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2020年  第37卷  第10期

目录
2020-10期封面+目录
2020, 37(10).
摘要:
基本方法
扭转振动数值分析的粘弹性传输边界
付浩, 仝睿, 宋二祥
2020, 37(10): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0685
摘要:
传输边界是动力问题有限元计算中常见的边界处理方式。该文针对扭转振动引起半无限域内柱面剪切波有限元分析的传输边界,通过两种近似推导,提出了两种粘弹性传输边界,并对其计算精度进行了计算分析。数值分析结果显示,两种粘弹性边界都可以较好地模拟扭转振动分析时地基的无限性。同时,对这里考虑的扭转振动来说,粘弹性边界条件中的弹簧刚度与实际静力刚度相等时,传输边界的精度更高。
基于等效能量原理的延性材料J (δ)阻力曲线测试新方法研究
彭云强, 蔡力勋, 韦利明
2020, 37(10): 7-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0706
摘要:
基于等效能量原理获取的I型裂纹试样弹塑性载荷-位移关系和J积分-载荷关系半解析统一表达式,借助半解析法实现了对多种裂纹试样J阻力曲线的有效测试;采用该方法,还可很容易实现C型外缺口压缩(C-shaped outside edge-notched compression,COEC)小试样的高温J阻力曲线测试。此外,借助半解析公式确定的锐裂纹试样的实时裂纹扩展长度,亦可实现延性材料的裂尖张开位移(Crack tip opening displacement,CTOD,δ)阻力曲线测试。
平面曲梁面外自由振动有限元分析的p型超收敛算法
叶康生, 梁童
2020, 37(10): 17-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0694
摘要:
该文用p型超收敛算法对平面曲梁面外自由振动问题进行求解。该法基于频率和振型结点位移在有限元解答中的超收敛特性,在单元上建立振型近似满足的线性常微分方程边值问题,用更高次元对该线性边值问题进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,得到频率的超收敛解。该法作为后处理法,修复计算分别在各个单元上单独进行,故通过少量计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示该法稳定、高效,值得进一步研究和推广。
土木工程学科
社区地震安全韧性评估系统及应用示范
方东平, 李全旺, 李楠, 王飞, 刘影, 顾栋炼, 孙楚津, 潘胜杰, 侯冠杰, 汪飞, 陆新征
2020, 37(10): 28-44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0670
摘要:
韧性是指系统在受到外界扰动时抵抗、调整、恢复和适应的能力。北京历史上多次发生重大地震灾害,地震风险非常严峻。提升地震安全(Safety)韧性(Resilience)是北京市防灾减灾工作的重点之一。目前虽然对地震韧性问题已有诸多研究,但是尚缺少可以实操的区域地震韧性评价方法和工具。在北京市地震局的支持下,清华大学团队提出了可操作的社区韧性定量评价方法,并以一个典型社区为研究对象,开展了地震安全韧性评估工作,并开发了相应的系统平台。研究内容主要包括:社区韧性评估体系;建筑系统韧性评估;交通系统韧性评估;生命线系统韧性评估;非实体系统韧性评估;并在此基础上开发了韧性评估系统应用示范软件平台。评估结果表明:该社区整体韧性水平有待提升。其中:交通系统满足需求的能力较其他系统高;建筑系统韧性水平不足,但在不同地震强度下满足需求的能力较为稳定;生命线系统在地震强度较低时韧性水平较高,地震强度较高时韧性水平较低,满足需求的能力与地震强度密切相关。针对上述结果,研究针对建筑系统提出了若干韧性提升措施并进行了讨论。该研究定量评估了包含多个子系统的典型社区地震安全韧性水平,成果可以作为示范为未来北京市范围内的推广应用提供参考。
角钢连接件力学性能及混凝土脱空对其影响研究
唐亮, 樊健生, 聂建国, 邱盛源, 徐国平, 宋神友
2020, 37(10): 45-55, 115. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0621
摘要:
对于采用角钢连接件的钢壳沉管隧道结构,上翼缘板和角钢相连部位不利于混凝土流通、振捣和排气,浇筑时易产生混凝土脱空现象。基于实际工程和规范建议设计了9组足尺推出试件,包含3种脱空深度(0 mm、10 mm及20 mm)。为了减少试验本身的离散性,每组均有3个试件,共计27个试件。试验中所有试件均发生混凝土压溃破坏,相比于无脱空试件,脱空试件的混凝土压溃区域更小且角钢变形更大。相比于无脱空试件,脱空深度为10 mm和20 mm时,连接件的承载力折减可达16.5%和37.5%,刚度折减可达48.4%和70.6%。比对文献中62组试件以及文中3组试件的试验结果发现,Kiyomiya和Kimura提出的回归公式具有较高的准确度和较小的离散性,日本《钢-混凝土三明治结构设计指南》的公式则比较保守;此外基于现有试验数据通过参数回归的方式,提出了新的角钢连接件承载力计算公式,该公式具有更好的精度和适用性。在该文中提出的回归公式和混凝土脱空力学模型的基础上,提出了考虑混凝土脱空的角钢连接件承载力修正公式,通过文献中3组试件及该文6组试件进行验证,结果表明该修正公式具有较高的准确度和较小的离散性。
摇摆双层桥梁地震反应及抗倒塌能力分析
陈敬一, 杜修力, 韩强, 周雨龙
2020, 37(10): 56-69. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0647
摘要:
针对常规延性设计的现浇双层桥梁在地震损伤控制方面的不足,该文提出一种摇摆双层桥梁结构。采用拉格朗日方程和动量矩定理建立了可计算该类摇摆桥梁结构动力反应的刚体分析模型,分析了结构的地震反应,探讨了桥墩宽高比和桥墩尺寸参数等模型参数对其地震反应的影响,并采用脉冲近场地震动数学模型Ricker小波对结构的抗倒塌能力进行了定性和定量的分析。研究结果表明:在横桥向地震作用下,采用工程实际尺寸的摇摆双层桥梁结构在E2地震水准下未发生倒塌且上层结构未见塑性损伤;与远场地震相比,脉冲近场地震更易使结构发生倒塌;给出了结构在Ricker小波作用下的倒塌加速度谱和倒塌模式,结构抗倒塌能力随着桥墩宽高比和桥墩尺寸参数的增大而显著提高。
分级地震下跨断层高铁简支梁桥行车安全与抗震设计优化研究
江辉, 王敏, 曾聪, 黄磊
2020, 37(10): 70-84. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0599
摘要:
以跨越走滑断层的某高速铁路八跨简支梁桥为研究对象,基于OpenSEES平台建立其考虑梁-轨相互作用的线桥体系非线性数值模型,合成平行断层方向的水平地震动,分析了不同地震动强度下桥梁结构及CRTSII型板式无砟轨道结构的损伤特性,量化评定了结构构件的地震安全性。基于规范给出的轨道水平变形控制标准,评价了不同车速下线路的行车安全性,探讨了轨道结构的优化设计。研究结果表明:断层跨及其邻跨的地震响应最大,强震下面临严峻的破坏风险;地震下轨道水平变形明显,存在行车安全隐患的位置主要集中在断层跨及其两侧邻跨梁端;增加轨道侧向挡块数量可有效降低轨道水平变形,将侧向挡块增加至每跨每线6对时,罕遇地震下,除断层跨梁端处轨道的平行转角外,其余位置的轨道水平变形指标仍能满足车速为100 km/h时的行车安全限值。
考虑支撑断裂及节点板作用的中心支撑框架抗震性能研究
崔瑶, 许肖卓, 林迟
2020, 37(10): 85-92. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0648
摘要:
中心支撑框架(CBFs)具有良好的抗震性能和经济性,是常见的抗震结构体系。CBFs通常利用支撑受拉屈服和受压屈曲行为满足延性变形需求。在以往的地震中,CBFs结构的极限破坏模式均为支撑断裂。然而,在框架分析或设计时,CBFs通常被理想化为桁架结构,即将支撑构件两端考虑为铰接或固接连接并且忽略支撑断裂行为。该文提出能考虑支撑断裂行为和节点板作用的OpenSees数值模型。通过对单支撑构件、一层、三层中心支撑框架进行建模分析,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型的有效性。采用验证后的三层框架模型进行动力增量时程分析表明,不考虑支撑断裂时,框架的倒塌储备系数偏大。建议对CBFs结构进行设计和分析时,应考虑支撑断裂和节点板作用,以合理评估其抗震性能。
套筒连接的预制拼装桥墩抗震性能研究
徐文靖, 马骉, 黄虹, 苏俭, 李建中, 王瑞龙
2020, 37(10): 93-104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0667
摘要:
以灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩为研究对象,分析了地震作用下此类桥墩墩身与承台接缝处的受力机理和套筒预埋于塑性铰区对桥墩整体受力性能的影响,进行了灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩模型拟静力试验。在此基础上,采用数值模拟分析方法,建立有限元模型,比较了采用灌浆套筒连接的预制拼装桥墩与整体现浇桥墩的性能差异,以及不同直径的灌浆套筒对此类预制拼装桥墩抗震性能的影响。研究表明:采用墩身预埋灌浆套筒连接的预制拼装桥墩,因套筒刚度大,易在墩身套筒连接段形成刚性区域,发生墩身曲率重分布现象,导致墩底接缝处曲率增大,应变集中。此外,灌浆套筒埋置于墩身的预制拼装桥墩与整体现浇桥墩相比,等效塑性铰高度减小,位移承载能力降低,且灌浆套筒直径越大、长度越长,桥墩接缝处应变集中越明显,与整体现浇桥墩性能差异越大,导致桥墩最终破坏形式由传统的塑性铰区域混凝土破坏转变为墩底接缝处钢筋拉断。
锈蚀高强钢丝力学性能退化的试验研究
龚帆, 齐盛珂, 邹易清, 林才奎, 王琛, 周海俊
2020, 37(10): 105-115. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0669
摘要:
该文通过试验研究了锈蚀高强钢丝的锈蚀形貌、产物、力学性能,为其检测评估提供依据。用高分辨率X射线衍射仪和场发射环境扫描电镜分析高强钢丝锈蚀产物,用华朗-3DX+非接触式三维扫描仪确定其截面特性沿钢丝轴向的变化情况,还采用MTS试验机对其进行静力拉伸和疲劳加载试验。通过分析三维扫描数据确定锈蚀高强钢丝表面形貌,基于实测锈蚀高强钢丝力学性能建立本构关系模型参数与锈蚀率的退化关系。试验结果表明:高强钢丝锈蚀截面面积的变异性随锈蚀程度增加越来越显著;极限强度在锈蚀率大于1.25%时小于标准极限强度1770 MPa;断后伸长率在锈蚀率大于5.05%时小于规范限值4%;疲劳寿命在锈蚀率大于4.16%时小于200万次;锈蚀率对高强钢丝弹性模量无明显影响。根据试验结果综合完善了现有规范对锈蚀高强钢丝等级划分的指标值。
考虑土-结构相互作用的核电厂楼层反应谱研究
高永武, 王涛, 戴君武, 金波
2020, 37(10): 116-124. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0675
摘要:
楼层谱是核电厂设备、管道抗震设计和抗震裕度评估的重要依据。为了研究不同烈度下场地土对核电厂楼层谱的影响,该文使用叠层剪切土箱模拟土体及其边界条件,对某新型核电厂房进行1∶25缩尺模型地震模拟振动台实验。选取10组水平加速度地震动记录,按照运行安全地震动(OBE)0.15 g、极限安全地震动(SSE)0.30 g和超设计基准地震动(ULE)0.75 g作为输入。在考虑土-结构相互作用条件下,研究不同地震动强度引起楼层谱的变化规律,并对《核电厂抗震设计规范》中楼层谱确定方法的输入基准地震动进行讨论分析。根据设备响应比分析,揭示了现有核电设备抗震裕度评估方法具有一定的保守性,特别是设备响应比为1/1.5~1.5,采用现有抗震裕度评估方法得到的设备抗震裕度可能小于审核地震动。为了得到该设备的真实抗震裕度,建议对这些设备做更详细分析。
外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究
李佳奇, 王蕊, 赵晖, 王会文
2020, 37(10): 125-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0679
摘要:
为研究外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能,采用ABAQUS对该类组合构件的耐火极限进行了有限元分析。对比分析了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱与普通外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱受火机理的不同。研究了截面直径、空心率、荷载比和材料强度对构件耐火极限的影响。研究结果表明:外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱比外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱具有更好的耐火性能;该类构件的耐火极限受截面直径和荷载比的影响较大,空心率和材料强度对构件的耐火极限也有一定影响。在参数分析基础上给出了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的抗火设计建议。
新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究
蔡健, 巫博璘, 罗翼锋, 李名铠, 陈庆军, 黄少腾
2020, 37(10): 134-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0680
摘要:
提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为 1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。
环氧沥青铺装对钢桥面板受力影响试验研究
王石磊, 齐法琳, 柯在田, 高岩
2020, 37(10): 145-154. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0690
摘要:
某悬索桥钢箱梁采用正交异性钢桥面板,运行数年后钢桥面板构件连接部位出现了4种疲劳裂纹,为考察新换环氧沥青混凝土铺装对疲劳敏感部位受力影响,建立了有限元模型,开展了长达6年的现场试验,试验涵盖原铺装、铺装铲除、新铺装三种状态,测试了疲劳敏感部位的受力及构件变形规律,开展了考虑温度影响的疲劳寿命改善效果分析研究。结果表明:6年试验期内环氧沥青混凝土铺装与钢桥面板组合受力处于稳定状态,在低温环境下,疲劳敏感部位1~4应力改善效果分别为80%、14%、32%、46%;4个疲劳敏感部位应力与温度线性关联,线性速率分别为−4.00、0.64、1.89、1.91;将实测应力统一至年均温度后,新铺装对部位1疲劳寿命相对改善较大,约提高了2.95倍,对部位4疲劳寿命改善次之,约提高1.64倍,对于部位2、3疲劳寿命改善效果不明显,高温环境下部位2、3开裂可能性仍较大。
相依失效生命线工程系统抗震可靠度估计的统一RDA算法
顾倩, 夏恒, 何军
2020, 37(10): 155-167. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0697
摘要:
在网络连通可靠度分析的递推分解算法(Recursive Decomposition Algorithm,简称RDA)的基础上,先整合原RDA算法中分别用于不同网络赋权形式的三部分程序,发展出统一RDA算法。应用顺序复合法(Sequential Compounding Method,简称SCM)和Gumbel Copula函数分别计算RDA算法中不交最小路和不交最小割事件的联合失效概率,解决元件相依失效生命线工程系统的抗震可靠度估计问题,最终发展出相依失效生命线工程系统抗震可靠度估计的统一RDA算法。36节点格栅型网络可靠度案例计算结果表明:此方法可以用于相依失效网络系统的动力抗震可靠度估计,计算精度较高。
装配式自复位钢框架-开缝钢板剪力墙结构试验研究
张艳霞, 庞占洋, 武丙龙, 王彦
2020, 37(10): 168-178. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0701
摘要:
提出了一种新型带有开缝钢板剪力墙的装配式自复位钢框架结构,设计并完成该结构在低周往复荷载作用下的拟静力试验,研究其刚度、耗能性能、破坏模式以及复位能力。结果表明:该结构具有良好的开口闭合机制,震后自复位并通过更换钢板墙快速恢复主体结构功能。结构初始刚度高,耗能能力优。在水平荷载作用下,钢板剪力墙进入屈曲耗能,有效地保护框架主体结构。在达到规范规定弹塑性层间位移角限值1/50时试验结束,自复位钢框架基本处于弹性状态,残余开口较小,且试验过程中最大索力远小于屈服索力,为该结构能够承受更大的地震作用提供良好基础。
部分预制装配型钢混凝土短柱抗震性能试验研究
张树琛, 杨勇, 薛亦聪, 于云龙
2020, 37(10): 179-191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0702
摘要:
为了充分发挥预制装配结构在施工性能及型钢混凝土结构在抗震性能方面的优势,提出了部分预制装配型钢混凝土柱(PPSRC柱)及预制装配型钢混凝土空心柱(HPSRC柱)。PPSRC柱由高性能混凝土预制部分与普通强度混凝土现浇部分组成;为进一步减轻柱自重,HPSRC柱保持柱横截面空心。结合2个系列10个试件的拟静力试验,对PPSRC短柱与HPSRC短柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形及耗能能力的研究,对柱截面形式、现浇混凝土强度、轴压力、配筋率及配箍率对PPSRC短柱和HPSRC短柱滞回性能的影响进行了分析。研究结果表明:配筋率较低的PPSRC短柱与HPSRC短柱的最终破坏形态为弯剪破坏,其余配筋率较高的试件均发生剪切破坏;所提出的预制高性能混凝土外壳、型钢及现浇混凝土能较好地协同工作,试件柱身未发现明显的纵向黏结裂缝;由于柱芯混凝土的存在,PPSRC短柱比HPSRC短柱表现出更好的耗能及变形能力;轴压力较低、配箍率较大、现浇混凝土强度较高的试件表现出更好的耗能及变形能力。基于试验结果和现行规范,提出了PPSRC短柱与HPSRC短柱的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。
覆盖岩溶临空面对水平承载桩嵌固端承载力的影响试验研究
李天雨, 范秋雁, 韩伟, 梁家珲
2020, 37(10): 192-199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0704
摘要:
岩溶地区基岩岩面起伏很大,当水平承载桩嵌固在覆盖岩溶临空面附近时,覆盖岩溶临空面可能会失稳,导致嵌固端失去承载能力。该文设计了含覆盖岩溶临空面和一个软弱结构面组合地质条件下的嵌固端室内模型,考虑了临空面在桩前和临空面在桩后两种工况。进行水平加载试验后,结果表明:临空面和结构面的存在降低了嵌固端的承载力,且桩前临空面对桩嵌固端承载力的影响更显著。在此基础上,基于极限平衡法,提出了含覆盖岩溶临空面和结构面的嵌固端岩体承载力验算方法,并通过比较计算结果和试验结果,对计算假设条件和计算方法进行了验证。
不同设防水平钢框架结构抗地震倒塌性能研究
王元熙, 王晨, 杜喜凯, 刘京红
2020, 37(10): 200-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0733
摘要:
钢框架结构虽具有抗震性能优异的显著优点,但在强震作用下仍会不可避免的发生倒塌破坏,带来巨大的经济损失和人员伤亡。为保证钢框架结构的地震安全性,该文介绍了基于集中塑性铰模型的钢框架结构数值建模方法,进而基于增量动力分析(IDA)方法,开展了5个不同设防水平五层三跨钢框架结构的抗倒塌性能分析。结果表明:集中塑性铰模型可准确模拟钢框架结构的地震灾变过程,并能显著提升计算效率;相同平立面布局下,随着抗震设防水平提高,钢框架结构的倒塌变形能力限值不断增大,以相同层间位移限值评估相同平立面布局不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力并不合理;按我国现行规范设计的不同设防水平钢框架结构的抗倒塌能力满足“大震不倒”的抗震设防要求,但其抗倒塌储备系数随设防水平提高不断降低。
基于截面应力法的钢-UHPC组合板初裂荷载计算方法研究
卜一之, 刘欣益, 张清华
2020, 37(10): 209-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0738
摘要:
负弯矩作用下钢-超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)组合板结构层的局部受拉开裂问题,是该类新型组合桥面板结构体系应用和发展的基础性研究课题。基于平截面假定和双折线UHPC拉伸本构模型,提出了能够描述UHPC结构层实际应力分布的截面应力法,用于计算这种新型结构在纯弯曲作用下的开裂荷载。通过2组4个模型试验并结合相关文献试验结果对所提出的计算方法进行了验证,研究结果表明:利用截面应力法能够较为准确的描述钢-UHPC组合板在纯弯曲作用下的开裂行为,计算给出的开裂荷载与实测值比值平均为0.95;UHPC的开裂强度仅取决于其自身材料特性,钢-UHPC组合板开裂荷载的提高不会影响UHPC层的开裂强度;UHPC层在可视裂缝出现时的应变硬化高度是组合效应及配筋对其约束的直观体现;减小纵筋保护层厚度或提高配筋率能够提高UHPC应变硬化区域高度,提高钢-UHPC组合板抗弯性能。
碱矿渣陶粒混凝土砌块砌体受压本构关系
郑文忠, 敖日格乐, 王英, 黄文宣
2020, 37(10): 218-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0739
摘要:
为考察碱矿渣陶粒混凝土砌块砌体的受压本构关系及基本力学性能,完成了126个用碱矿渣陶砂砂浆和碱矿渣陶粒混凝土砌块砌筑的砌体试件的轴心抗压试验。研究结果表明:当砌块抗压强度和砌筑砂浆抗压强度相同时,由于碱矿渣陶砂砂浆收缩大,该类砌体的峰值压应变、极限压应变均低于普通混凝土砌块砌体。建立了以砌体抗压强度、砌块抗压强度和砌筑砂浆抗压强度为自变量的这类新型砌体峰值压应变、极限压应变以及弹性模量计算公式。
机械工程学科
轴向往复运动抽油杆柱在弯曲井眼内横向振动的仿真模型
王宏博, 董世民
2020, 37(10): 228-237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0731
摘要:
抽油杆柱横向振动的研究是分析油井杆管偏磨现象的基础。该文将定向井抽油杆柱在弯曲井眼内的横向振动问题简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在油管约束下的横向振动问题。除考虑交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励外,首次提出弯曲井眼也是轴向往复运动抽油杆柱横向振动的主要激励。综合考虑弯曲井眼对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励,以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述油管对抽油杆柱横向振动的约束,基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在弯曲井眼内的横向振动仿真模型。采用有限差分法与Newmark法实现了对定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算。仿真结果表明:仿真结果与现场实际偏磨情况相符,说明在分析抽油杆柱横向振动时,轴向运动导致的弯曲井眼激励是一项不可忽略的因素;算例油井中,杆管偏磨的危险点主要出现在油井的造斜段与抽油杆柱的受压段。该文所建立定向井抽油杆柱横向振动仿真模型可用于指导抽油杆扶正器的优化配置。
其他工程学科
横风下移动列车非定常气动力计算
姚志勇, 张楠, 程泽农
2020, 37(10): 238-246. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0730
摘要:
为研究横风对移动列车非定常气动力的影响,该文介绍了两种获得移动列车脉动风速时程的模拟方法;基于准定常理论和气动权函数方法,推导了能同时考虑三个方向的湍流脉动和不同横风风向角效应的移动列车非定常气动力计算公式;通过数值算例,研究了不同参数对计算结果的影响。研究结果表明:通过气动权函数方法得到的非定常气动力会出现滤波和时间滞后效应;当考虑更多方向的湍流分量时,会获得更大的力脉动;横风风向角和侧向湍流分量会分别影响非定常力的均值和变异系数。
纸瓦楞-蜂窝复合夹层结构的跌落冲击缓冲性能研究
吉美娟, 郭彦峰, 付云岗, 韩旭香, 康健芬, 韦青
2020, 37(10): 247-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0668
摘要:
针对纸瓦楞与纸蜂窝的复合夹层结构在跌落冲击动态压缩条件下的缓冲防护性能,研究了纸蜂窝厚度对单面、双面复合形式的冲击加速度响应、变形特征和缓冲吸能特性的影响规律。结果表明,瓦楞夹层先压溃,其次是蜂窝夹层,而且较大的蜂窝厚度会引起纸蜂窝芯层的次坍塌行为。在相同冲击质量或冲击能量条件下,同一蜂窝厚度的单面复合夹层结构的单位体积吸能、比吸能和行程利用率较双面复合结构分别增加了7.94%、28.34%和8.47%,但总吸能较于双面复合结构降低了16.12%,单面复合夹层结构的缓冲吸能特性优于双面复合夹层结构,而双面复合夹层结构的抗冲击性能优于单面复合夹层结构。对于纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构,低冲击能量作用下蜂窝厚度的增加降低了结构的缓冲吸能特性,高冲击能量作用下蜂窝厚度的增加提高能量吸收能力。纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构的比吸能、单位体积吸能和行程利用率是蜂窝厚度70 mm的复合夹层结构的1 倍~3 倍,较低厚度的纸蜂窝更有利于复合夹层结构的缓冲吸能。