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2015年  第32卷  第2期

基本方法
样本数目对岩土体参数联合分布模型识别精度的影响
唐小松, 李典庆, 周创兵, 方国光
2015, 32(2): 1-11. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0740
摘要:
目前样本数目对岩土体参数联合概率分布模型识别精度的影响还缺少研究。该文提出了样本数目对岩土体参数联合分布模型识别精度的影响分析方法,给出了基于蒙特卡洛模拟的统计量AIC值变异性模拟步骤,定义了描述岩土体参数联合概率分布模型识别精度的正确识别概率,采用蒙特卡洛模拟方法分别研究了样本数目对岩土体参数最优边缘分布函数和最优Copula函数识别精度的影响规律。结果表明:基于有限岩土体参数数据估计的边缘分布函数和Copula函数的AIC值存在较大的变异性。岩土体参数样本数目对最优边缘分布函数和Copula函数的识别精度具有重要的影响,边缘分布函数和Copula函数的正确识别概率随样本数目的增加而增大。岩土体参数变异系数对最优边缘分布函数的识别精度影响相对较小,岩土体参数间相关系数对最优Copula函数的识别精度影响较大。此外,岩土体参数二维分布模型识别比一维边缘分布模型识别需要更多的数据。因此,为了提高岩土体参数联合概率分布模型的识别精度,建议尽可能多地收集岩土体参数试验数据。
Lemaitre等向硬化弹塑性损伤耦合本构模型积分算法及程序实现
王军祥, 姜谙男
2015, 32(2): 12-19,30. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0746
摘要:
涉及复杂材料弹塑性损伤问题数值计算研究时,不仅需要选择恰当预测损伤和破坏的本构模型,还需要有效和稳健的本构积分算法。首先,阐述了在热力学和连续介质力学框架下建立弹塑性损伤本构模型的基本步骤;其次,基于Lemaitre等向硬化弹塑性损伤耦合本构模型、相应的本构积分算法-完全隐式返回映射算法(Fully Return Mapping Algorithm)和一致切线模量,采用C++语言在Visual 6.0 环境下编制有限元本构求解程序,在塑性损伤修正步中求解返回映射方程时,选取一种简单的形式,只需迭代求解一个标量非线性方程,计算效率较高。最后,通过缺口圆棒数值算例初步验证了程序的正确性,并编制接口程序对计算结果进行可视化。研究结果表明积分算法的有效性及程序的正确性,Lemaitre等向硬化弹塑性损伤耦合本构模型能够较好地模拟韧性材料的破坏发展过程,可以求解类似的有限元边界值问题,为考虑损伤特性的韧性材料结构研究和设计奠定基础。
温度变化对受静电力作用微圆板的影响分析
曹天捷
2015, 32(2): 20-30. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0806
摘要:
以考虑温度效应时,受静电力作用的微圆板静力弯曲变形微分方程为基础,该文首先针对轴对称问题的特点,利用级数展开和求极限法则,对圆板静力弯曲变形微分方程进行了改进。改进后的微分方程消除了圆心处的奇异性。其次,利用改进后的圆板静力变形弯曲微分方程,对周边固支圆板受静电力和温度变化作用下的受力变形进行分析。分析过程分为3个阶段:正常模式、过渡模式和接触模式。在数值求解圆板弯曲变形微分方程时,主要将非线性微分方程的求解化成迭代求解两个未知量的问题,一个未知量是形成静电场力的电压,而另一个未知量是圆板的一个边界条件。在实例中,给出了部分计算结果,包括:温度变化对不同阶段圆板受力变形的影响,温度变化对吸合电压的影响,以及不同温度变化下,圆板的几何尺寸对吸合电压的影响,从而可以更好地了解温度变化的作用和影响。
基于两向设计地震动的二维自由场构建
何卫平, 何蕴龙
2015, 32(2): 31-36,44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0807
摘要:
针对在设计地震动基础上构建平面半空间自由场的问题,在综合考虑水平向与竖直向设计地震动基础上获得平面半空间自由场,实现了将设计地震动与以任意角度组合入射的P波、SV波构成的自由场相联系。首先在已有成果的基础上,研究了以任意角度入射情况下P波及其反射波、SV波及其反射波对水平向和竖直向设计地震动的贡献;然后在假设入射P波、SV波与两向设计地震动具有相同频率组成的基础上,获得了以特定角度组合入射条件下P波、SV波的频谱和相位信息;进而通过傅里叶逆变换获得入射P波、SV波的时间序列;最后依据P波、SV波及其反射波在平面半空间的传播情况获得自由场条件下平面半空间内任意点的水平向和竖直向地震动。该文所采用的波场构建方法可实现对包含任意频谱和相位信息的两向设计地震动所对应的平面半空间自由场的构建,所获得的斜入射P波和SV波也具有各自的频谱和相位信息。最终得到的平面半空间自由场任意点水平向和竖直向地震动时间序列具有非一致性;根据入射P波、SV波结合地基边界条件确定的空间点地震动时间序列可用于结构的非一致地震动输入。
轴向变速运动弯曲梁的固有频率分析
陈强, 杨国来, 王晓锋
2015, 32(2): 37-44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0808
摘要:
基于动力刚度矩阵法对轴向变速运动弯曲梁的固有频率进行分析,根据Hamilton原理,推导轴向变速运动弯曲梁的时域控制方程和边界条件,通过傅里叶变换得到频域控制方程和边界条件,求解频域控制方程,并结合位移边界条件和载荷边界条件,建立轴向变速运动弯曲梁的动力刚度矩阵模型;引入Hermite形式的形函数,建立了轴向变速运动弯曲梁的有限元模型。算例中,通过对比现有文献中的结果、有限元模型结果和动力刚度矩阵法模型结果,验证了该文所建立的力学模型,动力刚度矩阵法比有限元法具有更高的精度和效率,分析了轴向变速运动弯曲梁固有频率随着弯曲梁轴向运动速度、加速度、轴向受力、边界条件的变化规律。
土木工程学科
弹性地基上随机失谐周期加固管的波动局部化特性研究
丁兰, 朱宏平, 吴巧云
2015, 32(2): 45-52. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.01.0036
摘要:
基于弹性地基上均匀管梁的横向波动微分方程,推导了周期加固管中各胞元的动态刚度矩阵,进而利用传递矩阵法建立了相邻胞元间的传递矩阵。将随机失谐参数引入到周期加固管中,根据Wolf算法,采用局部化因子计算了结构参数对弯曲波动局部化特性的影响。通过对周期加固管的一系列算例分析表明,弹性地基上的均匀管路存在一个临界频率,当波动频率小于该临界频率时,弯曲波的传播始终是衰减的。弹性地基可以抑制弯曲波动在特定频率范围内的传播。同时,几何尺寸变化和随机失谐对周期加固管路的频带特性和局部化程度影响不同,可以调整结构的尺寸或选择不同的变异系数来改变结构的波传播特性。最后,采用有限元模拟验证了所提出周期加固管波传播模型的正确性。
撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究
程小卫, 李易, 陆新征, 闫维明
2015, 32(2): 53-63,89. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.03.0229
摘要:
为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。
Q420焊接圆钢管轴心受压稳定性能试验和设计方法研究
施刚, 姜雪, 周文静, 张勇
2015, 32(2): 64-73. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0611
摘要:
该文进行了15个Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管柱轴心受压试验研究,基于试验结果总结了其失稳变形特征,分析比较了15个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,并验证了有限元模型的可靠性。基于有限元参数分析计算结果,对比60个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,对Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管的整体稳定设计方法提出两种建议:一是对于我国规范柱子曲线选择的建议,即对于Q420埋弧焊接圆钢管可以按a类截面计算其稳定承载力;二是更新我国柱子曲线整体稳定系数φ的计算参数α1α2α3,建议了一条新的设计曲线。
考虑初始缺陷影响的混凝土梁动态弯拉破坏模式分析
杜修力, 揭鹏力, 金浏
2015, 32(2): 74-81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0713
摘要:
考虑到混凝土细观非均质性的影响,从细观角度出发,认为混凝土是由骨料、界面过渡区、砂浆基质及初始缺陷组成的四相复合材料,建立了混凝土简支梁的二维随机骨料模型。采用耦合材料应变率效应的塑性损伤本构模型来描述砂浆基质及界面的力学性能;假定骨料不产生损伤破坏,设定为弹性。对无缺陷、2%和5%孔隙率的混凝土梁进行弯拉破坏数值研究,探讨初始缺陷及加载速率对混凝土梁弯拉破坏模式、弯拉强度及宏观应 力-应变关系的影响。数值结果表明:混凝土弯拉破坏模式及宏观力学性能具有明显的加载速率相关性;初始缺陷的存在对混凝土破坏模式及宏观力学性能具有很大的影响。
古建筑木结构直榫节点力学模型的研究
潘毅, 王超, 唐丽娜, 李玲娇
2015, 32(2): 82-89. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0728
摘要:
以中国西南地区穿斗式古建筑木结构中常见的直榫节点为研究对象,对其在低周往复荷载作用下的受力机理进行了详细分析,建立了考虑节点拔榫量影响的M-θ力学模型和相应的实现算法,并给出了简化计算公式,最后采用试验数据对该力学模型进行了验证。结果表明,直榫节点的M-θ力学模型的计算结果与试验曲线吻合良好,可为中国古建筑木结构的抗震性能及加固的研究提供理论基础。
基于影响面的混凝土浇筑期施工荷载调查和统计分析
谢楠, 张坚, 张丽, 付小辉, 张青华
2015, 32(2): 90-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0729
摘要:
根据泵送混凝土浇筑期施工荷载的分布特点,提出基于模板支架立杆轴力影响面特征的施工活荷载和混凝土荷载等施工荷载的调研方法;在不同城市的数十个混凝土建筑施工工地采集样本数据,涉及施工人员和小型设备数量、施工人员体重、混凝土堆积高度、振捣后混凝土高度和混凝土重度;提出施工活荷载和混凝土荷载的统计方法,根据采集的样本数据,给出上述两种施工荷载的统计特征。研究成果为制定新设计标准打下基础。
再生粗骨料的随机特性及分级方法研究
吴瑾, 朱磊, 景宪航
2015, 32(2): 97-104,130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0731
摘要:
通过96个不同来源废旧混凝土再生粗骨料样本的试验,研究了再生粗骨料吸水率、堆积密度、饱和面干表观密度和压碎指标的概率分布特征。试验结果表明,四个指标均服从正态分布。根据相对方差和极差分析结果,确定了吸水率和压碎指标作为再生粗骨料品质分级的控制指标。然后对不同来源再生粗骨料混凝土进行抗压强度试验,得到了再生粗骨料吸水率和压碎指标的分级范围,从而提出了再生粗骨料品质的分级方法。最后利用其他研究者的试验数据,验证了该方法对再生粗骨料分级的合理性。
型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能及影响因素分析
陈宗平, 徐金俊, 薛建阳
2015, 32(2): 105-113. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0744
摘要:
为了研究型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能,以配钢形式、加载角度和轴压比为变化参数,通过1个平面节点和9个空间节点的拟静力试验,获取其滞回关系,并在此基础上探讨了该类新型空间节点的抗震行为。研究结果表明:实腹式配钢试件在骨架曲线的上升段为最陡,承载能力最大,刚度退化最轻,但T形钢桁架试件在耗能能力和延性性能上为最优;该类空间节点的抗震性能在不同加载角度下具有一些区别,45°试件的骨架曲线包围了其余加载角度下的骨架曲线,同时该角度的节点抗剪承载力为最大,耗能能力较之0°和60°的更强,但略比30°的低,而位移延性在平面节点上表现为最佳;提高轴压比可增强型钢混凝土异形柱边节点的受剪承载力和耗能能力,同时轴压比的增大对试件的初期刚度较为有利而后期刚度退化较快。
盲孔法测试Q690高强钢管镀锌前后残余应力
杨俊芬, 李渊, 彭奕亮
2015, 32(2): 114-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0758
摘要:
残余应力对轴心受压构件的稳定性等有重要影响,为考察Q690焊接高强钢管镀锌前后的截面纵向残余应力分布,该文采用盲孔法对截面规格分别为共计24个试件的残余应力进行测试。通过试验得出了每种截面规格圆钢管的纵向残余应力的数值大小和分布模式,并将相同截面规格的钢管在镀锌前后的残余应力分布进行了比较,试验结果表明,钢管镀锌后残余应力有了明显的降低。通过对Q690未镀锌钢管的试验结果总结发现,Q690高强钢管的截面最大纵向残余应力与其钢材屈服强度的比值明显小于普通钢材:普通钢材为0.35,而该次试验测得的最大值为0.15。
局部采用纤维增强混凝土剪力墙压弯性能研究
党争, 梁兴文, 邓明科, 王晶, 秦萌, 于婧
2015, 32(2): 120-130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0761
摘要:
以提高钢筋混凝土剪力墙压弯性能为目的,将纤维增强混凝土(FRC)应用于剪力墙塑性变形关键部位。通过对6个高轴压比FRC剪力墙抗震性能试验结果的研究,并基于对FRC受力机理和钢套管影响的考虑,提出了与墙体开裂状态、屈服状态、峰值状态和极限状态相应的FRC剪力墙弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段压弯荷载公式的因素进行了分析。研究表明,该文建议的压弯构件弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验值吻合较好;与普通混凝土剪力墙相比,考虑FRC材料的受拉性能,能提高正常使用状态下剪力墙截面的抵抗弯矩,减小墙体截面变形需求;显著改善承载能力极限状态下墙体的变形能力和损伤容限。
速度脉冲地震作用下偏心结构的弹塑性抗震研究
补国斌, 蔡健, 周靖, 李康宁
2015, 32(2): 131-138. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0763
摘要:
研究速度脉冲地震下,刚度偏心、强度偏心和两者组合偏心体系的弹塑性抗震需求。基于新开发的变轴力-双向弯曲模型,选取8条速度脉冲地震记录,进行了强速度脉冲地震效应和偏心布置双重不利条件下单层RC框架结构的弹塑性动力时程分析,讨论了结构的延性、位移、扭矩和扭转角变化规律。结果表明,偏心结构在速度脉冲工况下比在非速度脉冲工况下有更大的弹塑性抗震需求;刚度偏心对结构弹塑性抗震需求不敏感,强度偏心对弹塑性抗震需求的影响最为显著,组合偏心的影响介于两者之间。随强度偏心率增大,弱侧延性需求呈非线性急剧增大,最大达到对称结构延性需求的3.09倍,位移、扭矩和扭转角也迅速增大,偏心率为0.2时扭转角为偏心率为0.05时的6.4倍;建议偏心结构弹塑性分析时宜增加强度偏心作为基本参数,并考虑速度脉冲地震效应。
阶梯墙框架结构体系的抗震性能分析
许卫晓, 孙景江, 杜轲, 杨伟松
2015, 32(2): 139-146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0778
摘要:
针对历次地震中框架结构广泛出现的底部薄弱的破坏模式,提出了增设阶梯墙的损伤控制措施,即在框架结构中增加若干片等厚度,变截面高度的落地钢筋混凝土墙体。通过IDA分析和一个振动台对比试验论证了阶梯墙体系的优越性,结果表明阶梯墙体系能够有效控制结构的变形和损伤模式,实现结构各层变形的平均化,抑制薄弱层的出现,并且经济实用,构造简单,适合大规模推广应用。最后提出了基于静力弹塑性分析的阶梯墙设计方法。
预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型
周长东, 李慧, 田腾
2015, 32(2): 147-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0789
摘要:
为了研究预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤性能,利用包括对比柱在内的13根混凝土圆柱试验数据,对修正的Park-Ang损伤模型进行改进,建立了预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型;根据试件的轴压比、纵向配筋率、考虑了预应力碳纤维条带及箍筋的双重横向约束作用对组合参数进行非线性回归分析,得到了该文推荐模型中组合参数的经验表达式;基于所提出的地震损伤模型,计算出了不同损伤状态的特征点所对应的地震损伤指标,据此给出了预应力CFRP加固混凝土圆柱的抗震分级标准;有限元分析得到的CFRP加固混凝土圆柱的损伤指标与试验结果基本符合,证明了该损伤模型以及加固柱的抗震等级划分标准的合理性。
穿芯高强螺栓-端板节点方钢管混凝土框架抗震性能数值分析
马尤苏夫, 王先铁, 周清汉, 王连坤
2015, 32(2): 154-162. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0815
摘要:
为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,基于一榀两层两跨方钢管混凝土框架的拟静力试验研究结果,利用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析。研究框架的破坏机制、延性、耗能能力及节点性能。在峰值荷载前,数值分析结果与试验结果吻合较好。对轴压比、节点端板厚度、加劲肋厚度以及高强螺栓预拉力等因素进行了分析。结果表明,框架滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力,节点在加载过程中未产生塑性变形。当框架柱的轴压比较小时,可形成理想的梁铰破坏机制。增大端板厚度和设置梁端加劲肋可提高结构的刚度与承载力,使框架刚度的退化趋于平缓。高强螺栓预拉力对框架性能无显著影响。
部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构模型试验研究
吴波, 吕文龙, 沈朝勇
2015, 32(2): 163-170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0839
摘要:
开展了部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构模型(模型B)与传统框剪结构模型(模型A)的地震模拟振动台对比试验,两模型均为三层两跨两开间,平面布置相同,几何相似比1∶10,第二层为结构薄弱层。此外,还进行了摩擦支座的力学性能试验,确定了支座摩擦系数的取值范围。研究发现:1) 无润滑油时聚四氟乙烯+不锈钢镜面板摩擦支座的摩擦系数均值约0.070~0.095,有润滑油时该类摩擦支座的摩擦系数均值约0.014~0.018;2) 不同峰值地震波作用下,模型B的薄弱层层间最大位移角、最大顶点相对位移、薄弱层最大绝对加速度和顶层最大绝对加速度分别比模型A降低20%~43%、17%~32%、12%~22%和7%~33%;3) 模型B各层的最大层间剪力均不同程度小于模型A。因此,部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构具有比传统框剪结构更优的抗震性能。
大跨屋盖结构风振响应参数灵敏度分析
吴迪, 武岳, 杨庆山, 陈旭
2015, 32(2): 171-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0844
摘要:
对典型大跨屋盖结构风振响应开展参数灵敏度研究,目的是定量评估各种不确定因素对结构风振响应不确定性的贡献率,获得不确定性在风荷载与风振响应间的传递规律。首先结合Sobol'方差分解法和拉丁超立方抽样技术建立适用于大跨屋盖结构的全局灵敏度分析方法,通过多次采样风洞试验获得大量脉动风荷载时程,作为灵敏度分析的输入变量。合理建立结构参数概率统计模型,分别应用局部和全局灵敏度分析方法对典型大跨屋盖结构极值风振响应进行了参数灵敏度分析,研究发现:多个参数共同随机变化时,结构极值风振响应近似服从广义极值分布;结构风振响应的不确定性主要受风荷载不确定性控制;结构风振响应的参数灵敏度与共振响应在总响应中的比重有关,共振响应占比越大,结构对风荷载越敏感。
水平激励下任意截面柱形储液罐内液体的晃动响应
秦念, 周叮, 刘伟庆, 王佳栋
2015, 32(2): 178-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0845
摘要:
采用半解析法研究水平激励下任意截面柱形储液罐内液体的晃动响应。基于叠加原理,将液体运动速度势分为两部分:刚体速度势和摄动速度势。满足非齐次边界条件的刚体速度势可解析得到;以自由晃动模态为广义坐标、时间为变量的摄动速度势可由模态叠加法设出。将整个速度势函数代入自由表面波方程,利用模态的正交性得到动力响应方程。结果与有限元非常吻合。
含共面裂隙群砂岩强度与破裂特征的试验研究
赵洪辉, 靖洪文, 苏海健, 李丁
2015, 32(2): 183-189. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.1001
摘要:
节理岩体力学行为是地下工程稳定分析及支护设计的基础。采用岩石力学伺服试验机对含充填共面裂隙群砂岩试样进行单轴加载试验,分析了连通率和充填方式对砂岩强度及变形破裂特征的影响规律。试验结果表明:裂隙砂岩的力学性能较完整砂岩呈现出显著的劣化,且随着裂隙连通率的增大,峰值强度、峰值应变及弹性模量均逐渐减小;试样破裂过程中预制裂隙尖端先后出现Ⅰ类张拉裂纹和Ⅱ类剪切裂纹,但最终的失稳破裂面由II类裂纹扩展形成,Ⅰ类裂纹和Ⅱ类裂纹与预制裂隙的夹角随着裂隙连通率的增大逐渐增大;受充填方式的影响,裂隙砂岩的强度及变形特征均呈现出显著增大的趋势,而弹性模量提升幅度相对较小。
高温后型钢混凝土粘结滑移性能研究
李俊华, 邱栋梁, 俞凯, 孙彬
2015, 32(2): 190-200,206. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.12.1184
摘要:
高温后型钢与混凝土之间的粘结滑移对型钢混凝土结构的高温后力学性能具有重要影响,为了研究高温后型钢混凝土的粘结强度与滑移特性,进行18个高温后型钢混凝土短柱推出试验及3个常温下的对比试验。试验结果表明:高温后型钢混凝土短柱试件的荷载-滑移曲线与常温下大体相似,但随着曾经经历最高温度的提高及最高温度持续时间的增大,型钢与混凝土之间的极限粘结强度和残余粘结强度降低,与极限粘结强度相对应的滑移减小,与残余粘结强度相对应的滑移增大。在试验结果基础上,构建了高温后型钢混凝土粘结滑移本构模型,提出了本构模型中极限粘结强度、残余粘结强度及相应滑移的计算方法,计算结果与试验结果总体相符,研究成果为高温后型钢混凝土构件考虑粘结滑移影响的数值模拟分析提供了条件。
PBX炸药粘弹性损伤本构模型参数敏感度分析
高军, 黄再兴
2015, 32(2): 201-206. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.12.1209
摘要:
建立了基于拉丁超立方抽样和Spearman秩相关系数的本构模型参数敏感度分析方法,实现对PBX炸药粘弹性损伤本构模型参数敏感度的整体性分析。以PBX炸药柱体压缩的分析为例,采用该方法确定了各本构参数对端面载荷值的敏感度及排序。并分析了抽样样本量,以及载荷加载速率对本构参数的敏感度的影响。同相关文献结果进行比较,证实了该方法的可行性。该文的方法可在参数识别中提前预测各参数对实验结果的敏感度,为本构模型参数识别中缩减待识别参数和选择合适的模拟实验提供理论基础。
机械工程学科
薄壁管材等曲率矫直临界曲率半径力学建模
张子骞, 颜云辉, 杨会林
2015, 32(2): 207-213. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0788
摘要:
薄壁管材等曲率矫直临界曲率半径作为重要的工艺参数,直接决定了设备结构和产品质量。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立针对性的力学模型以指导生产,为此从旋转壳体大挠度几何方程出发,基于J2形变理论和能量理论,运用里茨法建立了薄壁管材等曲率矫直塑性失稳时的临界弯矩,以此确定了临界曲率半径模型,并给出了数值解法。应用ANSYS/LS-DYNA进行了有限元动态仿真试验,结果表明模型是近似正确的,通过仿真对比分析证明了轴向起皱先于截面畸变是薄壁管材等曲率矫直塑性失稳的主要模态。
随机参数双连杆柔性机械臂的可靠性分析
赵宽, 陈建军, 曹鸿钧, 云永琥
2015, 32(2): 214-220. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0814
摘要:
将Lagrange方程和假设模态法相结合建立了考虑关节处摩擦的双连杆柔性机械臂的动力学模型。考虑随机因素的影响,将随机因子法的处理方式引入随机响应面法中,提出一种处理多输入随机参数的双连杆柔性机械臂系统可靠性分析方法,并分别建立了系统强度、刚度和运动功能的功能函数。通过算例验证了该文模型和方法的合理性和可行性,同时预测了系统的可靠度。研究结果表明,同可靠性分析的Monte-Carlo法相比,该方法对双连杆柔性机械臂的可靠性分析具有良好的精度和效率,在取相同变异系数的情况下,几何参数对系统可靠度的影响较大。
其他工程学科
带有初始缺陷船用加筋板极限强度的不确定性分析
施兴华, 杭岑, 嵇春艳, 石晓彦
2015, 32(2): 221-226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0747
摘要:
由于实际工程结构尺寸及材料性能等存在一定的变异性,这将导致其极限承载能力具有不确定性。首先基于逐步破坏理论,采用非线性有限元方法对带有初始缺陷的典型船用加筋板的极限强度进行研究。采用Monte Carlo数值模拟结合拟合技术建立结构不确定性分析模型。以此为基础,考虑结构尺寸、材料参数及初始缺陷的随机性,对于加筋板极限强度的不确定性进行探讨。为在计算量较小的前提下得到准确的随机统计规律,提出基于可靠性反问题的对数正态三参数拟合方法,并与传统拟合方法进行比较分析。结果表明对数正态三参数法可高效准确地对于加筋板极限强度的统计特性进行预报,为船舶的安全性分析提供基础。
一般支撑条件下横向流中弹性圆柱的响应
李云东, 杨翊仁, 李鹏
2015, 32(2): 227-232,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0784
摘要:
该文以横向流方形圆柱阵中的单根、两端带有一般支撑条件圆柱的流致振动现象进行研究。考虑圆柱的横向变形及其对轴力的影响,建立了系统动力学方程。分析了系统的稳定性及在不同流速条件下出现的复杂非线性行为,该文以分岔图、相平面图、庞加莱映射图来刻画流速变化对圆柱振动的影响。研究结果表明,系统的初始预应力,降低了圆柱的稳定性;当流速较小时,系统首先表现为周期运动;随着流速增大,系统进入概周期运动,该系统未发生混沌运动。
气液固三相管流耦合水击振动特性的参数影响分析
陈明, 伍建林, 王建华
2015, 32(2): 233-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0825
摘要:
以气液固三相管流为研究对象,采用矢通量分裂法并结合Lax-Wendroff格式和迎风Warming-Beam格式,对浆液池-管道-阀门系统的耦合水击振动响应进行了数值计算,分析了含气率、固液密度比以及固液弹模比等参数对系统振动特性的影响。结果表明:增加含气率可有效地降低压力和应力波速,同时削弱流体压力波动和管道振动强度;当固液密度比增大时,管系振动强度随之增大,系统振动能量的增量主要集中在流体里,造成流体压能升高较快;随着固液弹模比的增加,管系压能和振动强度均增加,但增幅很小;当固液弹模比增加到某种程度后,其对系统压能和振动强度的影响可忽略。
考虑结构响应及轴线形状的防浪堤抗波浪冲击数值模拟研究
楼云锋, 李昊, 葛鸿辉, 马波, 金先龙
2015, 32(2): 241-249. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0832
摘要:
采用多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法对核电站防浪堤受波浪冲击过程中挡浪墙表面波压力和结构响应规律进行研究。建立与物理模型1∶1的三维直型防浪堤-波浪耦合模型,通过与波浪理论公式和物理模型试验结果对比,验证该文采用的数值造波和耦合冲击方法的可行性。在此基础上建立与实际模型1∶1的三维直、弧型防浪堤-波浪耦合模型,分析了防浪堤结构刚度、断面尺寸以及防浪堤轴线形状对波浪冲击过程中波压力和结构响应的影响。结果表明:防浪堤前、后表面最大波压力分别出现在静水面位置和后墙底部;前墙和堤顶宽度对后墙具有保护作用;结构响应增强前墙波压力,但对后墙波压力有减弱作用;防浪堤轴线方向突变处波压力与结构应力较大。
一种基于响应面的翼型鲁棒优化设计方法
邬晓敬, 张伟伟, 肖华, 宋述芳, 蒋跃文
2015, 32(2): 250-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0847
摘要:
针对不确定因素引起的翼型气动性能波动现象,探讨了翼型几何形状随机不确定波动对翼型气动特性的影响,并进行了减小此影响的鲁棒优化设计。引入类别形状函数变换(CST)方法可以大大降低设计变量自由度数目,以NACA0012翼型为例,进行了考虑翼型几何形状随机扰动的气动不确定性分析,发现几何形状的微小波动对升力特性影响很小。发展了一种基于响应面和遗传算法的鲁棒优化设计方法,能够高效的减小阻力及其波动的影响。计算结果显示尽管相对于确定性优化结果鲁棒优化阻力略有增加,但波动更小,气动性能具有更好的鲁 棒性。