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2005年  第22卷  第3期

书讯——《新型有限元论》出版
龙驭球
2005, 22(3): 0-0.
摘要:
一部具有中国鲜明特色和国际先进水平的有限元专著
沈世钊, 王焕定
2005, 22(3): 1-1.
摘要:
一部优秀的专著
程耿东
2005, 22(3): 2-2.
摘要:
基本方法
基于解析试函数的广义协调超基膜元
傅向荣, 龙驭球, 袁明武
2005, 22(3): 1-4.
摘要:
利用解析试函数法构造一个带旋转自由度广义协调超基膜元.根据弹性力学平面问题的控制方程和艾雷应力函数,求出问题完备的基本解析解,然后用其作为试函数并采用广义协调条件来构造单元:ATF-SCQ4θ.数值算例表明,该类单元精度高、对网格畸变不敏感,显示出良好的性能.
交叉立体桁架系巨型网格结构的超级元与子结构相结合计算法
贺拥军, 周绪红, 董石麟
2005, 22(3): 5-10,2.
摘要:
针对交叉立体桁架系巨型网格结构杆件、节点多、计算工作量大的特点,提出了超级有限元与子结构相结合的简化求解方法:采用三节点立体桁架超级元来处理主体结构中的立体桁架,用子结构法来处理大网格内的子结构.推导了超级元刚度矩阵及子结构参与协同承载时对整体结构的刚度贡献.经编程对比计算分析表明,该法计算精度高,误差基本保持在5%以内,计算工作量较完全有限元法明显降低,且可考虑子结构的参与协同承载,是分析巨型网格结构的一种比较优越的方法.
剪切阀式磁流变阻尼器动态特性实验研究
张进秋, 陆念力, 王光远, 吕建刚
2005, 22(3): 11-15.
摘要:
介绍了剪切阀式磁流变阻尼器的结构和工作原理,基于平板模型得出了其阻尼力的计算公式.对自行研制的剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力、电流、位移、速度和频率等动态特性进行了实验研究.结果表明剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力随控制电流的增大呈非线性增加,阻尼力可调系数随电流变化连续可调.在相同振幅下,阻尼器的可调倍数随频率增大而降低,阻尼力随振动频率的增大而增大.通过深入分析该型阻尼器的动力特性,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的应用奠定了基础.
基于摄动法及等效线性化的耗能减震结构振型分解法
李正良, 范文亮, 周志祥
2005, 22(3): 16-20.
摘要:
采用耗能减震结构是一种经济有效的提高结构抗震能力的方法.针对此类结构在基于等效线性化的振型分解反应谱法进行分析中存在的计算精度差且耗时的问题,提出了求解运动方程本征值问题的基于改进一阶摄动的模态高精度展开法,在此基础上,推导出强行解耦的振型分解法以及相应的一阶摄动修正.最后通过算例证明,提出的基于摄动法及等效线性化的耗能减震结构振型分解法是行之有效的.
混合遗传算法在结构动力反演中的应用研究
谢献忠, 易伟建
2005, 22(3): 21-25.
摘要:
研究了输入荷载未知条件下的结构参数识别及荷载反演问题,该问题最终归结为一个非线性的优化问题求解,根据目标函数、约束条件的具体特性,采用BFGS算法作为局部搜索算子,构造了基于浮点编码的混合遗传算法.针对系统输入未知的激励特性,采用分解反演的计算策略,从而提高了动力反演中混合遗传算法的稳健性和收敛速度.数值算例表明,这种方法具有很好的参数识别精度及荷载反演效果,对测试噪声有较强的适应能力.
粘弹性梁在随从力作用下的动力稳定性
禚瑞花, 冯叔忠
2005, 22(3): 26-30,3.
摘要:
运用微分算子形式推导出了时域内同时考虑拉伸与剪切粘性及转动惯量的粘弹性梁在切向均布随从力作用下的统一屈曲运动微分方程,该方程具有广泛的通用性,适合于任一粘弹性模型.进而得到三参量模型粘弹性非保守梁的屈曲运动微分方程.采用幂级数法建立两端简支、两端固定和左端简支右端固定等支承条件下三参量模型粘弹性梁离散化的动力方程——复特征方程.通过拟牛顿法,得到了一阶复特征值的负实部(衰减系数)及虚部(衰减振动频率)与切向均布随从力的变化曲线.
基于有限单元柔度法和刚度法的几何非线性空间梁柱单元比较研究
陈滔, 黄宗明
2005, 22(3): 31-38.
摘要:
分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法二阶分析理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构二阶非线性分析程序;分别采用这两种方法对几个典型试验实例进行了计算机模拟分析,通过模拟分析结果的对比,对有限单元柔度法与有限单元刚度法处理几何非线性问题的效果与效率进行了比较研究.结果表明:对于几何非线性问题,尤其是对于处理下降段(非稳定阶段)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元,有限单元柔度法是目前处理杆系结构材料与几何双重非线性问题最为有效的分析方法.
一种工程实用的数值积分方法
张艳红, 陈善阳, 胡晓
2005, 22(3): 39-45.
摘要:
在实际工程结构动力反应分析中,往往由于结构型式十分复杂,常用的两种直接积分方法,即显式积分方法和隐式积分方法,在使用中都存在着一定的局限性,如何将这两种积分方法合理有效地结合起来,是一个十分有意义的研究课题.针对实际工程问题中整体结构计算时间步长的选择往往受局部区域的材料特性、尺寸大小等因素影响的这一现象,提出了一种对结构局部区域进行隐式积分、对其余区域进行显式积分的工程实用的显隐式数值积分方法,这种积分格式相对于显式积分格式而言,能显著提高整体结构的计算速度.最后采用三个数值计算实例对这一方法进行验证.
基于损伤的混凝土大坝可靠度分析
封伯昊, 张立翔, 金峰
2005, 22(3): 46-51.
摘要:
研究了基于损伤概念的混凝土结构可靠度分析方法.通过引入损伤边界面的概念,导出了包含损伤变量的四参数Hsieh-Ting-Chen边界面模型.在此基础上,构造了大体积混凝土结构对应于初始损伤边界面的极限状态方程.通过响应面法和有限元分析的结合,对功能函数进行了拟合,建立了可以用于复杂结构可靠度分析的有效模式.用该模式对一座混凝土重力坝进行了实例分析,得到了较为满意的结果.
复合随机振动系统的动力可靠度分析
陈建兵, 李杰
2005, 22(3): 52-57.
摘要:
建议了一类新的复合随机振动系统动力可靠度分析方法.基于复合随机振动系统反应分析的密度演化方法,根据首次超越破坏准则,对密度演化方程施加相应的边界条件,进而求解密度演化方程,在安全域内积分给出结构的动力可靠度.结合精细时程积分方法与具有TVD性质的差分格式,研究了基于密度演化方法求解结构动力可靠度问题的数值方法.以受到随机地震作用、具有随机参数的八层层间剪切型结构为例,进行了结构动力可靠度分析并与随机模拟结果进行了比较.研究表明,建议的方法具有较高的精度和效率.
梯形板的非线性动力分析
蔡松柏, 王磊
2005, 22(3): 58-62.
摘要:
基于弹性板的几何非线性动力平衡方程,首先建立了一个坐标变换将梯形板域变换到正方形域,并将控制方程及其相应的边界条件变换到该正方形域内,然后通过引入中间变量将控制方程降阶,并利用问题的数学物理关系将边界条件进一步简化,在正方形域内对板的控制方程应用伽辽金法使问题变为时间域的非线性动力方程,最后应用参数摄动法得到了梯形板的几何非线性自由振动和动力响应,所得计算结果可供工程设计人员参考.
含气泡液体流动的剪切雷诺应力研究
许兆峰, 罗锐, 杨献勇
2005, 22(3): 63-67,5.
摘要:
含气泡液体流动的雷诺应力主要是由气泡存在及液体湍动而引起的,它们分别在层流和湍流流动中占主导地位.通过对粘性流体绕球形颗粒的流场进行研究,运用单元系综平均方法推导出由气泡引起的剪切雷诺应力关系式,并根据Sato(1981)的方法获得最佳剪切雷诺应力系数.此关系式与雷诺数的平方根成正比,且仅适用于空泡率较小的含气泡液体流动.通过模型预测及与Sato(1981)所得关系式进行比较,显示同意所得关系式更具有理论性,更合理.
用无单元伽辽金法求解几何非线性问题
龙述尧, 胡德安, 熊渊博
2005, 22(3): 68-71,5.
摘要:
用无单元伽辽金法(EFGM)求解了几何非线性问题.无单元伽辽金法采用移动最小二乘函数近似试函数,并用罚函数法施加本质(位移)边界条件,是一种与单元划分无关的无网格方法.在求解几何非线性问题时,采用了增量和修正的Newton-Raphson迭代分析的方法,并在整个分析过程中所有变量的表达格式都采用全拉格朗日格式.算例表明:EFGM在求解几何非线性问题时仍具有很好的精度.
改进遗传算法在非线性热传导参数识别中的应用
李守巨, 刘迎曦
2005, 22(3): 72-75,8.
摘要:
建立了基于优化算法的估计材料热传导系数和边界条件的热传导反问题求解方法.该方法以观测的温度值与有限元计算模拟的温度值最小二乘极小化原理为基础,然后采用具有全局搜索能力的遗传算法求解.为了加快收敛速度和提高反演识别精度,采用了浮点编码的遗传算法.根据先验信息,建立了高斯变异策略.数值计算结果表明,所建立的数值反演方法可以用来解决未知的热传导系数和边界条件识别问题,并且具有良好的抗观测噪音能力.
Kevlar层合材料抗弹性能研究
王元博, 王肖钧, 胡秀章, 王峰
2005, 22(3): 76-81.
摘要:
以Kevlar纤维增强层合材料为对象,通过系列弹道冲击实验,研究了层合板的抗弹性能,着重分析了弹头、纤维铺设方式以及板厚等因素对靶板抗侵彻能力的影响,同时对靶板的破坏模式也作了必要的讨论.此外,还通过一种工程近似方法,分析了不同弹头弹丸的弹道极限速度,预测值与实验值具有良好的一致性.
土木工程学科
大口径埋地钢管在地震断层作用下破坏模式的研究
刘爱文, 胡聿贤, 李小军, 赵凤新, 高田至郎
2005, 22(3): 82-87.
摘要:
利用壳有限元模型模拟了在土耳其地震和集集地震中埋地供水钢管在地震断层错动作用下的实际震害.从理论上得到一等效边界,引入到壳有限元模型的两端,因此只需对在断层附近发生大变形的管段进行壳分析.与梁有限元模型分析结果的比较,壳有限元模型能够更好地揭示断层作用下埋地钢管的各种屈曲破坏模式.通过区分断层两侧场地条件相同和相异这两种情况,很好地模拟了1999年土耳其地震中一根2.2m口径供水钢管在断层附近的三处破坏和集集地震中一根2.0m口径供水钢管在断层附近的二处破坏,探讨了断层两侧场地条件的分布形式对埋地管道破坏模式的影响.还详细地解释了土耳其地震供水钢管第三处破坏产生的原因.
无限地基-结构动力相互作用分析的分区递归时域算法研究
李建波, 陈健云, 林皋
2005, 22(3): 88-96.
摘要:
基于阻尼抽取法,针对结构-无限地基动力相互作用时域分析提出了一种新的分区递归数值求解算法,包括逐步积分形式的地基作用力计算公式及动力相互作用分析中,基于子结构法的具体数值实现过程.该算法隐式地满足了无限介质辐射条件,可方便地确定地基作用力与交界面位置变位的关系,消除了无限地基动刚度时域算法中的频率相关性及褶积分,此外,时域子结构方式的求解可以方便地考虑结构部分的非线性力学特征.以实例的形式说明了该方法良好的精度与应用的简便性.
消能减震剪力墙结构体系的最优设计
刘文锋, 高丽燕, 何玉敖
2005, 22(3): 97-101.
摘要:
提出了一种消能减震剪力墙结构最优阻尼比的设计方法.采用连续化方法,将剪力墙连梁处的阻尼器参数连续分布在墙肢上,从墙肢的微元体的力学平衡方程出发,建立了墙肢的动力偏微分方程,并映射成为双变量的常微分方程.求导建立最优函数方程,将两种极限状态参数代入最优函数方程,获得一个关于阻尼比的超越方程,用数值解法确定最优阻尼比.数值分析结果表明了设计方法的有效性.该设计方法的特点是物理概念明确,计算过程的物理信息不丢失,工作量少,可推广应用在高层建筑的消能减震设计中.
Rayleigh-Bénard对流的相干结构及其对多分形指数的影响
傅强, 陈亦望
2005, 22(3): 102-106,.
摘要:
首先利用子波(Wavelet)WTMM理论对Rayleigh-Bénard(R-B)对流温度信号的多分形特性进行了分析,然后采用本文给出的子波反演公式,不加入任何门限地提取了该信号的相干结构.在此基础上,通过对本文定义的一个非相干结构信号的分形特性研究,来反映出相干结构对多分形特性的影响.研究结果表明:代表大尺度运动的相干结构对小尺度上体现出来的多分形谱D(h)几乎没有影响,在这个意义上讲,分形谱D(h)具有不变性.
一种确定预应力索网结构几何形状与索力的方法
韩大建, 苏建华
2005, 22(3): 107-111.
摘要:
节点位移与索元内力的求解是索网结构静力计算中的两个基本问题,其特点是结构的形状与内力是耦合的.从索网结构的节点平衡方程出发,推导了索网节点位移与索元内力增量所必须满足的平衡方程与变形协调方程的增量形式,然后用迭代法求解上述非线性方程组,从而对预应力索网结构进行初始平衡态以及荷载态下的节点位移和索力计算.最后给出了两个算例,验证了方法的正确性.
弹塑性Winkler地基上双柱式桥墩的地震反应
陈兴冲, 郑越
2005, 22(3): 112-117,.
摘要:
浅平基桥墩在承受强震作用时,其基础与地基之间会发生提离,地基土会进入塑性状态.要精确模拟上述两个问题是非常复杂的.分析中地基采用了能考虑基础提离及地基塑性的弹塑性Winkler地基模型,钢筋混凝土墩柱采用了武田三线型滞回模型.采用1940 El Centro地震记录作为输入,对双柱式浅平基桥墩进行了非线性时程分析.研究结果表明,基础提离和地基塑性对双柱式桥墩的地震反应具有重要影响.与线性分析相比,考虑基础提离和地基塑性后,双柱式桥墩的位移增大,内力减小.在设计中允许地基发生提离和屈服对于保护桥墩是有利的.
钢丝网复合砂浆加固混凝土受弯构件非线性分析
尚守平, 曾令宏, 彭晖
2005, 22(3): 118-125.
摘要:
对用钢丝网复合砂浆加固的钢筋混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究.试验包括16根用钢丝网加固的梁和两根未加固的对比梁,采用U形三面的加固方式(钢丝网复合砂浆包裹了梁的受拉面及两个侧面).试验中对比了加固与未加固构件的裂缝开展情况、跨中挠度以及极限荷载.试验结果表明,钢丝网复合砂浆薄层可以明显地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力,提高抗裂性能,增强构件的抗弯刚度.理论部分采用非线性的方法得到加固构件的荷载-挠度曲线,与试验结果比较,有较好的吻合.
深基坑复合土钉支护稳定性分析方法及其应用
孙铁成, 张明聚, 杨茜
2005, 22(3): 126-133.
摘要:
探讨计算复合土钉支护边坡稳定性安全系数的一种方法,为设计提供较为科学合理的分析手段.基于土坡稳定性分析的Bishop法,建立了稳定性安全系数的计算公式.采用几何控制参数法对最危险滑移面进行搜索.通过分别移动基底、地表水平面和位于基坑高度一半处的水平面上的三个几何控制点,寻找到边坡最危险滑移面并计算出对应的稳定性安全系数.计算表明:(1)用几何控制参数法搜索的最危险滑移面有且仅有一个;(2)改进后的搜索方法趋于完善、合理和准确;(3)对于软弱土层,当边坡侧壁垂直时,滑移面通过坡趾的假设不合理;(4)用该方法计算的工程实例安全系数与实际情况吻合较好,具有较高的工程应用价值.
钢管混凝土短柱力学性能研究—实用计算方法
丁发兴, 余志武
2005, 22(3): 134-138.
摘要:
通过对国内外233个钢管混凝土短柱的有效试验结果的重分析,进一步论证了套箍指标是影响钢管混凝土短柱极限承载力的综合因素,建立了钢管混凝土短柱极限承载力、峰值应变和平台强度等实用计算公式和钢管混凝土短柱组合材料应力-应变全曲线实用计算公式,混凝土强度等级适用范围为C20~C110,其计算结果与试验结果吻合良好.研究成果可供钢管混凝土柱的非线性有限元全过程分析参考.
基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型
李亮, 赵成刚
2005, 22(3): 139-143.
摘要:
利用土体的塑性流动理论,提出了用于描述饱和砂土动力反应性质的弹塑性本构模型.土体总的变形由三部分组成:即弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变.土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映.该模型能够较为准确地描述饱和砂土在单调加载和循环加载条件下的反应性质.
铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应分析
张楠, 夏禾
2005, 22(3): 144-151.
摘要:
通过理论计算与现场试验研究高速列车与桥梁的动力相互作用.建立了车桥系统分析模型:列车模型每节车考虑27个自由度;桥梁模型采用模态综合法,系统激励为实测轨道不平顺.模拟中华之星列车高速通过秦沈客运专线24m双线预应力混凝土简支箱梁桥的全过程,计算了桥梁在高速列车作用下的动挠度、振幅、梁体加速度、桥墩振幅以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场实测结果进行了对比.
斜拱面非对称钢箱系杆拱桥的抗震分析
秦权, 白刚, 王建秀
2005, 22(3): 152-156,.
摘要:
天津大沽桥主跨103米,采用全钢斜拱斜系杆面无顶部水平支撑的结构形式,结构复杂,振型多是空间的,自振频率密集.我国新版桥梁抗震设计规范正在编制,目前我国缺少对这种桥抗震设计的明确规定.参考国内外相关规范,采用两阶段抗震设计,确定了表达两阶段水平和竖向地震作用的反应谱,选择和产生合格的三分量地震地面加速度时程历史;计算了拱圈的几何刚度和斜吊杆的割线刚度对地震反应的影响;用有效振型参与质量分别确定了对顺桥向和横桥向地震作用的振型组合所必须的振型数,和非弹性时程积分的合理步长,表明用前57阶振型进行振型组合,以及0.02秒的积分步长能给出可靠的结果.对大沽桥弹性反应分析,反应谱振型叠加法必须使用CQC组合,还应考虑对三向地震作用的反应的组合.利用作者开发的程序BER2002进行三分量地面运动同时输入下的非弹性时程积分.分别考虑水平主波沿顺桥向和横桥向的反应,取大者.分析表明,大沽桥的设计方案有良好的抗震性能.
盾构隧道衬砌结构应力与变形的三维数值模拟与模型试验研究
鞠杨, 徐广泉, 毛灵涛, 段庆全, 赵同顺
2005, 22(3): 157-165.
摘要:
结合广州地铁三号线盾构隧道工程实例,提出钢筋混凝土衬砌结构三维非线性有限元计算模型,应用非线性有限元程序ANSYS分析了上部和周围土体荷载作用下衬砌的应力场与变形情况.结构计算模型采用三维实体单元,考虑了衬砌与周围土体的共同作用、土体和钢筋混凝土材料的非线性性质,通过模型刚度折减考虑了管片接头的不连续性对衬砌应力和变形性质的影响.为验证数值分析结果,进行了衬砌结构的相似模型试验.给出了衬砌结构的应力场、应变场、结构整体位移以及裂纹的分布图.
预应力高强混凝土梁延性性能分析与试验研究
张利梅, 赵顺波, 黄承逵
2005, 22(3): 166-171.
摘要:
介绍了24根预应力混凝土梁的延性性能试验结果,试验梁的混凝土强度等级为C40~C80、预应力比率为0.6~1.0、配筋指数为0.17~0.32、钢绞线的延伸率为5.0%和3.6%.结合试验梁的荷载~挠度全曲线分析计算结果,研究了混凝土强度等级、钢绞线延伸率、预应力比率、配筋指数等因素对预应力混凝土梁位移延性系数和极限承载破坏形态的影响规律,提出了设计建议.
悬索桥主缆线形解析方程解及应用
张志国, 邹振祝, 赵玉成, 陈伟
2005, 22(3): 172-176,.
摘要:
假设悬索桥主缆自重沿弧长均匀分布,加劲梁、桥面等其余恒载沿水平均匀分布,按考虑和不考虑主缆弹性伸长对主缆线比重影响的计算模型,根据主缆微元的力学平衡关系,通过引入一个参数u(shu=dy/dx),分别导出了悬索桥主缆成桥线形的解析参数方程.由边界条件,将定解问题转化为一组非线性方程组,以抛物线理论值为求解初始值,采用拟牛顿法求解中跨端点未知参数和主缆张力的水平分量.然后通过改变参数u来确定主缆线形坐标.最后由积分法导出了主缆索有应力和无应力长的计算公式.算例结果表明两种计算模型收敛速度较快,计算精度较高,都可以用于悬索桥设计与施工计算.
负弯矩作用下考虑滑移效应的组合梁承载力分析
樊健生, 聂建国
2005, 22(3): 177-182.
摘要:
钢梁与混凝土之间的滑移效应对组合梁在弹性阶段的性能有很大影响.基于组合梁在负弯矩作用下的滑移微分方程,求出了连续组合梁负弯矩区的滑移及滑移应变解.根据滑移应变解,分析了组合梁在负弯矩作用下的截面应变分布,建立了考虑滑移效应的组合梁弹性承载力计算方法.计算表明,滑移效应导致组合梁截面曲率增大和钢筋应变滞后,在一定程度上减小了构件的弹性抗弯承载力,需要在设计和使用中予以重视.
剪力墙多垂直杆单元模型的改进及应用
陈伯望, 王海波, 沈蒲生
2005, 22(3): 183-189.
摘要:
对目前多垂直杆单元模型考虑剪切变形的三种方法进行了探讨和对比,提出了一种更为合理的刚度矩阵形式.结合钢筋混凝土拉压滞变模型和剪切滞变模型,可对剪力墙进行非线性分析.最后,提供了一个算例,并与试验结果比较,表明该模型具有较好的计算精度.
不锈钢和CFRP混合配筋预应力混凝土梁的延性和变形性能
方志, T. Ivan Campbell
2005, 22(3): 190-197.
摘要:
由于FRP(fiber-reinforced polymer/Plastics)材料直到拉断还表现出线弹性的力学性能,使得采用FRP配筋的混凝土结构延性较差,且已成为这类结构应用中人们所关注的一个主要问题.研究了不锈钢和CFRP(Carbon fiber-reinforced polymer/Plastics)混合配筋部分粘结、部分预应力混凝土梁的延性和变形特性.分析时假定这类梁的截面在加载过程中具有3折线的弯矩-曲率关系,而在卸载过程中截面的弯矩-曲率关系假定为线性,据此提出了这类梁受力全过程的非线性分析方法,并以试验结果验证了其适用性.基于能量耗散的观点引入了反映这类梁延性特性的延性指标,并利用所提分析方法对这类梁的延性进行了参数分析.分析结果表明:增加混凝土极限压应变和预应力束的无粘结部分长度可以有效地增加这类梁的变形性能,但对延性的增加却很有限,而且这两个参数对梁延性和变形性能的影响程度还强烈依赖于梁的破坏形态.
“板—桁模型”计算预应力混凝土复合受力构件抗扭强度
王岚, 周晓蕾, 刘霖, 徐艳秋
2005, 22(3): 198-203,.
摘要:
弯、剪、扭复合受力下混凝土构件的受力特性非常复杂,准确计算构件的抗扭强度对构件的设计及工作性能的分析都非常重要.在钢筋混凝土构件的板-桁模型理论基础上,以预应力混凝土构件在复合受力下的板—桁模型理论为基础,以箱形截面预应力混凝土构件为例,由力及力矩的平衡、变形关系、材料本构关系及构件的破坏准则,建立了在小扭弯比情况下复合受力构件抗扭承载力的计算方法.所建立的计算模型及公式理论基础强、概念清晰,经试验值与理论计算值对比,符合情况较好,证实了板—桁模型理论分析复合受力构件抗扭性能的正确性.
机械工程学科
循环稳定材料的棘轮行为:II.隐式应力积分算法和有限元实现
康国政
2005, 22(3): 204-209.
摘要:
针对第一部分发展的、能够合理描述循环稳定材料棘轮行为的粘塑性本构模型,详细讨论该模型的数值计算方法和有限元实现.在径向回退(Radial Return)和向后欧拉积分方法的基础上,结合连续迭代(Successive Substitution)方法,推导并建立了针对循环粘塑性本构模型的、新的隐式应力积分算法.为了本构模型在大型有限元分析程序(如ABAQUS等)中的实现,针对有限元的整体节点迭代计算,推导和确立了一个新的、考虑率相关塑性的一致切线刚度矩阵(Consistent Tangent Modulus)表达式.通过对一些算例的有限元分析,讨论了建立的隐式应力积分算法的优越性,同时对特定构件的棘轮行为进行了数值模拟,进而检验了有限元实现的合理性和必要性.
用半解析环形棱柱单元解盘形锥齿轮的振动问题
郭星辉, 李永强, 颜世英
2005, 22(3): 210-215.
摘要:
提供了一种使用半解析环形棱柱有限元求解盘形锥齿轮行波振动的方法.单元沿齿轮截面具有8个节点,沿周向为三角函数级数,借助三角函数的正交性使单元矩阵得到简化.单元除考虑旋转作用外也可适合各种截面形状的盘类零部件,并可提高计算机的工作效率.计算结果与实测相比表明单元有很好的精度.
PC轧机轧制过程耦合数值模拟研究
肖宏, 谢红飙, 张国民
2005, 22(3): 216-219,.
摘要:
开发了一种分析三维板带轧制过程轧件与轧辊的耦合变形的计算机模拟系统.它耦合了三维刚塑性有限元法,弹性有限元法和计算辊系变形的影响函数方法.采用该系统成功地对PC轧机(Pair crossed rolling mill)轧制过程进行了分析,得到了轧制压力横向分布,前后张力横向分布,金属横向流动,以及轧后板带的横向板厚分布,包括板凸度和边部减薄大量信息等.
单轴机械臂系统的H_∞控制及精细算法研究
邓子辰, 范小弄, 赵玉立
2005, 22(3): 220-223.
摘要:
针对机械臂系统在Hamilton体系下,给出一种有效的H控制策略和精细的数值计算方法.首先建立了系统的动力学方程,进而利用控制理论中针对扰动衰减问题的H控制策略对动力系统进行了控制研究.在数值模拟过程中,摒弃了传统的差分类计算方法,采用建立在线性系统的时程精细积分算法对状态方程及代数黎卡提方程进行了求解,最后通过数值例题说明了文中方法的有效性.
其他工程学科
热环境下功能梯度材料板的自由振动和动力响应
黄小林, 沈惠申
2005, 22(3): 224-227,.
摘要:
基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kármán型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支功能梯度材料板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了热传导以及组分材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了材料组分指数和热环境对固有频率及动力响应的影响.
增强增韧聚合物基复合材料宏细观应力集中的分析与研究
谢桂兰, 张平, 龚曙光, 曹尉兰
2005, 22(3): 228-234.
摘要:
利用均匀化方法与有限元法相结合,对增强增韧聚合物基复合材料宏观应力集中位置的细观应力集中进行了数值分析与模拟,得到了改性体的材料性能从柔性到刚性、且具有不同体积组份时复合材料的细观应力场,并显示了沿改性体圆弧界面的法向应力、环向应力、剪切应力和Mises应力集中系数的分布规律,定性分析了增强增韧聚合物基复合材料的破坏形式.
基于非线性数值模拟的船桥碰撞力快速估算
胡志强, 顾永宁, 高震, 李雅宁
2005, 22(3): 235-240,.
摘要:
船舶对桥墩的最大撞击载荷是桥梁设计的重要依据之一.通过有限元仿真技术模拟了5000、10000、50000、60000吨4种不同载重吨位的船舶正撞刚性桥墩时的碰撞载荷,归纳出船桥碰撞力-撞深、能量-撞深等曲线和最大碰撞力数据.并在此基础上,得到最大碰撞力-船舶吨位曲线,可用于近似估算各种吨位船舶在不同航速时的最大撞击桥梁力.