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2019年  第36卷  第10期

综 述
大型水平轴风力机新型叶片结构设计思想和研究进展
杨阳, 曾攀, 雷丽萍
2019, 36(10): 1-7. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST04
摘要:
该文首先阐释了在风力机大型化发展过程中叶片结构设计的主要问题在于大型叶片对综合结构性能的高要求与轻量化、气动性能之间的矛盾,传统悬臂梁结构叶片的承载特性限制了叶片进一步大型化发展的空间,新型叶片结构的设计开发是解决这一问题的有效手段。新型叶片结构的设计思想按其着眼点主要包括仿生柔性设计思想、分段设计思想和局部附加结构的设计思想等。在此基础上,该文综述了近年来新型叶片结构的研究进展,为大型叶片结构设计提供了参考。
惯容减震(振)系统及其研究进展
张瑞甫, 曹嫣如, 潘超
2019, 36(10): 8-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0496
摘要:
惯容是一种两端点加速度相关型新型结构控制元件。惯容减震(振)系统是包含惯容元件的结构振动控制系统。该文整理并总结了国内外学者在惯容及惯容减震(振)系统方面取得的大量研究成果,从惯容的实现机理、惯容减震(振)系统性能、惯容减震(振)结构体系的分析设计三个方面介绍、论述惯容的原理及其在减震(振)控制领域的发展历程与研究现状。相比于传统减震(振)系统,惯容减震(振)系统具有如下优势:能够实现惯性的灵活调整和频率的调节、改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量、提高惯容系统中消能器的耗能效率。该文旨在梳理惯容减震(振)系统的发展脉络与现状,为惯容减震(振)系统在结构振动控制中的应用提供理论依据和设计参考,以推进惯容减震(振)系统理论与实践的持续发展。
基本方法
基于GPU并行的锥体导管架平台结构冰激振动DEM-FEM耦合分析
王帅霖, 刘社文, 季顺迎
2019, 36(10): 28-39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0560
摘要:
该文为分析海冰与锥体海洋平台的相互作用,采用离散元(DEM)-有限元(FEM)耦合方法建立冰激海洋平台结构的耦合模型。通过具有粘结-破碎性能的球体离散单元对海冰的漂移及破碎现象进行计算,海洋平台锥体部分采用平板型壳单元构造,其整体构架及锥体内部的加劲肋采用梁单元构造,即建立壳单元与梁单元组合的锥体海洋平台有限元模型。为提高DEM-FEM耦合算法的计算规模和效率,发展了离散单元与平板型壳单元接触算法及GPU并行环境下参数传递算法。基于此耦合模型分别讨论了平台结构的冰载荷、冰激振动以及锥体应力分布,并与相关实测数据进行对比,为寒区锥体海洋平台的结构设计提供有益的参考。
土木工程学科
典型框架-核心筒单重与双重抗侧力体系的抗震性能与剪力分担研究
谢昭波, 解琳琳, 林元庆, 陆新征
2019, 36(10): 40-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0635
摘要:
在中国规范体系下,框架-核心筒结构应设计为双重抗侧力体系,其对二道防线的设计有明确的规定,即框架-核心筒体系的框架部分必须具有足够的抗侧刚度和承载力。国外的一些规范(如美国规范ASCE7等)则允许单重抗侧力体系,即水平荷载由剪力墙承担,框架部分只承担竖向荷载。因此,为了比较单重与双重抗侧力体系的抗震性能,该文首先根据中国规范设计一典型框架-核心筒双重抗侧力体系模型,然后在保持结构重力荷载代表值相等(混凝土用量基本不变)的前提下,基于以下调整原则设计了框架-核心筒单重抗侧力体系模型:1)在双重结构体系的基础上取消结构二道防线,即取消结构框架部分的楼层剪力调整;2)为了减小框架构件截面尺寸,该研究取消了框架构件抗震等级的要求,使筒体承受大部分的水平地震作用,而框架只承担结构的竖向荷载。该文对比分析了两种结构体系在多遇和罕遇地震作用下的响应特征和构件损伤情况,进而讨论两种体系的倒塌机理以及抗倒塌性能。最后讨论单重与双重体系在不同地震水准下,框架所承担剪力和剪力分担比的变化情况以及对应关键构件的破坏情况。研究表明:在地震作用下,双重抗侧力体系结构的响应略大于单重抗侧力体系,两者的抗倒塌能力相当。然而,单重体系的用钢量比双重体系少。
基于乘法定理和AL模型的风速风向联合概率分布的研究及应用
郑晓伟, 李宏男, 李超, 刘杨, 张皓
2019, 36(10): 50-57,85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0390
摘要:
该文开展了风速风向联合概率分布的研究,以大理地区1971年~2017年47年间的风速日值数据资料为例,选用乘法定理和AL模型两种方法建立该地区风速风向联合概率分布。首先,对各风向以及全风向风速数据的最优概率分布进行研究;其次,分别基于谐波函数和混合von Mises分布对风向的概率密度进行拟合,并进一步基于乘法定理和Angular-Linear (AL)模型推导得出了风速风向联合概率密度函数;最后,对大理地区50年重现期内的极值风速进行预测。研究结果表明:Gumbel分布能更好地描述大理地区的风速分布规律,通过AL模型获得的风速风向联合概率密度函数明显优于基于乘法定理得到的联合概率密度函数;而忽略风向的影响将明显高估大理地区的极值风速。
地震作用下深厚土层-结构相互作用的高效分析方法
赵密, 高志懂, 杜修力, 王君杰
2019, 36(10): 58-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0245
摘要:
基于黏弹性边界和将场地反应转化为等效地震荷载的有限元直接法是目前进行地震作用下土-结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。当土层厚度较深时,整个深厚土层-结构系统的有限元模型自由度数目较多,尤其对于三维问题,计算效率低。该文提出一种高效分析方法,即一维场地反应分析仍然针对整个深厚土层,在后续的土-结构相互作用分析中将土-结构计算模型的底面人工边界从深厚土层底面(基岩面)向上移动到接近结构的位置,通过缩减土-结构相互作用模型尺寸来提高计算效率。采用理论分析与数值算例,通过与采用整个深厚土层的传统土-结构相互作用分析结果对比,说明提出的高效分析方法能够满足精度要求,并且给出底面人工边界位置以及边界条件和地震动输入方式的建议。
基于GMPSO的有限元模型修正方法验证
夏志远, 李爱群, 李建慧, 陈鑫
2019, 36(10): 66-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0506
摘要:
为提高有限元模型修正方法效率,保证修正精度,提出基于高斯白噪声扰动的粒子群优化(GMPSO)有限元模型修正方法。介绍标准粒子群优化(PSO)方法和改进后的GMPSO方法,基于测试函数比对两种方法的全局寻优能力和寻优效率;提出高效的基于GMPSO有限元模型修正方法,阐述方法流程并明确各参数与实际物理量的对应关系;基于GMPSO有限元模型修正方法对高维有损伤简支梁模型(变量维度为10)实施修正,并与基于遗传算法(GA)的模型修正结果进行比对;基于GMPSO有限元模型修正方法对某在役桥梁结构实施修正(变量维度为13),验证所提方法可行性。结果表明:经局部改进的GMPSO方法较原PSO方法的优化能力显著提升;高维损伤简支梁模型修正结果显示,基于GMPSO模型修正方法可获得较好的修正结果,修正效率较基于GA的模型修正方法有显著提升;在役桥梁结构有限元模型修正结果显示,基于GMPSO模型修正方法可有效降低主梁计算频率和试验频率的误差,所提方法可适用于较工程复杂结构模型修正问题。
酸雨环境下锈蚀RC剪力墙恢复力模型研究
郑山锁, 郑跃, 董立国, 江梦帆, 张晓辉, 可亮
2019, 36(10): 75-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0416
摘要:
出于酸雨环境下锈蚀RC剪力墙结构抗震性能评估的需要,该文提出了酸雨环境下RC剪力墙宏观恢复力模型,通过对6榀锈蚀RC剪力墙拟静力试验结果进行回归分析,得到了考虑轴压比与钢筋锈蚀率影响的锈蚀RC剪力墙骨架曲线特征点荷载与位移修正系数计算公式,以循环退化速率来表征构件强度和刚度的退化,确定了基于循环耗能的循环退化指数βi,并进一步建立了可考虑捏缩效应、屈服强度退化、峰值强度退化、卸载刚度退化及再加载刚度退化的锈蚀RC剪力墙滞回模型。与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线、滞回曲线以及试件破坏时的累积耗能均与试验结果吻合较好,表明所建立的锈蚀RC剪力墙宏观恢复力模型能较为准确的反应酸雨环境下RC剪力墙结构的力学性能及抗震性能,可为该类结构的抗震性能评估提供理论参考。
跨地裂缝带支撑RC框架结构振动台试验研究
熊仲明, 陈轩, 王赟, 熊威扬, 张朝
2019, 36(10): 86-95. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0483
摘要:
研究跨地裂缝结构在地震作用下的灾害控制措施,以一个跨越西安f4地裂缝的5层RC框架结构为研究对象,通过对非一致性地震激励下跨地裂缝无支撑结构和不同布置形式的带支撑结构进行数值分析对比,找出了跨地裂缝结构的薄弱位置,确定了合理的支撑布置方案,并以此为依据设计并完成了一个缩尺比为1:15的跨地裂缝带支撑结构振动台试验,分析了不同工况下跨地裂缝带支撑结构的抗震性能,得到了该结构在不同地震激励下的破坏形态、动力特性和动力响应规律。研究结果表明:地裂缝的存在增大了跨地裂缝结构的动力响应,且上盘对结构的影响大于下盘;该支撑布置提高了跨地裂缝结构的抗侧刚度,减小了结构在地裂缝和地震共同作用下的动力反应;同时,支撑在结构破坏前发生屈服,其屈服变形不仅耗散了地震能量,降低了结构损伤,而且实现了多道抗震设防,使跨地裂缝结构得到了有效保护。该研究成果为跨越地裂缝结构灾害控制提供了科学依据。
不同粗糙度岩石-混凝土界面断裂特性研究
荣华, 王玉珏, 赵馨怡, 佘吉
2019, 36(10): 96-103,163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0485
摘要:
界面粗糙度对岩石-混凝土界面断裂特性有重要影响。为研究不同粗糙度岩石-混凝土界面断裂特性,对岩石表面进行刻槽处理获得六种界面粗糙度,采用三点弯曲梁岩石-混凝土复合试件测量界面的断裂参数。运用数值方法计算了界面的起裂断裂韧度K1ini,并通过P-δ曲线计算界面的断裂能Gf。试验结果表明,所有试件都沿着界面发生破坏,说明岩石-混凝土界面相对于两侧材料属于薄弱面;采用界面刻槽的方式能够获得较大范围的粗糙度数值,当界面粗糙度Ra从0.676 mm增大到2.028 mm时,岩石-混凝土界面起裂断裂韧度KK1ini从0.362 MPa·m1/2增加到0.515 MPa·m1/2,提高了42.3%;界面断裂能Gf从17.928 N/m增加到47.802 N/m,提高了166.7%;同时,K1ini随着粗糙度的提高一直增大,而Gf随着粗糙度的提高先增大后趋于平缓。
唐代殿堂型木构架柱架摇摆抗侧机理研究
王娟, 崔志涵, 杨庆山, 杨娜
2019, 36(10): 104-114. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0494
摘要:
唐代殿堂型木结构建筑是我国古建筑遗存中弥足珍贵的文物,其建造年代久远,数量稀少,结构形制特殊且极富时代特征,具有极其重要的历史文化与科学研究价值。其木构架由三个水平结构层——柱网层、铺作层和屋架层自下而上通过榫卯连接叠垒而成。为深入研究此类型木构架的抗侧性能,建立了某唐代殿堂型木结构一榀构架的精细化有限元足尺实体模型,并进行了水平低周反复加载模拟,系统研究了木构架的变形特点、破坏形态、滞回特性、抗侧刚度及耗能特征。结果表明在水平往复荷载作用下,殿堂型木构架的主要变形特征为柱脚无滑移偏转抬升,柱架摇摆并带动整体结构协同抬升摆动,铺作层如同刚体抬升平移,剪切变形不明显;主要破坏形式为栌斗全截面压溃和柱脚边缘压屈;构架滞回曲线呈"S"形,具有显著捏拢效应,两端较为饱满。木构架初始抗侧刚度较大,屈服后刚度退化显著,主要通过柱脚节点和柱头-栌斗节点的塑性变形、构件接触面的摩擦滑移、结构整体转动抬升摆动耗能,具有较好的抗震性能。
基于DIC方法的混凝土允许损伤尺度试验研究
卿龙邦, 曹国瑞, 管俊峰
2019, 36(10): 115-121. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0500
摘要:
基于数字图像相关(DIC)技术研究了混凝土损伤尺度的测试方法。开展三点弯曲梁断裂试验,获得了裂缝扩展过程中任意荷载时刻的损伤尺度,研究了"允许损伤尺度"随试件尺寸及骨料最大粒径的影响。采用理论方法对允许损伤尺度进行了计算。结果表明:DIC方法获得的荷载-裂缝口张开位移与采用夹式引伸仪测量结果较吻合,理论与试验所得允许损伤尺度结果对比较好,验证了该文方法的可靠性。此外,允许损伤尺度随试件尺寸增大而逐渐增大,但增幅变缓,随骨料最大粒径的增大而逐渐减小。
变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点破坏机理和承载力研究
倪威康, 王万祯, 贾真, 吴晓聪
2019, 36(10): 122-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0509
摘要:
对变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点进行了低周往复循环加载试验,考察了隔板折线加强构造对节点破坏模式、承载力、塑性转角和延性等抗震性能的影响。采用盲孔法对节点区关键部位进行了焊接残余应力测试,获得了节点区焊接残余应力分布。对节点试验试件进行了基于考虑焊接残余应力的结构钢椭球面断裂模型及耦联的椭球面屈服模型和轻骨料混凝土二次函数型破坏面模型的数值模拟和破坏机理分析,获得了节点区断裂与屈服演化规律和节点域内轻骨料混凝土的受力状态。根据节点试验和数值分析结果,提出了变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点的抗弯、抗剪承载力计算式。
考虑位置函数的木材表面嵌筋粘结滑移本构关系
阿斯哈, 周长东, 邱意坤, 梁立灿, 张泳
2019, 36(10): 134-143. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0546
摘要:
木材表面嵌筋加固是提升木结构构件力学性能的有效加固方法,木材与筋材之间良好的协同工作性能是保证其加固效果的基础,内嵌筋材与木材的粘结滑移本构关系是理论计算与有限元分析的重要依据。该文基于6组18个原木木材表面内嵌钢筋试件的拔出试验结果,首先分析计算试验中量测得到的钢筋应变以及钢筋相对于试件端部的滑移值,得到了局部粘结应力和相对滑移量沿锚固长度的分布曲线,由其分布规律可知局部粘结应力呈双峰状分布,相对滑移量分布与锚固长度相关;进而分析了不同位置处的粘结滑移曲线以及同一滑移值下的粘结应力分布曲线,可知不同应变测点处的粘结滑移曲线分布规律不同;之后采用归一化的方法给出了描述粘结滑移关系的位置函数,并讨论了钢筋直径以及锚固长度对位置函数分布的影响;最后建立了考虑位置函数的木材表面嵌筋粘结滑移本构关系。
损伤可控的含减震外挂墙板RC框架结构抗震性能分析
蒋庆, 王瀚钦, 冯玉龙, 种迅
2019, 36(10): 144-151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0549
摘要:
预制混凝土外挂墙板作为一种高性能外围护构件在装配式建筑中得到广泛应用。为利用外挂墙板与主体结构之间的相对变形,提出在外挂墙板上部和下部分别采用钢筋线连接和U型耗能器(USD)的连接方式,形成含减震外挂墙板RC框架(F-USD)结构;进一步,在结构中加入摇摆墙,形成损伤可控的F-USD结构(F-USDRW)。基于校准的数值模型,进行了动力时程分析,对比了外挂墙板RC框架、F-USD和F-USDRW罕遇地震下USD耗能和结构响应。结果表明:提出的含USD外挂墙板可以实现减震目标;在F-USD中,各层USD耗能分布不均匀,某些楼层USD甚至不屈服;在F-USDRW中,摇摆墙可以有效地控制结构层间剪力和位移分布,各层USD均能够进入塑性阶段,提高了耗能的效率和能力,更有效地降低了结构位移响应和残余变形。
碎石桩加固可液化场地数值模拟与分析
邹佑学, 王睿, 张建民
2019, 36(10): 152-163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0559
摘要:
采用砂土液化大变形模型模拟饱和砂土及等效非线性增量模型模拟碎石桩,对碎石桩加固约19 m厚饱和砂土场地的动力离心模型试验进行数值模拟,在加固区与非加固区不同部位的加速度和超静孔隙水压响应时程与试验数据符合较好。在试验验证的基础上,对不同震动强度下碎石桩的排水与加密效应对加固可液化场地的动力响应影响进行了模拟研究,包括:超静孔压累积与消散,土体液化变形的发展,及加固区内部与外部响应差异等。结果表明:碎石桩加固可明显改善土体抗液化能力,在所分析的0.2 g震动强度工况,碎石桩加固区除桩间土浅层1 m~2 m少量部位外未出现土体液化,基本达到加固消除液化的目的。碎石桩抗液化的有效影响范围约为2.5倍~3倍桩径,在浅层小而随深度增加;外围桩发挥着加固区排水屏障和非加固区排水通道的作用;碎石桩加固加密土体时,会提高土体的剪应力比峰值。
基于敏感性分析的结构抗倒塌能力提升方法研究
朱南海, 贺小玲
2019, 36(10): 164-171,222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0566
摘要:
为提高荷载作用下结构抵抗倒塌破坏的能力,该文基于构件应变能对材料弹性模量的敏感性及构件失效后对结构应变能的影响,提出了静载下的构件易损性及其冗余度评价指标,以衡量构件受损破坏的容易性及其失效后对结构整体性能的影响。在此基础上通过加强冗余低、易损性高的构件,同时对冗余度高、易损性低的构件进行适当削弱,充分发挥各构件在结构中的作用,使构件的破坏顺序发生转变。结果表明,构件的易损性、冗余度系数值的大小能够反映构件发生破坏的容易性及其失效对结构整体性能的影响。根据构件的冗余度、易损性分布,通过调整构件的截面面积,可以实现结构"低易损-高冗余"非重要构件的破坏先于"高易损-低冗余"结构关键构件,从而改变荷载作用下的结构破坏路径,有效提升了结构的极限承载能力和抗连续倒塌的能力。
轴压荷载下钢管钢筋混凝土损伤状态超声检测研究
陈猛, 贾益铭, 陈耕野, 迟东, 王宇涵
2019, 36(10): 172-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0576
摘要:
在轴压荷载下分别对素混凝土、钢筋混凝土、钢管混凝土和钢管钢筋混凝土的损伤状态进行超声检测,得到不同荷载下超声通过柱的中截面的波形图,定义波形图均方根振幅和均方根振幅比,并分析混凝土裂隙的变化过程。通过对波形图进行快速傅里叶变换得到频谱图,基于固体介质裂化吸收高频声波能量,使超声主频向低频移动的原理,应用频谱图的第一主频及其幅值变化分析钢管内混凝土和钢筋混凝土的损伤演变过程。结果表明:声波波形均方根振幅、均方根振幅比和第一主频及其幅值可以有效反映钢管内混凝土和钢筋混凝土的裂隙变化情况。轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤呈五段式变化,分别为核心混凝土裂缝产生并发展、混凝土在钢管约束作用下逐步密实、混凝土裂缝迅速扩展、钢管套箍作用加强段和钢管屈曲后构件丧失承载力。通过钢管外壁的应变分析,表明钢管对核心混凝土的约束作用阶段与超声检测判定的混凝土损伤演化过程一致。超声波技术可以准确检测轴压荷载作用下钢管内钢筋混凝土的损伤状态并确定钢管对混凝土套箍作用的发挥阶段。
轴压作用下CFRP加固圆钢管混凝土短柱的承载力分析
欧佳灵, 邵永波
2019, 36(10): 180-188. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0577
摘要:
对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固圆钢管混凝土(C-CFST)短柱的轴向承载力进行了理论研究。基于连续介质力学,考虑钢管与混凝土处于三向应力状态,CFRP处于环向受拉的应力状态,建立了CFRP-圆钢管混凝土(C-CFRP-CFST)短柱的理论分析模型。通过理论推导,得到了轴压作用下C-CFRP-CFST短柱的屈服承载力及极限承载力的理论计算公式,并将理论解与已有试验值做比对,证明了理论公式预测的精度。最后采用提出的理论公式对C-CFRP-CFST短柱的轴向承载性能进行了参数分析。研究表明:提高钢管屈服强度及混凝土立方抗压强度或减小钢管径厚比Ds/ts,都会提高C-CFRP-CFST短柱的极限承载力及屈服承载力;增加CFRP层数和CFRP环向抗拉强度也会提高极限承载力,但CFRP层数对屈服承载力影响较小,CFRP的抗拉强度对屈服承载力没有影响。
压弯剪作用下钢筋混凝土柱荷载-变形分析
仇建磊, 贡金鑫
2019, 36(10): 189-201. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0584
摘要:
为研究不同破坏模式下钢筋混凝土柱的受力机理及性能,该文提出能够考虑压弯剪相互作用的钢筋混凝土柱荷载-变形分析模型。以修正压力场理论及传统纤维截面分析法为基础,将柱受力过程分为弯曲控制及剪切控制两个阶段,分别对控制截面受拉区和受压区进行分析,同时考虑了纵筋受压屈曲及P-Δ效应的影响,进而得到柱水平受剪承载力及其变形。最后,为验证模型的有效性,对所收集的拟静力试验柱进行了模拟。结果表明,压弯剪作用下钢筋混凝柱会表现出弯曲、弯剪及剪切三种不同的破坏模式,其荷载-变形性能差异较大,采用该文所提模型所得计算曲线与试验结果吻合较好,该模型能够被用于钢筋混凝土柱抗震性能分析。
土-钢共同作用下大跨度波纹钢板管廊结构局部屈曲分析
陈天黎, 苏明周, 王会萌
2019, 36(10): 202-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0600
摘要:
对于采用深波和大波波形的大跨度波纹钢板综合管廊,其截面平直段在结构整体达到极限承载力之前可能发生局部屈曲。采用Rayleigh-Ritz法对大跨度综合管廊结构中波纹钢板平直段的局部屈曲进行分析。将波纹段考虑为平直段的弹性约束,土体作用考虑为只能承受压力的弹性基底,根据环压理论,得到了钢板平直段在环向均布压力作用下屈曲半波数分别为偶数和奇数时的屈曲荷载理论解。讨论了转动弹簧约束系数对临界屈曲系数的影响,得出非加载边波纹段对平直段的约束作用可视为简支或固支的转动约束系数值;得到了土体弹簧刚度与屈曲荷载间呈线性关系;讨论了板件纵横比与临界屈曲系数间的关系,得到了临界屈曲系数趋于定值时相应的板件纵横比,给出了简化公式。通过有限元值、简化公式值与理论值的对比,证实了简化公式的适用性。最后,根据屈服准则和等稳准则,提出相应的防止大跨径波纹钢板局部屈曲的宽厚比限值的计算公式,可为实际工程提供参考。
基于贝叶斯功率谱变量分离方法的实桥模态参数识别
秦超, 颜王吉, 孙倩, 任伟新
2019, 36(10): 212-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0604
摘要:
工程结构参数识别不可避免地受到测试噪声和模型不确定性的影响,因此在模态参数识别过程中引入贝叶斯方法进行不确定性量化,具有较为重要的意义。通过对自功率谱和互功率谱的统计特性进行分析表明,功率谱迹(自功率谱之和)的概率密度函数与振型无关,因此可以实现振型参数与其它参数(频率、阻尼比、模态激励和预测误差等)的分离。以此变量分离原理为依据,可以实现"两阶段贝叶斯参数识别方法"进行模态参数的快速识别。该文基于西宁北川河钢管混凝土拱桥环境激励振动测试数据,对该方法的有效性和准确性进行了验证,通过功率谱迹驱动的贝叶斯方法识别出了频率、阻尼比、模态激励和预测误差等参数的最优值和不确定性,然后基于功率谱矩阵驱动的贝叶斯方法识别出了振型的最优值和不确定性,并将该文方法识别的结果与不同方法进行了对比。实桥模态分析表明,该方法解决了传统贝叶斯功率谱方法进行模态参数不确定性量化存在计算耗时及矩阵病态等问题,且能够有效地量化大型土木工程结构模态参数识别的不确定性。最后,该文对频带宽度进行了分析,揭示了该文方法识别的预测误差受频带影响较为明显。
机械工程学科
仿生翼型对半主动扑翼捕能性能的影响
朱建阳, 张加诚, 王钊
2019, 36(10): 223-228,237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0555
摘要:
为了分析仿生翼型对半主动扑翼捕能性能的影响,该文在Fluent流体求解器的基础上,通过二次开发,编制了一套可有效求解流体流动、扑翼主动转动和被动往复扑动的计算程序。在此基础上,研究仿蜻蜓翼型、仿海鸥翼型、NACA0012和NACA0015四种翼型的捕能性能,结果表明采用仿生翼型的扑翼具有更好的捕能性能。进一步通过对不同外形扑翼的流场分析发现,采用仿生翼型可使扑翼在被动往复扑动过程中产生更强的涡流,并且在俯仰运动过程中可延缓涡流从扑翼表面脱落,从而使扑翼具有较好的捕能性能。
高寒动车组车轮磨耗演变特性及其影响分析
谢清林, 陶功权, 王鹏, 李伟, 温泽峰
2019, 36(10): 229-237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0590
摘要:
对某线路上运行的高寒动车组车轮磨耗进行长期跟踪测试,得到车轮磨耗演变规律。将实测车轮踏面分别与CHN60轨和60 N轨匹配,分析车轮磨耗对轮轨接触几何关系和接触力学特性的影响。利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆动力学仿真模型,研究车轮磨耗过程中车辆动力学性能的演变规律。研究结果表明:车轮踏面磨耗随运行里程呈线性增加趋势,动车和拖车平均磨耗速率分别为0.0434 mm/万千米和0.0398 mm/万千米,且几乎没有轮缘磨耗。等效锥度随运行里程呈前期增长较快后期平缓的非线性特性,且与CHN60匹配时等效锥度明显高于与60 N轨匹配。实测轮轨匹配下的力学特性及动力学性能均略有下降,车辆与60 N轨匹配时体现出更好的服役性能。
其他工程学科
多向不规则波浪作用下群墩结构所受波浪力的实验研究
季新然, 邹丽, 柳淑学, 王道儒
2019, 36(10): 238-243. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0399
摘要:
实际海域中波浪是多向不规则的,波浪的方向分布宽度对作用在结构物上的波浪力具有显著的影响。为了研究方向分布对大尺度群墩结构所受波浪力的影响规律,该文通过物理模型实验模拟了多向不规则波浪与群墩结构的相互作用。通过对波浪荷载的时间过程线进行统计分析得到了作用在墩柱上的正向力、横向力。实验结果表明波浪的方向分布对群墩结构中墩柱所受横向力具有明显的影响。多向波浪作用时,墩柱所受横向力随着方向分布宽度的增大有显著的增大趋势,且后排墩柱受方向分布宽度的影响较前排墩柱更明显。
排式双翼布局低雷诺数气动特性计算研究
张庆, 叶正寅
2019, 36(10): 244-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0514
摘要:
作为一种新型的气动布局形式,排式布局对低雷诺数流动具有较高的气动效率,适用于柔性可充气飞行器,比如充气式飞机或是高空飞艇。但是,由于前、后翼之间强烈的气动干扰现象,目前对此类布局的气动特性认识还十分有限。为了充分理解这种布局的气动特点,在前期风洞试验的基础上,开展了数值模拟工作,详细地研究了低雷诺数情况下翼型厚度、表面波纹状外形及后翼偏转角度等几何因素对此类飞行器气动特性的影响规律。计算结果表明,在计算的迎角范围内,排式布局能通过前后翼之间的气动干扰延缓或抑制机翼后缘处的流动分离,从而提高整体气动效率,因此排式布局在未来很适合应用于小型无人机或是飞艇等可充气式飞行器构型上。