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2008年  第25卷  第1期

基本方法
基于哈密顿解法的矩形厚板分析
鞠 伟, 岑 松, 龙驭球
2008, 25(1): 0-007,.
摘要:
建立了分析Reissner-Mindlin厚板问题的哈密顿解法。首先,以x坐标模拟时间坐标,选用互为对偶的混合变量作为基本变量,建立哈密顿正则微分方程组。然后,采用分离变量法和特征函数展开法在相应的边界条件下求出级数解。最后,给出矩形厚板典型例题的解答,分析了级数解的收敛性质。与常用的半逆解法相比,Hamilton解法有其优点:一是求解方法严密合理、有规可循;二是应用范围广,可用于求解系列问题。
索膜结构风振气弹效应的风洞实验研究
武 岳, 杨庆山, 沈世钊
2008, 25(1): 0-015.
摘要:
提出一种可以考虑索膜结构与风荷载动力耦合作用的简化气弹力学模型方法。以该方法为理论基础,进行了多个鞍形索网和鞍形膜结构的缩尺模型风洞气弹实验。研究内容包括:1) 通过对形状相同的刚性模型和弹性模型表面的脉动风压与结构响应观测,探讨了附加气动力对结构响应的影响;2) 利用随机减量技术对实验数据进行处理,实现了对气动阻尼、附加质量等参数的识别;3) 通过对大量试验数据分析,得到了附加质量和气动阻尼随来流风速、风向、结构刚度和结构振动模态的变化规律。实验结果表明:气动阻尼对结构振动的影响较为显著,特别是对结构的低阶模态,气动阻尼比可达到15%左右;附加质量对结构振动的影响较小,其量级仅为结构质量的1倍―2倍左右。该试验过程中未发现结构出现整体气弹失稳现象,但在某些工况下,在结构局部测点出现气动负阻尼。
一维机械强度参数概率模型的合理重构
赵永翔, 杨 冰, 梁红琴
2008, 25(1): 0-048.
摘要:
发展了一维机械强度参数概率模型的Monte Carlo模拟重构方法,以实现任意概率水平可靠性分析。方法用于解决参数仅以特定存活概率(P)值或特定P与置信度(C)值给出时,除特定值外无法实现其它概率水平可靠性分析的问题。为避免模拟样本过大使结果脱离实践、预测偏于危险,建议材料小试样7个―20个样本、结构试样至多10个、还原统计参数误差≤5%的模拟策略。发展了包含6种统计分布模型即正态、对数正态、三参数Weibull、两参数Weibull、极大值和极小值分布的重构方法与实施细节。10种工程材料疲劳极限的重构实践,验证了方法的有效性与可用性。
基于数据融合的结构损伤识别方法研究
刘 涛, 李爱群, 缪长青, 李枝军
2008, 25(1): 0-021.
摘要:
为提高结构损伤识别的准确率,在大型复杂土木工程结构的健康监测中引入多传感器数据融合技术,提出了基于数据融合技术的结构损伤识别方法的实用模型,建立了结构损伤识别方法的评价指标,并通过钢筋混凝土板试验分析了常用的数据融合方法——Bayes方法和D-S证据理论的有效性。分析结果表明:采用数据融合技术,结构损伤识别方法的评价指数更高,即结构损伤识别的效果更好。
沥青混合料热粘弹性本构关系试验测定及其力学应用
郑健龙, 钱国平, 应荣华
2008, 25(1): 0-041.
摘要:
基于热粘弹性力学理论,就不同的温度条件下沥青混合料的应力松弛特征开展了试验研究,应用热流变简单材料的时温等效原理对试验结果进行了分析和参数拟合,根据试验结果建立了描述沥青混合料粘弹特性的广义Maxwell模型;通过理论推导提出了沥青混合料非定常和非均匀变温条件下增量型热粘弹性本构关系,在此基础上,给出应用本构关系进行沥青路面热粘弹性力学分析的数值实现方法;通过对TSRST试验的模拟,对得到的沥青混合料热粘弹性本构关系及其数值实现方法的合理性进行了验证,并给出一个工程计算实例。
海洋工程物理模型试验中风场模拟方法研究
夏运强, 李华军, 唐筱宁
2008, 25(1): 0-033.
摘要:
针对研究浮体运动的海洋工程物理模型试验中风场的模拟要求,对两种实验室模拟实现技术方案进行了阐述和对比,发现了开敞方案在风场质量和经济性方面都要优于风洞方案并推荐使用。同时,采用变比尺船模风场系泊力试验方法,研究了模型的相似性、比尺效应和风速比尺等问题,得出了重力相似准则条件下风速比尺的修正系数。
基于失效概率积分和马尔可夫链模拟的可靠性灵敏度分析
袁修开, 吕震宙
2008, 25(1): 0-053.
摘要:
可靠性灵敏度可以被表达为失效概率对基本随机变量分布参数的偏导数的形式,利用失效概率为基本变量的联合概率密度函数在失效域上的积分表达式,并且利用马尔可夫链能够高效模拟感兴趣区域样本的性质,一种针对单个失效模式和系统多个失效模式的可靠性灵敏度分析方法被提出。由于可靠性参数灵敏度可以表达为一个与联合概率密度函数相关的函数在失效域中的数学期望的形式,所提方法采用马尔可夫链来高效模拟失效域中的样本,进而采用样本均值替代总体均值的方法来得到可靠性灵敏度的估计值。与已有的基于Monte-Carlo模拟的可靠性灵敏度分析方法相比,所提方法在保证计算精度的基础上计算效率有显著提高,尤其是针对小失效概率的可靠性灵敏度分析问题。该算例充分说明了所提方法的合理可行性。
不同载荷和初始气压下滚动轮胎稳态温度场的测试与有限元分析
吴福麒, 李子然, 夏源明
2008, 25(1): 0-060,.
摘要:
进行了转鼓试验下滚动轮胎稳态温度场的测试;采用试验与计算相结合的方法验证了轮胎在转鼓试验中的实际滚动状态为自由滚动状态;根据解耦的分析思想,进行了转鼓试验下滚动轮胎稳态温度场的有限元分析。用实测的轮胎内部点的稳态温度对有限元的分析结果进行了验证,二者的一致性表明了该分析方法的可靠性。着重讨论了轮胎载荷、初始气压等因素对轮胎稳态温度场的影响。结果表明:随着载荷的增加,整个轮胎的温度场都呈上升的趋势;随着初始气压的增大,轮胎胎侧区域的温度场呈下降的趋势;初始气压对胎冠区域温度场的影响较小。
双折线弹塑性滞回模型的结构影响系数
赵永峰, 童根树
2008, 25(1): 0-070.
摘要:
对双折线弹塑性滞回模型的单自由度体系在地震作用下的响应进行了分析,得到了不同场地、结构自振周期、延性、阻尼比、后期刚度系数等参数组合下的结构影响系数R。结果表明:R谱的决定性因素是结构的延性,延性越大R越大;阻尼比、后期刚度对R的影响是第二位的,而阻尼只在短周期范围内有比较明显的影响。对场地特征周期用六种不同的方法进行了分析,取五种分析结果一致的特征周期,对R谱的横轴标准化,得到的R谱保留了在Tg处的峰值特征。对各周期和延性下的R进行统计分析,发现其符合对数正态分布,并提出了延性影响系数Rμ的计算公式。
轴向碰撞弹性直杆动力后屈曲有限元分析
郑 波, 王安稳
2008, 25(1): 0-075.
摘要:
利用显式动力学有限元方法对弹性直杆的动力后屈曲进行了分析;模拟了弹性直杆轴向碰撞动力屈曲的变形及发展过程。分析中将碰撞杆视为无初始缺陷的理想直杆,将弹性直杆动力屈曲双特征参数的解答作为非线性动力后屈曲求解的初始条件,实现了对无缺陷理想直杆的动力后屈曲分析。计算结果与文献中的实验数据获得了很好的一致。计算结果同时也揭示了直杆动力屈曲变形发展的机理,以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用 规律。
覆盖层为功能梯度材料弹性半平面中的Love波
张立刚, 盖秉政, 朱 虹
2008, 25(1): 0-081.
摘要:
对均匀各向同性弹性半平面上覆盖一层功能梯度材料中存在的Love波的频散问题进行了研究,给出了Love波频散方程的一般形式。利用WKBJ近似理论,给出了功能梯度材料层的位移、应力近似解析解,导出了Love波WKBJ近似频散方程的一般形式。该文以功能梯度材料层的剪切弹性模量和质量密度沿厚度方向均为指数函数变化为例,进行了实例计算和分析,给出了频散曲线,讨论了Love波在功能梯度材料覆盖层弹性半平面中传播的一般性质。这些结论对无损检测和反问题分析方法的改进提供理论依据。
Euclid空间中损伤变量表示的Riemann空间中的连续性方程
刘新东, 王 云, 郝际平
2008, 25(1): 0-085,.
摘要:
损伤作为一种缺陷,宏观上通常是在Euclid空间中通过虚拟构形的方式,以连续分布的损伤变量加以描述。但如果描述更复杂的缺陷,处理变形非协调性问题,仅停留在Euclid空间中是不够的。同时,针对工程中不同材料以及同种材料的不同损伤机制,目前尚未建立一个统一的损伤模型。根据Euclid空间中的四阶损伤变量张量,定义了处于自然状态中的损伤变形体在Riemann空间中的三阶拟塑性张量、四阶异物张量,并用其描述损伤缺陷。并给出Riemann空间中异物张量所满足的连续性方程。从而建立了损伤缺陷与Riemann空间的对应关系,以Riemann空间中Bianchi恒等式刻划损伤变形体的非协调性。使得可以在Riemann这样一个弯曲空间中讨论损伤所引起的材料力学性能的劣化。最后给出一个各向异性损伤的算例。
大变形薄壁复合材料旋转梁静动态特性分析
石庆华, 向锦武
2008, 25(1): 0-091.
摘要:
该文研究了大变形薄壁复合材料旋转梁的静、动态特性以及复合材料旋转梁不同铺层角、转速对固有频率的影响变化规律。在梁截面上设立翘曲节点引入翘曲变形,假设应变沿薄壁厚度呈二次曲线形式变化;由Hamilton原理,推导了复合材料梁的大变形公式;建立了考虑剪切、翘曲薄壁复合材料大变形梁静、动态分析的有限元模型,并编写了相应的计算程序。分析了复合材料薄壁梁大变形状态下的静态变形行为;在旋转状态下,考虑哥氏力影响,不同转速、不同铺层角对复合材料梁动态特性的影响。计算结果表明:能够用该文建立的模型计算复合材料梁的静动态特性,与相关文献计算结果进行比较,说明了模型的优越性。
薄壁杆件翘曲剪应力的边界元精确积分解法
安 新, 张效松, 苏 波, 张锦辉
2008, 25(1): 0-096.
摘要:
用非连续边界元对薄壁杆件的约束扭转进行了分析,推导出了求解边界点二次翘曲函数值的边界积分方程,给出了边界积分方程数值求解时积分计算的精确表达式。数值算例表明:利用边界积分方程方法分析薄壁杆件的约束扭转问题时效率和精度高,同时采用精确积分可以有效的处理“边界层效应”问题。
考虑粘结滑移的平面组合式单元模型研究与应用
汪基伟, 张雄文, 林新志
2008, 25(1): 0-102,.
摘要:
配有弯起钢筋的简支梁算例证明,在钢筋混凝土有限元计算中为得到合理的裂缝分布与裂缝宽度,需顺裂缝走向划分网格。当配筋复杂时,采用分离式单元模型计算裂缝分布是困难的。结合现有分离式和组合式钢筋混凝土有限单元模型的优点,推求了一种新的组合式单元模型。该模型既能模拟钢筋与混凝土之间的粘结滑移,较正确地得到裂缝分布与裂缝宽度,又能使混凝土网格划分不受钢筋位置的影响。拉拔构件、配有弯起钢筋简支梁和水电站蜗壳等算例表明,该模型网格划分方便、计算精度高,可用于工程设计。
柔性构件多次撞击力的计算方法
田阿利, 尹晓春
2008, 25(1): 0-108.
摘要:
研究目的是精确计算多次撞击过程中的撞击力。通过研究柔性构件中的瞬态波传播理论,提出了计算多次撞击力的瞬态波效应法,避免了求解具有未知奇异载荷项的非线性方程问题。通过双柔性杆轴向多次撞击的实例分析,研究了初始撞击速度,杆长比对撞击力和撞击发生时间的影响,表明瞬态波效应法可以计算多次撞击力,并可以研究“次撞击”现象。
复合材料开口缝合补强结构力学性能实验研究
韩小平, 曹效昂, 朱西平, 岳珠峰
2008, 25(1): 0-126.
摘要:
对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究,测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合)补强的含孔复合材料层板的拉伸强度,研究了孔边应力集中、应变集中对强度、刚度等力学性能参数的影响,分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律,比较全面地揭示出不同缝合参数补强的试样孔边应变随载荷的变化规律。结合实验结果和分析讨论,给出较为合理的孔口缝合补强设计参数。
离散多层圆筒在热冲击载荷下的弹性动力响应
吴晓丹, 郑津洋, 陈勇军, 邓贵德, 孙国有, 马圆圆
2008, 25(1): 0-115.
摘要:
离散多层圆筒由薄内筒和倾角错绕的钢带层组成,具有制造简便、成本低等优点。预测筒体在热冲击载荷下的热应力对强度设计和安全操作具有重要的应用价值。该文首次研究了离散多层圆筒在热冲击载荷作用下的热弹性动态响应。将内筒和钢带层的径向位移分别分解为满足给定应力边界条件的准静态解和满足初始条件的动态解,准静态解通过齐次线性方法确定,热弹性动态解通过有限Hankel积分变换和Laplace变换确定。根据内外层界面处位移连续条件,得到层间压力关于时间的第二类Volterra积分方程,利用Hermit二次三项式插值方法可求得该层间应力。最后将离散多层圆筒的热弹性动力响应与单层厚壁圆筒的响应进行了比较,并分析了钢带缠绕倾角和材料参数对热弹性动力响应的影响。
基于反馈控制结构动力特性的损伤统计识别方法
王 真, 程远胜
2008, 25(1): 0-121,.
摘要:
提出了一种基于反馈控制结构动力特性的损伤统计识别方法。该方法采用基于独立模态空间的反馈控制法,有目的地配置闭环系统的极点,根据损伤前后闭环系统的特征值构造损伤指标,并以该损伤指标构造统计量,采用假设检验法识别损伤是否发生。三跨梁和Benchmark结构的数值算例表明该文提出的损伤识别方法能够较显著地提高损伤指标的灵敏度,在低信噪比的环境下能准确有效地检测结构小损伤是否发生。
考虑主应力轴旋转Gudehus-Bauer亚塑性模型的改进
熊保林, 邵龙潭
2008, 25(1): 0-132.
摘要:
基于非线性连续介质力学的基本原理,提出了一个考虑主应力轴旋转改进的Gudehus-Bauer亚塑性模型。新改进的Gudehus-Bauer亚塑性模型强调应力增量的大小和方向不仅与当前应力状态有关,而且还取决于当前应变增量的大小和方向。模型中4个参数可由休止角,最大孔隙比以及最小孔隙比估计出来;而其它4个参数可由等向压缩实验、三轴压缩实验以及密砂的侧向压缩实验确定。最后,通过算例把改进后模型数值模拟结果与有关实验资料做了比较,结果表明改进的Gudehus-Bauer亚塑性模型可以考虑主应力轴旋转对砂土强度和变形特性的影响。
振动系统随机传递路径响应分析
张义民
2008, 25(1): 0-136.
摘要:
基于一般概率摄动法,解决了具有随机路径的振动传递路径系统的响应分析问题。应用Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法,提出了振动传递路径系统的随机响应分析方法,在考虑工程中的不确定因素以后,在时域内清晰地描述了振动传递路径的随机响应。
有限宽偏心裂纹板在裂纹面受两对集中拉力作用时裂纹线的弹塑性解析解
周小平, 杨海清, 张永兴
2008, 25(1): 0-027.
摘要:
在实际中偏心裂纹板的受力问题比中心裂纹板受力问题更为普遍。利用裂纹线场分析法简化了弹塑性断裂力学问题的复杂性和数学上的困难,求得了偏心裂纹板在裂纹面上受两对集中拉力作用时裂纹线附近弹塑性边界上的单位法向量、裂纹线附近的弹塑性应力场以及裂纹线上的塑性区长度随荷载的变化规律。在理想弹塑性情况下,该文中的理论解在裂纹线场附近是足够精确的。
土木工程学科
弹性轴向约束平面钢梁火灾下非线性分析的弧线坐标法
王培军, 李国强
2008, 25(1): 0-144.
摘要:
以变形后构件的弧线长度和截面转角为基本未知量,提出了一种火灾升温下弹性轴向约束平面钢梁的非线性分析方法。以节点的内力和外力平衡为条件建立基本方程,可方便考虑几何非线性和材料的非线性。节点仅包含弧线长度和截面转角两个自由度,计算效率优于常规有限元法的梁单元。以承受均布荷载的梁为例,分析了荷载、轴向约束刚度、沿截面和纵向不均匀分布温度的影响,给出了梁跨中的挠度、轴力和弯矩随温度的变化关系,并分析了在不同温度下跨中截面应变和应力的分布。算例表明,该方法有足够的精度。
大曲率圆弧深拱平面弹性稳定分析
夏桂云, 李传习, 曾庆元
2008, 25(1): 0-149,.
摘要:
大曲率拱中,截面形心轴与中性轴不重合,其截面抗弯惯性矩与不考虑曲率影响的截面面积二阶矩有一定的差别;当截面尺寸相对拱弧长来说较大时,此时拱为深拱,剪切变形的影响不能忽略。基于此认识,提出了考虑曲率、剪切变形影响的深拱平面弹性稳定分析方法,讨论了圆弧拱在径向均布荷载作用下的面内稳定问题,导出了临界荷载计算公式,比较了不同理论结果的差别,给出了弹性失稳与塑性屈曲的临界系数和临界圆心角,得出了一些重要结论。
基于改进能力谱法的砼框架Pushover分析
方德平, 王全凤
2008, 25(1): 0-154.
摘要:
基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系,建立了考虑杆件 P- 效应和剪切变形且能分析框架极限状态的非线性有限元法。提出了改进能力谱法,定义了砼框架结构唯一的延性系数,确定Pushover曲线的极限状态点为性能点,通过性能点位于由延性系数所折减的非弹性需求谱曲线上的条件,求出框架的最大抗震谱加速度,评估框架的抗震性能。兼顾承载能力,得出相对受压区高度0.25―0.35,轴压比0.6―0.8的框架,具有较好的抗震性能。
采用粘弹性分数导数模型的橡胶隔振器动态特性的建模及应用
吴 杰, 上官文斌
2008, 25(1): 0-166.
摘要:
橡胶隔振器的动态特性与激振振幅及激振频率相关。给出一个可以表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅及激振频率相关性的模型,其中,用摩擦力模型表征其动态特性与振幅的相关性,用分数导数粘弹性模型表征其动态特性与频率的相关性。计算分析了所建立的模型与目前广泛采用的两种描述橡胶隔振器动态特性模型(基于Maxwell的模型和粘性阻尼模型)在表征其与激振振幅及激振频率的相关性;使用分数导数和Kelvin-Voigt模型时,计算分析了一个含有橡胶隔振器的单自由度振动系统的自由振动和阶跃激励的时域响应。计算结果表明:采用分数导数模型能更加准确地描述橡胶隔振器的动态特性,建立的模型可以用于含有橡胶隔振器的振动系统的动态特性分析。
矩形沟埋涵洞顶部垂直土压力
李永刚, 李 珠, 张善元
2008, 25(1): 0-160.
摘要:
在刚性涵洞和刚性地基条件下,考虑矩形沟埋涵洞胸腔土体的变形和承载作用,建立矩形沟埋涵洞土压力计算模型和计算公式,理论计算与有限元计算结果相吻合。研究表明:槽洞宽比为1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈单调减小的规律;槽洞宽比大于1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈先增后减的变化规律,初始等沉面高度附近有最大土压力系数。槽洞宽比、涵洞高宽比和填土内摩角增大时,土压力系数增大;填土凝聚力增大时,土压力系数减小。槽洞宽比增大使等沉面高度增大;填土高度增大使等沉面高度减小。
基于MRFD的爆炸冲击隔震体系及其半主动控制
杜义欣, 刘晶波, 王立彬
2008, 25(1): 0-172.
摘要:
为有效减少爆炸冲击荷载对防护工程内人员及设备等的伤害,利用磁流变液阻尼器(MRFD)能够提供连续可调库伦阻尼力的特点,建立了基于MRFD的爆炸冲击隔震体系。对该体系进行了几种基于瞬时最优主动控制算法的半主动控制数值仿真分析,结果表明:选用合适的半主动控制算法及恰当的控制参数,利用MRFD进行冲击隔震,能有效控制结构在爆炸冲击荷载作用下的加速度反应。
混凝土夹芯板滑移与变形的理论计算及分析
李砚波, 章少华, 夏宝阳
2008, 25(1): 0-178,.
摘要:
对均布荷载作用下简支混凝土夹芯板的滑移及其对混凝土夹芯板变形挠度影响的理论计算进行了研究和分析,推导出了简支混凝土夹芯板的滑移和变形挠度的理论计算公式,该公式既能描述混凝土夹芯板的滑移规律,也能体现滑移对混凝土夹芯板变形挠度的影响。同时推导出了开裂弯矩的计算公式,确定了滑移和变形挠度计算公式的适用范围。通过与试验和有限元分析结果的比较表明:理论公式计算的结果与试验和有限元分析结果较吻合,可以在实际工程中用来计算混凝土夹芯板的滑移和弯曲变形。
群体高层建筑风荷载干扰效应的数值研究
张 敏, 楼文娟, 何鸽俊, 沈国辉, 陈水福
2008, 25(1): 0-185.
摘要:
采用可实现的k-ε湍流模型,对处于B类地貌风场中由4栋复杂体型高层建筑组成的建筑群进行了静力风荷载和风场的数值模拟,计算得出了群楼周围的流场分布和建筑表面各测点的风压,与风洞试验结果比较表明:数值模拟方法具有较好的精度,可用于两个以上的复杂体型高层建筑群楼的静力干扰研究。着重讨论了复杂体型高层建筑物之间的静力干扰效应,结果表明:串列布置时,上游建筑对下游建筑的迎风面和侧风面都有影响;而并列布置时,静力干扰作用只发生在相邻建筑物的侧风面,对相邻建筑物的迎风面影响很小;静力干扰效应随高度有显著的变化,尤其对高低错落的建筑群,表现为明显的三维效应。
利用声发射信号与速率过程理论对混凝土损伤进行定量评估
朱宏平, 徐文胜, 陈晓强, 夏 勇
2008, 25(1): 0-191.
摘要:
混凝土性能退化过程伴随着混凝土材料中的孔隙、微裂缝和裂缝的发展,而声发射是材料不均匀变形或裂缝开裂及扩展过程的伴生现象。在损伤力学和声发射速率过程理论的基础上建立了在单轴受压状态下混凝土材料的声发射特征参数与损伤演化间关系的方程,从而实现运用测量得到的声发射特征参数最终量化评估混凝土的损伤大小。对某实际桥梁混凝土芯样进行了单轴压力下的声发射试验,得出了混凝土的实际损伤量;通过对声发射Kaiser效应和Felicity效应的分析,评价了混凝土芯样的受力历史;试验结果证明了声发射技术在混凝土损伤评估应用中的有效性和准确性。
面向健康诊断的悬索桥试验模型设计与分析
孙宗光, 石 健, 栗燕娜
2008, 25(1): 0-195,.
摘要:
基于数值模拟的桥梁结构的健康诊断与损伤识别研究存在较大的局限性,而在实际的桥梁上进行破坏性试验目前也是不可能的,所以,模型试验方法在桥梁结构的健康诊断研究中尤为重要。参考实际大跨度悬索桥结构,面向健康诊断设计制作了悬索桥试验模型。试验模型满足多重试验目的的要求,所有构件采用钢材独立加工制作,便于构件更换和重复试验。通过特殊设计的主要构件连接方式,可方便地模拟悬索桥结构的各种可能的损伤情况、异常状态等。对模型进行了详细的静动态测试,同时与有限元计算结果进行了对比分析。通过模型修正,试验模型测试结果与有限元计算结果吻合良好。试验模型和数值模型为今后的有关研究奠定了基础。
弯曲刚度对斜拉索非线性固有频率的影响
赵跃宇, 周海兵, 金 波, 刘伟长
2008, 25(1): 0-202.
摘要:
考虑斜拉索的弯曲刚度、垂度及几何非线性,利用Hamilton变分原理推导了斜拉索的三维非线性动力学方程。研究了斜拉索弯曲刚度对面内、面外的一阶及高阶固有频率的影响,并分析了斜拉索长度和初张力等参数对固有频率的影响。结果表明:弯曲刚度对面外固有频率的影响大于面内;随着斜拉索的长度和初张力的增加,弯曲刚度对面外固有频率的影响递减,对面内固有频率的影响呈钟罩型变化;弯曲刚度对固有频率的影响随着振型阶数的增加而变大。
基于最小二乘方法的索网反射面形状精度调整
杜敬利, 段宝岩, 保 宏, 訾 斌
2008, 25(1): 0-208.
摘要:
根据大射电望远镜索网主动反射面的变形调整要求,提出了基于最小二乘优化模型的迭代调整方法。优化模型以节点载荷增量为设计变量,追求调整后的节点位置相对于设计抛物面的残量平方和最小。线性化残量函数便可得到调整所需产生的位移场。采用基于弹性悬链线解析表达式的悬索单元建立了索网反射面的力学模型,得到了节点载荷增量与节点位移之间的关系;从而可以根据给定的变形场得到对应的调整力增量。数值算例表明所给调整方法具有很好的收敛速度。
基于智能算法的高层建筑非线性地震反应的MR阻尼器半主动控制
徐晓龙, 孙炳楠
2008, 25(1): 0-216.
摘要:
研究了第三阶段结构振动控制的Benchmark问题;设计了基于模糊神经网络的控制器模型;采用磁流变(MR)阻尼器作为控制装置,对一座20层Benchmark建筑结构进行了非线性地震反应的数值仿真分析。首先,通过神经网络对足尺MR阻尼器进行了动力特性的辨识;其次,在设计模糊神经网络控制器时,提出了分区控制的设计思路。将智能控制器半主动控制下的仿真结果与样本LQG控制进行了对比分析。结果表明:提出的智能控制器能有效抑制高层建筑结构的非线性地震反应;与样本LQG控制相比,由于智能控制器的内在鲁棒性和对结构非线性反应控制的稳定性,在非线性结构的振动控制中有很大的应用潜力。
一种改进的齿轮非线性动力学模型
唐进元, 陈思雨, 钟 掘
2008, 25(1): 0-223.
摘要:
在考虑齿面摩擦、齿轮时变啮合刚度和齿侧间隙的情况下,推导出了改正的齿轮副系统的非线性动力学模型,应用符号运算软件,编写符号运算程序,得到了齿轮副非线性振动微分方程。该模型在计算摩擦力时,考虑了载荷在啮合区的动态分配,并根据啮合区单双齿交替的特点提出用周期扩大法建立摩擦力、齿轮时变刚度的模型,改正的齿轮非线性动力学模型是一个周期系数分段线性的非自治系统,与以前所建立的模型相比,该模型的参变系数是具有相同周期的周期函数,新的齿轮非线性动力学模型的建立为求解时变的齿轮动力学方程近似解析解带来方便。
机械工程学科
漂浮基双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制
郭益深, 陈 力
2008, 25(1): 0-228.
摘要:
讨论了载体位置、姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人系统的自适应控制问题。为了克服空间机器人系统动量及动量矩守恒关系的引入,使得系统动力学方程关于系统惯性参数呈非线性关系,给控制系统设计带来的困难,漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程被表示为欠驱动形式。其优点在于,相应的控制系统状态方程保持了惯常的关于系统惯性参数的线性性质。以此为基础,并借助于增广变量法,通过恰当地虚拟扩展系统的控制输入与输出,成功地克服了漂浮基双臂空间机器人系统自适应控制方案设计的难点,针对双臂空间机器人两个末端抓手持有载荷参数均未知的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人两个末端抓手惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。通过系统数值仿真,证实了上述控制方法的有效性。
销轴连接结构的接触应力分析
颜东煌, 刘雪锋, 田仲初, 彭 涛
2008, 25(1): 0-234,.
摘要:
销轴连接结构是工程中最为常用的一种传力结构,对其进行细致的接触应力分析,研究各参数对接触应力大小和分布的影响,对此类传力结构的设计与应用显得尤为重要。该文以佛山东平大桥为例,在验证有限元模型接触参数设置的基础上,计算东平大桥在竖转脱架状态下销轴连接结构的接触应力,计算结果与实测结果相比,基本反应了接触应力的大小和分布,证明了有限元模型的可靠性。在此基础上,研究了提升力大小、材料本构关系等参数对销轴连接结构接触应力大小和分布的影响,得到以下结果:材料本构关系和提升力大小的选取是影响销轴连接结构接触应力大小和分布的关键因素;接触区域的摩擦因数对计算结果几乎无影响。
其他工程学科
锥体接触宽度对冰排弯曲破坏模式影响的有限元分析
王 刚, 武文华, 岳前进
2008, 25(1): 0-240.
摘要:
冰排在锥体上发生的弯曲断裂形式按其裂纹扩展形成可分为径向开裂型和环向开裂型两种。利用三维有限元数值分析,对不同接触宽度的冰与锥体相互作用过程进行了数值分析,得到了不同接触宽度下的冰排环向应力和径向应力的分布规律;给出了冰排所存在的两种弯曲破坏模式转变的接触宽度判断依据;并对两种断裂形式的产生机理进行了分析。