同时考虑了微观虚内键的法向和切向变形,应用Xu-Needleman势函数描述虚内键,并在微观势函数基础上直接导出了宏观本构方程。由于脆性材料的抗压强度与微元体的应力状态有关,为了反映这种微元应力效应,依据混凝土三轴抗压强度准则定义了应力效应系数,并将其反映到AVIB本构模型中。对于已有裂纹,采用无厚度单元劈裂法进行建模,避免了网格重划分问题和单独设置接触单元问题。结合AVIB模型与无厚度单元劈裂法,对多裂纹混凝土结构的破坏进行了模拟分析。结果表明,预制裂纹的长度不同,导致结构的主裂纹扩展方式不同。模拟所得的结构破坏模式及荷载-主裂纹口张开位移曲线与相关文献报道结果基本一致,表明了该方法的有效性。由于该文所采用的AVIB本构方程中已蕴涵了混凝土断裂能及三轴强度准则,因而在整个断裂模拟过程中,既避免了外部的断裂准则问题,同时又不需要网格重构及附加自由度,提高了计算效率,为大体积混凝土结构的破坏分析提供了一种简单的可行方法。
土木工程学科
基于随机IDA的结构量化指标限值求解方法
吴巧云, 朱宏平
2014, 31(4): 61-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0348
摘要:
该文基于数值模拟以5层、8层和12层钢筋混凝土框架结构为研究对象,对各结构进行了20条地震动作用下的随机增量动力分析,采用基于性能的抗震设计理论,提出了一种确定结构屈服和倒塌水平能力限值的方法。基于该方法,得到了各结构模型屈服和倒塌破坏水平的地震易损性曲线。分析结果表明,结构的屈服和倒塌能力限值可以由相应易损性曲线上95%置信水平下的具有5%屈服和倒塌概率时的限值求出;通过对比各结构屈服和倒塌的易损性曲线,揭示出结构层数的变化对易损性曲线的影响。
罕遇地震下RC框架结构最大弹塑性层间位移的实用计算方法
黄盛楠, 马千里, 叶列平
2014, 31(4): 69-75,101. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0959
摘要:
准确预测罕遇地震下结构的最大弹塑性层间位移,是基于性能抗震设计的重要内容。该文针对一阶振型占主导的中低层RC框架结构,首先引入一种能简便有效判断是否能形成整体型屈服机制方法,降低RC框架结构出现薄弱层失效的可能性,减小由此所可能导致的弹塑性地震响应的离散性。然后在此基础上,基于一系列合理的假设,提出了针对具有整体型屈服机制RC框架结构的最大弹塑性层间位移及其均方差的预测方法,给出了预测公式和分析流程。与弹塑性时程统计分析结果对比表明,该文建议方法简便易用,给出的预测值与时程分析结果统计值的均值和方差都符合良好,可作为罕遇地震下RC框架结构最大层间位移计算的实用方法。
紧邻既有建筑基坑有限土体主动土压力计算方法
王洪亮, 宋二祥, 宋福渊
2014, 31(4): 76-81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0690
摘要:
当拟开挖基坑周边存在既有建筑物时,在基坑支护的挡土构件与既有建筑基础间土体宽度有限,此时土压力不能采用传统的朗肯理论或库伦理论进行计算。由于采用滑移土体为刚性体、墙土界面光滑等假设,此前针对该问题进行研究的文献未能很好反映实际情况。该文通过对挡土墙与既有建筑基础间的有限土体进行完整的受力分析,考虑了既有建筑基础与有限土体间的法向及切向相互作用力,建立了求解有限土体主动土压力的计算公式,并进行了适当的简化。与有限元计算结果的比较表明,该公式较以往的算法更接近于有限元结果,同时它还能考虑对墙土界面强度折减系数的不同取值。该文给出的简化公式形式较为简捷,精度较高,可方便工程技术人员对此类土压力问题进行初步计算。
钢管混凝土单圆管拱结构振动台阵试验研究
黄福云, 李建中, 陈宝春, 吴庆雄
2014, 31(4): 82-92. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0857
摘要:
为了研究钢管混凝土拱桥地震响应特性,以某钢管混凝土拱桥为原型,通过采用人工质量一致相似律设计制作1∶10缩尺比例的钢管混凝土拱结构模型,利用福州大学地震模拟振动台台阵系统,采用正弦波激励、Taft波以及当地场址生成的人工波等,进行了纵向、横向、横向+纵向地震动试验。试验结果表明,不同的地震波激励使结构产生不同的地震响应。Taft波横向激励产生的响应小于纵向激励的,人工波正好相反。拱顶的加速度相对于拱脚的有放大作用,放大倍数与输入波形的卓越周期相关;多维激励和行波激励使结构的加速度、位移和应变响应显著增大,其对结构的影响比一致激励时更为不利。不过,试验过程中模型均未出现开裂和破坏现象,表明钢管混凝土拱结构具有良好的抗震性能。
角钢塔K形节点初始转动刚度计算模型
赵楠, 李正良, 刘红军
2014, 31(4): 93-101. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0832
摘要:
运用组件法建立了输电塔中角钢塔K形节点初始转动刚度的计算模型,考虑了主角钢受剪、螺栓受剪、孔壁变形对节点转动刚度的影响。将主角钢受剪肢视为以剪切变形为主的短柱,采用叠加原理计算受剪肢的剪切变形,进而得到其转动刚度;将螺栓视为铁摩辛柯梁,采用虚功原理和单位荷载法求解其抗剪刚度。并结合5组足尺试验进行了修正,结果表明:该力学模型具有较好的适用性。通过参数分析可知,螺栓个数和螺栓间距是影响该类节点初始刚度最重要的因素,其他如主角钢肢宽和肢厚、螺栓直径、节点板厚度对初始刚度也有一定的 影响。
一种新型内外双重张弦网壳结构形状确定问题的研究
姚云龙, 董石麟, 马广英
2014, 31(4): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0760
摘要:
内外双重张弦网壳结构是一种新型的空间结构形式。该文采用局部分析法的思想,上部网壳按肋环型布设,对结构的形状确定问题进行了研究。算法1从节点平衡关系入手,对单榀内外组合张弦梁结构的形状确定问题进行了讨论,并给出了体系的初始预内力简捷计算法;算法2在介绍原有数值算法的基础上,提出了改进方法,并对计算过程参数的选取进行了讨论。通过算例比较了以上两种找形方法的计算结果,说明了方法的正确性。该文最后,给出了内外双重张弦网壳结构初始预内力分布的设计流程。 方法 方法
不确定爆炸荷载作用下钢梁的可靠度分析
李忠献, 路建辉, 师燕超, 丁阳
2014, 31(4): 112-118,133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0848
摘要:
通过对已有爆炸荷载预测公式、计算图表和试验的海量数据的统计分析,建立了作用于建筑结构上爆炸荷载的统计模型;以典型钢梁为研究对象,考虑材料强度和构件尺寸的不确定性,基于单自由度体系理论和蒙特卡洛方法,建立了不确定爆炸荷载作用下钢梁失效概率的计算方法,并开发了实用计算程序;分析了炸药质量以及爆炸荷载和结构材料属性的不确定性等对钢梁失效概率的影响。研究表明:炸药质量和比例距离是影响爆炸荷载作用下钢梁失效概率的重要因素,在建筑结构抗爆分析中,必须考虑爆炸荷载的不确定性。
环境激励下基于快速贝叶斯FFT的实桥模态参数识别
韩建平, 郑沛娟
2014, 31(4): 119-125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0560
摘要:
近年来,贝叶斯理论逐步应用于工程结构的模态参数识别、有限元模型修正及状态评估等方面。基于快速贝叶斯FFT的模态参数识别方法是针对某一共振频率带的单个模态,通过一个四维的数值优化问题得到模态参数的最佳估计,并通过对数似然函数关于模态参数的二阶导数求得Hessian矩阵,使得基于贝叶斯的参数识别方法可以快速高效地进行。为了评估该方法在实际桥梁结构模态参数识别应用中的可行性及优越性,运用快速贝叶斯FFT方法对环境激励下一刚构-连续组合梁桥的竖向加速度响应进行了分析处理,识别了其模态参数的最佳估计,并根据模态参数的变异系数评估了其后验的不确定性。识别结果与随机子空间识别结果的对比表明,两种方法识别的频率和振型基本吻合,阻尼识别结果的差异仍然较大。
上海沿海地区近地风脉动风速谱及相干性研究
黄鹏, 戴银桃, 王旭, 顾明
2014, 31(4): 126-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0831
摘要:
该文基于同济大学风工程实测基地测风塔10m、20m、30m和40m高度处的实测数据,对台风“米雷”和季风作用下上海浦东沿海地区近地层脉动风速谱特性进行了对比性分析。结果表明:台风与季风脉动风速谱差异明显,台风影响时脉动风速谱惯性子区的斜率逐渐降低且趋近于-5/3律,季风影响时的斜率符合-5/3律;实测脉动风速谱与Von-Karman谱符合较好;基于顺风向Von-Karman谱表达形式,对实测数据进行了经验拟合,使得整体误差率较Von-Karman谱降低了15%;台风和季风脉动风速相干性指数衰减系数均随平均风速的增大而减小,纵向均值分别为7.5和18.6。
Mohr-Coulomb准则角点问题的主应力空间互补算法
李翠华, 姜清辉, 周创兵
2014, 31(4): 134-140. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0837
摘要:
Mohr-Coulomb准则由于角点问题的存在导致其在数值计算时收敛困难,首先阐述了其角点问题的实质是主应力随罗德角的变化而不光滑导致的,然后给出了主应力空间法的理论基础,最后基于Koiter法则在主应力空间将Mohr-Coulomb准则的多屈服面表达为其等价的互补模型,并进一步用Fischer-Burmeister互补函数进行描述,从而使得牛顿算法可以顺利地进行求解。所提出的算法解决了Mohr-Coulomb准则中的角点问题,避免了常规方法的试算过程,提高了Mohr-Coulomb准则的精度。算例验证了该方法的有效性和可靠性。
建筑物周边风致雪漂移的数值模拟研究
孙晓颖, 洪财滨, 武岳, 范峰
2014, 31(4): 141-146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0839
摘要:
利用计算流体力学软件FLUENT,基于Euler-Euler方法,假定空气相和雪相均为连续相,采用Mixture多相流模型对建筑物周边的风雪漂移进行了数值模拟。采用有限体积法和SIMPLE压力校正算法来实现非线性离散化方程的解耦和迭代求解。以防雪栏为研究对象,通过不同湍流模型模拟其周边雪漂移的情况,结果表明k-kl-ω模型能较好的模拟风雪漂移。在此基础上对立方体周围的风雪漂移进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果积雪分布规律相一致,验证了该文数值模拟方法的有效性。
模拟酸沉降环境混凝土梁承载性能研究
范颖芳, 王大为, 栾海洋
2014, 31(4): 147-154,177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0845
摘要:
酸雨环境下钢筋混凝土梁力学性能的变化规律是揭示整个结构承载力和耐久性的前提和基础。参考我国典型城市酸雨的化学组成,分别配置PH1.5与PH2.5的硫酸、硝酸混合溶液来模拟不同酸度的酸雨;自行设计制作了人工降雨器模拟降雨;浇筑了11根120mm×200mm×1900mm的钢筋混凝土梁。分别采用完全浸泡、干湿交替、人工降雨等加速腐蚀试验方法,对10根钢筋混凝土梁进行加速腐蚀。对不同浓度溶液下经历不同腐蚀时间的钢筋混凝土梁,分别利用超声方法测试了混凝土损伤厚度和抗压强度,利用动力试验方法评价混凝土梁的整体特性,并对梁的抗弯性能进行了抗弯实验研究。得到了不同侵蚀状态混凝土梁混凝土损伤厚度、构件刚度、构件开裂荷载、极限承载等力学性能;对比分析了不同加速腐蚀条件下混凝土梁抗弯性能的退化规律,得到了混凝土强度、构件频率以及抗弯强度与混凝土梁损伤程度之间的定量关系。研究结果表明:人工降雨与干湿交替两种方法对混凝土梁抗弯性能的影响基本相似,较浸泡方法变化得到的混凝土梁抗弯性能的退化性能更为显著。
磁流变阻尼器—斜拉索控制系统中的时滞效应
彭剑, 赵珧冰, 孙测世, 王连华
2014, 31(4): 155-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0847
摘要:
该文应用磁流变(MR)阻尼器对斜拉索振动进行控制,建立了MR阻尼器——斜拉索控制系统的运动方程,利用Galerkin方法得到时滞动力系统,通过模态分析和线性稳定性分析,得到了时滞作用下的控制系统稳定性条件。研究表明,时滞的存在,影响了斜拉索振动控制系统的效果及结构的稳定性;对于某一确定的控制增益,MR阻尼器——斜拉索系统的控制效果随着时滞的增大而变差。
型钢再生混凝土偏压柱受力性能试验及承载力计算
陈宗平, 钟铭, 陈宇良, 薛建阳, 崔卫光
2014, 31(4): 160-170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0851
摘要:
为了研究型钢再生混凝土柱在偏心压力作用下的力学性能,设计9个试件进行偏心受压单调加载试验,考虑了再生骨料取代率、相对偏心距2个变化参数。通过试验,观察了该类新型构件的受力破坏过程及形态,获取了应力分布、变形情况、极限承载力、荷载-变形全过程曲线、再生混凝土受压破坏极限压应变值等重要数据;并分析了取代率和相对偏心距对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:型钢再生混凝土柱的偏压破坏过程及形态与一般型钢混凝土柱相似,根据偏心距的不同,表现为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种形态,试件极限承载力随着相对偏心距的增大而减小,而再生骨料取代率的变化对承载力的影响作用不明显。基于修正平截面假定推导了型钢再生混凝土偏压柱的正截面极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。
实时混合模拟试验作动器位移追踪的频域评价方法
郭彤, 徐伟杰, 陈城
2014, 31(4): 171-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0871
摘要:
实时混合模拟是一种新型而有效的抗震试验方法。其中,作动器作为维系试验子结构和数值子结构的边界条件,其对指令位移的追踪直接影响到试验的准确性,而现有的作动器追踪精度的评价方法均基于时域分析。为克服时域评价方法的缺陷,该文提出了一种作动器追踪精度的基于傅里叶变换的频域评价方法,其优点是仅需试验的输入和输出,且能同时反映输入和输出的时间误差(时滞)和幅值误差。为克服快速傅里叶变换以及频谱泄漏对分析结果的影响,提出了一种数据加窗的处理方法。在一个由作动器、阻尼器和反力装置构成的实时混合模拟试验系统中,分别输入已知的正弦波和随机波并进行频域分析,验证了该频域评价方法的有效性。
水泥混凝土路面板早龄期湿度场数值模拟研究
胡昌斌, 王丽娟, 吕恒
2014, 31(4): 178-188,224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0874
摘要:
基于Fick第二定律湿度扩散方程,采用有限差分方法,重点考虑面板温度变化、基层吸水及供水能力、自干燥对板内湿度的影响,开展了现场施工条件下水泥混凝土路面板早龄期湿度场数值模拟和性状特性研究,并与室内试验、四季不同的现场监测试验和国外类似研究结果进行了对比校验。研究表明采用的算法、模型和参数可较好模拟现场面板湿度场性状,数值模拟宜考虑面板内部温湿度耦合作用、采用基层湿度交换边界,基层绝湿边界可使面板湿度计算值显著偏高。现场施工条件下水泥混凝土路面湿度更易受到周围环境参数、施工铺筑时间和养护方式的显著影响,相比之下材料参数改变对面板湿度影响并不显著。建议进一步精细化研究板上下边界条件及参数,路面施工时尽量避免炎热季节,高温时段和基层过于预湿。
强震作用下竖向不规则结构的延性折减系数研究
周靖, 补国斌, 王慧英
2014, 31(4): 189-195. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0802
摘要:
通过修正参考竖向规则结构的抗震延性折减系数,研究竖向不规则结构在速度脉冲强震作用下的延性折减系数。采用集中质量剪切型多自由度模型,阐述了速度脉冲地震作用下竖向规则结构延性折减系数运用于竖向不规则结构的修正系数研究方法,分析了该修正系数的影响因素。分析结果表明,竖向不规则结构的延性折减系数明显小于参考规则结构的延性折减系数。修正系数的主要影响因素是不规则比率和延性系数,其随着不规则比率减小或延性需求增大而减小。周期和楼层数对该修正系数的影响较小。同时,通过比较得出,速度脉冲地震作用下修正系数比相应非速度脉冲地震作用下修正系数值小。最后,通过对计算结果取平均值,给出了修正系数的建议值,并与欧洲抗震规范中修正系数的取值进行了比较。
附加应力法在预应力锚杆支护结构稳定性分析中的应用
王邓峮, 朱彦鹏
2014, 31(4): 196-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0824
摘要:
对于预应力锚杆支护结构的稳定性分析与计算,尤其是考虑预应力对稳定性的影响时,尚无有效的方法,很少有文献给出有效的定量分析。由大量文献的定性分析可知,锚杆施加的预应力对边坡稳定性的提高起到积极的作用。由于预应力在土体中引起的附加应力,使得土体的应力状态发生改变,从而使边坡的稳定性发生变化,稳定性得到提高。将预应力作为集中力分解为水平分力与竖向分力,估算其在土体中的附加应力,从而分析和计算边坡的稳定性。利用这种计算方法能够体现预应力的加固作用,使预应力锚杆支护结构的稳定性分析更加准确可靠。此外,分析计算表明:锚杆倾角在常用范围,预应力竖向分力的作用可以忽略,只需考虑水平分力的作用,从而使计算简化。 方法1 方法2 方法3 方法4 方法5 方法6
基于截面轴力与弯矩屈服面本构积分的梁-柱单元
陈永盛, 吴斌
2014, 31(4): 203-209. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0808
摘要:
梁-柱单元模型是杆系结构有限元分析的基础,现有的塑性铰模型和纤维模型无法兼顾计算精度与效率。该文依托Euler-Bernoulli梁理论,并以塑性理论和数值方法为基础,选用截面组合思想构建截面的轴力与弯矩的屈服面,提出了在截面内力空间上基于轴力与弯矩屈服面进行截面本构积分的平面梁柱单元。通过一悬臂柱的静力弹塑性分析和框架柱的动力弹塑性分析算例,验证了所提出的截面轴力弯矩(NM)耦合单元模型,在计算精度上接近纤维模型,在计算效率上远高于纤维模型。
钢筋混凝土长柱快速轴心受压试验与模拟研究
许斌, 曾翔
2014, 31(4): 210-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0811
摘要:
为了研究钢筋混凝土长柱在快速轴心受压加载下应变率和惯性效应对其性能的影响,开展了钢筋混凝土长柱快速轴心受压加载试验和动力有限元模拟研究。设计了两组共6根构件,长细比分别为12和22,快速加载试验中实测混凝土材料应变率达到10-3/s数量级。试验结果表明,与准静载相比,快速轴心受压下构件承载力及对应的轴向变形均有不同程度的提高,并且动力增大系数随长细比增大而增大。将CEB-FIB模式规范的混凝土材料动态应力-应变关系引入混凝土塑性损伤模型,在ABAQUS中建立了钢筋混凝土长柱快速轴心受压下力学性能分析的显式动力有限元模型,数值模拟结果与试验结果吻合良好。最后,运用所建立的有限元模型分析快速加载下构件承载力动力效应的形成机制。分析结果表明,构件长细比较小时其惯性效应可以忽略,动力增大系数可以主要由应变率效应来描述,随长细比增大,惯性效应对动力增大系数的贡献越来越明显,而应变率效应仍不可忽略。
半圆柱型沉积盆地对SH波散射的数值分析
陈少林, 张莉莉, 李山有
2014, 31(4): 218-224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0819
摘要:
该文实现了一种半无限域SH波散射问题的数值分析方法。采用传递矩阵法得到SH波斜入射时的自由场,将其作为输入;采用集中质量显式有限元方法计算区域内节点的位移;采用透射人工边界计算人工边界点的位移;通过编写的FORTRAN程序实现计算过程。运用该方法对均匀半空间内半圆柱型沉积盆地在SH波入射下的散射进行了分析,与Trifunac M D的解析解进行了对比,验证了该文方法的有效性,分析了不同入射角对地表位移和位移谱放大系数的影响。最后,对成层半空间内半圆柱型沉积盆地在SH波入射下的散射进行了分析。相对于解析方法而言,该方法可以考虑更为复杂地形情况。
水平受荷桩p-y曲线法的数学规划法求解
刘红军, 上官士青, 王虎
2014, 31(4): 225-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0843
摘要:
该文依据p-y曲线法建立了用于计算水平受荷桩变形的数学规划模型。该模型以广义势能方程为目标函数,是一个无约束非线性规划问题。基于港口桩基规范及美国石油协会推荐的p-y曲线形式,分别给出了软粘土、砂土土抗力作功函数,用于构建广义势能方程。为使所有单元土抗力做功函数作用范围统一,重新假定土抗力作用点位于上下节点水平位移平均值处。具体求解可采用下降法,理论上相比变分法求驻点的解法适应更复杂的附加约束,且利用通用数学软件可直接求解。两个算例分析表明本文模型是合理、可行的。
机械工程学科
板状结构中基于Lamb波单模态的缺陷成像试验研究
刘增华, 徐营赞, 何存富, 吴斌
2014, 31(4): 232-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0842
摘要:
Lamb波技术非常适于板类结构的各种缺陷检测。为了得到模态较为单一的Lamb波,使得接收信号更具有解释性,缺陷更容易识别,该文中在板上下表面的相同位置分别布置压电传感器阵列,采用同一位置上下表面的双压电片同相或反相激励,激励出单一S0或A0模态。运用这种单模态的Lamb波激励方式对板中缺陷进行检测,结合椭圆成像算法与数据融合方法对压电传感器阵列接收到的多组信号进行缺陷成像。该方法有效的实现了板中缺陷的二维成像定位,检测出人工缺陷,并提高了缺陷的可识别能力和定位精度。
六辊轧机扭振动态建模及与板带钢质量关系研究
孙建亮, 张明, 彭艳
2014, 31(4): 239-244. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0801
摘要:
考虑轧机扭振与辊系沿轴向动态特性和板带材质量的关系,基于连续体动力学建立了六辊轧机扭振动力学模型,包括轧机辊系等效模型和辊身与辊径过渡部分等效模型。根据轧制速度与轧辊角速度的关系,建立了板带钢前后张力、轧制力等参数与辊系扭振的关系模型。基于所建模型对某六辊轧机施加位移激励模拟扭振情况,仿真分析了轧机辊系和板带钢在扭振激励下的三维动态响应。仿真结果表明,轧辊角位移和角速度沿辊身长度方向波动较小;轧辊扭振使轧制压力、前张应力和后张应力横向分布发生不同程度的波动,扭振对前张应力分布影响较大,即对板带钢板形产生影响,且传动侧的波动幅值大于操作侧。
其他工程学科
参数激励下碳纳米谐振器的非线性振动研究
武荣成, 康厚军
2014, 31(4): 245-251. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0876
摘要:
该文研究了两端固支情况下的碳纳米管谐振器在直交流电激励作用下的非线性振动响应。考虑外激励频率接近其固有频率的主共振情况下以及几何非线性,忽略静电力的非线性、范德瓦耳斯力和初始静变形的影响,运用欧拉伯努利连续梁理论,通过哈密尔顿原理得到非线性控制方程。然后利用伽略金方法离散得到降阶方程,最后应用摄动分析方法获得其振动响应的幅频曲线。主要分析了阻尼、直交流电荷载、几何三次非线性项对响应的影响。结果表明几何三次非线性项直接影响碳纳米管谐振器在外激励作用的振动响应以及碳纳米管在交流电荷载作用下的振动响应相对于直流电荷载更加敏感,并在一定程度上发生软化行为等。
椭圆形港湾内水波共振的解析解
王岗, 郑金海, 徐龙辉, 董文凯
2014, 31(4): 252-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0886
摘要:
通过坐标变换将线性长波方程转换为基于椭圆坐标系的水波运动方程,并采用分离变量法分别得到马丢方程描述的极角方向运动方程和拓展型马丢方程描述的径向运动方程。椭圆形港湾内的水波共振可以表示为马丢函数与拓展型马丢函数的乘积。由边界处自由水面法向量梯度为零求得水波共振的特征参数。椭圆形港湾内水波共振的极角方向波节点数与马丢函数的阶数相同,径向波节点数与边界条件相关。