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2003年  第20卷  第6期

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基本方法
弹塑性位移反分析的遗传算法研究
丁德馨, 张志军, 孙钧
2003, 20(6): 1-5.
摘要:
弹塑性位移反分析问题的目标函数具有多个极小值, 用常规的数学优化方法求解该优化问题时,时常出现陷入局部极小而无法继续寻优的状态。为了克服这一缺陷,应用遗传算法原理建立了弹塑性位移反分析的遗传算法,并应用其对所设定的弹塑性问题进行了反演,反演结果的精度达90%以上。
面积坐标法构造含转角自由度的四结点膜元
陈晓明, 龙驭球, 须寅
2003, 20(6): 6-11.
摘要:
以四边形面积坐标作为工具,构造了两个含转角自由度的广义协调四边形单元AQ4è和AQ4èλ。它们通过强式分片检验,与同类单元相比,具有很高的计算精度,能消除梯形闭锁现象,有很强的抗网格畸变的能力。
位于弹性半空间上的理想流体层动力反应—平面P波入射
王进廷, 金峰, 张楚汉
2003, 20(6): 12-17.
摘要:
根据弹性介质与理想流体交界面的边界条件以及理想流体层自由表面的边界条件,基于位移势函数,推导了平面P波从弹性半空间入射到与理想流体层的交界面时,确定交界面波的透射与反射系数的理论方程。根据该方程,通过数值算例,分析了弹性半空间的弹性模量和密度、平面P波的入射角以及入射频率对理想流体层动压力的影响。
大跨度桥梁考虑桥塔风效应的随机风场模拟
韩大建, 邹小江, 苏成
2003, 20(6): 18-22.
摘要:
将谐波合成法与修正的谱描述法结合用于大跨度桥梁主梁及桥塔上的随机风场模拟。论述了利用谐波合成法对桥梁上顺风向风场的模拟过程,其中考虑了风谱沿高度的变化、由不对称互相关函数引起的重谱以及与频率有关的相位关系,对涉及的复数形式的目标谱密度阵给出了实用的分解方法。文中对用上述理论模拟出的风场样本进行了风谱的相关性检验,计算结果与目标值吻合良好,证明了所用模拟方法的可靠性。最后,使用该方法模拟生成了一座大跨度斜拉桥上随机风场的样本。
钢纤维高强混凝土冲切板的挠度计算
林旭健, 钱在兹, 郑作樵
2003, 20(6): 23-27.
摘要:
通过钢纤维高强混凝土简支方板的冲切试验,得到冲切板的板面变形分布图及中心点荷载挠度曲线,认为板在冲切破坏之前发生的变形主要是弯曲变形。该变形反映了板在各个受力阶段的抗弯性能,也在很大程度上直接影响着冲切锥面上的应力分布和板的抗冲切能力。对冲切板在破坏前各受力阶段的挠度进行了计算,计算结果与实测曲线吻合良好。
数值计算中的一种无网格方法研究
高政国, 刘光廷
2003, 20(6): 28-33.
摘要:
主要工作是推导了一种基于新的形函数形式的无网格方法。由于目前的无网格方法中,紧支域的大小和形状不同直接影响整体场函数的分布,有时会造成计算结果的严重失真。为了弱化紧支域尺寸的选取对计算结果的影响,以节点约束的形式构造一种形函数对位移场进行近似。一维位移场的计算实例表明方法能有效的弱化覆盖尺寸对计算结果的影响。一个简单的三维数值算例也表明利用该形函数构造的应变场进行无网格方法计算是可行的。方法的缺点是弱化核函数覆盖尺寸的影响是以增大计算量为代价的,需进一步改进。
挤扩支盘桩承载变形特性的试验研究及承载力计算
巨玉文, 梁仁旺, 白晓红, 张善元
2003, 20(6): 34-38.
摘要:
根据单桩静载荷试验及桩身轴力的测试结果,深入分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性;同时给出挤扩支盘桩的单桩承载力计算公式。通过分析计算,指出了支盘的承力特性具有明显的时间效应和端承性质,揭示了支盘桩高承载力和S型Q-S曲线的内涵。
条层法及其对板带轧制三维变形的仿真
刘宏民, 王英睿, 金丹
2003, 20(6): 39-45.
摘要:
提出一种模拟板带轧制过程三维变形的新的数值方法——条层法。首先沿高向将变形区均匀地划分为若干层,然后再沿着金属的流动轨迹将变形区内的每层带材划分为若干流线条元,为了方便分析和计算,又将流线条元映射为矩形条元。横向位移的纵向分布被构造为四次曲线,横向分布用三次样条插值函数表示,高向分布用二次曲线拟合。根据塑性力学流动理论,分析推导了变形区三维变形和应力的数学模型。与作者曾经提出的流线条元法相比,考虑了应力与变形沿高向的不均匀分布,实现了精确的三维分析和计算。关于热带钢连轧和厚板轧制的仿真实例表明,提出的方法和模型符合实际,为板带轧制过程的三维力学仿真提供了一个新的实用工程数值方法。
双参数地基上厚薄板通用元与地基参数识别的挠度反分析
张望喜, 易伟建
2003, 20(6): 46-51.
摘要:
进行了双参数地基板的有限元分析,基于Mindlin-Reissner中厚板理论给出了双参数地基上广义协调厚薄板通用元的计算公式,并利用位移反分析和遗传算法进行了地基参数识别。有限元计算与试验实测结果吻合良好。为便于比较,文中还给出了Winkler地基和半空间地基的计算结果。
人工神经网络在高温后静置混凝土抗压强度预报中的应用
吕天启, 赵国藩, 林志伸
2003, 20(6): 52-57.
摘要:
根据试验结果,应用人工神经网络(ANN)方法对火灾高温后静置混凝土的抗压强度进行了预报,预报值与试验值吻合良好。探讨了受火温度、高温后静置时间及冷却和养护方式对火灾高温后混凝土抗压强度的影响。此外,利用该网络模型分析了火灾高温下混凝土的抗火性能。表明该方法是可行的。
基于变轴力和定轴力试验对比的钢筋混凝土柱恢复力滞回特性研究
杨红, 白绍良
2003, 20(6): 58-64.
摘要:
在讨论了框架柱在地震作用下轴力变化规律的基础上,通过由变轴力柱和定轴力柱的低周交变加载试验获得的恢复力滞回曲线对比,给出了用各个“轴力变化半周”的“等效滞回轴力”修正恢复力骨架曲线,和用“等效累积滞回轴力”随时间步长调整累积强度退化系数从而修正恢复力滞回曲线的再加载刚度的建议。该建议能更有效、更方便地反映轴力变化的整个历程对变轴力柱恢复特征的影响,有利于提高钢筋混凝土杆系结构非弹性地震反应分析的有效性。
半刚性梁柱节点连接的初始刚度和结构内力分析
王燕, 李华军, 厉见芬
2003, 20(6): 65-69.
摘要:
给出了考虑节点半刚性连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响。通过分析表明,半刚性连接的初始刚度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分布位置有关。半刚性连接框架受连接柔性的影响,钢框架采用半刚性连接会使横梁的杆端负弯矩减少,而跨中正弯矩要相应增加,按刚性连接设计不符合实际受力情况。其结果将高估由梁端传到柱的负弯矩而低估梁的跨中正弯矩,框架的半刚性连接对结构受力性能有明显影响,在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性的影响。
小波基无单元法及其工程应用
周瑞忠, 周小平, 缪圆冰
2003, 20(6): 70-74.
摘要:
论述数值计算中新的小波基无单元方法,即用小波基函数取代传统无单元方法中的幂级数基之后,使无单元法具有了小波变换的局域化和多分辨率等优良特性,并能有效地克服有限单元法的网格敏感性和单元之间应力不连续现象,从而不但拓展和丰富了无单元法的理论内容,也为其工程应用开辟了新的途径。
加层压电半空间界面裂纹力电联合冲击动态响应
冯文杰, 邹振祝, 张志国
2003, 20(6): 75-80.
摘要:
基于线性压电弹性理论,研究电绝缘和电接触两种电边界条件下,任意多个任意排列的压电加层半空间界面裂纹在力电联合冲击作用下的动态响问题。通过引进Laplace变换和 Fourier 变换及位错密度函数,将问题首先转化为Cauchy 奇异积分方程,进而转化为代数方程进行数值求解。数值算例表明,电载荷、加层厚度及材料参数对动能量释放率具有重要的但不同的影响。研究结果对结构设计及结构失效的预防具有理论和应用价值。
已知索端预张力或预应力状态索长的索原长求解技术
聂建国, 陈必磊, 肖建春
2003, 20(6): 81-85.
摘要:
H. B. Jayaraman在80年代推导的悬链线索元有限元计算精度高,特别适用于精度要求比较高的大型索结构,但需要已知索原长。而索结构施工时通常是以控制索端张拉力或测量预应力状态下的索长来达到结构的设计应力状态。推导了索端张力及预应力状态下索长与索原长的增量函数关系,采用迭代方法求解索原长,计算稳定且收敛快。
京沪高速铁路南京长江大桥列车走行性分析
李小珍, 蔡婧, 强士中
2003, 20(6): 86-92,2.
摘要:
运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法,将车桥作为联合动力体系,建立了高速列车与大跨度斜拉桥的车桥耦合动力分析模型。以京沪高速铁路南京长江大桥3塔斜拉桥方案为例,分析了大跨度斜拉桥在ICE高速列车作用下的车桥动力响应特点;同时,基于合理的列车走行性评价指标,对高速列车通过大跨度斜拉桥时的走行安全性与舒适性进行了详细分析,初步探讨了大跨度斜拉桥用于高速铁路的可行性。
大跨度悬吊索系结构目标位置成形分析方法
王宏, 郭彦林, 任革学
2003, 20(6): 93-98.
摘要:
针对大跨度悬吊索系结构,建立了一种精确的结构成形分析方法棗目标位置成形分析方法,并将这种方法应用于大跨度悬吊索系结构和索穹顶结构。分析结果表明,提出的分析方法理论正确、计算高效,并具有很高的精度,可作为结构成形分析的一种有力工具。
300km/h高速铁路PC槽型梁动力试验研究
夏禾, 张楠, 张鸿儒, DE ROECK Guido
2003, 20(6): 99-105.
摘要:
介绍北方交通大学与比利时鲁汶大学、布鲁塞尔自由大学、比利时铁路公司合作,在巴黎至布鲁塞尔之间高速铁路线上的Antoing大桥进行的二次高速铁路桥梁动力试验。试验桥梁由跨度50m的多跨预应力混凝土简支槽型梁构成,试验中列车速度达265-310km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、振型、阻尼等自振特性,以及桥梁在高速列车作用下的动挠度、梁和桥墩的横向和竖向加速度、橡胶支座的相对位移、梁体的动应变等动力响应特性。试验经验和测试结果对于充实高速铁路桥梁动力分析理论、改进数值分析模型、验证计算结果、提高高速铁路桥梁的动力设计水平、保证行车安全,具有重要的意义。
施工中大桥桥塔的TMD减振研究
徐刚, 王靖夫, 任文敏, 刘刚亮, 王中文, 顾金钧
2003, 20(6): 106-110.
摘要:
施工中大桥桥塔的风致振动对施工具有很大的危害,采用调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振。首先,通过一个二自由度的振动模型来阐述TMD装置的工作原理,并导出了TMD参数和外激励频率与减振效果的之间的关系。然后,在讨论大桥桥塔结构按一阶模态向一个单自由度系统的等效简化问题中,提出了一种基于固有频率的等效质量简便算法。最后,结合崖门大桥的桥塔施工进行实例TMD减振分析, 实测结果表明TMD的减振效果非常好但其设计过程也很复杂。
基于模糊系数规划的模糊有限元方法
李海滨, 黄洪钟, 孙占全
2003, 20(6): 111-115,.
摘要:
目前,对模糊有限元方程的求解思路是:在确定性有限元方程中引入参数的模糊性,然后对应一系列阈值λ,将模糊有限元平衡方程转化为一系列确定性区间方程组,再求解这些区间方程组。然而,至今区间方程组的求解问题尚未解决,因而模糊有限元方程组的求解亦未得到有效的解法。将模糊系数规划与弹性力学的行为本质棗即物体的平衡过程为一个二次方程的能量极小化过程相结合,得到了一种新的模糊有限元求解方法,数值仿真实验表明该方法可行。
轴压圆柱钢薄壳稳定设计综述
赵阳, 滕锦光
2003, 20(6): 116-126.
摘要:
轴压圆柱薄壳广泛应用于土木工程中的各类钢壳结构,包括筒仓、塔桅、烟囱及容器等。轴压圆柱壳的屈曲问题一直是壳体稳定研究中最为活跃的课题之一。本文全面总结轴压圆柱壳稳定设计方面的研究成果及设计准则。首先简要回顾轴压圆柱壳的弹性经典解及初始缺陷敏感性的经典研究,接着对实际结构中的初始缺陷与制作过程的关系以及焊接残余应力对屈曲强度影响的近期研究进展进行了总结。然后,在简单介绍欧洲钢结构协会规程对轴压圆柱壳稳定设计有关规定的基础上,详细说明了新的欧洲钢壳设计规范所给出的设计准则及相应的研究背景。
垂直井中受压段旋转钻柱的分岔研究
范慕辉, 焦永树, 王磊
2003, 20(6): 127-129,.
摘要:
主要目的是研究钻柱的转动效应对铅垂井段钻柱屈曲行为的影响。通过考虑垂直井中受压段钻柱在旋转时引起的惯性力,建立了在分布浮重作用下旋转钻柱的分岔微分方程。通过对方程的数值求解,得到了旋转钻柱发生屈曲时的前四阶分岔值曲线及相应的屈曲构形。计算结果表明,随着钻柱转速的提高,发生各阶屈曲的临界钻压将明显降低。通过对工程实例的分析得知,转动效应对受压段钻柱的屈曲行为有不可忽视的影响。
乘波前体构型设计与压缩性能分析
刘嘉, 王发民
2003, 20(6): 130-134.
摘要:
提出了用相交楔锥流场构造乘波构型飞行器前体的方法。该方法利用无粘相交楔锥流场生成具有两个压缩面的乘波前体,不仅兼具楔型流场和锥型流场构造乘波体的优点,而且充分发挥了高超声速飞行器前体的预压缩作用,为进气道的正常工作提供了条件。同时用数值模拟的方法研究了不同前体压缩角度组合的预压缩效果,并在压缩角优化的基础上进行了前体/进气道的一体化设计。
低层坡屋面群体建筑表面风压的数值模拟
王辉, 陈水福, 唐锦春
2003, 20(6): 135-140,.
摘要:
结合低层民房风荷载及抗风性能的研究,基于Reynolds时均N-S方程,采用由标准κ-ε湍流模型扩展的RNG κ-ε模型,对一幢低层双坡屋面单体房屋和由六幢该类房屋组成的群体建筑的周围风场及表面风压进行了数值模拟。数值模拟采用具有良好适应性的四面体单元进行计算区域的网格划分,顶点中心格式的有限容积法进行控制微分方程的离散,SIMPLE压力校正迭代算法实现对非线性离散化方程的求解。在单体计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,重点获得了群体效应下低层双坡屋面房屋表面风压的分布规律和特征。
上海标准推荐的预制桩极限承载力分项系数研究
赵春风, 徐超, 缪俊发, 高大钊
2003, 20(6): 141-144,.
摘要:
提出了获得上海市标准预制桩推荐表格统计特性的一种新方法,在运用该方法求得桩侧摩阻力和桩端阻力统计特性后,利用可靠度理论对上海地区31个场地进行了计算,并对计算结果进行统计分析,得到了可靠度指标的统计特性。在此基础上,按完全可靠性分析方法,求出了上海地区由标准推荐公式确定单桩竖向抗压承载力的分层桩侧摩阻力分项系数和桩端阻力分项系数,并对上海地区31个场地在利用分项系数设计方法的基础上反算了安全系数,结果说明所研究方法可作为规范过渡时的参考。
登月飞行器软着陆发动机持续工作初始点选择研究
王劼, 李俊峰, 崔乃刚, 刘暾
2003, 20(6): 145-148.
摘要:
完成了推力幅值恒定的登月飞行器时间最优和燃料最优的软着陆轨道研究。文中将飞行器在月球表面软着陆的轨道分为开普勒下降轨道和制动发动机持续工作轨道两个阶段进行了综合研究。并着重研究了当飞行器从高度为100km的轨道下降到15km近月点时,在近月点附近是否存在一点,在该点软着陆发动机开始持续工作能够更加节省燃料。
超大型结构特征值问题求解的多重子结构子空间迭代
喻永声, 林家浩
2003, 20(6): 149-153,.
摘要:
提出了在多重子结构分析中利用子空间迭代计算超大型结构特征值和特征向量的一种方法。该方法的计算结果既不受复杂子结构划分方式的限制,又不受包括旋转、镜射和平移的子结构多重几何调用组装方式的影响,与不作凝聚的单一整体结构分析具有相同的计算精度。该方法对于解超大型复杂结构的特征值问题十分有效,数值算例表明了该方法的可靠性及其在工程应用中的极佳效果。
钢管混凝土偏心受压应力—应变试验研究
陈宝春, 王来永, 欧智菁, 韩林海
2003, 20(6): 154-159.
摘要:
试验共对18根钢管混凝土偏心受压短柱进行了测试。试验参数包括偏心率和截面参数(含钢率和混凝土强度)。介绍了试件的内容、试验装置与方法,并重点进行了偏心率对钢管混凝土偏压构件受力性能影响的分析。分析结果表明,偏心率大,相同的纵向应变所对应的钢管环向应变小,紧箍力对提高混凝土强度的作用也随之削弱,构件的承载力也明显降低,达到极限承载力时钢管受压边缘的应变值也相应要大。但偏心率对构件的延性系数影响不大。
均匀土中有限长桩瞬态横向动力响应
刘东甲, 王建国
2003, 20(6): 160-165.
摘要:
解析地研究了桩顶受到横向冲击荷载时桩的瞬态横向动力响应。把桩身当作Bernoulli-Euler梁,桩周土当作Winkler地基。由Laplace正变换和反变换分别得到桩土系统的传递函数和单位脉冲响应。进一步得到桩顶横向振动速度的频响函数、频域和时域表达式。对桩的横向动力响应和轴向动力响应进行了对比研究;研究了桩长、桩周土剪切波速和桩顶横向激振力作用时间对桩的瞬态横向动力响应的影响;还研究了桩中弯曲波的衰减。
基于峰值和极值的不规则动应力等效转化对比研究
田景元, 刘汉龙, 陈爱军
2003, 20(6): 166-170.
摘要:
结构物等在振动荷载作用下是否损坏一般用累计损伤值来判断,而不规则动应力的损伤值等效转化有两种方法,一是根据其峰值,二是本文提出的根据其极值的方法。后一种方法克服了前一种方法的不足,它根据极值序列是否穿零将其分组,把组内的最大值以及组内应力对两极值之差分别转化为损伤值。所编的计算程序能有效地实现第二种方法。算例表明,一般情况下前一种方法算出的损伤值比后一种算出的略大,但在结构物内损伤值本来就大的部位前一种方法严重夸大了30%左右的损伤值。第二种方法丰富了损伤理论,对结构物设计具有指导意义,在岩土工程等领域有应用前景。
简支梁受摆杆撞击时的动荷系数研究
方陆鹏, 王忠保, 富东慧, 赵志岗
2003, 20(6): 171-175.
摘要:
从工程实用的角度对简支梁受摆杆撞击的过程进行了分析,将此种撞击按非完全弹性碰撞考虑,根据能量守恒的原理,应用撞击物——摆杆撞击简支梁试样前后的重力势能之差,给出了此种撞击形式的动荷系数计算公式。通过改装的冲击试验机和所配置的瞬态动应力测试记录系统,对简支梁试样受摆杆撞击时的动荷系数进行了测试。试验测取的动荷系数值与所给出的公式计算值得到较好的吻合,所给公式可以应用于此种形式撞击问题的动应力分析。
用小波神经网络检测结构损伤
鞠彦忠, 阎贵平, 陈建斌, 陈景彦, 陈建华
2003, 20(6): 176-181.
摘要:
用小波和神经网络ART2相结合的方法检测结构的损伤位置。给出了小波变换和人工神经网络的基本理论及其用于损伤检测的原理与特点。通过把小波变换作为神经网络的前处理来构造小波神经网络。首先通过数值试验检验了小波消噪和小波神经网络损伤检测的能力。然后在一个框架结构模型上进行了试验。实验证明这种方法使网络抗噪声能力增强,使损伤识别的效果更好。ART2网络具有自动从环境中学习的能力,能自动的给出新的识别输出。
位移测量反演分析的正、逆定式化方法及其算法程序实现
吴立军, 刘迎曦, 韩国城, 钟世镇, 李义凯
2003, 20(6): 182-186.
摘要:
位移测量反演分析已应用于岩石工程、结构检测、生物力学诊断等领域。介绍了位移反演分析的逆定式化方法与正定式化方法,以及基于这两种方法的初始地应力与岩层介质模量识别的两个算法程序,对比分析了两者在地应力模型、目标参数、反演算法等几个方面区别,重点说明了约束变尺度法优化算法能较好地解决非线性规划问题。并应用于岩石力学施工预报,获得了不同合理性和精度的反分析结果,以及区间最优的反演参数。
几种常见荷载作用下横观各向同性地基轴对称问题的解析解
顿志林, 刘干斌
2003, 20(6): 187-194,.
摘要:
通过对各向同性弹性体力学中拉甫位移函数重新修正,应用位移解法,利用Hankel积分变换理论,在象域内得到横观各向同性地基的通解,运用汉克尔积分反演变换得到了半无限地基在几种常见荷载(圆形均布、集中力、刚性承载板)作用下的应力和位移解析解,并给出了数值计算结果。
轴心受压钢骨-钢管高强混凝土组合柱承载力的研究
王清湘, 赵大洲, 关萍
2003, 20(6): 195-201.
摘要:
提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过13根具有不同套箍指标、配骨指标和长细比的组合柱的轴心受压试验,研究了其受力性能。研究结果表明,由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,可有效地提高柱子的承载力,延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的开展,提高柱子的延性。组合柱的承载力和延性将随着长细比的增大而下降。基于试验研究结果,建立了轴压组合柱承载力数值计算模型,数值计算结果与试验结果吻合良好。
空间钢框架结构的改进双重非线性分析
郑廷银, 赵惠麟
2003, 20(6): 202-208,.
摘要:
为了探讨三维结构的高等分析方法,给出基于UL法的严格三维单元虚功增量方程,详细推导了考虑剪切变形影响的三维梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵和基于三维单元简化塑性区模型的双重非线性刚度方程,并编制空间钢框架结构的双重非线性分析程序。使用包括几何与材料双重非线性的数值算例来验证方法和计算机程序的可行性、精确度与有效性。利用该程序,只需一个单元/构件即可准确预测空间钢框架结构的极限承载力与失稳模态,提高了结构的非线性分析效率。