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2010年  第27卷  第7期

基本方法
基于理论解的三种胶接接头简化有限元单元
赵 波, 吕振华, 吕毅宁
2010, 27(7): 1-009,.
摘要:
建立了非对称胶接接头位移理论,它能严格满足包括胶层端头剪应力为零在内的所有边界条件。由于上被粘物、下被粘物具有不同材料和厚度,研究非对称胶接接头更具一般性。以位移理论解为基础,通过一组特定位移约束条件确立了被粘物纵向和横向位移函数,获得了非对称T形、L形和单搭接接头简化有限元单元的单元刚度矩阵。这些胶接接头简化单元能大幅降低整体有限元模型的自由度数量,避免以往胶层单元胶层厚度估计过大的不足,并考虑了被粘物间连续传力的特性,更适于大型有限元模型中对胶接接头的简化建模。精细有限元模型的数值验证表明,三种胶接接头简化有限元单元精度很好,使其应用到诸如汽车白车身、飞机等大型有限元模型中成为可能。
率形式Mohr-Coulomb模型严格增量本构研究
李建光, 李永池, 王玉岚
2010, 27(7): 10-015.
摘要:
从修正的Drucker公设和本构关系的内变量理论出发,对一般形式的含损伤粘塑性屈服模型导出了增量型本构关系的一般形式,并对岩土介质中常用的率形式Mohr-Coulomb模型给出了其本构增量算法的具体形式。所提出的增量本构关系是由增量应变表达增量应力的显式形式,故特别适用于高速冲击等动态力学问题。作为算例,该文以所提出的增量本构关系为基础,开展了岩石平板撞击层裂问题的数值模拟,结果良好。
相干梯度敏感方法的改进及应用
许 蔚, 张亚萍
2010, 27(7): 16-020.
摘要:
介绍了光测力学方法:相干梯度敏感(CGS-Coherent Gradient Sensing)技术的基本原理,并分析了原始方法的不足,在此基础上提出了改进的相干梯度敏感方法。改进方法利用原始方法的实验光路,仅需要拍摄同一试件在不同载荷下的多幅干涉条纹图(至少三幅),就可以精确获取相干梯度敏感干涉条纹图任意位置点的条纹级数。改进方法不需要额外的实验装置,也不需要进行复杂的图像处理过程。最后采用改进方法对静态Ⅰ型裂纹尖端变形场进行了三点弯曲实验,并提取了应力强度因子。实验结果表明改进方法能够显著减少由于条纹提取带来的误差,从而提高相干梯度敏感方法的测量精度。
裂纹扩展过程模拟的无网格MSLS方法
蔡永昌, 朱合华
2010, 27(7): 21-026.
摘要:
采用一种新提出的无网格MSLS方法来进行裂纹扩展过程的模拟分析,该方法的插值函数具有Kronecker delta属性,能够方便准确地施加本质边界条件,且其计算和求导过程相对滑动最小二乘(MLS)插值更为简单,克服了其它无网格方法的一些主要困难,适合于裂纹扩展等网格畸变和网格移动等问题的分析模拟。该文中采用围线积分法计算裂纹的应力强度因子,用最大周向应力理论来建立复合裂纹的断裂准则,数值算例表明了该文理论和方法的正确性与可行性。
受非保守力作用的多支承FGM杆的后屈曲特性
赵凤群, 王忠民
2010, 27(7): 27-031.
摘要:
对受切向均布随从力作用的具有多支承的功能梯度材料(FGM)杆,基于轴线可伸长杆的大变形理论建立了分段的非线性控制微分方程组,结合边界条件和连续性条件,用打靶法对由金属和陶瓷所构成的FGM杆的后屈曲特性进行了数值分析,讨论了随从力与不同梯度指标下FGM杆的端部转角、端部内力等量之间的变化关系,给出了各种后屈曲特征曲线及平衡构形,分析了支承位置对后屈曲特征及平衡构形的影响。
山地平均风加速效应数值模拟
李正良, 孙 毅, 魏奇科, 陈 胜
2010, 27(7): 32-037.
摘要:
以往对加速效应研究中,往往只用相对简单的公式来计算山顶加速比而忽略其他复杂情况,为了讨论山体坡度、高度和地貌情况等因素的影响,利用数值模拟方法进行了山地加速效应计算,其结果显示山顶最大加速比随山体坡度和高度的增加而增大,随地面粗糙度指数的增加而减小,同时坡度、高度和地貌也对山顶加速比的空间分布有显著影响;并根据分析数据拟合了加速比计算的修正算法。
快速群搜索优化算法及其应用研究
刘 锋, 覃 广, 李丽娟
2010, 27(7): 38-044.
摘要:
在群搜索优化算法GSO(Group Search Optimize)基本原理的基础上,提出了改进的群搜索优化算法——快速群搜索优化算法QGSO (Quick Group Search Optimize),并应用于结构优化设计。算法的改进主要有3个方面:第一,当算法不前进时,适当加大游荡者的数目;第二,引进粒子群算法(PSO)的搜索方式,将GSO中的角度搜索改为步长搜索,并考虑群体最优值和个体最优值;第三,引入遗传算法,通过个体最优值与群体最优值的杂交重新生成游荡者。采用QGSO优化算法分别对平面和空间桁架结构进行了离散变量的截面优化设计,并与GSO优化算法和启发式粒子群优化算法(HPSO)的计算结果进行了比较,结果表明:该文改进的群搜索优化算法QGSO与GSO算法和HPSO算法相比具有较好的收敛精度和更快的收敛速度,可应用于工程结构的优化设计。
两种一维粘弹性应力波传播分析方法
周风华, 陈 亮, 王礼立
2010, 27(7): 45-051,.
摘要:
介绍两种方法,即沿特征线的有线差分数值方法、采用Laplace变换及数值反变换的半解析方法,分析典型一维粘弹性应力波传播问题。对这两种方法所得结果进行比较表明:特征线差分方法将材料的非弹性响应部分分解,可以有效处理强间断扰动在非弹性(粘性)介质中的传播问题,是一种较便利的分析工具;而Laplace变换方法具有简洁和快速特点,对于一些线性耦合边界问题结合数学分析软件MATHEMATICA可以迅速得到初步 答案。
组合断面薄壁杆件弯扭耦合分析
胡启平, 涂佳黄, 梁经群
2010, 27(7): 52-055.
摘要:
根据薄壁杆件结构约束扭转的一致性理论,研究了由多个薄壁杆件组成的组合薄壁杆件结构的弯扭耦合问题。在符拉索夫刚周边假定,库尔布鲁纳-哈丁理论对纵向翘曲位移的假定和弯曲时的平截面假定下,得到了弯扭耦合作用下组合断面薄壁杆件结构的总势能,并由此得出相应的拉格朗日函数。引入对偶变量,建立了组合断面薄壁杆件结构静力分析的哈密顿对偶体系,导出了弯扭耦合分析的哈密顿正则方程。用两端边值问题的精细积分法可求出高精度数值解。这种方法适合于开口断面、闭口断面及开闭口混合断面薄壁杆件结构的弯扭耦合分析。该方法是哈密顿力学在组合断面薄壁杆件结构弯扭耦合分析中的应用,数学推导过程简单,且有成熟高效的数值算法,思路清晰、精度高、易于接受。
圆柱型各向异性材料中螺型位错与非理想界面圆形夹杂的干涉效应
郭道强, 麻双双, 刘又文
2010, 27(7): 56-061.
摘要:
研究了圆柱型各向异性材料中螺型位错与含非理想界面圆形夹杂的弹性干涉问题。利用复变函数方法,获得了圆形夹杂和无限大基体区域复势函数的精确级数形式解答。利用Peach-Koehler公式导出作用于螺型位错上的位错力公式。主要讨论了材料各向异性性质与界面非理想性对位错力的影响规律。分析结果表明,界面非理想性吸引位错,而各向异性夹杂排斥各向同性基体材料中的位错。当夹杂的各向异性程度大于基体时,位错在非理想界面附近存在一个平衡位置。当界面非理想程度系数不变时,夹杂各向异性程度系数存在一个临界值改变作用在位错上位错力的方向。
三维弹性问题高次有限元离散线性系统的块对角逆预条件PCG法
张红梅, 肖映雄
2010, 27(7): 62-066.
摘要:
高次有限元由于对问题具有更好的逼近效果及某些特殊的优点,如能解决弹性问题的闭锁现象 (Poisson’s ratio locking),使得它们在实际计算中被广泛使用。但与线性元相比,它具有更高的计算复杂性。该文基于标量椭圆问题高次有限元离散化系统的代数多层网格(AMG)法,针对三维弹性问题高次有限元离散化线性系统的求解,设计了一种以块对角逆为预条件子的共轭梯度法(AMG-BPCG)。数值实验表明,该文设计的AMG-BPCG法较标准的ILU-型PCG法具有更好的计算效率和鲁棒性。
土木工程学科
地震动多点激励下大跨空间网架结构的反应分析
白凤龙, 李宏男
2010, 27(7): 67-073,.
摘要:
基于直接输入位移法建立了多点激励时程分析模型,采用三角级数法模拟生成满足给定的相干函数和规范反应谱的非平稳空间地震动。选取大跨度柱支承空间网架结构为研究对象,分别进行了结构在地震动一致激励、行波激励和多点激励作用下的动力反应分析,对其进行了比较研究。分析结果表明:在水平地震动多点激励作用下,与一致激励相比,上部结构控制杆件轴力和柱顶位移的幅值变化与地震动作用方向有关,地震波先到达的下部支承柱结构的内力反应增大;在竖向地震动作用下,结构在多点地震激励下的反应明显大于一致激励。网架结构在多点地震动激励下与行波激励下的反应结果变化规律相似,多数情况下行波激励得出偏于不安全的结果。因此,忽略地震动的空间变化会严重低估大跨度空间网架结构的反应。
双向行走激励条件下人行桥的随机振动问题研究
李 泉, 樊健生, 聂建国
2010, 27(7): 74-081.
摘要:
多人双向行走条件下人行桥的随机振动对城市大跨梁式人行桥的竖向振动估计及其控制有重要意义。该文基于桥上人群双向行走的交通流特征,利用随机振动的基本理论和虚拟激励法,发展了适于多种边界条件以及跨度布置的人行桥桥上各点加速度功率谱密度函数的计算方法,该方法适于描述人群按各种不同方式上桥行走的交通状况。计算结果表明:该文提出的加速度功率谱密度函数计算方法和时域方法吻合良好,满足工程计算的效率和精度要求;即使满足现行设计规范(承载力、挠度、基频f >3Hz)的人行桥,也会因人群荷载的高阶傅里叶级数分量引发的人桥共振而产生振动过大的问题;相比单向行走,人群的双向行走将对不同共振模态的人行桥产生不同的激励效应,共振模态为对称时为相互叠加,共振模态为反对称时为相互削弱。
连续梁结构损伤识别的改进直接刚度方法
阳 洋, 周锡元, 金国芳, 刘 荷
2010, 27(7): 82-091.
摘要:
该文对直接刚度方法(DSC)进行了改进,提出一种新的损伤指标Stiffness Vibration Index(SVI)。SVI是一个与获取模态弯矩和曲率模态的比值有关的参数,两者分别通过应用对位移的中心差分和对荷载的积分方法进行计算。改进后的直接刚度法有望应用于实际工程。该文对一个有损伤的双跨连续梁进行了数值模拟和试验研究,分析了测量误差,测点和模态数量有限性的影响,结果表明改进的直接刚度方法对受弯曲变形为主的结构是有效和可行的。
钢筋增强超高韧性水泥基复合材料受弯构件理论分析
李庆华, 徐世烺
2010, 27(7): 92-102.
摘要:
使用超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)取代普通混凝土可以有效控制裂缝宽度,阻止外界不利因素进入混凝土和钢筋,极大降低钢筋腐蚀的可能性,从而可以显著提高钢筋混凝土结构耐久性。UHTCC是在单轴拉伸状态下具有应变硬化特性的超高韧性材料,能够稳定地分担部分拉力。为了对钢筋增强超高韧性水泥基复合材料受弯结构构件进行更加合理的设计以节约钢材,在设计中应该考虑受拉区UHTCC拉伸承载能力。开展了钢筋增强超高韧性水泥基复合材料受弯构件的研究工作,先后完成了受弯理论分析、无腹筋长梁实验研究、试验研究与理论分析验证对比、裂缝控制分析、承载力简化计算方法等方面研究。该文依据UHTCC单轴拉伸状态下的应变硬化特性、单轴压缩状态的双直线模型以及平截面假定,进行了钢筋增强超高韧性水泥基复合材料受弯构件的理论分析,包括正截面受弯各阶段内力分析、界限配筋梁受压区高度的确定、加载至破坏整个过程的弯矩-曲率关系的确定以及跨中挠度的计算。
初应力对钢管混凝土单圆管拱极限承载力影响的研究
韦建刚, 黄福云, 陈宝春
2010, 27(7): 103-112.
摘要:
钢管混凝土拱施工时在管内混凝土固结前,钢管拱肋要承担其自重和管内混凝土的重量,在钢管上产生了初应力。进行了4根具有不同初应力度的钢管混凝土单圆管拱极限承载力的试验和初应力对钢管混凝土拱极限承载力影响的有限元参数分析。结果表明,初应力不影响其破坏模式,但会使极限承载力降低。初应力度对极限承载力的影响,还与拱的长细比和矢跨比有关,而与加载方式相关不大。初应力作用下钢管混凝土单圆管拱极限承载力的计算可以用初应力度折减系数 与无初应力拱的极限承载力 相乘得到,其中初应力度折减系数 可由与长细比有关的系数乘以矢跨比有关的系数的双系数乘积求得,而无初应力拱的极限承载力用修正的等效梁柱法计算。
基于内聚力模型的FRP-混凝土粘结强度分析
吴业飞, 陈伟球
2010, 27(7): 113-119.
摘要:
纤维增强材料(简称FRP)已被广泛应用于钢筋混凝土结构的修复和补强。FRP与混凝土的粘结强度是一个重要的设计参数,一般通过单剪试验测得。该文基于内聚力模型(Cohesive Zone Model)进行了单剪试验的有限元模拟,采用三线性应力-张开位移模型定义内聚单元本构关系,并对一些典型试验的荷载位移曲线进行参数拟合以确定相关参数,其值与文献吻合。进行了参数分析,得到了内聚参数对计算结果的影响规律,并给出了合理选取内聚参数的建议。
恒载效应对拱形梁的影响分析
周世军, 张家玮
2010, 27(7): 120-125,.
摘要:
应用虚功原理,推导了考虑恒载效应影响时拱形梁在活载作用下的非线性微分方程。根据所得方程,利用Galerkin方法讨论了恒载大小及结构自身刚度(矢高、跨度、惯性矩、惯性半径等)等不同因素在考虑恒载效应时对拱形梁静力特性的影响。通过与直梁解析解结果及作者在其它文献中提出的有限元方法对拱形梁分析结果的比较,验证了该文非线性微分方程及其求解公式。结果表明:该文给出的非线性微分方程对于拱形梁和直线梁具有通用性,初始恒载的存在减小了拱形梁在活载作用下的静力反应,这种影响与恒载的大小及结构自身的刚度有关。对轻型结构的设计提出了一些建议。
外套管式梁柱节点弯矩-转角关系控制参数研究
李黎明, 陈以一, 李 宁, 蔡玉春
2010, 27(7): 126-130.
摘要:
针对新型外套管式梁柱连接节点的力学性能,在国内外研究成果和试验数据的基础上进行了深入研究。提出采用极限状态控制法的三参数弯矩转角曲线方程,计算结果与试验结果吻合较好。依据此方程,在已知连接节点几何参数和材料性能的情况下可计算得到节点的弯矩转角曲线,为工程设计实践提供依据。
粉土地层中桶形基础水平动载响应的离心机实验研究
矫滨田, 时忠民, 鲁晓兵, 张建红
2010, 27(7): 131-141.
摘要:
对动载作用下分层土中单桶基础动承载特性、四桶基础动承载特性进行了离心机实验模拟,并对动载后桶基静承载力进行了模拟。结果表明:桶顶与粘土面相同时,有上覆粘土层条件下的桶基动力响应较无上覆粘土层条件下的孔压增长小,但沉陷大;桶顶与粘土层下的砂土面相同时比与粘土面相同时的响应大。桶基在动载后的静承载力得到提高。由于液化区的滤波和对动载的衰减作用,发生沉降的范围有限,离桶壁约一倍桶高距离。超孔隙水压从桶基边沿水平向逐渐衰减,从土面开始往下逐渐衰减到零。桶基周围砂土完全液化的厚度随载荷幅值的增加而增加,最大值约为桶高的40%。
外形几何参数对双坡低矮建筑屋盖上最不利风压系数的影响
全 涌, 陈 斌, 顾 明, 田村幸雄
2010, 27(7): 142-147.
摘要:
利用作者最近开发的非高斯风压的极值计算方法对日本东京工艺大学低矮建筑气动数据库中的刚性模型测压风洞试验数据进行处理,研究了屋盖上的最不利负风压系数随建筑外形几何参数的变化规律。研究结果表明:屋盖倾角的变化对屋盖上的测点最不利负风压系数的大小和分布有重要影响。高宽比的影响相对较小,多数情况下屋盖的最不利局部风压系数基本上都是随高宽比的增大呈微弱的增加趋势。深宽比的影响最微弱,规律性也比较差。
钢筋混凝土框架顶层边节点受力模型
崔建宇, 孙建刚, 宋玉普, 渡边史夫
2010, 27(7): 148-153.
摘要:
基于以往试验研究提出了针对钢筋混凝土框架顶层边节点的受力模型。研究结果表明:框架顶层边节点强度不但受抗剪机构而且受抗弯机构及锚固机构的影响;正弯矩方向的受力模型与负弯矩方向受力模型不同;负弯矩方向梁筋锚固强度是由其上层筋的弯起段长度、混凝土强度及钢筋直径决定的;正弯矩方向节点抗弯强度是由梁柱筋屈服强度、节点箍筋、柱中间筋和梁柱纵筋在节点内的投影长度决定的。利用该研究受力模型得出的节点强度计算结果与试验结果吻合。
FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型
胡 波, 王建国
2010, 27(7): 154-160.
摘要:
在平面应变条件下对FRP-混凝土-钢混合双管柱进行力学分析,考虑混凝土和钢管的弹塑性,通过FRP管有无达到极限状态判断试件是否破坏,提出FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型,理论计算曲线与试验曲线吻合较好。在理论模型基础上对FRP与钢双管约束混凝土应力-应变曲线进行参数分析,考察FRP管类型、空心率、钢管径厚比、混凝土强度以及钢管强度对混凝土应力-应变曲线的影响,研究表明FRP管类型、空心率和混凝土强度对应力-应变曲线有影响,钢管径厚比和钢管强度几乎没有影响。
带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压承载力
左志亮, 蔡 健, 朱昌宏
2010, 27(7): 161-167,.
摘要:
在钢板中部位置设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。该文介绍了8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验,结果表明约束拉杆的设置延迟钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱承载力的提高;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。采用带约束拉杆L形钢管的管内核心混凝土本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱进行参数研究,分析了钢材屈服强度、截面含钢率、混凝土强度、拉杆约束系数及荷载角对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱双向压弯承载力的简化计算公式。
基于严格平面应变模型的土中群桩水平振动研究
刘林超, 杨 骁
2010, 27(7): 168-174.
摘要:
假设桩周土符合Novak严格平面应变模型,在波的传播理论的基础上,通过引入势函数的方法,对土层水平振动问题进行了求解,得到了土层波动水平位移的衰减函数以及土层水平动刚度和动阻尼。在此基础上,利用初始参数法研究了桩-土-桩水平动力相互作用和群桩水平振动,并与Gazetas和Dobry近似平面应变模型进行了对比。研究表明:桩距和荷载作用角对两种模型得到的水平动力相互作用因子影响较大,桩间距对水平动力相互作用因子和群桩水平动力阻抗有较大影响。
内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁抗弯试验研究
丁亚红, 张春生
2010, 27(7): 175-180.
摘要:
提出了一种内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁的新方法,并通过7根混凝土梁的静力加载试验,对内嵌预应力和非预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁中预应力张拉、受力过程、破坏形态、抗弯承载力、延性和变形情况等进行较为系统的研究。试验结果表明:内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁能够显著提高被加固梁的开裂荷载、截面刚度、屈服荷载、最大承载力;能有效延迟裂缝的开展,限制裂缝的宽度,提高梁的抗变形能力,改善梁的正常使用状态,充分利用螺旋肋钢丝的高强性能。内嵌预应力螺旋肋钢丝加固技术能较好的解决现有加固方法在材料利用不充分、粘结剥离破坏等方面缺点,是一种高效的加固方法。研究成果为该新型加固技术在工程中应用提供了依据。
半空间饱和多孔介质中孔隙水压动力格林函数
张 海, 郭 磊
2010, 27(7): 181-185.
摘要:
该文引入三维饱和场地轴对称情况时的势函数,通过傅里叶积分变换,给出了三维饱和半空间中作用一孔隙水压力时的动力格林函数。首先在作用孔隙水压力处引入一辅助面,然后通过自由表面的边界条件以及辅助面处的连续条件,得到势函数系数,利用位移应力与势函数关系即可得到三维饱和半空间任一点的响应,也即格林函数。对于地表透水情况,该文考虑了地表的完全透水和完全不透水两种透水条件,该文进行了大量计算,分析了激励频率和孔隙率对位移和孔隙水压力的影响。
利用等效砌体材料模型分析爆炸荷载作用下砌体墙碎片尺寸分布
丁 阳, 汪 明, 李忠献, 郝 洪
2010, 27(7): 186-191,.
摘要:
爆炸碎片导致的次生破坏和人员伤亡往往是巨大的,正确了解建筑物结构可能产生的碎片分布对其抗爆防爆设计至关重要。该文基于连续损伤力学和微裂缝发展的理论,提出了一种采用等效材料模型分析砌体墙结构在爆炸荷载作用下可能产生的碎片尺寸分布的数值方法,等效材料模型考虑了应变率对材料强度的影响。通过与材料精细模型的对比分析,证明了等效材料模型的可靠性;所提出的数值方法有效地提高了爆炸荷载作用下砌体墙碎片分布的计算效率,可用于预测砌体墙在一定爆炸事件中可能产生的碎片尺寸分布。
梁高不等的钢筋混凝土中节点抗剪性能研究
吴 涛, 邢国华, 刘伯权, 黄 华
2010, 27(7): 192-199.
摘要:
进行了6个1/3比例梁高不等的钢筋混凝土中节点试件的低周反复荷载试验,分析了该类中节点的破坏特点和骨架曲线等力学性能;在试验研究的基础上,建立了考虑梁高不等特性的中节点的等效核心区在压剪复合作用下的计算模型,应用改进斜压场理论(MCFT)对等效核心区进行了受力分析。研究表明:该类节点通裂荷载与极限荷载比较接近,初裂出现在小梁上柱组成的小核心区,最终破坏区域主要发生在大梁下柱组成的大核心区;作为梁柱组合体而言,该类非常规节点抗震耗能能力较差;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。
房屋隔震体系动力特性计算的摄动方法
李向真, 向伟明, 朱小文
2010, 27(7): 200-204.
摘要:
该文在考虑房屋基础隔震体系刚度分布特点的基础上,将上下部结构刚度比作为摄动参数,系统建立了隔震结构动力特性计算的摄动方法。理论推导及算例说明,该方法能清晰地分析各阶动力微量作用对结构的影响,每一级计算各变量量级相同,从而确保了计算结果的合理性、可靠性和稳定性。该方法可以用于复杂隔震体系的动力计算。
直接基于位移的预应力混凝土框架结构抗震设计方法
简 斌, 翁 健, 金云飞
2010, 27(7): 205-211,.
摘要:
通过对传统直接基于位移的抗震设计方法中等效单自由度体系的等效刚度计算方法的改进,减少了影响等效刚度计算结果准确性的不确定因素,并将其应用于直接基于位移的预应力混凝土框架结构的抗震设计,提高了设计方法的有效性。该文根据是否考虑裂缝控制和强柱弱梁要求,采用上述设计方法设计了四种不同配筋的预应力混凝土框架,其静力弹塑性分析结果表明性能点结构位移均满足性态目标的要求,设计方法是有效的。同时,预应力框架结构的裂缝控制、预应力度、柱的配筋方式、强柱弱梁及其他抗震构造要求等将造成在设计需求地震作用下框架结构的承载力严重超强,并导致性能点的位移不同程度小于目标位移。
其他工程学科
台风致碎片运动及其对围护结构冲击破坏分析
宋芳芳, 欧进萍
2010, 27(7): 212-220.
摘要:
从国内外历次风灾调查统计数据可以看出,风致碎片是城市建筑围护结构遭受破坏的主要原因之一。风致碎片致使围护构件破坏的问题可以归结为3个部分:风致碎片危险性分析、碎片运动轨迹问题和围护构件抗冲击承载力分析。该文根据建筑周围环境及密集程度对碎片源环境进行了分类,建立了计算碎片分布的方法。根据碎片空气动力特性不同,对两大类碎片进行了分析。数值求解了板状碎片在空中飞行轨迹方程,并与文献实验值和数值解进行了比较,结果比较吻合。考虑风攻角产生竖向风荷载的影响,在文献方法基础上对球状碎片运动轨迹方程进行了改进,得到更为符合实际台风情况的结果。分析了围护构件抗冲击承载力,细致阐述了风致碎片导致围护构件损伤分析方法的步骤。最后利用台风珍珠实测风速、风向角和风攻角时程数据作为输入荷载,实现了某工业建筑玻璃外窗的风致碎片损伤估计,得到较好的结果。该文方法可应用于建筑风灾中风致碎片危险性评估。
船用柴油机膨胀气体冲击力作用轴系的主参数共振
杨志安, 程欣桐
2010, 27(7): 221-225.
摘要:
应用拉格朗日方程,得到柴油机轴系受膨胀气体冲击力作用的非线性扭转振动微分方程。根据非线性振动的多尺度解法,求得系统满足主参数共振情况的一次近似解及主参数共振的稳定性条件,并进行数值计算。得到主参数共振的幅频响应曲线。基于Simulink建立了系统仿真模型并进行仿真分析,指出主参数共振系统处于稳定状态。
受侧壁面限制的涡对融合
党会学, 杨智春
2010, 27(7): 226-231.
摘要:
针对受壁面限制的涡对融合问题,以多段翼型的二元风洞试验为例,用雷诺平均的NS方程进行了模拟。结合侧壁面的表面摩擦力线、不同x向横截面流线的拓扑结构分析及总压分布云图,刻画了多段翼型的涡流流场结构,进而分析了受侧壁面干扰的涡对融合过程。并与无侧壁面干扰的涡对融合过程进行了比较。结果发现,壁面对涡对融合过程的影响,包括了对旋涡发展速度的延迟、旋涡诱导速度的限制及壁面摩擦引起的能量损失等方面,明显延长了涡对融合所需的时间。但是侧壁面干扰的影响范围有限。根据以上结果,建议二元风洞试验中,试验段宽度应考虑侧壁面影响范围;对展弦比较大的半模,应对机身加上垫块或者采用镜像法来消除侧壁面对襟翼涡等的干扰;对于展弦比较小的模型,则应采用全模进行试验。
厚板轧机含间隙主传动系统混沌动力学分析
申延智, 刘宏民, 熊 杰, 杜国君
2010, 27(7): 232-236.
摘要:
咬钢冲击及打滑等因素极易导致轧机主传动系统产生振动,是轧机主传动系统异常损坏的主要因素。根据厚板轧机主传动系统实际结构形式,将该主传动系统简化为3自由度系统含间隙离散动力学模型,采用Runge-Kutta方法计算了含间隙碰撞系统在周期激励下的动力学响应。文中选择间隙闭合界面为庞加莱截面,对系统进行混沌动力学分析,发现系统具有混沌运动特征,结合现场工程实际对轧机进行了分析。论文的研究为该类轧机主传动的振动研究和控制奠定了基础。
子午线轮胎胎面花纹块滑动磨损有限元分析
何 涛, 李子然, 汪 洋
2010, 27(7): 237-243,.
摘要:
该文以205/55R16半钢子午线轮胎为参考轮胎,通过建立带纵向和横向简单花纹的轮胎模型,使用ABAQUS/Standard进行了轮胎自由滚动、制动工况的有限元分析,分析了与胎面磨损分布相关的粘着滑移区域随滚动角速度变化的分布情况。结果显示:轮胎在制动状态下,胎面各花纹块沿滑动方向前端出现接触大变形。但由于整体轮胎模型胎面花纹部分网格较粗糙,计算得到的花纹块变形受力分布特征不够准确。为此,采用整体到局部的分析方法,建立采用精细网格的二维平面应变花纹块模型,由整体轮胎模型提供其简化边界条件,使用ABAQUS/explicit进行了滑动的热力耦合有限元分析。结果显示:采用精细网格的局部花纹块模型能反映出滑动前端卷曲大变形以及表面卷曲自接触的变形特征。最后,通过模拟ABS(防抱死制动系统)控制下轮胎胎面花纹块磨损过程,分析了胎面花纹块沿周向的不规则磨损特征。
组合构件双重非线性分析模型研究与应用
孟焕陵
2010, 27(7): 244-249.
摘要:
以超高层建筑中当前广泛应用的杆系组合构件为研究对象,采用三维空间梁单元对其进行复杂受力状态下的双重非线性分析。为贴近实际工程同时简化计算,首先根据有限元方法和最小势能原理建立单元考虑几何非线性的弹性切线刚度矩阵;然后通过划分截面广义应变将单元截面刚度矩阵分离为弹性刚度矩阵与塑性刚度矩阵,在假定广义应变增量分布状态基础上,基于纤维模型法推导出单元塑性刚度矩阵;最后将考虑几何非线性的弹性刚度矩阵与塑性刚度矩阵集合成整体刚度矩阵,根据构件自身特性选取合理材料本构关系及数值计算方法进行构件非线性受力分析。数值分析结果表明,该文模型与方法概念清晰、计算精度高,还可应用于钢筋混凝土构件的受力性能非线性分析。
通道火灾时横向排烟对烟气层化特性的影响研究
蒋亚强, 霍 然, 胡隆华, 阳 东, 刘 帅, 祝 实
2010, 27(7): 250-256.
摘要:
在通道试验模型中开展了横向排烟试验,对不同火源功率下,通道内烟气层界面的形态特征、烟气层最高温升以及烟气水平流动速度随排烟速度的变化情况进行了研究。结果表明:通道内的烟气在排烟速率较小时能够维持很好的层化,随着排烟速率增大,烟气层与空气之间的掺混加剧,且靠近通道端部开口处的掺混程度强于远处。归一化的烟气层最高温升和烟气水平流动速度均随排烟速率呈幂指数衰减规律。靠近通道端部开口处的最高温升和水平流动速度衰减得更快;靠近通道端部开口处与远离通道端部开口处的烟气流动速度差异随排烟速率增大而增大。