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2019年  第36卷  第11期

综述
纵向变厚度(LP)钢板轧制技术和受弯构件承载性能研究
王元清, 刘晓玲, 刘明, 班慧勇, 李靖年
2019, 36(11): 1-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST02
摘要:
纵向变厚度钢板(LP钢板)是一种新型节约型绿色钢板,可广泛运用于工业与民用建筑、桥梁船舶及其他特种结构当中,其研发和应用对促进结构优化设计,建筑节能减排有重要意义。该文介绍了国内纵向变厚度钢板特殊的轧制与矫直技术,综述了钢板材料力学性能以及翼缘纵向变厚度工形截面简支梁在弹性和弹塑性阶段变形和承载性能的理论、试验和数值分析研究结果,得出了材料性能随厚度变化的规律,提出了翼缘纵向变厚度工形截面简支梁的承载力设计值和正常使用极限状态下变形计算方法。
《结构理论史——探求平衡》概要
李国强, 吉唱
2019, 36(11): 13-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0665
摘要:
近几十年来,力学和结构的发展日新月异,而结构理论的历史研究也已经引起了大家的广泛关注。作为科学史的一个分支,结构理论史提供了理解结构发展的一条捷径,在这一领域的代表性作品《结构理论史——从拱分析到计算力学》于2002年以德文出版。2008年,这本书的英文版出版,历经10年时间,于2018年再次以英文出版,并更名为《结构理论史——探求平衡》(The History of the Theory of Structures:Searching for Equilibrium)。该书以历史逻辑性(historico-logical)的视角介绍了结构理论的体系架构,按照时间顺序展示了自古希腊时期以来力学理论和工程实践错综复杂的发展历程,堪称结构理论发展的百科全书。笔者在拜读此书后撰写本文,进行简要的介绍,并重点介绍了结构理论发展史上的重要科学争论。
基本方法
基于同伦分析方法的随机结构静力响应求解
张衡, 王鑫, 陈辉, 黄斌
2019, 36(11): 27-33,61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0619
摘要:
该文提出了一种基于同伦分析方法的求解含随机参数结构的静力响应的新方法。该方法将随机静力平衡方程重新进行同伦构造,利用含随机变量和趋近函数的同伦级数展式来表示结构的随机静力位移响应,该同伦级数的各阶确定性系数和趋近函数可通过对一系列的变形方程求解得到。由于趋近函数的引入,该同伦级数解相较于传统的摄动法有更大的收敛范围,对于含较大变异性随机参数的结构也能获得不错的求解精度。同时,该文提出了一种降维策略来提高该方法的计算效率。数值算例表明,与目前广泛应用的广义正交多项式展开法(GPC)相比,从计算精度上看,该文方法的3阶展开与GPC 2阶展开相当,该文方法的6阶展开与GPC 4阶展开相当,而计算时间上前者均明显少于后者。此外,该文方法也可以方便地应用到随机结构的几何非线性分析当中,并具有较好的计算精度和计算效率。
有限质点法阻尼构造问题的研究
喻莹, 刘飞鸿, 王钦华, 罗尧治, 李洋
2019, 36(11): 34-40. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0694
摘要:
有限质点法(FPM)是一种向量式的结构计算新方法,它通过质点的运动描述结构的行为。该方法本身是一个求解结构动力学问题的显示积分方法,但是一直以来有限质点法对阻尼问题的考虑存在不足。该文首先将介绍有限质点法的基本原理和现有阻尼形式,然后将基于Rayleigh方法提出两种适用于有限质点法的阻尼构造方法。通过单层网壳多点激励下的动力数值分析以及框架振动台试验两个实例进行讨论,验证了提出的阻尼构造方法的正确性。结果表明该文工作能改善原有阻尼构造形式的不足,且具有较高的精度,并能完善有限质点法的动力计算理论。
土木工程学科
盾构管片UHPC加固技术及力学性能分析
陈仁朋, 鲁立, 张阳, 吴怀娜
2019, 36(11): 41-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0620
摘要:
针对盾构隧道运行期管片破损问题,提出了利用具有优异的力学性能和耐久性能的超高性能混凝土(UHPC)材料加固管片的方法。建立了UHPC加固通缝拼装管片的三维非线性有限元模型,讨论了加固前后管片力学特性和变形行为,揭示了UHPC加固的承载机理和破坏模式。在此基础上,探讨了不同厚度、配筋率的UHPC加固层对加固效果的影响。研究表明,UHPC加固盾构隧道不仅能有效控制管片变形,提高结构承载力,并且在满足抗裂性能的条件下,顶底相对位移继续发展的容许值可以达到厘米级。该文研究将为隧道管片加固提供新思路。
基于细观模拟的混凝土动态压缩强度尺寸效应研究
金浏, 余文轩, 杜修力, 张帅, 杨旺贤, 李冬
2019, 36(11): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0363
摘要:
在混凝土静态破坏尺寸效应方面开展的研究已经较为完善,而在动态破坏尺寸效应方面的研究还远没有形成一个统一的认知。混凝土尺寸效应根源于内部组成的非均质性,从细观角度出发,考虑材料非均质及细观组分的应变率效应,将混凝土看作由骨料、砂浆及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土动态破坏行为研究的细观数值分析方法,对不同应变率(1×10-5 s-1~2×102 s-1)及不同尺寸方形混凝土试件单轴压缩破坏行为进行模拟与分析。数值结果表明:混凝土动态与静态加载下压缩强度尺寸效应规律存在明显差异,在动态压缩强度尺寸效应规律中,存在一个临界应变率(约为1 s-1),即:低于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而减小,且尺寸效应逐渐被削弱;达到临界应变率时,混凝土动态压缩强度与尺寸无关,尺寸效应被完全抑制;高于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而增大,尺寸效应逐渐增强。最后对混凝土动态强度尺寸效应的产生机理进行了分析与讨论。
高延性混凝土偏心受压柱正截面受力性能试验研究
邓明科, 李睿喆, 张阳玺, 闵秀明
2019, 36(11): 62-71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0190
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)偏心受压柱的受力性能,进行了6个HDC试件和2个RC试件的偏心受压试验,研究HDC偏压柱的破坏形态、承载力及变形能力。试验结果表明:采用HDC替换混凝土可明显改善小偏心受压柱的脆性破坏,提高构件发生小偏心受压破坏的变形能力;相对于RC大偏心受压柱,HDC大偏心受压柱表现出较好的裂缝控制能力,破坏时受拉区裂缝均匀而细密;随着偏心距增大,HDC偏压构件的承载力降低,变形能力提高。正截面受力分析表明:HDC偏心受压构件的相对界限受压区高度均大于RC构件,更有利于高强钢筋的力学性能发挥;考虑HDC受拉作用的偏心受压构件正截面承载力计算结果与试验值吻合良好。该文研究结果可为HDC偏心受压构件截面设计提供试验依据和理论基础。
基于波浪-多孔介质海床-结构物耦合模型的单桩基础波浪力分析
陈林雅, 郑东生, 王盼娣, 祝兵
2019, 36(11): 72-82. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0455
摘要:
为了研究波浪作用下多孔介质海床特性和结构物埋深及施工下放速度等因素对结构物所受波浪力的影响,采用修正RANS方程和Forchheimer饱和阻力模型控制流体流动,流体体积法(VOF)追踪自由液面,并采用κ-ε闭合方程进行求解,建立波浪-多孔介质海床-结构物相互作用研究的三维耦合数值分析模型。首先,进行数值模型的验证分析,包含多孔介质海床对波浪传播的衰减效应,波浪作用下结构物周围湍流流动以及海床多孔特性条件下WAVE FORCES结构物所受波浪力。然后,进行结构物所受水平波浪力影响因素的参数分析,主要包含波浪条件,多孔介质海床特性及结构物特性三个方面。结果表明:将多孔介质海床简化为刚性不可渗固体而忽视海床多孔特性,会低估结构物所受的波浪力数值;大波高长周期波浪作用下,深水结构物所受波浪力较大;海床孔隙率、颗粒直径、海床厚度显著影响结构物所受波浪力;同时,结构物直径、截面形式、埋置深度及其施工下放速度v等结构物特性对波浪力的影响同样显著。因此,工程实践中,应同时考虑波浪条件、多孔海床特性和结构物埋置深度及动态运动过程,合理计算结构物所受波浪力数值,以指导结构设计和施工。
隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化
梁瑞军, 王浩, 郑文智, 沈惠军, 李爱群
2019, 36(11): 83-90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0518
摘要:
为了提升铅芯橡胶支座(LRB)在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。
斜入射下水下地基场地地震输入的一维化时域方法
张奎, 夏佩林, 李伟华, 赵成刚
2019, 36(11): 91-101. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0523
摘要:
地震波斜入射下水下地基场地地震动输入问题,是涉及水层、饱和多孔介质和基岩三种不同性质介质耦合的复杂问题,目前理论成果还很匮乏。该文在现有的成层饱和多孔介质平面波斜入射的一维化时域方法的基础上,建立了水下地基场地的一维化时域计算方法。该计算方法依据Snell定理,将地震波斜入射下水层波动的空间二维问题转化为简单的一维问题,通过考虑水层与饱和多孔介质层交界面、不同饱和多孔介质交界面以及基岩与饱和多孔介质层交界面的边界条件,将已有的成层饱和土的一维化有限元方程与水层的一维化有限元方程组装,采用单相弹性介质精确人工边界条件模拟基岩半空间的波动辐射和输入特征,形成了水下地基场地的整体有限元方程,借助于中心差分法和Newmark法相结合的时步积分法,推导了地震波斜入射下水下地基场地各节点动力响应时程的显式表达式。通过与傅里叶变换得到的理论解和现有的文献进行了对比,初步验证了该文时域算法的有效性和精度,为地震波斜入射下水下地基场地地震动输入提供了一种新型高效的研究方法。
含空洞缺陷的圆形硐室围岩应力弹性解析解
许德明, 王媛, 黄景琦, 李庆文, 王培涛, 董致宏
2019, 36(11): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0610
摘要:
基于复变函数理论,建立真实平面上含空洞缺陷硐室外域和复平面上单位圆外域之间的映射关系,得到了在远场应力作用下含空洞缺陷圆形硐室围岩弹性应力解析解,分析了围岩应力分布规律以及缺陷位置、缺陷凸出程度和场地应力比对孔口应力分布的影响。结果表明:硐室缺陷部位应力分布与无缺陷情况具有明显区别,在缺陷中部应力集中效应明显,但在硐室孔壁与缺陷相交部位应力明显较小,甚至会出现环向应力为拉应力的情况;较轻微的缺陷便可引起较大的应力集中现象,且随缺陷凸出程度的增加,缺陷中部应力集中现象明显加剧;随着缺陷凸出方向与最小主应力方向夹角的减小,缺陷中部的应力集中现象加剧;当缺陷凸出方向与最小主应力方向平行时,随围压应力比的减小缺陷处的应力集中程度增大,而两者处于垂直状态时,随围岩应力比的减小缺陷处的应力集中现象逐渐降低。因此,在实际工程应用中应充分考虑空洞缺陷所引起的应力集中现象的影响。
应力集中致空心板L型裂缝研究
彭卫兵, 史进, 张武毅, 张豪, 卢成原
2019, 36(11): 112-120. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0627
摘要:
由于中小跨径桥梁大多采用标准图纸进行设计,空心板上混凝土栏杆跨中分缝是标准图中常见的方案。然而,浙江台金高速杨司高架桥混凝土栏杆跨中分缝后,空心板边板跨中大规模出现单一L型裂缝,暗示栏杆分缝与空心板开裂密切相关。该研究经过现场调研,系统搜集整理了事故桥的图纸、施工、材料及现场开裂信息,通过基于ABAQUS建立弹性和混凝土塑性损伤的事故桥的有限元模型,分析了新型L型裂缝的产生机理。研究结果表明:1)当栏杆和空心板固结时,栏杆分缝将引起刚度突变,导致应力集中,诱发出现穿过传统中和轴的L型裂缝;2)随着跨中空心板上栏杆预留缝宽度的减小和深度的增大,边板跨中底部应力逐渐增加;3)无论是弹性模型还是塑性损伤模型,不合理的分缝引起应力集中的趋势一致。该文的研究发现将改变量大、面广的空心板栏杆分缝传统方案,提升空心板使用性能。
低成本PVA纤维对超高韧性水泥基复合材料力学性能的影响
阚黎黎, 章志, 张利, 刘卫东
2019, 36(11): 121-129,182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0628
摘要:
超高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)因其出色的高韧性及多缝开裂特性备受关注,然而一直以来因配比中进口PVA纤维的使用导致高昂的价格限制了其在工程中的大规模应用。为了进一步降低成本及实现原材料的本土化,研究低成本国产PVA纤维对ECC力学性能的影响十分必要。通过单轴拉伸、压缩、三点抗弯及单裂缝拉伸等宏观、细观试验研究两种国产低成本PVA-ECC的力学性能,并借助纤维分散性试验及SEM,探讨纤维的分散等微观特征。结果表明,低成本国产纤维在基体中具有良好的分散性,尽管其纤维桥接余能、最大桥接应力及PSH指数低于进口纤维,但均能满足能量与强度准则,即便相对较差的纤维A试件的3 d、7 d及28 d的极限拉伸应变也可达到2.52%、3.34%及3.08%,可实现良好的应力硬化行为及饱和多缝开裂特性,满足ECC的使用要求。
基于Bayesian-MCMC方法的深受弯构件受剪概率模型研究
刘喜, 吴涛, 刘毅斌
2019, 36(11): 130-138. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0629
摘要:
考虑主观、客观不确定性因素的影响,以深受弯构件受剪分析模型为研究对象,基于引入马尔科夫链-蒙特卡洛(MCMC)高效采样方法,通过R语言对深受弯构件概率模型参数进行MCMC随机模拟,给出参数的最优估计值及其对应的可信度,在先验模型基础上建立钢筋混凝土深受弯构件受剪承载力概率模型,完成模型前后的对比分析,并根据不同置信水平确定了深受弯构件受剪承载力的特征值。结果表明:基于MCMC方法得到的受剪承载力概率模型是在50000次迭代分析后产生的结果,能合理地解释影响参数的不确定性,可信度较高;后验概率模型计算结果与试验结果吻合良好,较先验模型更接近试验值,且离散性小。
强台风作用下近岸海域波浪-风暴潮耦合数值模拟
魏凯, 沈忠辉, 吴联活, 秦顺全
2019, 36(11): 139-146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0646
摘要:
强台风作用会在近岸海域形成狂风、巨浪、风暴潮等极端环境,严重威胁跨海桥梁等近海工程结构安全。该研究采用Holland模型风场叠加宫崎正卫移行风场和ERA-Interim风场模拟台风风场,探讨了不同的最大风速半径经验公式对风场的适用性,同时驱动SWAN+ADCIRC波流耦合模式,模拟了强台风"玛莉亚"下台湾海峡及近岸海域波浪-风暴潮的发展过程,并分析了近岸海域波浪、风暴潮的分布特点。为证明方法的可行性和准确性,采用风、浪实测资料对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明,叠加风场和TPXO潮汐模式共同驱动的SWAN+ADCIRC波流耦合模式,可以较好地模拟台风期间近岸海域波浪-风暴潮的生成与发展过程。
新型海上超大型钢-混凝土组合箱式浮体平台结构设计与分析
王晓强, 陶慕轩
2019, 36(11): 147-157. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0647
摘要:
钢-混凝土组合结构在大型海上人工岛的建设中具有重要的应用价值和发展潜力。该文针对传统钢结构和混凝土结构用于超大型海上浮式平台的不足,提出一种新型超大型钢-混凝土组合浮箱式平台结构,并总结了该类结构整体方案的设计流程。为实现设计流程中的水弹性力学分析,在开源水动力学程序包NEMOH的基础上基于Fortran语言开发了三维水弹性响应计算程序包THhydro,并采用日本学者Yago和Endo的试验结果验证了程序的准确性。通过水弹性响应分析与结构强度分析,对新型超大型钢-混凝土组合浮箱式平台进行了整体结构方案设计,并与传统钢结构方案设计结果进行了对比讨论。结果表明:组合结构应用于海上超大型浮式平台具有可行性;在吃水深度和应力控制水平相当的情况下,组合结构平台相比传统钢结构平台可显著降低结构用钢量;钢与混凝土之间的配比会显著影响结构用钢量和载重量等指标;波浪产生的结构效应占总效应的比例达20%~60%,可见可靠的水弹性力学分析对该类结构设计非常重要。最后,对组合结构应用于超大型海上浮式平台仍需进一步开展的研究工作进行了展望。
基于安全性分析的山区公路弯坡组合路段设计指标研究
岳雷, 王慧, 杜豫川, 姚红云
2019, 36(11): 158-167. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0652
摘要:
我国当前设计方法对于山区公路,尤其是弯坡组合路段安全性考虑不足。基于车辆在弯坡组合路段行驶的安全性分析,以事故临界状态为限制条件建立弯坡组合路段安全模型。基于安全模型计算讨论了大小代表车型下,弯坡组合路段最小半径、最大坡长等关键设计指标受车路参数的影响及变化规律,利用Carsim仿真软件对变化规律进行了一致性验证,验证了该安全模型的有效性。根据安全模型及仿真计算结果,弯坡组合路段最小半径值与设计车速、路段坡度成正比,与路段超高、横向附着系数值成反比;弯坡组合路段最大坡长值与道路滚动阻力系数、滑移率成正比,与设计车速、路段坡度,以及车型大小成反比,但总体受超高值影响较小。进一步计算分析了考虑车辆实际运行车速下的弯坡组合路段设计指标阈值,并指出对于弯坡组合路段应尽可能采取小纵坡并增大最小半径值,以提高山区公路弯坡组合路段安全水平。
设置横向加劲肋的正六边形孔蜂窝钢梁滞回性能研究
贾连光, 郎玉霄, 毕然, 宋中琦, 刘勐
2019, 36(11): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0655
摘要:
为避免蜂窝构件腹板局部屈曲造成结构失效问题,设置横向加劲肋对正六边形孔蜂窝钢梁滞回性能影响应重点研究。该文采用试验和有限元分析方法,研究在往复荷载作用下蜂窝钢梁的破坏模式、局部稳定和滞回性能。试验试件为2根孔间墩板均设置横向加劲肋且开孔率相同但腹板高厚比不同的蜂窝钢梁,并与参数相同的2根无加劲肋蜂窝钢梁相对比。结果表明,在低周往复荷载作用下,孔间墩板均设置横向加劲肋的试件,墩板受到横向加劲肋平面外约束从而减小腹板局部屈曲的影响,破坏主要发生在孔角位置,与无加劲肋的蜂窝钢梁试件相比,设置横向加劲肋试件的滞回性能明显提高。通过分析可知,横向加劲肋布置位置不同,蜂窝梁的破坏形态发生改变,对其滞回性能有较大影响,合理的加劲肋布置位置可有效提高蜂窝钢梁的滞回性能。
考虑力学机制和不确定性影响的钢筋混凝土柱概率抗剪承载力模型
刘圣宾, 凌干展, 余波
2019, 36(11): 183-194. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0664
摘要:
为了克服传统确定性抗剪承载力模型无法合理考虑不确定性因素影响所存在的缺陷,研究建立了一种能够综合考虑力学机制和不确定性影响的钢筋混凝土(RC)柱概率抗剪承载力模型。首先基于桁架-拱模型,综合考虑混凝土、箍筋和拱作用的抗剪承载力贡献以及不确定性的影响,建立了RC柱概率抗剪承载力模型的解析表达式;然后结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)法,确定了概率模型参数的后验分布信息,并分析了概率模型参数的先验分布信息以及更新批次对概率模型参数后验分布的稳定性和收敛性的影响;最后利用试验数据验证了该概率模型的有效性。分析表明,随着试验数据的增加,概率模型参数的后验分布可以实现不断更新;概率抗剪承载力模型不仅可以合理描述抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准分析传统确定性抗剪承载力模型的计算精度。
中国宜宾、日本山形、美国加州Ridgecrest地震破坏力分析与对比
许镇, 赵鹏举, 郑哲, 程庆乐, 陆新征
2019, 36(11): 195-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0408
摘要:
该文对近期发生的我国宜宾长宁6.0级地震、日本山形6.7级地震、美国加州7.1级地震进行了破坏力分析和对比,包括典型强震记录的峰值和反应谱对比;典型地震动对典型单体结构与区域的破坏力对比;真实地震灾情的对比。主要对比结果包括:对于自振周期较短的砌体结构,宜宾地震破坏力最强;对于自振周期较大的多层框架结构,加州地震破坏力最强加州地震与山形地震的区域震害均轻于宜宾地震。上述结果表明地震震级、地面运动加速度、建筑物震损情况关系复杂,仅通过震级或最大地震动峰值加速度来判断地震破坏力是不合适的,应结合国家台网建设,发展城市抗震弹塑性分析。
机械工程学科
全轮对曲线通过时的瞬态滚动接触行为模拟研究
许黎明, 刘超, 赵鑫, 温泽峰
2019, 36(11): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0593
摘要:
采用显式有限元法建立了我国某地铁系统R300 m曲线段的全轮对三维轮轨瞬态滚动接触模型,在时域内数值模拟了轮对曲线通过时的瞬态滚滑行为,详细分析了自由轮对滚过无不平顺的光滑钢轨和单侧钢轨存在波磨时两侧轮轨间的接触力、接触应力、相对滑移和黏滑区分布及摩擦功等结果。相比以往直线轨道的半轮对和全轮对滚动接触模型,该模型将曲线超高、弯曲钢轨、轮对横移及侧滚等考虑在内。光滑轮轨的结果表明:以50 km/h通过曲线时(均衡速度50.42 km/h),外轨磨耗大于内轨,最大磨耗值约为内轨的3.1倍,且集中于轨距角附近;随着横移量的增大,外轨的接触力、接触应力及摩擦功会显著增大;这些与现场观测一致,初步验证了模型的可靠性。存在于单侧钢轨的短波波磨会引起两侧轨头摩擦功的波动,不仅会造成波磨侧轨面的不均匀磨耗,也会引发另一侧钢轨的轻微不均匀磨耗。该文计算工况下,波磨存在于内轨时引起的无波磨侧摩擦功最大波动幅值约为存在于外轨时相应结果的1.9倍,即内轨短波波磨能更有效触发无波磨侧萌生波磨;短波波磨无论发生在内轨还是外轨,两侧摩擦功波动幅值均在40 km/h~50 km/h间某速度下(略低于均衡速度)达到最小值,即波磨发展速率最低。
绳系并联支撑机构的绳迟滞效应及影响实验研究
冀洋锋, 林麒, 彭苗娇, 柳汀, 吴惠松
2019, 36(11): 212-221. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0612
摘要:
绳系并联机构因具有结构简单、工作空间大、惯性小等优势,得到了广泛的应用。该文针对支撑绳索中普遍存在的迟滞效应进行了实验研究。首先,分析了某绳系并联机器人(Wire-driven Parallel Robot,WDPR)样机中的绳迟滞曲线的数学模型,并利用实验数据识别出了模型中的相关参数;其次,通过不同条件下的绳索伸-缩实验,探讨了绳拉力迟滞效应的影响因素;接着,分析了迟滞效应对飞行器模型位姿和气动载荷参数解算的影响情况。最后,以某风洞试验模型支撑绳系并联机器人样机中支撑飞机模型的牵引绳的迟滞现象为例,对绳迟滞效应的影响情况进行了分析。研究结果表明:绳迟滞效应对模型位姿和利用绳拉力解算风洞试验的模型气动载荷都有一定的影响;绳索的材质与迟滞现象关系密切;预紧力对迟滞效应的影响程度具有决定性的作用,当绳预紧力增大到一定程度时,迟滞效应的影响是可以忽略的。
基于响应面代理模型的雷达天线阵面风载分析
季熠, 李彦斌, 杭晓晨, 廖涛, 费庆国
2019, 36(11): 222-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0680
摘要:
基于多项式响应面代理模型,提出一种准确构建雷达阵面风载响应面模型的方法。首先,采用拉丁超立方试验设计方法构造了样本设计矩阵;其次,通过对商业软件的二次开发实现了数据流和工作流的定制及自动化,并将整个流程在iSIGHT平台下集成;最后,通过留一交叉验证方法检查了代理模型的拟合精度。结果表明,提出的基于响应面代理模型的风载分析方法计算速度快、收敛性好、能够满足工程精度需求,方便多人协同工作,具有较高的工程应用价值。
其他工程学科
含脱层单向铺设层合梁非线性后屈曲分析
李萍, 金福松, 简方, 夏飞, 薛江红, 熊颖
2019, 36(11): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0237
摘要:
采用四分区模型,将含脱层单向铺设复合材料层合板梁分为4个子梁,根据复合材料层合理论,考虑后屈曲路径上位于脱层界面上、下子梁之间的局部受力与变形机制,建立了子梁之间接触力与变形之间的非线性定量关系。在此基础上,结合可伸长梁的几何非线性理论,推导出了计及接触效应的各子梁的非线性后屈曲控制方程。设定简支板梁的边界条件以及脱层前沿处各子梁之间力和位移的连续性条件,通过对控制方程和定解条件归一化,采用小参数摄动法求解,并根据梁的平衡微分方程的特点,解析其通解与特解的构造,获得了含脱层单向铺设层合梁受轴向压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。通过对含脱层单向铺设的复合材料层合梁进行数值分析,综合讨论了脱层长度和深度等对层合板梁的临界屈曲载荷及接触性能的影响,并将所得的理论解与ABAQUS有限元分析得到的结果进行对比,结果表明二者高度吻合。研究发现梁的屈曲模态包含宏观的整体失效模态和界面的微观屈曲模态。梁的屈曲荷载和接触性能都是其固有属性,前者受梁的几何参数和材料参数的影响较显著,而后者则主要受脱层的位置和大小影响。
氟金云母微晶玻璃陶瓷的动态本构关系及断裂机理研究
李伟, 于辉, 刘利刚, 苑旭冲, 董洪旺, 吴海兵
2019, 36(11): 241-247,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0589
摘要:
为了研究氟金云母微晶玻璃陶瓷的动态力学性能及断裂机理,利用高速液压伺服材料试验机进行了动态压缩实验,得到试样中等应变速率下的动态力学参数,结果表明该陶瓷材料具有明显的应变率效应,并基于损伤力学理论,得到了该材料的弹脆性动态损伤本构方程。通过对试样断口微观形貌的SEM观测,并结合纳米压痕实验,分析了材料的断裂机理。从试样断口的宏观和微观形貌可得:材料断裂方式为脆性解理断裂,云母相与玻璃相交界面存在大量沿晶微裂纹;由纳米压痕实验验证了两相之间弱界面的存在,微裂纹最早成核于两相交界处,并沿弱界面扩展,成核载荷为20 mN。
内镶式滴灌管主流道水流运动特性研究
丁法龙, 茅泽育, 韩凯
2019, 36(11): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0625
摘要:
以质量和动量守恒定理为依据,建立了以内镶式滴灌管为例的多孔管流动数学模型,并结合水力试验数据,推导得出了内镶式滴灌管内部主流道的沿程压力分布模型。多孔管流动的数学模型表明:多孔管主流道内的压力大小及变化取决于摩阻作用和动量交换作用的相对大小,其中摩阻作用使得压力降低,动量交换作用使压力升高,多孔管压力分布模型可以归结为求解管路摩阻系数和动量交换系数。滴灌管水力试验表明:滴灌管沿程纵向流速的分布指数与滴头自身特性(流量系数、流态指数)无关,而与管路上的滴头个数呈良好的线性相关关系。以水力试验数据分析与理论推导为基础,得出动量交换系所对应的经验表达式,结合BLASIUS摩阻系数计算公式对滴灌管压力分布模型进行求解,模型预测值与实测值吻合良好。该压力分布模型中,将沿程压力分布的影响因素归结为滴灌管长径比和管首雷诺数,便于优化结构设计及确定最佳运行工况。该文可为多孔管路水力计算及变质量流动模型研究提供一定参考。