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2020年  第37卷  第8期

目录
2020-08期封面+目录
2020, 37(8).
摘要:
基本方法
充气薄膜褶皱分析的高效互补有限元列式
张亮, 曹进军, 董凯骏, 彭福军, 恽卫东
2020, 37(8): 1-9. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0533
摘要:
褶皱变形是柔性薄膜结构的一种常见的失稳模式,其数值模拟具有挑战性。基于连续体和张力场理论,提出了一种适用于充气薄膜结构褶皱分析的互补共旋有限元方法。采用共旋坐标法,将物体的大变形分解为结构整体坐标系下的刚体运动和单元局部坐标系下小应变变形,推导了一个空间三节点三角形膜单元的切线刚度矩阵。该刚度矩阵包含材料刚度、旋转刚度和平衡投影刚度矩阵三个部分,涵盖了随动载荷对单元刚度的影响。在单元局部坐标系下,依据双模量材料本构关系构造了一个褶皱模型,能够判断单元处于“张紧”“褶皱”或“松弛”状态。进一步通过建立等价的线性互补问题,消除了迭代求解过程中的内力振荡,改善了算法的稳定性。数值算例表明:该文方法能够准确地预测充气薄膜结构的位移、应力以及褶皱区域。较之已有的“拟动态”和“惩罚”方法,该方法不需要引入额外的求解技术来保证收敛,具有良好的稳定性。
基于二元耦联性解耦下多孔FGM梁的热-力耦合振动与屈曲特性
蒲育, 周凤玺, 任永忠, 刘君
2020, 37(8): 10-19. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0553
摘要:
采用一种改进型广义微分求积(MGDQ)法,数值研究了初始轴向机械力作用下含均匀孔隙的功能梯度材料(FGM)梁在热环境中的耦合振动及耦合屈曲特性。考虑了材料性质随温度的相关性,温度沿梁的厚度方向按不同类型稳态分布,采用含孔隙率修正的Voigt混合幂率模型来表征多孔FGM梁的材料属性。采用一种n阶广义梁理论(GBT),在Hamilton体系下统一建立描述该系统耦合振动及屈曲问题力学模型的控制方程。通过引入边界控制参数,可实施3种典型边界梁动态响应MGDQ法求解的MATLAB统一化编程。基于两种静动态力学行为之间的二元耦联性,编写循环子程序用来获得屈曲静态响应,该分析方法极大地简化了解耦过程并提高了计算效率。通过算例主要探究了梁理论、边界条件、温度分布、升温、初始轴向机械力、热-力耦合效应、孔隙率、梯度指标、跨厚比等诸多参数对多孔FGM梁振动及屈曲特性的影响,同时刻画并揭示了两种静动态力学行为之间的二元耦联性。
土木工程学科
饱和两相介质近场波动问题的一种时域全显式数值计算方法
李亮, 李果, 杜修力, 宋佳
2020, 37(8): 20-31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0479
摘要:
基于 u -p形式的饱和两相介质弹性波动方程,开展了饱和两相介质近场波动问题时域显式数值计算方法的研究。通过对波动方程中的质量矩阵和孔隙流体压缩矩阵进行对角化处理,消除了方程中的动力耦联,实现了波动方程的解耦。分别应用中心差分法和Newmark常平均加速度法求解固相位移和速度,基于向后差分法求解孔隙流体压力,推导得到了饱和两相介质动力响应的时域显式逐步积分的计算列式,建立了饱和两相介质近场波动问题的一种新的时域全显式数值计算方法。进行了该文方法中矩阵对角化合理性的验证。将该方法的数值解与相应的解析解进行对比,二者符合良好,验证了该方法的正确性。将该文建立的时域数值计算方法与透射人工边界方法相结合,应用于饱和两相介质的近场波动问题,进行了饱和土场地地震响应的计算研究,计算结果符合弹性波动理论的基本规律,表明该方法对于饱和两相介质近场波动问题时域计算求解的适用性。基于该方法中时域递推计算格式的传递矩阵,进行了该方法稳定性特性的研究。该文建立的数值计算方法具有时域全显式算法的基本特征。方法中对动力响应的全部分量均采用递推和迭代的模式进行求解,避免了求解耦联的动力方程组。该方法具有较高的计算效率,是进行饱和两相介质近场波动问题时域计算求解的一种有效的算法。
多分裂导线扭矩-扭转角关系及防翻转研究
楼文娟, 陈思然, 解健
2020, 37(8): 32-39, 54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0557
摘要:
提出一种新的多分裂导线扭矩-扭转角关系半解析模型,适用于大档距大扭转角以及翻转计算。该模型考虑间隔棒的竖向及水平向位移、子导线在扭转过程中的张力变化等多重因素,同时考虑分裂导线各截面的扭转角沿跨长呈非线性分布的特征。计算结果与有限元方法、试验结果进行了对比验证,表明导线的几何非线性对导线回复扭矩的影响十分显著,该文提出的半解析模型在小角度和大角度扭转情况下均具有较高的计算精度,并为判定导线是否翻转提供依据。详细分析了布置不同间隔棒数量工况下的扭矩-扭转角关系,从而考察了增加间隔棒数量对抑制翻转的有效性,发现只需少量增加间隔棒就能保证即使扭转角达到180°时扭转刚度依然为正,即可自行恢复,有效预防翻转;对于扭矩非常大的情形,若要保证扭转360°时扭转刚度依然为正,即导线出现扭绞现象后仍具备自行回复原位的能力,则需要布置较多的间隔棒。
高强轻骨料混凝土深受弯构件剪切损伤演化与服役性能研究
魏慧, 吴涛, 孙俐欣, 李磊, 刘喜
2020, 37(8): 40-54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0509
摘要:
偶然的超越荷载、长期的环境侵蚀及温度变形等易导致深受弯构件斜截面的服役能力降低,出现开裂,影响正常使用。完成15根高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能全过程试验,系统研究了剪切荷载作用下的损伤演化规律,分析了剪跨比、加载板宽度和截面高度对构件受剪服役能力的影响,基于裂缝发展趋势建立裂缝宽度与荷载水平的宏观对应关系,探讨了相关规范中正常使用阶段斜裂缝宽度限值对该类构件的适用性。研究表明:随剪跨比和加载板宽度增大,试件最大斜裂缝宽度呈增长趋势,且配置足够数量的水平和竖向腹筋能够有效抑制深受弯构件的斜向开裂,试件名义斜向开裂强度和最大斜裂缝宽度均受尺寸效应影响较小;受剪全过程中试件的宏观剪切裂缝宽度与相应承担荷载水平呈现显著对应关系,且基于普通混凝土深受弯构件试验数据建立的服役性能评价指标可用于高强轻骨料混凝土深受弯构件服役性能预测;按我国规范中最小腹筋配筋率设计的高强轻骨料混凝土深受弯构件难以满足斜裂缝宽度限值要求,建议适当增大腹筋最小配筋率。
不同跨受火混凝土连续双向板火灾试验及数值分析
王勇, 吴加超, 李凌志, 张亚军, 陈振兴, 宋炜, 张晓越
2020, 37(8): 55-72. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0440
摘要:
为研究受火跨位置和数量对三跨混凝土连续板火灾行为的影响,对三块混凝土连续板进行边跨、边中两跨和三跨火灾试验,获得了各跨炉温、混凝土和钢筋温度、变形、板角约束力和破坏模式等变化规律。基于ABAQUS软件平台,采用塑性损伤模型,对试验板温度、变形和力学机理进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:受火跨位置和数量对连续板裂缝分布、变形和破坏模式有重要影响;受火跨板底边缘出现垂直板边裂缝,受火跨板顶及其附近内支座出现平行短跨方向裂缝;受火边跨跨中竖向变形随温度升高逐渐增加,而中跨变形趋势取决于自身和边跨火灾工况。此外,数值结果表明受火跨升降温阶段弯矩机制不同;相比跨中,内支座位置弯矩绝对值较大;升降温阶段,试验板内轴力以受压为主;等效塑性拉应变最大值主要位于板顶支座和板底外边缘位置。
HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析
蒋隆敏, 李如博, 何爱波, 付华
2020, 37(8): 73-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0486
摘要:
基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。
预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点受剪性能分析
王琨, 查志远, 刘宏潮, 陈再现
2020, 37(8): 89-101. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0517
摘要:
基于ABAQUS平台,建立了预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点精细化数值有限元模型,计算得到了柱顶水平荷载-位移滞回和单调加载曲线。在对比计算单调加载和实测滞回曲线基础上,研究了节点在柱顶水平荷载下的破坏全过程,细致考察了框架中节点的混凝土、型钢骨架、钢筋骨架以及预应力筋的应力状态,探讨了此类框架节点的破坏机理;基于参数分析结果,研究了轴压比、预应力度、核心区钢管配钢率和配箍率对节点柱顶水平荷载-位移曲线和核心区剪力-剪切变形的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式。研究结果表明,当节点试件水平荷载达到峰值点时,核心区钢管、箍筋及预应力筋均达到屈服,核心区混凝土被压碎,此时可作为节点核心区抗剪承载力计算的标志;提出的节点核心区的抗剪承载力计算公式,可供工程设计参考。
正交异性钢桥面板典型细节疲劳强度研究
王春生, 翟慕赛, HouankpoT O N
2020, 37(8): 102-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0518
摘要:
为合理确定正交异性钢桥面板疲劳强度,该文对国内外疲劳试验成果进行分析,确定有效的钢桥面板疲劳试验数据,结合典型细节疲劳开裂机理,提出适应于中国抗疲劳设计与建造水平的钢桥面板疲劳强度等级(200万次循环对应的疲劳强度)。研究结果表明:顶板与纵肋连接细节疲劳强度受焊缝型式影响较大,采用角焊缝连接时疲劳强度为50级,采用部分熔透焊缝连接时为60级;纵肋与横隔板连接细节横隔板焊趾处疲劳强度为70级,纵肋腹板焊趾处为55级;横隔板挖孔细节疲劳强度为70级;纵肋拼接细节疲劳强度与拼装间隙密切相关,拼装间隙小于3 mm时疲劳强度为40级,拼装间隙4 mm~6 mm时疲劳强度为70级,拼装间隙8 mm~12 mm时疲劳强度为100级。纵肋与横隔板连接细节横隔板焊趾处、横隔板挖孔细节和纵肋拼接细节疲劳强度与现行中国JTG D64规范一致,而顶板与纵肋连接细节、纵肋与横隔板连接细节纵肋腹板焊趾处疲劳强度低于JTG D64中的疲劳强度等级。在进行正交异性钢桥面板抗疲劳设计或疲劳评估时,应综合考虑细节构造、制造质量以及实际使用状况等因素,采用合理的疲劳强度等级。
浮放花瓶动力反应机理与振动台试验研究
黄宝锋, 华夏, 卢文胜
2020, 37(8): 112-122. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0536
摘要:
浮放非结构构件在地震作用下遭到破坏的案例时常发生。浮放花瓶是一种常见的馆藏文物及装饰摆件,在动力作用下,浮放花瓶理论的基础运动模式有4种,即相对静止、相对滑移、摇摆、摇摆伴随滑移。这四种运动模式的产生与浮放非结构构件自身属性(高宽比、重心位置等)、接触面摩擦系数以及地震动特性(波形峰值、频率等)等因素密切相关。该文针对浮放在大理石地面的花瓶,采用慢速推拉的方法测得了花瓶底部与大理石表面间的摩擦系数。选取了4条具有代表意义的波形,即2条天然波和2条人工波开展振动台试验。试验结果表明:花瓶的运动模式与输入加速度峰值和接触面摩擦系数有密切的关系,加速度峰值越高,地震反应越大;并且,在人工波作用下花瓶的地震反应比El Centro波作用下的大。从试验中注意到,花瓶运动时重心处加速度与重力加速度的比值和动摩擦系数相等,试验结果与理论分析结果基本吻合。
超高韧性水泥基复合材料功能梯度板接触爆炸数值模拟
徐世烺, 李锐, 李庆华, 陈柏锟
2020, 37(8): 123-133, 178. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0548
摘要:
超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,该文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。
基于FEMA P-58的RC框架结构抗震及减隔震性能评估
杜轲, 燕登, 高嘉伟, 孙景江
2020, 37(8): 134-147. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0551
摘要:
该文采用FEMA P-58理论进行RC框架结构抗震及减隔震性能评估。设计了一栋典型多层RC框架结构,并在此基础上添加屈曲约束支撑以及隔震支座形成BRB-框架结构与隔震框架结构,采用OpenSees软件建立了3个结构的有限元模型,选取合适的地震动记录并调幅,对三个结构进行了非线性结构响应分析。针对多遇地震、基本地震、罕遇地震、极罕遇地震4个地震动强度,使用FEMA P-58理论中基于强度的方法,对三个结构在四个地震强度下进行性能评估,并针对各性能指标的评估结果进行对比分析。地震损失评估结果显示,采用隔震框架结构与BRB-框架结构可以有效降低建筑物在地震作用下的维修成本与维修时间。与普通框架相比,在罕遇地震作用下隔震结构的维修成本与维修时间可降低65%与58%,BRB-支撑框架结构可降低47%与34%。
型钢高性能纤维混凝土粘结滑移性能试验研究
明铭, 郑山锁, 郑淏, 贺金川, 董立国, 宋明辰
2020, 37(8): 148-157. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0555
摘要:
为研究型钢与高性能纤维混凝土之间的粘结滑移性能,以高性能纤维混凝土强度、保护层厚度以及型钢锚固长度为变化参数,设计10个型钢高性能纤维混凝土试件,进而对其进行推出试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取试件的荷载-滑移曲线。基于试验结果,探讨了各设计参数对特征粘结强度的影响规律,并建立了特征粘结强度的计算公式。对有效粘结应力计算公式进行推导,得到有效粘结应力-滑移分布曲线,并对其进行全过程分析。结果表明:适当增加型钢保护层厚度和混凝土强度,能有效提高型钢高性能纤维混凝土的特征粘结强度;特征粘结强度计算值与试验值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度;有效粘结应力能够反映型钢与高性能纤维混凝土界面间粘结应力的发展变化过程,并得到粘结应力各组份之间的比例关系。研究成果可为型钢高性能纤维混凝土相关计算理论提供试验依据。
基于粘结单元的三维随机细观混凝土离散断裂模拟
杨贞军, 黄宇劼, 尧锋, 刘国华
2020, 37(8): 158-166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0559
摘要:
开发MATLAB 和ABAQUS Python脚本程序,建立含随机三维多面体骨料的混凝土细观有限元模型。通过自编高效C++程序插设三维零厚度的粘结界面单元,以模拟复杂三维离散多裂缝的起裂与扩展。对典型混凝土试件单轴拉伸断裂的模拟,分析粘性界面单元的主要材料参数(抗拉强度与断裂能)对应力-位移曲线、断裂过程、裂缝面特征的影响。结果表明:宏观应力-位移曲线主要受砂浆、界面粘性裂缝单元的抗拉强度、断裂能绝对数值的影响;裂缝面的位置与形态决定于砂浆、界面粘结裂缝单元的抗拉强度相对比值以及断裂能相对比值;混凝土的力学响应反映其裂缝发展特征,二者既决定于断裂材料参数,也受到骨料大小、形状等细观结构因素的影响;建立的有限元模型能有效描述混凝土复杂三维断裂过程。
考虑非平稳因素的混凝土桥梁概率极限状态评估
袁阳光, 韩万水, 李光玲, 郭琦, 许昕, 孙建鹏
2020, 37(8): 167-178. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0561
摘要:
为建立混凝土桥梁构件的概率极限状态评估方法,借助等超概率原则分析我国在役桥梁构件评估周期及评估基准期,引入个体风险准则、社会风险准则、生命质量指标及成本优化方法确定构件运营阶段目标可靠指标,分别考虑非平稳及平稳概率模型进行荷载效应及抗力评估值确定,基于可靠度理论开展运营阶段评估分项系数校准,并以一座在役桥梁为例进行算例分析。结果发现:考虑我国在役桥梁运维实际情况,构件评估周期、评估基准期可分别取为6年、10年;对于一级、二级、三级延性破坏构件,评估目标可靠指标分别建议为3.37、3.13及2.85;采用一般运行状态或密集运行状态下平稳车辆荷载效应模型进行评估时,评估标准值可分别取为设计汽车荷载效应的0.705倍及0.805倍,考虑非平稳车载过程进行评估时,可在连续非平稳过程离散化的基础上,引入动态广义极值模型确定评估基准期内荷载效应最大值分布,并以0.95分位值作为评估标准值;对于重要性等级为一级的延性构件,恒载效应及抗力评估分项系数分别建议为1.056与1.194,一般运行状态与密集运行状态汽车荷载效应评估分项系数建议值分别为1.081与1.054,研究成果可为现行桥梁构件安全评估方法修订提供参考。
RC框架结构地震均匀损伤优化设计
白久林, 陈辉明, 孙博豪, 金双双
2020, 37(8): 179-188. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0572
摘要:
地震均匀损伤失效模式是指结构在强震下各楼层的损伤大小相同、侧向变形近似,并具有全局化的耗能机制,是结构较理想的破坏模式。提出了考虑土-结构动力相互作用影响的RC框架结构地震均匀损伤优化设计方法。以结构层间位移角均匀化为目标,以梁柱构件截面配筋为优化变量,考虑材料成本约束和配筋率等约束,融合结构层间位移角分布和梁柱构件转角大小,提出了基于优化准则法的RC框架结构均匀损伤优化设计方法。基于非线性温克尔地基梁模型(BNWF),建立了能够考虑土-结构相互作用的RC框架结构分析模型。以两个5层和12层结构为例,研究了收敛参数对收敛速度和收敛稳定性的影响规律,分析了优化过程中各楼层配筋转移情况,对比了优化前、后结构的梁柱转角大小和层间位移角分布。结果表明,该文优化方法可使结构的损伤分布更加均匀,降低结构的最大层间位移角,提高结构的抗震能力。
近断层地震下小半径曲线桥碰撞响应的振动台试验研究
焦驰宇, 刘文勃, 桂晓珊, 龙佩恒, 吴宜峰
2020, 37(8): 189-201. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0035
摘要:
为揭示小半径曲线桥相邻联碰撞导致的地震破坏机理,以某两联多跨小半径曲线桥为工程背景,开展振动台试验研究。分析在不同地震动下相邻联周期比变化对曲线桥梁端位移、墩梁相对位移、碰撞力等的影响规律;在近断层地震下,分析受独柱墩横桥向偏心效应影响时,邻梁碰撞对结构动力响应的变化规律。试验研究表明:近断层脉冲地震下,随着周期比的增大邻梁碰撞效应先增加后减小,在近断层非脉冲地震动及远场地震动下,随邻梁周期比减小地震碰撞响应逐渐增大;独柱墩在梁底的横向偏心会加剧地震作用下主梁运动形式的变化,导致扭转加大,横向位移明显,更易发生非均匀碰撞,加剧主梁的局部损坏。该文研究成果可为考虑碰撞的曲线桥抗震设计提供科学依据。
机械工程学科
热环境中的功能梯度扁球壳非线性稳定性分析
赵伟东, 高士武, 黄永玉
2020, 37(8): 202-212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0541
摘要:
基于经典壳理论和von Karman几何非线性理论,导出了功能梯度圆底扁球壳的位移型几何非线性控制方程及简支边界条件,推导过程考虑了均匀变温场及均布外侧压力。用打靶法计算了由控制方程和边界条件提出的两点边值问题,得到了壳体轴对称变形的数值结果。考察了壳体几何参数、材料横向梯度特性、组份材料体积分数指数和弹性模量以及均匀变温场对壳体屈曲平衡路径、上/下临界荷载和平衡构形的影响。数值结果表明:随组分材料体积分数指数的增加和弹性模量的减小,壳体上临界荷载均会显著减小;体积分数指数对壳体下临界荷载影响规律较复杂;均匀升温使壳体上/下临界荷载显著增加/减小。材料横向梯度特性对简支边功能梯度圆底扁球壳屈曲平衡路径和后屈曲稳态构形有显著影响。该文末给出了便于工程设计的两个数表和一些数值曲线。
可收卷复合材料层板大变形弯曲性能研究
周震, 程小全, 张涛, 陈磊, 吴永康
2020, 37(8): 213-220, 229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0527
摘要:
该文研究了玻璃纤维编织复合材料制成的可收卷层板在大变形条件下的弯曲静力性能和疲劳性能。通过弯曲静力试验得到了试验件在大变形条件下的应变和位移的关系;通过有限元模拟静力试验并与试验结果对照,确定了疲劳试验的载荷;研究了在大变形条件下不同铺层层板的弯曲疲劳寿命及失效模式和相同铺层层板的疲劳寿命曲线。结果表明:复合材料层板在大变形弯曲时具有明显的非线性行为,且(±45°)铺层层板弯曲疲劳性能明显优于(0°/90°)铺层层板;在最小应变和最大应变比不变的情况下,相同铺层层板的弯曲最大应变和对数疲劳寿命之间存在线性关系。
纤维增强复合板中声弹Lamb波的波结构分析
刘宏业, 刘申, 吕炎, 何存富, 周丽红
2020, 37(8): 221-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0565
摘要:
基于线性三维弹性理论和“增量变形力学”理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,将该文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse®软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A0模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。
其他工程学科
基于非线性气动力的失速颤振计算与试验研究
戴玉婷, 严慧, 王林鹏
2020, 37(8): 230-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0141
摘要:
飞行器大攻角飞行过程中的动态失速会导致结构自激扭转或俯仰运动,造成非线性失速颤振现象,直接影响飞行器飞行安全与结构安全。该文对标准Leishman-Beddoes (L-B)非线性非定常气动力模型进行马赫数修正,使其适用于低速不可压情形的动态失速气动力计算,然后基于二元翼段气动弹性模型,采用Newmark时域推进方法进行工程失速颤振计算。依据计算结果设计并完成了二元翼段失速颤振风洞试验。试验结果表明,多数试验状态,基于L-B模型的失速颤振计算结果与试验结果均吻合较好。结果验证了修正的L-B模型可以用来进行低速大展弦比平直翼段翼型的失速颤振工程分析与极限环振荡评估,同时,失速颤振速度与极限环幅值受初始攻角的影响很大。
局部褶皱对层状地基马蹄形孔洞散射的影响分析
李志远, 钟红, 胡志强, 林皋
2020, 37(8): 237-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0512
摘要:
水平岩层在构造作用下会产生局部褶皱,研究褶皱对层状地基马蹄形孔洞散射的影响,对地表结构地震安全性评价具有重要意义。基于子结构法建立了复杂场地散射问题的控制方程,将地震波散射问题的求解转化具有规则边界条件的层状地基(自由场)的动力刚度和波动响应的求解。通过Fourier变换和引入对偶变量,将波动方程转化为一阶常微分方程,采用精细积分算法对土层可实现高效合并,施加边界条件可得到内部节点的格林函数,进一步得到动力刚度。同时,采用精细积分算法代替原传递矩阵法的层间合并,可得到层状自由场的波动响应。这种改进传递矩阵法对土层厚度和层数没有任何限制。通过与文献中的结果对比,验证了方法的正确性,并分析了局部褶皱对层状地基中马蹄形孔洞散射场的影响。结果表明:局部褶皱对地表位移幅值的影响与入射波类型、入射波频率以及局部褶皱几何构造等因素均有关系;地表位移峰值受马蹄形孔洞和局部褶皱共同作用的影响,其影响特性与入射波类型无明显关系。
座椅约束下航空假人垂直冲击动态响应特性研究
冯振宇, 杨永攀, 贺永龙, 马士成, 解江, 王亚锋, 杨欢
2020, 37(8): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0515
摘要:
该文采用试验和仿真相结合的方法,研究垂直冲击下航空假人的动态响应特性。首先开展14 g和19 g滑台冲击试验,对比不同冲击载荷下航空假人的腰椎响应。然后建立航空假人/座椅约束系统分析模型并验证其有效性,研究椅背倾角、座椅俯仰角对乘员腰椎、座椅响应的影响。结果表明:19 g与14 g脉冲下的乘员腰椎峰值压缩载荷、椅盆峰值纵向摩擦力及椅盆峰值压力比值均大于加载脉冲峰值比值,因此腰椎压缩载荷、椅盆纵向摩擦力及椅盆压力对加载脉冲峰值均有放大效应,14 g脉冲持续时间长,腰椎的Y向峰值力矩大于19 g脉冲;乘员腰椎峰值压缩载荷、椅盆峰值压力与椅背倾角均呈2次函数关系,在椅背倾角为110°附近时,乘员的腰椎受伤的风险最大;乘员腰椎峰值压缩载荷、椅盆峰值压力随座椅俯仰角的增大而增大,呈2次函数关系,增长逐渐趋于平缓。