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2008年  第25卷  第7期

基本方法
多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析
江宜城, 聂肃非, 叶志雄, 李 黎
2008, 25(7): 0-017.
摘要:
对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。
三维结构振动诱导流场附加质量的数值分析
孙旭峰, 董石麟
2008, 25(7): 0-004.
摘要:
在流体环境中,结构的振动会诱导周边的流体一起运动从而产生附加质量的影响,这也是结构工程中大跨度柔性结构耦合风振理论模型的重要组成部分。根据势流理论,采用奇点配置法利用空间点源(汇)及偶极子基本解推导了三维情形下结构振动诱导流场附加质量的计算式。数值分析结果表明:该方法能有效地计算复杂结构边界条件下流场的附加质量;其中索穹顶结构的数值算例也表明,在这类大跨度柔性结构的风振分析中附加质量的影响是很大的,必须引起足够的重视。
风致积雪漂移堆积效应的研究进展
周晅毅, 顾 明
2008, 25(7): 0-010,.
摘要:
屋盖表面的雪颗粒在风力作用下发生复杂的漂移堆积运动,对建筑结构、交通、环境等方面造成很大的影响。雪粒在风力作用的运动形式包含蠕移、跃移、悬移运动以及雪粒与地表的碰撞运动。从实地观测、风洞试验和数值方法等方面详细评述了风致积雪的漂移堆积效应研究进展:通过实地观测细致分析了临界摩阻速度,并建立了计算雪流量的理论模型;风雪两相运动的风洞试验涉及相似参数多,该文根据前人经验总结了可以放松的相似参数,并指出了试验中的技术难点;数值研究方面一般基于Euler-Euler方法进行模拟,越来越多的因素在数值模拟中得到考虑。通过上述三方面的总结分析:指出了目前风雪研究中的不足之处,给出了今后研究的建议。
用能量方法研究混凝土断裂过程区的力学性能
张秀芳, 徐世烺
2008, 25(7): 0-023.
摘要:
准脆性混凝土自由裂缝前缘断裂过程区的发展与其非线性断裂特征及尺寸效应现象密切相关。它的物理力学行为的量化分析对理解混凝土断裂破坏机理和建立适用于混凝土结构裂缝稳定分析和安全评估断裂准则尤为重要,一直是混凝土断裂力学研究的核心问题。该文依据Hillerborg 给出的断裂能定义,给出了计算单位长度断裂过程区发展能量耗散的通用表达式。以三点弯曲梁为例,采用非线性软化本构关系,进一步给出了计算此平均能量耗散的具体步骤及对应的公式。在根据实测的三点弯曲梁的断裂能回归拟合了特征裂缝张开位移w0后,计算了每个试件整个断裂全过程中不同荷载时刻断裂过程区耗能的平均值。结果表明:随着裂缝扩展,断裂过程区能量耗散的变化和试件尺寸无关,可描述断裂过程区混凝土材料的力学性能。
双参数地基板的精度分析
王春玲, 黄 义, 曹彩芹
2008, 25(7): 0-027,.
摘要:
为了板与地基相互作用理论的严密性和计算的可靠性,该文先纠正了双参数地基自由矩形板研究中长期存在的板外地基沉降衰减指数取值不当的问题;然后基于弹性半空间地基上四边自由矩形板的弯曲解析解,数值计算验证了实际地基反力与挠度不具有Vlazov双参数地基模型所导出的关系式;最后,通过对算例的数值计算及结果的对比分析,从板的弯曲变形角度,说明该文给出的衰减指数值才是适当的;同时,也分析给出了Vlazov双参数地基自由矩形板各种近似边界条件的计算精度。
基于Pitt-peters理论的风力发电机振动分析
金 鑫, 何玉林, 刘 桦
2008, 25(7): 0-034.
摘要:
采用Pitt-Peter理论进行风力机气动力学的计算分析,并用MATLAB/simulink进行编程,建立风力机传动链的数学模型并在MATLAB/simulink中进行传动链系统的编程运算,建立风力机ADAMS柔性多体结构动力学仿真模型,将MATLAB/simulink和ADAMS进行风力机振动性能的联合仿真;将计算的气动载荷加载到风力机叶片结构上,将传动系统模型的反扭矩加到ADAMS风轮模型上,同时风力机的结构变形也对气动性能、传动性能产生耦合影响,仿真最终实现风力机系统振动性能耦合分析。仿真数据同实验测试数据比较表明:该联合仿真方法可以较好的模拟风力机的振动特性。
新的估算表面裂纹应力强度因子经验公式
顾 乡, 吴志学
2008, 25(7): 0-039.
摘要:
该文给出了新的估算拉伸和纯弯曲载荷下表面裂纹应力强度因子的经验公式。根据疲劳裂纹扩展的数值模拟结果确定强度因子分布函数;利用按已知应力强度因子分布函数求裂纹形状及相应应力强度因子的方法计算给定尺寸的表面裂纹的应力强度因子;通过对数值结果的曲线回归得到估算表面裂纹应力强度因子经验公式。利用该公式对有限厚度和宽度平板内表面裂纹的应力强度因子进行了估算,并与已知的半椭圆形表面裂纹的应力强度因子解进行了比较。该文结果为估算表面裂纹应力强度因子提供了一种新的途径。
正向选择免疫算法在结构损伤诊断中的应用
刘 坚, 李 睿, 于德介, 王桥医
2008, 25(7): 0-044,.
摘要:
结构状况可根据结构响应信号的异常进行判断,人工免疫系统能有效地应用于信号的异常检测。对基于免疫机制的正向选择算法进行了研究,利用具有时频局部化特性的小波包分解得到表征结构特征的小波包能量谱,通过正向选择算法检测小波包能量谱的异常来辨识结构状况。对正向选择算法进行了改进,可减少“自我”空间检测子的生成数目,加快检测速度,促进正向选择算法的实际应用。以ASCE学会提出的基准结构为对象,验证了正向选择算法在损伤诊断中的有效性,并与反向算法进行了比较。
模糊可靠性灵敏度分析的线抽样方法
陈 磊, 吕震宙, 宋述芳
2008, 25(7): 0-051.
摘要:
依据失效域具有模糊性时模糊失效概率的定义,提出了模糊可靠性灵敏度分析方法。推导了线性功能函数、独立正态基本变量和正态型隶属函数情况下,模糊可靠性灵敏度的解析表达式。给出了模糊可靠性灵敏度的Monte Carlo数字模拟方法,该方法结果在模拟次数趋于无穷时,收敛于真值,但效率较低,尤其是针对高维和小失效概率问题。为解决数字模拟法效率低的问题,提出了模糊可靠性灵敏度分析的线抽样方法。通过离散模糊失效概率积分区域,建立了模糊可靠性灵敏度与离散区域随机可靠性灵敏度的关系,进而利用随机可靠性灵敏度分析的线抽样方法求得模糊可靠性灵敏度。该方法的基本原理、计算公式及实现步骤被详细给出,适用于高维问题和小失效概率、精度高及收敛快等优点则由该文的算例进行验证。
Rayleigh-Bénard对流的多分形及其谱特征
周宇欢, 傅 强
2008, 25(7): 0-056,.
摘要:
首先简单介绍了分形和多分形的概念,以及用WTMM方法计算多分形谱的步骤,然后分别从理论上和WTMM方法计算了标准2-6-2分Cantor集的多分形谱图,得出了多分形谱的一般物理意义。在此基础上,利用基于小波的WTMM方法计算了Rayleigh-Bénard对流多分形谱及其随流场结构变化的特征。研究结果表明:基于小波的WTMM方法研究多分形谱是可行的;Rayleigh-Bénard对流温度信号的多分形谱结构在由流场的中心向侧壁边缘的过渡中,其多分形谱态也是渐变的。
基于广义遗传算法的结构动力响应优化
燕乐纬, 蹇开林, 黄晓刚
2008, 25(7): 0-065.
摘要:
为提高广义遗传算法的收敛效率,提出了防止遗传算法发生早熟收敛的异种机制,给出了一个判断种群近亲繁殖程度的判别式和两种选择异种的方法,并结合种群隔离机制、算术杂交、自适应随机变异等数值方法设计了新的广义遗传算法。将该算法应用于结构动力响应的支撑位置优化问题。数值算例表明:异种机制能够明显提高遗传算法的收敛效率,并有效防止早熟收敛;带有异种机制的新广义遗传算法能够解决具有抗弯刚度的结构动力响应支撑位置优化问题,对于求解复杂的结构动力响应支撑位置优化具有较强的适用性。
土木工程学科
悬索桥主缆系统数值解析法计算的一种收敛算法
李传习, 刘光栋, 柯红军
2008, 25(7): 0-073.
摘要:
从理论上证明了索段状态方程存在无解的情形,提出了在设计基准温度下成桥状态主缆系统数值解析法求解的迭代计算中存在收敛路径寻找的问题。针对已有数值解析法可能得不到解的缺陷,引入搜索算法和惩罚因子,对其进行改进,给出了惩罚因子的合理取值公式和改进后数值解析法的迭代步骤,确保了各种荷载情况的设计基准温度成桥状态主缆系统计算的快速高精度收敛。给出了数值解析法改进前不能收敛而按该方法改进后能收敛的算例。
面向结构健康监测的神经网络性能分析与设计
杨 杰, 李爱群, 缪长青
2008, 25(7): 0-078.
摘要:
面向结构健康监测,对神经网络的工作性能从概率角度给予细致分析,区分了网络工作的两类典型错误。发现了影响网络工作性能的3个参数,并且指出随着时间的推移,3个参数对网络工作性能有着不同的影响。基于上述分析提出了面向长期结构健康监测的神经网络“错误抑制策略”,可以根据结构健康监测的要求来灵活抑制两类错误。最后将该策略应用于BP网络设计,重新定义了网络误差能量函数,给出了错误抑制系数的建议公式,推导了网络学习的权值修正公式。
等效静风荷载下超大型冷却塔受力性能分析
赵 林, 李鹏飞, 葛耀君
2008, 25(7): 0-086.
摘要:
首先概述了某超大型冷却塔群塔内外表面测压风洞试验结果,结合表面压力极值分布关系、多塔比例系数和风振系数描述了冷却塔等效风荷载作用特点。采用有限元计算方法,分析了冷却塔在重现期设计风速作用下内力及变形分布,验算了冷却塔筒体局部弹性稳定性。考虑冷却塔混凝土材料及几何非线性,初步探讨了冷却塔在静风荷载作用下的极限承载力。分析过程着重比较了内压效应、外表面极值荷载分布模式、端部效应、风剖面幂指数、多塔干扰效应对于冷却塔的影响。
双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应研究
陈政清, 刘小兵, 刘志文
2008, 25(7): 0-093.
摘要:
双幅桥面桥梁在风的作用下,上下游两桥面之间会产生气动干扰效应。分别采用测力法和测压法对某双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应进行了一系列的节段模型风洞试验研究。结果表明:双幅桥面阻力系数的气动干扰效应不容忽视。与单幅桥面相比,下游桥面的阻力系数降低较多,上游桥面的阻力系数略有降低。上下游桥面升力系数和升力矩系数的气动干扰效应不明显。
混凝土材料的粘塑性损伤统一本构模型
刘长春, 吕和祥, 冯明珲, 关 萍, 赵金城
2008, 25(7): 0-105.
摘要:
发展了只适用于金属类材料的粘塑性统一本构理论,借助经典塑性理论的基本法则,建立了无屈服面和无破坏面的混凝土材料的粘塑性损伤统一本构模型。放弃了传统统一本构模型的静水压不影响非弹性变形和无非弹性体积膨胀的基本假设;发展了间断的经典塑性乘子,使其为连续函数,并提出了相应的构造方法,拓展定义了其物理意义。数值模拟显示,此本构模型能够模拟混凝土材料的率相关性质、在压缩载荷作用下的体积膨胀现象和由损伤引起的应力软化和刚度退化现象。
基于统一强度理论的密肋复合墙体开裂荷载计算
黄 炜, 陈国新, 姚谦峰, 俞茂宏, 荆 罡
2008, 25(7): 0-099.
摘要:
通过对密肋复合墙体进行水平低周反复加载试验研究,介绍墙体的主要破坏过程和受力特点;采用考虑中间主应力2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导出墙体初始开裂荷载的实用计算公式,并与采用最大拉应力理论所得到的计算值进行对比分析。结果表明:采用双剪统一强度理论得到的开裂荷载值与采用最大拉应力理论的计算值相比更接近试验值,对于实际工程,具有一定的准确性、经济性与适用性。
高温后混凝土在非比例加载下的双轴受压性能研究
覃丽坤, 宋玉普, 姚家伟, 王玉杰
2008, 25(7): 0-109,.
摘要:
混凝土在双向非比例加载下的受压试验研究不多。该文利用大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温 20℃及200℃―600℃高温后的混凝土,进行了非比例加载的双轴压试验,侧应力等级分别为0、0.2 fc、0.4 fc、0.6 fc四种。测得了混凝土的强度及应变,并根据试验结果,系统地探讨了有侧应力作用时,混凝土在不同温度后的双轴受压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以八面体应力空间表示的混凝土在非比例加载下的双轴受压破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土复杂结构的设计、分析提供了理论依据。
多排预应力波形钢腹板组合挑梁承载能力试验研究
邵旭东, 昌 颖, 张 阳, 王皓磊
2008, 25(7): 0-117.
摘要:
波形钢板由于其独特的力学性能,在组合结构中得到广泛的应用。该文对脊骨梁中多排波形腹板钢挑梁支撑的预应力混凝土板的这种新型组合挑梁进行了承载力的对比试验研究,根据波形钢腹板特性及组合梁的基本理论,推导了其极限承载力的计算公式,并与试验结果对比,验证了理论公式的正确性。采用有限元方法进行了几何参数分析,总结出该结构的优化设计参数,以供工程实际参考。
月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥动力冲击系数研究
张 鹤, 张治成, 谢 旭, 龚仁明
2008, 25(7): 0-124.
摘要:
针对造型美观但结构形式特殊的月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥,应用考虑拉索侧向振动的车桥耦合振动分析方法,讨论了路面粗糙度、行车速度、结构阻尼取值对车辆轮压荷载、拱肋和主梁的挠度及拉索张力冲击系数的影响。结果表明:路面粗糙度对桥梁振动响应的影响显著,提高路面平整度可以降低桥梁冲击系数;行车对桥梁冲击系数的影响与结构振动卓越频率有关,提高车速并不意味振动冲击系数会增大;在相同的行车条件下,不同构件、不同截面的冲击系数有很大离散性,拱肋跨中截面的挠度冲击系数明显高于1/4跨中截面,主梁跨中截面的挠度冲击系数与1/4跨中截面的相差不大,端部的短吊杆张力冲击系数大于跨中的长吊杆;结构阻尼在经验范围内变动时,对冲击系数的影响不明显。
层屈服后刚度对地震响应离散性影响的研究
马千里, 陆新征, 叶列平
2008, 25(7): 0-141.
摘要:
结构的弹塑性地震响应通常具有很大的离散性,使结构在大震下的性态难以把握,给基于性能抗震设计方法的实现带来困难。除了地震波本身的随机性原因外,结构弹塑性地震响应的离散程度还与结构自身的抗震性能有很大关系。该文基于大量弹塑性地震响应数值分析,研究了结构屈服后刚度对结构弹塑性地震响应离散性的影响。研究表明:结构屈服后刚度退化越小,因结构自身原因导致的弹塑性地震响应离散性也越小。基于该研究结果,该文指出具有主-次结构体系的抗震结构,可有效控制结构的抗震性能,有利于实现基于性能抗震设计。
多维地震作用下偏心结构楼板谱分析
国 巍, 李宏男
2008, 25(7): 0-132.
摘要:
利用SIMULINK仿真工具对水平双向地震输入下偏心结构的楼板谱进行了计算,研究了影响楼板谱变化的几个重要参数,最后对现行抗震设计规范中楼板谱计算的SRSS(Square Root of the Sum of Squares)方法进行了分析,并指出了它的不足。研究结果表明:改变附属结构质量楼板谱峰值区域会有显著的变化,调谐频率处楼板谱变化最明显,地震动卓越频率处楼板谱变化相对较小;改变偏心结构和附属结构阻尼比都会引起楼板谱的变化,但是二者影响的效果不同;附属结构所在楼层和层内位置的改变,使楼板谱发生变化;偏心结构偏心距对楼板谱有较复杂的影响;规范楼板谱在非峰值区域比较精确,在峰值区域存在较大误差,当偏心结构在地震作用下不同方向耦合效应明显时,规范楼板谱在非峰值区域也存在一定的误差。
钢管初应力对哑铃型钢管砼拱桥承载力影响分析
周水兴, 刘 琪, 陈湛荣
2008, 25(7): 0-165,.
摘要:
钢管初应力对钢管砼拱桥承载力影响一直是工程界关注的问题。根据拱桥达到极限承载力时拱圈截面受力特点,为综合考虑钢管初应力及钢管与核心砼之间套箍效应的影响,提出综合应用了包含初应力的实体-空间梁单元和空间梁单元来计算哑铃型钢管砼拱桥承载力的新方法,并推导了相应的刚度矩阵,编制了计算程序。在此基础上,分析了不同初应力系数、不同含钢率和不同跨径等因素对哑铃型钢管砼拱桥承载力的影响规律,计算结果表明,钢管初应力使哑铃型钢管砼拱桥承载力降低,最大降低值可超过10%。为便于工程设计和施工参考,该文最后提出了考虑初应力影响时哑铃型钢管砼拱桥钢管初应力限值和承载力影响系数计算公式。
无粘结智能预应力简支梁的力学性能研究
徐伟炜, 吕志涛, 丁汉山
2008, 25(7): 0-146,.
摘要:
针对混凝土简支梁的挠度控制问题,提出了在梁中使用随活载变化而变化的智能预应力方法,即根据梁承受的荷载情况,通过梁端智能锚具的顶升、回缩改变梁中的预应力大小,从而实现梁的挠度始终控制在目标范围内。研究中以一根跨中挠度为控制目标的智能预应力简支梁在移动荷载作用下的力学分析,推导了结构的控制微分方程,并通过数值算例演示了智能预应力梁的工作过程,说明了控制思想的可行性。
小样本条件下多年冻土地区斜坡稳定性的可靠性分析方法
谢 楠, 刘建坤, 马立峰, 牛富俊, 王 勇
2008, 25(7): 0-171.
摘要:
青藏铁路和青藏公路沿线的斜坡稳定对交通线路的安全运营十分重要,与其稳定性评价有关的土的参数指标样本很少,且离散性很大,很难得到较为准确的统计特性,针对此问题,该文基于区间理论,提出了一种小样本条件下多年冻土地区斜坡稳定问题的可靠性分析方法。主要考虑斜坡的热融滑塌,采用无限边坡稳定分析理论,给出了功能函数表达式,将不确定变量视为边界变化的区间变量,区间的下界和上界分别为采样数据的最小值和最大值,用功能函数的中值与离差之比 来估计斜坡稳定的可靠性, 将随样本数量发生变化。为了估计 和概率可靠指标 的关系,将不确定变量视为随机变量,给出了 和 比值的区间估计表达式,并采用上述方法分析了青藏铁路K3035处冻土斜坡稳定的可靠性。
CFRP钢管混凝土长柱承载力的研究
顾 威, 赵颖华, 贾永新
2008, 25(7): 0-152.
摘要:
通过对CFRP钢管混凝土和钢管混凝土两种构件轴压短柱的研究与比较,分析了CFRP钢管混凝土新型构件与钢管混凝土构件的差别与联系,为CFRP钢管混凝土长柱承载力计算打下基础;并对CFRP钢管混凝土长柱进行了试验研究,探讨CFRP钢管混凝土轴压长柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压长柱承载力的提高效果,分析了长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;基于短柱极限平衡法的承载力设计相关公式从理论上推导出CFRP钢管混凝土轴压长柱稳定承载力公式,并与试验结果相比较,验证了理论公式的正确性。
不等肢混凝土异形柱轴压比与配箍特征值关系研究
李永华, 桂国庆, 梁安宁, 李思明
2008, 25(7): 0-158.
摘要:
在《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ149-2006)中,采用了对异形柱在不同抗震等级下取不同的曲率延性比的方法来确定轴压比与配箍特征值的关系,编制依据来源于对12960种工况下等肢柱和部分不等肢L形柱延性的分析。基于相同的本构模型及极限曲率判别标准,该文对1456种工况下的不等肢T形柱、十形柱截面延性进行了非线性数值分析,从中拟合出它们在不同延性比下的轴压比与配箍特征值的关系曲线,并与等肢异形柱在相同的延性比下进行了比较,得出以下结论:1) 不等肢T形柱轴压比-配箍特征值曲线在等肢T形柱曲线上下微小波动,基本一致;2) 不等肢十形柱,当不等肢系数(长肢肢高/短肢肢高)小于1.4时,轴压比-配箍特征值曲线与等肢十形柱基本一致;但当系数较大时,轴压比最大下降了0.07―0.08,建议对此类柱采取在肢端增设暗柱,或在相同配箍率的条件缩小箍筋间距的方法来提高轴压比。
地下工程砼结构基于碳化作用的耐久性劣化模型
潘洪科, 牛季收, 杨林德, 汤永净
2008, 25(7): 0-178.
摘要:
碳化作用是地下混凝土结构耐久性的重要影响因素之一,由此造成的结构的劣化程度可以用结构保护层碳化的深度表示。该文设计了室内快速碳化试验,建立了混凝土在不同应力水平和不同水灰比及不同碳化龄期情形下的碳化深度模型公式,并得出结论:混凝土碳化速度系数随时间逐渐减小;拉应力对混凝土碳化有促进作用,而压应力则对碳化起到抑制作用;一定范围内,水灰比越大,则碳化速度越快。通过对耐久性评判准则的假设和建立相应的耐久性极限状态方程,可以很好地分析和预测结构的劣化程度及耐久性寿命。
浅埋隧道围岩压力确定的极限分析方法
杨 峰, 阳军生
2008, 25(7): 0-184.
摘要:
应用极限分析上限法计算浅埋隧道围岩压力,构造了浅埋隧道围岩两种刚体平动破坏模式,并推导了理论公式。将浅埋隧道围岩压力计算转化为一个数学优化模型,编制相应计算程序。通过算例分析了两种破坏模式下浅埋隧道围岩压力计算结果,对照太沙基理论,对结果进行探讨,指出对于浅埋隧道而言,利用极限分析上限法计算隧道围岩压力是一个可行的方法。
带大边梁的桥梁结构实用空间分析的虚拟纵梁法
张元海, 李 乔
2008, 25(7): 0-189,.
摘要:
通过设置虚拟纵梁的途径分析大边梁桥的荷载横向分布,推导了考虑大边梁影响的横向分布基本公式,数值算例验证了所推公式的正确性。为了进一步掌握大边梁桥的横向分布特性,以所推公式为依据,编制了大边梁桥横向分布电算程序,分析了大边梁与内梁的刚度比及设置内横梁对横向分布的影响,绘制的大量图表显示了其影响规律。研究结果表明:边梁刚度增大后,会显著影响荷载横向分布,使边梁的横向分布系数大为增加,而内梁则大为减小,但当刚度比增至一定值后,这种影响的程度就会变得很小;设置内横梁会使大边梁的横向分布系数有一定增加,但却使内梁的横向分布系数大大减小。
受刚体碰撞方管柱考虑局部屈曲时的弹塑性冲击荷载
剧锦三, 杨蔚彪, 蒋秀根
2008, 25(7): 0-195.
摘要:
使用壳单元建立方管柱模型,用数值方法跟踪方管柱受到刚体撞击的全过程,得到不同质量比、不同冲击速度时的弹性和弹塑性冲击荷载,比较了方管模型柱和杆模型柱的冲击荷载结果并进行了分析。结果表明:对于弹性方管模型,当质量比越小、冲击速度越大时,冲击荷载峰值越大;接触时间也越长;局部屈曲亦越明显,造成管模型的冲击荷载峰值比相同参数杆模型的冲击荷载峰值降低也越多,因此管模型的冲击荷载峰值和速度不成线性关系。方管中的双向应力波导致管模型的冲击荷载曲线和只有单向应力波的杆模型的曲线有所不同,后者更光滑一些。对于弹塑性方管模型,和弹塑性杆类似,由于塑性的发展,弹塑性管模型的冲击荷载峰值随冲击速度的提高而增大,但是随速度变化的冲击荷载峰值曲线比弹性模型的平缓很多。由于管模型的局部屈曲效应,其弹塑性冲击荷载总是小于杆模型的冲击荷载。冲击速度越大,质量比越小,弹塑性管模型的冲击荷载峰值越大且接触时间越长。
基于细观损伤模型的混凝土湿度及干缩特性研究
刘有志, 张国新, 朱岳明
2008, 25(7): 0-200,.
摘要:
将混凝土视为骨料与砂浆两相非均质复合材料,同时考虑材料损伤的影响。混凝土视为非均质体能较好的体现骨料和砂浆材料特性差异对湿度扩散及干缩应力的影响,内部出现的损伤也与混凝土视为均质体时明显不同。采用考虑材料特性差异及损伤作用的细观模型和计算方法,能更真实的反映混凝土的湿度、干缩变形和干缩应力分布规律。细观研究结果有助于更好地理解混凝土干缩裂缝的产生机理、开裂模式及发展规律。
其他工程学科
沿螺线轨道飞行的太阳帆航天器姿态被动控制研究
张治国, 李俊峰, 宝音贺西
2008, 25(7): 0-216.
摘要:
太阳帆是一种新型航天器,它可以借助太阳光压作为动力而自身无需携带大量的燃料,因而被设计运用于星际航行和深空探测。其中,用于星际航行的对数螺线轨道引起了研究者的兴趣。这样的飞行任务中,要求太阳帆的姿态与太阳光线方向成一个固定的角度。常见的对称的太阳帆平板模型不能被动的保持满足上述要求的姿态。该文利用不对称的太阳帆设计来实现被动的姿态控制,并利用轨道、姿态耦合的动力学模型进行仿真。结果表明:在空间干扰微弱的环境条件下,可以实现被动姿态稳定。
空调离心叶轮尾流噪声的数值预估
王巍雄, 李 嵩, 黄东涛, 朱之墀, 朱克勤
2008, 25(7): 0-222.
摘要:
由于现有的计算技术限制,风机气动噪声的数值预估是非常困难的。对于单个离心叶轮,已知其最主要的气动噪声源是叶片尾缘涡脱落导致的叶片表面压力脉动。基于Lee (1993)的轴流风机尾流噪声模型,提出一种可适用于离心叶轮尾流噪声数值预估方法。它包括三项主要工作:首先利用商用CFD软件Fluent对叶轮内的三维流场进行了数值模拟,并对所得气动性能进行实验验证;然后对叶片尾缘附近的速度剖面进行分析,提取出吸力面和压力面两侧的边界层厚度;最后,根据改进的噪声预估模型对叶轮的总声压级进行数值预估,在设计工况附近所得结果与实验值相比误差小于3dB。
弹性浮板在周期集中载荷作用下的水弹性响应
赵存宝, 魏英杰, 张嘉钟, 黄文虎
2008, 25(7): 0-228.
摘要:
基于线性水波理论和Mindlin厚板动力学理论,采用Wiener-Hopf 方法,研究了水面上浮动弹性平板受周期集中载荷作用下的水弹性响应。流体被假设为不可压理想且等深,流动有势。首先分析求解了两种区域(自由水面下区域和浮板下区域)内等深流场的导波问题。而后将原来混合边值问题的求解归结为求解无穷线性代数方程组的问题。其次,采用该方法研究了三种周期集中载荷激励下浮板上挠度和动弯矩幅值的分布情况;最后,对浮板上挠度幅值分布与不同周期载荷的作用点的关系进行了研究。
CFRP布加固木梁界面粘结应力的试验研究和理论分析
谢启芳, 赵鸿铁, 薛建阳, 仵建斌, 隋 龑
2008, 25(7): 0-234,.
摘要:
为了研究CFRP布加固木梁的界面粘结应力,对6根CFRP布加固的木梁进行了静力试验,得到了碳纤维布端部的应变分布。由相邻两测点的应变计算出了CFRP布与木材的平均界面粘结剪应力。忽略碳纤维布和木梁的剪切变形,推导了在任意荷载作用下两者之间的界面粘结剪应力和粘结正应力的计算公式,并根据边界条件给出了在两点对称集中荷载作用下公式中的系数,应用该公式计算了试验梁碳纤维布端部的界面粘结剪应力和正应力,结果表明粘结剪应力的计算值与试验值吻合较好,说明该公式是可行的。
考虑边缘效应的微镜静电力学性能分析
陆 静, 向 宇, 袁丽芸, 马小强
2008, 25(7): 0-240.
摘要:
该文基于计及边缘效应的矩形平行板静电力计算公式,建立了扭转微镜的非线性静力学模型,分析了边缘效应对微镜静态特性和吸合特性的影响,并通过与实验数据的比较,证明该文所建立的模型更接近于实际。数值分析表明,微镜的激励电压、微镜电极的几何尺寸等参数都会影响微镜的边缘效应,从而使微镜的静态响应产生较大的误差。因此,在某些情况下分析微镜力学性能时必须考虑边缘效应的影响。
机械工程学科
X70管道钢裂纹尖端张开角的试验研究
帅 健, 陈福来, 刘梅玲, 冯耀荣, 庄传晶
2008, 25(7): 0-205.
摘要:
高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角(CTOA)的测试方法。采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X70管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从获得的照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为。试验结果表明:试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,太厚的试件不易得到稳态扩展过程。韧带厚度为4mm、8mm试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.6°、11.3°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在4―25、4―10之间。
微梳齿驱动性能的耦合仿真研究
朱 毅, 郭 丹
2008, 25(7): 0-211.
摘要:
建立了考虑耦合作用的微梳齿驱动器仿真模型,研究了结构变化对梳齿的驱动性能的影响,并分析了结构基板及斜齿误差和偏移误差对结构驱动效果的影响。结果表明:基板造成的悬浮减小了驱动效果,驱动性能由于斜齿误差的存在而降低,偏移误差造成结构的横向不稳定。