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2010年  第27卷  第6期

基本方法
考虑大变形和排水条件时柱孔扩张问题统一解析
邹金锋, 吴亚中, 李 亮, 彭建国, 张进华
2010, 27(6): 1-007.
摘要:
将柱孔周围土体中的应力分布分为弹性区和塑性区,在弹性区中采用小变形理论,在塑性区中采用大变形理论和统一强度准则。根据柱孔扩张问题排水条件时的应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体剪胀、大变形、排水条件和中主应力等因素的柱孔扩张问题塑性区半径和极限扩孔压力的理论解答,同时也获得了弹塑性区中的应力和应变场分布规律。理论计算结果与现场实测结果较为接近,初步说明该理论具有一定的工程应用价值。对比分析表明:扩孔压力和塑性区半径受土体剪胀的影响要比b值显著。
变时滞空间网格结构振动问题的改进动态矩阵预测控制
赵尧军, 周 岱, 黄 真, 邓麟勇
2010, 27(6): 8-014,.
摘要:
研究风荷载激励下考虑变时滞空间网格结构的振动控制。在分析结构变时滞产生原因的基础上,基于动态矩阵预测控制算法,构造预测模型和优化策略,提出对变时滞空间网格结构振动控制的改进方法和控制参数选取的基本原则,指出准确预测系统的未来输出、选择恰当的采样周期是实施振动控制的关键因素。以柱面网壳结构为例并选取适当参数,针对变时滞有控与无控的结构振动系统进行风振控制数值分析与比较。研究结果表明:运用该方法对变时滞空间网格结构的振动控制,可获得满意的控制效果。
钢板剪力墙加劲肋刚度及弹性临界应力研究
赵 伟, 杨强跃, 童根树
2010, 27(6): 15-023.
摘要:
我国现行加劲钢板剪力墙整体屈曲临界应力计算公式来自密肋加劲板,但实际工程中采用的钢板剪力墙多采用1条或2条横向加劲肋。对1600多个加劲钢板剪力墙模型进行了三维有限元弹性屈曲分析,深入研究了仅设置竖向加劲肋、竖向和1条横向加劲以及竖向和2条横向加劲肋钢板的加劲肋门槛刚度要求。并提出了加劲钢板剪力墙弹性剪切临界应力计算公式。与数值模拟结果的比较表明,新公式具有良好的精度,并且公式结果均在安全一侧,有望在工程中得到应用。
采用压痕实验确定线性强化弹塑性材料的弹性模量
钱秀清, 曹艳平, 张建宇
2010, 27(6): 24-028.
摘要:
利用有限元分析,该文尝试将双锥形压头压痕实验确定幂强化材料力学特性的方法应用于线性强化材料弹性模量的识别。研究发现,得到的弹性模量的误差与弹性模量和屈服极限的比值及线性强化参数m之间有密切的关系:弹性模量与屈服极限的比值小于45.4时,弹性模量的识别误差很小,可以认为识别结果不受材料线性强化特性的影响;弹性模量与屈服极限的比值大于45.4时,在线性强化参数m满足文中给定的条件时,可以认为识别结果不受材料线性强化特性的影响。
任意四边形平面问题的样条有限元法
秦 剑, 黄克服
2010, 27(6): 29-034.
摘要:
用三次B样条有限元通过坐标变换和变分法求解任意四边形区域上的平面问题,利用分区势能原理推广到由四边形组成的任意平面区域,推导出了具体的计算公式,为平面问题求解提供了一种高效的计算方法。与普通有限单元相比,该方法计算量小,而且计算结果具有对网格畸变不敏感,精度高等显著特点。
有限元法求解广义热弹耦合一维热冲击问题
何天虎, 关明智
2010, 27(6): 35-039,.
摘要:
为了避免积分变换方法在求解Lord-Shulman(L-S)型广义热弹性耦合问题时由于数值反变换所引起的计算精度降低的问题,该文应用直接有限元方法,求解了基于L-S型广义热弹性理论的窄条薄板受热冲击作用的动态响应问题,结果表明,该方法对求解L-S型广义热弹性耦合的一维问题具有很高的精度。该文给出了L-S型广义热弹性理论下的热弹耦合的控制方程,建立了L-S型的广义热弹性问题的虚位移原理,推导得到了相应的有限元方程。计算得到了窄条薄板中无量纲温度、无量纲位移及无量纲应力的分布规律,从温度分布图上可以清晰地观察到热波波前的特有属性,即热波波前处存在明显的温度梯度的突变。
叠层板在两项简谐激励作用下的组合共振分析
胡宇达, 吕书锋, 李佰洲
2010, 27(6): 40-044.
摘要:
研究了在四边简支的边界条件下,正交各向异性矩形叠层板在两项横向简谐激励作用下的非线性组合共振及其稳定性问题。在给出了正交各向异性叠层板的振动微分方程的基础上,利用伽辽金法导出了相应的无量纲化达芬型非线性强迫振动方程。应用多尺度法对组合共振问题进行求解,得到了系统在稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了解的稳定性判定条件。通过数值算例,对几种复合材料薄板的共振特性进行了分析,分别给出了不同条件下系统运动的响应图、幅频图和动相平面图,讨论了不同参数对系统非线性动力学行为的影响。
偶应力理论的径向点插值无网格法研究
李 雷, 周毅英, 贺 睿, 谢水生
2010, 27(6): 45-050.
摘要:
偶应力理论引入了位移二阶导数和相应的高阶边界条件,在有限元实施过程中,需要实现位移函数C1连续,这对传统有限元方法来说是一个苛刻的要求。无网格法能够实现位移函数的高阶导数连续,该文基于应变梯度偶应力理论下的虚功原理,导出了其无网格实施方法。无网格法的形函数一般不具有插值特性,本质边界条件施加困难,为克服这一困难,采用了带有多项式基的径向点插值法,构造的形状函数具有插值特性,可直接施加本质边界条件。数值结果表明,该方法数值结果稳定、精度高。
土木工程学科
翼板开洞率100%的钢-混凝土组合梁整体弹性稳定性分析
聂建国, 王宇航, 蔡 奇
2010, 27(6): 51-056,.
摘要:
在实际工程中由于功能的需要出现了混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁,洞口在混凝土翼板完全断开使得组合梁在正弯矩作用下存在整体稳定性问题。该文首先运用有限元软件ANSYS建立弹性有限元模型对整体侧扭失稳模式进行了初步分析。在此基础上假设了组合梁整体失稳时的侧移函数和截面转角函数,运用瑞利-里兹能量法推导出了翼板完全断开的钢-混凝土组合梁侧扭失稳模式的临界弯矩计算公式,并进行了参数分析。最后通过计算实例说明了该文分析内容及结果的必要性。
单斜杆耗能器偏心支撑结构的抗震性能研究
潘秀珍, 郝际平, 王德法, 朱轶韵, 高 杰
2010, 27(6): 57-064.
摘要:
该文针对偏心支撑结构存在的不足,提出一种新型的框架支撑形式—— 耗能器偏心支撑。该文采用 1∶3缩尺模型,进行了拟静力试验,并利用ANSYS有限元分析程序建立了有限元分析模型,将该新型耗能器偏心支撑结构进行了试验研究和理论分析比较。得出结论:该新型框架支撑形式不仅可以减少耗能梁段吸收的地震能量,也可以减小耗能梁段的破坏程度,从而减少震后修复工作量;并且具有很好的变形能力和足够的抗侧移能力。同时也给出了设计方法,并提出了改进措施。
屋盖风振响应功率谱及背景与共振响应的分离
李 璟, 韩大建
2010, 27(6): 65-071,.
摘要:
提出一种利用小波包变换的随机信号功率谱分析的新方法。采用该法首次实现了背景响应与共振响应的分离。通过一个双频率信号的谱分析,考察了该方法的频率检测精度和分辨率。然后将该法应用于一个大跨屋盖风振响应的功率谱计算,检验了该法对随机信号的谱估计精度。计算结果表明:该方法速度快、精度高、分辨率也高,是一种适用于大型屋盖各种响应信号的谱估计算法;脉动响应信号的小波包分解是获得背景和共振响应时程的有效途径。
波浪作用下二维海床土体位移分布研究
张永利, 李 杰
2010, 27(6): 72-076.
摘要:
海洋建筑物设计包括结构和基础两个部分,波浪力的计算对结构部分的设计十分关键,而在基础设计中,海床稳定性的评价工作,也是十分必要的。波浪在海床上传播,会在海床上施加波压力和剪切力,引起孔隙水压力及有效应力的变化,使海床出现变形、软化及液化等现象。正确的评价波浪对海床稳定性的影响,对海洋建筑物基础乃至上部结构的设计,都具有重要的指导意义。该文拟从海床的宏观力学性能出发,提出一简化的力学模型,推导了波浪作用下二维海床的土体位移分布。另外,建立二维有限元模型,将有限元计算结果与力学模型结果进行对比,两种计算结果吻合的较好。基于此简化模型,可以开展海床稳定性评价及海洋环境下被动受荷桩的响应分析方面的工作。
钢筋混凝土剪力墙多垂直杆单元模型力学性质分析及其改进
谢 凡, 沈蒲生
2010, 27(6): 77-082.
摘要:
分析了多垂直杆单元的力学性质,证明了与之等效的梁单元的转角和横向位移的位移函数均为一次式,且该梁单元在求弯曲横向位移时,需采用1节点数值积分。讨论了多垂直杆单元模型转动中心c值的含义,认为c值反映了数值积分的求积节点或假设剪切应变插值点的变化,会对单元的刚度产生影响,并对c值的取值范围提出了合理建议。提出了竖向弹簧布置的改进方式,按高斯点布置代替均布方式时,能够用较少的弹簧得到更为精确的结果,提高了计算速度。最后,从横向位移模式和剪应力不均匀分布两个方面提出了改进多垂直杆单元模型的新构想。
索力对斜拉索动力特性的影响
康厚军, 赵跃宇
2010, 27(6): 83-088.
摘要:
针对大跨度斜拉桥拉索大幅振动控制问题,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,同时考虑拉索与桥面连接条件和边界条件的影响,建立了拉索在参、强联合激励作用下的面内非线性振动方程。运用多尺度摄动方法,对其进行求解,以目前最长拉索为例,研究拉索初始索力的变化对其大幅振动的影响。研究结果表明:增加斜拉索的初始张拉力,将使索表现出的软弹簧特性变为硬弹簧特性,同时,拉索的振幅最大值对应的激励频率与拉索固有频率比值将由小于2改变为大于2。
考虑块体间碰撞作用的混凝土框架结构空间倒塌反应分析
侯 健
2010, 27(6): 89-097.
摘要:
基于离散单元法,建立了混凝土框架结构在强震作用下的倒塌分析模型。其中,对于单元形状采用基于截面层次的长方体杆段模型(梁柱截面为矩形),各单元通过虚拟的空间弹簧组相连接,通过基于物理和数值试验结果得到的混凝土块体碰撞力学模型,考虑了大变形阶段各单元间的碰撞作用。并基于VC++语言编制了计算机仿真程序,模拟了强震作用下混凝土框架结构的倒塌反应,模拟结果与振动台试验结果比较,吻合较好。
地震波时频特征及与结构地震响应的关系
樊 剑, 吕 超, 张 辉
2010, 27(6): 98-105,.
摘要:
首先推导了离散S变换的基本算法,定义了反映地震波时频特性的时变幅值谱和时变能量谱;基于S变换提出了把原始波调整成具有目标反应谱的新方法,分析了El_centro波、Northridge波、Kobe波和人工合成波以及经调整后的各地震波的时频特征;对地震波的时变谱进行特征提取,提出了能反映地震波在时频空间中能量集中程度的新概念,即地震波的时频特征谱;通过分析发现,具有相似功率谱密度函数(即具有相似频域特征)的地震波,它们的弹性加速度反应谱可能有很大的差异,而具有相似时频特征谱的地震波,具有相似的弹性加速度反应谱;相关性分析表明地震波的时频特征谱与线性结构的弹性加速度反应谱具有很好的线性相关性;最后建立了地震波的时频特征谱与弹性加速度反应谱之间的近似转换关系式,此转换关系可作为合成具有目标反应谱的人工地震波使用。
扭矩对受弯和压弯钢构件整体稳定性的影响
田兴运
2010, 27(6): 106-112.
摘要:
以处于压、弯、扭复合受力状态的两端简支的单轴对称工字型截面的钢构件为研究对象,分析其受力及变形,列出了平衡微分方程,以此为基础给出了总势能方程。采用瑞利-里兹法求解总势能方程,得到一组非齐次方程。通过求解非齐次方程组,研究了均布荷载和跨中集中荷载2种工况荷载偏心时扭矩对钢梁整体稳定性的影响,以及跨中扭矩对承受端弯矩、均布荷载和跨中集中荷载、均布扭矩对承受均布荷载等4种工况的钢压弯构件整体稳定性的影响。分析研究表明:通过修正受弯和压弯钢构件的整体稳定系数来体现扭矩的影响,计算简单方便,可供设计时参考;同时,给出了横向均布荷载和集中荷载共同作用下钢梁的等效临界弯矩系数,补充了现行钢结构设计规范;最后,通过实例计算表明,如果不考虑扭矩的影响,钢构件整体稳定验算是偏于不安全的。
脉冲型竖向地震作用下大跨度RC带腋撑框架结构弹塑性动力响应分析
周 靖, 周 飞, 蔡 健, 王里佳
2010, 27(6): 113-119.
摘要:
研究大跨度钢筋混凝土带腋撑框架(RCFH)结构在近断层脉冲型竖向地震作用下的弹塑性动力反应特性。该文采用两组10条集集地震动记录,通过实际工程结构简化的二维平面大跨度RCFH结构的弹塑性动力时程分析,比较竖向脉冲型和非脉冲型地震作用下结构主梁跨中位移和底层柱底轴压力的差异,分析结构体系参数对主梁跨中竖向位移的影响。分析结果表明:大跨度RCFH结构有显著的竖向地震动力效应;近断层脉冲地震效应对结构竖向反应的影响较大,特别对主梁竖向挠度的影响较大;体系参数对结构竖向脉冲地震反应有重要影响。
汶川地震对我国地震区划图与桥梁抗震设计的启示
王克海, 李 茜, 韦 韩
2010, 27(6): 120-126.
摘要:
自5•12汶川地震至2009年5月一年的时间内,作者通过对汶川地震灾区的16次调查,获得了桥梁震害的第一手资料。该文首先对汶川地震、九江-瑞昌地震以及唐山大地震暴露出的关于地震区划图的问题进行探讨,结果表明在我国地震区划图标示为低震区内多次发生强烈地震,建议工程师与科研人员正确认识和使用区划图;并通过对比美国、日本以及我国地震区划图,提出我国地震动区划图的发展趋势及编制多水准地震动区划图的必要性;然后,结合汶川地震后对公路交通系统的调查,研究了地震灾区不同场地条件下桥型的抗震性能,讨论了概念设计与抗震构造措施对桥梁抗震的重要性,同时探讨了桥梁结构的抗震设防标准问题;最后总结汶川地震给我国公路桥梁抗震带来的经验与教训,针对地震动区划图、桥梁抗震性能的评价、设计与研究提出意见。
混凝土断裂过程区尺寸的理论推导
胡若邻, 黄培彦, 郑顺潮
2010, 27(6): 127-132.
摘要:
分别应用裂缝尖端应力场Westergaader解和Muskhelishvil解,推导了裂缝尖端微裂区轮廓线及特征尺寸的表达式;并根据幂指数描述的应变软化模型,给出了考虑应力松弛影响的断裂过程区(FPZ)总长及等效FPZ长度的解析表达式,探讨了三种脆性破坏强度准则及材料参数对FPZ尺寸的影响。分析结果表明:由莫尔强度准则及最大拉应变准则确定的FPZ轮廓均随拉压强度比和泊松比的减小而逐渐增大,并趋近于由最大拉应力准则确定的FPZ边界;由局部解得到的FPZ尺寸均比全场解小,且仅在应力水平较小、试件很大时适用。
沈阳综合体育馆屋盖多振型和交叉项对动位移响应的影响
赵劲松, 黄本才, 廖泽邦, 林 高
2010, 27(6): 133-139.
摘要:
在屋盖同步测压风洞实验的基础上,该文采用CQC法对沈阳综合体育馆大跨屋盖进行了较为准确的空间风振分析,重点分析了多个空间振型对屋盖有代表结点动位移根方差响应的贡献,得到该体育馆的最大参振振型为40阶;并连同SRSS方法一起,详细讨论了振型交叉项对动位移根方差响应的影响,对屋盖结构不同的结点和不同的参振振型,振型交叉项可使响应增加或减少,在考虑足够多的参振振型数以后,振型交叉项对动位移较大的结点影响很小。
裤型漏斗型钢贮煤仓散料压力分布研究
李海旺, 刘 静, 树学峰
2010, 27(6): 140-146,.
摘要:
该文以山西省一裤型漏斗型钢贮煤筒仓为研究对象,利用颗粒流程序对该煤仓在装料及卸料过程中散料对仓壁的静态、动态压力进行模拟研究,并将其计算结果与国家规范GB50077-2003和ISO计算结果进行比较分析。结果表明:国家现行规范和ISO提供的法向压力和切向力计算方法不完全适合该煤仓情况;该煤仓上部直壁静态压力可采用ISO方法计算,但下部漏斗需按静模拟结果取值;上部直壁动态侧压力可根据国家规范GB50077-2003计算,而侧壁摩擦力需根据动态模拟结果取值;下部裤腿型漏斗动态法向压力和切向力均需取动模拟值。
拱坝抗曲折稳定再探
王正中, 刘计良
2010, 27(6): 147-153.
摘要:
将大曲率圆弧深拱稳定理论引入到拱坝抗曲折稳定分析中,考虑了曲率和剪切变形对拱坝水平拱圈稳定的影响,给出了临界荷载的计算公式,并构造出无铰圆弧拱失稳时超越方程的一种高效的迭代格式解,提出了拱坝水平拱圈抗曲折系数的概念。通过对典型拱坝及失事拱坝进行抗曲折稳定校核,与实际工程十分吻合,得到如下结论:对于拱坝上半部分离坝顶不远处,拱圈容易发生整体曲折失稳,但因上部曲率和厚度较小,使曲率和剪切变形对水平拱圈稳定临界荷载的影响不大;对于拱坝下半部分不容易发生整体曲折失稳,但因下部曲率和厚度较大,曲率和剪切变形使水平拱圈抗曲折稳定临界荷载明显降低,而且剪切变形对拱圈稳定临界荷载的影响大于曲率的影响;坝体和坝肩岩体之间的连接越接近固支水平拱圈越稳定。该文结论对相关规范的制定有参考价值。
基于扰动状态概念的堆石料本构模型研究
徐远杰, 潘家军, 楚锡华, 孔 科
2010, 27(6): 154-161.
摘要:
堆石料是将天然岩石破碎料或河床沉积砂砾石料经人工颗粒级配而成的一类颗粒性材料,在水电工程中多用于筑建高混凝土面板堆石坝和粘土芯墙堆石坝,是坝体承受水压力的主要载体。该文基于Desai C S对砂性土所建议的扰动状态概念,旨在发展一种能反映堆石料复杂力学行为的弹塑性宏观本构模型。主要工作包括:1)采用临界状态模型描述堆石料的相对完整状态,根据堆石料内部微结构演化特征,在扰动函数中考虑了塑性体积应变影响,反映堆石料压硬性的特征;2) 依据堆石料的大型三轴试验资料,建议了本构模型中全部参数的确定方法;3) 数值算例的结果与国内某工程堆石料的三轴试验成果进行了验证与比较,结果表明:该文所发展的弹塑性宏观本构模型可以较好地模拟堆石料的非线性、压硬性、剪缩剪胀性和破碎等重要力学特性,并可以刻画复杂应力路径对颗粒材料应力变形的影响与演化过程。
斜坡地基单侧滑移破坏模式及承载力上限解
杨 峰, 阳军生, 张学民, 赵炼恒
2010, 27(6): 162-168.
摘要:
首先建立了斜坡地基单侧滑移破坏模式,其破坏区域中的刚性滑块绝对速度在过渡区径向和切向可同时发生变化,形成网格状刚性滑块体系。刚性滑块的速度相容和塑性流动约束条件由速度矢量场所确定。增加刚性滑块数目,可引入较多的优化变量,间接减少构造破坏模式时的假定条件,得到更为灵活破坏模式的图式和较优的地基承载力系数上限解。其次利用Matlab编制求解程序。根据破坏模式和速度场的几何条件及上限原理进行参数递推,得到地基承载力系数的目标函数及约束条件,将其转化为数学优化问题进行求解。最后进行斜坡地基承载力系数计算分析,得到不同条件下斜坡地基承载力系数Nγ和Nc的计算图表,探讨了斜坡地基承载力的影响因素及经优化得到的破坏模式和相应速度场的图式。
数字图像相关方法在纤维混凝土拉拔试验中的应用
赵燕茹, 邢永明, 黄建永, 姜爱峰
2010, 27(6): 169-175.
摘要:
采用数字图像相关方法和单纤维拉拔试验相结合的试验方法,直接测量钢纤维从混凝土基体拔出过程中界面的应变分布及变化规律,并实时观测界面粘结、脱粘、滑移全过程。试验结果表明:微细观尺度上的应变局部化导致了纤维界面剪切破坏的局部化现象,这种界面脱粘破坏逐次发生、发展和转移的应变局部化现象在时间和空间上呈现明显的相互间隔特征。测试及分析结果表明该方法为纤维复合材料界面力学性能的检测研究提供了新的途径。
基于上限法的大钢管挤压力理论计算
张浩然, 张人佶, 颜永年, 林 峰, 卢清萍, 孙 富
2010, 27(6): 176-182.
摘要:
该文的目的在于在新的球坐标系下,利用上限法重新推导钢管挤压力的计算公式,并用有限单元法对大钢管的挤压力进行验证,以为挤压机公称吨位的确定提供依据。研究中发现,当挤压比小于4时,理论计算与有限元模拟结果比较接近,误差小于10%;当挤压比大于5时,二者误差在20%以内。因此,该公式比较适合于挤压比不大于4的厚壁钢管挤压力预测。大尺寸钢管挤压时,固定芯轴结构的挤压力与随动芯轴相差不大;小尺寸钢管挤压时,随动芯轴结构明显大于固定芯轴的挤压力。另外,与其他挤压力计算公式相比,该文所推公式的计算误差更小。
单向EMC层合板折叠变形时面内/面外屈曲形式的判据
熊志远, 王正道, 李豫彰, 李郑发, 畅若妮
2010, 27(6): 183-188.
摘要:
形状记忆聚合物复合材料(Elastic Memory Composite,EMC)是一种新型功能材料,具有高极限应变、高比刚度和低密度等优点,在未来空间展开技术中极具应用潜力。在热激活温度下,EMC层合板基体呈现高弹态,其剪切模量极低,不能提供对纤维的有效约束。在该状态下,层合板承受弯曲载荷作用时,压缩区的纤维能够通过微屈曲实现较大折叠变形。该文依据极小势能原理分别计算其发生面内和面外屈曲各自所产生的总势能极小值,而实际发生的纤维屈曲形式应是极小总势能值相对较小的那一种,从而确定其最终屈曲模式。经实例验证,理论结果与实验结果相符。
其他工程学科
基于Hertz碰撞模型的TMD参数优化研究
闫安志, 陈亚娟, 滕 军
2010, 27(6): 189-193,.
摘要:
由于实际工程结构空间的限制,需要对调谐质量阻尼器(TMD)施加约束,以防TMD与结构产生激烈碰撞振动。对于低速运动的TMD,用Hertz模型模拟碰撞恢复力,建立两自由度系统的非线性运动方程,并对方程进行无量纲化。数值研究间隙比、频率比和质量比等参数对TMD减振效果的影响规律,并重构碰撞力的变化。结果表明,间隙比和频率比都是较敏感的参数,最优间隙比是存在的。合理设计碰撞参数,可有效减小结构动力响应,提高TMD对结构参数变化的鲁棒性。
基于B样条小波有限元的压电材料层合板灵敏度分析
徐建新, 李顶河, 卢 翔, 卿光辉
2010, 27(6): 194-201.
摘要:
在Hamilton体系下推导了压电材料层合板静力响应灵敏度系数的解析表达式,基于BSWI样条小波有限元方法,利用半解析法研究了混合层合板位移对材料常数灵敏度系数在z方向上的分布情况,并将半解析法的结果与有限差分法相比较,证明了半解析法结果的可靠性。结果表明:在边界条件为四边简支,上表面受均布单位压应力情况下,u和w对材料参数的灵敏程度相当,v对材料参数的灵敏程度相对较弱;u和v对材料参数的灵敏度系数在层合板厚度上变化范围较w更大。
水下射弹自然超空泡减阻特性的数值模拟
金大桥, 王 聪, 魏英杰, 董 磊, 邹振祝
2010, 27(6): 202-208.
摘要:
基于均质平衡多相流理论,采用Fluent6.3对水下射弹自然超空泡减阻特性进行了数值模拟。研究了空化数对水下射弹空泡闭合部位和阻力系数的影响,重点分析了水下射弹结构参数对自然超空泡减阻特性的影响,得到了空化器直径、模型长细比和不同尾部形状对水下射弹超空泡减阻特性影响的规律。数值模拟结果表明:随着空化器直径的增大,自然超空泡较易形成,但其减阻能力有所降低;随着长细比的增大,自然超空泡较难形成,但形成超空泡后,不同长细比模型的阻力系数基本一致;尾部形状只影响尾部空泡的发展过程,当尾部被空泡包裹后,模型的自然超空泡形态和阻力系数基本一致。
沙埋现象的无网格粒子法模拟
金阿芳;买买提明&#;艾尼;杨智春
2010, 27(6): 209-214.
摘要:
沙漠公路作为现代物流、信息流的主要运输手段之一,在沙漠地区的经济发展中发挥着至关重要的作用。沙埋是沙漠公路的主要沙害形式,该文根据风沙流所具有的气固两相流耦合的特点,运用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对不同路堤高度沙漠公路的沙埋现象进行二维数值模拟,获得了不同风速下沙粒在公路上的分布特征,从而提出合理的沙漠公路路堤高度的设计方法。结果显示SPH方法在风沙流的数值模拟方面具有十分优越的特性。
微接触区中边界膜滑移效应分析:微接触区宽度和表面粗糙度的影响
张勇斌
2010, 27(6): 215-222.
摘要:
分析研究了微接触区宽度和表面粗糙度对微接触区中边界膜滑移效应的影响。微接触属混合接触,微接触区由边界膜区和传统流体膜区组成。当膜厚较大时,这里边界膜可看成纳米级薄膜。边界膜滑移由较大载荷下边界膜区大的压力梯度引起,在两接触表面同时发生。研究结果表明,微接触区宽度的增大使边界膜滑移效应增强,而表面粗糙度增大使边界膜滑移效应减弱甚至可使边界膜不发生滑移。边界膜滑移对微接触性能的影响是:边界膜滑移使通过微接触区的流体流量明显增大,使微接触区的承载能力减小,使微接触区局部压力降低。当边界膜厚度处于1nm量级时,微接触性能分析应考虑边界膜滑移效应,因为此时边界膜滑移可显著降低微接触区局部压力,考虑到实际接触表面为弹性表面,这种压力降低可显著改变接触表面弹性变形量进而影响微接触区的局部膜厚。
热采井预膨胀固井模拟实验
阳鑫军, 李子丰, 王兆运, 田新民
2010, 27(6): 223-227.
摘要:
热力采油是开采稠油的最广泛、效益较高的方法,但在热采时,油层套管因热效应破坏比较严重。针对稠油热采井套管热破坏的问题,提出了防止其热破坏的预膨胀固井技术,即在注水泥结束但没有凝固时,将油层套管预热和向油层套管施加内压强,使套管膨胀;水泥在套管膨胀状态下凝固。根据现场生产实际和预膨胀固井理论要求,设计了热采井预膨胀固井模拟实验装置。并模拟了常规固井、半预热固井和预压固井工艺以及注蒸汽和生产过程。实验结果表明,采用预膨胀固井技术能有效防止热采井套管注蒸汽热破坏。为下一步的现场试验与应用奠定了基础。
FCC晶体中孔洞长大行为的研究
刘文辉, 刘龙飞, 唐建国
2010, 27(6): 228-231,.
摘要:
为了揭示孔洞在FCC晶体中的长大规律,研究了含圆柱形孔洞的铝单晶试样在平面应变压缩条件下的变形情况,采用EBSD(Electron Backscatter Diffraction)对孔洞周围的不均匀变形以及晶体取向变化进行分析,并通过编制率相关有限元用户子程序,采用晶体有限元模拟了含圆柱形孔洞的铝单晶试样在平面应变压缩条件下的变形。实验结果与模拟结果的对比表明:晶体取向对孔洞的长大行为影响较大;率相关晶体有限元能很好地预测孔洞周围晶体取向的变化,该方法可较好地模拟FCC晶体中孔洞的长大行为,为研究FCC晶体中孔洞的演化以及断裂行为提供了一种有效的分析方法。
三维瞬态方形管流的热流固耦合数值模拟
张 健, 黄晨光
2010, 27(6): 232-239.
摘要:
以主动冷却发动机壁板为模型,考虑受均匀热流载荷作用下方形管在流体冷却过程中的共轭传热问题,建立了防热涂层、固体管道和冷却液的三维耦合模型。利用数值离散方法进行了瞬态热流固耦合分析,得到了固体结构和流场的瞬态温度场、界面热流及结构应力分布规律。结果表明:在冷却液的作用下结构温度能达到稳定值,但油冷情况下稳态温度值高于水冷情况;在流固界面处温度沿流向逐渐上升,且壁面热流分布在界面上下表面处随时间变化情况不同,在结构边角处出现较大的应力集中。
导电圆形薄板的磁弹性动力响应特征
徐 榜, 高原文
2010, 27(6): 240-244.
摘要:
基于电-磁-力多场耦合理论,研究了在激励线圈下导电圆形薄板的磁弹性动力响应问题。首先由麦克斯韦方程组与广泛用于导电结构和超导结构涡电流计算的T法,得到了圆形薄板的涡电流控制方程及电磁力表达式,给出了线圈磁场的表达式和分布特征。然后采用有限元方法,数值模拟了激励线圈下导电圆板的涡电流密度分布和横向磁体力的动力响应,给出了振幅随脉冲参数及外加电流的变化关系。
螺栓紧固铝板疲劳裂纹萌生的有限元参数分析
林恩强, 郭 然, 罗吉祥, 姚振汉
2010, 27(6): 245-251.
摘要:
该文以螺栓紧固铝板为研究对象,在已有实验研究的基础上应用有限元方法对疲劳载荷作用下铝板上表面接触区内边缘环向正应力和外边缘切向切应力的应力幅值和平均值的分布进行定性分析。在建模过程中,接触面采用直接约束模型,摩擦力的模拟选用粘接-滑动摩擦模型,在模拟螺母施加紧固力时,采用分步载荷法。根据数值计算结果,得到不同螺栓紧固力、摩擦系数、疲劳载荷与铝板紧固件接触区内边缘、外边缘疲劳裂纹萌生位置的关系,为下一步的实验研究提供必要的参考数据。
正多边形气柜立柱结构简化分析方法研究
贾冬云, 曹平周, 姜德进
2010, 27(6): 252-256.
摘要:
正多边形的加劲壳结构被广泛应用于大型气柜柜体的设计中。为了提供柜体在贮气压力作用下的实用的设计公式,通过引入恰当的假定,将壳体展开面上的截面参数集中到结构轴线上,形成四个结构系,可分别按照合理的薄壁杆理论推演它们的变形和内力公式。该文引入卡曼理论,将有效宽度范围内的壁板和立柱组成宽翼缘竖杆,以弹性地基梁理论为依据,推导出竖杆的变形和内力公式。所得公式值与有限元ABAQUS计算值吻合较好。该文所应用的理论、计算模型和所推导的公式可为柜体设计和相关规程的制定提供参考。