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2010年  第27卷  第03期

基本方法
一类随机非光滑振动系统相空间中不同吸引域边界的随机分形
雷 华, 甘春标, 谢潮涌
2010, 27(03): 1-005.
摘要:
由于复杂动力学行为而导致非线性振动系统相空间中不同吸引子的吸引域边界出现分形的情况比较普遍。该文数值研究一类受周期与有界噪声激励联合作用的碰振系统的全局动力学特征。通过改进胞映射方法,并给出庞卡莱映射的一种特殊形式,以对此类系统的全局动力学行为进行了模拟。结果表明:通过调整参数值,系统相空间里也可出现多个随机吸引子,不同吸引域的边界将呈现随机分形形状。
拉弯联合载荷下弹塑性J积分估算方法研究
白永强, 汪 彤, 吕良海, 孙 亮, 帅 健, 陈 钢
2010, 27(03): 6-009,.
摘要:
基于计算J积分的等效原场应力方法,利用等效原场应力eff只有外加载荷意义而不再具有拉伸或者弯曲等载荷类型方面的属性,提出了利用现有含裂纹结构的纯拉伸以及纯弯曲J积分全塑性解直接计算拉弯联合载荷下的J积分简化估算方法。该方法可以直接利用已经存在的J积分纯拉伸和纯弯曲全塑性解来计算拉弯联合载荷下的J积分,简化了拉弯联合载荷下J积分全塑性解的计算;并且可以应用于任意应力-应变材料,包括Ramborg-Osgood关系的材料和任意单调加载非R-O关系材料。计算过程简便。并通过与有限元计算结果对比对之进行验证,说明其工程实用性,为对含裂纹结构进行弹塑性断裂评定奠定基础。
圆柱壳体冲击平板靶的实验与数值研究
吴善幸, 陈大年, 张 铎, 马东方, 金扬辉, 王焕然
2010, 27(03): 10-014.
摘要:
利用一级气炮进行了高导无氧铜(OFHC)圆柱壳冲击平板靶实验,对圆柱壳进行回收观测。采用Johnson- Cook (J-C)和Zerilli-Armstrong (Z-A)两种本构模型对实验进行了数值模拟,数值模拟与实验观测的壳体变形比较表明:采用J-C本构模型计算的结果与试验更接近。本构模型的影响是明显的,采用J-C本构模型和Z-A本构模型数值模拟的圆柱壳中的应变、速度以及吸能的历史有较大差异。
转动弹性支承矩形板自由振动的一般解析解法
杨端生, 蔺文峰, 黄 炎
2010, 27(03): 15-018.
摘要:
转动弹性支承边与简支边,平夹边均有不同,一方面板边均能防止上下移动,即其挠度均为零。而转动弹性支承边,由于在边界装有均匀分布的转动弹簧使边界弯矩受到斜度的制约而与板边的斜度成正比。采用矩形薄板自由振动横向位移函数的微分方程建立了一般性的解析解,该一般解包括三角函数和双曲线函数组成的解,它能满足4个边为任意边界条件的问题。解中的待定常数可由4边的边界条件来确定,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精确地求得各阶固有频率及其振型。由于矩形板对中间轴具有对称性,利用对称和反对称条件可使求解大大简化。对于正方形板还可利用对角线的对称性而毫无遗漏地找出最低的各阶频率及其振型。以四边均为转动弹性支承方板为例进行计算和讨论。
土木工程学科
低层双坡屋面建筑三维定常风场的数值模拟
周绪红, 聂少锋, 周天华, 龚 焮
2010, 27(03): 19-029.
摘要:
基于计算流体力学软件Fluent 6.3,首先,选用基于Reynolds时均的标准k-ε等湍流模型对大气边界层中TTU标模的低层建筑三维定常风流场进行模拟分析,并将数值模拟结果与场地实测数据和TJ-2风洞试验结果进行了比较分析;其次,采用RNG k-ε模型分析了不同风向角下,房屋屋面坡度、挑檐长度、檐口高度和长宽比对低层双坡房屋屋面风压系数及各表面体型系数的影响。结果表明:数值模拟较好地反映了低层建筑周围风环境的绕流特性和表面风压的分布情况;迎风墙面均受有正压力,其体型系数受房屋几何尺寸的影响较小,房屋的背风面均承受负压力;屋面坡度及檐口高度对屋面风压分布及风压大小均有明显的影响,挑檐长度的影响较小;屋面的平均风压系数分布和大小与风的来流方向有关。该结论为低层房屋的工程抗风设计提供了依据。
考虑剪切变形影响的斜桥振动频率与车-桥振动分析
夏桂云, 俞茂宏, 李传习, 曾庆元
2010, 27(03): 30-037.
摘要:
利用修正的Timoshenko梁振动理论建立了等截面斜桥振动频率的超越方程和静力、动力分析有限元列式,用解析法和有限元法分析了斜度、支承方式对单跨斜桥结构前5阶振动频率的影响,对单跨斜桥车-桥振动进行了分析,考察了车速对动挠度、动弯矩的影响和不同截面振动的同相性及最大动挠度、最大动弯矩发生的部位,比较了不同车速条件下规范方法、车-桥振动方法计算的挠度、弯矩冲击系数的差别。算例结果表明:斜桥自振频率解析解与有限元解一致、斜度和支承方式对斜桥动力特性有重要影响、车辆的冲击效应与车速没有单调变化规律、挠度和弯矩的冲击系数不同。
考虑水平摩阻效应的土工格室加筋体受力分析
赵明华, 张 玲, 马缤辉, 赵 衡
2010, 27(03): 38-044.
摘要:
视土工格室加筋体为置于Winkler弹性地基上的连续有限长梁,考虑荷载作用下格室体与其上下表面土体之间摩阻力影响,基于传统的弹性地基梁理论,建立出相应的格室加筋体挠曲变形控制微分方程。引入Galerkin法,导出具有对称荷载作用下格室加筋体的挠曲变形、转角、剪力及弯矩的非线性解析解。进而进一步分析探讨了格室体与土体之间的摩阻效应对土工格室加筋体内力及位移的影响。结果表明:水平摩阻效应对土工格室加筋体内力及位移有一定程度的影响。
基于形状记忆合金的智能混凝土梁桥设计与试验研究
李 磊, 李庆斌, 张 帆
2010, 27(03): 45-054.
摘要:
研究了埋置形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)束的智能预应力空心板及梁桥的变形性能,探索了SMA在实际工程中的应用。提出了一种SMA在实际工程应用的设计方法,测量了SMA通电加热时产生的回复力、SMA的温度以及空心板和梁桥的变形,并试验研究了激励电流强度对SMA回复力产生速度的影响。结果表明:可以通过控制埋置在空心板内的SMA束的温度控制其产生附加预应力的大小,调节混凝土梁和桥的变形,从而提高桥梁结构的承载能力。
长期监测中结构温度效应分离的一种新方法
刘 纲, 邵毅敏, 黄宗明, 周晓君
2010, 27(03): 55-061,.
摘要:
利用结构长期监测信号的多尺度特性,提出较为精确分离温度效应的自适应带宽滤波方法。按照多尺度分析思想,将温度和温度效应在日温差、年温差和聚然降温等不同时间尺度上展开,利用仅日温差效应与结构上的其他效应在时间尺度上具有不相耦合的特点,通过理论论证获得温度和温度效应具有线性相关特性,结合粒子群优化算法和滤波算法自适应改变日温差效应时间尺度的频率带宽,从而通过回归统计日温差和日温差效应达到精确分离监测信号中的温度效应之目的。分析结果表明:该方法较小波分析方法更能准确分离结构监测信号中的温度效应,为从长期监测信号中进行损伤识别提供了基础数据。
基础阻抗力的一种时域算法
赵 密, 杜修力
2010, 27(03): 62-066.
摘要:
该文提出一种计算基础阻抗力的时域算法。通过引入一个辅助变量并执行逆傅里叶变换,将基础动力刚度的连续时间有理近似实现为时域高阶常微分方程;进一步定义不同时刻的辅助变量为多个不同的辅助变量,将高阶微分方程等价地转化为以状态空间描述的一阶常微分方程组。微分方程组的稳定性和精度等价于连续时间有理近似的稳定性和精度。之后采用四阶龙格-库塔公式数值地求解获得的一阶微分方程组。典型基础振动问题的分析表明了该文方法的有效性。
粗网格划分下的箱梁三维实体有限元分析方法
尧云涛, 肖汝诚
2010, 27(03): 67-073.
摘要:
针对现有箱梁分析方法普遍存在的计算精度与计算效率之间矛盾的问题,提出了粗网格划分下的箱梁三维实体有限元分析方法。在充分考虑箱梁受力变形特点的基础上,以修正的Hellinger-Reissner变分原理为基础,通过合理引入非协调位移插值项,构造出直角坐标系下的六面体八结点杂交应力单元8N21β和柱坐标系下的六面体八结点杂交应力单元8N21βc,分别用于粗网格划分下的直箱梁和曲线箱梁的三维实体有限元分析。数值算例表明:8N21β单元和8N21βc单元在粗网格划分下具有较高的计算精度,能有效提高箱梁三维实体有限元分析的计算效率。
古建木构铺作层侧向刚度的试验研究
隋 , 赵鸿铁, 薛建阳, 谢启芳, 刘 义
2010, 27(03): 74-078.
摘要:
通过对单铺作、两铺作、四铺作模型的低周反复荷载试验,研究了枓栱侧向刚度的退化规律。试验得出了单铺作、两铺作、四铺作的力-位移滞回曲线及骨架曲线。通过试验可以看出铺作层的变形是以水平滑移为主。摩擦滑移具有耗能、隔振作用,这也是古建筑木结构有着良好的抗震性能的重要因素。试验模型的滞回曲线呈平行四边形,滞回面积饱满。这说明铺作层具有良好的滞回耗能特性。铺作层的力学模型属于线性强化弹塑性模型。根据试验得出的恢复力模型反应了铺作层的恢复力特性及刚度变化规律,适应于同类木结构的静力传递和结构动力分析计算研究。
含损伤缺陷悬臂梁的应力求解
刘敏杰, 王银邦, 梅 宁
2010, 27(03): 79-084.
摘要:
对单侧承受双曲余弦分布压力的含损伤缺陷矩形截面悬臂梁,用弹性理论进行了应力分析。应用叠加原理,将构件分解为无损伤缺陷构件和含损伤缺陷的半无限平面分别求解,将外载荷根据其特点展开成三角级数形式,采用半逆解法求出了满足边界条件的近似解析解,得到了构件的应力状态。实例计算结果表明:损伤缺陷附近将产生较大的应力集中,且应力值随损伤缺陷尺寸的减小而增大。
基于能量的大跨屋盖结构共振响应模态耦合效应分析
李玉学, 杨庆山, 田玉基
2010, 27(03): 85-090.
摘要:
提出一种简单判别共振响应模态耦合效应的分析方法,该方法综合考虑结构的动力特性和风荷载特性,定义了共振响应模态耦合系数。依据该系数,通过几个特征参数(如结构模态和风荷载信息)就可以快捷的判断模态间共振响应耦合效应强弱,实现对共振响应耦合主导模态的选取。在此基础上,给出了大跨屋盖结构考虑模态间耦合效应的共振响应实用组合方法。最后,将该方法用于国家体育场屋盖结构风致动力响应分析,验证了其有效性。
波形钢腹板钢管混凝土模型拱面内极限承载力试验研究
高 婧, 陈宝春
2010, 27(03): 91-100.
摘要:
进行了波形钢腹板钢管混凝土模型拱的面内两点非对称和对称加载试验。对模型拱的挠度、钢管应变、波形钢腹板应变、极限承载力等进行了分析。试验结果表明:波形钢腹板钢管混凝土拱是一种受力性能很好的新型组合拱。在这种结构中,波形钢腹板与钢管混凝土弦杆均能发挥其各自的优势。它与钢管混凝土单圆管和哑铃形拱相比,刚度与承载力有了很大提高;与钢管混凝土桁拱相比,避开了节点破坏问题,模型拱呈总体破坏特征,从而使其延性与极限承载力明显提高。有限元分析表明:在承载力分析中应考虑双重非线性的影响。极限承载力简化计算不能采用钢筋混凝土拱的极限状态法,而可以采用钢管混凝土单圆管和哑铃形拱中的等效梁柱法。
P.C.连续刚构桥施工过程的仿真分析
薛鹏飞, 汪劲丰, 项贻强
2010, 27(03): 101-106.
摘要:
现代P.C.(预应力混凝土)连续刚构桥受力复杂,成桥应力同施工过程相关。根据其结构及受力特点,提出用实体退化单元建立P.C.连续刚构桥施工过程分析的三维模型;将预应力筋作为结构的一部分,用等效节点荷载模拟预应力的张拉效应;用三参数粘弹性模型模拟混凝土徐变效应;提出了阶段模型应力的处理方法。以一实际刚构桥为对象对该方法进行了应用研究。结果表明:P.C.连续刚构桥在恒载状态下,成桥应力和挠度与施工过程密切相关,常用的一次成桥方式获得的成桥应力和挠度与实际有较大偏差。
火灾下压型钢板组合板的内力分析
劳裕华, 白力更, 邵永健, 朱聘儒
2010, 27(03): 107-111.
摘要:
为了研究火灾下压型钢板组合板的耐火性能,根据实际条件建立组合板的计算模型,采用解析法推导了端支座约束刚度、截面刚度以及内力的计算公式,得出组合板在重力荷载、温差及升温作用下的内力变化规律。分析表明:与受火时组合板的偏心受压刚度相比,次梁对板的水平约束刚度可视为零;形成塑性铰前,温差作用引起的支座负弯矩很大,导致板全跨的弯矩值为负值;支座形成塑性铰后,板跨中将出现正弯矩。最后,提出了一些关于组合板耐火性能的建议供研究者和设计者参考。
延性纤维增强水泥基复合材料的抗弯性能
张 君, 公成旭, 居贤春, 郭自力
2010, 27(03): 112-115.
摘要:
该文通过三点弯曲试验,研究了不同水胶比的高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的抗弯性能。实验结果表明,水胶比对PVA-ECC的抗弯性能影响显著。随着水胶比的降低,抗弯强度增大,但梁的延性下降。水胶比由0.35降为0.25时,抗弯强度和延性均有突变。水胶比大于0.35时,水胶比对抗弯强度和延性的影响没有水胶比小于0.35时影响显著。与普通混凝土材料相比,梁的抗弯强度和延性均有明显提高。普通混凝土梁在达到峰值荷载后,承载力迅速下降,而PVA-ECC梁在达到峰值荷载后,有一段平缓的延性段,承载力下降缓慢,延性增加明显。
老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型研究
郑健龙, 马 健, 吕松涛, 钱国平, 田小革
2010, 27(03): 116-122,.
摘要:
为了较真实反映沥青路面服务期的疲劳损伤特性,从粘弹性材料的基本特性出发,通过本构方程和耗散能的定义构造了耗散能的泛函,定义耗散能为损伤变量,建立基于Burgers模型的老化沥青混合料粘弹性疲劳损伤模型,通过直接拉伸试验确定沥青混合料的粘弹性参数,求出损伤函数、损伤演化方程,提出一种考虑疲劳过程中老化程度对疲劳损伤影响的累积疲劳损伤计算理论与方法,为沥青混合料在不同老化程度下的疲劳寿命预估提供了依据。根据疲劳损伤模型推导出沥青混合料临界损伤度、疲劳寿命计算公式,并对其进行计算比较,精度满足要求,从而验证了粘弹性疲劳损伤模型的合理性。
结构整体抗震性能评估新方法
尹 犟, 易伟建, 胡其高
2010, 27(03): 123-131.
摘要:
目前基于性能的抗震评估主要考虑结构的最大位移反应,而忽略了滞回耗能对其造成的影响,不能全面反应地震损伤的根本机理。该文基于非线性振动理论,结合地震波的关键性特征参数,得到计算SDOFS滞回耗能的解析方法。在此基础上,根据MDOFS结构与等效SDOFS结构之间最大变形和滞回耗能的近似转换关系,采用Park-Ang模型对结构整体抗震性能作出合理评估。该方法能反应地震损伤的根本机理,且精度较高,具有广泛的工程应用前景。
不等尺寸双层混凝土路面结构力学模型研究
谈至明, 周玉民, 刘少文, 申俊敏
2010, 27(03): 132-137,.
摘要:
将刚性或半刚性基层上水泥混凝土路面简化处理为弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,面层、基层层间接触采用二元弹簧来模拟水平向从光滑到连续,竖向从连续到分离的情形。进而,通过一些算例,讨论了有限元解的收敛性和单元划分,实体与薄板两种单元的适用性,基层超宽效应和邻板影响,以及半无限弹性体和Winkler两种地基类型的差异。结果表明:实体单元较薄板单元更适用于混凝土路面结构应力分析;基层超宽可降低面层应力0%―22%,但增大了基层自身应力;接缝设传力杆、拉杆可有效降低板底脱空程度;采用不等平面尺寸双层结构模型,由弯沉反算的地基模量k在不同荷位均较为一致。
预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究
郭子雄, 吴毅彬, 曾建宇
2010, 27(03): 138-144.
摘要:
进行了9个采用预应力钢板箍(Prestressed Steel Jacket,PSJ)加固的RC短柱试件的单调加载试验。重点研究预应力钢板箍加固RC短柱的抗剪性能和加固构件受剪承载力计算方法。主要试验参数包括箍板预应力度和箍板配置量。试验结果表明:采用预应力钢板箍加固RC短柱可显著改善其受剪性能,不仅可有效提高构件的抗剪承载力,并能使最终出现剪切破坏的加固短柱具有较好的变形能力。在试验研究基础上探讨了预应力箍板加固的受剪机理,分析了各主要参数对加固柱受剪承载力的影响及其规律。分析结果表明:预应力箍板的受剪系数与箍板预应力度和箍板配箍特征值等因素有关。基于叠加方法,提出了箍板受剪系数和加固柱抗剪承载力计算公式,计算结果和试验结果总体吻合良好。研究成果可为预应力钢板箍加固RC柱的抗剪设计提供依据。
基于Newmark法敏度计算的刚架结构动力优化
刘齐茂, 燕柳斌
2010, 27(03): 145-154.
摘要:
提出一种有效的求解结构最小质量设计,同时满足动位移和动应力约束的二阶优化设计方法。在有限元法和纽马克法基础上导出一种高效的动应力、动位移对设计变量一阶导数和二阶导数的算法。建立含时间参数,以结构质量最小化为目标,同时满足动位移、动应力和设计变量约束的优化数学模型,通过积分型内点罚函数将含时间参数的不等式约束优化问题转变为一系列不含时间参数的无约束优化问题。利用动位移、动应力对设计变量一阶导数和二阶导数的信息计算内点罚函数的梯度和海森矩阵,利用梯度和海森矩阵构造求解优化设计问题高效有效的二阶优化算法。算例结果表明该文的优化设计方法能获得刚架结构的局部最优设计,优化的效率高于增广拉格朗日乘子法。
高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究
马恺泽, 梁兴文, 李 斌
2010, 27(03): 155-162.
摘要:
为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。
地铁站内排烟口设置对排烟效果影响的实验和模拟研究
钟 委, 纪 杰, 杨健鹏, 霍 然, 王浩波
2010, 27(03): 163-168.
摘要:
开展了一系列机械排烟实验,定量分析了排烟口风速和高度对机械排烟效率的影响规律。结果表明,在烟气层厚度和排烟口风速一定时,排烟口高度存在一个临界值,实验得到的临界高度值与Hinkley模型的预测值符合的较好。在该临界值以下,机械排烟效率较低且随着排烟口高度的降低而明显降低;在该临界值以上,排烟效率较高且随着高度的增加变化不明显。结合实验结果,采用大涡模拟的方法,对某典型侧式地铁车站内排烟口高度和风速对机械排烟效果的影响进行了全尺寸数值模拟分析,结果表明可通过升高排烟口高度和降低挡烟垂壁高度来优化原机械排烟系统的排烟效果。
流冰对码头排桩撞击力的物理模拟试验研究
李志军, 贾 青, 王国玉, 董吉武, 张 强, 李广伟
2010, 27(03): 169-173,.
摘要:
由于渤海近岸流冰的运动速度和尺寸较小,具有的动能也较小,所以其对结构物的作用形式主要是撞击,而不是挤压。为了得到合理的近岸码头排桩设计冰力,利用实验室模拟水流带动一定质量的模型冰块以一定速度撞击码头排桩模型,获得作用于一榀码头排桩上单桩或同时作用于群桩上的试验冰力。系列试验结果表明冰力的上限值随流冰压缩强度和动能增加而增加,并趋向一定值。经过数学统计,得到作用在单桩上冰力上限值同流冰动能和压缩强度之间的试验关系。该关系将流冰的尺寸、厚度、密度、运动速度、压缩强度同单桩上冰力上限值结合起来,作为流冰对单桩设计冰撞击力的基础,具有普适性意义。此外,还结合渤海具体码头工程,用该试验成果评估作用在一榀码头排架单桩上冰力和整体排架结构总冰力。
均布荷载作用下工字形截面单跨超静定深梁应力计算方法研究
刘计良, 王正中, 韩彦宝, 张学森
2010, 27(03): 174-179.
摘要:
工字形截面单跨超静定深梁因截面形式复杂目前其应力计算仍无解析方法。该文对均布荷载作用下工字形截面单跨超静定深梁应力计算进行研究,通过引入合理的参数并对工字形截面作恰当的拆分和组合及合理假设,建立了力学模型,应用半逆解法求解,并考虑了弯剪耦合效应,给出了各应力分量的计算公式。分析了弯应力沿梁高及跨长的分布规律及剪力对弯应力的影响,结果表明剪力对弯应力的影响较大,这种影响随跨高比的减小或翼缘与腹板面积比的增大而增大。结果可为工字形截面单跨超静定深梁的设计提供概念明确的理论计算 方法。
机械工程学科
机电集成静电谐波微马达转子面外自由振动分析
李耀伍, 许立忠
2010, 27(03): 180-185.
摘要:
提出了一种基于静电驱动的新型谐波微马达,并描述了该微电机的基本工作原理,分析了进行转子面外动力学研究的必要性。基于传动系统的变形能、动能和电场能,利用Hamilton原理得出了转子面外自由振动平衡方程。然后,对两种不同的模态进行了求解,给出了系统自由振动频率的表达式,分析了系统参数对自由振动频率的影响规律。研究结果对于该马达的动力学性能设计以及工作参数的选择具有重要的指导意义。
摆线钢球行星传动啮合副非线性力学性能研究
张 鹏, 安子军, 杨作梅
2010, 27(03): 186-192.
摘要:
摆线钢球啮合副为空间曲面啮合结构,啮合副承载与变形之间的非线性关系以及啮合副接触区扩展均会对其力学性能产生较大的影响。该文首先利用超静定方法建立了啮合副非线性力学模型,根据啮合力与阻力矩作功相等的原理推导出时变的啮合力函数。然后将啮合力转换为啮合接触区上的椭球状分布载荷,利用叠加法对接触区微元在集中力作用下的变形与应力结果进行积分,给出了接触区变形挠曲面方程、接触表面下各应力函数,以及最大切应力的深度位置。最后根据钢球位置方程,建立了啮合副不同啮合位置的有限元模型,对钢球与摆线槽的啮合过程进行了数值模拟,分析了啮合副应力分布状态以及啮合点等效应力的变化规律。结果表明:采用啮合副非线性力学模型和接触区分布载荷减少了线弹性和集中力简化处理造成的误差,为啮合副承载状态提供了更符合实际的计算结果。
其他工程学科
轴向力作用下埋设于线弹性土壤中的悬跨管道振动分析
邢静忠, 柳春图
2010, 27(03): 193-197.
摘要:
利用细长梁的小挠度理论,建立了两端埋设在线弹性土壤中的含轴向力的悬跨管道自由振动方程。基于埋设段的刚度约束特性,建立了悬跨段管道的边界条件。解析求解得到了悬跨段管道频率方程,数值求解了不同土壤刚度和轴向力条件下悬跨段管道的固有频率。研究表明:悬跨段管道振动特性取决于轴向力系数和土壤刚度系数,工程上推荐使用的简支梁和两端固支梁模型只在几个特殊参数点上适用,建议采用该方法进行悬跨管道振动分析。
船载状态下圆管对挡板的作用力分析
闫澍旺, 封晓伟, 宋 飞, 樊之夏
2010, 27(03): 198-204.
摘要:
海洋工程的海底管线和桩等圆管结构,需先在岸上预制然后装船运送到施工地点再行安装。由于这种结构物的尺度和重量较大,运输期间在运输船产生横向和纵向的摇摆以及升沉运动时,会对船体和挡板产生很大的附加动荷载。分析了管状物在装船状态下的运动特性,计算了堆积的管状物在船横摇状态下对挡板的作用力,并通过模型试验进行了验证,试验结果与理论值吻合较好。该研究成果可供装船设计人员参考。
CFRP拉索阻尼特性实验研究和理论分析
谢 旭, 中村一史, 前田研一, 张治成, 榎本刚
2010, 27(03): 205-211,.
摘要:
为了掌握CFRP拉索的阻尼特性以及建立相应的评价方法,用自由衰减振动试验方法测试了CFRP索、钢索以及CFRP丝、钢丝的阻尼特性,并用能量耗散原理以及振动理论探讨了拉索的结构阻尼和空气阻尼计算方法。结果表明:钢索的阻尼变化与应变能的比例关系明显,实测阻尼值与应变耗能理论计算结果一致,而CFRP拉索的阻尼实测值与理论结果之间存在一定的差异。长度1.8m的单丝阻尼与对应的应变大小相关性不大,应变耗能理论不能评价其阻尼特性,支点产生的阻尼效果不可忽视。
复合材料夹杂双层粘弹性材料的应变能和阻尼性能分析
杨加明, 钟小丹, 赵艳影
2010, 27(03): 212-216.
摘要:
分析了复合材料夹杂双层粘弹性阻尼材料组成的对称夹层板的线性弯曲,其中夹杂的粘弹性阻尼材料作为各向同性材料处理。既考虑面内应变能又考虑横向切应力应变能,用Ritz法研究各应力分量的应变能。以四边夹紧为边界条件的方板为例,计算并分析了复合材料层和粘弹性层的应变能以及复合结构的损耗因子。结果表明:复合材料层中的面内应变能占主要地位;粘弹性层中的xz方向和yz方向的切应力应变能较大;芯层的应变能很小。
大型货物卸船过程气囊缓冲击机理分析
肖建英, 侯振德
2010, 27(03): 217-221,.
摘要:
精密大型货物常常有三维加速度限制要求,为了防止在装卸船过程中发生横向漂移与舱壁碰撞后加速度超限,就需要采用缓冲击效果好,并能够精确控制加速度值的吸能体进行衬垫。该文在分析货物可能的最大漂移动能基础上,考虑到冲击体表面的承压强度,研究了采用气囊缓冲来降低冲击加速度的问题。该文采用能量方法建立气囊的冲击计算模型,对取得的气囊力-位移试验数据进行曲线拟合,解决了冲击加速度的计算问题,并通过模拟试验进行了验证。结果表明:货物质量相差很大,采用同一气囊缓冲击,通过改变初内压均可有效控制冲击加速度值。
传统Spar平台参数激励Mathieu不稳定性的研究
赵晶瑞, 唐友刚, 王文杰
2010, 27(03): 222-227.
摘要:
考虑时变的稳性高 的影响,导出了传统Spar平台参数激励纵摇运动微分方程,简化得到具有三次非线性项的有阻尼Mathieu方程。应用多尺度法求得了当垂荡频率与纵摇固有频率比接近2∶1时纵摇微分方程的二阶定常响应。根据Floquet理论分析了方程零解与定常周期解的稳定性并进行了数值验证。研究结果表明:稳性高度 值对于平台纵摇运动的稳定性具有重要影响,调整稳性高度或增加系统阻尼可以减小定常解的不稳定区域,从而抑制平台参数激励纵摇运动的发生。
加卸载响应比方法在结构灾变预测中的应用
张浪平, 余怀忠, 尹祥础, 梁乃刚
2010, 27(03): 228-235.
摘要:
加卸载响应比方法为非均匀脆性介质的灾变评估提供了新的思路,即用加载与卸载响应的差别来定量刻画介质的损伤程度。为了验证加卸载响应比方法应用于结构失效分析的有效性,首先运用加卸载响应比方法对意大利那不勒斯大学完成的1个2层楼房的加卸载实验进行分析,结果表明:在临近结构破坏之前加卸载响应比时间序列确实出现了异常明显的升高及回落;进而引入岩石破裂声发射实验进行研究,发现采用轴向应变做响应量计算得到的加卸载响应比时间序列与楼房结构的响应比曲线在演化趋势上非常一致。进一步比较声发射能量率和宏观应做为响应得到的加卸载响应比时间序列,发现两者有着较为同步的稳定、异常、升高至峰值、急剧回落的演化过程。为了明确加卸载响应比与结构内部损伤的联系,基于损伤力学方法从理论上对此进行了分析,很明显加卸载响应比值在一定程度上可以反推结构的损伤程度,其演化可以为大型结构健康评估和工程灾变分析提供有益的参考及借鉴。
Hamilton体系下复合材料层合板特征值灵敏度分析研究
贾宝惠, 李顶河, 徐建新, 卿光辉
2010, 27(03): 236-239.
摘要:
在结构优化过程中,精确的结构参数灵敏度分析是最主要的困难之一。该文在Hamilton体系下推导了复合材料层合板特征值响应灵敏度系数的控制方程,基于BSWI(B-spline wavelet on the interval)样条小波有限元方法,利用二分法求得了四边固支复合材料层合板前四阶特征值对材料密度的灵敏度系数,并与有限差分法所得结果相比较,证明了该文所提出方法的可靠性。另外,该方法能够方便地拓展到复杂层合板壳结构以及智能材料层合板特征值灵敏度系数的求解问题中去。
全长粘结型树脂锚杆低频超声导波检测应用研究
崔江余, 孙雅欣, 何存富
2010, 27(03): 240-245.
摘要:
全长粘结型树脂锚杆是煤矿巷道支护工程中一种主要支护形式,对其进行锚固质量检测具有重要意义。该文将树脂锚杆简化为埋于无限大介质中柱状三层杆结构,并通过数值求解计算出相关频散曲线。分析了低频纵向超声导波L(0,1)在全长粘结型树脂锚杆的传播特性。研究表明:20kHz―100kHz范围内L(0,1)模态衰减相对较小,可用于实际工程检测;对于70kHz以下的L(0,1)模态,其在树脂锚杆中的传播速度明显慢于自由锚杆,70kHz―100kHz范围内的L(0,1)模态,在树脂锚杆中的传播速度接近于自由锚杆中的群速度。最后,制作了模型构件,在实验室检测中验证了以上观点,说明L(0,1)模态可以应用于全长粘结型树脂锚杆锚固质量检测。
列车致声屏障结构的空气脉动力研究
龙丽平, 赵丽滨, 刘立东
2010, 27(03): 246-250.
摘要:
随着道路建设的发展及建设绿色铁路的要求,声屏障作为一种有效的降噪措施将会得到很大程度的应用。高速列车在运行过程中所引起的空气脉动力是声屏障结构设计时必须考虑的一个重要因素。基于流体计算软件CFX,建立了列车、声屏障、空气以及地面等模型,对列车经过声屏障整个过程进行仿真,得到声屏障处的空气脉动压力曲线,计算结果与国外相关试验结果相吻合。该工作不仅研究了列车运行过程中的气动力特性,还对声屏障的结构设计提供了气动力载荷,从而指导结构设计。
移植隧道对股骨力学性能的影响
黄荣瑛, 许勇刚, 王田苗
2010, 27(03): 251-256.
摘要:
该文应用Mimics 8.1软件由膝关节螺旋CT数据重构3D股骨模型。基于该模型依据单束、双束韧带重建手术的要求,建立了膝关节正常股骨、含单移植、双移植隧道股骨的三种近似三维有限元模型。根据股骨在关节屈伸中承受载荷的性质提取压缩、弯曲和扭转三种作用力,分别加载到上述三种有限元股骨模型上,进行有限元仿真。该文提出截面应力比较法,从股骨截面应力云图中提取最大有效应力值与最大第一主应力值为指标来评定隧道对股骨承载性能的影响,通过对比分析表明:无论采用前交叉韧带重建的哪种方法,在正常压缩、弯曲和扭转的三种负载下,隧道对ACL重建后的截面应力分布状态影响不明显,对股骨最大有效应力值的影响较弱(应力变化量 5.06%),对股骨第一主应力值的影响也较小(变化量 6.85%)。总之,ACL重建移植隧道对股骨承载应力的影响较小。在临床手术中医生对股骨隧道的视点只需放在起止点的准确选取上。该文提出的截面应力比较法丰富了ACL重建术后的股骨力学性能评定的技术与方法。