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2009年  第26卷  第11期

基本方法
线法二阶常微分方程组有限元分析的EEP超收敛计算
袁 驷, 肖 嘉, 叶康生
2009, 26(11): 1-009,.
摘要:
该文先对有限元线法导出的二阶常微分方程组问题,建立了有限元分析的精确单元理论,推导出任意点的真解计算公式,再以之为依据给出近似单元的两种单元能量投影(EEP)超收敛公式——简约格式和凝聚格式。简约格式采用线性形函数作为权函数,计算简单方便,具有强超收敛性。凝聚格式则用 次凝聚形函数作为权函数,可使位移和位移导数的超收敛解的各分量均能达到 阶的最佳超收敛结果。广泛的数值试验表明,该法是EEP超收敛算法在二阶常微分方程组问题上的成功推广,具有和单个常微分方程问题一致的良好性态。
流场和流固耦合问题网格剖分与更新的新方法
周 岱, 马 骏, 李 磊
2009, 26(11): 10-016.
摘要:
基于形式代数和映射理论,针对二维/三维内外流场和流固交界面处的网格剖分问题,提出虚拟结构化映射的网格生成新方法。在虚拟规则多边形上建立虚拟网格,利用函数建立对应的映射关系,把虚拟网格映射到真实的流固边界网格上。在网格更新办法中,引入了位移映射关系,设定了流固交界面随机位移场,原流固交界面的拓扑关系和数据交换格式保持不变。分别以二维和三维管道的内部流体计算域、二维和三维建筑物体的外部流体计算域为算例,验证提出的网格生成和更新方法。统计分析表明,运用该方法可得到流体域较高质量的初始网格系统,经更新后的流体域网格质量良好,且不发生畸变。
ULE法求解横向绕流条件下固支弹性薄板
郝亚娟, 白象忠
2009, 26(11): 17-022.
摘要:
采用相容拉格朗日-欧拉(ULE)法,给出弹性薄板在理想流体横向绕流条件下变形与应力的理论算法。其中,固体采用拉格朗日法,流体采用欧拉法,相互接触面处采用相容法描述,建立了流体与固体相互作用的运动方程和动力方程。结合偶极子理论,求解了理想流体不间断横向绕流条件下弹性薄板的弯曲变形及其应力状态。通过具体算例,分析了各参数对弹性薄板挠度及应力大小的影响,并且将理论解与数值解进行比较,验证了该理论解的可靠性。
基于局部脉冲响应的约束子结构修正法
侯吉林, 欧进萍
2009, 26(11): 23-030.
摘要:
该文针对局部子结构为修正对象的情况,提出只利用整体结构中局部子结构部分的脉冲响应即可以精确修正子结构模型的约束子结构方法。它是利用子结构位置的脉冲响应,计算需要施加在结构边界的支座反力,构造出约束子结构的脉冲响应,然后由特征系统实现法(ERA)方法识别出构造响应的模态,进而修正子结构。约束子结构是指在子结构边界施加虚拟支座后的独立结构,它含有单元少而更有利于模型修正。通过修正约束子结构的单元刚度,间接修正整体结构中的子结构,不但可剔除整体结构其他部分的误差对子结构模型修正的影响,提高修正精度,而且可提高计算效率。该文以十跨桁架模型为例,分别利用子结构位置的位移脉冲、速度脉冲和加速度脉冲构造约束子结构并修正子结构,验证了方法的有效性,并分析了噪声对方法的影响。
静刚性分布脉冲荷载下弹性半空间表面竖向位移
付 兵, 王振宇
2009, 26(11): 31-035.
摘要:
主要研究静刚性分布脉冲荷载作用下弹性半空间的瞬态响应。通过对控制方程和边界条件的Laplace-Hankel变换得到基本方程的积分变换解,然后应用Hankel逆变换和Cagniard-De hoop方法得到地基表面各点竖向位移的精确解析解。此解析解由代表P波、S波和R波对位移贡献的不同部分组成。该文给出了大于荷载作用面积的半径处的位移-时间曲线,曲线表明随着时间的推移,各应力波曾先后两次到达该处,然后该处逐渐趋于静止状态。此问题的求解从已有文献上来看尚数首次,可用于土与结构的动力相互作用和接触问题。
结构拓扑修改静态重分析自适应迭代方法
杨志军, 陈 新, 吴晓明, 陈塑寰
2009, 26(11): 36-040,.
摘要:
基于Guyan缩减和Epsilon算法,提出了结构拓扑修改静态重分析的自适应迭代方法。首先将新增加的自由度通过Guyan缩减方法凝聚到原结构自由度上,形成缩减方程。其次,根据刚度矩阵增量,利用Neumann级数建立基向量,采用向量Epsilon算法对基向量部分和系列进行迭代加速,并给出了控制迭代收敛精度的误差计算方法,可以根据结构改变的大小自适应选择迭代次数,从而快速求出原结构自由度的位移。新增加自由度的位移可从缩减方程恢复得到。给出了一个数值算例,将该方法与组合近似法(CA)进行比较。数值计算结果表明,该方法可以根据精度要求自动选择迭代次数,且计算效率比CA方法高。
Lade体积屈服面模型的合理修正
杨雪强, 李彰明, 史宏彦
2009, 26(11): 41-045.
摘要:
Lade双屈服面模型存在一些缺陷,表现在其剪切屈服面和体积屈服面在 平面上的投影形状不同,不能实现密闭连接,这违背了屈服面在应力空间中是外凸封闭的曲面这一基本原理。基于这一点,该文先从理论与实验角度证实了这一缺陷,随后对Lade体积屈服面模型进行了合理地修正,并通过松的Sacramento河砂实验结果检测了这一修正;同时也建议了另一合理形式的体积屈服面。将Lade修正体积屈服面或另一合理形式的体积屈服面与Lade剪切屈服面结合在一起,可以更合理地研究土体的应力与应变特性。
压电层合圆板驻波振动的非线性动力学分析
王 蕴
2009, 26(11): 46-052.
摘要:
考虑压电材料二次非线性本构关系,应用广义Hamilton原理和Rayleigh-Ritz假设模态方法建立了表面粘贴压电陶瓷片薄圆板的非线性动力学模型,使用多尺度法计算压电层合板驻波振动的二阶主共振响应,给出解的特性与系统参数的关系。结果表明:驻波振动的二次近似解包含二次超谐成分和由于二次非线性引起的直流分量;当激励频率变化时,二阶主共振响应存在多解和跳跃现象,主共振解的真正实现取决于其初始条件。数值积分的结果验证了解析解的正确性。
土木工程学科
圆钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压力学性能
周绪红, 刘界鹏, 张素梅
2009, 26(11): 53-059.
摘要:
进行了20个圆钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压力学性能试验研究,试验中的主要参数为钢管径厚比(50、70和100),混凝土强度(C50和C80)和钢管屈服强度(Q235和Q345)。试验结果表明:圆钢管约束钢筋混凝土柱中被分隔钢管的高度对构件的轴压承载力和延性无明显影响;随钢管径厚比增大和混凝土强度的提高,构件的延性降低;随钢管屈服强度的提高,构件的轴压承载力提高,但钢管屈服强度对构件的延性无明显影响。对钢管的应力分析结果表明,圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。根据试验结果和钢管的应力分析结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压承载力公式,提出了设计建议。
新型外套管式梁柱节点多因素分析研究
李黎明, 陈以一, 李 宁, 蔡玉春, 周慧芳
2009, 26(11): 60-067.
摘要:
在外套管式节点拟静力试验的基础上,建立该种节点有限元分析模型。经与试验数据对比,表明该有限元模型的有效性。采用有限元模型对外套管式节点进行包括外套管厚度、T型件翼缘厚度、T型件腹板厚度以及有无加劲肋的多因素分析,分析总结了这些因素对节点性能的影响。通过多因素分析,得到具有一定参考价值的结论。
CFD在桥梁断面静力三分力系数计算中的应用
谭红霞, 陈政清
2009, 26(11): 68-072.
摘要:
采用CFD软件CFX模拟了风对桥梁的静力作用,计算了广州白沙河大桥拱肋断面和主梁断面3o、0o和+3o风攻角情况下的静力三分力系数,并与风洞试验数据进行了比较。结果表明:用CFX数值模拟的计算结果与风洞试验结果基本吻合,各攻角情况下拱肋断面的阻力系数的误差分别为3.5%、1.3%、3.8%;对于主梁断面,0o攻角的三分力系数的误差分别为4%、2%、3%,而+3o攻角的阻力系数和升力矩系数的误差分别为0.1%和0.6%,可见CFD能够较为精确地模拟计算出桥梁断面的静力三分力系数。
半刚性螺栓球节点单层球面网壳受力性能研究
马会环, 范 峰, 曹正罡, 沈世钊
2009, 26(11): 73-079.
摘要:
螺栓球结点为一种典型的半刚性节点,它具有一定的转动刚度,这种半刚性节点的网壳也具有一定的抗弯承载力,利用常用螺栓球节点的弯曲刚度,考虑了几何和材料非线性,利用常用有限元软件ANSYS对K8型和K6型螺栓球节点的单层球面网壳进行了弹塑性全过程分析,该文考虑了节点弯曲刚度、节点扭转刚度、跨度和矢跨比、节点域、荷载形式、杆件截面类型、支承条件等参数对网壳极限承载力的影响,得到了影响半刚性节点网壳受力性能的主要因素,较为全面的获得了螺栓球节点单层球面网壳的稳定性能。最后,该文根据前面分析所得结果,拟合出了无缺陷状态下,半刚性球面网壳的极限承载力公式,为网壳设计提供了参考。
考虑拉伸与压缩不同徐变特征的混凝土连续墙早龄内应力分析
巨玉文;&#;李克非;韩建国
2009, 26(11): 80-087.
摘要:
以某大型交通枢纽地下连续墙为工程背景,首先讨论了早龄混凝土分别针对受拉和受压状态的应力松弛特性,给出了考虑不同力学状态的混凝土早龄内应力计算方法;然后设计和实施了地下连续墙体实体模型试验,通过实体模型模拟了地下连续墙初衬与内衬之间的连续构造和滑动构造,采用埋入式温度、应变传感器测量了模型墙体内部的温度历程和应变历程;结合已经校准的混凝土早龄拉伸徐变规律以及现场混凝土材料力学特性,实现了对模型墙体的内应力发展历程的仿真计算,并通过与实测数据的对比验证了仿真结构的正确性;最后,对真实结构中的足尺连续墙体进行了数值分析,根据计算结果讨论了初衬与内衬之间的合理构造方式以及早龄开裂 风险。
基于最大熵谱和模糊聚类分析的斜拉桥拉索索力测试与评估
李枝军, 李爱群, 韩晓林, 丁幼亮
2009, 26(11): 88-094.
摘要:
为了对运营期斜拉桥拉索安全性进行评估,对拉索索力测试和评估方法作了研究与应用。首先,提出了用最大熵谱代替传统频谱来识别运营状态下拉索自振频率并获取拉索索力的方法;其次,提出了利用模糊聚类理论对索力测试结果进行分类和评估的方法;最后,将上述方法应用于南京长江二桥,提高了拉索测试的效率和精度,实现了过对该桥3次不同时期的拉索安全性评估,并得出该桥在运营期的上下游索力整体上具有明显差异性的结论。研究结果表明:最大熵谱法可以缩短拉索索力的测试时间,特别适合于运营状态下拉索索力的测试和实时监测;模糊聚类分析法可以有效的用于大跨斜拉桥拉索索力的分类与安全性评估。
一种全密封锁位型摩擦阻尼隔震支座的试验研究
张文芳, 贾淑贤, 李国胜
2009, 26(11): 95-101.
摘要:
为满足隔震参数配置及工程应用要求,设计研制了一种新型全密封锁位型摩擦阻尼隔震支座;并对其竖向、水平力学性能及密封、锁位性能进行了试验研究。得出了支座的等效动摩擦系数、等效水平刚度和等效粘滞阻尼比等参数;得出了支座力学性能与加载频率、支座竖向压应力等的相关性;得到了水平极限位移和竖向极限承载力。试验表明,支座等效动摩擦系数低达0.04,等效粘滞阻尼比高达0.59,具有良好的力学性能。通过试验,验证了支座可按预期方式实现摩擦滑移变形,而且其密封性、锁位性能可靠。
再生混凝土冻融循环试验与损伤模型研究
陈爱玖, 章 青, 王 静, 盖占方
2009, 26(11): 102-107.
摘要:
对废弃混凝土进行破碎后所得的骨料称为再生骨料,按再生粗骨料掺量为40%的配比进行混凝土冻融循环试验,并结合聚丙烯纤维和引气减水剂两个配比参数对其抗冻影响机理的分析,得到不同掺量下聚丙烯纤维和引气减水剂对再生混凝土抗冻耐久性的影响,以及冻融后再生混凝土内部损伤变量的变化规律。结果表明:掺加聚丙烯纤维和引气减水剂可使设计强度等级为C30的再生混凝土达到F200以上的抗冻等级,并能有效地抑制其冻融损伤劣化,且引气减水剂的掺加效果更为明显。根据再生混凝土冻融破坏机理,进行再生混凝土冻融损伤分析并建立冻融损伤模型,模型所预测的再生混凝土损伤程度符合工程实际冻融破坏情况。
基于拉格朗日乘数法计算大坝结构可靠度
徐 强, 陈健云, 李 静
2009, 26(11): 108-113.
摘要:
该文建立了分析大坝可靠度的计算方法。首先,使用Monte-Carlo法得到服从一定分布的随机参数,运用复合失效准则建立不同的功能函数,从而得出相应的功能函数的样本点。然后,采用二次多项式拟合相应的响应面。运用拉格朗日乘数法,将在响应面约束下求解设计验算点的非线性的约束最优化问题转化为解线性方程组问题,使用Jacobi迭代法求解线性方程组进行迭代。最后,使用二分法通过迭代得出拉格朗日乘子,反推出设计验算点,从而得出复合失效准则下大坝各个单元可靠度。取大坝各个单元可靠度的最小值作为其最终的可靠度。与常规求大坝各个单元可靠度的方法相比,该方法有其优点:一是中间过程不用求梯度,适用范围广;二是将非线性问题转化为线性问题进行求解,可以用于极限状态方程非线性程度较高的可靠度分析。
重力坝-地基-库水系统动态断裂分析
刘钧玉, 林 皋, 胡志强
2009, 26(11): 114-120.
摘要:
应用比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method-SBFEM)对重力坝进行动态断裂分析。通过数值算例验证了比例边界有限元法计算动应力强度因子的有效性和精度。在频域利用一种新的高阶透射边界对无限地基进行模拟,该透射边界是基于无限域动力刚度矩阵的连分式解形式,具有良好的收敛性和精度。最后对重力坝-无限地基-库水系统进行频域分析,给出了坝体最大拉应力分布和坝踵裂纹应力强度因子的时程变化规律,将最大拉应力计算结果与无裂纹情况下重力坝-地基-库水系统的结果和无质量地基模型的结果进行了对比,对比结果表明该文计算结果比无质量地基模型的计算结果降低20%―25%。
钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的屈曲失稳系数研究
贾远林, 陈世鸣
2009, 26(11): 121-126.
摘要:
组合梁与钢梁的侧扭失稳机理与形态存在显著差异,与纯钢梁的失稳相比,组合梁中钢梁上翼缘受到刚度较大的混凝土板约束,表现为与纯钢梁不同的畸变失稳。采用钢构件的Perry-Roberson失稳设计曲线来计算组合梁的失稳极限承载力的适用性急需验证。采用组合梁力学模型,考虑钢梁初始几何缺陷和残余应力影响,进行了组合梁有限元非线性稳定分析,计算结果与试验实测值吻合。通过改变截面参数,对43组组合梁的极限承载力进行了计算,根据EC4截面分类方法,定义了1类、2类截面和3类、4类截面的长细比,研究表明:负弯矩下的组合梁可通过长细比参数采用我国的钢柱稳定曲线进行求解
FRP片材加固开裂RC梁跨中界面粘结剪应力分析
谢建和, 黄培彦, 郭馨艳, 邓 军
2009, 26(11): 127-133.
摘要:
裂缝引起的界面剥离是纤维增强复合材料(FRP)片材加固受弯钢筋混凝土(RC)构件的主要破坏模式。该文以三点弯曲荷载作用下FRP片材加固RC梁为研究对象,考虑中部弯曲裂缝和界面软化行为的影响,基于FRP与混凝土界面的粘结-滑移双线性模型,推导弯曲裂缝间界面粘结剪应力的理论公式,建立有限元模型对理论计算公式进行验证,并分析裂缝间距对剥离荷载的影响。分析结果表明:界面粘结剪应力的理论计算结果与有限元分析结果吻合得较好,剥离荷载的理论值比有限元计算值和试验值均偏小;剥离荷载随着裂缝间距的增大而降低,整个变化曲线可以简化为两折线。
基于软化拉-压杆模型内置钢构架型钢混凝土深梁受剪承载力预测
吴 轶, 蔡 健, 杨 春, 陈庆军
2009, 26(11): 134-139.
摘要:
基于软化拉-压杆模型建立了内置钢构架型钢混凝土深梁的剪切力学模型和计算方法。通过对力学模型的分析,考虑混凝土软化效应,明确了型钢、混凝土、箍筋和腰筋四部分对内置钢构架型钢混凝土深梁剪切承载力的贡献,并根据建立的计算方法编制计算机程序对内置钢构架型钢混凝土深梁受剪承载力进行计算,计算结果与试验结果对比吻合良好,表明该力学模型和计算方法可以较精确预测内置钢构架型钢混凝土深梁的受剪承载力。
非饱和土的系列强度试验研究
李顺群, 柴寿喜, 王 沛, 刘双菊
2009, 26(11): 140-144.
摘要:
设计并运行了饱和土的常规三轴试验、压力板试验和普通三轴试验、压力板试验和GDS三轴试验与自然风干试验和普通三轴试验等四种试验,着重考察了高饱和度和水封闭两个特殊情况下非饱和土的强度特征和破坏特点。试验表明:在高饱和度条件下,与基质吸力相关联的摩擦角大于与净总应力相关联的摩擦角;在水封闭条件下,强度增长与基质吸力增加基本成线性关系。从宏观破坏特点看,非饱和试样的破坏发生在某个明显的斜截面上,这与饱和试样的破坏特点是不同的。
土工格栅与压实膨胀土界面的拉拔性状
汪明元, 龚晓南, 包承纲, 施戈亮
2009, 26(11): 145-151.
摘要:
对土工格栅与压实膨胀土的界面特性进行拉拔试验,筋材为高密度聚乙烯(HDPE)单向土工格栅,填土为南水北调中线工程新乡段的膨胀性泥灰岩风化土。结果表明:上覆荷载较大时,土工格栅的变形较明显,格栅刚体平动时的拉拔力更接近峰值,界面摩阻力的分布非均匀,且其均匀程度随拉拔力变化。较小上覆荷载下,峰值拉拔力时土工格栅刚体平动占筋土相对位移的比例较大,界面摩阻力分布较均匀。当界面摩阻力非均匀分布,可导致上覆荷载较大而其界面平均摩阻力反而较小。筋土相对位移1cm―2cm范围内,界面一般可达峰值强度,界面强度曲线可表达为线性函数。
型钢混凝土柱-钢桁梁组合节点抗震性能理论分析
陶慕轩, 樊健生, 聂建国, 赵 楠, 李 婷
2009, 26(11): 152-160,.
摘要:
结合中国科学技术新馆工程在试验研究的基础上,对型钢混凝土柱-钢桁梁组合节点的抗震性能进行理论分析。讨论了六种目前常用的型钢混凝土柱-实腹式钢梁组合节点的节点区抗剪承载力计算公式,并对赵鸿铁学者提出的公式作了相应的改进,以更好地反映腹板加劲肋对节点抗剪承载力的贡献。这些公式用于本文研究的节点均偏于安全,考虑组合作用的改进后的赵鸿铁公式以及唐九如公式和试验结果吻合良好。该文还进一步讨论了破坏模式对节点抗震性能的影响,提出了在设计和分析中控制破坏模式的方法和建议。该文还利用通用有限元程序MSC.MARC(2005r2)对节点进行非线性有限元全过程数值模拟,取得了满意的结果。该文的研究结论为型钢混凝土柱-钢桁梁组合节点在工程中的应用提供了有益的参考。
密集频率柔性板的内平衡模型降阶及其主动控制
章 敏, 蔡国平
2009, 26(11): 161-166.
摘要:
该文对密集频率柔性板的模型降阶和主动控制进行研究,其中动力学建模采用有限元方法,模型降阶采用内平衡降阶准则,控制设计采用最优控制方法。研究中将内平衡降阶方法和模态价值降阶方法进行了数值对比研究。仿真结果显示,内平衡模型降阶方法是一种有效的模型降阶方法,能够处理密频情况下的模型降阶问题。
基于逆多元二次径向基函数的复合材料层合板静力分析
项 松, 王克明, 石 宏
2009, 26(11): 167-171.
摘要:
利用逆多元二次径向基函数无网格配点法对Reddy的高阶剪切变形理论进行离散,计算了四边简支承受正弦分布横向载荷复合材料层合板的无量纲应力和最大挠度,分析了节点分布方式和密度对计算结果的影响。数值算例表明:逆多元二次径向基函数在复合材料层合板静力分析方面具有较高的精度。
46.5m大跨度弧形钢拱结构的稳定及其缺陷影响分析
熊仲明, 韦 俊, 曹 欣, 王军良
2009, 26(11): 172-178.
摘要:
由于工程应用中空间钢拱结构跨度增大导致结构整体失稳问题越来越突出,且现有规范缺少专门的大跨钢拱结构设计方法,因此,该文以46.5m大跨度弧形钢拱结构实际工程为背景,综合考虑结构的跨度、变截面形式、初始几何缺陷、荷载布置和多种荷载工况,采用有限元ANSYS软件分别建立了单榀钢拱及整体结构的有限元模型,并对其进行了特征值屈曲分析和几何非线性分析,找出了单榀结构和整体结构的屈曲模态,研究了缺陷对单榀结构和整体结构的敏感程度。通过计算结果与试验结果对比,表现出较好的一致性。计算结果表明,结构对初始缺陷较为敏感,缺陷的存在会导致结构稳定承载能力显著降低,为指导该类结构体系的设计以及进行更深入的研究提供了基础资料。
基于频响函数谱能量的网架损伤识别方法
巫可益, 徐赵东
2009, 26(11): 179-183,.
摘要:
网架结构多用于大型公共设施,一旦发生工程意外,后果严重。网架损伤区域的确定将对损伤的精确定位提供极大的便利。该文在加速度谱能量理论的基础上提出了频响函数谱能量的概念,将平稳白噪声激励下的节点加速度谱能量用频响函数重构,进而获得节点的频响函数谱能量。针对能量分布曲面提出了其几何特征指标,并以该指标的百分比变化来确定损伤的区域。该方法避免将频率和振型作为输入参数,能够指示损伤的范围。数值计算表明了该文所提方法的可行性。针对识别过程中的干扰现象,提出了“对称效应”的概念。
机械工程学科
大型水工钢闸门滚轮与轨道表层热处理指标研究
白润波, 曹平周, 曹茂森
2009, 26(11): 184-189.
摘要:
采用非线性有限元法研究大型水工钢闸门滚轮与轨道表层热处理指标的确定。提出了滚轮与轨道表层硬度梯度分布的抛物线模型,并建立了材料硬度与弹性模量、屈服强度的关系,来模拟滚轮与轨道内硬化层非均质材质的影响。研究表明:滚轮、轨道的应力状态和变形与滚轮、轨道的硬化层厚度、表面硬度值大小及其硬度匹配呈现动态变化关系,给出了滚轮与轨道硬化层厚度和硬度匹配取值的建议,提出了确定滚轮和轨道热处理指标的方法。
不规则腐蚀缺陷管道极限承载力研究
陈严飞, 李 昕, 周 晶
2009, 26(11): 190-196.
摘要:
腐蚀会降低管道的承载力。基于Hill屈服准则,考虑管道材料各向异性特性,提出了不规则腐蚀缺陷管道在内压、轴力和弯矩组合荷载作用下极限承载力的一组广义解,并采用数值方法编制了相应计算程序CPC。研究表明:考虑了与实际腐蚀更接近的腐蚀形状时,广义方程计算结果能够很好评估腐蚀管道的极限承载力。
其他工程学科
车桥系统频谱及参数敏感性分析
张 楠, 夏 禾, G. De Roeck
2009, 26(11): 197-202.
摘要:
该文以刚体动力学方法建立车辆子系统模型,以有限元法建立桥梁子系统模型,假定轮对运动为钢轨运动、轨道不平顺、轮对蛇形波三者的代数和,研究了车桥耦合系统的求解方法及响应的特性。以秦沈客运专线狗河特大桥跨度24m预应力混凝土简支梁作为算例,采用滤波方法分析了桥梁的位移响应、加速度响应的频谱成份,并讨论了桥梁响应对轨道不平顺幅值、蛇行波幅值、蛇行波波长等参数的敏感性。
一种基于椭球凸集的结构非概率可靠性模型
乔心州, 仇原鹰, 孔宪光
2009, 26(11): 203-208.
摘要:
研究了用椭球凸集描述结构不确定参数情况的非概率可靠性问题。构建了一种基于椭球凸集的结构非概率可靠性模型,提出了以结构安全域的体积与基本变量域的体积之比作为结构可靠性度量指标,并证明了所提出的非概率可靠性模型与概率可靠性模型的相容性。在椭球确定区间向量的条件下,揭示了基于凸集和基于区间的非概率可靠性模型之间的函数关系,并通过算例结果表明,区间模型非概率可靠度相对于凸集模型非概率可靠度更保守。
电动力缆绳离轨系统中绳索的2D动力学模型
徐大富, 孔宪仁, 王本利
2009, 26(11): 209-212,.
摘要:
讨论了利用电动力缆绳使近地轨道上废弃卫星离轨的基本原理及优点,通过分析电动力缆绳的受力和运动方式,建立电动力缆绳系统的绳索模型,利用虚功原理推导出电动力缆绳自由振动的二维偏微分方程,使用有限差分法离散电动力缆绳振动方程并求其数值解,并用Matlab编写程序进行数值仿真。仿真表明:该文建立的绳索2D动力学模型可以大致反映出电动力缆绳在离轨过程中的振动特性,横向振动的幅值远大于纵向振动的幅值,电动力缆绳的主要振动形式是横向振动。
大涡模拟与直接模拟研究稀疏气固两相湍流规律综述
王 兵
2009, 26(11): 213-221.
摘要:
近年来,随着计算技术的发展,大涡模拟和直接模拟已经成为研究两相相间作用机制的重要手段之一。基于颗粒相质点轨道模型的多向耦合数值模拟是目前探索颗粒弥散机制和湍流调制机理的主要研究方式。颗粒全分辨直接模拟能够给出颗粒相足够多的信息,更加细观的反映颗粒的存在(如引起的尾涡等)对湍流的调制机理。该文针对气固两相流动中的三类基本原形流,重点综述了大涡模拟以及直接模拟研究两相湍流规律和机理的进展与成果。
带开缝旋转圆筒固定小翼气动特性的数值模拟
杨智春, 党会学, 孙勇军, 孙 浩
2009, 26(11): 222-227.
摘要:
将一种后缘带开缝旋转圆筒固定小翼的新型颤振激励器简化为二维升力系统,通过数值模拟方法,研究了它的静态和动态气动特性。计算得到翼型在不同来流速度、不同迎角下,翼型升力随着圆筒转动相位角的变化关系。分析了在开缝圆筒的相位角位于 和 等区间时翼型升力出现突变的原因。并且发现翼型升力幅值随着翼型后缘与圆筒前缘间距的增大而单调下降。开缝圆筒以恒定转速转动时的动态气动力模拟结果显示,在机翼上产生了近似正弦变化的升力,并且在一个周期内,升力的波峰和波谷的幅值相差较小,满足颤振激振的要求。
深水钢悬链线立管的大挠度柔性索模拟方法
黄维平, 白兴兰
2009, 26(11): 228-231,.
摘要:
基于大挠度柔性索理论,采用可伸长缆模型模拟钢悬链线立管(SCR)和系泊缆,同时考虑浮式结构运动的影响和钢悬链线立管与海底相互作用问题,基于Cable3D开发出浮式结构和钢悬链线立管的整体分析程序V-Cable3D。分析了Spar出平面准静态漂移引起的SCR动力效应和SCR与海底相互作用引起的疲劳应力循环。
高超声速舵面颤振分析
窦怡彬, 徐 敏, 安效民, 姚伟刚
2009, 26(11): 232-237.
摘要:
使用分层求解技术进行了高超声速舵面的颤振分析。基于Volterra级数降阶模型构造非定常气动力状态空间模型;应用载荷参数空间插值传递方法实现气动网格和结构网格之间的数据传递;应用非耦合热-结构方法得到热结构有限元模型;结合非定常气动力模型构造气动弹性分析模型。最后应用该气动弹性模型,针对一个根部固支的高超声速舵面进行了颤振分析。计算结果表明受高超声速气动热载荷影响,根部固支舵面的一阶弯曲和扭转频率变化较大,从而导致临界颤振速度下降较多。
事故型撞击混凝土板的临界震塌与贯穿厚度计算方法
王明洋, 施翠英, 陈士林
2009, 26(11): 238-246.
摘要:
采用刚塑性不可压缩的介质模型,用极限分析理论的上限方法,通过建立动力学许可速度场分别得到介质对平头和锥形撞击体的阻力分量,采用数值分析的方法对阻力公式进行简化。根据阻抗曲线的特征,表征了复杂震塌与贯穿厚度的临界条件和计算原理,分别得到了平头和锥形撞击体作用下具有物理基础的震塌与贯穿临界厚度近似计算公式,根据计算分析得到用撞击体端部形状系数表示的统一的公式形式。通过与经验公式的对比分析,验证了该方法的可靠性和实用性。
长通道内烟气一维水平蔓延阶段质量卷吸系数的实验研究
王浩波, 纪 杰, 钟 委, 霍 然, 张 英, 胡隆华
2009, 26(11): 247-251.
摘要:
长通道型结构内发生火灾时,由于通道侧壁的限制,烟气将很快运动至充分发展阶段,表现为沿通道轴向的一维水平蔓延。该文分析了一维水平蔓延阶段中上部热烟气层和下部冷空气层在分界面处的水平相对剪切运动,以及由此导致的烟气层质量流率的沿程增加。通过联立烟气作一维水平蔓延时的运动速度衰减规律,推导出了长通道型结构内烟气一维水平蔓延过程中的质量卷吸系数关系式。在模拟尺寸长通道实验台中进行了一系列实验,测得到了关系式中的未知参数,包括环境空气温度、一维水平蔓延阶段中两参考截面处的烟气流速、温度和烟气层厚度等,求出了一维水平卷吸系数。
煤矿离层注浆减沉效果评价的弹性薄板法
刘金海, 冯 涛, 万 文
2009, 26(11): 252-256.
摘要:
基于弹性薄板弯曲理论、弹性地基理论和岩层控制的关键层理论,探讨了离层注浆减沉的力学机理,建立了采场覆岩力学模型和减沉效果的评价模型,构建了注浆前后关键层的挠曲方程,推导出关键层变形的计算公式。结合减沉系数的概念,推导出评价离层注浆减沉效果的计算公式。示例分析表明,理论计算结果与离层注浆的实际应用效果及数值模拟结果较为吻合。研究结果有助于进一步完善离层注浆减沉的理论体系。