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2016年  第33卷  第4期

综述
整体式桥台研究综述
徐明, 刘鹏飞
2016, 33(4): 1-8. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.ST09
摘要:
整体式桥的桥身与桥台之间没有设置支座和伸缩缝,而是刚性连接为一体,从而能极大地节省桥梁全寿命周期的维护与维修费用。但是由于季节性温度波动导致桥身长度变化,桥台后土体随之受到水平方向循环加载作用。桥台后土压力的发展变化,成为整体式桥研究的重点。另外,对整体式桥台在地震作用下的动力反应还缺乏认识。该文首先系统总结了关于整体式桥台后土压力的相关研究成果,包括现场监测、缩尺模型实验、土单元应力路径实验、以及数值模拟等,揭示出在这种特殊循环作用下桥台后土压力的变化规律,并对土压力累积机理进行了探讨。然后,该文总结了整体式桥台在地震作用下动力响应的相关研究成果,指出由于桥台与桥身的刚性连接,桥身惯性力对桥台与土动力相互作用产生很大影响。
基本方法
基于连分式与有限元法的坝库耦合瞬态分析方法
李上明, 吴连军
2016, 33(4): 9-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0803
摘要:
为高效模拟地震激励下坝库耦合瞬态响应,建立了无限水库的连分式与有限元法的耦合公式。结合坝体有限元公式,利用坝库耦合项,发展了坝库耦合瞬态分析迭代算法。利用该算法分析了水平向地震激励下重力坝的瞬态响应。比较了基于连分式法、动态刚度矩阵法、动态质量矩阵法模拟坝库耦合问题的计算效率。数值算例表明该耦合算法模拟坝库耦合瞬态响应的正确性及高效性。该方法继承了比例边界有限元法的精度高、离散单元少等特点,又避免了其卷积积分,提升其计算效率,为坝库耦合瞬态响应提供了一种高效分析方法。
一种新型刚度退化模型及复合材料结构渐进损伤分析的通用方法实现
王成华, 杨阳, 康强, 殷德政, 水涌涛
2016, 33(4): 17-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0810
摘要:
针对复合材料结构的强度设计与分析方法问题,基于Tsai-Wu强度准则,该文提出了一种新型刚度退化模型,建立了一套层合/实体型复合材料结构渐进损伤分析的通用方法,并开发ABAQUS用户材料子程序用于层合型和实体型复合材料典型结构的渐进损伤数值仿真与试验验证,结果表明:该文提出的模型和算法,在保证层合型复合材料结构损伤分析能力和精度不低于已有方法基础上,对C/C实体型复合材料结构极限承载能力的数值模拟相对误差精度也达到20%量值水平。
土木工程学科
水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究
董振华, 杜修力, 韩强
2016, 33(4): 24-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0905
摘要:
为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。
钢筋混凝土框架抗连续倒塌的压拱机制分析模型
周育泷, 李易, 陆新征, 初明进, 任沛琪
2016, 33(4): 34-42. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.02.0147
摘要:
钢筋混凝土框架结构依靠梁板组成的楼盖系统来抵抗连续倒塌,其在小变形下的连续倒塌抗力由梁板内的压拱机制提供。现有压拱机制的宏观理论分析模型参数过多且不能考虑楼板的影响,因此难以在工程设计中进行应用。该文基于楼盖系统微观受力机理的分析,建立了压拱机制下梁板子结构系统的连续倒塌抗力分析模型。和现有模型相比,该文计算模型的参数大幅减少、公式显著简化,且能够考虑楼板和梁抵抗连续倒塌的共同作用。通过与国内外47个梁试件和6个梁板子结构试件的试验结果进行对比,发现该文计算模型在计算梁试件时计算精度和现有模型精度相同,而在计算梁板共同作用下的连续倒塌抗力时精度提高显著,能够为混凝土框架结构的抗连续倒塌工程设计提供参考。
热电耦合场中压电粘弹性微梁的静力坍塌分析
陈昌萍, 胡海涛
2016, 33(4): 43-48,66. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.ST03
摘要:
基于粘弹性理论、欧拉-伯努利梁理论以及压电理论,在考虑微结构蠕变现象的情况下,建立了热电耦合场中压电粘弹性微梁的静力坍塌模型及控制方程,研究了压电粘弹性微梁的静力坍塌临界条件,计算和分析了压电层控制电压和温度等参数对微梁结构静力坍塌的影响。研究结果表明:持久坍塌电压可作为压电粘弹性微梁静力坍塌失稳的临界条件,并且温度和压电层控制电压均会对坍塌失稳的临界值造成影响。该文的研究可为MEMS中梁式微结构的设计与优化提供理论参考。
近场地震竖向分量对LRB基础隔震结构地震响应影响分析
叶昆, 张子翔, 朱宏平
2016, 33(4): 49-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0315
摘要:
该文主要对比分析了近场区竖向地震动对LRB基础结构动力响应的影响。首先,在ABAQUS有限元软件中建立了较为精确的有限元模型:上部结构采用纤维模型以考虑隔震结构在近场地震作用下可能出现的塑性变形,隔震层采用能反映隔震支座水平和竖向力学性能相互耦联的"Ryan-Kelly"力学模型;同时,综合考虑隔震支座的剪切破坏和拉压破坏以确定支座的破坏界限;在此基础上,分别进行隔震结构在水平地震单独作用和水平竖向地震联合作用下的动力分析,对比分析结果可知:近场区竖向地震动对于隔震支座的破坏模式影响较大,在较大的竖向分量作用下,隔震支座可能会在剪切破坏之前先发生拉压破坏;对于上部结构的动力响应,竖向地震动的影响具有随机性,但同样不可忽略,在某些工况下,考虑竖向地震作用会较大幅度地降低其水平动力响应。
考虑模态侧向力组合的结构抗震性能评估方法
白久林, 欧进萍
2016, 33(4): 58-66. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0652
摘要:
结构在地震作用下的振动是结构各阶模态共同参与的结果。该文在已有研究基础上发展了考虑结构模态侧向力组合的静力弹塑性分析方法。采用模态贡献修正系数作为各阶模态参与的权重,考虑模态侧向力的方向,构造了基于模态侧向力组合的推覆分析侧向力模式,将各侧力模式分析结果的包络值作为结构的抗震响应。以两个5层和12层的钢筋混凝土框架结构为例,研究了结构的能力曲线和目标位移处的楼层变形分布;分别采用能量方法和非弹性响应谱来构造结构的能力曲线和需求曲线,对比分析了结构的层间位移角和楼层侧向位移。结果表明:结构的能力曲线由四种组合侧力模式共同决定,性能点处的抗震响应由两种组合侧力模式控制;该文方法能较好的预测结构的抗震响应,比常规的侧向力模式精度更高。
局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究
梁兴文, 王英俊, 邢朋涛, 王海, 邓明科
2016, 33(4): 67-76. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0679
摘要:
为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。
考虑内部构件影响的超大型冷却塔内压系数研究
董国朝, 张建仁, 蔡春声, 韩艳
2016, 33(4): 77-83. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0580
摘要:
对具有不同内部构件的超大型双曲冷却塔的内表面平均风压进行了CFD数值模拟。在计算流体动力学软件基础上进行二次开发,通过采用施加源项的方法,实现了对超大型冷却塔空塔及有十字挡板、填料及雨区阻力时的内表面平均风压分布的模拟;研究了冷却塔内部各主要构件对冷却塔内压的影响,得到了各工况下塔内外的绕流特性以及不同高度截面的内表面平均压力系数,并从机理上分析了内压曲线分布特性;研究结果与规范及试验结果吻合良好,指出了我国规范对内表面压力系数的取值不完善之处,得到了内压的建议取值,为超大型冷却塔的设计提供参考依据
考虑剪切变形的延性联肢墙位移曲率延性关系研究
李明, 陈积光, 李斌
2016, 33(4): 84-90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0698
摘要:
在连续连接介质模型和修正比拟桁架模型基础上,通过理论分析分别推导了计入剪切变形的延性联肢墙屈服位移和极限位移的算式,首次建立起考虑剪切变形的延性联肢墙位移曲率延性关系,并通过与13片联肢墙试验结果的对比研究验证了该延性关系的准确性。研究结果表明,考虑剪切变形的延性联肢墙位移延性系数离散程度较小、均匀性较好,建立的延性关系可应用于联肢剪力墙结构的能力设计。
变电站复合材料绝缘子的动力特性与地震易损性研究
李圣, 卢智成, 朱祝兵, 刘振林, 程永锋, 鲁先龙
2016, 33(4): 91-97. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0712
摘要:
复合材料在变电站绝缘子上的应用,有望提高电气设备的抗震性能。测试了复合材料绝缘子的动力特性、弯曲刚度和承载能力;运用测试结果,建立了该复合材料绝缘子构成的电气设备的有限元模型;基于概率地震易损性分析理论,研究了电气设备的地震易损性。结果表明,复合材料绝缘子中套管与金属法兰的胶装连接段是抗弯承载力的薄弱部位,该段抗弯刚度明显小于套管刚度;该绝缘子组成的电气设备在0.4g等级地震下发生中度和重度失效的概率较小,但轻度失效的概率达38%,提高胶装段抗弯能力是提高抗震性能的关键;以失效概率为指标的易损性分析实现了电气设备抗震性能的概率化评价。
SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究
任文杰, 王利强, 穆蒙蒙
2016, 33(4): 98-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0719
摘要:
对安装有超弹性形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。
强震下网壳结构性能的多模态整体损伤演化
何政, 胡意涛, 朱振宇, 杨飏
2016, 33(4): 104-113. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0722
摘要:
在已有宏观地震整体损伤模型基础上,借助线性模态置信准则(英文简称LMAC)来考虑强震作用下网壳结构体系中普遍存在的模态跃迁现象,并结合网壳结构振动特性,给出了模态损伤贡献因子取值为1.0的简化模态损伤计算模型,结构整体损伤则由各阶模态损伤依据模态损伤独立性假设来进行组合得到。在将该模型应用于强震作用下某一算例施威德勒单层网壳结构的损伤演化规律分析与数值验证中发现,当认真处理好模态匹配和高阶模态对损伤的贡献度时,得到的损伤指数更符合通用正S型损伤发展规律,且与三条地震波作用下网壳结构增量动力分析(IDA)得到的特征响应,尤其是最大节点位移曲线吻合较好。此外,简化H2损伤模型不仅能够量化初始缺陷对结构整体初始损伤的影响,而且能够揭示初始缺陷对结构损伤影响的多模态特性。尽管计算结果与地震波的选择存在较大的关联,但是对应于各个特征点损伤数值却显示出较好的一致性。
TLCD-结构转化为TMD-结构减振控制的研究
符川
2016, 33(4): 114-120,129. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0731
摘要:
该文针对平面对称结构和不对称结构,比较TLCD-结构体系和TMD-结构体系的耦联微分方程,得到TLCD-主结构与TMD-主结构质量比、频率比、主结构自振频率和主结构阻尼等,由此可将TLCD-结构体系转化为TMD-结构体系,利用DenHartog公式对TLCD阻尼比和频率比参数优化,并用有限元软件来对复杂结构减振控制进行数值计算。通过单层平面不对称结构和20层Bechmark模型放置单个或多个TLCD,用DenHartog公式求得TLCD参数,并用SAP2000进行结构分析,与MATLAB结果进行比较来验证该方法的合理性和可行性。
HRB400钢筋单调拉伸及低周疲劳性能试验研究
张耀庭, 赵璧归, 李瑞鸽, 杜晓菊
2016, 33(4): 121-129. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0744
摘要:
该文以我国HRB400钢筋为研究对象,首先对其进行了单调拉伸试验和恒应变幅值循环加载试验,得出HRB400钢筋的基本力学性能参数、应变幅值-疲劳周期数和应变幅值-强度退化系数值关系式及疲劳参数的取值;然后,根据试验所得到的材料性能参数,在OpenSees软件中,选用ReinforcingSteel钢筋本构模型对本次试验进行了模拟,验证了试验数据处理结果的准确性和实用性;最后评价了HRB400钢筋的低周疲劳特性,为建立基于材料层次的精细化钢筋混凝土结构数值纤维模型提供了重要的试验参考依据。
六线双层铁路钢桁桥车桥系统气动特性风洞试验研究
李永乐, 徐昕宇, 郭建明, 向活跃, 陈克坚
2016, 33(4): 130-135. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0741
摘要:
为研究多线双层铁路桥梁车辆与桥梁的气动特性,利用三分力分离装置-交叉滑槽系统,对某六线双层大跨铁路斜拉桥进行节段模型风洞试验。测试了不同车桥组合下车辆与桥梁各自的气动力,研究了单列车的位置、双车同层交会、双车上下层共存时车辆和桥梁气动特性的相互影响,并讨论了风攻角对上层车辆气动力的影响。试验结果表明,当车辆位于桥梁断面不同位置时,车辆气动力差异较大;由于上层桥面宽度较大,气流经过桥梁断面前缘分离后,再附着于较靠后的背风侧车辆,导致背风侧车辆的阻力系数更大;双层车辆共存时,当两者同处于迎风侧,气动力有明显的相互影响;风攻角对背风侧车辆的气动力影响显著。
采用减震榫桥梁非线性动力学分析计算方法
梁轩, 杜建镔
2016, 33(4): 136-143. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0752
摘要:
针对采用新型减震榫的桥梁及支座动力学分析问题,建立了基于悬臂梁横向弯曲运动理论的非线性动力学模型,提出了一种基于广义a法的时间积分算法,能够充分利用准静态实验测得的支座力学性能曲线,通过数值计算得到支座在典型激励下的动力学响应。数值算例表明:新方法具有很高的计算精度,能够准确有效地求解减隔震支座非线性动力学问题。该文的工作可为进一步评估该支座的工作性能以及改进结构设计提供参考。
基于RSAPS平台的隔震单元模型
李忠献, 高营, 李宁
2016, 33(4): 144-149. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0768
摘要:
为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。
非饱和土中温度引起水分迁移的光滑粒子法数值模拟
陈佩佩, 白冰
2016, 33(4): 150-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0772
摘要:
基于光滑粒子法(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)的基本原理,尝试着对给出的非饱和土中水热耦合问题进行数值模拟。首先,采用基于SPH算法自行编制的程序对抛物型偏微分方程进行求解,并与解析解做出对比。计算结果表明,SPH算法用来数值模拟抛物型偏微分方程是可行的及有效的,这就为进一步采用SPH算法计算非饱和土在温度作用下的水分迁移问题提供了理论依据。然后,对非饱和土介质中热能传输以及水分迁移的规律进行了数值计算,其中重点计算了不同热扩散系数、温度诱致的水分扩散系数、等温条件下的水分扩散系数和热源条件下的体积含水率和温度分布的特点,并对其演化过程和机理进行分析,从而将SPH算法的应用范围作了扩展。
基于柔度法梁模型的盾构隧道衬砌结构纵向变形计算方法
李晓军, 黄伯麒, 朱合华, 洪弼宸
2016, 33(4): 157-165,187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0606
摘要:
由于纵向力及螺栓屈服等因素的影响,盾构隧道衬砌结构的纵向抗弯刚度沿隧道轴线分布并不均匀。针对该问题,引入隧道在附加沉降变形条件下的典型内力分布模式构造内力形函数,建立基于柔度法的盾构隧道衬砌结构纵向梁模型,并通过在轴向和环缝两个层次引入数值积分方法进行求解;基于该模型,得到了在柔性边界和刚性边界两种典型边界下沿隧道轴线的环缝变形分布,并讨论了数值积分策略对于计算结果的影响。研究结果表明:纵向力和螺栓屈服的影响在结构纵向变形计算中不可忽略,而考虑以上两点因素后,结构由于受局部集中变形的影响,位移模式将非常复杂,所提出的柔度法模型则能够避免传统刚度法模型在处理该问题上的局限性,从而用很小的计算代价获得较为精确的隧道结构纵向变形。
野营折叠帐篷群体风致干扰效应研究
颜卫亨, 王成江, 吴东红, 黄政
2016, 33(4): 166-175. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0795
摘要:
为研究野营折叠帐篷群体风致干扰效应,基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用FLUENT软件对野营折叠帐篷群体风致干扰效应数值模拟风场的阻塞率进行研究,通过与风洞试验数据的对比分析,确定其参数取值。依据野营折叠帐篷的安装和通行距离要求,确定了帐篷之间的横向间距和纵向间距。以风向角、帐篷的间距为变量参数,分别对单个帐篷、单列6行帐篷及双列6行帐篷共75种工况进行数值模拟研究,得出了出现放大效应和遮挡效应的条件。以最大干扰因子作为放大因子,在单个帐篷体型系数的基础上,提出了适用于野营折叠帐篷群体结构抗风设计的体型系数。分析表明:野营折叠帐篷群体风致干扰效应是不可忽略的,设计及使用时应引起足够的重视。
黏弹-塑性岩体中锚注与衬砌联合支护的解析解
王华宁, 曾广尚, 蒋明镜
2016, 33(4): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0789
摘要:
针对黏弹-塑性岩体中深埋圆形隧洞锚注、衬砌联合支护问题,导出开挖、锚注加固和衬砌支护阶段位移、应力的解析解。在开挖段,用随时间变化的半径函数模拟扩孔式断面开挖过程,并同时考虑纵向开挖的空间效应,给出黏弹区和塑性区应力、位移及塑性区半径随时间变化的解答。某时刻施加锚注支护后,将锚注岩体等效为弹塑性材料,用圆柱型正交各向异性体现锚杆对径向刚度加强,用强度指标的增强体现锚注的加固作用,分别对锚注区完全弹性和部分达到塑性的情况导出了锚注和衬砌支护阶段应力、位移的解答,并给出判断再次出现塑性的条件和塑性区半径的表达式。根据解答,分析了不同位置应力和位移随时间变化情况;不同加固程度、锚注时刻对洞口应力、位移的影响。该文的解答可用于相似条件下隧洞初步设计。
型钢混凝土梁梁连接节点疲劳强度分析
咸庆军, 童乐为
2016, 33(4): 188-194,204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0794
摘要:
基于疲劳试验进一步分析了H型钢混凝土(SRC)梁梁连接节点的疲劳破坏模式和机理,探讨了表征这种组合节点疲劳强度的参数,对其疲劳强度进行了评估。研究表明:SRC梁梁节点疲劳破坏发生在连接到主梁的次梁截面上,次梁H型钢受拉翼缘的疲劳断裂是这种组合节点疲劳破坏的关键特征;提出了采用次梁H型钢受拉翼缘应力幅和国内外钢结构疲劳设计规范相关的S-N曲线的计算方法来进行对SRC梁梁节点的疲劳强度评估,该方法简单实用且偏于安全。
高温下张弦梁结构力学特征解析解
范栋浩, 杜咏, 盛红梅
2016, 33(4): 195-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0797
摘要:
在实腹钢梁或钢桁架下部张拉预应力高强钢索形成预应力张弦梁结构,然而钢索的预应力对温度变化敏感,因此火灾是危及张弦梁结构安全性的重要灾害,求解高温下结构的力学特征解析解是进一步研究其火灾安全性能的理论基础。考虑高温下钢材材性的衰减、非线性热应变以及几何形变的耦合,建立张弦梁结构高温下梁单元与索单元建立基本平衡微分方程,分别推导出在均布荷载作用下张弦梁结构在均匀温度场及非均匀温度场中,结构跨中挠度、预应力索水平张力和撑杆轴力的解析解;并且基于张弦梁结构力学特征解析解,对比分析了张弦梁结构热力耦合数值分析模型的可靠性,可为后继设计张弦梁受火试验方案及研究其受火破坏机理提供参考。
聚脲包覆混凝土的压缩和吸能特性研究
张青艳, 靳晓庆, 郑宇轩, 周风华
2016, 33(4): 205-209,224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.12.1023
摘要:
混凝土结构在受到远超其极限强度的准静态或者冲击载荷作用时,常常发生粉碎性的破坏,导致结构坍塌。采用高弹性材料包覆混凝土有可能减缓结构的灾难性坍塌。该文研究了聚脲涂层包覆的圆柱形混凝土试件在准静态和动态落锤压缩下的破坏过程和吸能特性。实验结果表明混凝土试样的抗压强度存在明显的应变率硬化效应,观察到聚脲包覆混凝土和无聚脲包覆混凝土破坏后期残余承压特性的明显差异。分析了有无聚脲包覆混凝土的破坏形态,结果表明聚脲包覆混凝土的压缩吸能效果远远优于无包覆混凝土,有可能承压吸能构件应用于工程实际。
CRTSII型无砟轨道温度翘曲变形及其对车线动力响应的影响
杨静静, 张楠, 高芒芒, 孙加林
2016, 33(4): 210-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.01.0080
摘要:
以孝感北站附近综合工区内的轨道板为研究对象,对露天环境下的轨道板进行两天的温度测量。采用节点温度荷载的加载方式对轨道板温度场进行模拟,分析轨道板整体温度升降和温度梯度共同作用下轨道板的温度变形。轨道板的翘曲引起钢轨的垂向变形,将其作为附加轨道不平顺分析车线系统的动力性能,并以此为基础计算高速列车通过轨道板翘曲区段时的行车安全性问题。研究表明,CRTSII型板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形分析主要考虑两个因素:温度梯度值大小;轨道板面温度与初温。温度梯度值越大,翘曲变形的最大竖向位移越大;相同温度梯度时,轨道板面温度越接近初温,翘曲变形的最大竖向位移越小。在温度荷载影响路段,各项动力指标较正常路段都有所增大,钢轨和轨道板的垂向振动加速度的增大尤为显著,行车安全性指标劣化。
机械工程学科
基于超高周疲劳多元化失效模式的概率S-N曲线模型构建方法
孙振铎, 李伟, 张震宇, 邓海龙, 张晓航
2016, 33(4): 218-224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0705
摘要:
对渗碳CrMn钢开展了超高周疲劳试验,通过观察断口发现其失效模式分为表面裂纹诱发失效、内部夹杂导致的高周疲劳(5×104<N<107)失效以及超高周疲劳(N>107)失效三种。该文假设每一种失效模式的S-N曲线均相互独立,并基于混合Weibull分布以及Basquin和三参数S-N曲线模型,分别构建出了渗碳CrMn钢三种失效模式各自的概率S-N曲线及综合反映渗碳CrMn钢多元化失效模式的概率S-N曲线。与试验数据相比,99%存活概率的P-S-N曲线在超长寿命区给出了较为安全的寿命预测。
连接件松动的非同步振动响应特征分析与验证
王海飞, 陈果
2016, 33(4): 225-232. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0729
摘要:
针对普遍存在的航空发动机连接件松动故障现象,建立了单自由度集总质量模型,引入松动故障模型,利用数值积分方法求得系统响应,分析了非同步响应特征;利用对含松动间隙的连接件进行松动实验,发现了其加速度响应经过自相关降噪后,时域波形表现为明显的冲击特征,波形上下不对称,呈现"截头状"波形;频谱上表现为伪临界亚谐共振以及伪临界超谐共振;此特征与仿真结果一致,可以作为判定松动故障的典型特征。通过仿真发现,导致连接件出现该松动特征的原因在于:1)松动故障引起的刚度的变化;2)当刚度变化的周期等于振动周期时,将产生倍频现象,在特定频率下,将激发系统的临界频率;当刚度变化的周期等于n倍振动周期时,则将产生1/n分频及其倍频,在特定频率下,将激发系统的临界频率。
其他工程学科
带窄缝多箱体系统波浪荷载特性分析
苏晓杰, 宁德志, 滕斌, 张旭
2016, 33(4): 233-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0721
摘要:
针对波浪与带有窄缝多固定直角箱体结构作用产生的流体共振问题,建立了非线性波浪荷载分析二维时域模型。该模型采用域内源造波技术产生入射波浪,自由水面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,窄缝内自由水面引入人工阻尼来等效由于涡旋运动和流动分离引起的粘性耗散,建立边界积分方程并采用高阶边界元离散求解物面上速度势等未知量,进而利用加速度势的方法来求得速度势时间导数,并基于伯努利方程积分得到作用结构上的瞬时波浪荷载。通过模拟带两窄缝的三箱体所受水平力与垂向力,并与已发表结果对比验证了模型的准确性。同时通过大量的数值计算,分析了箱体数量对各箱体所受波浪荷载大小及变化规律的影响。
基于iDDES的双三角翼大迎角非定常涡破裂特征分析
刘健, 蒋永, 吴金华
2016, 33(4): 241-249,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0739
摘要:
采用基于两方程k-ω-SST模型的iDDES方法对80°/65°双三角翼涡破裂流动进行了数值模拟,获得了迎角α=30°~40°范围内,涡破裂在双三角翼主翼面上方发生时的气动力、表面压力、空间涡结构、湍动能等流动信息,在与风洞实验充分比对的基础上,详细分析了涡破裂发生时的涡破裂形态,表面压力均方根值分布,非定常气动力、表面压力脉动等流动特征,对涡破裂与气动力频谱、表面压力/压力脉动、空间速度、湍动能分布之间的相互关系进行了阐述,并分析了以这些流动信息为判据得到的涡破裂位置之间的相关性。
钛合金高温疲劳性能的试验研究
陶佳跃, 周亚东, 张培伟, 费庆国
2016, 33(4): 250-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0766
摘要:
开展了钛合金材料高温疲劳试验研究。试验共设计3种工况,即:200℃,0.5kN-22.5kN-0.5kN力加载循环;300℃,0.5kN-22.5kN-0.5kN力加载循环;200℃,0.5kN-30kN-0.5kN力加载循环,每种工况下分配试样数为5个~7个。引入"肖维奈准则"对试验数据进行了筛选,通过寿命分布模型的检验,得到其有效数据点遵循正态分布模型的结论。根据试验数据分析了母体在三种工况下的中值疲劳寿命以及存活率为99.9%的疲劳安全寿命估计量,为相应工程提供基础数据。