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2008年  第25卷  第12期

基本方法
裂纹深度及尖端曲率对尖角裂纹周围应力场的影响
李 成, 郑艳萍, 孟令启
2008, 25(12): 1-005.
摘要:
对于尖角裂纹,裂纹深度和裂纹尖端曲率对于裂纹附近应力场的影响有可能要大于裂纹张开角度的影响。根据弹性断裂理论和复变函数理论建立了一个计算模型,利用保角映射方法解决了尖角裂纹的边界条件问题,得到了具有不同深度和尖端曲率的裂纹周围应力分布,并对此应力分布规律进行了分析。
刚度非平衡胶接接头的二维应力分析
赵 波
2008, 25(12): 6-013.
摘要:
建立一种通用的分析刚度非平衡胶接接头应力的二维弹性理论。该理论通过使用完整的几何方程和完整的本构方程,不但考虑被粘体的弯曲、拉伸、剪切效应和胶层的剪切和撕扯行为,而且严格满足包括接头端头处胶层剪应力为零的所有边界条件,适用于被粘体/胶层厚度和材料属性的任何组合。与二维线弹性有限元分析对比表明:该理论解有很好的精度。最后对刚度不平衡程度对胶层应力分布的影响进行参数研究。
螺型位错偶极子与圆形夹杂界面裂纹的弹性干涉
金 波, 赵跃宇, 方棋洪
2008, 25(12): 14-018.
摘要:
该文研究了螺型位错偶极子和圆形夹杂界面裂纹的弹性干涉作用。利用复变函数方法,得到了该问题的复势函数以及应力场的封闭形式解答。求出了裂纹尖端的应力强度因子以及作用在螺型位错偶极子中心的像力和像力偶矩,并分析了位错偶极子对应力强度因子的影响及界面裂纹几何条件和不同材料特征组合对位错偶极子平衡位置的影响规律。研究结果表明:位错偶极子对应力强度因子具有很强的屏蔽或反屏蔽效应;硬夹杂排斥位错偶极子,而裂纹吸引位错偶极子,在一定条件下,位错偶极子在裂纹附近出现一个平衡位置;当裂纹的长度和材料剪切模量比达到临界值时,可以改变偶极子和界面之间的干涉机理。同时,裂纹长度对位错偶极子中心像力偶矩也有很大的影响。
颗粒弹塑性碰撞理论模型
何思明, 吴 永, 李新坡
2008, 25(12): 19-024.
摘要:
以Hertz弹性接触力学为基础,假设材料为弹塑性强化材料,并考虑接触压力作用下颗粒球体接触面上材料进入塑性阶段后的应力调整与释放,提出了一种新的颗粒弹塑性接触理论。以此为基础,在准静态假设的基础上,研究了颗粒间的弹塑性碰撞问题,推导了相应的计算公式,并与其它弹塑性接触模型进行了比较。结果表明:按照该文模型预测的荷载变位曲线介于Hertz弹性解和Thornton解之间;强化系数越高,荷载变位曲线越接近Hertz弹性解,强化系数越低,越接近Thornton解,Thornton模型为该文模型的一个特例。在颗粒弹塑性碰撞过程中,本文理论预测的冲击力远远小于Hertz弹性解的预测结果,更与实际情况相符。
考虑相位角的脉动风场模拟
贺艺华, 蒋友宝, 张建仁
2008, 25(12): 25-029.
摘要:
为克服考虑相位角后风谱密度矩阵可能不正定而无法进行Cholesky分解的困难,提出了一种基于插值技术的改进风场模拟方法。首先依据风谱密度矩阵的正定性或不正定性将模拟风频范围划分为正定区间和不正定区间。在正定区间内,可直接将风谱密度矩阵进行Cholesky分解。而在不正定区间内,可采用插值技术获得风谱密度矩阵的分解式。然后运用谐波合成法模拟出全部风频范围内的脉动风速。数值算例表明:该方法具有较高的精度,且模拟结果能较好地符合自然风的基本特性。
普通卷边槽钢的弹性畸变屈曲荷载
姚 谏
2008, 25(12): 30-034.
摘要:
畸变屈曲是控制冷弯型钢稳定设计的重要屈曲模式之一。该文以理论研究成果为基础,结合应用有限条屈曲分析程序,对冷弯卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载进行了深入细致的分析。首先基于对轴心受压和纯弯曲两种极端荷载情况下畸变屈曲荷载的参数分析,提出了屈曲临界半波长度和考虑翼缘自身剪切与畸变影响的修正参数的近似计算公式;接着对腹板提供给翼缘板的转动约束刚度进行了分析讨论,提出了精度较高的近似计算公式;利用以上结果,最后提出了冷弯卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载简化计算公式。简化公式具有足够的精度、便于手算、实用性强,可供工程设计人员和各国冷弯薄壁型钢设计规范修订相应内容时参考。
半空间饱和土中圆形壳结构对平面P波的散射
丁光亚, 蔡袁强, 徐长节
2008, 25(12): 35-041.
摘要:
在Biot波动理论的基础上,引入更符合工程实际的半透水边界条件,给出了半空间均质饱和土中半渗透圆柱形壳结构对平面P波散射的级数解。具体做法是利用波函数展开法,将入射波和散射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的无穷级数的形式,采用大半径凸圆弧来近似半空间表面,根据问题的连续性条件和边界条件,确定波函数展开式中的未知系数,进而得到问题的求解。计算结果表明:半空间饱和土和圆柱形壳界面处的径向应力与壳和土体的相对渗透性、入射角等有关,壳和饱和土体的相对渗透性越小,饱和土体和壳结构底部界面处径向应力所受影响越大。
柔性动边界梁的弹塑性动力响应分析
宋春明, 王明洋, 王德荣
2008, 25(12): 42-047.
摘要:
实际工程中的梁结构并不是采用理想的刚性支承,而通常具有柔性动边界。该文建立了柔性动边界梁的计算模型,模型考虑了梁端有弹性支承、阻尼支承以及刚性块等情况,并利用有限差分方法对运动方程进行离散,研究分析了在动载作用下柔性动边界梁的弹塑性动力响应。研究表明:动边界对梁的变形和受力有很大的影响,与刚性支承相比,竖向弹性支承能够降低梁的振动频率,并且使梁的内力和相对位移幅值减小,从而提高结构的抗力,但提高抗力的效果与载荷作用时间的长短以及振动衰减的程度相关。
弱耦合算法的实现及其应用
王 彬, 杨庆山
2008, 25(12): 48-052,.
摘要:
介绍了一种求解流固耦合问题更有效的方式即弱耦合技术,将计算结构动力学(CSD)和计算流体动力学(CFD)联合起来。CSD通过计算结构位移用来指定流体域的固体边界范围,而CFD计算用来定义作用在CSD上的荷载。荷载和位移的传递分别采用守恒和非守恒插值方法,详细介绍了其插值的实现过程。这种流固耦合算法是一种对整个问题进行离散化后,采用迭代求解方法的处理复杂的流固耦合问题的数值模拟方法。最后通过对一轻柔膜结构和风荷载的流固耦合问题的求解,表明了这种方法通过耦合CFD和CSD程序,提供了一种便利的、有效的耦合问题求解方法。
具有多约束连续体结构仿生拓扑优化方法
史 姣, 高 红, 蔡 坤, 刘 巍
2008, 25(12): 53-059.
摘要:
通过浮动参考区间法分析具有多约束连续体结构拓扑优化问题。浮动区间法是指将结构的拓扑优化过程看作是骨骼重建过程,通过引入参考应变区间,将结构中所有各点处主应变绝对值落入参考应变区间作为重建平衡状态,当结构处于重建平衡状态时获得结构的最优材料分布。为了使得优化结果满足给定的性态约束,参考应变区间在优化迭代过程中须不断变化。讨论了几种常见性态约束对结构性能的要求。给出了结构具有多约束时优化问题的算法。数值算例表明该方法可行。
计及二阶效应的一种变截面梁精确单元刚度阵
陆念力, 张宏生
2008, 25(12): 60-064,.
摘要:
推导一种精确的Bernoulli-Euler变截面梁单元,解决了传统变截面梁单元在结构稳定性分析中存在的计算精度较低的问题,以常见的外形沿轴向按线性变化的变截面梁为例,给出梁单元的精确刚度阵。放弃传统有限元通过插值理论构建变形场,并通过虚位移原理获取单元刚度阵的方法,直接从计入二阶效应的单元平衡微分方程中得到变截面梁的载荷位移关系,进而得到有限元格式的变截面梁精确刚度阵。借助于变截面梁单元刚度阵,可导致与精确的微分方程解析法同样的计算精度。通过与几个经典算例和ANSYS计算结果比较表明:该精确刚度阵可直接应用于结构稳定性分析,获得变截面梁结构精确的欧拉临界力。
用第一类Lagrange方程求解平面多体系统约束力的方法
彭慧莲, 郭易圆, 王 琪
2008, 25(12): 65-071.
摘要:
利用第一类Lagrange方程建立多体系统的动力学方程时,系统的约束力是与Lagrange乘子有关的函数。该文采用笛卡儿坐标和建立约束方程的局部方法,给出了一种求解多体系统约束力的方法。该方法可使固定支承面的法向约束力及铰链约束力在惯性坐标轴上的投影与Lagrange乘子一一对应,从而便于系统约束力的分析和求解,最后用算例验证了该方法的正确性。
土木工程学科
火灾下防火涂料破损后钢柱的极限承载力
李国强, 王卫永, 陈素文
2008, 25(12): 72-078.
摘要:
为了得到火灾下防火涂料局部破损后钢柱的承载力,根据平衡微分方程,对防火涂料破损后有初弯曲和荷载偏心的两端铰接钢柱的极限承载力进行了计算和分析。并用ANSYS有限元对计算结果进行了验证,二者吻合较好。对影响承载力的参数:破损长度、破损段温度、初弯曲、荷载偏心和长细比等进行了分析。结果表明:防火涂料破损后,钢柱在火灾下承载力下降;温度越高,下降越明显;柱的初始弯曲和荷载偏心对承载力影响较大,但随着温度的升高这一影响变小;随着长细比的增加,承载力降低。
钢框架梁柱端板连接的非线性有限元分析
施 刚, 石永久, 王元清
2008, 25(12): 79-085.
摘要:
运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,对8个不同形式、不同构造的钢框架梁柱端板连接进行了非线性有限元分析(FEA),并与相应的试验结果进行了全面对比分析。比较结果表明:该文的有限元模型不但能够准确地分析计算各种类型和不同构造的钢框架梁柱端板连接节点的整体受力特性,包括承载力、弯矩-转角(M- )曲线、极限变形状态等,还能有效地分析计算节点及其组件的细部受力特性,包括高强度螺栓的预拉力,端板和柱翼缘之间的接触状态,以及节点域、端板、螺栓、端板加劲肋、节点域加劲肋等组件的受力状态,为进一步运用该模型对各种形式和构造的端板连接进行全面的有限元参数分析计算提供了正确性依据。同时,有限元分析还给出了螺栓预拉力引起的接触面预压力分布、荷载作用下接触面的摩擦力分布以及节点的主应力流分布等对于全面和深入理解端板连接节点受力特性非常有意义但是又难于通过试验进行测量的结果。
基于性能的重力坝-地基系统地震易损性分析
沈怀至, 金 峰, 张楚汉
2008, 25(12): 86-091.
摘要:
地震易损性分析是地震风险研究中的三个(地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失评估)主要方面之一,可以预测大坝-地基系统在不同等级地震荷载作用下发生各级破损的概率。采用拉丁超立方抽样法得到抽样组合样本,对重力坝-地基系统进行了非线性有限元计算,根据坝体-地基系统地震破损等级指标,给出了坝体破损、坝基交界面屈服和地震滑动的地震易损性曲线,提出了坝体-坝基系统整体的易损性评价方法,对坝体-地基系统的抗震设计、加固和维修决策提供了一个新的评价方法。
基于不完备损伤指标和遗传算法的特大桥损伤识别和传感器布点优化
黄朝俊, 贺 瑞, 秦 权
2008, 25(12): 92-097.
摘要:
特大桥健康监测系统不可能在所有自由度安放传感器,该文讨论了用由不完备振型建立的损伤指标的损伤识别和传感器布点优化方法。与过去用遗传算法优化传感器布点的适应度函数不同,该文用损伤指标最灵敏来建立适应度函数。对桥梁的单个损伤,该文用不完备模态柔度矩阵差和截断模态应变能变化率两个不完备损伤指标作为适应度函数来优化传感器布点,并与传统的COMAC指标对比,还改进了多种群遗传算法,以提高收敛速度和全局寻优能力。并以西堠门悬索桥有限元模型为例,识别不同部位的损伤。算例表明:该方法在损伤识别和传感器布点优化方面不仅可行而且有效。
钢管混凝土哑铃形偏压长柱极限承载力研究
陈宝春, 盛 叶
2008, 25(12): 98-105.
摘要:
以长细比和偏心率为参数,进行了共16根钢管混凝土哑铃形偏压柱的试验。介绍了试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-变形曲线、极限承载力等进行了分析。试验结果表明:钢管混凝土哑铃形偏压长柱属整体破坏,其极限承载能力和弹塑性阶段的切向刚度随着构件长细比和偏心率的增加而降低。建立了有限元模型,对哑铃形偏压长柱进行了受力全过程和极限承载力分析。分析表明:长细比和偏心率两个参数对钢管混凝土哑铃形偏压柱极限承载力的影响基本上是独立的,可以采用分项系数相乘来考虑二者的共同影响。稳定系数的计算公式可采取与哑铃形轴压长柱相同的计算公式。偏心率折减系数可采用本文通过对试验数据和有限元计算数据的回归拟合出的计算公式。
内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究
曾宪桃, 成香莉, 高保彬
2008, 25(12): 106-113,.
摘要:
按照正常配筋浇筑了15根钢筋混凝土梁,在部分混凝土梁受拉区保护层内按照不同尺寸沿梁轴向开槽,在槽内嵌入碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称CFRP)板条,用专用树脂对槽道进行充填,并对这些梁进行弯曲试验。研究了内嵌碳纤维增强塑料板条加固后混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩、极限承载力情况,并与外贴等量碳纤维板条的混凝土梁进行了比较;分析了碳纤维板条加固量及开槽尺寸对承载力的影响及混凝土梁的变形和裂缝发展随加固量及开槽尺寸变化的情况。研究表明,与未加固梁相比,内嵌CFRP板条加固梁的极限承载力提高了11.2%―41.7%;与外贴CFRP板条加固梁相比,其极限承载力提高了15.5%―22.7%。
高耸钢管塔K型结点极限承载力的试验研究与理论分析
鲍侃袁, 沈国辉, 孙炳楠, 叶 尹, 杨骊先
2008, 25(12): 114-122.
摘要:
对某高耸钢管塔带连接板的K型结点进行足尺模型试验,探讨极限承载力情况下的破坏现象和破坏机理,采用圆环-母线梁分离模型,根据钢管能量理论和虚功原理,推导出三管轴力作用下带连接板K型钢管结点的极限承载力公式,发现极限承载力不仅与主管壁厚、管径、结点板长度相关,还与主管轴向压力密切相关,同时提出了钢管在组合外力作用下存在临界轴压系数的概念。为K型钢管结点极限承载力设计提供依据。
锈蚀变形钢筋与混凝土粘结应力模型研究
徐 港, 卫 军, 王 青
2008, 25(12): 123-126.
摘要:
研究了锈蚀对钢筋混凝土无箍筋试件粘结强度的影响,建立了锈蚀导致保护层胀裂前变形钢筋极限粘结应力的理论计算模型,定量地揭示了该阶段粘结强度增强的机理。通过对钢筋肋间混凝土在挤压力、摩擦力及锈胀力作用下的受力分析,从理论上推导了锈蚀钢筋混凝土发生劈裂破坏时的粘结应力计算表达式;给出了摩擦系数等未知参数的取值大小;详细阐述了表达式的求解思路。利用已发表文献的多个试验结果对理论模型进行验证,结果表明计算值与试验值吻合良好。
两条断续预制裂纹粗晶大理岩强度参数的研究
杨圣奇, 蒋昱州, 温 森
2008, 25(12): 127-134.
摘要:
基于在岩石力学伺服试验机上得到的两条断续预制裂纹粗晶大理岩常规三轴压缩试验结果,采用Coulomb和Hoek-Brown强度准则,获得了断续预制裂纹粗晶大理岩的强度参数,评价了Coulomb和Hoek-Brown准则用于断续预制裂纹岩样强度分析的适用性。研究表明:完整岩样强度和围压之间的关系用Coulomb和Hoek-Brown准则均可以很好地表征,而断续预制裂纹岩样强度更好地符合Hoek-Brown强度准则。利用Hoek-Brown准则确定的粘聚力和内摩擦角也可以表征岩石材料真实的力学特性。断续预制裂纹岩样强度对围压的敏感程度高于完整岩样,计算得到的粘聚力显著低于完整岩样,而内摩擦角高于完整岩样。断续预制裂纹岩样的粘聚力以及内摩擦角与裂纹倾角关系复杂,单轴压缩强度是否参与回归影响较大。由Hoek-Brown准则得到的粗晶大理岩强度参数 (联合回归均值)对完整岩样和断续预制裂纹岩样分别为 和 ,可知断续预制裂纹对岩石强度参数m (软硬程度)影响不大,而对参数s (破碎程度)存在较大影响。
冲击荷载作用下混凝土动态本构模型的研究
刘海峰, 宁建国
2008, 25(12): 135-140.
摘要:
基于混凝土冲击荷载作用下的实验研究,以修正Ottosen四参数破坏准则为屈服法则,引入损伤,构造了一个动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性。宏观上,假设混凝土材料是一个均匀连续体;而从细观角度来看,混凝土材料内部存在大量随机分布的微裂纹损伤。假设微裂纹均匀分布,且符合理想微裂纹体系统条件,定义含裂纹材料中单位体积内微裂纹所占的比例来表征微裂纹损伤所引起的混凝土材料宏观力学性能的劣化,并给出了损伤的演化方程。通过模型计算模拟结果与实验结果比较发现,模拟曲线与实验曲线拟合良好,因而可以用该模型模拟混凝土材料在冲击荷载下的动态特性。
钢筋混凝土梁裂缝分型试验研究及统计分析
赵顺波, 管俊峰, 张学朋, 程晓天, 黄承逵
2008, 25(12): 141-146,.
摘要:
通过20根钢筋混凝土简支梁的试验,研究了纵向受拉钢筋和混凝土保护层厚度对裂缝分布形态的影响规律。根据各条裂缝的产生机理、延伸发展的特征和宽度变化规律,提出了钢筋混凝土梁的裂缝分型统计分析原则,确定了结构设计中裂缝宽度验算对应的裂缝形态特征,提出了以截面高度和纵向受拉钢筋直径为变量的纵向受拉钢筋有效影响区即有效受拉截面面积的计算方法,进行了平均裂缝间距、平均裂缝宽度及裂缝宽度扩大系数分布规律的统计分析。
预应变对不同含碳量钢材疲劳特性的影响
苗德华, 西田新一, 服部信祐
2008, 25(12): 147-152.
摘要:
通过对非预应变15号、35号和45号钢及其各种预应变材料进行实验,研究了预应变量对不同含碳量钢材疲劳强度和疲劳裂纹发生的影响。实验结果表明:在相同的预应变预量的条件下,材料的疲劳极限随含碳量的增加而提高;当预应变量较低时,预应变材料的疲劳极限低于非预应变材料,含碳量越高降低的程度越明显;当预应变量较高时,材料的疲劳极限随预应变量的增加而恢复或提高。
大跨度斜拉桥索塔锚固区钢-混凝土结构竖向受力机理的有限元法
杨允表, 吕忠达
2008, 25(12): 153-161.
摘要:
在斜拉桥索塔锚固区的钢-混凝土组合结构中,钢锚箱是通过剪力钉把大部分的斜拉索竖向分力传递给混凝土塔柱的,但两者之间的竖向传力机理相当复杂。在引入了连续化的分析方法后,使分析问题得到了简化,推导了体现组合结构竖向受力特性的基本微分方程,利用有限元方法的基本理论得到单元刚度矩阵与荷载矩阵。该文还考虑了钢-混凝土索塔锚固区施工过程的收缩与徐变效应,更好地反映了结构的实际受力特性。为验证该方法的有效性,通过工程实例与复杂的三维有限元方法进行比较,其计算结果非常相近,但该方法比三维有限元方法简单而省时,能够为实际设计提供参考。
新型外包钢混凝土组合梁抗扭的试验及分析
石启印, 蔡建林, 陈倩倩, 李爱群, 秦卫红
2008, 25(12): 162-170.
摘要:
共进行了5根新型外包钢-混凝土组合梁的扭转试验,其中2根用于研究纯扭性能,3根用于研究复合受扭性能。测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,外包钢的应变分布及混凝土的应变分布。试验和分析结果表明:新型组合梁的受扭承载力由混凝土翼板以及外包钢与混凝土翼板组成的箱型梁两者共同承担。弯扭比是影响构件受扭承载力的重要因素。当其它条件相同,弯扭比在3左右时,组合梁受扭承载力达到最大。该文对组合梁受扭性能进行了弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式。采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下发生扭型破坏时的极限扭矩计算公式。理论公式计算结果与试验结果吻合良好。
考虑剪切变形影响的框架柱弹性稳定
童根树, 翁 赟
2008, 25(12): 171-178.
摘要:
该文研究了考虑剪切变形影响的压杆弹性稳定,着重分析了压杆自身的剪切变形对其稳定临界荷载的影响。该文提出了考虑剪切变形影响的杆件单元一阶、二阶转角位移方程。提出了考虑剪切变形影响,计算两端任意转动约束轴压杆有侧移失稳及无侧移失稳的近似公式,通过与精确解对比,近似法具有很好的精度。讨论了压杆有侧移失稳临界荷载与压杆抗侧刚度之间的内在联系,根据这一规律,提出了近似计算两端转动约束轴压杆,具有侧向不完全支撑时的临界荷载。
路堤荷载下横观各向同性地基固结特性参数分析
高彦斌, 王江锋, 刘兴华
2008, 25(12): 179-183.
摘要:
采用各向异性弹性有限元法,系统分析了弹性各向异性参数特别是水平方向上的参数(水平向模量Eh,水平向泊松比hh和剪切模量Ghv)取值对路堤荷载作用下地基固结特性的影响,包括地基中心沉降、地基水平位移、地基中的孔压消散以及平均固结度。研究结果表明:Eh的变化对路堤的沉降(特别是固结沉降)、路基的瞬时水平位移、孔压生成和消散以及总体平均固结度的影响显著;hh的变化对路堤的固结沉降有显著影响;Ghv的变化对路堤的沉降、水平位移影响显著,而对孔压、总体平均固结度结果基本没有影响。
水泥砂浆在围压下的动态力学性能
薛志刚, 胡时胜
2008, 25(12): 184-188,.
摘要:
水泥砂浆在不同应力状态、不同加载条件下,表现出截然不同的力学性能。利用分离式霍普金森压杆做了一维应力、被动围压和主动围压下水泥砂浆的冲击压缩实验,分别得到了这三种加载条件下的应力-应变曲线,讨论了应力状态、加载条件及应变率对水泥砂浆力学性能的影响,最后研究了用于描述水泥砂浆塑性的破坏准则。
具有区间参数的智能桁架结构自振特性分析
林立广, 陈建军, 马 娟, 张耀强
2008, 25(12): 189-193.
摘要:
研究了具有区间参数压电智能桁架结构的动力特性分析问题,在压电主动杆和被动杆的物理参数和几何尺寸同时为区间变量时,利用区间因子法建立了结构的刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的Rayleigh商表达式出发,利用区间运算推导出结构特征值不确定变量的计算表达式。通过算例分析了不确定性智能桁架结构参数的区间分散性对其动力特性的影响,并获得了一些有意义的结论。
改进动力松弛法在膜结构找形中的应用
叶继红, 周树路
2008, 25(12): 194-201.
摘要:
该文针对动力松弛法中阻尼参数的取值提出了简便计算方法,通过算例分析,证实了提出的阻尼计算方法和结构的临界阻尼相接近。针对建筑师对膜面造型的变化要求,对动力松弛法进行改进:根据对典型马鞍面的轮廓分析,以改变膜曲面造型为目标,通过引入函数 修正了动力松弛法中节点刚度的取值。改进后的动力松弛法可以依据建筑师的不同要求,通过调整参数 来得到不同的不等应力膜面,大大扩展了经典动力松弛法的适用范围。
机械工程学科
变长度柔性提升系统纵向-横向受迫耦合振动分析
张 鹏, 朱昌明, 张梁娟
2008, 25(12): 202-207.
摘要:
以任意变长度柔性提升系统的纵向-横向耦合振动为研究对象,采用Hamilton原理建立了在受到外界横向激励情况下柔性部件的振动和振动能量的偏微分方程,并使用Galerkin方法对运动方程进行离散化求解。最后,以电梯悬挂提升系统为例对所建模型进行验算。数值结果表明:高速电梯系统在受到一定的横向扰动(激励)时,柔性部件在以横向振动为主的耦合振动状态下运动,并且在上行阶段存在一定的不稳定区域。这一现象与实际当中的发现所一致。
其他工程学科
超空泡航行体阻力系数的数值模拟研究
曹 伟, 魏英杰, 韩万金, 张嘉钟, 王威远, 张庆丽
2008, 25(12): 208-212.
摘要:
采用数值模拟的方法,仿真获得不同空泡形态下超空泡航行体的粘性阻力系数和压差阻力系数,利用这些系数,基于普通流线型航行体的阻力系数估算公式,进行重新拟合修正,形成超空泡航行体的阻力系数估算公式。将无空泡情况下的阻力系数估算公式代入自编的水下航行体弹道仿真软件,计算得到的超空泡航行体全沾湿状态下的水下弹道理论预报结果,与利用模型试验中的实测数据得到的弹道曲线一致性较好,说明数值模拟对超空泡航行体阻力系数的估算基本准确。
径向压电圆环中的螺位错分析
孔艳平, 陈长虹, 刘金喜, 段淑敏
2008, 25(12): 213-217.
摘要:
研究了径向层状压电复合介质中的螺位错与界面的相互作用。基于扰动的概念和洛朗级数展开的方法,推导了基体和压电环的弹性场和电场,并在此基础上给出了像力的表达式,分析了几何尺寸和材料的相对刚度对像力和界面应力的影响,得到了新的相互作用机理。
沁水盆地煤层气井网开采数值模拟
张先敏, 同登科, 胡爱梅
2008, 25(12): 218-222.
摘要:
井网开采技术与其它增产强化措施结合可有效提高煤层气产量,而选择合理的井间距对井网开采具有重要意义。考虑煤基质收缩对储层物性参数的影响,并结合沁水盆地某区具体的地质条件、压裂裂缝监测资料以及煤储层条件,进行了煤层气井网开采模拟预测,建议下一步在该区进行滚动开发时,开发井网井间距应缩小为300m300m,该井间距下井网开采16.5年时预测的煤层气采收率为56.46%。
舰用主动柔性耦合隔振系统建模研究
徐 洋, 华宏星, 张志谊
2008, 25(12): 223-228.
摘要:
针对目前复杂柔性隔振系统建模方法的局限性,提出了一种将阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合的、适用于实际工程控制应用的新方法,建立了包括被隔离设备、多个电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的复杂柔性耦合系统的数学模型,并通过有限元方法对建模方法进行了验证,结果证明了该方法的正确性。
双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制
唐晓腾, 陈 力
2008, 25(12): 229-234.
摘要:
讨论了载体位置与姿态均不受控情况下,漂浮基双臂空间机器人系统跟踪惯性空间轨迹的控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动系统,保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性关系;对系统的运动学分析表明,联系机械臂末端抓手运动线速度与机器人关节铰速度的Jacobi关系也可以通过增广向量的处理,得到保持惯性参数线性关系的增广广义Jacobi关系。基于以上结果,针对系统参数不确定的情况下,设计了自由漂浮双臂空间机器人跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒混合自适应控制方案。由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,所提出的控制方案具有不需要测量、反馈机器人载体位置、移动速度、加速度的优点;同时,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解空间机器人机载计算机运算能力有限的矛盾。通过对一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。
板式轨道在高速列车作用下的动力响应分析
向 俊, 赫 丹
2008, 25(12): 235-240.
摘要:
通过理论计算与现场试验研究高速列车与板式轨道的动力相互作用。提出了高速列车—板式轨道系统(简称此系统)空间振动分析方法:列车模型每节车辆考虑26个自由度;针对板式轨道结构特点,建立了32个自由度的板式轨道空间振动轨段单元新模型;基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了此系统空间振动矩阵方程;采用Wilson-θ法求解。计算了板式轨道在高速列车作用下的位移以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场试验结果进行了对比。结果表明:理论计算结果与现场试验结果具有较好的一致性,由此说明文中提出的方法正确可靠。最后,还探讨了轨道刚度对此系统空间振动响应的影响规律。