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2009年  第26卷  第10期

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《工程力学》的发展与展望
黄丽艳, 崔京浩
2009, 26(10): 1-013.
摘要:
《工程力学》报导力学在工程技术中的应用及最新研究成果,促进力学与工程的结合,发挥力学在工程领域的主导作用,增强力学与工程技术的相互渗透,共同提高。是力学刊物中理论水平较高、学术性较强、深受读者欢迎的刊物之一。《工程力学》创刊25周年,在学术质量、编辑质量、载文量、影响因子、发行量等方面都取得了很大的提高和发展,该文作了较好的总结,并对今后的进一步发展给出了展望。
综述
具有分形特征的碳纳米管束的储氢性能研究
陈玉丽, 刘 彬, 黄永刚
2009, 26(10): 14-022.
摘要:
分形学体现了科学与美学的完美结合,在众多领域得到了广泛的应用。该文提出了碳纳米管束的分形结构,并将该结构应用于碳纳米管的储氢问题。研究表明,分形碳管束的储氢体积密度高于普通碳管束,并且,通常只需要1级分形结构就可以得到较好的储氢性能。此外,该文通过对不同分形形式的比较,发现内部包含七个碳管的分形结构的储氢性能最优。
基本方法
基于有限质点法的结构屈曲行为分析
喻 莹, 罗尧治
2009, 26(10): 23-029.
摘要:
有限质点法是一种新颖的结构分析方法,它以向量力学和数值计算为基础,将结构离散为质点群,采用牛顿第二定律描述这些质点的运动。该方法中引入移动基础架构求解结构单元内力。采用显示时间积分求解运动方程,避免了迭代求解非线性方程组。该文采用有限质点法分析结构的屈曲行为。以空间杆单元为例推导了有限质点法计算公式。利用自编程序,对空间杆系结构的屈曲行为进行了模拟。在不经过任何特殊处理的情况下,该方法不仅可以越过屈曲极值点,而且能够跟踪结构屈曲后的行为。此外,该方法无需分级加载即可模拟结构的屈曲行为,结构荷载可以在计算分析的初始步全部加在结构上,更符合实际情况。通过算例验证表明有限质点法在结构屈曲行为模拟中的适用性和真实性。
铰接杆系机构的运动路径及其极值点跟踪—一种几何学方法
邓 华, 楼俊晖, 徐 静
2009, 26(10): 30-036,.
摘要:
从纯粹几何学角度来探讨铰接杆系机构的运动分析问题。利用几何条件推导了机构位移的控制方程,并提出了一种更精细的机构运动路径的求解策略。阐明杆系机构运动路径极值点的数学特征。证明了当某节点运动到其极值点时,当前构型的所有机构位移模态对应于该节点的分量均必须为零,并以此作为判别和跟踪运动路径极值点的准则。该文还对杆系机构极值构型的特殊几何特征进行了理论说明。最后通过两个数值算例来考察该文方法的计算精度和有效性。
饱和不可压正交各向异性多孔弹性大挠度板的动力弯曲模型
何录武, 聂 磊, 武凯日
2009, 26(10): 37-043.
摘要:
对于流体饱和不可压正交各向异性多孔弹性板,建立了大挠度弯曲模型,给出了相应的基本控制方程。模型中假设Kirchhoff直法线假定和线性本构关系成立,孔隙流体的运动服从Darcy定理并且仅在板平面内扩散。根据此模型,应用Galerkin截断法数值分析了四边简支透水多孔弹性矩形板在脉冲载荷作用下的非线性拟静态和动力弯曲响应。研究结果表明:大挠度弯曲模型能够反映出流体沿板厚度方向整体排水和吸水特性;当载荷增加到使所产生的挠度较大时,大挠度和小挠度弯曲模型对应结果之间的差别明显,且在拟静态响应中,大挠度弯曲模型下挠度和孔隙流体压力等效弯矩随时间的变化过程中存在有Mandel-Cryer效应,而小挠度弯曲模型下的对应结果不存在此效应。
考虑载荷相关性的船体梁失效随机过程模型及其可靠性分析
张 婧, 施兴华, 徐定海, 王 善
2009, 26(10): 44-049.
摘要:
针对载荷相关性在船体结构可靠性分析中的影响,提出一种可靠性分析模型。基于随机过程理论,建立了船体梁在砰击、波浪及静水载荷联合作用下功能函数的随机过程模型,考虑波浪载荷和砰击载荷幅值的相关性,采用上穿率及并联系统可靠性分析方法求解此随机过程的可靠性。通过算例分析载荷相关性对于舰船结构可靠性的影响,并讨论了结构失效概率随结构阻尼率、砰击率的变化趋势,最后计算分析了舰船结构各种失效模式的可靠性。结果表明:结构的阻尼率决定了载荷相关性对结构可靠性的影响大小,且舰船结构的受压屈曲破坏是结构失效的主要模式。
土木工程学科
纤维增强复合材料与砖界面剥离模型
王全凤, 黄奕辉
2009, 26(10): 50-058.
摘要:
纤维增强复合材料与砖界面的粘结性能是FRP加固砌体结构受力分析的基础。该文对纤维增强复合材料与砖界面粘结性能建立界面剥离模型,采用试验所得的直线上升段与双曲线下降段的分段界面粘结-滑移模型对界面的粘结剪应力、滑移、正应力进行推导,得到了解析解。理论得出了FRP布有效粘结长度的概念,并基于该文的粘结滑移模型得到其解析解。对理论推导出的界面剥离模型与试验结果进行分析对比,表明该文建立的界面剥离模型可以很好的再现剥离破坏整个过程。
钢-混凝土组合板的弹性弯曲及稳定性分析
聂建国, 李法雄
2009, 26(10): 59-066,.
摘要:
通过在钢与混凝土之间设置假想的剪切薄层,依靠剪切层的剪切变形考虑钢板与混凝土板之间的相对滑移,建立考虑滑移效应的钢-混凝土组合板模型,并推导出四边简支组合板在均布横向荷载作用下的弯曲变形和单向压缩作用下的弹性稳定解析解。通过有限元分析,验证了模型和解析解的正确性和适用性。参数分析表明:当 5时,四边简支组合板弹性屈曲荷载接近于钢板和混凝土板各自的弹性屈曲荷载之和,可近似不考虑组合板中钢板与混凝土板的共同作用。
应力主轴旋转对波浪作用下堤防变形的影响分析
童朝霞, 张建民, 张 嘎
2009, 26(10): 67-073.
摘要:
波浪荷载作用下堤防中将发生明显的应力主轴旋转。该文基于考虑应力主轴循环旋转效应的砂土弹塑性本构模型,实现了该本构模型的数值算法并嵌入到大型通用有限元计算程序MSC.Marc。对某概化堤防在波浪荷载作用下的变形进行的有限元分析结果表明:在波浪荷载作用下,向波浪荷载作用一侧的水平方向变形和向地基底面沉降的竖向位移是堤防的主要变形趋势;同时相比不考虑应力主轴旋转,考虑应力主轴旋转将对堤防的变形产生以下影响:1) 增大水平位移和竖向位移的最大值;2) 扩大变形的区域;3) 影响变形的分布。在工程中若不考虑实际发生的应力主轴旋转将导致偏于危险的设计。
钢管混凝土粘结-滑移本构关系理论分析
康希良, 程耀芳, 张 丽, 赵鸿铁
2009, 26(10): 74-078.
摘要:
根据作者和国内外研究者有关钢管混凝土粘结性能的试验研究,对钢管混凝土粘结应力沿界面长度的分布规律进行了分析,从理论上推导出了钢管应力、钢管与混凝土的粘结应力和相对滑移之间的相互关系。通过数学分析得到了这三者的解析表达式。在理论研究的基础上,给出了随不同位置变化的钢管与混凝土粘结应力和相对滑移的本构关系,推导出了反应这种变化规律的位置函数,得到了与端部滑移及位置均有关的钢管与混凝土粘结应力的表达式。分析了含钢率对粘结应力的影响。该本构关系可为用有限元进一步分析钢管混凝土结构的非线性性能提供参考和依据。
基于无损受力状态的混凝土弹塑性损伤本构模型
于海祥, 武建华
2009, 26(10): 79-086.
摘要:
在实验基础上得到了混凝土在理想无损伤状态下的应力-应变曲线。基于此理想无损伤曲线和损伤力学理论建立了一种新型的塑性与损伤相解耦的混凝土弹塑性损伤本构模型,其中塑性部分建立在有效应力空间,采用基于拉、压双重强化模式的屈服函数,塑性强化准则采用理想无损伤条件下的Ramberg-Osgood强化规律;损伤部分基于有效应力张量的正负分解,采用受拉和受压两个损伤变量反映两种不同的损伤状态,由塑性应变驱动的分段曲线损伤演化方程建立在理想无损伤应力-应变关系之上。数值模拟与实验结果的对比证明了该文模型的有 效性。
钢管高性能混凝土偏心受压构件力学性能研究
于 清, 陶 忠, 吴颖星
2009, 26(10): 87-094,.
摘要:
采用有限元软件建模对钢管高性能混凝土偏压构件的荷载-变形关系进行了分析,计算结果得到试验结果的验证。在此基础上对钢管高性能混凝土偏压构件的工作机理进行了分析,剖析了受力过程中钢和混凝土相互作用的变化规律。最后探讨了钢管高性能混凝土在偏压荷载作用下的承载力简化计算方法。
复杂高层连体结构多点激励地震反应分析
桂国庆, 李永华, 李思明
2009, 26(10): 95-101.
摘要:
对高层多塔连体结构进行水平、竖向多点激励下的地震响应时程分析,并针对此结构计算量大的特点采用了子结构法进行自由度缩聚,该法在保证计算精度的前提下大大提高了计算效率,多点激励时考虑了行波效应以及场地部分相干效应。通过对某多塔连体结构的计算分析,结果表明:在水平地震动作用下,考虑多点激励会使连廊杆件轴力有所增大,其中行波效应变化对杆件轴力影响尤为明显;但是在竖向地震动作用下,考虑多点激励会使连廊杆件轴力有所减小。
塑性铰区埋入高阻尼隔震橡胶后RC柱抗震性能的试验研究
张大长, 陈怀亮, 韩丽婷
2009, 26(10): 102-110.
摘要:
以开发塑性铰区埋入隔振橡胶层的新型RC柱为目的,通过橡胶层提高RC柱的变形能力、增强延性和耗能能力,改善传统RC柱的抗震性能;探讨埋入不同厚度橡胶层RC柱的承载力-变形特性、破坏模式和抗震性能。试验及分析结果表明:反复水平荷载作用下普通RC柱的塑性铰区出现较多的水平裂缝和竖向裂缝,且裂缝宽度较大,塑性铰区混凝土的损伤和破坏均较严重,RC柱的荷载-位移曲线呈反“S”的捏拢形;塑性铰区埋入橡胶层的RC柱的初始刚度与RC柱基本相同,水平承载力有所降低,但是,橡胶层能够显著提高RC柱的变形性能,裂缝稀疏且宽度明显变小,即塑性铰区混凝土的损伤降低,荷载-位移滞回曲线呈梭形,且没有明显的下降段,比RC柱具有更好的耗能能力。在水平荷载作用下,塑性铰区埋入橡胶层RC柱的水平承载力上升速度与埋入的橡胶层厚度有关,埋入的橡胶层越厚,水平承载力上升越慢。
大跨度缆索支撑桥梁分阶段有限元模型修正
王 浩, 王付全, 李爱群, 韩晓林, 郭 彤
2009, 26(10): 111-116.
摘要:
提出了一种考虑结构施工过程的有限元模型修正技术,把复杂工程结构按照施工过程分阶段进行测试、建模和模型修正,以减小修正过程的复杂程度,提高修正结果的准确性。以主跨1490m的润扬悬索桥为例,根据施工过程将该桥的整体有限元建模拆分为两阶段:裸塔阶段和成桥阶段。在此基础上应用基于灵敏度的物理意义以及一阶优化算法的模型修正技术,根据现场实测数据对两阶段有限元模型分别进行修正和验证,得到了能够较好地反映大桥实际状况的有限元基准模型。动静力实测结果均验证了该文多阶段有限元模型修正技术应用于大跨度悬索桥结构的有效性。研究结果为润扬悬索桥的结构健康监测提供了研究基础,同时可为其它大跨度缆索支撑桥梁结构的有限元模型修正提供参考。
高架轨道交通引起的地面振动理论与试验研究
魏鹏勃, 夏 禾, 陈建国, 姚锦宝, 夏超逸
2009, 26(10): 117-122.
摘要:
为了准确预测高架桥轨道交通引起的环境振动,该文运用列车-轨道-桥梁耦合动力学理论及有限元建模的方法,建立了高架桥轨道交通引起的环境振动理论分析模型,模型包括振源和传播路径两大部分。振源模型由列车、轨道和桥梁组成,其中列车模型被模拟为带有多个车厢的体系,而每个车厢又是由弹簧-阻尼器连接车体、转向架和车轮所组成的多自由度体系,轨道模型采用Euler-Bernoulli梁模型,桥梁模型则为带弹簧支座的简支梁模型。三维的传播路径模型包括桥墩、基础结构和场地土,此部分模型由大型通用有限元程序Ansys建立。建立的高架桥轨道交通引起的环境振动理论分析模型较系统地反应了振动由产生到传播的整个过程,计算结果与北京地铁5号线的实测结果比较吻合。
曲线箱梁考虑剪滞效应时的弯扭分析
张元海, 李 乔
2009, 26(10): 123-129.
摘要:
基于刚周边假设,考虑约束扭转时二次剪流对翘曲位移的影响及剪滞翘曲应力的自平衡条件,用能量变分法建立了考虑剪滞效应影响时薄壁曲线箱梁的挠曲扭转微分方程及相应边界条件,用伽辽金数值方法进行求解。针对单室梯形箱梁,给出了剪滞翘曲几何特性的一般公式。对两个有机玻璃箱梁模型的计算表明,理论值与实测值吻合良好,从而验证了该方法及基本公式的正确性。在导出的基本微分方程中,如果用扭角的一阶导数代替扭转翘曲广义位移,则方程蜕变为已有文献中不考虑二次剪流影响时的微分方程。
超级单元法在斜拉桥自振特性分析中的应用
许德胜, 汪劲丰, 肖汝诚, 项贻强
2009, 26(10): 130-134.
摘要:
为提高大跨度斜拉桥自振特性分析的计算精度和求解效率,提出采用超级单元的三维分析方法。该方法用超级单元的子域准确描述结构几何特征,并采用非协调位移模式改善单元子域变形。利用二次等参变换计算超级单元的刚度矩阵和质量矩阵,允许单元域内含有不同的材料或构件。采用超级单元法对杭州文晖斜拉桥的自振特性做了分析。结果表明,该方法可在大规模缩减系统自由度的同时获得满意的计算精度。
均布与线性荷载下简支T梁剪力滞系数的圣维南解
秦绪喜, 刘寒冰
2009, 26(10): 135-139.
摘要:
在辛弹性力学理论的基础上,将简支T梁的翼板简化为平面应力板,推导了简支T梁在满跨均布荷载与线性荷载作用下翼板部分的圣维南解析解,得到了闭合的关于梁长、梁宽及泊松比的多项式形式的剪力滞系数解析解表达式。以一宽翼板简支T梁为例,分别用推导出的剪力滞系数公式和有限元软件对此梁剪力滞系数进行了计算对比,验证了所推导公式的正确性。用该方法求解和验算简支T梁桥的剪力滞系数十分方便、快捷。
并联基础隔震体系的参数优化
荣 强, 程文瀼
2009, 26(10): 140-146.
摘要:
以耗能比例因子最大为目标函数,同时考虑隔震层最大滑移位移、残留位移和最大基底剪力系数等约束条件,分别输入不同场地不同幅值的地震波,探讨了屈服剪力系数和第二隔震周期的最优取值范围。研究表明:屈服剪力系数的最优取值范围因不同场地不同幅值的地震波而不同;对Ⅰ类―Ⅳ类场地,隔震体系在低幅值和高幅值罕遇地震作用下,四个体系地震反应指标对第二隔震周期的变化规律大致相同,建议第二隔震周期取4s―6s为宜。
路堤荷载下复合地基沉降计算方法探讨
易耀林, 刘松玉
2009, 26(10): 147-153.
摘要:
在一定简化的基础上,根据位移、应力连续条件,将路堤填土、加固区和下卧层作为统一的整体,提出了考虑桩顶上刺、桩土相互作用和桩端下刺的路堤荷载下复合地基加固区计算模型,并建立了模型的有限差分解法。基于三维数值模拟结果,采用考虑复合地基下卧层应力集中效应的下卧层附加应力计算方法,从而建立路堤荷载下复合地基沉降计算方法。计算实例表明,复合模量法计算结果偏小,而应力修正法偏大,所提方法最接近实测结果,具有较好的适用性。
结构地震反应的半主动摩擦阻尼局域反馈控制
陈 波, 郑 瑾
2009, 26(10): 154-158.
摘要:
该文研究了建筑结构地震反应的半主动摩擦阻尼局域反馈控制问题。首先建立了安装有摩擦阻尼器的建筑结构的受控运动方程,提出了抑制结构地震反应的局域反馈控制方法。基于Kalman滤波提出了三种局域反馈半主动控制策略。通过数值研究考察了半主动摩擦阻尼器对建筑结构地震反应的控制效果,并进行了相应的参数研究。研究表明:该文提出的局域反馈控制策略可以有效地实现结构的地震反应控制。
高温后普通混凝土三轴压力学特性
张 众, 宋玉普, 师 郡
2009, 26(10): 159-164,.
摘要:
采用大连理工大学的混凝土大型静、动三轴试验系统,对经受200℃―600℃高温后的C30普通混凝土试件进行了等比例三轴压试验。观察了各温度后试件的破坏形态,测得了三轴强度、峰值应力点处的应变及应 力-应变曲线。试验表明,高温后三轴强度和峰值应力点的应变较单轴状态有较大的增长,中间主应力对多轴强度及峰值应力点处应变的影响较为显著。随着温度的升高,三轴抗压强度的降低程度与单轴下不同,八面体应力空间正应力、剪应力破坏强度与单轴抗压强度的相对值在200℃后加速增大。分析了温度和应力比对破坏强度的影响,在八面体应力空间建立了破坏强度与应力比、温度的关系式,可以为复杂应力状态下高温后混凝土的力学分析提供试验和理论基础。
机械工程学科
漂浮基柔性空间机械臂基于Backstepping控制策略设计的姿态、关节运动控制
郭益深, 陈 力
2009, 26(10): 165-170.
摘要:
讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,漂浮基柔性空间机械臂姿态、关节协调运动的控制问题。基于假想模态法、系统动量守恒关系及拉格朗日第二类方程,建立了漂浮基柔性空间机械臂的二阶非线性系统动力学方程。以此为基础,采用Backstepping控制策略,设计了漂浮基柔性空间机械臂载体姿态与机械臂各关节协调运动的Backstepping控制方案。提出的控制方案使系统满足了李雅普诺夫稳定性理论条件,并保证了系统具有全局意义下的渐进稳定性。一个平面漂浮基柔性空间机械臂的系统数值仿真,证实了此控制方案的有效性。
焊点连接模型对结构刚度的有限元模拟精度的影响分析
吕毅宁, 吕振华
2009, 26(10): 171-176.
摘要:
车身等复杂焊接结构中大量焊点的建模方法对其刚度和固有振动频率(亦即动刚度)的有限元分析精度具有较大影响。基于两个解析分析模型,对不同焊点连接模型及其网格相关性对焊接结构刚度和动态特性有限元模拟精度的影响及其原因进行了分析。分析表明,采用不同焊点连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度差异,主要是由于焊点所传递的载荷的分布区域大小不同引起的。焊点附近网格单元尺寸变大时,采用直接连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度会相应增加;但是采用RBE3单元连接模型时,也可能会由于受到焊点中心与网格之间的相对位置等因素的影响而出现相反的情况。焊点直径变大时,采用RBE3单元连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度也会相应增加,但是通过适当调整被焊接结构的有限元网格划分,可以使得该模拟刚度随焊点直径变化的灵敏度最小。通过对一个双帽形焊接薄壁梁结构的几种不同有限元建模方式及相应的刚度和固有振动频率分析结果讨论,验证了给出的解析分析方法的有效性及结论的正确性。
无铅材料SnAgCu的Anand参数测定和CSP焊点寿命预测
王 强, 刘 勇, 梁利华
2009, 26(10): 177-182.
摘要:
在不同的温度和常应变率条件下,对无铅焊料95.7Sn3.8Ag0.5Cu进行不同的温度和应变率条件下的拉伸试验,采用非线性数据拟合方法,得到材料的Anand本构模型参数。基于三维有限元分析方法预测热循环条件下焊点的疲劳寿命,对无铅材料95.7Sn3.8Ag0.5Cu和含铅材料62Sn36Pb2Ag的CSP焊点寿命进行了预测和比较,结果表明无铅材料95.7Sn3.8Ag0.5Cu的疲劳寿命比含铅材料62Sn36Pb2Ag的寿命高30.93%。
其他工程学科
半球形弹头钢长杆弹侵彻半无限铝合金靶的数值模拟
兰 彬, 文鹤鸣
2009, 26(10): 183-190.
摘要:
利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA,采用ALE方法和Steinberg本构模型对半球形弹头4340钢长杆弹侵彻半无限厚6061-T6511铝合金靶进行了数值模拟。模拟结果表明:根据打击速度的不同,4340钢长杆弹分别以刚体、变形非消蚀体和消蚀体侵彻6061-T6511铝合金靶,这与Forrestal等的实验观测相符,模拟得到的侵彻深度与实验数据变化趋势也相同。模拟结果也表明:对于变形而不消蚀的弹体,撞击初期主要是弹头变粗,其后杆身变粗,变形期间弹尾速度下降较快,侵彻速度较稳定;杆身轴线上未变形区到变形区的过渡区域两端侵彻方向应力分别接近弹体材料的Hugoniot弹性极限和初始屈服强度。
减小弹性机翼诱导阻力的多控制面优化研究
陈 磊, 吴志刚, 杨 超, 唐长红
2009, 26(10): 191-196.
摘要:
减小诱导阻力对大型飞机以及高空长航时无人机具有重要意义。基于升力线理论建立机翼的气动弹性模型,通过优化偏转沿展向分布的前后缘控制面减小诱导阻力。展弦比为8,梢根比为0.8的刚性和弹性机翼优化前后的诱导阻力等结果表明采用偏转控制面减阻的方法可行。具有相同气动面积,但梢根比不同的刚性机翼升力与诱导阻力之比表明,梢根比为0.4左右时其值最大。针对刚度沿展向均匀分布的弹性机翼分析表明,当梢根比为0.2左右时,其升力与诱导阻力之比最大,并且控制面的优化偏转使其翼尖挠度有所降低。相关结论对工程实际中采用有限个控制面减阻具有参考价值。
钢丝绳碰撞动力学模型
方子帆, 吴建华, 何孔德, 张明松
2009, 26(10): 197-202.
摘要:
以钢丝绳及其连接结构为对象,对其碰撞动力学模型进行研究。将钢丝绳离散为单元模型,利用相对坐标关系建立其动力学模型,并将其连接结构以集中质量模型作为钢丝绳端部约束条件引入到钢丝绳动力学模型中,建立钢丝绳及其连接结构的动力学模型。将钢丝绳的碰撞接触力引入到钢丝绳及其连接结构的动力学模型中,建立这类结构的碰撞动力学模型。在RecurDyn环境中建立了具有横向和垂挂空间姿态的钢丝绳及其连接结构的动力学仿真模型,并进行仿真研究。研究结果表明这些模型可以用作刚柔混合结构的动力学分析,同时能够实现这类结构的可视化动态仿真。
1000kV大型薄壁钢管变电构架风致振动响应研究
潘 峰, 童建国, 盛晓红, 叶 尹, 孙炳楠, 陈 勇
2009, 26(10): 203-210.
摘要:
1000 kV变电构架属于风敏感结构,风荷载是设计的主要控制荷载。该文以某一大型薄壁钢管构架为工程背景,结合多阶模态力法和模态解耦原理,提出了多模态显式积分法,并推导了结构风致响应与风振系数的计算公式。在时域内得到了结构的风致振动响应时程,研究了结构位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布特点,同时计算比较了不同风向角时构架结构典型节点的荷载风振系数和位移风振系数。通过研究,揭示了1000 kV大型变电构架的风致振动特性,为构架结构的抗风设计提供了依据。
基于有限元法的牙周膜本构模型研究
魏志刚, 汤文成, 严 斌, 杨宝宽
2009, 26(10): 211-216.
摘要:
通过逆向工程的方法,建立了一名患者上颌中切牙及其周围组织的三维有限元模型。基于人体牙周膜试验数据,通过两个常用的泊松比获得了体积变化的数据。通过参数拟合获得了两组Ogden模型的参数,通过数据转化获得了两组次弹性模型参数。分别使用上面的两个Ogden模型和两个次弹性模型以及常用的两个线弹性模型,施加相同的边界条件,对文献中的人体体内加载试验进行了仿真模拟。对使用各种模型得到牙周膜应力场和应变场以及牙齿位移进行了对比,结果表明:Ogden模型和次弹性模型获得牙齿位移与试验情况比较接近,常用的线弹性模型的符合较差,通过不同模型得到的应力场之间存在较大的差异。
交流电磁铁作用的旋转弹性圆盘稳定性
裴永臣, 谭庆昌
2009, 26(10): 217-220.
摘要:
该文建立了交流电磁铁作用的旋转弹性铁磁圆盘的动力学方程,并采用伽辽金方法对方程进行空间离散,分析了圆盘转速、电磁铁交流电频率和电磁力刚度对系统固有频率和稳定性的影响。分析表明:当交流电频率接近系统固有频率的组合或圆盘转速接近系统临界转速时,电磁力刚度将导致圆盘发生参数失稳,并且电磁力刚度越大,导致圆盘失稳的转速和交流电频率的范围越大。增加圆盘的阻尼可抑制系统的失稳。
2D编织陶瓷基复合材料应力-应变行为:分析预测
陶永强, 矫桂琼, 王 波, 常岩军
2009, 26(10): 221-227.
摘要:
将2D编织结构简化为0o/90o正交铺层结构,在单轴拉伸载荷作用下,通过含渐进损伤的简化剪滞理论,得到了正交铺层结构中各层的应力分布及90o层裂纹密度与施加应力之间的变化关系;基于随机的基体裂纹演化理论和随机的纤维损伤和最终失效理论,得到了正交铺层中0o层在拉伸载荷作用下的应力-应变关系,进而得到了0o层的切线拉伸模量与作用于0o层的拉伸应力之间的变化关系,将0o层的切线拉伸模量代入正交铺层结构的简化剪滞分析中,从而得到2D编织陶瓷基复合材料的拉伸应力-应变关系,理论模拟结果与试验结果吻合良好。
压电智能结构振动的模糊控制及仿真实现
张京军, 曹丽雅, 袁伟泽, 高瑞贞
2009, 26(10): 228-232.
摘要:
研究压电智能结构振动主动控制的问题。通过对分析梁的振动过程建立模糊控制规则,并在利用传统模糊控制器来控制系统的基础上,提出了一种新的以悬臂梁端点位移和端点速度为输入变量,对悬臂梁施加的控制力为输出变量的模糊控制方法。这种建立模糊控制规则和确定输入输出的方法不但缩短了提取输入变量的时间,而且比传统的以悬臂梁端点加速度和端点加速度的变化为输入变量的办法有更好的控制效果。最后,使用Matlab的仿真结果表明此种模糊控制方案的有效性。
考虑几何非线性海底悬跨管道随机振动分析方法
何 勇, 龚顺风, 金伟良
2009, 26(10): 233-239.
摘要:
考虑海底悬跨管道的几何非线性特征,建立了悬跨管道非线性随机振动响应分析方法。该方法结合模态分析,首先把系统隐式的非线性项转化为由模态坐标高次组合表示的显式非线性项,在此基础上引入虚拟激励法,建立结构在随机流力作用下的等效线性化系统,从而确定结构非线性随机响应。通过对某一海底管道的分析结果,表明该方法能够有效的考虑几何非线性的影响且具有很高的计算效率。同时分析了悬跨长度、管道外径和残余应力因素对计算结果的敏感性。结果表明:当悬跨长度达到较大跨度后,忽略结构几何非线性的影响,将会导致较大的误差;在较大的跨距、较浅的水深、较小的外径、初始压应力这些因素下,管道响应幅值较大。因此在这些因素存在时,要引起高度的关注。
CE/SE方法模拟等离子体电枢二维MHD效应
李 昕, 翁春生
2009, 26(10): 240-244,.
摘要:
建立二维无粘磁流体动力学模型,考察电磁导轨炮等离子体电枢工作过程中电场、磁场、流场的耦合作用。推导了适用于耦合求解N-S方程与麦克斯韦方程的CE/SE方法,计算格式简单,具有较高的精度与稳定性。通过数值计算考察了电枢内部各物理量的分布。计算结果表明:洛仑兹力是电枢等离子体流推动弹丸运动的主要作用力;电枢头部压强、电流密度较高,温度分布符合辐射传热的规律;由于对流,电枢内部流动复杂,有速度漩涡出现。计算结果对等离子体电枢MHD问题的理论和实验研究有重要的指导作用。
柔性后缘自适应机翼气动特性和操纵反效特性的比较分析
解 江, 杨智春, 党会学
2009, 26(10): 245-251.
摘要:
对后缘可无缝、连续柔性偏转的自适应机翼进行了二元气动特性和操纵反效特性分析。建立了带柔性后缘自适应机翼模型和带刚性偏转后缘的传统机翼模型,从升阻特性和力矩特性以及操纵效率对它们进行了比较研究。结果表明:在尾缘点偏转位移相同的情况下,柔性后缘偏转所产生升力更大,升阻比更高。但由于升力增量大以及压心后移量大,导致带柔性后缘机翼产生的附加低头力矩也很大。当考虑机翼的扭转刚度后,带柔性后缘机翼会产生较大的低头弹性扭转角,大大降低了操纵效率。相比之下,虽然后缘的刚性偏转使二元机翼增升较小,但产生的附加低头力矩也相对较小。当考虑机翼弹性后,带刚性后缘的传统机翼反效速压更大、操纵效率更高,总的升力增量反而更大。因此,应对后缘中弧线柔性偏转轨迹进行优化设计,或是通过前缘控制面配合偏转来提高带柔性后缘机翼的操纵效率和操纵反效速压。
潜艇操纵运动分叉突变特性
王晓玢, 孙 尧, 莫宏伟
2009, 26(10): 252-256.
摘要:
为研究潜艇失稳现象发生的机理,对潜艇垂直面操纵运动进行非线性建模,并利用分叉与突变理论方法对运动稳定性进行分析。利用中心流形理论将潜艇运动方程约化到包含原系统全部动力学特性的低维系统,分别对静态分叉和动态分叉引发的状态突变进行了分析,并通过数值仿真验证。仿真结果证明:潜艇在垂直面内以高速大舵角作强机动时将发生跨临界分叉和Hopf分叉,并导致系统状态在分叉点处产生突变。此现象揭示了潜艇动力学模型中非线性项的影响,并为操纵控制系统的设计提供了必要理论依据。