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2010年  第27卷  第12期

基本方法
宽翼薄壁工字形曲梁剪滞效应的能量变分法
甘亚南, 赫中营, 戎 涛, 周广春
2010, 27(12): 1-007,.
摘要:
为了准确反映宽翼薄壁工字形曲梁上下翼板( )的剪滞变化幅度,分别对上下翼板设置了一个不同的剪滞纵向位移差函数 。该文以最小势能原理为基础,考虑弯曲和翘曲扭转的因素,引入剪力滞后和剪切变形效应的影响,建立了曲线工字形梁的控制微分方程和自然边界条件,获得了弯、扭、翘和剪滞效应相耦合的广义位移的闭合解,提出了一种对该类结构更加准确的力学分析方法。算例中,该文解析解与板壳有限元结果吻合较好,证明了该文方法的有效性。
大跨桥梁地震反应的频域精细传递矩阵法
孙建鹏, 李青宁
2010, 27(12): 8-013.
摘要:
地震反应分析是研究桥梁抗震能力,指导安全设计的重要手段。大跨度桥梁进行地震反应分析时,需要考虑多点输入影响已成为国内外共识。该文将传递矩阵法与精细积分法的指数矩阵运算相结合,建立了一种精细传递矩阵格式。与传统的传递矩阵法相比,其无需求解微分方程,仅按照迭代公式进行计算,就可得到所需要的传递矩阵。该方法公式简明,规律性强,理论上可实现任意高精度的要求。通过傅里叶变换,推导出了大跨桥梁在一致地震输入和多点地震输入下的频域精细传递矩阵,在频域内对大跨度桥梁进行了动力反应分析。算例表明精细传递矩阵法是正确、有效的。
大位移小转角空间曲梁的弹性力学方程
曾 森, 陈少峰, 曲 婷, 王焕定
2010, 27(12): 14-020.
摘要:
为了提高曲线结构的分析效率建立空间曲梁几何非线性单元,在分析和总结前人关于曲梁研究成果的基础上,该文就曲梁相关方程做了更具普遍性的分析,给出了数学上更严密的结果:在几何方程方面,在作者前期工作的基础上,按小转角原则对已有结果进行简化,以矩阵形式给出了该类曲梁的几何关系;在平衡方程方面,用微分几何的思想推导了真正意义上空间双向弯、扭的曲梁平衡微分方程,并分别以矢量和矩阵的形式给出相关结果;从加权余量法和变形功相等的原则出发,推导了以截面内力和位移表达的曲梁非线性虚功方程;最后,从广义Hooke本构关系出发,推导了截面内力和截面位移之间关系表达式,为下一步建立几何非线性曲梁单元进行了必要的准备。
多维多点地震激励下随机K8单层球面网壳的可靠度分析
柳春光, 李会军
2010, 27(12): 21-026,.
摘要:
大跨度空间钢结构的多维多点抗震分析已有不少研究,但针对其随机反应极值分布的研究甚少。传统的基于跨越理论的方法仅在简单的场合和很强的假定下才可得解析解;而扩散过程理论方法仅在单自由度体系等简单情形下才能使用,基于此,将近年来提出的概率密度演化法引入到多维多点激励下大跨度空间钢结构动力反应极值分布的计算中,该法构造了一个虚拟时间过程,建立概率密度演化方程并求解给出随机结构动力反应的极值分布,在安全域内积分即可给出结构动力可靠度。为验证其效率与精度,应用此法求得了多维多点地震激励下单层球面网壳结构的可靠度与极值分布,与随机模拟结果一致,因此引入的算法具有准确、高效和通用的特点。
具有外部扰动及不确定载荷参数双臂空间机器人的拟增广鲁棒与自适应混合控制
陈志勇, 陈 力
2010, 27(12): 27-033.
摘要:
研究载体位置与姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人系统的控制问题。为了保持系统控制方程关于惯性参数的线性性质,漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程被描述为欠驱动形式。对系统的动力学分析表明,基于增广变量法所得到的系统增广广义Jacobi矩阵亦可以表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数。在此基础上,针对系统既存在有外部扰动且两机械臂末端爪手所持载荷参数又具有不确定性的复杂情况,设计了漂浮基双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的拟增广鲁棒与自适应混合控制方案。与自适应控制方法相比,所提控制方案化大量积分运算为简单的加减乘除四则运算,因此大大减少了计算量,非常适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统的实时、在线应用。仿真运算证实了方法的有效性。
金属圆管增强夹芯柱屈曲分析
李 明, 吴林志, 关正西, 马 力, 熊 健
2010, 27(12): 34-039.
摘要:
金属圆管增强复合材料夹芯结构是一种新型的轻质多功能结构。考虑了横向剪切变形对临界载荷的影响,以实验方法测量出夹芯柱的横向剪切刚度,计算出临界屈曲载荷的理论值,并从实验上加以验证。利用有限元分析软件ABAQUS,模拟了夹芯柱宏观屈曲的形式,并与理论值和实验值进行了对比,结果吻合较好。采用数值模拟方法,研究了临界屈曲载荷与金属圆管排布方式之间关系。结果表明:金属圆管增强夹芯柱宏观屈曲主要以横向剪切屈曲为主;临界载荷值随着圆管在长度方向上的间距变小而增大;在圆管总重量和高度不变的情况下,临界载荷随着圆管半径和间距的变小而增大。研究结果对于在轴向压缩载荷下的金属圆管增强夹芯柱设计具有重要的指导意义。
滑移隔震支座的试验研究及力学模型
荣 强, 盛 严, 程文瀼
2010, 27(12): 40-045.
摘要:
通过滑移隔震支座的试验研究,探讨了静摩擦系数、动摩擦系数的变化趋势及滑动摩擦系数的影响因素,研究滑移隔震支座的恢复力特性。试验研究表明:静摩擦系数和动摩擦系数都与竖向压力的大小有关,随着竖向压力的增大而逐渐减小;滑动摩擦系数随滑动速度的增大而增大;滑动摩擦系数与频率有关,总的趋势是随着激励频率的增大,摩擦系数增大;滑移隔震支座加硅脂润滑后摩擦系数明显降低;高频激励下摩擦滑移隔震支座的恢复力模型宜采用理想弹塑性模型,低频激励下宜采用刚塑性模型。最后,指出已有摩擦力模型存在的缺陷,并根据试验结果建议了一个新的摩擦力模型,分析表明该模型与试验数据拟合较好。
基于有限元动网格技术的磁流变阻尼器瞬态阻尼力的数值计算
关新春, 郭鹏飞, 欧进萍
2010, 27(12): 46-050,.
摘要:
相对于参数模型和非参数模型,磁流变阻尼器的物理模型不需要通过实验数据进行参数识别,能够直接从物理实质上预测阻尼器的静态、动态性能,因而一直被用于磁流变阻尼器的设计和分析。为了简化问题,以往的物理模型往往都忽略了液体的惯性力。该文给出了一种简单、高效的建立可考虑液体惯性力的磁流变阻尼器瞬态有限元模型的方法。该方法的要点是:采用动网格技术来描述屈服前区厚度的发展,仅对屈服后区建立有限元模型,而把质量守恒方程和屈服前区的动力学方程作为模型的约束条件。该方法避开了在建立阻尼器瞬态有限元模型时,由粘度突变、屈服点位置依赖于阻尼力等带来的困难。与准静态模型的结果比较表明,该方法正确。结果还表明,磁场的响应是影响磁流变阻尼器瞬态阻尼力的关键,惯性力的影响很小。
三维单元劈裂法与压剪裂纹数值模拟
黄 恺, 张振南
2010, 27(12): 51-058.
摘要:
对材料裂纹扩展问题进行三维数值模拟对于实际工程具有重要意义。为了解决裂纹扩展模拟过程中网格重新划分问题,并有效地再现受压裂纹面之间的接触和摩擦效应,在二维单元劈裂法基础上进行拓展并推导了三维单元劈裂法。三维单元劈裂法利用四面体单元的几何性质,推导了三维劈裂单元刚度矩阵。通过该三维单元劈裂法,可以在原网格划分方案基础上直接对已有裂纹扩展问题进行模拟,而无需对原有网格划分进行调整,这为实际计算带来了很大的方便,提高了计算效率。数值模拟算例表明该方法是有效的。
弹性支承上边界转动约束矩形板屈曲分析
毛 佳, 江振宇, 陈广南, 张为华
2010, 27(12): 59-063,.
摘要:
随着工程结构的轻型化、薄壁化,薄板结构稳定问题越来越受到重视,针对不同条件下薄板屈曲问题开展了大量研究。弹性支承上的薄板屈曲、边界弹性转动约束的薄板屈曲和刚性支承上边界转动约束的薄板屈曲问题已有相关文献,关于非加载边弹性转动约束、弹性支承上薄板屈曲问题的研究尚不充分。该文研究了非加载边弹性转动约束、均匀受压弹性支承矩形薄板弹性屈曲问题。由Ritz能量变分法得到了临界载荷计算公式,应用有限元分析证实了理论解的适用性。得到了屈曲半波数与板的纵横比、边界转动约束系数及支承刚度之间的关系式,支承刚度增加使屈曲半波数和屈曲系数增大。
张拉结构找形的多坐标系力密度法
向新岸, 赵 阳, 董石麟
2010, 27(12): 64-071.
摘要:
传统力密度法建立于统一的整体坐标系下,无法解决具有复杂斜边界的张拉结构找形问题。该文借鉴有限元法的思想提出了多坐标系力密度法。首先依据边界约束条件为各节点建立局部坐标系,由力的矢量分解关系推导出单元力密度抗力系数矩阵,然后组合成整体力密度抗力系数矩阵。依据结构抗力和外荷载合力为零的力平衡关系,建立多坐标系下的力平衡方程组,并利用固定约束方向节点坐标恒定关系修正方程组,求解该方程组可获得具有复杂斜边界的张拉结构的初始平衡形态。该文还编制了多坐标系力密度法的Matlab程序,并通过3个算例证明了该方法的有效性和正确性。
基于子集模拟法的非线性结构动力可靠度计算
刘 佩, 姚谦峰
2010, 27(12): 72-076.
摘要:
子集模拟法是计算结构动力可靠度的新方法。该文在子集模拟法的基本思想上,适应性的选取子失效域的反应界限,合理的选取建议概率密度函数,应用修正的Metropolis算法产生计算条件失效概率时所需的随机变量样本,给出了所需样本的具体个数,并通过上述关键点总结给出了子集模拟法的具体计算步骤。最后应用子集模拟法首先计算了受平稳高斯白噪声作用的单自由度Duffing体系的失效概率,当确定落入失效域的样本时,需计算结构的非线性反应,该文采用迭代的数值逐步积分法进行计算;随后计算了受平稳高斯白噪声作用的采用三线型恢复力模型的三自由度结构的失效概率,结果表明:子集模拟法计算非线性结构动力可靠度时具有高效及高精度的特点,尤其适用于小失效概率的计算。
非平稳激励下结构随机振动时域分析法
苏 成, 徐 瑞
2010, 27(12): 77-083.
摘要:
根据线性动力系统输入与输出之间的线性关系特性,探讨非平稳随机激励下结构随机振动的时域求解方法。把结构动力方程写成状态方程形式,同时把非平稳随机激励向量离散为一系列时间截口随机向量。采用精细积分法对状态方程进行数值求解,可建立任意离散时刻结构响应关于时间截口随机向量的显式线性表达式。基于该显式表达式:一方面可以直接利用一阶矩和二阶矩的运算规律计算任意离散时刻结构响应的均值和方差;另一方面也可进一步实施蒙特卡罗数值模拟,这除了可以得到结构响应的均值和方差时程外,还可以得到结构非平稳随机响应的演化概率密度函数。所提出的方法对随机激励方式没有任何限制,适用面广,且具有计算精度高、计算效率大幅提高以及获得响应统计信息全面等优点。数值算例显示了该文方法的上述优点。
含双时滞振动主动控制系统超谐共振及亚谐共振分析
孙 清, 张 斌, 刘正伟, 伍晓红, 薛晓敏
2010, 27(12): 84-089.
摘要:
该文采用增量谐波平衡法求解含双时滞振动主动控制系统的超谐共振和亚谐共振响应。讨论了使系统发生亚谐共振的激励频率取值范围,分析了时滞、反馈控制增益、激励幅值、非线性项系数等系统参数对系统超谐共振和亚谐共振响应的影响规律。结果表明:各参数对系统的超谐共振和亚谐共振响应有显著影响,发生亚谐共振的外激励频率的实际取值范围,受到各系统参数的影响。
空间独立插值下的节点ICM拓扑优化方法
龙 凯, 左正兴
2010, 27(12): 90-095,.
摘要:
为了克服连续体结构拓扑优化中的数值不稳定性现象,在独立连续映射法中,采用节点拓扑变量描述单元的有无。单元内任意一点的弹性模量和单元体积建模基于空间独立的拓扑变量场,基于低阶单元形函数和改进过滤方式下的插值函数,得到了各类不同空间插值下的ICM法。通过二维拓扑优化数值算例比较了各类方法下的优化结果。结果表明,混合插值模式下的ICM法能得到较为理想的拓扑优化结果。
模糊分布参数情况下可靠性模型及其矩估计方法
吕媛波, 吕震宙, 唐樟春
2010, 27(12): 96-101.
摘要:
针对工程实际中由于信息量不足而难以准确确定基本随机变量分布参数的情况,采用模糊数来描述分布参数,建立了模糊分布参数情况下的可靠性特征值分析模型,并研究了模型的求解方法。首先采用通用数字模拟法对模型进行了求解,该方法的优点是概念简单易于实现,并且其结果随模拟样本的增加而收敛于真值,但该方法的效率很低。为提高模型求解的效率,基于已有的三点估计建立了模型求解的单重和双重矩估计方法。在给出了所建模型求解方法的实现过程后,通过数值算例、工程算例来说明模型的合理性以及所提求解方法的精度和效率。相对于通用数字模拟方法来说,单重矩方法和双重矩方法具有较高的效率,而且矩方法比较简单,计算过程中不需要迭代和求导,可以方便的应用于分布参数为模糊数时的可靠性模型的求解。
土木工程学科
钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计方法的研究
叶列平, 马千里, 缪志伟
2010, 27(12): 102-113. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2009.05.0320
摘要:
针对汶川地震中框架结构大多未能实现“强柱弱梁”的问题,结合国外几个代表性规范的有关规定和文献资料,对我国规范“强柱弱梁”设计方法存在的问题进行了分析,指出影响“强柱弱梁”的主要因素包括柱梁抗弯承载力比、梁端钢筋超配、现浇楼板和材料强度的离散性等。根据“强柱弱梁”机制的结构受力特点,采用合理简化结构模型,通过20条强震记录的弹塑性时程分析,对柱梁抗弯承载力比需求及其分布进行了分析研究,指出柱梁抗弯承载力比需求 随地震强度的增加而增大,并根据分析结果给出了不同抗震等级框架结构柱梁抗弯承载力比的设计建议。
梯形周期荷载作用下软基路堤的一维沉降研究
胡亚元
2010, 27(12): 114-118.
摘要:
采用能够同时考虑主次固结变形的Yin-Graham一维弹粘塑性模型,获得梯形周期荷载作用下软基路堤的长期总沉降和工后沉降计算公式。理论分析表明,经地基排水措施处理后,周期荷载作用下计算路堤的一维长期沉降时无需考虑流固耦合效应。计算公式表明,梯形周期荷载作用下路堤的长期沉降不但与初始有效应力和超固结比等应力状态和应力历史有关,而且与软土的物理参数如回弹指数、压缩指数和蠕变系数也有关。算例根据该文提供的长期总沉降公式预估了某工程路堤运行期结束时的总沉降量,确定路堤竣工时必须完成的临界沉降量,为确定公路路面铺筑时刻提供了沉降依据。
纤维自密实混凝土断裂能试验研究
罗素蓉, 李 豪
2010, 27(12): 119-123.
摘要:
通过14组56根带切口自密实混凝土梁三点弯曲试验,研究不同掺量的钢纤维、聚丙烯腈纤维、钢纤维与聚丙烯腈纤维组成的混杂纤维对自密实混凝土断裂能的影响规律。试验中制作了未掺纤维且强度相近的自密实混凝土伴随试件,用以对比并计算断裂能增益比。结果表明:钢纤维能显著提高自密实混凝土的断裂能,随着钢纤维掺量的增加,其断裂能呈线性增加;聚丙烯腈纤维有利于自密实混凝土断裂能的提高,但影响较小,且非线性增加;在钢纤维体积率不变情况下,聚丙烯腈纤维有利于混杂纤维自密实混凝土断裂能的提高,但也非线性增加。在分析试验结果的基础上,提出了以混凝土抗压强度、骨料最大粒径、纤维影响系数为主要因素的纤维自密实混凝土断裂能计算模型,经过对比表明,计算模型具有良好精度。
某体育馆钢屋盖高温和冷却受力性能分析
杨 帆, 钱稼茹, 张微敬, 赵作周
2010, 27(12): 124-129.
摘要:
某体育馆钢屋盖为采用预应力张拉空间桁架壳体大空间结构。该文通过有限元分析,研究该体育馆钢屋盖在局部高温作用及冷却过程的受力性能。结果表明:高温使部分结构构件屈服、产生塑性变形,冷却至室温后有较大的残余变形和残余应力;升温和冷却过程使部分支座受力较大或受到上拔力作用;中心区升温和冷却比角部升温和冷却的影响范围广,对于结构受力更加不利,中心区相对与角部更需要加强防火保护。
FRP-砖界面粘结-滑移计算模型
王全凤, 薛婷怡, 黄奕辉, 杨勇新, 徐玉野
2010, 27(12): 130-134,.
摘要:
近年来国内外对FRP加固砌体结构技术的应用和研究呈现出快速发展的趋势。FRP-砖的界面力学行为及剥离破坏是FRP加固砌体技术应用的关键基础问题,也是难点问题。该文主要进行了FRP-砖界面粘结性能有限元数值模拟,利用建立的计算模型成功模拟了加载端荷载-位移曲线、FRP-砖界面的滑移分布、粘结应力分布。分析了各影响因素对极限粘结荷载的影响,并与试验结果进行了对比。结果表明:吻合较好,该文采用FRP-砖界面粘结-滑移计算模型是可行的。
地震动方向随机性对结构动力反应的影响
李全旺, 樊健生, 聂建国
2010, 27(12): 135-140.
摘要:
实际的地震动在水平面上总是有两个方向,然而,关于双向地震动如何影响结构的动力反应以及只考虑单向作用是否足够,一直都是一个有争议的问题。该文首先分析了分歧存在的原因。在此基础上,主要研究了地震动方向的随机性对结构反应的影响,同时对结构反应的弹性阶段和塑性阶段分别进行分析。结果表明:考虑地震动方向的随机性,在弹性阶段,基底剪力比不考虑该因素时平均增大8%;在塑性阶段,考虑地震动方向的随机性及结构两个方向的受力性能耦合,比只考虑受力性能耦合的情况,地震位移反应平均增大12%,比单向地震作用下的简化2维模型位移反应(既不考虑方向随机性也不考虑受力性能耦合)平均增大15%。最后,通过统计分析,给出了保证95%设计安全性的结构反应增大系数。
考虑卸压孔卸荷作用的人工冻土冻胀特性研究
黄建华
2010, 27(12): 141-148.
摘要:
对于含水土层特殊地质条件下的基坑围护及地铁隧道等地下工程,冻结围护技术具有良好适应能力和突出技术优势,利用人工制冷使土中液相水冻结为固相冰,使含水土层冻结为人工冻土墙帷幕,提高含水土层强度和刚度以及止水隔渗性能,加固不稳定土层和隔绝地下水。但人工冻结围护在工程应用中,冻胀与变形对基坑围护支撑结构和周边环境影响甚大,冻胀力是支撑围护结构的主要荷载之一,而采用卸压孔(槽)的卸荷作用对冻胀的释放和变形的控制具有显著功效。通过对冻结围护工程冻胀性状有限元分析以及卸压孔对冻胀卸荷作用的探讨,结合试验监测成果验证,系统研究冻结围护工程中人工冻土的冻胀与变形及其卸荷作用下的力学性状特征,为人工冻土冻胀性态的认识以及今后冻结围护工程的推广应用提供理论基础。
钢筋混凝土变梁中节点的简化分析模型
邢国华, 刘伯权, 吴 涛, 姚显贵
2010, 27(12): 149-155.
摘要:
根据10个梁高不等钢筋混凝土框架中节点试件在低周反复荷载作用下的试验结果,重点分析了该类框架中节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,通过建立平衡方程、运动方程和物理方程对框架节点进行受力分析,建议了考虑梁高不等特性的中节点等效核心区的简化计算模型,并应用该模型对变梁中节点进行受力分析。研究结果表明:该文建议模型计算得到的剪应力与剪切变形的关系曲线与试验结果吻合较好。
注浆锚固裂隙砂岩破裂模式和裂纹扩展特征
杨圣奇, 渠 涛, 韩立军, 宗义江, 牛双建
2010, 27(12): 156-163.
摘要:
基于注浆锚固裂隙砂岩单轴压缩试验结果,研究了不同锚固作用下裂隙砂岩破裂模式,探讨了锚杆根数以及预应力对裂隙砂岩破裂特征的影响,分析了含两根锚杆裂隙砂岩变形破坏过程中裂纹萌生、扩展和演化规律。结果表明:随着锚杆根数增加,裂隙砂岩最终宏观破裂模式趋于复杂,对30°裂隙倾角而言,试样逐渐由拉伸破裂过渡到拉剪混合破裂模式;而对45°裂隙倾角而言,试样逐渐由剪切破裂过渡到拉剪混合破裂模式。预应力抑制了裂隙岩样中拉伸裂纹的扩展和延伸,使得呈现的裂纹数显著少于无预应力条件下试样的裂纹数。最后以典型锚固裂隙砂岩试样为例,分析了变形破坏全过程中裂纹扩展特征。注浆锚固裂隙砂岩具有显著渐近破裂特点。
钢筋混凝土梁-钢筋混凝土柱平面节点的耐火性能研究
王广勇, 韩林海, 余红霞
2010, 27(12): 164-173.
摘要:
该文建立了火灾下钢筋混凝土梁柱连接节点力学性能分析的有限元模型,计算结果与实验结果基本吻合。采用建立的模型分析了高温下钢筋混凝土平面节点应力分布规律;并在参数分析的基础上探讨了节点受火方式、柱荷载比、梁荷载比、梁纵筋配筋率对节点变形、破坏形式和耐火极限的影响规律。
任意形状埋置基础滑移振动复合集总参数模型
刘志久, 徐 建, 尚守平, 王贻荪
2010, 27(12): 174-178,.
摘要:
根据基础振动弹性半空间理论的最新发展成果推导出一个计算埋置基础滑移振动的复合集总参数模型。采用该模型对复杂形状的埋置块体基础在水平谐和扰力作用下的动力响应进行计算,并将振幅计算结果与采用弹性半空间理论所得到的埋置基础滑移振动刚度和阻尼系数公式(由大量试验、数值计算所证实)的振幅计算结果进行比较,结果表明:两者结果吻合,振幅误差为22.9%。利用该模型可以容易地计算在水平扰力作用下任意频率、任意泊松比和任意形状(不包括环型)的均质半空间上块体埋置基础的动力响应。
多跨连续钢筋混凝土刚架拱桥的抗震分析
李法雄, 聂建国, 樊健生
2010, 27(12): 179-185.
摘要:
以汶川大地震中倒塌的某钢筋混凝土刚架拱桥为例,采用杆端塑性铰模型、反应谱分析、弹性时程分析和动力弹塑性分析方法对其进行地震响应分析。根据两阶段抗震设计思想,确定表达两阶段水平的反应谱,选择了3组具有3个方向完整记录的地震地面加速度时程历史和1条人工地震波。研究结果表明:多跨连续钢筋混凝土刚架拱桥结构复杂,振型频率密集,振型参与质量分布离散;考虑桩-土-结构共同作用后,刚架拱桥在地震作用下结构内力和截面塑性转角增加;基础的非对称水平位移改变了结构的振动特性,显著增加基础水平抗推刚度较弱一侧主(次)拱腿的地震力和塑性变形,加剧了地震破坏作用。研究结论为多跨连续钢筋混凝土刚架拱桥抗震性能评估提供参考依据。
HDPE土工膜与无纺土工布界面剪切性能试验研究
肖朝昀, 涂 帆
2010, 27(12): 186-191.
摘要:
该文采用大尺寸直剪仪,研究填埋场复合衬垫系统中,HDPE光面和糙面土工膜(GMs),在干燥、潮湿状态下与无纺土工布(GTs)界面剪切性能。试验结果表明,光面土工膜在较小的剪切位移即出现峰值强度,而糙面土工膜需要较大剪切位移才能出现峰值强度。不管是光面土工膜,还是糙面土工膜,与无纺土工布界面均具有明显的应变软化特性。糙面土工膜界面剪切强度比光面土工膜高,同一种界面,在潮湿状态下,由于吸力的存在,界面剪切强度比干燥状态下高。通过对界面剪切强度进行线性拟合,得出剪切强度参数,提出填埋场稳定性分析中,如果界面处于潮湿状态下,粘聚力可忽略不计。
其他工程学科
基于4D施工安全信息模型的建筑施工支撑体系安全分析方法
胡振中, 张建平, 张旭磊
2010, 27(12): 192-200.
摘要:
建筑施工支撑系统倒塌在我国建筑工程施工安全事故中占很大比例,使施工支撑体系安全分析的研究得到广泛重视。该文通过研究现有的支撑体系安全分析方法,针对其三维建模和对施工期连续时变特性描述和分析等方面存在的不足,引入4D(4-Dimensional,四维)技术和BIM(Building Information Model,建筑信息模型),通过建立4D施工安全信息模型,将支撑体系与施工过程信息动态地链接起来,能快速建立支撑体系的3D模型,并自动生成随进度变化的支撑体系安全分析模型,从而简化支撑体系的力学分析过程,提高了计算精度和效率,为支撑体系的分析计算提供了新的途径和方法。该文还通过一个应用实例,验证了将4D施工安全信息模型应用于施工期支撑体系安全分析的可行性。
适用于气动弹性的气动力自适应辨识方法
刘晓燕, 杨 超, 吴志刚
2010, 27(12): 201-205.
摘要:
非定常气动力降阶模型可代替计算流体力学求解器用于气动弹性分析。通常多数降阶模型对于参数变化缺乏鲁棒性,此时需要重新构建模型以适应新参数条件,这样的计算消耗也是相当可观的。该文基于Volterra理论研究了适用于气动弹性的非定常气动力自适应辨识方法。利用Haar尺度函数从系统的输入/输出数据中提取出Volterra核,该核展开为级数形式,各项展开系数可表达为单一变参的函数,那么新参数对应的降阶模型就能通过插值方式获得。算例选取了一个二维的NACA64a010翼型,数值结果表明在结构作微幅振动时,该降阶模型适应了参数变化,能够比较准确地预测系统的非定常气动力响应。
混凝土安全壳的LOCA温度场分布与温度内力分析
吴 畅, 孟少平, 周 臻
2010, 27(12): 206-212.
摘要:
在混凝土安全壳的结构设计中,LOCA事故下的温度效应是不容忽视的问题。由于其温度变化具有较强的瞬时特征,温度场在壳壁内的分布也具有显著的不均匀性,导致其内力计算较为复杂。而我国现行的安全壳设计规范并没有对LOCA温度效应的计算与设计提出具体的方法。该文基于传热学分析方法计算得到了LOCA事故下不同时刻安全壳壳壁内的温度场分布,可作为安全壳进行温度内力分析的基础;基于弹性力学理论,忽略结构底端的约束效应,提出了安全壳结构在LOCA温度作用下的内力简化分析方法;采用有限元软件ANSYS对安全壳结构在LOCA各时刻温度场作用下的应力、位移、内力等进行了详细分析,并与理论分析结果进行了比较,结果表明两者在一定范围内吻合得较好。
高速钝头弹侵彻中厚金属靶板的机理研究
王晓强, 朱 锡
2010, 27(12): 213-218,.
摘要:
根据侵彻过程中的不同受力状态,将高速钝头弹对中厚金属靶板的侵彻过程划分为简单压缩阶段、压缩剪切阶段和绝热剪切阶段,每个侵彻阶段都呈现出不同的吸能模式。基于三阶段侵彻机理,建立了钝头弹侵彻中厚金属靶板的弹道极限和剩余速度计算模型;利用侵彻模型计算了3.3g立方体和9.7g圆柱体侵彻4mm、6mm和10mm船用钢的剩余速度,计算值与试验值有较好的吻合。三阶段侵彻模型考虑了试验中出现的发热、发光等现象的吸能,并对金属靶板的抗弹能力和钝头弹的侵彻能力进行了预测,可以降低试验成本,具有一定的理论价值和工程应用价值。
端部约束对钻柱正弦屈曲的影响
姜丽红, 谈梅兰
2010, 27(12): 219-223.
摘要:
为了保证能量泛函驻立值与平衡微分方程本征值间的一致性,基于平衡微分方程及自然边界条件,构建了受径向约束杆柱的DQ(Differential Quadrature)单元。对于受圆形管柱约束的一段杆柱,分析了九种不同端部约束条件下的正弦屈曲载荷,与现有文献中的解析解和实验结果比较表明,该文的模型及分析方法是合理的。对斜直井内的一段钻柱,通过数值分析,考察了井斜角和端部约束等因素对钻柱正弦屈曲的影响。同时,与有限元结果比较证实,分析斜直井内钻柱屈曲的DQ单元精度高,可靠性强。给出了一些有工程参考意义的结论。
基于有限元的一种新型螺母的防松机理研究
杨广雪, 谢基龙, 谢云叶
2010, 27(12): 224-228,.
摘要:
利用有限元软件ABAQUS,建立一种新型防松螺母和标准螺母的三维有限元模型,并分别与标准螺栓装配。首先分析在循环横向载荷作用下,锁紧后的标准螺母螺栓预紧力和啮合螺纹间微滑移的变化趋势;随后比较了相同初始预紧力条件下,新型防松螺母和标准螺母承受一定的循环横向载荷时剩余预紧力和啮合螺纹微滑移。结果表明,循环横向载荷下,预紧力的降低和啮合螺纹间的微滑移是螺栓联结松动的主要原因;初始预紧力对剩余预紧力百分比和微滑移有较大影响,在允许条件下应尽量增大预紧力;同时,该防松螺母具有较好的抵抗自松动的能力,这与试验结果吻合较好。最后研究了防松螺母的防松机理以及工作时产生的附加弯矩随预紧力的变化趋势。
拉索风雨激振机理及减振措施的研究
毕继红, 王青太, 尹元彪
2010, 27(12): 229-237.
摘要:
该文在已有理论的基础上,提出了一种新的拉索风雨激振的理论解释,并针对拉索的风雨激振提出了一种新型的减振装置——限位装置。运用解析法和数值法模拟了拉索的风雨激振现象,所得结果与以往研究者得到的解析结果及试验现象相一致。在此基础上,运用有限元方法模拟了限位装置,研究了其对拉索风雨激振的抑制作用。从能量原理和致振机理两个角度,阐明了限位装置的减振机理。讨论了间隙和限位位置对减振效果的影响。结果表明:斜拉索发生风雨激振时,可以将风雨对拉索的作用简化为上水线绕拉索周向振动时,作用在拉索上的离心力,以此解释风雨激振的机理;限位装置能显著减小拉索风雨激振的振幅;限位装置减振机理明确,能够从根本上抑制风雨激振的发生;减小间隙或将限位位置向拉索中间靠拢,会使减振效果更加明显。
螺旋桨尾流动态结构实验研究
李广年, 张 军, 洪方文
2010, 27(12): 238-243.
摘要:
利用2D-PIV(Particle Image Velocimetry)技术在空泡水筒中对均匀来流下螺旋桨尾流场进行了测试。分析了尾流场中轴向、径向速度分布规律。计算了尾流中轴向平均诱导速度,利用提取到的涡心坐标计算得到了梢涡涡线螺距角,分析了诱导速度、梢涡涡线螺距角在尾流中的分布、演化规律。最后利用连续随机分布的若干流场速度子样,分别对尾流场的轴向、径向湍流度做了探索性分析,得到了尾流中湍流分布特征及该特征随螺旋桨载荷的变化。试验结果与理论分析吻合,分析数据为螺旋桨的设计以及性能预报提供了参考。
基于频率和振型摄动的结构损伤识别方法研究
陈 淮, 何 伟, 王 博, 李静斌
2010, 27(12): 244-249.
摘要:
根据矩阵摄动理论,将结构的质量矩阵和刚度矩阵表示为单元损伤参数的函数,提出了根据频率和振型摄动进行结构损伤识别的方法。首先根据结构损伤前后振型变化建立损伤初定方程和损伤确定方程,利用振型摄动求解单元损伤参数,当两次求解得到的同一单元损伤程度基本一致时,可判定该单元损伤;再将损伤识别结果代入基于频率变化的损伤校核方程,用于检验识别结果的准确性。该方法建立的损伤识别方程为超静定方程,可以保证识别结果的唯一性,避免出现“伪损伤”现象。数值算例表明,即使结构出现损伤程度较小的多个单元损伤,只需测试其一阶振型,也可识别。此外,当结构损伤程度较小时,只需采用一阶摄动方程;当结构损伤程度较大时,可采用二阶摄动方程,以提高识别结果的精度。
铁道客车车体弹性振动减振研究
黄彩虹, 曾 京, 邬平波, 罗 仁
2010, 27(12): 250-256.
摘要:
铁道客车高速化和轻量化导致车体产生了严重的垂向弹性振动。为了研究弹性振动的减振方法,在将车体考虑成两端自由等截面欧拉梁的基础上,建立了铁道客车刚柔耦合垂向动力学简化模型。计算了系统各部件的固有模态,并确定了车体弹性振动的计算阶数。进行车体弹性振动幅频特性分析,给出了车辆系统悬挂参数和车体结构参数对弹性振动的影响。提出采用粘弹性约束阻尼层来减小车体的弹性振动。仿真结果表明:弹性车体模型的振动大于刚性车体;车体一阶弯曲振动对弹性振动的贡献最大;为了减小车体的弹性振动,车体垂向弯曲自振频率应该足够大于 倍构架浮沉自振频率,但应小于构架结构振动自振频率。应采用适当的一系、二系垂向阻尼和提高车体结构阻尼来衰减车体弹性振动。约束阻尼处理能够提高车体结构的损耗因子,可以明显地衰减车体弹性振动。