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2010年  第27卷  第2期

基本方法
混合应用三类四边形面积坐标构造八结点四边形膜元
王 丽, 龙志飞, 龙驭球
2010, 27(2): 1-006.
摘要:
三类四边形面积坐标已先后提出。如果对三类面积坐标加以混合应用,这将使构造四边形单元的工作更加灵活多样,具有更加广阔的优选空间。该文混合应用三类四边形面积坐标构造一个8结点四边形膜元。新单元具有如下优点:1) 新单元具有优异性能,特别是对网格畸变不敏感,优于8结点等参元,显示出三类四边形面积坐标的共同优点;2) 新单元的推导过程和主要列式都非常简洁。这是由于巧妙地混合应用三类面积坐标并进行优选而取得的结果。
具有中等组分不同网状结构功能梯度构件的三维动力特性分析
程红梅, 曹志远
2010, 27(2): 7-011,.
摘要:
功能梯度材料具有复杂的细部结构,其内部构造远比匀质材料复杂,因此其构件动力分析很难求得其解析解。该文建议一种新颖的功能梯度构件动力分析的细观元法。细观力学研究的目的在于建立材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系,它可揭示不同的材料组合具有不同的宏观性能的内在机制。此法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,而计算单元与自由度又等同一般常规有限元,却使得组成功能梯度材料构件的各种材料细观构造得到反映。通过细观元技术,对具有中等组分不同网状结构功能梯度构件进行三维动力特性分析,并给出其三维固有频率及振型的三维分布,特别是给出了不同网格结构功能梯度板件应力振型的平面等值线图差异。结果表明:不同细观网格结构对功能梯度材料结构三维动力响应有较明显影响。
离散高阶Higdon-like透射边界
王 翔, 宋崇民, 金 峰
2010, 27(2): 12-018.
摘要:
基于比例边界有限元法(SBFEM)半离散思想和Higdon透射微分算子提出了一种用于模拟二维层状介质标量波传播的高效离散高阶Higdon-like透射边界。对无限介质边界进行迦辽金有限元离散后,描述标量波的偏微分方程转换为局部坐标系下半离散矩阵方程组;然后使用高阶Higdon透射算子和辅助变量,在时域内得到了一个阶数不超过2阶的离散高阶透射边界。透射边界是由一组常微分方程构成,可以采用通常的时步积分方法求解,它在截断边界上非局部,在时间域局部。算例表明:该文提出的透射边界的计算精度可以随着辅助变量的增加而提高,但计算量却呈线性化增加,因而计算效率较全局方法有了显著提高。另外,由于该文的边界条件是直接建立在离散节点上的,所以它很方便与近场有限单元法耦合。
岩石和水耦合参数在破裂过程中的演化规律
卢应发, 孙 慧, 陈高峰, 张红琼
2010, 27(2): 19-029.
摘要:
该文在理论研究的基础上,建立了岩石与水相互作用的力学模型和耦合参数的表述形式,证明了Biot系数取值范围为大于孔隙率而小于1,通过岩石在不同偏应力状态下的注水试验、不排水试验、在不排水条件下水压力加载和卸载试验、在不排水条件下的比例加载试验等,提出了以不排水试验方法确定比例极限点的观点,证明了岩石在破裂过程中其耦合力学参数是逐步演化的,水压力致使岩石峰值强度下降、变形增加。试验显示Skempton系数分散性较大,在注水和不排水试验条件下,水压力的作用机理也不尽相同;Biot系数在轴向和径向具有不同的演化规律等观点。这种研究对石油开采及高放废物处置等研究具有重要意义。
压电/压磁双材料板中弹性波的传播特性
聂国权, 刘金喜, 安子军
2010, 27(2): 30-036.
摘要:
研究由横观各向同性压电和压磁层构成的双材料板中弹性波的传播特性。板的表面是机械自由的,而承受4种形式的电磁边界条件,压电层和压磁层之间是完好连接的。首先采用部分波分析法推导了压电和压磁耦合方程的一般解,然后利用边界和界面条件得到了行列式形式的频散方程。基于推导的频散方程,通过计算CoFe2O4压磁层与BaTiO3、PZT-5A、PZT-2和PZT-4四种压电层构成的双材料板中弹性波的传播速度,揭示了电磁边界条件、压电层和压磁层的厚度比及压电材料性能对频散特性的影响。
一种新的疲劳损伤演化模型
郑战光, 蔡敢为, 李兆军
2010, 27(2): 37-040.
摘要:
考虑到金属构件的疲劳损伤主要属于机械损伤,则造成损伤的外因主要是应力幅,而导致损伤的内因是材料本身的性质。基于损伤力学基础理论推导的一般损伤演化方程,并结合断裂力学中经典的帕里斯公式,以有效当量应力幅和材料损伤的特性参数为控制变量得到了一种新的疲劳损伤演化模型,并以12Cr1MoV钢为例进行了实验分析。结果表明:新模型形式简单、参数少,且比Lemaitre模型与实验结果符合得更好。
基于特征线分离算法的大涡模拟
梁开洪, 曹树良, 陈 炎, 祝宝山
2010, 27(2): 41-048.
摘要:
将基于特征线的分离算法与大涡模拟相结合,推导了不可压流大涡模拟有限元离散方程组,并将该方法应用于三维流场的层流及湍流非定常计算。将不同雷诺数下的三维顶盖驱动空腔流动计算结果与实验数据以及直接数据模拟结果进行对比,吻合较好,验证了方法的可靠性和准确性。
区间参数杆系结构非概率可靠性指标的改进仿射算法
朱增青, 陈建军, 宋宗凤, 林立广
2010, 27(2): 49-053,.
摘要:
将杆系结构中的不确定性参数用区间数表示,建立结构的非概率可靠性指标求解方程。将矩阵形式的仿射算术和递归导数信息结合,提出了改进的二元区间多项式矩阵形式的仿射上下界公式。给出了有界不确定性变量的仿射型和区间形式的相互转化,将有界不确定性变量的仿射型及结合导数信息的矩阵形式的仿射运算引入到杆系结构基于区间模型的非概率可靠性指标计算中。分别以某外伸梁和十杆桁架结构为例对该方法的可行性和有效性进行了验证。
无应力奇异性条件下的界面应力集中问题研究
吴志学
2010, 27(2): 54-058.
摘要:
应用有限元分析技术,对无应力奇异性条件下的双材料粘接接头的应力集中问题进行了数值研究。首先,根据特征方程分析求解出消除接头界面端和界面角奇异应力场的材料组合和几何条件;据此提出了几种无应力奇异性影响并且为宏观等截面的双材料粘接接头几何模型。然后在轴对称假设条件下,对上述模型理想粘接界面上的应力分布进行了分析,着重讨论了材料组合和界面几何形状对这些应力大小的影响。结果表明:由于材料性能错配,界面上的应力集中现象不可避免,其大小依赖于材料组合和界面几何形状。这些分析结果对于指导界面几何形状优化设计,最终提高界面强度具有一定的参考价值。
弹性圆柱壳液耦合系统内旋转重力波的近似解析解
刘习军, 刘国英, 王 霞, 郭季平
2010, 27(2): 59-064,.
摘要:
应用流体力学和弹性力学知识,建立了弹性圆柱壳液耦合系统的非线性振动方程,利用平均法,得到了4个自由度的非线性振动方程组的一次近似解析解,求出了低频大幅旋转重力波幅值随激振力频率和幅值的变化关系曲线,分析了系统非线性振动过程的动力特性,从理论上进一步解释了壳液耦合系统在受高频激励下产生低频大幅旋转重力波的条件与原因,近似解析解与数值解和实验现象基本吻合。
流体力学中SPH算法张力不稳定性研究
张嘉钟, 郑 俊, 于开平, 魏英杰
2010, 27(2): 65-072.
摘要:
将光滑粒子流体动力学(SPH)算法写成矩阵形式后,分别利用小量摄动和线性化来研究其张力不稳定性,并由前者得知SPH全离散格式误差扩散主要由常规误差扩散和误差相位扭曲构成,由后者得到了误差变化的线性关系和系统矩阵,且都可得到相同于Swegle的张力不稳定性充分条件。忽略连续性方程和本构方程的影响,得到系统矩阵的特征方程,并得到能近似表征张力不稳定性存在的矩阵。求解相邻三个粒子的系统的表征矩阵的特征值,发现它们因误差相位差异而存在鞍点、中心点、焦点三种情况。在波数 下,得到了特征值满足误差稳定时初始光滑长度的合理取值;并指出了光滑长度更新与准不可压缩理论中人工声速选取与算法稳定性的关系。并通过该关系计算得到了Monaghan与Morris分别在利用准不可压缩理论模拟不可压缩流动时,为保证计算稳定而提出的密度变化率大小的经验值。
土木工程学科
切向荷载下弹塑性材料的微观位移特性
何思明, 吴 永, 沈 均
2010, 27(2): 73-077.
摘要:
Fujimoto (2000)研究了受切向荷载作用的微凸体在完全弹性接触或完全塑性接触条件下的微观位移特性。而实际大多数微凸体在法向荷载作用下,因材料的弹塑性性质导致其接触是很难达到完全弹性接触或完全塑性状态的。因此,如何解决切向荷载作用下处于弹塑性接触状态的微凸体的微观位移特性就显得非常重要。作者以Fujimoto模型为基础,结合Cattaneo和Mindlin理论,研究了切向荷载作用下处于弹塑性接触状态微凸体的摩擦力-微观位移关系,并给出了一个计算实例,显示该文理论模型的合理性。
钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁弯曲性能影响的几何参数分析
张秀芳, 徐世烺
2010, 27(2): 78-083,.
摘要:
具有超高韧性新型随机PVA短纤维增强的水泥基复合材料(UHTCC)代替传统的具有准脆性应力软化特征的混凝土或纤维混凝土材料制作的钢筋(RUHTCC)受弯梁,可提高承载力,改善构件的延性,并具有良好的损伤演变能力,被认为是一种抗震性能较好的新型构件形式。除了配筋率和UHTCC拉压材料性能外,截面几何尺寸是影响其弯曲性能的一个重要因素。基于受弯理论分析和试验验证,采用该理论公式对截面几何尺寸(截面高度、宽度以及面积)的影响规律进行了系列分析。结果发现:对承载力,梁高度比宽度影响明显,而对承载力提高幅度和变形而言,随梁高的增加而减小,梁宽没有影响;对裂缝控制来说,只要梁下边缘的极限拉应变小于UHTCC材料的极限拉应变,截面尺寸的变化几乎不影响裂缝宽度的大小。并进一步针对RUHTCC梁的受弯设计提出了一些设计建议。
火灾后钢筋混凝土柱的剩余承载力研究
徐玉野, 王全凤
2010, 27(2): 84-089.
摘要:
对ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的剩余承载性能及方形柱剩余承载力的实用计算方法进行了研究。结合高温后混凝土和钢筋的本构模型及虚梁法,建立了火灾作用后钢筋混凝土柱剩余承载力的数值分析模型,并编制了相应的程序CAFIRE,程序考虑了轴力的二阶效应。利用程序分析了相关参数对标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的影响规律。针对不同受火时间、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等情况,共进行了2700种工况下钢筋混凝土方形柱剩余承载力分析。在计算结果的基础上,定量给出了标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的实用计算方法。最后利用程序比较了不同受火时间后相同横截面面积、相同配筋率、不同截面形状混凝土柱的剩余承载力。
基于统一强度理论的生态复合墙体等效斜压杆宽度计算
陈国新, 黄 炜, 姚谦峰, 俞茂宏, 侯莉娜, 田英侠
2010, 27(2): 90-095.
摘要:
结合前期框格和复合墙体的试验研究结果,分析生态填充砌块与框格的受力特性;采用考虑中间主应力2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导简化计算模型中等效斜压杆的宽度表达式,并与试验值进行对比,验证理论计算结果的精确性。此表达式可为复合墙体中填充不同生态块材计算等效宽度提供统一解;有限元数值结果和试验值吻合较好。该模型可用来分析生态复合墙体的动力反应特性。
膨胀岩力学性质试验与巷道支护参数的预测研究
李国富, 李 珠, 戴铁丁
2010, 27(2): 96-101.
摘要:
试验研究膨胀岩的物化和力学性质,建立力学模型,分析预测巷道的力学行为是研究的主要目的。首先建立了膨胀岩的分析试验模型,对膨胀岩的物化和力学性质进行了试验,总结出深度与密度、孔隙比、吸水率与膨胀率、膨胀力、强度、弹性模量的关系;其次建立了膨胀岩的力学模型,通过理论模型与工程模型的耦合分析,提出了巷道底臌、应变及支护应力的预测计算方法;最后通过工程试验的分析对比,验证了理论计算和工程实测具有较高的拟合性。研究成果为同类或相近条件下膨胀岩巷道支护参数的预测计算提供了依据。
半刚接钢框架(柱弱轴)——内填剪力墙结构塑性机构分析
方有珍, 蔡益燕, 顾 强, 何若全
2010, 27(2): 102-107,.
摘要:
该文基于现有的SRCW结构体系的研究成果,结合半刚接钢框架(柱弱轴)-内填剪力墙结构滞回性能试验研究的试件破坏模式,建立了相应的塑性破坏机构。根据能量原理,采用迭代方法进行结构极限承载力计算,与试验实测对比分析。结果表明:计算结果与试件测试结果基本吻合,验证了该文塑性机构的合理性。
紊流中大跨桥梁的扭转发散特性
张志田, 陈政清, 葛耀君, 华旭刚, 陈立方
2010, 27(2): 108-116.
摘要:
大跨度缆索承重桥梁的静风失稳,特别是导致桥梁突然破坏的扭转发散是桥梁工程师在设计阶段十分关注的问题,静风稳定性分析的传统方法是考虑均匀流静风荷载,采用静力有限元迭代法来求解。然而,自然界大气边界层中的气流总是紊流而非均匀流,而紊流对扭转发散的影响却需要深入的研究。为考虑紊流的影响,该文采用动力有限元方法在时域范围内分析桥梁的静风稳定性,并提出相应的风荷载表达式。应用该文提出的方法对目前国内最大跨度桥梁的静风稳定性进行了分析。数值分析结果表明:桥梁的扭转发散特性在均匀流与紊流场下的差异很大。这种差异主要表现在结构的发散形式不一样,在均匀流中加劲梁扭转发散表现为突变扭转位移而在紊流场中则表现为有巨大扭转峰值的随机振动;此外,扭转发散的临界风速也有所差异,紊流明显地降低了扭转发散临界风速。参数分析表明:紊流强度与脉动风场空间相关性也对桥梁的静风稳定性能有着重要的影响。
形状记忆合金混凝土梁力学性能试验研究
崔 迪, 李宏男, 宋钢兵
2010, 27(2): 117-123.
摘要:
将超弹性形状记忆合金(简称SMA)绞线作为主筋埋入到混凝土梁中,制成SMA混凝土梁。采用跨中单点加载试验对其进行力学性能测试,并利用同尺寸、同配筋率的钢筋混凝土梁作为参照,比较了各试验梁的承载力、残余变形和残余裂缝,分析了SMA的预应力及SMA与混凝土的粘结情况对试验梁力学性能的影响。结果表明,超弹性SMA绞线可以减小混凝土梁的残余变形和残余裂缝,提高混凝土梁的自修复能力。与普通钢筋混凝土梁相比,开裂后SMA混凝土梁的承载力增加的幅度更大,且粘结情况对梁的承载力有较大的影响。此外,对于无粘结SMA混凝土梁,对SMA绞线施加预应力可以提高混凝土梁的承载力和耗能能力。
钢管钢骨高强混凝土偏心受压承载力试验研究
王连广, 刘 晓, 常 江
2010, 27(2): 124-129.
摘要:
试验共对8根钢管钢骨高强混凝土偏心受压组合柱进行了测试,研究了不同参数情况下,组合柱承载力性能变化,研究结果表明:承载力随着偏心距增大而减小,且对极限值影响很大;承载力随着长细比的增加而减小,并呈现非线性,降低幅度逐渐增大;组合柱侧向挠度随着长细比增加而增加,在80%极限荷载左右开始变化明显,基本符合正弦半波曲线;内部钢骨和外部钢管对混凝土形成双重紧箍力,明显提高核心混凝土的抗压强度,且抗压强度的提高幅度与内部钢骨的布置形式有直接关系;在试验和理论研究的基础上,建立组合柱的偏压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。
钢筋混凝土框架-联肢剪力墙结构的地震能量分布研究
缪志伟, 叶列平
2010, 27(2): 130-141.
摘要:
基于能量抗震设计需解决的一个重要问题是确定结构累积滞回耗能的分布。该文通过两个具有不同跨高比连梁的钢筋混凝土框架-联肢剪力墙结构,选用一定数量的地震波进行弹塑性动力时程分析,研究了框架-联肢剪力墙结构在地震作用下的累积滞回耗能分配和分布规律。分析研究结果表明:当连梁跨高比合适,可以实现强墙弱(连)梁的屈服模式,连梁可以承担绝大部分耗能,框架梁也可以承担部分耗能,从而降低墙肢的耗能比例,减轻墙肢损伤程度。同时,不同频谱特性地震波虽然不会影响结构中各构件的耗能比例分配,但是会影响各构件的耗能分布模式,因此在确定各构件的层耗能需求时,需要考虑不同耗能分布模式的影响。
砌体墙体积变化应力分析与伸缩缝间距
梁建国, 程少辉, 刘 鑫
2010, 27(2): 142-148.
摘要:
非烧结砖砌体结构房屋通常在底层窗台出现竖向裂缝,这类裂缝一般认为是由于砌体体积收缩受到地基或基础的约束引起。为了探索这类裂缝的开裂机理,采用应力函数法推导了砌体体积变化作用下墙体的平面应力问题的弹性力学解答,提出了地基或基础对墙体水平变形约束作用的基本假定,在此假定和墙体的边界条件基础上,得到了较为简便的墙体体积变化的应力分析方法。通过分析得出了在地基约束下墙体的应力分布规律,研究了影响墙体最大水平拉应力和墙体最大伸缩缝间距的主要因素,并将研究结果与我国现行规范进行了比较分析。
基于现场试验的超长桩端阻力承载性状研究
蒋建平, 章杨松, 高广运
2010, 27(2): 149-160.
摘要:
为弄清大直径超长桩端阻力承载特性,基于15个场地中共32根桩的现场试验资料,采用作图法、归一化处理法、数学模型拟合法研究了大直径超长桩端阻力随桩端沉降的发挥性状。发现,桩端阻力随桩端沉降的变化主要有3种类型,即类型一(近似直线增加型)、类型二(转折点后增幅大为变缓的双折线增加型)、类型三(转折点后增幅几乎为0的双折线增加型),3种类型代表着大直径超长桩的破坏型式大致分为类型三代表的桩端刺入破坏和类型一、类型二代表的桩端整体剪切或局部剪切破坏;玻耳兹曼数学模型拟合桩端阻力-桩端沉降归一化曲线的效果好,相关系数R2达0.95以上;桩端阻力达到极限状态时的桩端沉降值至少在0.444d―123.433d之间,显示超长桩端阻力极限状态时的桩端沉降基本上无定值,但大部分在1.00mm―40.00mm之间;注浆后的端阻力为注浆前的2.5倍以上。结果表明,超长桩的端阻力不能被忽略,应加强研究,应充分利用它。
钻环法测量水泥路面表面残余应力的初步研究
李新凯, 马松林, 侯相深
2010, 27(2): 161-165.
摘要:
水泥混凝土在强度形成过程中,温度、湿度变化以及水化反应等因素将引起水泥砂浆体积变化,当体积变化受到约束时,水泥混凝土内将产生残余应力,导致水泥混凝土内部出现微裂缝。国内外进行了大量收缩变形等因素引起的水泥混凝土内部应力变化的研究,但尚需要验证。该文将从“反”方向对水泥混凝土内的残余应力进行研究,即如何测量得到水泥混凝土表面的残余应力。根据金属工程中应用较为广泛的钻孔法测量表面残余应力技术,考虑水泥混凝土主要由水泥石和石料组成,尺寸差别较大,提出利用钻环法对水泥混凝土表面残余应力进行测量的可行性。2007年美国联邦航空管理局(FAA)的机场道面实验室,进行了钻环法测量水泥混凝土表面残余应力的初步试验,该文将建立有限元模型,对存在初始应力的板进行钻环模拟,通过与封闭解的对比,验证有限元模型的准确性,通过与FAA的试验结果进行对比分析,验证了钻环法测量水泥混凝土表面残余应力的可行性。
小尺寸混凝土试件双K断裂参数试验研究
李晓东, 董 伟, 吴智敏, 常凊睿
2010, 27(2): 166-171,.
摘要:
采用最大尺寸为680mm×160mm×40mm的标准三点弯曲梁试件,利用在初始裂缝两侧粘贴电阻应变片并利用混凝土裂缝扩展到此处时其应变回缩的方法测得了起裂荷载Pini,在此基础上根据Pini及初始缝长a0得到了起裂断裂韧度 ;根据在试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODC计算了混凝土等效裂缝长度aC,据此计算了失稳断裂韧度 。结果表明:采用电阻应变片法可准确测定混凝土的起裂荷载Pini,且方法简单。试验结果还表明:在本试验范围内,三点弯曲梁法测得的混凝土双K断裂参数 、 与试件高度无关,进一步说明了混凝土双K断裂参数可以作为描述混凝土裂缝扩展的断裂参数。

特大型桥梁桩基完全非平稳随机地震反应分析
王志华, 陈国兴, 胡庆兴
2010, 27(2): 172-177.
摘要:
考虑地震动的随机性及频率和强度非平稳性,利用作者所提出的基于强度和能量控制的随机地震动模型,建立了非平稳随机地震反应分析方法。以某特大型桥梁群桩基础为研究对象,将群桩-土-桥墩结构体系作为一个整体进行了特大型桥梁桩基非平稳随机地震反应分析。首先,基于目标加速度时程的强度和能量信息确定了作为输入的加速度时-频演变功率谱密度;其次,分析了非平稳随机过程激励下自由场和桥梁桩基相互作用体系的地震反应,探讨了非平稳随机过程激励下的群桩-土-桥墩结构动力相互作用;最后,通过比较强度非平稳随机过程和完全非平稳随机过程激励下桥梁桩基相互作用体系的地震反应,探讨了频率非平稳性对相互作用体系地震反应的影响。
钢-混凝土组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的研究
张彦玲, 李运生, 樊健生, 季文玉
2010, 27(2): 178-185.
摘要:
根据等效跨度的概念,采用能量变分法,考虑翼板开裂及钢梁与混凝土板之间相对滑移的影响,推导了反向集中荷载作用下截面应力的解析解,计算了组合梁负弯矩区的有效翼缘宽度,将计算结果与试验结果进行了对比,并分析了组合梁负弯矩区混凝土开裂对剪力滞效应和有效翼缘宽度的影响。分析表明:混凝土开裂使组合梁负弯矩区剪力滞系数较开裂前减小,有效翼缘宽度较开裂前增大,但开裂区域长度对开裂部位的剪力滞系数和有效翼缘宽度无影响,故有效翼缘宽度可在负弯矩区等效跨度范围内按完全开裂的等截面梁进行计算,但在连续组合梁中,等效跨度应充分考虑实际反弯点的位置,完全按规范取定值在某些工况下会引起较大误差。
粘弹性支座RC梁在低速冲击下的弹性响应分析
陈万祥, 郭志昆
2010, 27(2): 186-192,.
摘要:
基于Euler-Bernoulli梁理论,分析了具有粘弹性支座的钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹性动力响应问题。根据准静态Hertz接触理论和梁的横向振动方程,建立了梁在弹性阶段的动力响应方程组,给出了梁动力函数和支座动力函数的计算方法。研究表明:粘弹性支座使梁的位移峰值减小,而且位移到达峰值的时间也有所延后,有利于提高梁结构的抗冲击能力。与刚性支承相比,粘弹性支座的附加惯性力降低了梁动力函数和支座动力函数值,并降低了梁的振动频率;梁动力函数和支座动力函数值随支座阻尼增大而减小,且支座阻尼加速了动力函数值衰减;除了采用粘弹性支座外,缩短冲击荷载的作用时间也可以减小结构的动力响应。
钙质砂地基中桶形基础水平动载响应实验研究
王 丽, 鲁晓兵, 时忠民
2010, 27(2): 193-203.
摘要:
针对钙质砂地基中桶形基础动态响应问题进行了实验研究。首先进行了水平静极限承载力实验,获得了水平载荷位移曲线,并为确定水平动载荷幅值的选择提供参考;然后针对主要因素,包括桶形基础尺寸、载荷幅值和频率、土体密度、压重等,进行了系列的室内小模型实验,并对结果进行了分析,获得了水平动载下桶形基础在钙质砂地基中的响应特点。结果表明:载荷幅值、频率、土体密度、桶形基础尺寸对动态响应有明显影响;动载下桶形基础周围钙质砂中孔压上升,但是较其他类砂土中的慢;在结构重量小时,桶形基础上升;有上覆较硬粘土层时,桶形基础和地基的响应减弱。
机械工程学科
基于韧性准则的金属板料冲压成形断裂模拟
高付海, 桂良进, 范子杰
2010, 27(2): 204-208.
摘要:
该文基于Rice-Tracey韧性失效准则,探索金属板料冲压成形的断裂数值模拟方法。首先设计两种试验,并结合有限元分析结果确定双相钢板料的材料失效参数;然后,基于Abaqus软件的显式模块Explicit,编写采用Rice-Tracey韧性失效准则的用户自定义材料子程序VUMAT;最后对双相钢薄板深拉成形过程中的断裂行为进行数值模拟,并进行了试验验证。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好。可见,Rice-Tracey韧性准则可用于金属板料冲压成形的断裂预测。
具有操纵面立方非线性机翼的混沌响应
郑国勇, 杨翊仁
2010, 27(2): 209-213,.
摘要:
高压釜是压力精炼的核心部件,该文以一典型的压力精炼用大型高压釜优化设计为例给出一种基于有限元模拟结果和准则法的大型高压釜优化设计方法。首先给出一压力精炼用大型高压釜设计参数和技术指标,以重量最小化为目标,建立高压釜优化设计的数学模型;其次应用前处理软件Hypermesh和有限元软件Abaqus建立高压釜的三维有限元模型;然后基于满应力法和高压釜结构及承受载荷特点,构造优化算法,并应用构造的优化算法对高压釜进行优化设计;最后对设计的高压釜进行安全评定、模态分析和稳定性分析。安全评定结果表明高压釜各部件满足安全需要,模态分析结果表明高压釜动力特性能够满足设计要求,稳定性分析表明在承受意外附加载荷情况下设计的高压釜不会发生整体失稳。
基于准则法的大型高压釜的优化设计方法
曲 杰, 江 楠, 徐忠阳
2010, 27(2): 214-221.
摘要:
高压釜是压力精炼的核心部件,该文以一典型的压力精炼用大型高压釜优化设计为例给出一种基于有限元模拟结果和准则法的大型高压釜优化设计方法。首先给出一压力精炼用大型高压釜设计参数和技术指标,以重量最小化为目标,建立高压釜优化设计的数学模型;其次应用前处理软件Hypermesh和有限元软件Abaqus建立高压釜的三维有限元模型;然后基于满应力法和高压釜结构及承受载荷特点,构造优化算法,并应用构造的优化算法对高压釜进行优化设计;最后对设计的高压釜进行安全评定、模态分析和稳定性分析。安全评定结果表明高压釜各部件满足安全需要,模态分析结果表明高压釜动力特性能够满足设计要求,稳定性分析表明在承受意外附加载荷情况下设计的高压釜不会发生整体失稳。
其他工程学科
驻点引射飞艇减阻数值模拟
谢 飞, 叶正寅
2010, 27(2): 222-227.
摘要:
提出一种驻点引射的减阻方法,从飞艇前缘至后缘开流动引射孔,部分外部流动转变成内部流动从引射孔导出。通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型,模拟了具有驻点引射流动飞艇绕流流场,探讨了不同尺寸孔径以及不同的入口形状的流动状态。数值模拟结果显示:驻点引射方法可以有效改善飞艇绕流流动,大幅度降低飞艇阻力系数。不同的孔径以及入口形状的流动结果显示,在飞艇最大厚度1/15的开孔孔径范围内,不同的孔径以及开口形状不会对驻点引射飞艇外部绕流流场产生显著影响。
阻尼力双向调节磁流变阻尼器的性能测试与滞回模型
丁 阳, 张 路, 姚宇飞, 李忠献
2010, 27(2): 228-234,.
摘要:
基于概念设计和理论分析,制作了4个阻尼力双向调节磁流变阻尼器的模型,并测试了模型阻尼器在不同输入电流状态下阻尼通道内的磁场分布以及力-位移和力-速度等性能曲线;通过对改进型Sigmoid模型的参数识别,建立了模型阻尼器的动力滞回模型。研究表明:模型阻尼器的磁路结构能够较好地实现阻尼力的双向调节,且阻尼通道内的磁场分布基本满足设计要求;模型阻尼器在零、最大正向和最大负向电流状态分别实现中等出力、最大出力和最小出力,且零电流状态的中等出力既能保证阻尼器的故障安全性能,又能防止磁流变液沉降;所建立的滞回模型简单、实用,且精度高。
短纤维交错排布复合材料沿轴等效模量的理论预测
张作启, 刘 彬
2010, 27(2): 235-240.
摘要:
该文针对高性能短纤维交错排布复合材料的刚度预测发展了三维“拉伸-剪切链”模型,并通过了有限元(FEM)计算验证,能够合理地预测短纤维交错排布复合材料的等效模量。验证结果显示,对于纤维长细比的变化、纤维体积含量的变化、纤维和基体间弹性模量比的变化,三维“拉伸-剪切链”模型都可以给出合理的预测,为短纤维交错排布复合材料的刚度设计提供了理论指导和参考依据。研究还显示,同样纤维体积含量和长细比下短纤维交错排布复合材料的等效模量远大于短纤维对齐排布的等效模量,说明了短纤维交错排布结构的优越性。
液体纵荡SPH法模拟中两种不同外激励加载方式的比较研究
李大鸣, 陈海舟, 张建伟
2010, 27(2): 241-249.
摘要:
液体纵荡是一种复杂的流体运动现象,自由液面的存在使得该现象具有很强的非线性和随机性。在基于SPH法的二维矩形容器内液体纵荡研究中,存在边壁加载和相对加速度加载两种不同的外激励加载方式。该文分别采用这两种加载方式,获得其在不同外激励振幅、不同外激励周期及不同水深下的计算结果,通过对容器内某一截面位置的液面波动曲线及其波动频谱图的分析,同时将上述结果与理论解作对比,探讨了在液体纵荡问题研究中这两种加载方式的异同。分析结果表明:在不同振幅外激励作用下,边壁加载方式较相对加速度加载方式所得结果更接近于理论解;当外激励周期与理论固有周期接近时,边壁加载方式和相对加速度加载方式所得结果比较一致;而当外激励周期与理论固有周期远离时,边壁加载方式所得结果更接近于理论解;在不同水深下,边壁加载和相对加速度加载方式下的计算结果均比较一致。
深井超深井内壁磨损套管剩余强度计算
廖华林, 管志川, 马广军, 冯光通
2010, 27(2): 250-256.
摘要:
采用理论分析和有限元相结合的方法,给出了深井超深井套管磨损面积与磨损深度预测模型,以及均布外载条件下内壁磨损套管剩余抗外挤强度和抗内压强度的计算公式。将非均布载荷等效成均布载荷,给出了非均布外载条件下内壁磨损套管剩余抗外挤强度计算公式。将建立的理论公式计算结果与现有实验数据进行了对比,二者较为吻合。建议在深井超深井套管柱强度设计与评价时考虑套管磨损和地层弹性参数的影响,同时开展不同类型磨损套管剩余强度实验研究,进一步验证理论计算结果的精度及适用条件。