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

2014年  第31卷  第9期

基本方法
热传导的二阶一致1点积分无网格法
王冰冰, 高欣, 段庆林
2014, 31(9): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0246
摘要:
将具二阶一致性的1点积分方法(Quadratically Consistent 1-point integration method,QC1)拓展到热传导问题的无网格法分析中。给出了问题的离散化公式以及积分点上的导数修正公式。与标准三角形积分方法以及已存在的仅满足线性一致性的1点积分方法相比,数值结果表明该方法可精确通过二次分片试验,且对于稳态和瞬态热传导均具有更好的精度、收敛性和计算效率。
一个瞬态温度场区间上下界估计的数值方法
薛燕妮, 杨海天
2014, 31(9): 7-13. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0281
摘要:
提出一种求解带有区间不确定性参数的瞬态热传导问题的数值方法。利用Taylor展开和区间分析技术,建立温度区间量与不确定参数区间量的确定性关系,然后采用时域分段自适应算法和有限元技术,递推计算温度场的区间半径及区间中值,以估算温度场不确定区间的上下界。自适应计算可根据时间步长的变化,使计算在各离散时段达到给定的计算精度,从而保证整个时域的计算精度。在算例分析中,通过与组合方法、概率方法的比较,说明了所提方法的有效性,并探讨了Taylor展开阶次与计算步长对计算结果的影响。
基于SPH方法的沙粒流体起跳风速的研究
金阿芳, 买买提明·艾尼, 胡国玉, 牟阳阳
2014, 31(9): 14-20,27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0293
摘要:
运用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics: SPH)方法对沙粒在气流中的起跳现象进行数值模拟。沙粒的起动风速一直是风沙两相流研究的重点内容。SPH方法将整个计算区域离散成两种分别代表气相的和沙粒相的单个粒子。在气相粒子的作用下,每个沙粒从起跳到在气相粒子的作用下随着气相粒子运动的过程都可以被动态地呈现出来。该文首先介绍了SPH方法基本理论,详细评述了SPH公式中的核心因素及其对数值模拟结果的影响,提出了风沙二相流的SPH数值模型;其次对数值模型进行了离散化,设置边界条件对沙粒的起跳过程进行数值模拟;最后将数值模拟结果与已有的起动风速的实验测量结果及他人的数值模拟结果进行比较,结果表明:用该方法计算的结果与前人所进行的研究结果是一致的,并且得到一些新的结论。
能量守恒逐步积分方法在工程结构动力分析中的应用
潘天林, 吴斌, 郭丽娜, 陈永盛
2014, 31(9): 21-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0303
摘要:
该文讨论了考虑几何非线性动力方程数值积分方法,对比了常用的平均加速度方法(AAM)与M.A. Crisfield提出的能量守恒方法离散等式的差别。基于共旋方法编写了非线性有限元程序,并采用单摆作为验证算例,计算结果与解析解一致,验证了程序的可靠性。然后对平面桁架模型和某实际工程中的空间正放四角锥网架进行动力计算。算例分析表明随着时间积分步长的加大,平均加速度方法的计算结果都会出现不稳定的情况,而能量守恒积分算法表现出良好的稳定性。建议在非线性动力计算中使用能量守恒积分算法。
船舶搁浅于台型礁石场景下双层底外底板骨材变形机理研究
于兆龙, 胡志强, 王革
2014, 31(9): 28-36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0313
摘要:
以典型船舶双层底结构中外底板上的骨材为研究对象,运用塑性力学解析理论推导和数值仿真技术,研究外底板上骨材在船舶搁浅于台型礁石场景下的结构损伤机理。研究中应用仿真计算方法获得骨材结构变形模态和能量耗散结果,在研究变形模态基础上建立外底板骨材塑性变形发展过程的数学模型。运用塑性力学理论获得骨材结构变形能和平均变形阻力的解析计算公式,并应用数值仿真结果进行验证。研究得到的外底板骨材变形阻力和变形能解析计算公式,对船舶双层底耐撞性结构设计和耐撞性能评估都具有一定的指导意义。
基于裂纹扩展尺寸概率密度演化法的疲劳可靠性预测方法研究
刘勇, 陈炉云, 易宏
2014, 31(9): 37-41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0219
摘要:
疲劳破坏是金属构件的一种主要破坏形式。该文提出一种新的疲劳可靠性预测方法—裂纹扩展尺寸概率密度演化法,该方法通过求解裂纹扩展尺寸时变概率密度函数来预测疲劳寿命可靠性。首先建立随机裂纹扩展模型,然后根据此模型建立概率密度演化方程,并运用数值方法进行求解。最后的算例证明了裂纹扩展尺寸的概率密度函数具有演化特征,新方法计算结果与蒙特卡罗法的结果符合较好。
土木工程学科
罕遇地震下曲线钢-混凝土组合梁桥的墩柱扭转效应
王宇航, 聂建国, 樊健生, 杨小刚
2014, 31(9): 42-50,56. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0929
摘要:
为了研究曲线钢-混凝土组合梁桥在罕遇地震下的墩柱扭转效应,基于考虑扭转效应的钢管混凝土纤维梁模型,建立了曲线组合梁桥的杆系有限元分析模型。对不同输入方向的三条地震波作用下是否考虑墩柱扭转效应的纤维梁模型的计算结果进行了对比,包括墩顶位移、墩柱扭转角和墩柱内力等。在此基础上,对曲线组合梁桥在罕遇地震作用下的扭转效应的关键影响参数进行了分析。结果表明:采用考虑扭转效应的纤维梁模型分析曲线组合梁桥在地震作用下的受力反应,可有效的反映罕遇地震下曲线钢-混凝土组合梁桥的墩柱扭转效应。另外,曲率半径和墩高是影响曲线组合梁桥在纵向地震作用下墩柱扭转效应的主要因素。
波纹腹板H型钢梁受压翼缘局部稳定研究
朱奇, 李国强
2014, 31(9): 51-56. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0249
摘要:
根据波纹腹板梁翼缘局部失稳的特性提出波纹腹板H型钢梁翼缘局部失稳的理论计算模型,指出波纹腹板梁翼缘失稳相当于两加载边简支,一非加载边弹性转动约束的弹性板。由理论推导得到了翼缘局部弹性屈曲应力计算公式,利用有限元分析验证了该理论模型的有效性。同时探讨了受拉翼缘、梁的长度以及腹板参数变化对受压翼缘局部失稳的影响,最后根据有限元计算结果给出了可供工程设计参考的翼缘宽厚比限值计算公式。
柔性约束边界对板抗爆动力响应的影响分析
宋春明, 王明洋, 李杰
2014, 31(9): 57-62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0252
摘要:
约束边界的形式和刚度的差异会直接影响结构在爆炸荷载作用下的动力响应及其承载能力,现有防护结构的计算理论未能考虑柔性边界的影响,已不再适用,因此有必要建立考虑边界效应的结构抗爆计算方法。该文建立了具有周边分布柔性约束板的计算模型,推导出结构的振型函数,并计算分析了竖向弹性与阻尼约束、抗弯约束和荷载作用时间对结构位移和内力的影响。计算表明:竖向弹性与阻尼约束使板的整体位移增加,由此引起的附加惯性力会消耗部分能量,从而降低了结构的挠曲变形(相对位移)和弯矩值;周边的抗弯约束能限制结构的转动,也有效降低板的最大位移值,因此可通过调节周边柔性约束的形式和刚度提高结构的抗爆潜力。荷载作用时间主要通过参数影响结构的响应,较小时,随着的增加,弯矩值显著增大。
商用客机对核安全壳撞击破坏效应的数值模拟分析
曹健伟, 方秦, 龚自明, 吴昊
2014, 31(9): 63-70. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0255
摘要:
为研究商用客机撞击下新型核反应堆安全壳安全防护性能,该文建立新舟600飞机和安全壳精细化有限元模型,采用LS-DYNA软件对撞击全过程进行数值模拟,分析安全壳结构位移响应和局部损伤破坏情况。分析表明:新舟600撞击力时程曲线中的峰值荷载是因引擎和机翼撞击安全壳所致,撞击力时程曲线与Phantom F4战斗机和Boeing 707客机撞击力时程曲线的形状大体相似,但撞击持续时间、峰值荷载大小有较大差别;在正常巡航速度撞击下核安全壳局部破坏较为严重,局部变形量超过规范许可值,密闭性能受到影响;采用在直接施加撞击荷载的计算方法不能反映安全壳真实的响应和损伤破坏。
倒三角截面空间桁架拱平面外弹塑性稳定设计方法研究
赵思远, 郭彦林, 窦超
2014, 31(9): 71-80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0236
摘要:
该文研究了倒三角截面两铰桁架拱和固支桁架拱的平面外稳定性能:首先介绍了倒三角形桁架拱的平面外弹性屈曲荷载,此后采用大挠度弹塑性有限元方法,通过引入纯压正则化长细比和纯弯正则化长细比,分别建立了纯压和纯弯桁架拱的平面外弹塑性稳定设计方法。在此基础上,研究了杆件的变形对桁架拱平面外整体稳定性能的影响,并通过两个相关系数将该影响体现在稳定承载力设计方程中。进一步,依据有限元数值计算结果,提出了全跨水平均布荷载或半跨水平均布荷载作用下桁架拱的轴力和弯矩稳定承载力设计方程,供倒三角截面桁架拱平面外稳定性设计。
斜入射SV波对地铁车站地震响应的影响
黄景琦, 杜修力, 田志敏, 金浏, 赵密
2014, 31(9): 81-88,103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0278
摘要:
在显式有限元法结合黏弹性人工边界的时域波动方法的基础上,建立了三维平面SV波斜入射的输入方法。半空间算例说明了该文方法具有较好的精度,并基于所建立的斜入射方法研究了地震波斜入射对北宫门地铁车站地震响应的影响。该算例结果表明:在地震波斜入射情况下,地铁车站的地震响应规律与垂直入射时的情况具有明显差异;斜入射角度对水平加速度响应并不敏感,但对竖向加速度影响较大;斜入射使得车站柱子构件的剪力和轴力明显改变,柱子轴力随着入射角增加而明显增大;边墙控制点的应力状态也受入射角的影响较大,各控制点的第一、第三主应力都出现了随着入射角度增加而增大的规律。在地铁车站等地下结构抗震研究中,应考虑地震波斜入射的影响。
钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁振动台阵试验研究
吴庆雄, 黄育凡, 陈宝春
2014, 31(9): 89-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0289
摘要:
为了研究钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁的抗震性能,以干海子大桥为原型,设计制作了几何缩尺比例1∶8的两跨钢管混凝土组合桁梁-格构墩试验模型,利用福州大学地震模拟振动台台阵系统,采用实桥的设计地震波,进行了该轻型桥梁的基本动力特性试验、抗震性能试验及破坏特性研究。结果表明,模型实测频率和位移与实桥满足相似比关系;在横向或纵向地震作用下,桥墩格构式区域加速度放大效应明显,减小了主梁混凝土顶板的加速度响应;相同强度下,横桥向地震作用桥墩应变大于纵桥向地震作用,同时可以不考虑纵、横向地震力共同作用。在设计地震动作用下,墩顶位移满足位移限值的规定;模型未出现开裂和破坏现象,表明钢管混凝土组合桁梁-格构墩轻型桥梁具有良好的抗震性能。
火灾下拉剪组合作用对高强螺栓节点性能影响的试验研究
高义奇, 余红霞, 施刚
2014, 31(9): 97-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0242
摘要:
火灾中节点的承载力随着温度的升高而降低,高温下梁的悬链线效应在梁内产生较大的拉力,高强螺栓连接节点通常在拉剪共同作用下发生破坏。采用自定义双线性炉温控制曲线,进行两类共8组高强螺栓连接节点的恒载升温试验,分析了端板式连接和腹板双角钢连接两类节点在高温以及拉剪共同作用下的变形发展及破坏规律。试验结果表明:高强螺栓连接节点区的梁端板、连接角钢、柱上翼缘及高强螺栓的温度接近,且较梁柱构件温度低50℃左右;节点刚度随着温度的升高而降低,且大约在节点温度达到500℃后刚度下降速度明显加快;火灾下8mm端板节点的变形集中于拉力较大侧端板及螺栓,16mm端板节点的变形则集中于拉力较大侧螺栓及柱上翼缘;腹板双角钢连接节点主要是角钢产生较大变形;两类节点失效温度随拉力或剪力的增加而减小,且同类节点在不同拉剪组合作用下的残余变形模态类似。
行波壁抑制圆柱涡激振动的数值模拟研究
徐枫, 陈文礼, 肖仪清, 欧进萍
2014, 31(9): 104-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0324
摘要:
采用CFD数值模拟方法完成了圆柱绕流-涡激振动-行波壁流动控制全过程的数值模拟,重点研究行波壁流动控制方法对低雷诺数下两自由度弹性支撑单圆柱涡激振动的抑制作用。详细分析各阶段圆柱横向和流向位移、质心运动轨迹、升力和阻力系数等随频率比的变化。结果表明:行波壁圆柱的波谷处可以产生一系列稳定的随行波壁运动的小尺度旋涡,有效抑制圆柱表面分离涡的产生,达到消除圆柱绕流尾迹和抑制涡激振动的目的;在计算初始和中途启动的行波壁流动控制方法显著抑制了圆柱横向和流向振动、降低了圆柱升力系数脉动值和阻力系数均值,但阻力系数脉动值则明显增大。
基于小生境猴群算法的传感器优化布置方法研究
伊廷华, 张旭东, 李宏男
2014, 31(9): 112-119,151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0323
摘要:
将小生境进化理论引入到猴群算法中,提出了一种用于传感器优化布置的小生境猴群算法。采用双重编码的方式,克服了原猴群算法只能解决连续变量优化问题的缺陷,并采用混沌搜索的方式产生初始猴群位置,使猴群均匀分布;将猴群分为多个小生境猴群系统,形成各自独立的搜索空间;基于共享适应度的方法对小生境猴群进行末尾淘汰,并随机初始化产生新的猴子,提高小生境猴群的多样性;利用各个小生境猴群的平均适应度替换机制使得优良猴子位置信息能够得到共享,提高算法的整体搜索性能和收敛效率。文末以大连国贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择,结果表明小生境猴群算法的搜索效率较原猴群算法有了大幅提高,能较好地解决传感器优化布置问题。
基于黏塑性理论的碾压混凝土动态剪切本构模型
王怀亮, 任玉清, 宋玉普
2014, 31(9): 120-125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0257
摘要:
由于碾压混凝土大坝是逐层碾压而成,坝体层面处的静动抗剪强度均低于其本体强度,在地震、振动或冲击作用下,坝体层面(包括坝基界面)有可能发生沿层面的动态滑移失稳破坏。基于Perzyna黏塑性连续理论,提出了一个用于描述碾压混凝土层面动态剪切断裂行为的本构模型。该模型的特点有:混凝土材料的软化塑性和扩容特性直接与界面处断裂失效过程相联系;使用Carol率相关界面方程作为屈服判据来描述碾压混凝土材料的率相关性;使用经典塑性断裂理论来描述剪切面上的断裂失效和摩擦滑动过程,并且只需要较少的模型参数。利用该模型与含层面碾压混凝土的动态强度试验结果进行了对比分析,包括在不同的应力路径如单轴拉、压和压剪状态下和不同加载速率下的试验结果。结果表明模型与试验得出的结论吻合较好,这种弹-黏塑性动态剪切本构模型对预测包含薄弱层面的碾压混凝土动力破坏性能是有效的,这为相关工程问题的研究提供有益的思路和有效的工具。
反复荷载下型钢高强混凝土短肢剪力墙受力性能及强度计算
柯晓军, 陈宗平, 苏益声, 薛建阳
2014, 31(9): 126-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0268
摘要:
为了揭示型钢高强混凝土短肢剪力墙(SRHCSW)的抗震承载力和变形性能,设计了6个以空腹式配钢的T形截面SRHCSW试件进行反复荷载试验。研究表明:空腹式配钢的SRHCSW的破坏形态为弯曲-剪切破坏和剪切斜压破坏,滞回曲线较饱满,耗能能力较强,但延性较差。依据中国现行抗震规范“三水准”设防目标对SRHCSW进行分析,发现无法较好地满足结构变形的需求,借鉴于已有普通强度型钢混凝土短肢剪力墙的研究成果,提出了改善该结构变形能力的措施。最后基于试验观察得到的破坏机理,建立力学分析模型,推导出SRHCSW的抗裂、抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。
协同工作条件下地基土对单层球面网壳结构动力性能的影响
薛素铎, 刘毅, 李雄彦
2014, 31(9): 133-141. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0280
摘要:
针对大跨空间结构与地基土协同工作问题,基于修正的S-R(Sway-Rocking)模型,建立单层球面网壳屋盖-支承结构-地基土协同工作的整体有限元模型,分析协同工作条件下不同地基土对单层球面网壳结构自振特性及地震响应的影响。研究表明,协同工作条件下单层球面网壳结构的自振周期随着地基土的变软明显增大,屋盖结构竖向振型提前。在地震作用下,单层球面网壳屋盖的杆件轴力和网壳节点最大竖向加速度随着地基土变软而减小;网壳节点的最大水平位移随着地基土的变软而增大,而最大竖向位移呈现减小趋势。
基于纤维模型的钢管混凝土组合框架连续倒塌非线性动力分析
王文达, 王景玄, 周小燕
2014, 31(9): 142-151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0282
摘要:
基于非线性纤维梁-柱单元理论建立了钢管混凝土空间框架有限元模型,分析其在非正常荷载作用下(火灾、爆炸、撞击等)的抗连续性倒塌性能。以ABAQUS软件为求解平台进行了钢材和混凝土材料模型的二次开发,并采用已有研究者的试验结果进行了模型验证,在此基础上采用抽柱法进行了一典型的12层钢管混凝土空间框架体系在不同初始损伤模型下的连续性倒塌非线性动力分析。分析结果表明,不同抽柱工况下,框架梁柱内力由于失效柱破坏将发生内力重分布,相邻构件弯矩和轴力变化较大,其卸载后传力路径遵循就近原则;底层中柱失效后,其上部节点竖向位移最大,底层角柱失效后,上部节点竖向位移最小。总体上钢管混凝土空间框架在竖向荷载作用下具有较好的抗连续倒塌性能。
基于构形度的强震下单层球壳结构倒塌模式优化研究
刘文政, 叶继红
2014, 31(9): 152-159,181. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0286
摘要:
基于杆系结构构形易损性理论,以构形度标准差最小为目标函数,以构件截面尺寸为优化变量,并考虑长细比、挠度、杆件强度及稳定约束条件,建立了单层球壳结构构形度优化模型。将遗传算法和模拟退火算法作为子算法,基于混合策略构造出遗传-模拟退火算法(GASA),并采用自适应策略降低算法对优化参数的依赖性。以跨度70m的单层球壳结构为例,通过凝聚过程分析识别结构存在的构形度不均匀区域。采用GASA算法对该区域的杆件截面进行构形度优化。通过对优化后结构凝聚过程分析和地震动力时程分析,表明优化模型和优化算法可以有效的解决优化变量繁多的大型单层球壳结构地震作用下倒塌模式的优化问题。
地面沉降对路基上双块式无砟轨道平顺性的影响
蔡小培, 刘薇, 王璞, 宁星
2014, 31(9): 160-165. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0301
摘要:
高速铁路无砟轨道对于基础沉降变形特别敏感,地面沉降会显著影响路基上无砟轨道的受力变形及使用寿命,影响高速列车安全平稳运行。该文针对路基上双块式无砟轨道,基于有限元方法建立了梁-板-实体空间耦合模型,对地面不均匀沉降的幅值、范围及型式与双块式无砟轨道系统平顺性的关系开展了研究。结果表明:无砟轨道及路基各层沉降量随着地面沉降量增加基本成线性增加,支承层和路基表层间沉降差较大易出现离缝问题;地面沉降量20mm、沉降范围小于15m时,路基及轨道结构离缝现象明显,沉降范围大于15m时结构变形趋于平缓、轨面曲率半径增大;地面错台和折角型不均匀沉降均易导致无砟轨道及路基在折角点出现沉降差、结构离缝甚至开裂,折角值大小直接影响轨面平顺性。
基于FVM数值分析的海工混凝土结构耐久可靠度Monte Carlo模拟
周新刚, 夏辉, 李克非
2014, 31(9): 166-173. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0306
摘要:
为研究海工混凝土结构耐久性设计及寿命预测的可靠度方法,分析了耐久性设计与寿命预测的半理论、半经验解析模型方法,讨论了截面形状等条件对氯离子扩散传输的影响。该文研究应用有限体积法(FVM)分析求解混凝土中氯离子含量和蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟求解耐久失效概率,分析海工混凝土结构耐久可靠度。这种方法可简称FVM-MC方法。在FVM-MC方法中,首先采用FVM方法求解混凝土中的氯离子含量,然后采用Monte Carlo方法对失效概率进行模拟求解。验证分析表明,FVM-MC方法分析模拟精度高,是海工混凝土结构可靠度分析的一种可靠方法。计算结果表明,截面形状等对混凝土结构的耐久可靠度具有显著的影响,采用Fick第二定律解析解的半理论、半经验模型,由于没有考虑截面形状效应,增加了矩形截面构件的耐久失效风险;圆形截面具有近似一维的扩散传输特点,在条件相同情况下,其构件耐久可靠度显著地高于方形或矩形截面的构件。
冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法研究
姚行友, 李元齐
2014, 31(9): 174-181. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0308
摘要:
基于能量法对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面的弹性畸变屈曲应力进行了推导分析,得到相应畸变屈曲半波长、畸变屈曲应力以及稳定系数计算公式。通过与有限条法进行对比分析,表明推导出的畸变屈曲应力计算方法具有较高的精度和较好的适用性。在此基础上,建立了冷弯薄壁型钢卷边槽形截面部分加劲板件弹性局部和畸变屈曲稳定系数的统一计算公式。最后通过算例分析,验证了该文提出方法的合理性和适用性,相对于中国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》能够更加准确的计算部分加劲板件的屈曲稳定系数及卷边槽形截面构件的稳定承 载力。
轻质填充墙框架结构抗震性能的振动台试验研究
黄思凝, 郭迅, 孙得璋, 孟庆利
2014, 31(9): 182-189,202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0320
摘要:
设计与原型相似比为1/4的三层两跨轻质填充墙框架结构缩尺模型在振动台上进行不同级次地震动输入下的抗震性能试验研究。通过对比空框架和填充墙框架结构的模态测试结果,考察了填充墙对框架频率的加强效应;根据对填充墙的破坏现象及试验结果分析,研究了填充墙在主体结构破坏不同阶段的频率衰减、刚度退化情况及层间位移角、各层放大倍数变化规律,并分析了填充墙和框架协同工作的过程。研究结果表明:填充墙充当了结构抗震的第一道抗震防线,通过填充墙耗能延缓了主体结构裂缝出现的时间,但填充墙与框架主体结构的柔性连接处破坏,易造成框架柱在此处出现塑性铰,不易实现“强柱弱梁”破坏机制,成为框架结构抗震的薄弱环节。
考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析
曾翔, 许斌
2014, 31(9): 190-197. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0325
摘要:
为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。
考虑特征紊流影响的大跨桥梁静风稳定分析方法
张文明, 葛耀君
2014, 31(9): 198-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.0423
摘要:
为了研究特征紊流抖振力对大跨度桥梁静风稳定性的影响,提出了特征紊流气动力模型,建立了考虑特征紊流影响的大跨度桥梁静风稳定分析方法。通过采用风洞实测气动力系数谱模拟特征紊流气动力系数时程,利用动力有限元算法计算了西堠门大桥的位移响应,分析了特征紊流对其静风稳定的影响。结果表明:结构仅仅是在平衡位置附近作微幅振动,特征紊流对西堠门大桥静风稳定临界风速和失稳形态没有明显影响。主要是因为特征紊流是窄带的随机过程,其能量主要集中在某一个频率附近,对西堠门大桥而言,该频率远高于结构的基频,所以特征紊流气动力未能激起较大的位移响应。
基于共同作用模型的ETFE气枕力学性能研究
李鹏, 杨庆山, 王晓峰
2014, 31(9): 203-210. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0550
摘要:
将ETFE气枕的内充气体假定为势流,联立内充气体波动方程和外部膜材动力方程并引入界面协调条件和边界条件得到气枕系统的共同作用有限元方程;基于该方程建立了ETFE气枕有限元模型并对其进行了形态分析和荷载分析,通过与已有测试结果对比验证了该文数值模型的有效性。此外,通过承载力分析确定了ETFE气枕的破坏模式及失效准则;分别研究了尺寸、矢跨比及膜厚等参数对气枕承载力与内压关系的影响,为气枕结构设计提供量化依据。结果表明:ETFE气枕在风荷载作用下可能出现强度破坏和失稳破坏两种破坏模式;在常见内压范围内,存在一个最优气压使得气枕具有最大承载力;尺寸、矢跨比及膜面厚度等参数变化会显著影响气枕的承载力。
薄钢板剪力墙结构边框架柱的设计方法研究
郝际平, 袁昌鲁, 房晨
2014, 31(9): 211-218,238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0982
摘要:
现行设计规范将钢板剪力墙结构边框架柱按压弯构件进行设计,并对其截面惯性矩进行了限制,该文首先介绍了钢板剪力墙结构挠曲系数及其边框架柱截面惯性矩限值的推演过程,然后通过理论分析和有限元计算研究了钢板剪力墙结构边框架柱的剪切承载力和面外稳定性,结果表明,边框架柱面内弯曲刚度不足或其剪切承载力不足,会导致钢板剪力墙结构出现“内凹”变形,影响墙板斜向对角拉力带的开展,因此,应按该文建议的方法对边框架柱的剪力设计值进行验算,避免边框架柱剪切屈服;现行设计规范对钢板剪力墙结构边框架柱截面惯性矩的限制,但未对边框架柱的面外稳定性提出要求,因此,应参照该文提供的方法,对钢板剪力墙结构的边框架柱进行面外屈曲的验算,保证其面外稳定性。
机械工程学科
高速轮轨水介质存在下的黏着特性数值研究
吴兵, 温泽峰, 王衡禹, 金学松
2014, 31(9): 219-224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0287
摘要:
为了获得高速轮轨在水介质存在时的黏着特性,该文建立了三维轮轨间存在水介质时考虑表面粗糙度的轮轨黏着计算模型。该模型以部分弹流理论及弹性微观固体接触模型为基础,借助于多重网格作为数值计算工具。研究了水介质存在时列车运行速度、轴重及轮轨表面粗糙度对轮轨黏着系数的影响,并从数值角度揭示了其影响机理。计算结果表明,随着速度的提高,黏着系数逐渐降低;随着轴重的增大,黏着系数逐渐降低;适当地增加轮轨表面粗糙度有利于增加轮轨黏着特性。
轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究
张德胜, 陈健, 张光建, 施卫东, 潘大志
2014, 31(9): 225-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.02.0145
摘要:
该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。
变截面梁多次碰撞响应的动态子结构方法
王文, 尹晓春, 沈煜年, 董晓云
2014, 31(9): 232-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0645
摘要:
该文考虑多次碰撞过程和多次分离过程,考虑阻尼对变截面梁运动的影响,将动态子结构方法推广应用于变截面梁的多次碰撞响应问题,导出了模态坐标表示的变截面梁-弹簧碰撞系统动力学方程。采用Newmark隐式积分方法进行求解,研究了开启-关闭过程中簧片阀与升程限制器和阀座的多次碰撞现象,碰撞动力学响应,以及阀片厚度及中空部分尺寸对阀片开启和关闭动作的影响。数值收敛性结果和与三维动力有限元方法的对比分析结果表明,该动态子结构方法可合理、有效地分析变截面梁的多次碰撞响应问题,适用于研究时间跨度较长的变截面梁多次碰撞问题,以及阀门结构的优化设计计算。
其他工程学科
激波与障碍物作用加速衰减的数值研究
沙莎, 陈志华, 姜孝海
2014, 31(9): 239-244. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0914
摘要:
强激波在管道内传播时与障碍物作用会发生绕射和反射,同时还会生成膨胀波等复杂波系结构。初步研究表明,若障碍物形状合适,则可导致激波强度衰减,但其衰减程度与障碍物形状的关系则仍待进一步研究。该文利用高阶数值格式结合沉浸边界法(IBM)以及自适应网格加密(AMR)技术,对激波在管道内与不同迎风面角度的障碍物作用过程进行了数值模拟,对激波与障碍物作用衰减的机理进行了分析,并对三种障碍物对激波衰减的效果进行了对比分析,结果表明,迎风面斜率为负的障碍物相对于其他两种障碍物具有最佳激波衰减效果。另外,与目前隧道中常用的壁面为矩形障碍物的模型为算例进行了对比,结果表明,该三角形模型比矩形障碍物具有更显著的激波衰减效果。
侵入型火成岩对煤层气水平井产能影响的研究
梁冰, 秦冰, 陈天宇, 孙维吉, 代媛媛
2014, 31(9): 245-251. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0304
摘要:
选取具有复杂地质条件的阜新刘家煤层气区块为研究对象,建立气体解吸、扩散、排采过程中压力改变引起孔隙度、渗透率动态变化的双重系统渗流模型,并建立包含复杂地质构造的非均质煤层气藏地质模型,分析火成岩侵入对水平井产能影响。分析结果表明:煤层气藏储层压力扩展受复杂地质构造影响明显;在两条火成岩之间设置水平井SPJ1,中间位置煤层气解吸面积和储层压降漏斗影响范围最大,压力下降更充分;在火成岩以及断层之间设置水平井SPJ2,既要考虑削弱断层影响,又要与北侧火成岩距离适中,模拟得出距离火成岩140m最合理,压降漏斗下降幅度大,漏斗范围内煤层气采出量最充分。对比分析SPJ1与SPJ2发现,在刘家区所选区块应在SPJ2位置建水平井。
数值模拟人内耳半规管膜迷路的机械压痕实验
赵伟, 沈双, 孙秀珍, 刘迎曦
2014, 31(9): 252-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0326
摘要:
该实验数值模拟机械压痕实验,研究机械压痕激励下人半规管膜迷路壶腹嵴顶的位移响应,探求半规管结构和平衡机理的关系。基于文献实验结果数据,建立人半规管膜迷路的三维弹性流体动力学模型,采用液固耦合方法数值模拟机械压痕实验过程。研究结果表明:低频正弦压痕载荷时(<10/Hz),半规管整合激励产生的嵴顶位移响应与压痕峰值线性相关,相位相同。低频范围内的正弦压痕载荷,频率越低,水平半规管嵴顶位移峰值衰减速度越快,衰减比例大,趋于稳定时间越长。该实验建立了有效的半规管膜迷路液固耦合模型,描述了机械压痕激励与旋转激励的定量关系,为深入研究前庭力学及理解平衡机理奠定一定的基础。