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2008年  第25卷  第10期

机械工程学科
齿轮啮合过程中安定状态残余应力的数值方法研究
原 园, 徐颖强, 吕国志, 朱贤飞
2008, 25(10): 0-211,.
摘要:
针对齿轮接触表面层变曲率的特点,引入局部坐标系,构造出局部坐标下残余应力-应变场的分布状态,建立了齿轮连续啮合过程中安定状态残余应力的计算方法。该数值方法将弹塑性问题分解为弹性问题和特征应变决定的残余问题,并采用增量映射方法求解特征应变决定的残余问题,可直接得到齿轮安定状态下的接触残余应力。采用该数值方法分别计算了标准渐开线齿轮和齿顶修缘齿轮啮合过程中安定状态下残余应力的分布状态,并与有关试验结果相比较,验证了该数值方法的有效性。
含干摩擦振动系统的非线性动力学分析
丁旺才, 张有强, 张庆爽
2008, 25(10): 0-217.
摘要:
对含干摩擦振动系统的非线性动力学行为进行了研究。为了精确地捕捉粘滑状态的分界点,给出了判定系统滑动状态与粘着状态分界点的理论方法,分析了由干摩擦引起的粘滑振动,结合Lyapunov指数分析了系统的稳定性。进而利用数值方法对一两自由度干摩擦振动系统的动力学响应进行了分析,得到系统经周期运动失稳通向混沌的道路。
基本方法
钢结构施工力学状态非线性分析方法
郭彦林, 刘学武
2008, 25(10): 0-024,.
摘要:
施工力学问题分析的难点在于结构时变、材料时变和边界时变的模拟。该文剖析了单元生死技术模拟施工过程的基本原理,从数学和物理上揭示了单元“杀死”、“漂移”和“激活”的机理。探讨了施工过程模拟的分步建模技术。对单元生死技术和分步建模技术的计算模型和精度进行了对比研究。基于经典梁单元,采用FORTRAN语言编制了这两种算法下的分析程序。算例分析表明:两种方法的理论及所编制程序正确,是施工力学问题求解的有效方法。
六面体单元体积坐标方法
李宏光, 岑 松, 龙驭球, 岑章志
2008, 25(10): 0-018.
摘要:
基于二维问题四边形单元面积坐标法的成功思路,建立了三维六面体单元体积坐标的系统方法,包括:1) 六面体单元特征参数的定义及单元退化模式研究;2) 六面体单元体积坐标定义;3) 六面体单元的体积坐标与直角坐标、等参坐标之间的关系;4) 六面体体积坐标的微分公式。可以看到,六面体体积坐标保持了局部自然坐标的优点,并且与直角坐标始终保持线性关系。它为构造对网格畸变不敏感的新型六面体有限元模型提供了新 工具。
扁球薄壳在大挠度下的非线性动力稳定性
&#;王新志;李 林;王 钢;顾小妹;邱 平
2008, 25(10): 0-079,.
摘要:
根据薄壳非线性动力学理论,由扁球薄壳大挠度基本方程,在周边固定夹紧的条件下,用修正迭代法求出二次近似解析解,把大挠度解作为扁球薄壳的初挠度处理,推导出扁球薄壳在大挠度下的非线性动力学基本方程。然后给出满足夹紧固定边界条件下的位移模式,求出张力。由动力学势的一阶变分为零得到平衡曲面方程。继之用突变理论给出相应的分岔点集的方程组,同时讨论了扁球薄壳整体的稳定性问题。该文也给出了相应平衡曲面的分岔点集的示意图。
基于时间序列模型自回归系数灵敏度分析的结构损伤识别方法
王 真, 程远胜
2008, 25(10): 0-043,.
摘要:
该文在分析了时间序列模型的自回归系数对结构单元刚度灵敏度的基础上,提出了一种采用随机载荷作用下结构的时域响应数据进行损伤识别的新方法。该方法首先根据随机载荷作用下的结构响应拟合适用的时序模型;然后建立基于自回归系数的损伤灵敏度矩阵,通过该矩阵可以建立由单元损伤导致的自回归系数的变化与损伤系数变化之间的关系;最后通过求解损伤系数向量来识别损伤位置和损伤程度。对一悬臂梁结构损伤识别的数值结果表明:在计入1%和2%测量噪声的情况下,该方法仅利用单个传感器的时域测量数据,就能够较好地识别单个单元和多个单元损伤;如果对基于多个传感器的识别结果进行综合,识别结果则更加准确、可靠。
双重弯剪型抗侧力结构的屈曲及其二阶效应
童根树, 金 阳, 米旭峰
2008, 25(10): 0-098,.
摘要:
该文采用连续模型对刚度和轴力均匀的双重弯剪型抗侧力结构的屈曲进行分析,得到了计算临界荷载的精确公式。公式表明:双重抗侧力结构总的临界荷载是两个结构作为独立结构时各自临界荷载的简单相加,与竖向荷载在两个结构上的分布无关。
对在均布水平荷载和顶端竖向集中荷载共同作用下的双重弯剪型结构进行了二阶分析,得到了弯曲侧移、剪切侧移、总侧移及其两个结构中的弯矩的二阶效应放大系数,并提出了简化计算公式。该公式用于顶部侧移计算非常精确,用于下部侧移计算精度良好且偏于安全;该公式也可以用于子结构整体弯矩的计算,子结构是框架的情况下也可以用于框架柱柱端弯矩的放大计算,在下部2/3高度范围内偏于安全。整个解析解的推导过程表明,这些放大系数也与竖向荷载在两个结构上的分布没有关系。
索结构风雨振的动力学行为研究
何学军, 张琪昌, 田瑞兰
2008, 25(10): 0-005,.
摘要:
研究带有运动上水线的两个自由度的索结构风雨振模型,假定索结构振动频率与上水线振动频率相同,利用符号代数语言Mathematica对系统进行数值分析。讨论了密度比、索结构阻尼、偏航角等因素对系统运动的影响,对工程中出现的类似问题提出相应的解决方案。同时得到了索结构和水线的运动相图,结果表明:它们的运动均收敛于稳定的极限环。借助计算规范形程序得到了系统的简化的平均方程,进一步验证了系统存在的定常解。
冲击消振器Lyapunov指数谱及其非线性特性的研究
张淑华, 尧辉明, 张全逾, 杜文艳
2008, 25(10): 0-102.
摘要:
通过在碰撞约束面引入Poincaré映射,将连续动力系统转化为离散动力系统的方法。讨论了冲击消振器碰撞振动系统的Lyapunov指数谱计算方法,将系统的Lyapunov指数谱图与系统全局分叉图进行分析比较,验证了利用Lyapunov指数谱图分析系统稳定性方法的正确性,同时给出了冲击消振器在选定参数下的非线性 特性。
模糊参数平面连续体结构的拓扑优化设计
宋宗凤, 陈建军, 朱增青, 张耀强
2008, 25(10): 0-011.
摘要:
研究了具有模糊参数的连续体结构在模糊载荷作用下的拓扑优化设计问题。利用信息熵将模糊变量转换为随机变量,构建了随机载荷作用下的随机参数的连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元应力可靠性为约束条件,利用分布函数法对应力可靠性约束进行了等价显式化处理。基于随机因子法,利用代数综合法导出了应力响应的数字特征的计算表达式。采用双方向渐进结构优化(BESO)方法求解。通过两个算例验证了该文模型及求解方法的合理性和有效性。
变形三重介质三渗模型的压力动态分析
张 磊, 同登科, 马晓丹
2008, 25(10): 0-109.
摘要:
在应力敏感油藏的试井分析中,常岩石特性的假设对于确定传导率和储存系数可能引起较大的误差。研究了应力敏感地层中三孔三渗流动模型的压力响应,不仅考虑了储层的三孔三渗特征,而且考虑了井筒储集效应和应力敏感地层中介质的变形,引入了渗透率模数,建立了应力敏感地层三孔三渗流动的数学模型,渗透率依赖于孔隙压力变化的流动方程是强非线性的,因而采用数值方法求解数学模型,并探讨了变形参数和三重介质参数变化时压力的变化规律,给出了典型的压力曲线图板,这些结果可用于试井分析。
损伤预警的时序方法及其在Benchmark结构试验中的应用
刘 毅, 李爱群
2008, 25(10): 0-049.
摘要:
针对结构健康监测中如何利用在线监测数据进行损伤诊断的问题,基于时间序列分析提出了一种新的损伤预警方法。首先对所有监测数据样本建立ARMA模型,以模型中AR部分参数的主成分矩阵构建Mahalanobis距离判别函数,进而提出了一种新的结构损伤敏感特征指标DSF。然后,采用t检验考察该指标的均值在损伤前后是否存在显著性变化,从而可以实现结构的损伤预警。最后,对Benchmark结构在环境激励下的试验数据进行了损伤预警研究。结果表明:该文基于时序方法提出的DSF对结构的微小损伤具有敏感性,具备在线实时损伤预警的应用价值。
基于应变能的预应力平面实体结构拓扑优化设计
张爱林, 杨海军, 姚 力
2008, 25(10): 0-116.
摘要:
研究了预应力平面实体钢结构拓扑优化设计问题。建立了以索力值和结构拓扑为设计变量,以结构储存应变能为约束条件,以结构重量最小为目标函数的数学优化模型。在求解方法上,首先以结构储存应变能最小(刚度最大)确定施加在结构上的索力值,然后采用渐进结构优化法(ESO 方法)删除低应变能的单元实现结构的拓扑优化并减轻结构重量。算例结果与相应体系受力性能的结论相吻合,表明本文所提出的优化方法是可行的。
Ⅲ型运动裂纹在两种边界条件下的位错分布函数
王云涛, 吕念春, 程 靳, 李春雷
2008, 25(10): 0-121.
摘要:
通过应用复变函数理论,对Ⅲ型运动裂纹面受均布载荷、运动集中变载荷作用下的断裂动力学问题分别进行了研究。采用自相似函数的方法可以将所讨论的问题转化为Riemann-Hilbert问题,然后应用Muskhelishvili方法就可以得到运动裂纹的应力、位移和应力强度因子的解析解。利用位错分布函数和位移的关系,求得了位错分布函数的解析解,并描述了位错分布函数的变化规律。
矩形薄板面内非线性分布载荷下的辛弹性力学解
谈梅兰, 吴 光, 王鑫伟
2008, 25(10): 0-053.
摘要:
用辛弹性力学理论,根据平面矩形域本征向量展开解法,得到了对应于零本征值和非零本征值的本征向量解,以及含待定常数的面内应力分布通解,依据必须满足的应力边界条件,利用符号运算软件Maple,导出了矩形薄板在半余弦分布载荷作用下的面内应力表达式。为了验证方法的有效性和所得到的公式的正确性,具体分析了正方形薄板在两种非线性形式载荷——半余弦和抛物线分布载荷作用下的例子。算例结果与微分求积法及其有限元法得到的数值结果极其相近。基于所给出的结果,可望为工程应用中的屈曲分析提供合理的前期准备。
风力机叶片的非定常气动特性计算方法的改进
伍 艳, 谢 华, 王同光
2008, 25(10): 0-059.
摘要:
该文从日常的风力机气动设计和研究出发,在考虑非定常条件下翼型绕流物理特性的基础上改进动态失速的半经验模型,先得到二维时的计算结果(即不考虑旋转影响的计算结果),再在考虑紊流的情况下分析离心力和哥氏力对附面层分离的影响来计算风力机叶片的非定常气动特性,得到三维时的计算结果(即考虑旋转影响的计算结果)。分析比较二维和三维时的计算结果,可知采用考虑旋转影响的计算方法改善了原来二维时的计算方法,所得结果与实验值吻合得较好。
非保守薄壁结构系统的广义拟余Hamilton原理及其应用
梁立孚, 刘宗民, 刘殿魁
2008, 25(10): 0-065.
摘要:
采用加零变换法和变积方法,并考虑伴生力特性,建立了适用于非保守薄壁结构系统的广义拟余Hamilton原理。应用该原理解决非保守薄壁结构系统扭转动力学问题,给出同时求解薄壁结构的剪流和转角两类变量的计算方法,最后,讨论了相关的问题。
反分析确定金属薄膜与陶瓷间界面的力学性能参数
赵海峰
2008, 25(10): 0-085.
摘要:
:该文基于薄膜撕裂实验测量和反分析来确定铝膜与陶瓷基体之间界面的力学参数(指界面粘结功和分离强度),薄膜是通过一层环氧树脂胶粘结到基体的。薄膜厚度20 ―250 ,撕裂实验中撕裂角度取90°、135°和180°三种。嵌入粘聚力单元(cohesive zone elements)的有限元模型用于模拟撕裂过程,反分析中有限元计算结果作为一个神经网络的训练数据。将撕裂实验结果输入训练后的网络,可得界面粘结功和分离强度。
空间网壳结构振动问题的改进神经网络控制
郭军慧, 周 岱, 李 磊, 黄剑伟
2008, 25(10): 0-091.
摘要:
结合经验公式及实验比较对神经网络的结构进行优化,利用Levenberg-Marquardt算法改进传统误差反向传播算法。基于两个改进人工神经网络的组合运用,针对结构动力响应,建立了一种可预测有效控制力的神经网络预测控制策略。用一个网络辨识结构的动力响应,另一个网络预测有效控制力。数值仿真显示:该算法具有比传统BP网络的最速下降法高一阶的收敛速度;除个别时间步外,该文控制策略可较准确识别结构的动力响应、给出有效控制力。
颗粒复合材料断裂的梁网格模型
刘金兴, 邓守春, 张 晶, 梁乃刚
2008, 25(10): 0-037.
摘要:
通过发展一种三段式单元,改进了颗粒复合材料的梁网格断裂模型。根据单元内各段交接处的平衡条件推导了单元刚度矩阵。与已有的模型相比,改进的模型能够更加真实的反映颗粒和基体之间的界面区域,并且能够容纳小于网格尺寸的颗粒。计算结果表明利用改进的模型能够得到合理的力-位移关系和断裂模式。
应用纳米压痕技术研究表面纳米化后316L 不锈钢力学性能
郎风超, 邢永明, 朱 静
2008, 25(10): 0-071.
摘要:
316L不锈钢经表面纳米化(SNC)处理后,表面形成一层纳米层。样品表面晶粒细化至纳米级大约12nm左右,随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。该文应用纳米压痕技术分析了纳米层力学性能,结果表明:纳米层的纳米硬度和弹性模量分别为6.05GPa和227GPa,是基体硬度和弹性模量的1.4倍和1.2倍。随距表面距离的增加而降低,并逐步趋近于一个稳定值。同时测得纳米层的应变硬化指数为0.44为基体的1.5倍。
子结构位移迭代法修正软管空间形态
郭小刚, 刘人怀, 曾 娜, 金 星
2008, 25(10): 0-032.
摘要:
为解决四点约束问题,根据非线性有限元理论和Newton-Raphson荷载增量法结合集矿机运动产生的动约束边界条件,首先计算出软管在两个真实边界点约束下的空间构型。然后将两点约束的软管构型数值解作为四点约束问题的初始条件,采用子结构位移迭代法,对两点约束的软管空间形态进行修正,从而使软管的空间曲线通过实测的四点。这样,深海采矿实时动态跟踪软管的空间方位测量技术能融入有限元理论计算。
线弹性土壤中埋设悬跨管道的屈曲分析
邢静忠, 柳春图
2008, 25(10): 0-075.
摘要:
建立了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨管道的屈曲方程。利用细长梁小挠度理论,建立了含有轴向压力的悬跨段和埋设段管道的弯曲控制方程。基于埋设段管道的刚度和变形特性,建立了符合悬跨段管道实际情况的边界条件。导出了悬跨段管道对称屈曲和反对称屈曲的屈曲载荷方程,通过数值求解给出了不同土壤刚度系数条件下悬跨段管道屈曲载荷。研究表明:悬跨段管道的屈曲载荷系数依赖于土壤刚度系数,简支梁模型只在特定的土壤刚度系数下适用于悬跨管道;在土壤刚度系数很大时,两端固支梁模型才能反映悬跨管道的屈曲特性。建议采用该方法进行埋设悬跨管道的屈曲分析。
土木工程学科
GFRP带肋筋粘结性能试验研究
郝庆多, 王言磊, 侯吉林, 欧进萍
2008, 25(10): 0-165,.
摘要:
利用拉拔试验,研究玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋与混凝土的粘结性能,确定GFRP带肋筋的最佳外形,构建GFRP带肋筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型。试验变量包括筋直径、肋间距和肋高度。试验结果表明:GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度显著提高;粘结强度随GFRP带肋筋直径的增大而降低;试件的破坏形式为GFRP带肋筋肋间混凝土的剪切破坏,以及肋表面的轻微磨损;不同的肋参数,如肋间距、肋高度等,对GFRP带肋筋与混凝土的粘结性能影响显著。通过对试验数据的分析可得,机械咬合力是GFRP带肋筋与混凝土的粘结强度的主要组成部分;剪切滞后现象反映了直径对GFRP筋粘结性能的影响;楔块效应反映了肋参数对GFRP筋粘结性能的影响;GFRP带肋筋的最佳肋间距为筋直径的1倍,最佳肋高度为筋直径的6%,此结果可为GFRP带肋筋的规模化生产及工程应用提供理论依据;新构建的粘结滑移本构关系模型能较好地反映GFRP带肋筋的受力全过程。
软土地区弱透水层承压水基坑突涌计算模型研究
丁春林
2008, 25(10): 0-199.
摘要:
针对软土地区弱透水层承压水基坑,根据坑底出渗面土体稳定条件,推导了坑底弱透水层土体突涌临界破坏方程,建立了基坑突涌渗透破坏有限元计算模型,并用验证算例将模型计算结果与离心试验结果、现场观察结果、压力平衡理论结果、以及突涌塑性破坏模型结果进行了比较。结果表明:模型计算结果与离心模型试验结果和现场观察结果比较吻合,而采用压力平衡法和突涌塑性破坏模型得到的判断结果与现场实际和试验结果出入较大。对于弱透水层的承压水基坑,建议采用突涌渗透破坏模型分析基坑抗突涌稳定性。
热态沥青混合料路面振动压实过程ANSYS模拟研究
郑健龙, 陈 骁, 李庆瑞, 应荣华
2008, 25(10): 0-206.
摘要:
为研究热态沥青混合料压实过程的力学行为和变形特征,通过分析沥青混合料的振动压实机理,建立三自由度压路机非线性力学模型和运动方程,用ANSYS软件建立路面振动压实过程的力学模型。考虑混合料的变形是与率相关的应力-应变的非线性蠕变行为,运用Origin软件非线性回归来分析MTS压实试验的复杂蠕变参数,得到0.6MPa不同荷载循环下的蠕变参数值;混合料塑性流动非常显著,成为不可逆的流动变形,c1越大,蠕变越明显,塑性变形就大,c3越小,蠕变越小,塑性流动变小。结果表明:热态沥青混合料在振动冲击的作用下,塑性变形增加得很快,卸载后的永久变形使得混合料压实,形成“骨架-密实”结构;一定荷载作用次数后,混合料处于无法压实的状态。可见,混合料必须在一定的温度范围和压实功的作用下才能获得有效压实。
基于响应面法和Morgenstern-Price法土坡可靠度计算方法
陈昌富, 朱剑锋, 龚晓南
2008, 25(10): 0-172.
摘要:
基于响应面法,建立了一种高效的边坡可靠度指标和失效概率近似计算方法。该法在构造响应面函数时,抽样点计算采用Morgenstern-Price法取代传统费时的有限单元法,大大降低了计算工作量。利用Monte-Carlo随机抽样原理,提出了一种能同时确定边坡最危险非圆弧滑动面和最小可靠度指标的随机搜索新算法。该文给出的两个算例验证了方法的实用性和可靠性,其计算结果同时表明:当分别以最小可靠度指标和最小中值安全系数为目标函数时,搜索到的边坡最危险滑动面相差较大。最后,探讨了土性指标(c,)的分布概型及相关性对边坡可靠度计算结果的影响。
带约束拉杆L形截面钢管混凝土的本构关系
蔡 健, 孙 刚
2008, 25(10): 0-179.
摘要:
分析了带约束拉杆L形截面钢管混凝土在轴压下的受力机理,在确定带约束拉杆L形截面钢管混凝土有效约束区域合理形状的基础上,将带约束拉杆L形截面钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,对截开面的性质和截开面上的边界条件进行合理假设;借鉴约束混凝土的本构关系建立了带约束拉杆L形截面钢管混凝土的等效单轴本构关系,并根据试验数据确定了本构关系中的参数。用建议的本构关系对有关试件进行了荷载-应变全过程分析,荷载-应变的理论计算曲线和试验曲线吻合良好。
饱和土中桩竖向振动响应分析
余 俊, 尚守平, 任 慧, 王海东
2008, 25(10): 0-193.
摘要:
基于Biot动力固结方程,研究了三维轴对称条件下饱和土中端承桩竖向耦合振动问题。首先对固结方程进行变形,通过算子分解法和分离变量法得到土体体积应变和空隙水压力的解,进而求得饱和土层竖向振动的解析表达式,然后联系桩土耦合条件,得到桩土系统的定解。通过与李强解对比,发现两解基本一致。对桩顶阻抗进行参数分析,得到一些有益的结论。
方钢管-钢骨高强混凝土压弯承载力计算
赵同峰, 王连广
2008, 25(10): 0-125,.
摘要:
为了进一步研究方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件的力学性能,作者运用合成法和有限条带法相关知识,编制了方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件分析程序。程序计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,进一步分析了长细比、配骨率、套箍率变化对压弯构件承载力的影响规律;最后通过对大量数值计算结果的回归分析,得出了实用的压弯承载力计算公式。对典型试件的计算结果表明:该计算方法简单有效,且具有较好的精度。
近断层速度脉冲对钢筋混凝土框架结构地震反应的影响
赵凤新, 韦 韬, 张郁山
2008, 25(10): 0-186,.
摘要:
在加速度反应谱一致的前提下,研究了近断层速度脉冲的工程特性。首先,构造两组加速度反应谱一致的地震动时程:第一组时程为实际强震观测记录且含有明显的速度脉冲;第二组时程为以第一组时程的反应谱为目标谱合成的模拟地震动时程,在合成过程中,利用窄带时程叠加法,通过控制峰值速度可以使得这些时程不再含有速度脉冲。其次,通过分析钢筋混凝土框架结构在这两组输入地震动作用下动力响应的差异,研究了在加速度反应谱一致的前提下,速度脉冲对结构地震反应、尤其是弹塑性地震反应的影响。分析结果表明:对于层剪力、层间位移、各层最大位移等结构动力响应参数,当结构地震反应进入弹塑性阶段后,与不含速度脉冲地震动作用下的反应相比,在含有速度脉冲的地震动作用下,结构的反应有较大幅度的增大,尽管这两组输入地震动的加速度反应谱相同;在这种情况下,加速度反应谱将不能充分地体现出速度脉冲对结构地震反应的影响。
上海长江大桥索塔钢锚箱模型试验研究
苏庆田, 曾明根, 吴 冲
2008, 25(10): 0-132.
摘要:
上海长江大桥斜拉索与索塔锚固采用结构形式新颖的钢锚箱式锚固结构,最大斜拉索索力达到1127t,钢锚箱板件数量多、构造复杂,在强大索力作用下结构的受力性能值得关注。介绍了该索塔中钢锚箱节段模型试验,得到了钢锚箱板件的应力分布,总结了钢锚箱板件间的传力机理。通过有限元数值计算结果与试验结果的对比分析,验证了数值计算方法的准确性。试验结果和数值计算结果表明:钢锚箱在强大索力作用下,板件应力分布复杂,不均匀程度严重,在1倍设计索力作用下钢锚箱处于弹性状态,但有部分位置的应力超过了规范规定的设计强度值,即使在1.7倍设计索力作用下,钢锚箱仍能继续承载,没有出现明显的变形。建议对于钢锚箱这样的结构在不过多降低结构安全储备情况下可以适当利用部分钢材的塑性。
双肢薄壁墩连续刚构桥平衡悬臂施工阶段的三维风效应研究
韩 艳, 陈政清, 刘光栋
2008, 25(10): 0-149.
摘要:
该文首先提出了双肢薄臂墩连续刚构桥在平衡悬臂施工阶段的结构模型。为了充分考虑作用在主梁和桥墩上的风荷载,提出了三维效应的风荷载模型,包括垂直于桥梁纵平面的平均风、自然脉动风和结构尾流漩涡脱落共同引起的风荷载。然后基于随机振动理论和频域分析方法,利用影响函数计算平均风荷载静风响应和脉动风荷载的背景响应。由结构的主要振型的振型系数,利用主要振型计算每阶振型的脉动风荷载的共振响应。该文给出了具体的计算公式。最后,计算了贵阳小关桥3号墩墩底的内力,计算结果显示,不同的荷载分量提供不同的作用,表明充分考虑风荷载的三维效应是非常有必要的。
超高层建筑空间巨型框架自由振动计算的新方法
龚耀清, 包世华
2008, 25(10): 0-140.
摘要:
该文是在前一个简化计算模型的基础上(即将空间巨型框架简化为巨型柱和弹性地基上的巨型梁的组合,二级框架柱考虑其轴向变形作为巨型梁的Winkler弹性地基,按空间刚架进行刚度分析,建筑物的质量集中于巨型梁的楼层,按空间杆系-层模型进行振动计算),进一步将巨型框架柱考虑为剪切型弹性地基上的巨型柱(二级框架梁、柱考虑其弯曲变形作为巨型柱的剪切型弹性地基),使简化振动模型更为合理,极大地提高了计算的精确度,为超高层建筑空间巨型框架的振动分析提供一个合理可行的算法。
基于纤维模型的拱形断面地铁车站结构弹塑性地震反应时程分析
刘祥庆, 刘晶波
2008, 25(10): 0-157.
摘要:
采用基于粘弹性静-动力统一人工边界的静-动力联合分析方法,并采用钢筋混凝土纤维模型程序THUFIBER模拟地铁车站结构,使用大型通用有限元软件MSC.Marc对北京市一座拱形断面结构型式的单层三跨岛式站台车站进行了水平向弹塑性地震反应时程分析。计算结果表明:结构边跨拱形顶板的中段、柱上端是水平方向加速度与位移反应强烈部位;柱是结构抗震受力最不利部位,且柱上端与下端所受轴力相差不大,但柱上端所受到的弯矩更大,这使得在强地震作用下,柱上端有可能在较大弯矩作用下先于柱下端破坏;拱形断面结构型式可以有效的减小作用在拱形顶板上的弯矩,而代之以承受相对较大的轴力,因此相对于矩形断面结构型式,拱形断面的受力要更合理和更有利。此外,数值分析结果还表明:相对于目前广泛采用的设计基本地震加速度,对地铁车站等地下结构进行抗震分析及设计时采用自由场地面与基岩间的峰值相对位移(PGRD)作为设计地震动参数更为合理和有效。
其他工程学科
水流作用下悬浮隧道锚索的动力响应
陈健云, 孙胜男, 苏志彬
2008, 25(10): 0-234.
摘要:
为研究涡激振动和参数振动共同作用下锚索的横向振动响应,在考虑锚索垂度效应基础上建立了悬浮隧道锚索-管体耦合非线性模型,并通过伽辽金法和龙格-库塔法进行了数值求解和分析。结果表明:锚索的涡激振动可以激发系统的参数振动,系统的初始扰动对锚索的瞬态振幅影响很大,锚索的稳态振动振幅最终由涡激振动决定,涡激振动和参数振动共同作用下的系统响应比任何一种单独作用时都要大。
用胞胞映射计算被动行走模型不动点的吸引盆
柳 宁, 李俊峰, 王天舒
2008, 25(10): 0-223.
摘要:
该文将胞胞映射应用于平面圆弧足直腿和有膝盖的被动行走模型研究。将周期胞作为初值,可以消除迭代方法确定不动点时初值选取的随机性,能方便地找到模型的周期步态。通过胞胞映射获得了大于点状足最简模型的吸引盆。从吸引盆可以发现,从远离不动点的初始位置出发也可以收敛到极限环上。在此基础上还研究了不同物理参数对吸引盆大小的影响,总结了直腿模型可获得较大吸引盆的参数组合。
压电锥壳结构振动主动控制研究
王威远, 魏英杰, 王 聪, 邹振祝
2008, 25(10): 0-240.
摘要:
针对实际工程中所应用的某锥壳模型,利用平面板单元对其进行有限元建模,将分布式压电作动器的影响作为动力学边界条件加入模型当中;试验数据与理论计算结果对比证明该方法能够满足精度要求,此外与通常的层合理论建模方法相比,该方法更加简洁,降低了计算量;利用基于独立模态空间的负速度反馈控制方法对锥壳结构进行了振动主动控制研究,仿真结果可以看出利用少数作动器即可达到理想的控制效果。由于控制器本身比较简单,具有很好的鲁棒性,因此对于实际工程应用具有非常重要的指导意义。
关键词:振动控制;主动控制;有限单元法;锥壳结构;压电材料
应用SMA智能阻尼器的结构模糊控制
邢德进, 李忠献
2008, 25(10): 0-228,.
摘要:
利用形状记忆合金(SMA)的弹性模量随温度变化的特性和SMA超弹滞回耗能特性,设计提出一种新型SMA智能阻尼器。采用模糊控制器确定SMA智能阻尼器的SMA丝工作组数,从而瞬时准确地确定SMA智能阻尼器的刚度和阻尼的档位,并有效降低受控结构地震反应。利用MATLAB提供的模糊控制工具箱和Simulink模块建立仿真模型,数值分析某三层框架结构在无控、主动控制和模糊控制三种情况下的地震反应。仿真结果表明:在模糊控制情况下框架结构底层位移和加速度反应幅值分别降低了41%和48%,控制效果显著,接近主动控制的效果,从而验证了所设计提出的SMA智能阻尼器及其模糊控制的有效性与可靠性。