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2011年  第28卷  第2期

综述
结构损伤动力检测与健康监测研究现状与展望
朱宏平, 余 璟, 张俊兵
2011, 28(2): 1-011,. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.06.ST03
摘要:
基于动力特性的结构损伤检测方法在过去几十年中得到了迅猛发展。该技术的核心思想在于结构的振动特性(比如频率、振型、模态阻尼等)是结构物理参数(如质量、阻尼和刚度)的函数,结构损伤即意味着结构物理参数的改变,而物理参数的改变必然引起结构振动特性的改变。该文介绍了结构健康监测与损伤动力检测方法的涵义、应用现状和分类方法。对基于动力特性的结构损伤检测方法和识别算法做了重点介绍,分析了各种方法的优点和不足之处。最后对有待进一步研究的问题和结构损伤检测方法发展趋势进行了展望。
基本方法
基于小波包和概率主成份分析的损伤识别
孙晓丹, 欧进萍
2011, 28(2): 12-017.
摘要:
由于大型结构环境复杂,噪声和温度效应明显,该文提出基于小波包和概率主成份分析的损伤识别方法,该方法充分利用了小波包作为损伤指标灵敏度高的特性,又用概率主成份分析(PPCA)的方法首先去除环境噪声和温度的影响,然后重构数据进行损伤工况的识别,用PPCA提供的概率模型判断损伤的上下界,使得损伤识别更易进行。通过对滨州黄河公路斜拉桥的仿真分析,识别出不同温度下设定损伤,证明该方法的可行性。
基于多点位移控制的推覆分析算法
黄羽立, 陆新征, 叶列平, 施 炜
2011, 28(2): 18-023.
摘要:
该文提出了静力推覆分析的一种新的数值方法,通过引入位移刚性约束来保持恒定推覆侧力分布,实现基于位移控制的推覆分析。首先基于虚功原理对引入位移刚性约束实现保持恒定推覆侧力分布进行了论证,在理论上证明了该方法既适用于弹性结构,也适用于弹塑性结构。随后,以通用有限元程序MSC.MARC为例,介绍了如何实现基于多点位移控制的推覆分析。最后,通过算例对比,说明该文建议方法在计算结构复杂非线性特别是软化过程中的突出优势,即能够获取结构从弹性阶段到完全失去水平承载力的全过程,为全面认识结构的静力推覆性能,特别是为结构的倒塌分析,提供了有力工具。
阶梯形圆形水池分析的传递矩阵法
夏桂云, 俞茂宏, 李传习, 曾庆元
2011, 28(2): 24-029.
摘要:
考虑剪切变形的影响,推导了圆形水池在轴对称荷载作用下的中厚壳有矩理论公式,其微分方程与Winkler地基上Timoshenko梁的微分方程一致,当圆形水池池壁剪切刚度取无穷大时,其可退化成相应薄壳理论公式。利用初参数法,推导了微分方程的解形式和建立了结构分析的传递矩阵法。分析了底部固结顶部自由、在分布荷载和径向荷载作用下阶梯形圆形水池横向挠度、转角、剪力、弯矩随池壁高度的变化,并与不考虑剪切变形影响的计算结果、Ansys结果进行了比较。计算结果表明:圆形水池考虑剪切变形影响的计算结果偏小、采用薄壳理论偏安全;剪切变形对弯矩、剪力影响比对环向力、径向位移影响大;所建立的圆形水池初参数解和转递矩阵法丰富了圆形水池和Winkler地基上Timoshenko梁的计算理论。
侧向力作用下薄壁箱梁腹板力学特性的研究
甘亚南, 王振波, 周广春
2011, 28(2): 30-035.
摘要:
考虑了剪力滞后和剪切变形的影响,该文提出了一种对薄壁箱梁腹板静、动力学特性的分析方法。为了准确反应薄壁箱梁腹板的位移变化,三个广义位移被引入。利用能量变分原理建立了箱形梁腹板三个广义位移的控制微分方程和自然边界条件,据此对薄壁箱梁腹板的静、动力学特性进行了研究,获得了相应广义位移的闭合解。算例中,该文解析解与板壳有限元结果进行了比较,验证了该文方法的有效性,而腹板自振特性的研究从理论上进一步证明了静力分析的可靠性。
基于马尔科夫链模拟的支持向量机可靠性分析方法
袁修开, 吕震宙, 许 鑫
2011, 28(2): 36-043.
摘要:
针对实际工程中可靠性分析设计的极限状态方程为隐式的情况,提出了一种基于马尔科夫链模拟的支持向量机可靠性分析方法。所提方法采用改进的马尔科夫链来产生极限状态重要区域上的样本点,再采用支持向量机方法求得相应的函数替代模型来进行可靠性分析。由于马尔科夫链能够自适应的模拟极限状态重要失效区域附近的样本,并且由于采用马尔科夫链备选样本点而非状态点作为训练样本,因而所提方法能够高效快速逼近对失效概率贡献较大区域的极限状态方程,并且充分利用了模拟过程产生的有用信息。所提方法还采用了一种渐变方差的模拟策略,改善了马尔科夫链模拟样本的质量。另外所提方法分别采用支持向量机分类方法和回归方法来构建函数替代模型,能够实现风险最小化的极限状态方程的替代,使得失效概率可以高效高精度地被逼近。最后给出了数值算例和工程算例,表明该文所提方法在计算效率和精度上具有较好的性能。
一种高效的流场反设计算法研究
姚伟刚, 徐 敏, 陈志敏
2011, 28(2): 44-048.
摘要:
提出了一种基于特征正交分解(POD,Proper Orthogonal Decomposition)的流场反设计算法,采用该方法可以通过数值计算或试验得到的物面气动参数分布,高效的反设计整个流场。基本思路是:首先获取快照向量构成POD核,通过对POD核进行奇异值分解提取POD模态(或POD基),并对低能量模态截断,最后通过反设计算法高效反设计整个流场。应用两个算例验证该方法在流场反设计中的效果:1) RAE 2822亚声速流场; 2) NACA 0012跨声速流场。结果表明该文建立的反设计算法准确、高效,并且提供了一个数值计算和试验协同仿真以及建立数值风洞的新思路。
基于余弦变换的地震动反应谱计算方法
蒋甫玉, 高丽坤
2011, 28(2): 49-056.
摘要:
针对提高地震动反应谱的计算精度,提出用余弦变换计算地震反应的新方法。给出并证明了基于余弦变换的褶积及微分定理,利用它们,以单自由度系统动力微分方程为出发点,推导出地震反应的余弦变换谱公式,进而通过逆余弦变换求取反应谱的一般表达式。为探讨该方法的计算精度,分别利用精确法和余弦变换法计算了简谐波输入情况下的反应谱,并进行了误差对比分析。研究结果表明:当地震动荷载输入为cos4π t时,精确法计算的位移、速度和加速度反应谱与理论反应谱的均方差分别为0.0012m、0.003m/s、0.16m/s2,而余弦变换法计算的反应谱与理论反应谱的拟合效果非常好,均方差分别为0.0002m、0.002m/s、0.36m/s2,余弦变换法计算的位移和速度反应谱精度分别提高了近6倍和1.5倍,虽然加速度反应谱均方差略大于精确法,但对于长周期部分的计算结果,较之精确法的计算精度来说具有显著的优势。而在对EI Centro地震波的反应谱计算结果中,两种方法所获得的三类反应谱曲线形态相近,进一步证实了余弦变换法计算结果的准确性和可靠性。
既有结构材料强度的信度推断方法
姚继涛, 解耀魁
2011, 28(2): 57-061.
摘要:
既有结构当前的材料强度是客观上完全确定但具有主观不确定性的未确知量。目前的区间估计法为概率推断方法,并不完全适用于对既有结构当前现实的材料强度的推断。该文针对既有结构的特点,分析了目前区间估计法的缺陷,提出了既有结构当前材料强度的信度推断方法。该法具有良好的理论基础,不仅考虑了测试构件与未测试构件之间的差别,而且能够合理反映测量不确定性、空间不确定性对推断结果的影响,推断结果与一般的工程判断一致,实例分析的结果亦具体说明了这一点。该文的方法还可推广到对既有结构当前恒荷载的推断。
含有整体刚体位移杆件系统的几何非线性分析
罗晓明, 齐朝晖, 许永生, 韩雅楠
2011, 28(2): 62-068.
摘要:
许多杆件系统中,结构和机构共同存在。应用现有有限元理论很难分析这些杆件系统的几何非线性效应。该文引入多组坐标:总体坐标系、物体坐标系、单元坐标系、节点坐标系和截面坐标系,介绍了一种含刚体位移杆件系统几何非线性效应的共转坐标方法。该文假设梁单元交叉节点为刚性连接,即:节点坐标系和截面坐标系之间的坐标转换矩阵始终不变,明确了杆件结构中节点转动的概念。并且依据有限转动理论,推导出物体在单元坐标系和总体坐标系下的变形转换关系,有效的分解了物体的大转动、大变形效应。进而列出了大变形分析的非线性残量方程。另外,该文用多体系统动力学处理约束的方法,建立了具有复杂边界条件结构的增广约束方程。最后,给出4个算例,验证了所述方法的可行和正确性以及约束增广法处理约束的有效性。
转弯半径对引水式水电站弯道排冰影响的数值模拟
王晓玲, 蒋志勇, 周莎莎, 周正印, 张自强
2011, 28(2): 152-158.
摘要:
水电站引水渠道中的冰害会影响水电站的安全运行,危害当地人民的人身安全,因此,输排冰运行方式的成败便成为引水式水电站冬季安全运行的关键所在。建立了三维非稳态欧拉两相流模型,在水流流动过程冰的动量源项中考虑了相间曳力、升力、虚拟质量力的作用,以及密度差的影响。模拟分析了不同转弯半径对弯道排冰的影响,结果表明:转弯半径为200m时弯道内的水流平缓,流速分布较均匀,排冰闸前的浮冰量最大,排冰量最大,冰水比相对较大,排冰效果最好。可知,转弯半径200m时为最佳布置形式,从而实现了对弯道输排冰的布置形式进行合理的优化设计,以达到顺利输排冰,保证冬季安全运行的目的。通过与Blanckaert所做的弯道冲淤试验水槽实验结果对比,验证了模型的可靠性。
土木工程学科
不同抗震区结构承载力裕度的概率结构分析与比较
范文亮, 李 杰
2011, 28(2): 69-074,.
摘要:
按现行规范设计的不同抗震区的结构安全性能和水平是否存在显著差异?为澄清这一问题,该文构造了一个能合理反映结构整体安全性能的承载力裕度参数,并通过承载力裕度概率密度函数的比较间接研究不同抗震区结构安全性能的差异。基于上述思路,在概率密度演化理论的框架下,由可靠度问题的不同求解方式出发,导出了承载力裕度的密度变换解及其 序列逼近算法;然后以按规范设计的不同抗震区的四榀9层3跨钢筋混凝土平面框架为对象,结合结构非线性全过程分析和密度变换解的 序列逼近算法,分别获得了四榀框架结构承载力裕度的概率密度函数,通过比较研究,可以发现:尽管承载力裕度的概率分布类型基本相似,但均值差异明显,反映了不同抗震区结构安全性能的差距,且随着抗震设防烈度的提高,安全水平呈下降趋势,这一现象需引起工程界的足够重视。
桥梁气动自激力时域表达式的瞬态与极限特性
张志田, 陈政清, 李春光
2011, 28(2): 75-085.
摘要:
该文详细介绍了有理函数与阶跃函数在桥梁气动自激力时域模拟中的应用。分别对两种表达式的极限特性与瞬态特性进行了分析。理论分析与数值结果表明:阶跃函数的极限特性独立于识别参数而与桥梁断面的准定常风荷载特性相一致,经参数识别后的阶跃函数自激力表达式是准定常风荷载模型与基于颤振导数表达的自激力模型两者的统一。因此,阶跃函数自激力模型可应用到响应均值非零的结构风振响应分析中。相比之下,有理函数模型的极限特性依赖于所识别的参数,与准定常风荷载特性并不存在统一的关系,因而通常情况下其应用范围限定在均值为零的桥梁风振响应分析中,该文通过分析讨论指出,可通过强制有理函数表达式中若干参数值的方法克服这一缺陷。无论是阶跃函数还是有理函数模型,由于其参数识别是按照自激力平稳谱特性等效的原则完成,因而其识别参数所决定的瞬态特性仅仅是一种数值结果,并不代表实际桥梁断面的瞬态气动力特性。由此可能会产生高瞬态值与十分耗时的衰减过程,这种不良瞬态特性会引起结构风振时域分析中长时间范围的自激力模拟失真。该文通过限定时域自激力表达式中记忆项参数的识别数值范围,有效地解决了这一问题。
钢梁-钢筋混凝土柱梁柱节点的设计模型
申红侠, 顾 强
2011, 28(2): 86-093.
摘要:
通过分析钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)梁柱节点试验和有限元分析结果,对P-M模型进行了修正,提出内混凝土考虑承压变形和剪切变形的节点设计模型。该模型认为RCS节点变形是三维空间变形,应将内混凝土、外混凝土分开,分别按处于平面应变状态来处理,内混凝土变形大于外混凝土变形,除了剪切变形之外,内混凝土还有很大承压变形。基于设计模型和有限元分析结果提出RCS边柱节点名义强度计算公式和设计公式。取内混凝土总变形为2%时节点的抗剪强度为名义强度。这些公式可供我国制定规范所参考。
结构-地基动力相互作用的实时耦联动力试验
汪 强, 王进廷, 金 峰, 张楚汉
2011, 28(2): 94-100,.
摘要:
振动台试验中如何考虑无限地基辐射阻尼是结构动力试验中的一个难题。该文采用实时耦联动力试验(RTDHT)方法,在试验系统的数值子结构中引入地基集总参数模型,将地基的数值模型计算与结构的物理模型试验实时耦联,从而实现了考虑结构-地基动力相互作用(SSI)的结构振动台动力试验。利用该方法,对一个双层结构考虑结构-地基动力相互作用的动力反应问题进行了振动台试验,并对软土地基、硬土地基两种情况下双层结构的加速度反应、层间剪力等进行了分析比较,讨论了结构-地基动力相互作用对结构动力反应的影响。试验结果与远置边界有限元计算的数值精确解进行了对比,结果表明试验具有较高的精度,能够准确反映结构-地基动力相互作用对结构动力反应的影响。基于集总参数模型的实时耦联动力试验是解决振动台试验中无限地基辐射阻尼问题的一个可行的途径。
水平井水力压裂的三维有限元数值模拟研究
张广明, 刘 合, 张 劲, 吴恒安, 王秀喜
2011, 28(2): 101-106.
摘要:
对水平井进行水力压裂,一口井可以形成多条横向裂缝,增产效果比直井更明显,因此近年来水平井压裂应用越来越广泛。该文以ABAQUS软件为平台,采用流固耦合单元模拟岩石的应力渗流耦合行为,采用带有孔隙压力自由度的粘结单元模拟油层和隔层的破裂和扩展,射孔连接微环隙和横向裂缝,即假设了双向同时起裂和扩展的可能性。对大庆油田某水平井分段压裂过程建立了三维非线性流固耦合水力压裂模型,地层参数和物性参数取自该水平井的数据,进行了数值模拟。模拟结果得到了不同时刻油层和隔层的裂缝形态、孔隙压力分布、应力和应变分布等,裂缝高度远远小于裂缝长度,与施工现场裂缝形态吻合良好;模拟得到的井底压力时间历程曲线与现场施工实测得到的井底压力时间历程曲线吻合良好,进一步验证了计算模型的正确性和合理性。
管材包裹预应力混凝土方形柱优化数值模拟研究
陈 波
2011, 28(2): 107-110.
摘要:
对PE材料、HDPE材料、PVC材料和钢材等不同弹性模量管材包裹下的预应力混凝土轴压方柱,建立了以稳定作为约束条件的非线性规划问题的数学模型。引入管材截面尺寸和壁厚的比值,将组合构件的截面特性用此系数表示,从而将非线性规划问题转化为可通过迭代计算公式直接获得优化解的问题。最后,利用该文方法对不同材料外包下的预应力混凝土轴压方柱在相同承载力条件下,分别进行了截面优化设计计算,并做了比较。分析表明,该文方法简单实用。
钢筋混凝土构件基于修正压力场理论的受剪承载力计算
魏巍巍, 贡金鑫
2011, 28(2): 111-117.
摘要:
在经典修正压力场理论的基础上做了进一步的研究,根据钢筋混凝土受弯构件的剪切破坏机理,考虑上部受压区混凝土和下部受拉区骨料咬合力及箍筋共同提供受剪承载力,推导出截面的受剪承载力表达式。与所收集的国内外有腹筋梁的275个试验结果的比较表明,采用该文提出的受剪承载力表达式计算的受剪承载力与试验结果的变异性较小,可用于钢筋混凝土梁的抗剪分析和设计。
高地应力下圆形巷道临界冲击地压解析解
郭延华, 姜福兴, 张常光
2011, 28(2): 118-122.
摘要:
基于统一强度理论和塑性应变损伤模型,合理考虑中间主应力效应和剪胀特性,对高地应力下的圆形巷道进行弹塑性分析,由冲击地压扰动失稳理论建立圆形巷道临界冲击地压解析解。经与模型试验和工程实测数据比较,验证了解析解的正确性,并得出统一强度理论参数、剪胀参数、支护力、升降模量比和内摩擦角对临界冲击地压的影响规律。结果表明:确定高地应力下圆形巷道临界冲击地压时,不能忽略中间主应力和剪胀的影响。
全跨和半跨荷载组合下荷载效应函数模型研究
蒋友宝, 贺艺华
2011, 28(2): 123-128.
摘要:
研究了全跨和半跨荷载组合下荷载效应函数的特性。首先分析了荷载效应函数为非线性的原因。然后在多个实例分析的基础上,提出了一个全跨和半跨荷载组合作用下荷载效应函数的一般模型。该模型无论是在构件层次上还是在体系层次上都具有较高的精度。最后根据此函数模型,讨论了荷载效应曲线的非线性程度。结果表明荷载效应曲线为抛物线或双曲线。这为结构可靠度计算提供了参考。
预应力钢箱高强混凝土组合梁受扭性能全过程分析
胡少伟, 陈 亮
2011, 28(2): 129-133.
摘要:
为研究预应力钢箱高强混凝土组合梁从加载到破坏受扭全过程的力学性能,把受扭全过程分为开裂前和开裂后两个阶段。基于变角空间桁架理论模型,通过受力平衡方程、几何条件和应力-应变关系等,推导出适用于预应力组合箱梁全过程分析的一系列方程,进而提出了预应力钢箱高强混凝土组合梁全过程分析的简化算法,并利用VB编制了预应力钢箱高强混凝土组合梁受扭全过程分析的仿真计算程序,制作了输入和输出的可视化界面。最后,对试验和理论分析结果进行了对比,结果表明方法合理,精度满足要求。
Balsa芯材夹层梁的失效分析
万 里, 刘伟庆, 周 叮, 方 海
2011, 28(2): 134-140.
摘要:
通过三点弯曲试验,分析了Balsa木芯材夹层梁的破坏模式。夹层梁发生了芯材剪切、面板拉伸/受压破坏、屈曲破坏。由测试结果发现,Balsa木夹层梁的承载力远低于理论计算,且破坏模式也与一般情况有差别。采用有限元方法,考虑了夹层结构的初始缺陷和材料的各向异性,建立了一系列有限元分析模型,对夹层梁的承载失效问题进行了分析计算。计算结果采用神经网络算法进行拟合,分析了初始脱层和芯材缝隙裂纹对夹层梁承载能力的影响,为Balsa轻木夹层结构的制备、分析和设计提供参考。
框架-密肋复合墙结构剪力分担率计算方法研究
郭 猛, 姚谦峰, 袁 泉
2011, 28(2): 141-146.
摘要:
密肋复合墙体具有独特的结构构造形式,其刚度可按不同抗震设防要求进行调整,并可满足复杂建筑形式的要求。该文以框架-剪力墙结构为依据,对框架-密肋复合墙结构协同工作机制及剪力分担率计算方法进行较为系统的研究。基于Timoshenko梁基本理论,将框架-密肋复合墙结构视为由剪切型悬臂框架、弯剪型悬臂梁组成的双重抗侧力体系,采用连续化方法建立框架-密肋复合墙结构的位移微分方程,推导出了计入复合墙剪切变形的水平位移解析表达式和内力计算公式。根据前期试验获得的墙体模型低周反复荷载试验数据,拟合得出密肋复合墙体指数式刚度退化模型,量化了墙体在各变形阶段的刚度退化系数。在此基础上提出不同变形阶段框架-密肋复合墙结构剪力分担率的实用计算方法,并通过算例验证了复合墙刚度退化对结构内力分配的影响程度。
再生混凝土梁挠度计算方法研究
杨桂新, 吴 瑾, 叶 强
2011, 28(2): 147-151.
摘要:
对再生混凝土梁进行了正截面弯曲性能试验。结果表明,再生混凝土梁挠度随着纵向钢筋配筋率和混凝土强度的增加而减小,再生混凝土梁实测挠度较普通混凝土结构设计规范计算值大10%左右。依据普通混凝土受弯构件挠度计算理论,通过试验回归出再生混凝土梁刚度公式中的3个系数,从而建立了再生混凝土梁挠度计算方法。国内外有关试验数据验算表明,该文方法得到的再生混凝土梁跨中挠度计算值与实测值吻合较好,该计算公式具有较好的适用性。
基于隐式梯度公式的各向异性混凝土损伤研究
汪忠明, 牛晓玉, 杨伯源
2011, 28(2): 159-164.
摘要:
在空间复杂应力状态下,混凝土损伤表现出强烈的应力方向相关性,隐式梯度公式中标量形式的损伤变量,不能精确描述混凝土在复杂应力状态下失效问题。该文引入空间有效损伤矩阵,构造一种基于隐式梯度公式的各向异性的非局部损伤模型,证明了其率平衡方程在损伤过程中类型保持不变,给出空间应力状态下基于该模型的有限元程序,并将该模型应用于空间复杂应力状态下的混凝土损伤和应变软化的数值模拟。数值计算表明模型对避免软化损伤模拟时的病态网格依赖性和零能量损耗有非常好的效果。
基于突变理论的滑坡时间预测模型
周小平, 钱七虎, 张永兴, 杨海清
2011, 28(2): 165-174.
摘要:
考虑滑面介质的流变特性结合滑坡监测资料,运用尖点突变模型中状态变量的突变来反映滑体的突滑,建立了一个滑坡时间预测模型。基于突变理论,分析了单滑面滑坡的失稳机制,分析结果表明:滑体突滑失稳的必要条件仅取决于滑动面剪切段介质和蠕滑段介质的刚度比。根据尖点突变理论的分叉集方程,得到了滑坡突变时间的计算公式,为滑坡预报提供了初步的理论依据。同时,根据能量转化原理,导出了滑体突滑初速度的计算公式。最后将理论模型应用于某实际的滑坡工程。
受酸雨侵蚀混凝土弹性模量研究
张英姿, 赵颖华, 范颖芳
2011, 28(2): 175-180.
摘要:
弹性模量是混凝土的一个重要力学性能指标,直接影响结构的静力、动力力学响应。为了研究酸雨环境下混凝土弹性模量的劣化规律,应用复合材料细观损伤力学弹性模量理论模型,计算了受腐蚀混凝土静力抗压弹性模量,并通过实验室加速腐蚀方法模拟3种酸度的酸雨环境(pH值为1.5、2.5和3.5),测试不同腐蚀环境下C40混凝土的静力抗压弹性模量。理论模型的计算结果与试验数据吻合较好。研究表明:相对于未腐蚀混凝土,受酸雨侵蚀混凝土内部等效孔洞的体积含量变化是导致力学性能劣化的一个重要原因;以弹性模量变化D作为损伤指标以描述不同腐蚀程度混凝土的劣化规律,对于不同酸度侵蚀液腐蚀的混凝土,在腐蚀初期D波动较大,而后随着侵蚀时间的延长逐渐增大,酸度愈大,D变化愈显著,规律性愈强。
基频约束下的桁架结构半定规划法拓扑优化
李东泽, 于登云, 马兴瑞
2011, 28(2): 181-185.
摘要:
大型复杂结构出现重频时该频点处不具有通常意义下的导数信息,基于灵敏度分析的优化算法遇到很大困难。若优化模型存在平衡方程等式约束,则为非凸优化,很难找到全局最优解。对此该文以桁架结构为研究对象,采用半定规划法建立了以结构系统体积和基频为约束,以柔度最小为目标的凸优化模型。通过将柔度和基频构造成半定矩阵的形式,将传统优化模型转化为半定规划模型。该模型将杆件横截面积和柔度均视为优化变量,模型的特点是在求解过程中不必计算特征值的灵敏度,对有无重频问题均适用。数值算例表明采用半定规划法处理重频优化问题是正确可行的。
弹性地基上矩形贮液结构的液-固耦合振动特性
程选生, 杜永峰
2011, 28(2): 186-192.
摘要:
针对无旋、无粘和不可压缩的理想液体,根据Winkler弹性地基上矩形贮液结构的液-固耦合振动分析模型,通过引入无量纲参数建立了矩形贮液结构的液-固耦合系统的振动方程。为简化计算,根据梁的振型函数和频率方程,将三维问题转化为一维问题来处理,利用振型函数的正交性求解了Winkler弹性地基上矩形贮液结构的液-固耦合振动频率。最后,为便于工程应用,结合工程实际讨论了无量纲参数对矩形贮液结构液-固耦合振动频率的影响,从而为以后工程结构中矩形贮液结构的设计计算提供了理论依据。
体外预应力钢-混凝土组合连续梁自振频率分析
焦春节, 丁洁民
2011, 28(2): 193-197,.
摘要:
为研究预应力组合连续梁的自振频率,建立双折线型体外预应力钢-混凝土组合两跨连续梁振动特性的分析模型,并在Ayaho Miyamoto的基础上,推导出双折线型体外预应力组合连续梁振动方程。通过对振动方程进行拉普拉斯变换,得到了连续梁在对称振型和反对称振型下的全部频率计算公式,分析了等效轴向力对组合连续梁频率的影响规律。和现有的预应力组合连续梁的动力试验和有限元结果进行了比较分析,公式计算的组合梁基频结果与前两者吻合较好,理论公式所反映的预加力对频率的影响规律与有限元一致。所得公式可以用来计算体外预应力钢-混凝土组合连续梁的自振频率。
地震作用下钢结构损伤过程数值模拟
段红霞, 李守巨, 刘迎曦
2011, 28(2): 198-204.
摘要:
采用弹塑性损伤本构模型,该模型结合了非线性各向同性和随动强化准则以及基于塑性位移的损伤演化规律,利用ABAQUS对一个9层钢结构在EL-Centro地震波作用下塑性变形和损伤区域的发展过程进行了数值模拟。结果表明,上部楼层的梁端产生较明显的塑性变形并形成损伤部位。这与在Northridge地震中观测到的高层钢结构的地震损伤情况是一致的。
基于粒子群算法的劣化桥面铺装多目标组合维护策略优化研究
彭建新, 邵旭东, 张建仁
2011, 28(2): 205-211.
摘要:
发展了维护导致的间接维护成本改进模型,基于改进的桥面铺装劣化模型推导了在组合维护策略下其状态指标评估公式,建立了多目标组合维护优化模型。使用自适应粒子群优化算法,根据寿命期内维护成本现值最小化和状态指标最大化的原则,满足性能要求和预算限制约束下,优化出寿命期内成本和性能都满足要求的维护策略。以劣化水泥混凝土桥面铺装为数值算例,证明了多目标组合优化技术的可靠性和有效性。研究发现:合理安排组合维护策略中修补性维护时间可以平衡桥梁维护成本和结构安全性能。
其他工程学科
洪水中漂浮管道的应力分析
王晓霖, 帅 健
2011, 28(2): 212-216.
摘要:
洪水对管道构成严重威胁,可能导致管道冲出、裸露甚至大范围漂浮。管道在动水作用力、浮力、重力及岸边土体抗力的共同作用下发生空间弯曲变形。建立洪水管道力学分析模型,考虑管-土间非线性相互作用、管道轴力和管材非线性等因素,推导了管道空间变形曲线方程和变形协调方程,采用迭代方法求解管道的应力与应变。基于解析方法开发计算程序,通过算例分析了不同管道参数、洪水参数条件下管道变形与应力-应变分布。建立各算例有限元模型,对比分析表明解析方法计算结果与有限元方法吻合较好。基于极限状态理论提出洪水管道的安全评定方法,并对案例管道进行了安全评定。
超空泡航行器三维流场仿真及性能分析
向 敏, 吴 雄, 张为华, 王中伟
2011, 28(2): 217-222.
摘要:
提出了带进水管路超空泡航行器基本结构和性能评价方法。基于三维Reynolds平均N-S方程、Mixture多相流模型和完全空化模型,建立了超空泡航行器内外流仿真模型。开展了不同航行状态和空化器攻角下流场仿真,分析了航速、航行攻角和空化器攻角对空泡形态、航行器水动力特性和进水管路性能等影响规律。研究表明:航行攻角严重影响空泡对称性,易造成航行器失稳;空化器攻角对空泡形态对称性和进水管路性能影响较小,能有效用于航行器控制。所得结论对超空泡航行器研制具有较强的理论指导意义。
纵向磁场中导电薄板的亚谐共振
胡宇达, 李佰洲
2011, 28(2): 223-228.
摘要:
基于麦克斯韦方程和弹性动力学理论,导出了纵向磁场中导电薄板的非线性磁弹性耦合振动方程和电动力学方程,运用伽辽金法推得了两对边简支导电条形板的达芬型振动方程。针对亚谐波共振问题,应用多尺度法进行求解,得到了相应的近似解析解和幅频响应方程以及非平凡解存在条件。应用李雅普诺夫稳定性理论,对解的稳定性进行了分析,得到了稳态解稳定性的判别式。通过数值计算,得到了非平凡解存在域、振幅特性变化曲线图及动相平面轨迹图,分析了电磁、机械等参量对系统共振特性的影响。
钻柱扭转和纵向振动的等效网络分析
闫向宏, 孙建孟, 张美玲, 苏远大, 陈雪莲
2011, 28(2): 229-233,.
摘要:
忽略阻尼对钻柱振动的影响,在一维钻杆扭转振动和纵向振动方程的基础上,推导出单根钻杆和多根相同钻杆扭转振动和纵向振动的等效网络。利用等效网络级联理论,结合钻柱系统边界条件,给出了钻柱扭转振动和纵向振动的等效网络和机械等效阻抗表达式,阐述了根据机械等效阻抗确定钻柱扭转振动和纵向振动机械共振频率的原理和方法。由等效网络分析法和ANSYS有限元法对两例钻柱扭转振动和纵向振动机械谐振频率的计算结果表明:利用等效网络分析法计算钻柱系统扭转振动和纵向振动的机械谐振频率是一种行之有效的方法,具有直观、简单易用的特点,并且其计算结果与ANSYS有限元法的数值模拟结果一致。
双曲传热反问题研究
薛齐文, 杜秀云, 马莉英
2011, 28(2): 234-238.
摘要:
该文建立了双曲传热正/反问题求解模型,应用高斯-牛顿方法,对辐射边界进行了识别。空间上采用等参元进行离散,时域上采用时域精细算法进行离散,利用测量信息和计算信息构造最小二乘函数,将多宗量反演识别问题转化为一个优化问题,所建模型可对导热系数和辐射边界等宗量进行有效的单一和组合识别。给出了相关的数值验证,对信息测量误差作了初步探讨。数值结果表明,所建模型能对双曲传热反问题的导热系数和辐射边界条件进行有效的识别,并具有较高的计算精度。
箱形船体波浪和波浪压力的非线性时域模型
桂琴琴, 邹志利, 王大国
2011, 28(2): 239-245.
摘要:
该文将耦合计算模型应用于计算固定箱形船体上非线性波浪压力,研究了将该准三维模型应用于物体三维波浪压力的计算能力。为了提高计算强非线性波浪的能力,在方程中加入了高阶非线性项,并进行了箱体波浪压力的测量模型实验,以验证计算结果。计算模型将船体底面以下水域取为内域,其余水域为外域。内域用欧拉方程计算,外域采用Boussinesq方程。内外域在交界面处相耦合。数值计算结果与实验结果进行了对比,符合良好。该计算模型具有计算简单、速度快,能适应变化的地形的特点。
仿甲壳虫芯柱的缓冲吸能结构
郭 婷, 王跃方
2011, 28(2): 246-251,.
摘要:
甲壳虫外壳有着精巧复杂的构造。该文参照甲壳虫外壳中层间芯柱的微结构,设计出几个模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件分析其耐撞性和抗冲击能力。然后改进原有模型的结构形态,使其更贴切甲壳虫外壳中小柱结构,缓冲吸能性能更好。将改进后的模型与圆管结构相对比,进行准静态和模拟冲击环境的分析。结果表明优化后的模型吸能量更多,压缩载荷更加稳定,抗冲击性能更好。可将其应用在结构防撞性和能量吸收装置中。
液压脉振注射成型机注射过程螺杆动态特性分析
王 权, 瞿金平
2011, 28(2): 252-256.
摘要:
介绍自行设计新型液压脉振注射成型机的注射部分结构性能,分析了螺杆在振动力场下的轴向受力状况,通过将实际螺杆简化成广义螺杆,利用集中质量的方法建立了注射过程螺杆轴向振动响应的物理和数学模型,研究了此种振动装置在注射过程螺杆的动态响应。在工作频率范围内,随着振动频率增大,螺杆响应振幅减小,低频率激励的振幅动态放大系数高于高频率激励振幅放大系数,实验结果与理论分析相一致,为新型液压脉振注射成型机振动参数的确定提供了理论依据。