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2003年  第20卷  第4期

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基本方法
高层结构方案实例库系统及其在结构智能选型中应用
王光远, 张世海, 刘晓燕, 欧进萍
2003, 20(4): 1-8.
摘要:
从结构方案设计的角度,建立了工程实例信息的统一表征模型,收集获取了国内外1008个高层结构工程实例信息。在此基础上,利用关系数据库技术建造了高层结构实例库及其管理系统,实现了实例数据录入、修改、删除、查询、统计和知识发现等功能。最后结合高层结构智能选型的实际,给出了基于实例库的定量型与模糊型结构选型规则的挖掘过程与方法,同时还构建了定量属性的模糊区间划分及其模糊化方法,分析探讨了基于Apriori算法的关联分析方法在工程智能设计等方面的可能应用。上述工作为挖掘与充分利用已有工程实例中的知识信息,提高结构设计效率、质量与智能化水平等提供了新的途径、方法与手段等的支持。
刚性桩复合地基竖向承载特性分析
池跃君, 宋二祥, 陈肇元
2003, 20(4): 9-14.
摘要:
为研究刚性桩复合地基的承载机理,利用有限元程序,对刚性桩复合地基在竖向荷载下的轴力、沉降特性进行了计算分析,着重讨论了桩身轴力、基础沉降等随垫层厚度、垫层模量、桩长、土体模量及桩间距等因素变化的规律,并在此基础上对刚性桩复合地基设计参数的选取原则进行了讨论。
超弹性材料过盈配合的解析解和数值解
范成业, 庄茁, 黄克智
2003, 20(4): 15-18.
摘要:
给出了轴对称平面应变情况下,超弹性材料与线弹性材料过盈配合的解析解。给出一个解析解算例并与有限元解进行了比较。同时用有限元分析方法讨论了可压缩性在过盈配合中对应力水平的影响。
基于平面弹性-板弯曲比拟理论的Wilson型板弯曲单元
黄若煜, 郑长良, 姚伟岸, 钟万勰
2003, 20(4): 19-23.
摘要:
应用平面弹性板弯曲比拟关系,可以避开1c连续性的困难,为板单元的构造提供了一种新的途径。这一新方法已成功地将一些平面弹性协调单元转化为新型板弯曲单元。根据比拟理论将著名的平面弹性Wilson元QM6转化为板弯曲单元,从而将新方法应用到平面弹性非协调元。单元构造简单,数值结果表明具有很好的收敛性和精度。
非比例阻尼隔震结构地震响应的实振型分解法
杜永峰, 李慧, 苏磐石, 赵国藩
2003, 20(4): 24-32.
摘要:
采用子结构瑞利阻尼模型表达隔震体系的非比例阻尼矩阵,将实振型分解法与拉普拉斯变换方法联合应用,建立了任意多自由度非比例阻尼隔震体系时域动力响应的工程算法。以本文作者承担设计的三个实际隔震工程作为算例,在两种不同输入地震波和三种不同隔震层阻尼水准下,用本文算法计算地震响应,并与复振型分解法、Wilson-θ法、及Matlab下的Simulink这三种方法的峰值响应进行了对比。结果表明,在设计阻尼水准(隔震层阻尼比为0.21)下,本文算法与Wilson-θ算法的精度大致相当,所求得的位移、速度及加速度峰值的最大相对误差分别不超过0.07%、0.19%和0.27%。即使在极大阻尼水准(隔震阻尼比为0.81)下,本文算法所求得的所有峰值响应的最大相对误差均不超过4%。这表明,当隔震阻尼比不是特别大时,本文提出的算法完全可以满足工程计算要求。
解析试函数法分析平面切口问题
傅向荣, 龙驭球
2003, 20(4): 33-38,7.
摘要:
本文利用平面切口问题的基本解析解构造单元,分析平面切口问题。通过分析平面切口问题的Williams特征方程的有解区间,使用分区加速Müller法依序无漏地计算了平面V型切口特征值。从Williams应力函数出发,推导了V型切口尖端的应力场基本解析解列式。并用此根据分区混合能量原理构造了含切口解析单元ATF-VN的刚度矩阵。文中还对含切口解析单元的单元尺寸和应力项数等因素对分析结果的影响进行了系统的讨论。
空间钢框架几何非线性分析的一种新单元
许红胜, 周绪红, 舒兴平
2003, 20(4): 39-44.
摘要:
介绍了一种新的用于空间钢框架几何非线性分析用的单元,可有效考虑P-δ效应的影响,达到了一个单元模拟一根杆件的精度要求,用于非线性分析是行之有效的,并可使截断误差的影响得到满意的控制,计算实例证明,该单元是可靠和高效率的。
结构静力弹塑性分析方法的研究和改进
尹华伟, 汪梦甫, 周锡元
2003, 20(4): 45-49.
摘要:
在对结构静力弹塑性分析方法的物理意义进行了有益的探讨之后,指出了该方法存在的一些局限,考虑了结构第二、第三两阶振型对结构地震反应的影响,并在把MDOF体系转换为SDOF体系和进行等效SDOF体系的动力时程分析时,将结构视为两个不同的结构。数值结果表明:采用本文的改进方法以后,计算精度明显提高。
连续梁结构损伤识别的改进柔度阵方法
孙国, 顾元宪
2003, 20(4): 50-54,1.
摘要:
传统柔度阵方法难以指示多跨连续梁这样一些复杂连续体结构在支撑处的损伤,提出以结构柔度阵某些自由度对应的对角元素的变化率作为损伤指示函数,对多跨连续梁结构进行更为有效的损伤识别。识别的机理是利用损伤指示函数对于单元损伤因子灵敏度矩阵的对角占优特性,产生对损伤因子分布的“覆盖效应”,从而反映出结构损伤的状态特征。文中给出有关计算公式,进行了数值模拟并比较几种状态的损伤识别结果,显示了本文方法的合理性。
转角信息未知条件下的结构参数识别方法研究
赵昕, 李杰
2003, 20(4): 55-59.
摘要:
针对结构中的梁式构件提出了一种基于反应曲线拟合的参数识别方法。该方法采用一组正交基函数对Euler-Bernoulli梁在不同时刻的平动反应曲线进行拟合,继而通过平动反应曲线对测点坐标的导数获得梁的转角反应曲线。为解决反应曲线拟合过程中的噪声淹没现象,提出了一种样本平均方法以消除噪声的影响,该方法利用采样集合的子集的平均形成的序列进行识别。算例分析表明,反应曲线拟合方法可较为准确地获得梁式构件的转角反应,且样本平均方法可大大降低参数识别过程中噪声的影响。
铁路简支梁桥竖向共振影响因素的分析
苏木标, 李建中, 邹振祝
2003, 20(4): 60-66.
摘要:
采用车-桥系统模型,对影响铁路简支梁桥竖向共振的各种因素进行了分析。分析结果表明:列车静轴重荷载是引起简支梁桥竖向共振现象的主要原因,而其它因素(如桥梁本身的跨度、刚度及阻尼,车辆的长度、轮对的质量、悬挂弹簧的刚度和阻尼等)对桥梁竖向共振的发生和发展也有着重要的影响。
基础刚度对复合地基性状的影响
龚晓南, 褚航
2003, 20(4): 67-73.
摘要:
复合地基由于具有良好的经济性和适用性,得到了越来越广泛的应用,目前复合地基的设计也逐渐由承载力控制转变为沉降控制。在现有的复合地基理论中,大都以刚性基础为前提,没有考虑基础刚度的影响。利用数值方法,研究了在不同刚度基础下复合地基中应力场和位移场的差异。
二次非线性粘弹性圆板的2/1超谐解
李银山, 李欣业, 刘波, 崔锦华
2003, 20(4): 74-77,3.
摘要:
计及材料的非线性弹性和粘性性质,研究了圆板在简谐载荷作用下的2/1超谐解,导出了相应的非线性动力方程。提出一类强非线性动力系统的叠加迭代谐波平衡法。将描述动力系统的二阶常微分方程,化为基本解为未知函数的基本微分方程;及分岔解为未知函数的增量微分方程。通过叠加迭代谐波平衡法得出了圆板的2/1超谐解。同时,对叠加迭代谐波平衡法和数值积分法的精度进行了比较。并且讨论了2/1超谐解的渐近稳定性。
南京长江二桥南汊桥地震反应的主动控制及AMD系统参数设计
李小珍, 蔡婧, 强士中
2003, 20(4): 78-85,4.
摘要:
基于模态空间法对结构运动方程进行降阶,运用经典最优控制理论,提出了采用主动质量阻尼系统AMD对大跨度斜拉桥地震反应进行主动控制的方法。以南京长江二桥南汊桥为例,对其在EL-Centro波和人工地震波作用下桥梁横向地震反应的AMD控制进行了仿真计算,分析了控制模态数目和使用的作动器数目;同时,对AMD系统的参数进行设计,分析了不同质量块质量和弹簧刚度对优化目标函数和作动器最大出力的影响,推荐出适合南京长江二桥南汊桥的AMD系统基本参数。
基于常规三轴试验的岩石双剪强度准则
杨雪强, 刘祖德, 何世秀
2003, 20(4): 86-91.
摘要:
基于岩土体的双剪强度理论和已有的一些岩石真三轴强度试验资料,提出了一个岩石双剪强度准则的推广型式,探讨了该强度准则相关参数的选取问题,验证了该强度准则的合理性,并指出双剪强度准则有一个τ8=g(θσ)·f(σm)的函数表达型式。研究表明岩石的τ8c8t随平均主应力σm的变化而变化,当σm较小时τ8c8t比值较大,而当σm较大时τ8c8t比值较小。这种现象一方面论证了随着σm的增大,岩石有逐步向着均质化方向发展的趋势;另一方面也说明了在较低的ms应力水平下,Drucker-Prager强度准则对岩石类材料是不适合的。
高阶剪切变形理论下两邻边铰支两邻边夹紧复合材料层板的几何非线性分析
杨加明, 孙良新, 刘志和, 鲁宇明
2003, 20(4): 92-98.
摘要:
首先用虚位移原理推导出以位移形式表达的Reddy型高阶剪切变形理论的复合材料层板的非线性控制方程。选定的5个位移函数均满足两邻边铰支两邻边夹紧边界条件。用Galerkin方法把无量纲化之后的控制方程组转化为非线性代数方程组。稳定化双共轭梯度法用于求解稀疏线性方程组,可调节参数的修正迭代法用于求解非线性代数方程组。最后求出了不同复合材料的挠度和弯矩值并同Kirchhoff及Reissner-Mindlin板的结果进行了比较。
神经网络方法在大跨度屋面风压研究中的应用
顾明, 周晅毅
2003, 20(4): 99-103.
摘要:
大跨度结构屋盖表面风压系数和功率谱的测量对于结构风振响应的计算有重要意义。提出了根据有限的风洞试验测试结果用神经网络方法预测未知点平均和脉动风压系数、以及脉动风压的自功率谱和互功率谱函数的方法,并将这一方法应用于一座实际大跨度屋盖结构,其预测结果与实测值吻合得较好。这为研究大跨度屋盖结构的风荷载和风振响应分析提供了一个有效方法。
钢闸门结构时变抗力模型及其可靠度分析
周建方, 李典庆, 李朝晖, 张金宏, 姜谋余, 石贵余
2003, 20(4): 104-109.
摘要:
根据现有文献资料,对影响钢闸门结构构件抗力衰减的主要因素钢材锈蚀进行了统计分析,得到了锈蚀规律。在此基础上,进一步分析得到了闸门构件抗力的衰减模型。并以受弯构件为例,对φ(t)是确定性函数和随机变量、荷载是时不变和时变情况的可靠度进行了分析计算,从而为现役闸门结构使用年限的预测和维修加固奠定了基础。这些工作目前在国内还是首次。
双相介质二参数反演的同伦方法
韩华, 章梓茂, 魏培君
2003, 20(4): 110-115.
摘要:
研究了同伦方法在双相介质参数反演中的应用。从材料响应的理论合成应与实际测量数据相拟合这一出发点,将参数反演问题转化为非线性算子方程的零点求解问题,然后应用一种大范围收敛的同伦方法求出非线性算子等于零的根作为反问题的解。把这种方法用于Paul(1976)给出的具有解析解的二维双相介质模型的数值模拟,模拟结果表明了同伦反演方法的可行性和稳健性。
复杂载荷下变刚度静不定梁程序化求解
李学军, 朱萍玉, 刘义伦
2003, 20(4): 116-121.
摘要:
对于有复杂载荷的变刚度静不定梁,常用的方法无法求解。建立一种复杂载荷下变刚度静不定梁求解的通用力学模型,从该模型推导出任一截面的转角和挠度变形方程,由变形方程得出静不定梁程序化求解的通用矩阵。用Matlab语言开发出相应的静不定梁求解程序,实现了对复杂载荷变刚度静不定梁的计算机求解。在静不定梁模型建立和求解推导过程中,不需进行载荷和梁结构的简化,对静不定梁两端的支承形式也没有限制,是一种适于应用计算机编程进行求解的通用计算方法,实际应用效果很好。
动力基础频域响应分析
侯兴民, 廖振鹏, 黄浩华
2003, 20(4): 122-127.
摘要:
利用刚性矩形基础动力阻抗矩阵的数值解答,在频域内分析了三向地震模拟台基础在简谐外荷载作用下的动力响应。论文同时给出了一种一般集中参数模型,以改善传统动力设计方法所采用的质量-弹簧-阻尼模型动力阻抗在整个频段上都是常数的不合理性。由于基础动力阻抗矩阵是外荷载激励频率的函数,采用更多参数的一般集中参数模型与数值解答吻合精度更高。计算结果表明,论文提出的一般集中参数模型有望改进基础动力响应分析。
卫星编队飞行中的队形设计研究
高云峰, 李俊峰
2003, 20(4): 128-131,.
摘要:
目前关于卫星编队飞行的研究有显著的增加。多颗从属卫星(从星)在近距离内与主卫星(主星)组成特定的队形以完成相应的任务,是卫星编队飞行的特点及潜在优势。卫星在编队飞行时,其队形定义为以各颗卫星质心为顶点所构成的几何形状,而队形设计则是根据队形的几何形状求出各卫星的轨道根数(其中主星的轨道根数可以根据任务的要求事先确定)。基于相对轨道根数法,根据卫星相对运动方程,提出了“自然队形”的概念及队形设计的一般方法,并给出了具体的例子。
破裂岩石非达西渗流的试验研究
李天珍, 李玉寿, 马占国
2003, 20(4): 132-135.
摘要:
为研究破裂岩石非线性渗透规律,研制了一种与MTS815.02岩石力学试验系统配套的附加装置。本文介绍了试验原理与方案、试验系统、数据处理方法及一些试验现象,并给出了破裂岩石渗透率、非达西流β因子与轴向应变的回归关系。研究表明破裂岩石渗透特性的统计指标与轴向应变关系可以用二次多项式拟合,渗透特性的变异系数随轴向应变增大而减小。
金属材料疲劳裂纹扩展曲线的拟合方法研究
田秀云, 杜洪增, 孙智强
2003, 20(4): 136-140.
摘要:
提出了一种金属材料疲劳裂纹扩展曲线(a~N曲线)的拟合方法,即修正的双曲函数拟合方法。为检验这种曲线拟合方法的适用性,利用2024-T42铝合金CCT试样的疲劳裂纹扩展试验数据,对该铝合金的疲劳裂纹扩展曲线进行了拟合分析,并给出了疲劳裂纹扩展速率和扩展寿命。通过疲劳裂纹扩展寿命计算结果和试验结果的对比分析,证明这种拟合方法具有较高的拟合精度。
配筋砌体结构抗震设计多道设防方法
于德湖, 王焕定, 张永山
2003, 20(4): 141-146,.
摘要:
虽然我国抗震规范中指出“宜进行多道抗震设防”,但并无具体、明确的条文规定。针对配筋砌体结构,提出了把抗侧力构件分成主抗侧力体系和次抗侧力体系两部分的思想,认为抗震设计过程中应实现对主抗侧力体系的保护,才能是安全可靠的抗震设计;结合配筋砌体构件骨架曲线的特点,给出了具体的设计步骤和设计实例及相关的补充说明;算例分析表明了本文方法的必要性、有效性和可行性。
Drucker-Prager材料一致率型本构模型
肖诗云, 林皋, 王哲
2003, 20(4): 147-151.
摘要:
根据一致粘塑性模型理论,结合所做的混凝土单轴动力特性试验,对常用的混凝土本构模型Drucker-Prager模型进行改进,引入应变率的影响,推导了Drucker-Prager材料的一致率型本构模型;并与试验的应力应变曲线进行比较,结果表明本文模型能够较好地反映混凝土的动力特性;最后,通过对一平面梁进行计算,并与线弹性及率无关塑性结果进行比较,结果表明考虑了应变率的影响后梁的动力特性发生了较大的变化。
模糊混合控制结构体系的弹塑性时程分析
周建中, 赵鸿铁, 薛建阳, 徐赵东
2003, 20(4): 152-155,.
摘要:
根据模糊理论及抗震结构混合控制理论,利用MATLAB语言编制了一套能对被动调谐质量阻尼器(PTMD)及消能减震相结合的体系进行弹塑性时程分析的计算机程序。使用该程序对模型结构进行基于模糊的弹塑性时程分析,并与试验结果相对比,分析表明二者吻合较好。最后提出了PTMD及消能减震相结合的体系的实用设计方法,同时给出数值算例以证实该控制体系在降低结构地震反应方面的有效性。对推动结构控制理论的发展具有理论意义和实用价值。
滑动索系结构的统一分析方法——冷冻-升温法
郭彦林, 崔晓强
2003, 20(4): 156-160.
摘要:
结构工程中存在大量的滑动索系结构,但目前还没有有效的计算方法求解这种结构的内力和变形,因而使得这种结构的理论研究滞后于它的工程应用。提出了一种新颖、有效、通用的处理方法,称为冷冻-升温法(FHM),能有效地解决采用钢索滑移节点对计算结构内力和变形存在的困难。通过对不同算例进行分析,说明了这种方法的通用性和有效性。
薄壁箱梁剪滞效应的能量变分法
吴幼明, 罗旗帜, 岳珠峰
2003, 20(4): 161-165,.
摘要:
考虑了三个不同的剪滞纵向位移差函数以反映薄壁箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,提出了一种能对工程中常用的变高度梯形截面箱梁剪力滞及剪切变形效应进行分析的方法。应用能量变分原理,导出了箱梁受横向荷载作用下的剪滞控制微分方程和边界条件,获得相应的闭合解,并探讨了不同纵向位移差函数对剪力滞的影响。最后通过高阶有限条法计算验证了本文方法的正确性。所得的公式比以往剪滞理论有了发展,因此更具有一般性。
具有明满交替流大型水电站的动态数值模拟及优化设计研究
褚宝鑫, 樊红刚, 陈乃祥
2003, 20(4): 166-170.
摘要:
在电站的尾水隧洞中常有可能出现明满交替流动,由于这种流动的存在,过渡过程中可能产生较大的压力脉动,具有明满交替流动的电站尾水系统对电站运行的稳定性和过渡过程都带来复杂的影响,因此在建立合理可行的明满交替流动数值模型是完全必要的。通过分析采用了特征隐式差分格式法计算模型,并用该模型及具有明满交替流动的大型水电站综合计算模型研究了三峡、溪洛渡等四座大型水电站的水力过渡过程,对采用明满流动尾水隧洞和其他形式尾水隧洞中的压力进行了分析计算,提出了对明满流动尾水洞进行优化设计的建议。
泡孔尺寸对开孔泡沫铝合金力学性能的影响
潘艺, 胡时胜, 凤仪, 朱震刚
2003, 20(4): 171-175.
摘要:
在分离式霍普金森压杆(SHPB)和MTS810材料试验机上对多组孔径、多组密度的开孔泡沫铝合金(AA6101)材料进行了准静态与动态压缩实验研究。泡孔尺寸不仅影响着材料的屈服强度和塑性模量等,还影响着材料的应变率敏感性。另外,不同孔径的泡沫铝合金有不同的理想吸能效率。
工字形截面悬臂钢梁的稳定性研究
张磊, 童根树
2003, 20(4): 176-182.
摘要:
在钢梁的稳定问题上近年来存在着两种不同的理论,对这两种理论应用于悬臂梁的情况进行了比较。应用非线性力学对稳定问题的变分原理,提出了考虑钢梁内各种应力的非线性应变能的新的总势能公式。对纯弯下单轴对称工字形截面的钢梁进行了研究,将以往两种理论及本文提出的理论在这个问题上存在的问题进行了讨论。对单轴对称截面悬臂梁作用于端部集中荷载的情况,从两种不同的总势能出发,编制了有限元程序,结果与文献的试验结果进行了比较。还提出了受横向荷载的双轴对称截面梁的新的临界弯矩计算公式,与文献公式和有限元结果进行了比较,结果说明本文的公式更精确,在形式上更加简单。
SMA纤维混杂层合梁的振动分析
邵兵, 任勇生
2003, 20(4): 183-187.
摘要:
提出一类形状记忆合金(SMA)纤维混杂层合梁的数学模型。采用多胞模型、形状记忆合金一维本构关系分析方法,同时考虑铁木辛柯剪切和马氏体相变的影响。目的是为了更进一步了解层合梁的振动控制。SMA纤维用来作为驱动器,它能够改变弹性模量和回复力,以此改变梁的频率。分析了SMA纤维含量、铺设角度和横向剪切变形的影响。结果表明,通过激活形状记忆合金纤维及改变初始变形,对层合梁的自振频率有很强的控制和调节能力。
概率局部应力应变法
王立彬, 靳慧, 徐步青
2003, 20(4): 188-191.
摘要:
实际工程中的结构件往往具有多个不确定因素,包括材料、几何、载荷等。这些不确定因素导致构件的局部应力应变响应和疲劳寿命响应具有随机性。因此对低周疲劳分析中的局部应力应变法进行了概率分析。通过基本随机变量将诺伯法中的循环应力应变曲线(迟滞回线)和诺伯公式表示为概率曲线,基本随机变量反映了构件的不确定因素。通过建立近似拟合多项式的方法,求得局部应力应变的随机响应。将应变寿命曲线视为概率曲线,采用随机累积损伤理论,通过同样方法得到疲劳寿命的随机响应。算例表明结果与蒙特卡罗模拟的结果十分接近。该方法是一个简单有效的疲劳寿命概率分析方法。
多层圆柱结构接触预紧力失效分析
郭然, 施惠基, 郁向东
2003, 20(4): 192-198.
摘要:
多层圆柱结构的接触预紧问题,涉及到几何非线性和材料非线性以及接触面上摩擦力的影响。当材料间的刚度差别较大时,刚度低的材料呈现大变形特征,加大了几何非线性的程度。结构内部的预紧力的大小和分布与结构的整体刚度、结合部位的局部刚度、过盈配合间隙、接触面积等因素有关。本文对三层壳体在集中力作用下的应力和变形状态进行了数值分析。在模型建立中,接触面采用直接约束模型,摩擦力的模拟选用库仑摩擦模型,在施加预紧力时,采用了虚拟温度方法。根据数值计算结果,得到预紧力失效载荷与外壳厚度、垫块厚度和宽度、过盈配合间隙等参数的非线性关系。
角点支承双向密肋楼盖试验与极限平衡荷载计算方法
沈蒲生, 刘哲锋
2003, 20(4): 199-203.
摘要:
为了了解角点支承方形区格钢筋混凝土双向密肋楼盖的受力性能与破坏形态,寻求极限平衡荷载计算方法,进行过一块尺寸为5.46m×10.92m角点支承的两跨连续方形区格双向密肋楼盖的短期荷载试验,根据试验结果,提出了此种楼盖结构的破坏机构,并由此推导出角点支承方形区格钢筋混凝土双向密肋楼盖的极限平衡荷载计算公式。
地震激励邻接高层建筑的随机最优控制
应祖光, 倪一清, 高赞明
2003, 20(4): 204-208.
摘要:
采用控制设备联接相邻的高层建筑以降低其地震响应是一个切实有效的方法。基于随机动态规划原理与随机平均法,提出耦合相邻高层建筑的随机最优控制方法。先建立任意层数并在任意层高处控制联接的耦合结构的缩聚模型,再运用随机平均法导出关于模态能量的oIt随机微分方程,应用随机动态规划原理建立动态规划方程,由此可确定最优控制律。将结构的响应控制化为模态能量控制,缩减控制系统的维数。用高斯随机过程模拟地震激励,可计及其功率谱特性。数值结果表明该耦合结构随机最优控制方法的有效性。