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2009年  第26卷  第3期

基本方法
薄壁曲梁振动分析的样条有限杆元法
夏 飞, 辛克贵
2009, 26(3): 1-005.
摘要:
该文提出采用分段转换B3样条插值函数模拟横截面的翘曲位移,利用有限杆元对薄壁曲梁进行振动分析的样条有限杆元法。方法采用静力分析中位移的精确解代替振动时的可能位移,应用Hamilton变分原理导出刚度矩阵,形成有限元列式,进而求出薄壁曲梁的振动频率和相应的振型,并用ANSYS有限元程序进行校核。数值算例表明:方法具有前处理简单、收敛速度快、精度高等特点。
平板双侧触压的应力强度因子
王晓华, 蔡永梅, 谢禹钧
2009, 26(3): 6-008,.
摘要:
当二维平面边界承受刚性、平端压头作用时,将会在压头与平面接触角点附近产生Ⅰ型奇异应力场和K-控制区。与Ⅰ型裂纹类似,这种应力场的应力强度因子代表应力场的应力集中程度,K也是触压边界开裂的重要参量。该文利用经典守恒J积分方法建立一个求解双边受压奇异应力场的应力强度因子的新方法,并给出了数值算例。
有限板中圆孔边单边斜裂纹动态应力强度因子的数值计算
王立清, 盖秉政
2009, 26(3): 9-014.
摘要:
采用有限元法求解了在压缩冲击载荷作用下有限板中圆孔边单边斜裂纹问题。裂尖平方根应力奇异性通过四分之一节点奇异单元来模拟,应用位移法计算了动态应力强度因子。数值结果表明:随着摩擦系数的增加,裂纹面切向相对位移减小,相应的Ⅱ型动态应力强度因子也减小;如果忽略裂纹面的接触作用,会得到负的Ⅰ型动态应力强度因子以及实际上不可能出现的裂纹面相互穿透现象将发生。裂纹面接触摩擦对Ⅱ型动态应力强度因子有很大的影响。
基于极限平衡的边坡稳定概率显式功能函数逐步修正求解
苏永华, 孙晓明, 颜永国
2009, 26(3): 15-020.
摘要:
首先分析了边坡极限平衡分析方法稳定性系数计算原理,提出了其隐函数形式在可靠度分析时不能采用解析方法求解的问题。利用可靠度指标的几何意义,在建立近似程度判断标准的基础上,提出了在验算点附近采用简单显式函数近似实际极限状态曲面性态,然后采用解析方法计算可靠度的方法。结合边坡极限平衡的Spencer模式,给出了该方法实施的详细步骤和流程。利用该方法,分别基于边坡极限平衡的Spencer模式和Bishop模式,分析了某边坡的失效概率并与精确解进行了比较,其绝对误差分别为0.00379%和0.0039%,相对误差分别为8.42%和3.63%。
传力杆对接缝传荷能力及临界荷位处应力的影响
蒋应军, 张伟宏
2009, 26(3): 21-025.
摘要:
应用3D有限元模型,分析了传力杆对接缝传荷能力及临界荷位处应力的影响。结果表明:温度变化对设传力杆路面的接缝传荷效能影响较大,负温度梯度的作用有利于降低板边挠度值,而对于特定路面结构,传荷系数是温度和时间的函数;在计算临界荷位处温度应力和荷载应力时可不考虑传力杆的影响,对纵缝设拉杆时建议在计算温度应力时引入拉杆修正系数ktr,建议ktr=1.02―1.05。
双参数弹性地基上的正交异性矩形板的弯曲
杨端生, 黄 炎
2009, 26(3): 26-030.
摘要:
建筑物底层支柱下面的钢筋混凝土底板可视为弹性地基上的四边自由中点受集中力的正交异性板的弯曲问题。为了求得板中心的弯矩,应将集中力改为支柱横截面承受的分布力。该文建立了双参数弹性地基上的正交异性矩形薄板弯曲问题的一般解析解。可用以精确地求解矩形板在任意载荷作用下和任意边界的弯曲问题。以四边自由在中点附近承受局部均布载荷的方板为例进行了计算,并求得了板的最大弯矩。该文的一般解同样适用于单参数弹性地基以及各向同性板的情形。计算过程简单、便于应用。
碰撞振动系统混沌控制分析的高倍周期判据
张永祥, 林 梅, 俞建宁
2009, 26(3): 31-035.
摘要:
3. 兰州交通大学数理与软件工程学院,甘肃,兰州 730070)
摘 要:针对工程实际中一类碰撞振动系统的混沌行为,设计了一种动态间歇反馈控制策略,仅对不碰撞时刻进行动态反馈,该方法易于操作,选择参数范围较广,能有效节约控制能量,理论分析表明混沌吸引子中的不稳定周期轨道可以稳定化,并以此控制方法为例,采用Poincaré映射和功率谱相结合技术能有效判别倍化出的各种形式的nP稳定高周期轨道和nH概周期轨道。该方法能准确识别混沌控制后高倍周期数和概周期吸引不变圈数,它对于碰撞振动系统的优化设计、振动控制及安全运行提供了理论参考。
转角软化桁架模型与修正压力场理论的比较研究
曲 哲, 初明进
2009, 26(3): 36-042.
摘要:
以转角软化桁架模型和修正压力场理论为代表的桁架模型是近30年来在研究钢筋混凝土剪扭行为的领域内最重要的成果之一。该文首先详细比较了二者的控制方程,指出其主要区别,然后通过将这两种模型嵌入通用有限元程序,比较了二者在钢筋混凝土梁剪切行为方面的模拟效果。通过比较,指出了修正压力场理论中裂缝检查的不合理性以及混凝土单轴受拉应力-应变关系对模型分析效果的重要影响。最后建议采用一组简单的单轴应力-应变关系。
空心车轴表面裂纹前缘应力强度因子的有限元研究
周素霞, 谢基龙, 李 伟
2009, 26(3): 43-047,.
摘要:
分析了空心车轴的运用载荷,根据所测载荷谱计算了车轴的受力情况。采用四分之一20节点等参退化奇异单元模拟裂纹前沿的应力奇异性。建立了空心车轴表面裂纹扩展的有限元模型,对裂纹前缘进行离散,实现正交扩展,得到不同步扩展的裂纹前缘。在此基础上,对裂纹前缘不同位置的应力强度因子进行了计算分析。由此得出不同初始形状裂纹前缘扩展中的应力强度因子分布规律,并与解析方法计算的结果进行比较,二者的结果基本吻合。对进一步研究空心轴表面裂纹的扩展情况提供了参考。
广义参数有限元法计算应力强度因子
杨绿峰, 徐 华, 李 冉, 彭 俚
2009, 26(3): 48-054.
摘要:
应力强度因子是结构断裂分析中的重要物理量。工程应用中常采用奇异单元,利用裂尖奇异区内特定直线上的其他物理量间接计算,并拟合裂尖处应力强度因子的值。该文在改进Williams级数位移场的基础上,根据广义参数有限元法建立了含有裂尖广义应力强度因子作为待定参数的Williams宏单元(简称W单元),导出了奇异区单元的广义参数位移模型和W单元计算格式,并据此直接计算裂尖处的应力强度因子。结合算例分析了W单元的径向离散比例因子、径向离散网格数和级数项数等重要参数对计算精度的影响,并给出了它们的建议值。算例表明:断裂分析的广义参数W单元与通常使用的奇异单元相比,不仅简便实用,而且计算精度高、收敛快。

土木工程学科
超高层建筑空间巨型框架-核心筒结构的共振响应
龚耀清, 兰自贤
2009, 26(3): 55-063.
摘要:
利用半解析方法对超高层建筑空间巨型框架-核心筒结构的共振响应进行了分析计算,所用的动力模型为具有连续分布质量和刚度的三维连续化模型,也就是将超高层建筑空间巨型框架-核心筒结构与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒中筒。计算结果表明:分析模型是合理的、可行的,从而为认识此类巨型结构的动力特性提供了一种新的途径和方法。
本征正交分解法在屋盖结构风场模拟中的应用
李 璟, 韩大建
2009, 26(3): 64-072.
摘要:
介绍了谐波合成法和本征正交分解法,然后通过平屋面风场本征正交分解与重构的研究,证实了利用B样条插值和风场重构方法扩展风场的有效性。在此基础上,首次提出了屋盖结构风场两步模拟方法。算例分析结果表明,该方法模拟精度高,而且计算效率也高。佛山世纪莲体育场屋盖风场模拟的算例说明该方法应用于大型屋盖抗风分析的显著优势。
偏心结构-地基土相互作用平扭耦联参数的范围及影响分析
姜忻良, 王美丽, 王学艳
2009, 26(3): 73-078,.
摘要:
为研究地基土对偏心结构带来的影响,该文提出偏心结构-地基土相互作用体系简化计算模型,通过偏心结构-地基土相互作用平扭耦联运动方程的解析过程,确定了影响结构弹性反应的主要参数,并对考虑相互作用后参数的范围进行了确认。应用时程分析法,对结构进行弹性时程法和解析法的参数影响的对比分析,验证了时程分析法的可行性,进而应用时程分析法分析弹塑性阶段参数对结构体系的影响,得到了弹塑性阶段振型相对位移比存在局部增大等结果。研究结果为结构地震扭转效应的工程计算和设计提供参考。
曲线桥多维多点地震激励半主动控制分析
全 伟, 李宏男
2009, 26(3): 79-085.
摘要:
建立了曲线桥有限元模型,对桥梁施加半主动控制装置进行减震,研究了多维多点地震激励以及地震输入的不同角度对结构减震效果的影响规律。结果表明:采用半主动Hrovat控制算法,可以很好的追踪主动控制效果,有效地控制曲线桥在地震激励下的响应。多维多点地震激励对结构的减震效果影响显著,可以显著降低桥梁的预期减震率。此外,激励角度和多点激励效应是相互耦合的,建议在确定半主动控制系统的参数时,应考虑多维多点地震激励的影响,并在激励角度沿着曲线桥弦向方向输入时进行设计,以保证结构的控震效果。该文的研究为半主动控制用于曲线桥提供了理论依据。
部分相干效应对大跨度空间结构 随机地震响应的影响
丁 阳, 张笈玮, 李忠献
2009, 26(3): 86-092.
摘要:
详细研究了部分相干效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响,进一步完善大跨度空间结构随机地震响应分析理论。改进了考虑部分相干效应的多点多维随机地震动虚拟激励的构造算法;研究部分相干性矩阵的特点,提出了减少考虑部分相干效应的结构多点多维随机地震响应分析计算量的方法;对比完全相干、部分相干和完全不相干情况的相干性矩阵,分析了部分相干效应对结构随机地震响应的影响规律;数值模拟了某体育馆大型网壳结构在不同相干情况下的随机地震响应。研究表明:在大跨度空间结构的随机地震反应分析中,考虑地震动的部分相干效应后,结构支撑点附近、以拟静力响应为主的部分杆件的随机地震响应会明显增大,而远离支撑点处、以拟动力响应为主的部分杆件的随机地震响应会稍有减小。由此得出结论,在对大跨度空间结构进行随机地震反应分析时,必须考虑地震动的部分相干效应,尤其是以拟静力响应为主的部分杆件对结构抗震设计起控制作用的情况;该文所提出的对地震动虚拟激励构造算法的改进,能够大幅度地减少大跨度空间结构随机地震响应分析的计算量。
超高性能纤维改性混凝土断裂参数研究与应用
吴香国, 徐世烺, 吴明喜
2009, 26(3): 93-098.
摘要:
断裂参数研究是UHPFRC(超高性能纤维改性混凝土)断裂性能研究的关键课题之一。该文假设钢纤维对应力强度因子和裂纹尖端张开位移的闭合作用服从线性分布,短钢纤维三维乱向随机均匀分布于UHPFRC基质内,推导了基于钢纤维几何性能参量和物理性能参量的UHPFRC断裂参数,即临界应力强度因子和临界裂纹尖端张开位移的理论表达。据此推导了抗力阻值曲线的计算参数,构造了UHPFRC的抗力阻值曲线。利用柔度理论和所构造的R曲线方程,预报了具有不同初始刻槽的UHPFRC三点弯曲梁的载荷变形关系。同时开展了具有不同初始刻槽的三点弯曲梁加载试验。模型预报结果与实验数据对比表明:该文给出的短钢纤维的桥联作用引起的应力强度因子衰减和裂纹尖端张开位移的闭合作用模型假设相对合理。由于给出的断裂参数是钢纤维的几何性能参量和物理性能参量的函数,这样为开展基于断裂力学的纤维混凝土材料的微观组分配比设计提供了新思路。该文给出的UHPFRC双参数断裂模型,还可作为UHPFRC结构安全评定有限元软件开发的模型参考。
考虑剪切变形影响的框架稳定分析
夏桂云, 李传习, 曾庆元, 俞茂宏
2009, 26(3): 99-105.
摘要:
根据Timoshenko二广义位移梁理论,导出了考虑剪切变形影响的压弯构件的解析解和弯矩-转角位移方程。利用位移法分析了单层单跨框架、多层多跨框架的无侧移、有侧移失稳问题,建立了框架失稳时关于计算长度系数的超越方程。计算了框架柱不同剪弯刚度比时考虑剪切变形与不考虑剪切变形影响的临界荷载比。结果显示,剪切变形显著影响无侧移失稳框架的计算长度系数,但不影响有侧移失稳框架的计算长度系数;剪弯刚度比越大,剪切变形影响越小,当剪弯刚度比>30时剪切变形影响不超过5%;考虑剪切变形影响的临界荷载比相应不考虑剪切变形影响的临界荷载小,现行“规范”采用不考虑剪切变形影响的计算长度系数法偏不安全。
表层嵌贴碳纤维筋加固钢筋混凝土梁受力性能试验研究
杨 勇, 谢标云, 聂建国, 周丕健
2009, 26(3): 106-112.
摘要:
表层嵌贴碳纤维筋加固法(简称NSM法)是目前碳纤维加固的最新方法。该文首先完成了4组12个试件的碳纤维筋表层嵌贴加固的拉拔试验研究,对环氧树脂胶和环氧砂浆等4种不同类型粘结剂进行了对比研究。并进一步开展了11个钢筋混凝土悬臂梁试件的受弯性能试验研究,主要研究粘结剂类型、加载方式和碳纤维筋直径等因素对加固后钢筋混凝土悬臂梁受力性能的影响。在试验过程中,对加固试件裂缝开展、破坏形态和碳纤维筋应变发展情况均进行了详细观测,试验研究结果表明:表层嵌贴碳纤维筋加固钢筋混凝土悬臂梁具有良好的受力性能,具有良好性能优势和广泛应用前景。
考虑初弯曲的半刚接钢框架稳定承载力分析
李晓娟, 王新堂, 顾 强, 李秀梅, 李双蓓
2009, 26(3): 113-117.
摘要:
该文对半刚性连接平面钢框架稳定承载力进行了有限元分析,在单元刚度矩阵中考虑了节点半刚性连接、杆件初弯曲和二阶效应的影响。采用修正的Newton-Raphson增量迭代法编制了计算程序。分析结果表明:初弯曲和半刚性连接对钢框架稳定承载力的影响是不容忽视的。
基于刚性模型测压风洞试验的 武汉国际证券大厦三维风致响应分析
梁枢果, 邹良浩, 郭必武
2009, 26(3): 118-127.
摘要:
武汉国际证券大厦为典型钢结构超高层建筑,对风荷载十分敏感。基于刚性模型表面测压风洞试验,得到了武汉国际证券大厦的表面风压时程,在此基础上,通过数据处理建立了三维频域风荷载模型,进而采用随机振动理论,计算得到该大厦两个水平主轴向和扭转向的最大位移和加速度响应,并进一步分析了大厦加速度和位移响应的变化规律。最后,系统分析了在不同重现期风速作用下,武汉国际证券大厦的抗风设计指标,为结构工程师进行结构抗风设计提供必要的参考。
高架桥对地面作用力的随机振动分析
叶 茂, 谭 平, 周福霖, 任 珉, 黄东阳
2009, 26(3): 128-133,.
摘要:
基于平稳随机振动理论和两自由度汽车模型,考虑了高架桥上车辆移动系统与桥面接触处不平顺产生的随机激励,推导得到了在简支梁桥上行驶的车辆通过桥墩所产生的对地面作用力的功率谱密度函数,并采用谐波叠加法模拟了桥墩对地面作用力的时程曲线。通过参数分析和计算仿真,发现汽车行驶速度和路面平整度等级变化对振动幅值的影响显著,桥墩对地面作用力的平均功率谱密度函数有三个峰值,车辆力学模型的自振频率决定了第一个和第二个峰值的位置,桥梁的竖向刚度决定了平均功率谱密度函数的第三个峰值的位置,且频域分布密度主要集中在0Hz―120Hz之间;同时结果表明:对功率谱密度函数的峰值影响比较大的因素有汽车的运行速度和桥面平整度等级。
大尺寸薄壁钢筋混凝土管柱抗震性能试验研究
朱丽华, 白国良, 李晓文, 荣 哲, 涂 锋
2009, 26(3): 134-139.
摘要:
通过4个1/8比例试件的低周反复加载试验,研究轴压比、壁径比与配筋率对大尺寸薄壁钢筋混凝土管柱抗震性能的影响。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线及其特征点、位移延性以及破坏模式。按照现行混凝土结构设计规范计算了试件的弯曲承载力,试验结果大于计算结果。建议了配置双排纵筋钢筋混凝土管柱的抗弯承载力计算公式。采用ANSYS进行有限元计算,计算结果与试验结果基本吻合。研究表明:弯曲破坏是大尺寸薄壁钢筋混凝土管柱的主要破坏模式,轴压比是影响其延性的主要因素。
钢结构梁柱端板连接腹板开孔型节点的延性分析
樊宝锋, 章梓茂, 杨庆山, 杨 娜
2009, 26(3): 140-147.
摘要:
利用有限元分析软件ANSYS对梁柱端板连接标准型和腹板开孔型节点进行了非线性有限元分析,研究了腹板开孔参数对节点区应力分布、屈服时应力-应变发展变化及节点的弹性极限承载力和刚度的影响,揭示了节点根部塑性铰外移的根本原因,对不同开孔尺寸节点的力学性能进行了分析比较,着重探讨了端板厚度、螺栓、开孔参数对节点延性性能的影响。结果表明:梁柱端板连接腹板开孔型节点是一种值得推广的新型抗震节点。
型钢与混凝土界面剪力传递能力
郑山锁, 李 磊, 王 斌, 曾 磊, 张 亮
2009, 26(3): 148-154.
摘要:
该文将非线性断裂力学的思想用于型钢与混凝土界面的剪力传递机理研究,通过求解型钢与混凝土界面基本方程得到了5种不同粘结滑移本构模型下界面粘结应力和滑移量分布规律以及界面粘结锚固承载力的闭合解。对比分析表明,5种粘结滑移本构模型下求解的粘结应力虽分布形式不同,但粘结锚固承载力却收敛于同一表达式。根据文中求出的闭合解,确定了型钢与混凝土界面在受力过程中的非线性行为,并得到不同粘结滑移本构模型下构件的有效锚固长度。研究成果为完善型钢混凝土结构设计计算理论及其有限元分析提供了理论依据。
混凝土连续箱梁长期受力性能分析
曹国辉, 方 志
2009, 26(3): 155-160,.
摘要:
以钢筋混凝土连续箱梁1006d的长期受力性能试验为基础,考虑混凝土收缩徐变和弹性支座不均匀沉降影响,采用徐变换算截面法分析了连续箱梁的结构内力重分布、截面应变应力重分布和长期挠曲变形,并与实测结果进行对比分析。研究表明:持续荷载作用引起受拉钢筋的应变增长相对较小,且跨中截面的拉应变增长较中间支座截面显著。持续荷载作用引起受压钢筋和受压混凝土的应变增长相对较大,且跨中截面的压应变增长较中间支座截面显著。持荷1006d边支座反力系数理论值较初始值增长7.0%,边支座反力系数实测值较初始值增长7.2%,理论值与实测结果吻合较好;连续箱梁结构内力重分布效应对其长期挠曲变形的影响较大。
基于高性能计算的钢筋混凝土构件等间距裂缝形成过程研究
张娟霞, 唐春安, 周秀艳, 郭献章
2009, 26(3): 161-167.
摘要:
通过建立钢筋混凝土细观损伤软化力学模型,结合统计技术考虑混凝土细观非均匀性,采用并行三维真实破坏过程分析Parallel-RFPA3D(Realistic Failure Process Analysis)系统,模拟了不同力学特性的钢筋对钢筋混凝土构件在单轴拉伸作用下变形场分布以及破坏形态,分析了不同力学特性的钢筋对裂缝数及裂缝间距的影响。研究发现,饱和裂缝间距随钢筋弹性模量值的增加而减小,而裂缝的数量则随钢筋弹性模量值的增加而增多。在试件破坏过程中出现了等间距裂缝现象并通过数值试验分析了此破坏现象的力学机理。
其他工程学科
基于实用完备模态空间的两阶段损伤识别方案
曹永红, 张新亮, 曹 晖, 李英民
2009, 26(3): 168-175.
摘要:
利用结构模态参数构造指标进行损伤识别的方法研究较早,但能够敏感识别损伤并具有较好抗噪性的方法还很少见。在改进损伤变量和单元刚度折减系数的基础上,结合实用完备模态空间理论,提出了一种两阶段损伤识别方案,即先利用改进的损伤变量进行损伤定位,然后利用较少的前几阶模态振型扩充得到实用完备模态空间,结合改进的单元刚度折减系数方法进行损伤定量。分别选取了连续梁、桁架和框架仿真算例对单元刚度折减系数和该方案的识别效果进行了对比分析。结果表明:该方案的识别效果在仅采用少数前几阶模态的情况下明显更优,能在一定噪音程度下同时达到损伤定位和定量的目的。
短期观测资料的海洋极值环境要素概率模型估计
周道成, 段忠东, 欧进萍
2009, 26(3): 176-181.
摘要:
首先将最大熵分布应用于极值环境要素;其次根据其参数估计的特点,利用LS-SVM良好的泛化能力和小样本学习能力,采用 Bootstrap方法得到的“理想”极值数据样本对LS-SVM函数进行估计,建立根据现场短期观测资料估计其极值环境要素矩的方法;结合最大熵分布的参数估计,建立了由现场短期观测资料估计其极值概率模型的新方法;最后通过模拟试验和实际数据验证了该方法的有效性和合理性。
带分布参数高压电气设备地震响应半解析法
杜永峰, 刘彦辉, 李 慧
2009, 26(3): 182-188.
摘要:
针对具有集中分布参数柔性节点的单节电瓷型高压电气设备,通过分布参数梁振动理论与集中参数边界条件的引入,推导出其频率方程,然后通过数值方法求得频率及振型。通过应用Betti定律,推导出具有集中分布参数柔性节点的单节电瓷型高压电气设备的振型正交条件,应用此正交条件对集中参数与分布参数的振动方程解耦,推导出该集中分布参数体系的广义质量及广义荷载,然后通过振型叠加法求解结构的地震响应。最后应用该半解析法与有限元法对一550kV金属氧化物避雷器地震响应进行分析,分析结果表明:该半解析法与有限元法计算结果相一致,说明该方法的正确性,从而为具有集中分布参数柔性节点的单节电瓷型高压电气设备的地震响应分析和抗震设计提供了一种新的途径。
不平整条件下车-路耦合作用动力分析
梁 波, 苏世毅, 罗 红
2009, 26(3): 189-194,.
摘要:
车辆在道路行驶过程中,车辆的振动与道路是相互作用和相互耦合的。该文把车辆简化为两自由度振动体系,将道路离散为多层体系的有限元模型,将车辆、道路视为一个整体的系统,车辆和道路分别是整个系统的一个子系统,建立了车辆-道路垂向耦合动力分析模型,推导出了车辆-道路系统的动力平衡方程式,并把路面不平整设定为振动激励函数,对动力平衡方程式进行了求解,以期从耦合的角度对车-路动力相互作用做一些开拓性的研究探讨。通过编程并结合算例,分析了车辆运行速度、路面不平整度的矢高和波长与车辆动荷载及车身加速度的关系,反映出路面不平整度、车速是影响车-路系统动力性能最重要的因素之一,尤其要控制路面不平整度。研究结果与已有部分研究结论吻合较好,表明了该文模型的可靠性。
双线性振动微陀螺特征频率光学测试和有限元分析
郑 翔, 杨福俊, 裘安萍, 何小元
2009, 26(3): 195-201.
摘要:
微机械陀螺仪特征频率的研究对其设计至关重要。该文运用高速图像采集技术、显微技术和数字图像相关方法,实测了一组微陀螺的固有频率。该测试方法非接触无损测量,测试结构简单,测量精度高。测试结果与有限元计算结果一致,验证了有限元分析方法用于微机械系统的可行性和有效性。对比结果表明,所建立的有限元模型合理,分析结果可靠。最后,利用有限元数值模拟技术研究了微陀螺结构尺寸对特征频率的影响,其分析结果对微陀螺仪的设计具有指导性意义。
沼泽湿地陷落体救助拉拔模型试验研究
李丽华, 陈 轮, 田行健, 邵庆春, 陈国双
2009, 26(3): 202-206.
摘要:
设计了陷落体救助模型系统,进行了沼泽湿地陷落体救助室内试验研究,对救助拉拔过程进行了初步的探讨。结果表明,陷落体救助拉拔的阻力主要来自底盘负孔隙水压力,远大于侧壁阻力。拉拔速度和静置时间是影响负孔隙水压力的主要因素。负孔隙水压力大小随拉拔速度和静置时间的增加而增大。拉拔速度越大,负孔压分布就越不均匀。静置时间越长,增加幅度越大。
平板气动力的CFD模拟及参数研究
李永乐, 汪 斌, 黄 林, 廖海黎
2009, 26(3): 207-211.
摘要:
以薄平板为研究对象,以大型商用软件为数值仿真平台,对平板静动态气动力的模拟方法及参数敏感性进行了较系统的研究。在优化计算域并合理设置基本参数的基础上,分析了随攻角变化的静态平板气动力系数,模拟了运动状态下平板的气动力时程,计算结果与理论解吻合较好。进一步对比分析了风速、湍流模型、平板宽厚比、运动形态、振动频率及振幅等参数对平板气动力的影响。研究结论对提高桥梁结构CFD分析的准确性有一定借鉴意义。
冰对码头桩结构作用力的物理试验和模拟研究
李志军, 董吉武, 芦志强, 陈际丰, 李广伟
2009, 26(3): 212-217.
摘要:
为了解决码头中大直径圆筒结构、小直径群桩结构的冰力问题,开展系列物理模拟试验研究。针对直径较大的圆筒或圆沉箱结构,通过物理模拟试验将Afanasev公式适合小直径直立圆柱桩(D/h≤6)的范围拓展到大直径直立圆柱结构(D/h≤50)。由于渤海多数时间的海冰厚度<20cm,新的试验统计关系适用渤海直径<25m直立圆柱结构上的冰力评估。当为了获得大型码头结构中倾斜和多排群桩各桩冰力分配,但又受模型比尺和水槽尺度的限制时,采用将整体结构分解成多个测试单元,分别测试各个单元上的冰力并同时测量同直径单直立圆柱桩上的冰力,建立复杂群桩结构上各个单桩同单直立圆柱桩之间的冰力等效关系,然后利用单直立圆柱桩的冰力计算公式和原型冰压缩强度、冰厚度、桩直径、等效系数来复原复杂结构物上的原型冰力和各桩上的的原型冰力。这种做法回避原型冰力复原时用简单相似理论解决复杂结构问题的难题。应用这些原则,物理模拟试验得到三种不同类型群桩结构各桩冰力分配;前后桩之间的遮蔽系数以及与单直立圆柱桩的等效系数。这些结果在渤海海冰工程中具有一定普适性。
基于互相关函数幅值向量的复合材料层合板损伤的统计检测
党晓娟, 杨智春, 谭光辉, 王 乐
2009, 26(3): 218-223,.
摘要:
针对复合材料层合板的分层损伤,提出了一种基于互相关函数幅值向量的损伤统计检测方法。首先建立了复合材料层合板有限元模型并模拟其局部的分层损伤,求得随机激励下结构的加速度响应信号。然后,以结构的多个结点为参考点,计算结构损伤前后的CorV。利用互相关函数幅值向量置信度准则(Correlation function amplitude Vector Assurance Criterion,CVAC)来度量其变化程度,以此来识别损伤并根据结构CorV损伤前后的相对变化来确定产生分层损伤的区域,结合统计学原理最终确定损伤位置。通过对不同位置处的单损伤和多损伤检测仿真算例以及抗噪能力检验,验证了该文提出的损伤统计检测方法的有效性和稳定性。
再生式液体发射药火炮喷雾燃烧理论及数值仿真
刘 宁, 张相炎
2009, 26(3): 224-228.
摘要:
为深入认识再生式液体发射药火炮(RLPG)喷雾燃烧过程和研究压力振荡现象,应用多维多相流模型描述RLPG膛内流动过程,用欧拉法描述气相流场,用拉格朗日方法描述液滴运动,液滴燃烧遵循压力指数燃烧规律。采用基于表面波破碎理论和线性稳定性分析的高速液体薄膜破碎模型描述RLPG 环形射流的雾化过程。采用MacCormack差分格式求解气相控制方程,仿真结果与试验值吻合较好。结果表明:燃烧室存在高频燃烧不稳定现象,压力振荡主振型为径向二阶振型,弹丸运动主导了流场的形态。
液阻悬置节流盘的作用机理
范让林, 吕振华, 刘 立, 朱茂桃
2009, 26(3): 229-234.
摘要:
为验证液阻悬置动特性所具有的不动点、高频储能动刚度趋于定值、非线性集总参数模型及其参数识别方法的有效性,对节流孔形状和大小不同的两种节流孔式液阻悬置进行试验研究及参数识别。结果表明:上述结论正确,而且可将流经节流孔的流体流动视为流经某等效长度的惯性通道的流体流动,实现节流孔式与惯性通道式液阻悬置在力学模型上的统一。在此基础上,提出了流体流经节流孔或惯性通道时局部损失系数的识别方法。对带节流盘和不带节流盘的两种节流孔式液阻悬置的流体局部损失系数的识别结果及基于非线性集总参数模型的数值试验结果表明:节流盘降低高频动刚度的原因是其扰流作用增大了流体紊流导致的能量损失,二阶非线性流体阻尼作用增强,从而有效抑制了惯性液柱的共振响应。这是阐释节流盘降低高频动刚度的作用机理的有益尝试。
深厚冲积层冻结壁和井壁共同作用机理研究
荣传新, 王秀喜, 程 桦
2009, 26(3): 235-239.
摘要:
该文基于粘弹性理论,建立了一个适用于深厚冲积层的考虑冻结壁与外层井壁以及周围土体共同作用的粘弹性计算模型,模型中同时考虑了冻结壁的蠕变变形。导出了作用于冻结壁上的外荷载表达式和冻结壁的应力分布规律以及作用于外层井壁上的冻结压力解析式和井壁的应力分布规律。用该文提出的理论计算公式得到的外层井壁上的冻结压力随时间的变化与现场实测数据吻合良好,验证了该方法的合理性,可为冻结法凿井的外层井壁结构设计提供依据。
空气弹簧控制的摆式列车动力学仿真研究
罗 仁, 曾 京
2009, 26(3): 240-245.
摘要:
为了研究通过控制空簧(空气弹簧)升降来使车体倾摆的摆式列车控制策略和动力学性能,建立考虑空簧悬挂系统的摆式列车多刚体动力学仿真模型。模型中考虑了高度控制阀、差压阀、倾摆控制策略以及车辆系统中的非线性特性,由理想气体状态方程建立了左右侧耦合的空簧系统垂向力学模型。采用数值仿真方法研究了摆式列车在曲线轨道上运行时的倾摆策略和动力学性能。仿真结果表明:通过控制左右侧空簧的升降可以使车体按要求倾摆,减小车辆通过曲线时作用在旅客身上的未平衡横向加速度,改善曲线通过平稳性,从而提高摆式列车曲线通过速度10%左右;车辆通过曲线后可以用高度阀调整车体回复到平衡位置附近;增加空气弹簧距轨面高度可以改善倾摆效果。
利用斜探头在管道中选取纵向模态的实验研究
刘增华, 何存富, 吴 斌, 王秀彦
2009, 26(3): 246-250.
摘要:
对利用斜探头激励和接收高阶纵向模态进行了实验研究。通过Snell定理和超声导波的相速度频散曲线选择斜探头的入射角和激励频率,可以激励所需的高阶纵向模态。但随着模态阶次和激励频率的增加,对单一模态的控制也变得更加困难。同时,实验分析了激励斜探头个数对模态选取的影响,说明通过增加斜探头的个数来抑制弯曲模态是十分必要的。
参数未知双臂空间机器人姿态、关节运动的自适应控制
洪昭斌, 陈 力
2009, 26(3): 251-256.
摘要:
讨论了载体姿态受控、位置不受控情况下,具有未知载荷参数的漂浮基双臂空间机器人系统关节运动的自适应控制问题。系统运动学、动力学分析结果表明,结合系统动量守恒关系及系统总质心定义得到的系统动力学方程,可以表示为一组适当选择的系统组合惯性参数的线性函数。以此为基础,针对双臂空间机器人末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人姿态、关节协调运动的自适应控制方案。提出的控制方案具有不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度的显著优点。系统数值仿真,证实了方法的有效性。