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2007年  第24卷  第8期

基本方法
基于参数识别的结构损伤概率诊断方法
张清华, 李 乔, 唐 亮
2007, 24(8): 0-021.
摘要:
为解决观测噪声等不确定性因素影响下确定性损伤识别方法的损伤误判问题,提出了结构损伤识别的概率可靠度法。通过正则化修正改善参数识别问题的不适定性,利用数据摄动和蒙特卡罗法研究观测噪声对参数识别结果的影响并获得各待识别参数的统计特征,在此基础上基于概率统计理论推导了损伤概率的计算公式。根据损伤识别试验验证了方法的有效性和准确性,分析并比较了概率可靠度法和确定性方法的损伤识别结果。试验研究表明,损伤识别的概率可靠度法能够显著改善传统确定性损伤识别方法的损伤误判问题。
阻尼器对拉索风雨激振的控制效果研究
李寿英, 顾 明, 陈政清
2007, 24(8): 0-008.
摘要:
斜拉桥拉索风雨激振的机理目前还没有定论,人们采取了许多控制风雨激振的措施,在拉索端部安装阻尼器就是最常用的方式之一。在作者建立的三维连续拉索风雨激振理论模型的基础上,建立了阻尼器控制三维连续拉索风雨激振的新理论模型。首先研究了有限差分法中处理阻尼器产生的狄拉克函数的近似方法;然后进行了两端不在同一水平的带阻尼器拉索的自由振动分析;最后,采用准运动水线模型和运动水线模型,研究了阻尼器对拉索风雨激振的控制效果,详细分析了阻尼器空间位置、拉索垂度等对阻尼器控制效果的影响。
KK节点中表面裂纹应力强度因子的数值分析
邵永波, 杜之富, 胡维东
2007, 24(8): 0-014.
摘要:
海洋平台中的管节点在出现疲劳裂纹后,其残余寿命的估算依赖于对焊缝处表面裂纹应力强度因子的精确计算。首先介绍了包含表面裂纹的KK节点的有限元网格产生方法。采用了五种不同类型的单元,即六面体单元、四分之一结点的裂纹单元、棱柱单元、棱锥单元以及四面体单元来形成KK节点焊缝处表面裂纹的网格。然后通过交互J积分法计算出了KK节点表面裂纹的应力强度因子分布情况。
正交各向异性空心圆柱体中的周向超声导波
吴 斌, 禹建功, 何存富
2007, 24(8): 0-042.
摘要:
周向导波适于大直径管道纵向缺陷的超声无损检测。基于三维弹性理论,采用一种正交多项式法研究正交各向异性无限长管道中的周向导波。为验证方法的正确性与适用性,首先计算了各向同性和横观各向同性管道中的周向导波并与已有数据相比较。其次,计算了单向复合材料中不同纤维增强强度下的频散曲线,论证了纤维增强强度变化对于频散曲线的影响。最后,求解了不同径厚比下正交各向异性管道的周向导波的频散曲线,论述了径厚比的变化对频散曲线的影响。
基于RBF网络的步行式底盘内力计算优化方法
韩 军, 高德平, 金海波, 陈高杰
2007, 24(8): 0-026,.
摘要:
为了确定步行式底盘局部结构在作业时的最大受力状态,提出了一种基于RBF神经网络的两级优化模型求解方法,第一级优化模型用逐步二次规划法找到局部结构在给定位置参数下的最大受力状态,通过正交试验设计,利用RBF网络构造出局部结构界面最大受力状态与位置参数之间的非线性映射关系;第二级优化模型用GA求解RBF网络的最大值,并通过二分法不断缩小位置参数的搜索空间,提高RBF网络的逼近水平。研究表明,计算结果可为步行式底盘设计提供理论依据,该方法是解决复杂结构系统中非线性、多变量优化问题的有效手段。
基于计算智能技术的结构系统可靠性优化设计
张义民, 刘仁云, 于繁华
2007, 24(8): 0-031,.
摘要:
利用随机摄动和Edgeworth级数方法,将非正态随机参数可靠性优化设计中的概率约束转化为等价的确定性约束,并运用粒子群算法迅速准确地获得结构系统可靠性优化设计的初始点。针对多失效模式的结构系统,提出了随机模拟-小波神经网络方法(MCS-WNN), 有效解决了结构系统的可靠性仿真。并提出了一种便于逆映射的小波神经网络模型,实现了设计参数的可靠性优化。实验结果表明上述方法是行之有效的。
移动荷载识别的适用性研究
朱军华, 余 岭, 陈敏中, Chan T H T
2007, 24(8): 0-036,.
摘要:
桥梁移动荷载识别技术的适用性是决定其能否直接应用于现场桥梁荷载在线识别的关键因素。基于矩量法和移动荷载识别理论,采用整域基函数表达桥面移动车载,提出了一种时域移动荷载识别改进方法(ITDM)。分别选用正交勒让德多项式和傅立叶级数作为基函数,形成两种改进算法(LITDM和FITDM),通过仿真及试验验证所提方法的正确性及可行性,并从基函数数量和运行时间两方面与时域法(TDM)进行对比研究。仿真及试验研究结果表明:LITDM、FITDM性能与TDM相近,但ITDM灵活性更强,其中以FITDM计算效率最高,适用性最强,LITDM次之,这对于桥梁移动荷载的现场在线准确识别非常有利。
基于动态近似边界条件的气动弹性数值模拟
何 辉, 张伟伟, 叶正寅
2007, 24(8): 0-059.
摘要:
发展了一种利用欧拉方程计算非定常气动力的数值方法,通过在固定物面边界上满足动态近似边界条件计算出非定常气动力,避免了在每个时间步重新生成网格或需用动网格技术进行网格变形处理过程,提高了计算效率。运用这种方法计算了一系列非定常气动力算例,并与非结构动网格准确边界条件下的欧拉方程解和实验数据进行了比较,进一步分析了翼型俯仰角和马赫数对非定常气动力相对误差的影响。将气动力解算器与结构方程耦合进行气动弹性数值模拟,计算了跨音速具有S型颤振边界的二元气动弹性标准算例-Isogai wing。算例结果表明,利用动态近似边界条件的欧拉方程具有简便、高效的特点,并能在小振幅情况下得到与精确边界条件精度相当的非定常流场解,还可以用于气动弹性分析。
复合材料加筋层合板的极限强度分析
唐文勇, 陈念众, 张圣坤
2007, 24(8): 0-048.
摘要:
基于更新拉格朗日格式,应用非线性层合三维退化壳元,结合有效的复合材料失效准则、刚度退化模型以及提出的刚度矩阵奇异判断准则,对复合材料加筋层合板在轴向载荷作用下的压缩极限强度问题进行深入研究。讨论了铺层方式、板厚等对极限强度的影响。通过与试验结果进行比较,表明基于提出的刚度矩阵奇异判断准则,结合增量更新拉格朗日格式下非线性层合三维退化有限元的计算方法,能有效计算复合材料加筋层合板的轴向压缩极限强度,并具有很高的精度。
轴对称胀形双曲金属薄壳非线性静力分析
高光藩, 丁信伟
2007, 24(8): 0-076,.
摘要:
对承受内压、非等厚轴对称双曲薄壳,基于大塑性变形几何关系,通过严格的数学推导,建立了用微分代数方程组描述的数学模型。避免了Gleyzal等建立的变形几何关系采用Taylor展开,导致求解大应变问题精度较低的不足。采用可变步长和变阶的Klopfenstein-Shampine数值微分方法进行计算,可方便地获得该类结构应力、应变和位移等参量的变化规律。通过对比该数学模型和基于Gleyzal几何关系数学模型的数值计算结果与试验结果,验证了模型能较好地描述胀形双曲金属薄壳的大应变特性。
应力强度因子计算的样条虚边界元法
苏 成, 郑 淳
2007, 24(8): 0-053.
摘要:
含有裂纹的工程结构在荷载作用时在裂纹尖端会产生应力奇异的现象,其严重的程度可用应力强度因子来表征。采用基于Kelvin基本解的样条虚边界元法,结合位移外推法,给出了断裂问题应力强度因子的求解方法。通过对两个典型断裂问题的分析,对边界子段与虚边界元的划分、小单元的采用以及拟合点位置的确定等关键问题展开了讨论,获得了相关计算参数的选取规律,为该法在断裂问题的进一步应用打下良好的基础。
薄板在周期热流作用下的热响应(Ⅱ)—变形响应
周凤玺, 李世荣, 张靖华
2007, 24(8): 0-065.
摘要:
考虑高频周期热流作用下引起传热过程的非Fourier效应,基于线性热弹性理论和经典的薄板理论,建立了周边简支矩形板在动态温度场下的控制方程,利用Nowacki方法和Navier级数解法求解得到了相应的拟静态变形和考虑惯性动力项作用的动态变形的解析表达式。通过算例,分析讨论了非Fourier效应、热流频率及惯性项对薄板变形的影响。
拉伸载荷下楔环连接壳体的应力解析方法
黄 鹏, 莫 军, 尹益辉, 徐建国
2007, 24(8): 0-071.
摘要:
楔环连接结构为摩擦-接触多体组合连接结构,一个典型的楔环连接结构主要由两个连接壳体和一对楔环带构成。建立拉伸载荷下楔环连接结构的力学模型,将楔环连接壳体看成由弹性圆环、短圆柱形壳以及长圆柱形壳组成,基于板壳理论和力法推导壳体截面内力精确解求解方程。当环腔段壳体足够长时,讨论壳体截面内力的简化解,并通过精确解讨论简化解的使用条件。
弹性力学Hamilton体系下的稳定问题
李俊永;&#;吕和祥
2007, 24(8): 0-085.
摘要:
通过在Hellinger-Reissner广义势能中引入应变的非线性项,推导出了弹性力学Hamilton体系下的屈曲基本方程。并运用弹性力学方程组一般解的统一理论给出其一般解。最后作为例子,给出了两端简支的梁、组合梁和四边简支板、组合板的临界载荷,并与经典解做了比较。结果是严格弹性力学意义(没有引入任何几何变形假设)下的精确解。为衡量各种计入剪切变形的薄板、中厚板理论的准确性提供了一个标准。
矩形钢筋混凝土双向板板底塑性弯矩比设计取值研究
蒋秀根, 剧锦三, 庄金钊
2007, 24(8): 0-080.
摘要:
提出了通过调整板底塑性弯矩比控制板底裂缝宽度的概念;基于薄板理论的Navier解建立了提高钢筋混凝土板板底抗裂性能的板底塑性弯矩比值公式;基于塑性铰线理论,给出了保证配筋量最少的板底塑性弯矩比值公式。通过对比,给出了工程中板底弯矩取值的建议公式。
Kagome点阵夹芯板的抗冲击性能研究
郑华勇, 吴林志, 马 力, 王新筑
2007, 24(8): 0-092.
摘要:
Kagome点阵夹芯结构是近年来提出的一种力学性能十分优异的新型点阵夹芯结构。建立了3D-Kagome点阵夹芯板在理想冲击载荷作用下的分析模型,将含有大量周期性单胞的芯子等效为实体板,得到了Kagome芯子的等效本构关系,给出了芯子的等效强度和刚度。采用有限元方法模拟3D-Kagome夹芯板在理想冲击载荷作用下的响应,研究了板的最大挠度随芯子相对密度、芯子的厚度参数和冲击载荷大小的变化规律,得出了该结构抗冲击的最优化设计方案。与相同重量的实体板比较发现,3D-Kagome点阵夹芯板在抵抗冲击、能量吸收和耗散等方面具有很大的优势。
加层电磁弹性材料界面裂纹瞬态响应
段淑敏, 周敏娟, 薛 雁, 冯文杰
2007, 24(8): 0-099.
摘要:
研究加层电磁弹性材料界面裂纹在反平面剪切冲击载荷和面内电磁冲击载荷作用下的动态响应问题。假设裂纹面是电磁不导通的。采用Laplace变换、Fourier变换和位错密度函数将混合边值问题转化为求解Laplace域内Cauchy奇异积分方程。讨论了磁冲击载荷、电冲击载荷、材料参数及加层厚度对能量释放率的影响。该问题的解有助于分析含裂纹电磁弹性材料的动态断裂特性。
考虑水化热粘弹性应力影响的超长结构设计计算与分析
李 东
2007, 24(8): 0-110.
摘要:
超长结构因水化热与日光曝晒的环境影响,在结构的受力构件内产生不均匀的变形,当边界支座受到强烈约束时,可使结构产生随混凝土硬化龄期变化的附加内力。按照设计规范的技术发展水平,计算考虑水化热对结构的影响有很大的难度,当结构形状较复杂时尤为如此。以此为研究重点,采用粘弹性有限元数值分析方法,摸拟了水化热对超长结构的影响,可以得到结构使用前的应力状态和对承载力的影响,直接判断混凝土控制截面处是否存在开裂及发生破坏,在设计和施工中得到控制和避免。
考虑弹性变形的可展杆系结构展开分析
赵孟良, 关富玲, 侯国勇
2007, 24(8): 0-104,.
摘要:
为了保证空间可展结构可靠运行,在展开过程分析中需同时考虑机构运动和弹性变形。首先建立可展杆系结构展开分析的基础方程式,然后基于广义逆矩阵的理论提出了空间可展杆系结构机构运动与弹性变形的混合分析新方法,解决了机构运动与弹性变形的耦合问题,取得了较好的展开分析精度。与传统的柔性多体动力学方法相比,其优点是建模简单,能够有效地跟踪大型可展杆系结构的复杂运动。编制了仿真程序进行了算例分析,验证了分析方法的有效性。
结构可靠度分析中的改进响应面法及其应用
张 哲, 李生勇, 石 磊, 王会利
2007, 24(8): 0-115,.
摘要:
在以响应面法分析结构可靠度中,提出了一种区别于通常以插值点为中心展开生成样本点组的新方法:在求解过程中,用插值点逐步替代初始样本点组中距离验算点较远的点,目的是使所选取的样本点集中于真实极限状态曲面上的验算点附近,重新构成下一轮迭代所需的一组样本点,直至满足收敛条件。算例表明,采用新方法可使结构的分析次数显著减少,并改善了对非线性程度较高的极限功能函数求解可靠指标的收敛性。同时,将该方法应用于一座拟建自锚式斜拉-悬吊体系桥正常使用极限状态下的可靠度分析中。
其他工程学科
考虑平方阻尼及分段线性刚度铰接塔-油轮系统的分岔与混沌特性
谢文会, 唐友刚, 陈予恕
2007, 24(8): 0-167.
摘要:
研究了铰接塔-油轮系统在规则激励下的分岔和混沌特性。将该系统简化为单自由度分段线性恢复刚度,含平方阻尼的动力学分析模型,建立了铰接装载塔的分段非线性运动方程。使用增量谐波平衡法(IHB)获得系统周期解,结合Floquet理论判断系统周期解的稳定性,使用增量弧长法进行路径跟踪,获得了系统响应曲线和通向混沌的道路,发现两种由倍周期分岔导致的混沌运动。并且,为了验证系统的混沌运动,计算得到了两种混沌运动从产生到消失过程的最大Lyapunov 指数图。
采用等效介质模型研究地应力场中套管井周波速的空间分布
李平恩, 殷有泉, 苏先樾
2007, 24(8): 0-162.
摘要:
在以往的工作中,利用弹性力学理论获得了地应力场中套管—水泥环—地层系统应力分布的解析表达式。在此基础之上,应用等效介质模型的速度—应力关系式,研究了地应力场中套管井周弹性波速的空间分布规律。分析结果表明,相对裸眼井,套管井应力集中的程度更加明显,由于套管和水泥环的存在,地层应力集中的范围明显缩小到井眼附近。应力集中将导致套管井周波速空间分布的各向异性,对应不同方位径向偏振的横波速度的交叉点明显向井孔附近移动,这意味着垂直偏振的两种弯曲波频散曲线的交点会向高频移动。这一结果表明,在高频情况下,在套管井中应用正交偶极子声测井检测应力导致的各向异性是可行的。
长输管道悬索跨越结构静动力性能的有限元分析
王金国, 丁 阳
2007, 24(8): 0-177.
摘要:
应用ANSYS有限元程序,建立长输管道悬索跨越工程原型和1∶8试验模型的有限元计算模型,对有限元计算模型进行静力、模态和地震反应的有限元分析。结果表明:静力计算和模态分析中,计算结果与试验结果吻合很好,2个有限元模型的计算结果能较好地满足模型设计相似比,试验模型能较好地反映原型结构的性态;地震反应分析和试验中,输入的最大横向和竖向地震反应加速度折合原型均超过0.4g,但模型构件未发生破损,结构体系保持稳定,表明悬索跨越结构具有抗御地震烈度9度而保持使用功能的能力,但有限元模型地震反应计算结果与试验实测值之间存在着一定差异,分析了造成差异的原因。
核反应堆预应力钢筋混凝土安全壳内爆炸数值分析
刘云飞, 王天运, 贺 锋, 李振明
2007, 24(8): 0-172,.
摘要:
现代高技术战争和反恐怖战争中,核电站极有可能遭受精确制导弹药的打击。根据核反应堆预应力钢筋混凝土安全壳的结构形式,建立了安全壳有限元模型,采用土壤/混凝土材料模型,应用显式动力有限元程序LS-DYNA的流-固耦合算法,对预应力钢筋混凝土安全壳进行了内爆炸工况下的数值模拟分析,分析了在内爆炸荷载下安全壳结构的力学特性。结果表明:运用流-固耦合算法对安全壳进行内爆炸全过程三维数值模拟,能够揭示安全壳结构在内爆炸冲击波作用下的力学行为。
纸机旋转空心铸钢辊的弹性分析及其应用
刘迎春, 苗德华
2007, 24(8): 0-181,.
摘要:
研究了考虑离心力(设计车速)影响时高速纸机中具有闷头的空心铸钢辊结构的强度计算和优化设计问题。应用弹性理论导出了配合压力的一般公式,根据等强度设计思想,建立了辊筒与闷头中的最大Tresca等效应力的计算公式,进而提出了最优过盈量的计算方法,算例针对某设计车速给出了可用于铸钢辊结构优化设计的曲线图。分析方法和解析解对于工程中其它由塑性材料制成的旋转双重过盈配合结构的强度计算和优化设计也有参考价值。
温度场中输电线在谐扰力作用下的1/3次亚谐共振研究
杨志安, 刘鹏飞, 席晓燕
2007, 24(8): 0-187.
摘要:
研究输电线在温度场中谐扰力作用下的1/3次亚谐共振问题,应用动力学方法建立温度场中受谐扰力作用输电线的非线性振动方程。根据非线性振动的多尺度解法,得到系统满足1/3次亚谐共振情况的近似解,并对其进行数值计算。分析温差变化、外部激励、谐调值、系统阻尼等对系统的影响。得到系统失稳的临界温度。系统随着调谐值和温差的增加,响应曲线的幅值增加;随着阻尼的增加,幅频响应曲线向开口方向移动。
涂敷和护套对分布式光纤应变检测的影响研究
高俊启, 张 巍, 施 斌
2007, 24(8): 0-192.
摘要:
光纤的涂敷层和护套采用的材料不同于纤芯材料,其在起到保护光纤的同时,也会对光纤的传感性造成一定的影响。为能准确测量结构的应变,从细观力学的角度建立了铺设在结构中的具有二层保护介质的分布式光纤传感器的理论模型,分析了涂敷层、护套的剪切模量和半径对分布式光纤应变检测结果的影响,比较了不同铺设长度下光纤的传感规律,提出了降低保护介质对光纤应变传感影响的方法。
土木工程学科
全预应力梁振动频率的理论分析与试验研究
张耀庭, 汪霞利, 李瑞鸽
2007, 24(8): 0-120.
摘要:
进行了5根全预应力梁的动力试验,试验结果表明:全预应力梁的固有频率随着预应力的增加而增加,这与经典的轴力作用下各向同性材料梁的理论分析结果完全相反。为此,仍将全预应力梁视为各向同性材料,但对梁的计算刚度进行了修正,将预应力筋对梁的作用视为梁的内力,并按一般简支梁频率公式进行梁的频率计算。计算结果表明:提出的计算公式和方法,在进行梁的一阶频率计算时误差较小,而且能很好地反映出梁的频率随预应力的增加而增加的变化趋势,比已有的计算公式和方法更适用;二阶频率的计算误差稍大,也具有一定的适用性;三阶及以上频率的计算尚存在较大误差,这有待今后进一步的开展研究工作。
基于RTK GPS技术的超高层结构风振观测
李宏男, 伊廷华, 伊晓东, 王国新
2007, 24(8): 0-126,.
摘要:
结构使用期间,由于各种原因,会造成其不同程度的损伤和破坏,为了保证结构的安全和尽可能地延长它的使用年限,应对其进行实时地健康监测与安全性评估。随着RTK GPS技术的逐步成熟,这一高效、快速、全自动、全天候和高精度的健康监测方法在特大型土木工程中开始应用。以某超高层建筑为背景,设计了基于GPS的风振观测系统,进行了强风下的现场试验;采用小波理论对实测的风速和风压进行了小波量图与小波相干分析,针对小波相干分析中由于噪声引起的伪相干现象建立了基于蒙特卡罗的统计显著性水平估计方法;最后对结构的风振响应进行了模态分析,与有限元数值分析结果吻合较好。
钢箱梁斜拉桥索梁锚固区的抗疲劳性能试验研究
包立新, 卫 星, 李 俊, 李小珍, 强士中, 任伟平
2007, 24(8): 0-132.
摘要:
广东湛江海湾大桥采用锚拉板式索梁锚固结构,锚拉板式锚固结构存在严重应力集中,特别是在运营活载作用下的抗疲劳性能值得关注。介绍了锚拉板式索梁锚固结构的特点及其在大跨斜拉桥中的应用,对湛江海湾大桥锚拉板式索梁锚固结构的足尺模型疲劳试验进行介绍,结合理论分析和疲劳试验结果,研究循环荷载作用下锚拉板式索梁锚固结构的抗疲劳性能,对锚拉板式索梁锚固结构耐久性做出了评价。
大跨径拱桥缆索吊装主缆垂度计算
吕红平, 张江涛, 吴海军
2007, 24(8): 0-136,.
摘要:
基于三跨计算模型,考虑主塔塔顶偏位的影响,利用力学关系和几何关系得到了新的主缆垂度计算公式。针对不同的情况,提出了各自简化公式,并探讨了塔顶偏位对主索垂度影响的规律。工程应用表明,该公式具有相当的精度,可为以后缆索吊装施工提供参考。
非预应力筋对无粘结预应力混凝土梁性能影响分析
楼铁炯, 项贻强
2007, 24(8): 0-142.
摘要:
为跟踪无粘结预应力混凝土梁的全过程响应,建立了一种基于法平面弧长算法的有限元模型。该算法能较好地处理梁加载过程的响应变化,可穿越梁破坏前可能出现的极值点问题。设计了7根含有不同非预应力筋配筋率的无粘结预应力混凝土梁,利用提出的数值模型对这些梁进行非线性全过程分析。分析结果表明,没有配置受拉区非预应力筋的无粘结预应力混凝土梁的弯曲性能非常不理想,在梁内配置少量的受拉区非预应力筋,能极大改善梁的性能;随着非预应力筋配筋率的提高,无粘结部分预应力混凝土梁的开裂刚度和极限承载能力有显著提高,而后弹性挠度以及无粘结预应力筋极限应力则明显降低。
机械工程学科
混流式水轮机转轮叶片流激振动分析
张立翔, 王文全, 姚 激
2007, 24(8): 0-150.
摘要:
结合小变形弹性理论和不可压缩粘性流体的最大功率耗散原理构造流体-叶片系统的功率泛函,通过广义变分原理建立了混流式水轮机转轮叶片在非定常湍流场中考虑流体-结构相互作用(FSI)的有限元模型,计算叶片在FSI情况下的流激振动。数值计算采用分离迭代格式,流动用大涡模拟(LES),叶片振动用直接积分法。试验模型以某型水轮机为原型设计制作,在一片叶片的正面和负面上分别装有5只Kulite的压力传感器,在另一片叶片上装有3只微加速度传感器。计算得到的叶片自振频率、频谱曲线以及加速度时程与试验实测结果是吻合的。
组合凸肩叶片的固有特性分析
李 健, 郭星辉, 魏伟明
2007, 24(8): 0-155.
摘要:
提供一种计算组合凸肩叶片固有特性的方法。用薄板-弹簧系统模拟组合凸肩叶片,建立互相耦合的一组单叶片振动微分方程,并将其转换到模态坐标上,其中,未知的弹簧刚度(凸肩作用刚度)可由试验获得。求解方程组的特征值问题即可获得组合叶片系统的固有频率和振型。计算结果表明,使用的方法能较好的处理组合凸肩叶片的固有特性问题。