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2009年  第26卷  第8期

基本方法
用第三类四边形面积坐标构造一个四结点四边形膜元
王 丽, 龙志飞, 龙驭球
2009, 26(8): 1-005.
摘要:
四边形第一类和第二类面积坐标(QAC-I和QAC-II)分别被提出以后,又提出了第三类面积坐标(QAC-III),它不仅保留了QAC-I和QAC-II的主要优点,而且具有其他一些优异特性。该文应用第三类四边形面积坐标(QAC-III),构造出一个含内参的四结点四边形膜元,记为QACIII-Q6元。这个新单元有以下优点:1) 与Wilson的Q6元相比,新单元具有计算精度高,对网格畸变不敏感的优点;2) 与基于QAC-I和基于QAC-II的Q6元相比,新单元不仅具有同样优异的单元性能,而且其推导方法更为简明,其形函数更为简洁。
变截面Timoshenko简支梁动力特性的半解析解
潘旦光, 楼梦麟
2009, 26(8): 6-009,.
摘要:
基于直接模态摄动法基本原理,建立一种求解变截面Timoshenko梁动力特性的近似分析方法。该方法在等效均匀Euler-Bernoulli梁的模态子空间内实施,将变截面Timoshenko梁特征方程的微分方程组转化为代数方程组求解。对于等截面Timoshenko简支梁情况,该方法可以得到精确的特征值和特征向量。对于变截面情况,数值分析结果表明这一方法简单适用,且具有良好的精度。
一种结构动力特性修改新方法
张 敏, 李华军, 王俊荣
2009, 26(8): 10-014.
摘要:
提出了一种结构动力特性修改的新方法,通过在原结构上附加质量与刚度来重新设定结构固有频率,以满足结构设计的动力特性要求。该方法在交叉模型交叉模态(CMCM)模型修正方法基础上进行了改进,仅利用目标频率信息来确定结构质量和刚度的附加量。数值算例采用了一个5自由度的弹簧质量系统,进行了设定结构单阶及多阶固有频率多种工况的计算。数值结果表明:修改后结构的固有频率可以满足给定的频率要求。
压应力状态下共线节理扩展模式的分叉研究
周小平, 张永兴, 钱七虎
2009, 26(8): 15-019.
摘要:
节理间的相互作用导致了节理扩展模式的分叉。利用伪力法考虑了压应力状态下共线节理之间的相互作用,提出利用节理的扩展长度和间距之比来确定共线节理发生分叉的条件。当节理的扩展长度和间距之比大于临界值时,共线节理扩展模式发生分叉;当节理的扩展长度和间距之比小于临界值时,共线节理扩展模式不发生分叉。该文从理论上研究了两条和无限多条共线节理在压应力状态下的分叉问题,并且获得了封闭形式的理论解。
含体积型缺陷管线的极限载荷分析
张慧敏, 潘家祯
2009, 26(8): 20-025.
摘要:
体积型缺陷特别是凹坑缺陷是管线腐蚀最常见的一种形式。该文对含凹坑缺陷的直管与弯管进行了内压爆破试验,缺陷形状为球形、沿轴向与环向分布的椭球形,载荷为内压,极限压力的求解方法有GB/T19624-2004(直管)、大变形非线性弹塑性有限元分析。有限元失效模拟的结果与爆破试验结果吻合较好。通过有限元方法与试验的分析,发现缺陷沿轴线分布对极限压力影响较大,并建立了直管与弯管含体积型缺陷的内压极限载荷估算式。
基于遗传算法的复合材料层合壳荷载识别
董会丽
2009, 26(8): 26-029.
摘要:
该文提出了将遗传算法(Genetic Algorithm)与有限元分析相结合的方法,用来解决反问题中壳体结构静荷载的作用位置及大小的识别。首先,利用有限元法计算出结构若干观测点的电荷,建立以该电荷为变量的目标函数,然后以荷载位置和大小作为参数进行遗传算法的二进制串编码,利用该优化方法迭代反算出施加在结构上的荷载位置和大小。另外,因计算电荷值和实验值之间存在一定误差,以一节点为研究对象,往计算电荷值中加入10%的白噪声干扰,计算结果表明有干扰和无干扰情况下的荷载的识别结果相对误差很小。
各向异性矩形板的稳定性分析
郑荣跃, 蔺文峰, 黄 炎
2009, 26(8): 30-033.
摘要:
根据各向异性矩形薄板屈曲横向位移函数的微分方程建立了一般性的解析解法。该一般解包括三角函数和双曲线函数组成的解,它能满足四个边为任意边界条件的问题;还有代数多项式解,它能满足四个角的边界条件问题。因此,这一解析解可用于精确地求解任意边界的各向异性矩形板的稳定问题,解中的积分常数可由四边和四角的边界条件来确定。由此得出的齐次线性代数方程系数矩阵行列式等于零可以求得各阶临界载荷及其屈型,以四边平夹的对称角铺设复合材料迭层板为例进行了计算和讨论。
均布荷载下四边简支蜂窝式空心板的解析解
程远兵, 程文瀼, 党 纪
2009, 26(8): 34-038,.
摘要:
根据弹性薄板小挠度理论,结合蜂窝式空心板的受力与构造特点,推导了四边简支的蜂窝式空心板在竖向均布荷载作用下的平衡微分方程,提出了其弯曲刚度和扭曲刚度的计算公式。采用二阶正弦级数形式的挠度表达式,求出了板挠度和弯矩的解析解。进行了数组算例的有限元验证分析,理论分析结果和有限元的算例对比表明提出的理论方法可以准确地计算蜂窝式空心板的内力和变形。
带有六边形孔的复合材料板之孔边应力计算
李 成, 郑艳萍, 铁 瑛
2009, 26(8): 39-043.
摘要:
针对不同的六边形孔,采用复变函数理论中的保角变换原理,对某些算法进行一定的改进,建立一个准确的解析分析方法,从而得到含复杂孔形复合材料板孔边应力场的解析计算公式。由于弯曲和剪切荷载对含孔复合材料构件危害较大,因此,从工程实际出发,该文以含六边形孔的复合材料板为例,采用所建立的计算模型,对其在剪切荷载、弯矩作用下的孔边应力分布,以及应力峰值进行较为全面的分析、计算。针对相关几何参数的变化,例如长宽比的变化对孔边应力场的影响进行分析。并对剪切荷载和弯矩对具有不同几何尺寸的六边形孔边应力场的影响进行比较。同时对两种荷载对孔边应力场的影响也进行比较。
三维杂交应力元性能分析的基本变形模式方法
张灿辉, 王东东, 张建霖
2009, 26(8): 44-049.
摘要:
通过分离杂交元各阶模态所对应应力场求得单元基本变形模式,从而提出一种直接分析杂交元任意变形性能的基本变形模式方法。单元模态不仅和假设应力场有关而且是多种简单变形耦合而成的复杂变形,该文采用应力参数直接考察杂交元振型所对应的应力场,有效地把复杂的耦合应力场分离成一系列简单应力场的组合,进而在此基础上求得杂交元基本变形模式,克服了直接分离复杂振型的困难,可以对杂交元对于基本变形模式的变形刚度即单元性能进行简便有效的分析。通过对多种杂交元进行分析研究和数值计算,综合评价和对比了它们对于各种变形的性能,指出某些假设应力场只适用于特定问题的求解但不能用以形成通用的杂交元。
任意加载条件下土工合成材料的弹粘塑性及本构模型
彭芳乐, 李福林, 江智森, 龙冈文夫
2009, 26(8): 50-058.
摘要:
研究了4种土工合成加筋材料(PET、PAR、PVA和Aramid)试样在任意加载历史条件下的弹粘塑性,尤其是粘性特性。试验过程中,实现了恒定应变率加载、应变率逐步变化加载、蠕变加载以及荷载松弛。依据加载速率效应对土工合成加筋材料的粘性特性进行评价。试验结果表明,根据土工合成加筋材料类型的不同,至少存在三种粘性特性,即等速粘性、瞬时粘性和混合粘性,其中PET土工格栅表现为混合粘性,PAR、PVA和Aramid土工格栅表现为等速粘性。基于非线性三要素模型框架,针对上述三种粘性特性,提出了一种弹粘塑性本构模型。该模型可以描述土工合成加筋材料在任意加载历史下的粘性效应,包括:在不同恒定应变率单调加载时的荷载-应变响应、加载应变率发生任意变化时的荷载-应变响应、以及蠕变和荷载松弛。最后,利用该模型对上述4种土工合成加筋材料的试验结果进行模拟。结果表明,所提出的三要素弹粘塑性本构模型能够合理地模拟土工合成加筋材料的粘性特征。
功能梯度材料矩形板的三维瞬态热弹性分析
周凤玺, 李世荣
2009, 26(8): 59-064.
摘要:
基于三维线性热弹性理论的基本方程,采用三个位移分量、三个应力分量、温度变量和一个热流分量作为状态变量,应用状态空间理论,建立了功能梯度材料板结构在动态热载荷作用下的状态方程,考虑了运动惯性项以及热传导过程中的耦合效应。采用Laplace变换和打靶法,数值求解了材料常数按幂率变化的四边简支矩形板在热冲击下的热响应。为求解功能梯度结构三维热弹性瞬态响应提供了一种方法。分析了组分材料分布对功能梯度板的热响应行为,包括板内温度变化,横向挠度以及板内应力分量的影响规律。
考虑焊缝几何缺陷影响时整体与局部轴向压力共同作用下薄壁圆柱壳稳定性分析
王登峰, 曹平周
2009, 26(8): 65-073.
摘要:
大型薄壁圆柱壳结构广泛应用于化工、电力等工程中,壳内通常需设置一些设备支承梁,常采用在壳壁上开矩形孔洞,将梁与壳壁焊接连接。壳壁因此承受由梁传递来的局部轴向压力,同时承受由上部壳体、顶盖等自重形成的沿环向均匀分布的整体轴向压力。该文考虑环向焊缝初始几何缺陷的影响,对开洞环向跨角小 于10°的先作用整体轴压,后作用局部轴压的218个薄壁圆柱壳的稳定性进行了非线性数值分析。研究表明开洞上方环向焊缝缺陷对于柱壳局部轴压下的稳定承载力影响很小,但会显著削弱后屈曲承载能力。开洞下方最不利的焊缝缺陷位置受整体荷载水平和开洞尺寸的影响而改变。随着整体荷载水平提高,柱壳局部轴压下的稳定承载力降低。整体荷载水平较低时,柱壳局部轴压稳定承载力随着焊缝缺陷幅值的增大而减小;整体荷载水平较高时,柱壳局部轴压稳定承载力随着焊缝缺陷幅值的增大而增大。根据大量数值计算结果提出了整体与局部轴向压力共同作用时的圆柱壳稳定性设计建议。
土木工程学科
混凝土中水分传输的边界条件研究
李春秋, 李克非, 陈肇元
2009, 26(8): 74-081.
摘要:
大量耐久性问题与水分在混凝土中的存在和传输密切相关。完整的水分传输模型包括微分方程和与之相匹配的边界条件和初始条件。该文对混凝土和环境的水分传输过程进行了考察,并通过边界层理论进行了近似计算;通过试验,测定了混凝土近表面环境的温、湿度变化特征;利用有限元程序,求解了一维“混凝土-环境”耦合传输模型,并分析了表面因子对计算结果的影响程度。在此基础上,该文就混凝土中水分传输边界条件的选用给出了建议。
多层偏心结构直接基于位移的抗震设计方法
王 丰, 李宏男, 高云莉
2009, 26(8): 82-087.
摘要:
以往直接基于位移的抗震设计方法一般是以2-D平面内分析为前提的,不考虑平面外的影响。而对于多层偏心结构,由于地震下结构水平面内的反应具有很大的不规则性以及结构两水平方向具有空间耦合性,所以采用这种2-D设计方法具有一定的不合理性。针对此问题,提出了偏心结构直接基于位移的抗震设计方法,将偏心结构在地震作用下最薄弱的位置作为控制点,以该点在各地震设防水准下的限制位移为目标位移进行结构设计。详细介绍了该方法的步骤。该方法利用等效单自由度系统理论建立设计/分析模型,设计中为减少迭代次数,定义了结构竖向刚度调整系数,用以简化结构弹性刚度和强度的确定过程,从而实现设计结构在相应地震设防水准下满足预期位移的控制要求。最后通过一多层偏心结构的设计算例来检验该方法,并证明了该方法具有一定的准 确性。
从过桥车辆响应中识别桥梁结构基本自振频率的方法
陈上有, 夏 禾
2009, 26(8): 88-094.
摘要:
用车轮加弹簧-阻尼器-簧上质量模拟移动小车,建立了车辆荷载作用下欧拉梁的动力分析模型,得到车桥系统运动控制方程。根据车辆的加速度响应的频谱分析,识别桥梁结构的基础频率。分析了桥梁阻尼比,车体弹簧刚度和阻尼,车桥质量比,车辆移动速度和加速度以及路面不平顺等参数对识别效果的影响,得出以下结论:桥梁阻尼比大小不影响识别精度;为提高识别的精度,车辆移动速度应较低,车桥质量比应较小;路面不平顺水平对识别的精度有非常显著的影响;车辆在桥上做加速度较小的变速移动时不会显著影响识别的精度。
层状地基中桩筏基础的动力阻抗研究
文学章, 尚守平
2009, 26(8): 95-099.
摘要:
利用薄层元素法和有限单元法,对层状地基中桩筏基础的动力阻抗进行了分析。比较了桩筏基础和群桩、筏板基础的水平阻抗、竖向阻抗以及摇摆阻抗,并讨论了地基的层状结构对桩筏基础的动力阻抗的影响。结果表明:桩筏基础的水平阻抗和筏板基础的比较接近,而竖向阻抗、摇摆阻抗和群桩的比较接近。地基的层状结构使得桩筏基础的阻抗发生波状变动,在低频区域表现为刚度增大,阻尼减小。
平面框架几何非线性分析的修正拉格朗日-协同转动联合法
张年文, 童根树
2009, 26(8): 100-106,.
摘要:
提出了一种几何非线性有限元分析平面框架的方法。应用修正拉格朗日(UL)法计算单元的增量节点位移;计算增量节点力采用了协同转动法,使用的协同构形(Cr)是由前一个平衡构形(C1)经刚体运动后得到。以单元节点的增量自然变形为参数表示出Cr构形下的虚功方程;推导得出了C1构形中单元增量节点位移向量与Cr构形中节点增量自然变形之间的关系;把得到的关系式代入虚功方程,得Cr构形中计算增量节点力的切向刚度矩阵;所得的切线刚度矩阵能通过刚体检验。考虑了加载变形对后续分析的影响,导致切向刚度矩阵增加了与加载变形有关的刚度矩阵。算例结果表明:提出的方法可以采用较少单元达到UL法同样的计算精度;加载变形产生的刚度矩阵能有效地提高计算效率;但变形较大时,加载变形产生的刚度矩阵会导致膜锁。
边界元分区子域法研究混凝土构件的断裂特性
邵永波, 岑章志, 李 涛, 杜之富
2009, 26(8): 107-115.
摘要:
混凝土构件发生断裂破坏时材料内部的裂纹呈现粘性特征。采用边界元分区子域法建立了求解混凝土构件粘性裂纹扩展过程的离散化方程,并利用该法分析了有初始裂纹的三点弯曲梁试件的断裂破坏过程,得到了构件破坏过程中荷载与加载点挠度之间的关系曲线,确定了混凝土梁发生失稳断裂时的临界荷载。此外,利用边界元分区子域法模拟分析混凝土三点弯曲梁试件的断裂过程中得到的裂纹口张开位移,计算了衡量混凝土构件断裂过程中的双K参数:起裂韧度和断裂韧度。通过和试验测试结果的对比,发现边界元分区子域算法得到的数值模拟结果和试验结果吻合很好,从而证明该方法在分析混凝土构件断裂破坏过程的精确性和可靠性。
框架结构的截面和形状两级优化
隋允康, 张 政, 杜家政
2009, 26(8): 116-122.
摘要:
为了更大限度的挖掘框架结构的潜力,同时考虑框架结构的截面优化和形状优化,采用分解优化的策略将两类变量分开处理,建立了框架结构的截面、形状两级优化模型。在截面层以截面惯性矩为设计变量,在应力和位移约束下追求结构质量的最小化;在节点层以节点坐标为设计变量,在结构质量约束下追求结构最大位移的最小化。截面优化和形状优化交替进行直至收敛,从而获得结构质量最小且结构刚度最大的最优设计。以MSC/Patran&Nastran软件为开发平台,完成了框架结构截面形状两级优化软件,并用算例检验其正确性和可行性。
车辆荷载作用下大跨度斜拉桥钢和CFRP拉索的非线性振动
张 鹤, 谢 旭
2009, 26(8): 123-130.
摘要:
采用非线性有限元方法,评价了大跨度斜拉桥在车辆荷载作用下发生索桥耦合振动的可能性。以跨度为1400m的斜拉桥模型为例,通过车桥耦合振动分析获得主梁和桥塔的振动响应,将其作为拉索在支点处受到的激励,分别计算得到钢索和碳纤维(CFRP)索的振动响应。结果表明:不论是钢索还是CFRP索,其位移响应振幅均不大。由于较大跨度钢索的自振频率低且接近于桥梁的主要自振频率,此类钢索在车辆荷载作用下容易发生局部振动。相比较而言,CFRP索由于刚度较大随桥梁整体发生小幅振动。另外,激励持续时间长度对拉索的振幅影响不大。在拉索的主要固有频率范围内,梁、塔和拉索的固有频率之间没有明显的相关性,大跨斜拉桥在车辆荷载作用下发生索桥耦合振动的可能性不大。
外壳预制核心现浇装配式RC柱抗震性能的试验研究
张大长, 支正东, 卢中强, 金如元
2009, 26(8): 131-137,.
摘要:
该文以研究外壳预制核心现浇装配整体式RC柱的抗震性能为目的,制作预制外壳、2个新型装配式RC柱和1个对比整浇柱,开展抗震性能试验;考察两类RC柱的破坏过程、破坏模式、荷载-位移滞回曲线、主筋及箍筋的应变发展特点,探讨3个RC柱的耗能及延性特点,研究表明外壳预制核心现浇装配整体式RC柱具有与整浇RC柱相同的整体性和抗震性能。研究成果可供新型装配式RC柱设计应用参考。
空间薄壁截面梁的材料非线性有限元模型
王晓峰, 杨庆山
2009, 26(8): 138-142.
摘要:
根据Bernoulli-Euler梁理论和Vlasov薄壁杆件理论,通过设置单元内部节点和对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可考虑剪切变形,弯扭耦合,约束扭转和二次剪应力引起的翘曲的空间薄壁截面梁的材料非线性有限元模型。假定材料为理想塑性体,符合Von Mises屈服准则和Prandtle-Reuss增量关系,采用有限分割的方法,在单元长度和截面上取一定数量的高斯点,然后进行数值积分得到空间薄壁截面梁的弹塑性刚度矩阵。算例表明该文所建模型具有较好的精度,适用于可用空间薄壁截面梁模型分析的薄壁结构。
空间结构-地基动力相互作用的三维时域数值分析方法
唐 敢, 陈少林, 王法武, 丁海平
2009, 26(8): 143-149,.
摘要:
将土-结构动力相互作用问题引入到空间结构的抗震研究中,以ANSYS为上部空间结构计算平台;以FORTRAN为下部结构的计算平台,采用集中质量显式有限元和透射人工边界模拟地基无限域,建立包含土、基础、空间结构在内的整体三维模型,采用显-隐式相结合的方法进行时程分析,从而建立一种空间结构-地基动力相互作用的三维时域直接分析方法。可以采用不同的时间步距分别计算上部、下部结构,以提高计算效率;空间结构的非线性可通过较为成熟的ANSYS有限元软件进行考虑。通过集中质量模型和四点支承正放四角锥网架算例,验证了该方法的可行性和正确性。
浅圆仓散料侧压力的极限分析上限方法
付建宝, 年廷凯, 栾茂田, 杨 庆
2009, 26(8): 150-154.
摘要:
作为一种新的筒仓型式,浅圆仓在我国粮食与煤炭等行业中得到了广泛的应用。然而仓中散料对仓壁的侧压力还没有统一的合理的计算方法。为此,该文针对浅圆仓内散料特定的破裂面形态,建立了仓壁散料侧压力的简化力学模型,采用极限分析上限方法,经过严密的数学推导,得出了浅圆仓内散料对仓壁的侧向压力的解析表达式,分析了筒仓半径R和仓中散料深度z对筒仓侧压力的影响,并通过两个典型工程实例检验了该文所得公式的正确性,从而为浅圆仓的设计提供了一种新的计算散料侧压力的方法。
基于绝热温升试验的早龄期混凝土温度场的计算
张 君, 祁 锟, 侯东伟
2009, 26(8): 155-160.
摘要:
采用有限差分方法,建立了基于混凝土绝热温升试验的早龄期混凝土温度场计算模型。模型中,温度对水泥水化及其放热量的影响通过等效龄期法进行了修正。同时,采用数字式温湿度传感器实验测定了强度等级C40、C80混凝土板一维传热条件下的早龄期温度发展数据。模型计算结果与实验测定结果对比表明,二者吻合良好。模型可用于早龄期混凝土结构温度场的计算。
分级卸载法在张弦梁结构找形中的试验研究
刘 彬, 叶继红
2009, 26(8): 161-167,.
摘要:
该文对张弦梁结构的找形分析方法——分级卸载法进行了试验研究,目的一是验证该方法的正确性,更为重要的是考查分级卸载法应用于实际工程的可行性。试验采用1/20的缩尺模型、实际工程常用的张拉方式,对比模型在零状态、初状态内力和变形的理论值与试验值。试验表明:分级卸载法可以用于实际工程,且不需要假定零状态几何和多次试算,可以一次准确得到结构的放样几何;该方法中静定计算模型可以很方便地用于确定张弦梁结构初状态预应力分布,用来有效地指导设计;经过本次试验验证,张弦梁结构张拉脱胎时的预拉力估算公式可以应用于实际工程。
基于能量法的系杆拱桥最优吊杆内力的确定
刘 钊
2009, 26(8): 168-173.
摘要:
以极小化拱肋和系梁的应变能为目标,研究了确定吊杆合理内力的三种方法:其一是基于无约束最小应变能原理的“刚性吊杆法”;其二是基于无约束最小弯曲应变能原理的“无限轴向刚度法”;第三种方法是形成一个二次规划问题,以离散化结构的最小弯曲应变能为目标函数,以某些位置的弯矩、位移或吊杆内力等作为约束条件。在具体求解方法上,指出“刚性吊杆法”和“无限轴向刚度法”可以通过对某些截面赋大值的方法实现,同时也讨论了“二次规划法”的目标函数和约束条件的构建和求解方法。最后,结合实例讨论了这三种方法的应用情况,显示其具有很好的工程应用价值。
其他工程学科
高速射弹超空泡减阻试验研究与数值模拟分析
熊天红, 易文俊
2009, 26(8): 174-178.
摘要:
为了研究超空泡形态下高速射弹的阻力特性,针对某典型结构的带圆盘空化器头部的水下射弹,设计加工了4种不同结构参数的射弹模型,在水靶道中进行了高速射弹的水下航行试验,通过试验数据处理得到了射弹的平均阻力系数,分析了空化器直径、弹体长径比、空化数对射弹阻力特性的影响,并利用Fluent6.2对其阻力系数进行数值仿真研究,在试验数据与数值仿真的基础上探索了超空泡的减阻特性,结果表明:空化器的直径越大,射弹的阻力系数越大;增加射弹的长细比,可以获得更小的阻力系数;在超空泡形态下,高速射弹的超空泡减阻率可达95%以上。
渗出对植物细胞穿刺力学行为的影响
王 荣, 魏德强
2009, 26(8): 179-183.
摘要:
在建立植物细胞力学模型的基础上,利用膜理论推导出细胞在压缩载荷作用下的平衡方程,通过数值仿真的方法得到细胞的力学响应,分析了细胞壁的渗透作用对细胞力学响应的影响。研究表明:细胞液的渗出将产生松弛现象,外力、细胞壁主张力、细胞内压及细胞体积随着渗出时间的延长均减小。
高温多轴非比例加载下缺口试样的疲劳寿命预测
刘灵灵, 张 婷, 孔艳平, 王令刚
2009, 26(8): 184-188.
摘要:
对航空发动机涡轮盘材料GH4169合金缺口试件在650℃下进行了拉扭低循环疲劳试验,利用ANSYS有限元分析软件计算试样在比例和非比例加载条件下缺口处的应力-应变场,找到了试样疲劳断裂的危险点,结合临界平面法,提出了一个新的多轴疲劳损伤参量,并建立了相应寿命预测模型。将试验寿命与预测寿命进行对比,结果表明:该文所建立的寿命预测模型具有较好的预测能力。
循环周期结构考虑模态局部化的振动控制研究
刘相秋, 王 聪, 王威远, 邹振祝
2009, 26(8): 189-193,.
摘要:
该文建立了失谐情况下循环周期压电智能结构的有限元动力学计算模型;并应用基于模态空间的最优控制方法对结构振动的主动控制进行了研究;针对典型算例结构进行了动力学特性的分析及小扰动情况下的振动控制仿真,结果表明:弱耦合循环周期结构参数的小量失谐会导致结构振动模态产生明显的局部化,失谐前后的振幅之比约为30%;在进行此种结构的振动主动控制时必须考虑到振动模态局部化的影响;压电智能结构对结构振动控制的效果明显。
基于受控结构振动响应的控制图损伤识别
王 真, 程远胜
2009, 26(8): 194-200.
摘要:
该文推导了时间序列模型的自回归参数对结构单元刚度损伤系数的灵敏度方程,提出了通过合理配置待检测结构的极点,以提高自回归参数灵敏度的新思路。在此基础上提出了一种反馈控制与控制图相结合的损伤识别方法。该方法首先对结构施加反馈控制,合理配置系统极点;然后将受控结构各测点的时域响应进行主成分分析,以第一主成分建立适用阶的时序模型;最后以AR参数建立休哈特控制图,通过自回归参数的统计性变化判断结构是否发生损伤。一悬臂梁结构的数值算例表明:反馈控制提高了自回归参数的灵敏度,在此基础上采用控制图可以在噪声环境下识别较小程度的损伤。
在时变结构可靠度领域中有必要澄清一个错误概念
秦 权, 贺 瑞, 杨小刚
2009, 26(8): 201-204.
摘要:
根据严格的随机过程理论,该文证明:国内沿用的所谓的‘动态可靠指标’并非我国结构设计规范所考虑的结构可靠指标,这个概念即忽视了国外更早开始、也一直在进行的相关研究,也违背了随机过程理论的基本概念。鉴于国内旧桥安全性问题日益严重,这个错误概念误导了很多研究者,使他们对旧桥安全性评定做出错误结论,直接影响了我国旧桥的安全,指出及早澄清这个错误概念的必要性。
一种新的长输管道泄漏监测方法
李俊花, 孙昭晨, 崔 莉
2009, 26(8): 205-209,.
摘要:
通过对管道泄漏的数值计算,发现管道泄漏时管道上下游水力参数的变化规律不同于阀门启闭引起的水力参数的变化规律。基于此,将复杂的管道泄漏模型转化为容易识别的参数突变模型,提出了应用变点检测原理在线监测管道泄漏的方法,并将扩展的序列似然比检测方法应用于管道泄漏识别中。试验结果表明该方法能实时有效地识别管道泄漏。
无限长旋转圆柱中的广义磁热弹耦合效应
何天虎, 关明智
2009, 26(8): 210-215.
摘要:
应用Lord-Shulman(L-S)和Green-Lindsay(G-L)广义热弹性理论,研究了一旋转的无限长的理想圆柱导体的电磁热弹耦合问题。给出了介质中的Maxwell方程组,建立了L-S型和G-L型统一的广义的电磁热弹耦合的控制方程,借助拉普拉斯变换和数值反变换技术对问题进行求解,得到了瞬态热冲击作用下旋转的无限长圆柱中的温度、应力、位移、感应的磁场和感应的电场的分布规律。结果表明:介质呈现出热的波动性和电磁热弹耦合效应,由于旋转,位移、应力、感应磁场、感应电场的幅值有明显提高,而旋转对温度影响不大。
应用改进的双剪强度理论分析岩石靶体的弹体侵彻深度
吴 昊, 方 秦, 龚自明, 相恒波
2009, 26(8): 216-222.
摘要:
为进一步探讨弹体对岩石靶体的侵彻作用机理,基于对岩石材料的八面体剪应力随平均主应力非线性增加特性的考虑,通过增加平均主应力的非线性项对双剪统一强度准则进行改进。分别采用双剪统一强度理论和改进的双剪强度理论作为岩石材料的强度准则,建立了弹体垂直侵彻岩石靶体的动力球形空腔膨胀可压缩弹塑性侵彻模型,提出了考虑侵彻过程中弹头法向和切向摩擦阻力影响的弹体垂直侵彻岩石靶体的阻力计算公式,进而求得了弹体垂直侵彻岩石靶体的深度。理论分析模型的计算结果与常用侵彻经验公式的计算结果以及野外花岗岩侵彻试验数据的对比分析表明:基于改进双剪强度理论所建立的理论分析模型的计算结果与试验数据最为接近,其主要原因是在靶体强度准则中考虑了八面体剪应力的影响。
磁致伸缩作动器振动问题的摄动解
秦立平, 尚新春
2009, 26(8): 223-227,.
摘要:
该文采用摄动解法研究了磁致伸缩作动器中的关键结构元件Terfenol-D杆在初值条件下的振动问题。杆的初始状态是静止的,其振动是由交变电流激励而产生的。由于采用了标准平方型本构关系,这使得问题的基本方程及边界条件都是时间变系数的。考虑到问题的数学模型中含有小参数,周期交变电流激励下的位移响应的近似解析解可以用摄动解法得到。计算结果表明在低频电流下位移响应是周期的,并显示出倍频特征。最后还分析了材料的磁致伸缩常数及电流参数对输出位移的影响。
基于AFM的PCL纳米纤维动力学实验和尺寸效应研究
孙 亮, 王 珺, 韩平畴
2009, 26(8): 228-232.
摘要:
该文通过静电纺丝法制备了直径范围在100nm-500nm之间的PCL(Poly (ε-caprolactone))纳米纤维。并成功使用原子力显微镜(AFM)测量了单根纳米纤维的动力学性能,发现PCL纳米纤维有显著的尺度效应,弹性模量随直径的减小而增加。为解释该现象,该文发展了包含应变梯度效应的两端固支纤维振动模型,利用该模型对PCL纳米纤维的尺寸效应进行了分析。结果显示,当材料尺度参数leff =78nm时,新模型与实验结果吻合良好。而应变梯度效应可忽略时,新的振动方程退化为经典的Euler-Bernoulli振动方程。