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2011年  第28卷  第9期

基本方法
钢-混凝土组合梁剪力滞效应弹性解析解
李法雄, 聂建国
2011, 28(9): 1-008.
摘要:
基于Gjelsvik组合梁滑移模型中引入描述组合梁翼板横向非均匀分布的纵向位移翘曲函数,建立一个能够同时考虑界面滑移和翼板剪力滞双重效应的钢-混凝土组合梁模型,并推导了简支组合梁在均布荷载和悬臂梁在梁端集中荷载作用下的解析解。采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。算例分析表明,组合梁的剪滞效应和界面滑移效应存在耦合关系,界面剪切刚度的降低使剪力滞效应得到缓解,但是界面滑移和组合梁的挠度相应增大,翼板厚度对组合梁剪力滞效应影响不明显,不同荷载类型所产生的有效宽度系数沿梁轴方向的分布有显著差别。
弦支穹顶环索连续贯通的摩擦问题分析
郭佳民, 袁行飞, 董石麟
2011, 28(9): 9-016.
摘要:
在弦支穹顶结构工程中,环索通常连续贯通。为了能够准确、便捷地分析摩擦力在贯通环索张拉成型过程中的影响,该文利用一个4节点4单元算例,对张拉过程中单元内力的变化与分布进行了详细的阐述,并利用贯通环索在张拉滑动前后其无应力长度相等的原则,提出了贯通环索在张拉过程中摩擦力的计算方法。并利用这一摩擦力的计算方法,以摩擦系数、张拉点数、张拉力为参数对葵花1型与肋环1型弦支穹顶的环索贯通张拉成型进行了分析。分析结果表明:由于摩擦力的存在,当采用较少的张拉点张拉环索成型时,葵花型与肋环型弦支穹顶结构分别会产生下部索杆内力分布不均匀、撑杆倾斜等现象。建议在实际弦支穹顶结构的张拉过程中不宜采用以较少的张拉点张拉环索成型的施工方法。
波动数值模拟中的吸收边界条件
郭立伟, 刘晓宇, 李世海
2011, 28(9): 17-022,.
摘要:
为了提高人工边界条件在波动输入边界和自由场边界的精度,该文扩展了Higdon一阶吸收边界条件,并编制了相应的有限元计算程序。该方法将输入波分量引入到Higdon吸收边界条件当中,利用最小二乘法,用吸收边界邻域内的应变场和速度场计算Higdon边界条件公式中的参数,实现了吸收边界条件的自动更新。并且,该文提出了既适用于波动输入边界又适用于自由场边界的速度边界和力边界两种吸收边界条件。算例表明,与传统人工边界条件相比,该文建议的吸收边界条件具有良好的模拟效果。
等效线性化方法中系统参数求解的优化算法
苏 亮, 王 毅
2011, 28(9): 23-029.
摘要:
等效周期和有效阻尼比的合理取值是保证等效线性化方法求解精度的关键。该研究利用在自振周期和阻尼比两维空间中的全局优化搜索手段,提出了一种确定等效线性化方法系统参数的标准粒子群优化算法。算例分析验证了优化算法求解的可行性。在保证系统参数合理取值的同时,标准粒子群优化算法的计算效率约为统计分析方法的2.0%,从而克服了统计分析方法在确定等效周期和有效阻尼比时计算量庞大的缺点。该文最后应用所提出的标准粒子群优化算法,以弹塑性非线性单自由度体系为具体的研究对象,分析并推导了等延性系数假定下其等效线性化方法系统参数的计算公式。
工程结构极限承载力上限分析的弹性模量缩减法
张 伟, 杨绿峰, 卢文胜
2011, 28(9): 30-038.
摘要:
基于弹性模量缩减法和基准体法,建立了工程结构极限承载力上限分析的方法。该法结合弹性有限元法进行迭代分析,以广义屈服函数表达的单元承载比作为弹性模量调整的控制参数,根据单元承载比均匀度确定模量调整的阀值——基准承载比,利用单元应变能转化中的能量守恒原理建立单元弹性模量调整策略,通过缩减高应力单元的弹性模量模拟结构弹塑性损伤过程,构造出一系列机动允许位移场,然后利用基准体的上限荷载计算方法,求解出结构极限承载力上限。该方法继承了弹性模量调整法原理简单、应用方便的优点,同时显著提高了计算效率,并可应用于具有不同几何特性和材料特性构件构成的复杂结构中。算例分析表明:该文算法具有良好的计算精度、收敛性和迭代稳定性。
应用基于解析试函数的广义协调四边形厚板元分析中厚板的自由振动
黄修长, 钱振华, 李 俊, 华宏星
2011, 28(9): 39-043.
摘要:
自从广义协调元提出以来,多种性能优异的板单元被构造且得到广泛应用,但是将广义协调元用于板的动力分析目前仅局限于薄板,该文将基于解析试函数的广义协调四边形厚板元ATF-PQ4b用于板的动力分析。该单元是将静力条件下中厚板的齐次微分方程的多项式解析解作为试函数,从而推导得到单元刚度矩阵和质量矩阵。笔者编写了相关的MATLAB程序用于计算固有频率和绘制模态振型。通过多个数值算例的验证,表明该单元具有简单、高效等优点。
介质非均匀性对加卸载响应比峰值异常特征时间影响的数值研究
张浪平, 李志雄, 尹祥础, 梁乃刚
2011, 28(9): 44-050,.
摘要:
加卸载响应比方法为非均匀脆性介质的灾变预测提供了新的思路,该方法用加载与卸载响应的差别来定量刻画介质的损伤演化过程。已有的岩石实验研究和地震震例研究,发现在岩石破裂或者地震发生之前,加卸载响应比都会出现异常明显的升高及回落,表明加卸载响应比峰值异常具有良好的灾变前兆意义。震例研究中发现,加卸载响应比峰值异常特征时间呈现区域特性。因此,首先用链网模型模拟了压缩载荷下非均匀脆性介质的损伤演化至破裂的过程,同样发现加卸载响应比在试样发生宏观破裂之前出现了峰值回落的现象,再次从数值计算的角度证明了加卸载响应比峰值的灾变前兆作用。其次重点考察了不同非均匀性程度试样的加卸载响应比演化情况,发现峰值出现到试样破裂发生的特征时间T2与介质非均匀性程度指标Weibull指数m存在如此关系:m值越大,T2值越小。表明介质的均匀性程度越高,特征时间T2的值就越小,破裂发生也就越突然。该文得出的介质非均匀性程度与峰值异常特征时间的关系将为提高加卸载响应比地震预测的时间能力提供某些线索。
土木工程学科
钢框架端板连接半刚性节点受力性能分析
石永久, 王 萌, 王元清, 施 刚
2011, 28(9): 51-058.
摘要:
为研究不同构造对钢框架端板连接半刚性节点受力性能的影响,采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,对单元选取,螺栓受力行为、材料本构以及接触模型等方面进行详细说明;结合国内外已有的钢框架端板连接半刚性节点拟静力试验,对比分析有限元分析和试验结果,深入探讨了钢框架端板连接半刚性节点的受力性能。试验和有限元分析结果均表明:有限元方法可以有效预测各种构造类型钢框架梁柱端板连接节点的承载能力、滞回性能、极限变形状态以及破坏模式等;平齐式端板连接的特性更接近于铰接节点,承载力和刚度降低近50%,并且滞回曲线出现严重劣化;而外伸端板采用加劲肋后,能够起到很好的耗能元件的作用,可以使得节点获得良好受力性能。研究成果为钢框架端板连接半刚性节点设计与施工提供参考。
钢框架内爆炸连续倒塌简化分析方法
杜修力, 石 磊
2011, 28(9): 59-065.
摘要:
目前我们对建筑结构进行连续性倒塌分析时经常参考和借鉴美国GSA规范方法,这种方法中的倒塌评判标准在我国不是很适用。爆炸激励仿真分析方法虽然可以考虑空气冲击波对结构的作用及结构构件的损伤破坏,但是由于计算量过大而很难在实际工程中应用。该文利用简化的爆炸荷载考虑爆炸空气冲击波对结构构件的作用;利用可以考虑应变率效应的非线性梁单元模拟结构构件;用删除失效单元的方法考虑结构构件失效;通过设置结构构件之间及其与地面之间的接触来考虑结构构件在倒塌过程中的相互作用及荷载的向下传递,从而发展了一种简化的爆炸荷载作用下结构连续倒塌分析方法。并通过与爆炸激励仿真分析方法计算对比发现,该文简化方法计算的结构倒塌过程真实合理,计算结果可靠,能反应出结构在内爆炸荷载作用下的响应,并且可以大大减少计算消耗。
基于瞬时输入能量时变特征的SDOF体系位移历程模拟
陈 逵, 刘哲锋, 沈蒲生
2011, 28(9): 66-071,.
摘要:
目前地震能量分析方法的研究多集中于对结构总输入能与总滞回耗能的简化估计,忽略了能量沿时间轴输入历程的不同所导致的结构反应的差别。该文以瞬时输入能量在时间轴上的分布特征(瞬时输入能量时变特征)来描述地震能量输入历程的特点,并通过建立瞬时输入能量时变特征与结构位移历程之间的联系,获得了基于能量参数的结构位移历程求解方法。为验证该方法的准确性,采用最大位移值和等效循环次数两个指标分别进行比较,分析表明,该方法在模拟弹性结构的幅值反应和持时反应上具有较好的准确性。该模型的获得将为基于能量概念的弹塑性结构损伤历程研究提供必要的基础。
碳纤维布抗弯加固混凝土梁的火灾行为
刘汾涛, 吴 波, 魏德敏
2011, 28(9): 72-078.
摘要:
对4根碳纤维布抗弯加固混凝土梁和1根未加固对比梁进行了明火试验,前者碳纤维布表面涂抹有非膨胀型防火涂料。试验考察了梁跨中裂缝对受拉钢筋温度的影响,以及防火涂料厚度相对较薄时加固梁的破坏形态、高温变形和耐火极限。试验结果表明:1) 加固梁在达到耐火极限之前相当长一段时间内的挠度及裂缝宽度和深度较小,跨中裂缝对受拉钢筋温度影响有限;2) 梁底混凝土的爆裂脱落可使加固梁的高温破坏位置发生显著改变;3) 在实际荷载比不大于0.5的情况下,即使防火涂料厚度较薄(10mm~20mm),加固梁仍可达到2h一级耐火要求。
半主动预测控制系统的时滞与补偿
徐龙河, 李忠献, 钱稼茹
2011, 28(9): 79-083.
摘要:
建立了一种基于磁流体阻尼器的半主动预测控制策略,该方法基于结构预测模型,根据当前结构状态预测其未来输出,通过优化反映受控对象性能的指标,实现最优控制,并在系统内部自动进行时滞补偿。以一装有2个磁流体阻尼器的5层框架结构为例,分析了不同地震作用下时滞与补偿对控制系统性能的影响,即使滞后时间达到1.0s~2.0s,该系统仍具有很好的控制效果,减小了时滞对控制系统性能的不良影响,保证了控制系统的稳定性和有效性。
用实用解析法计算混凝土基于裂缝粘聚力的新KR阻力曲线
徐世烺, 吴 瑶
2011, 28(9): 84-089.
摘要:
对三点弯曲梁混凝土试件,虚拟断裂过程区上粘聚力呈线性或双线性分布的,可以用实用解析法计算混凝土双 断裂参数及新 阻力曲线。实用解析方法是用简单函数拟合Green函数,将粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子积分算式转化为简单的算术表达式。该方法无需进行数值积分,简化了计算过程。采用不同尺寸的三点弯曲梁混凝土试件的试验结果,用实用解析法计算基于裂缝粘聚力的 阻力曲线,与传统的数值积分计算方法对比,表明两种方法得到的 阻力曲线很好地吻合。用实用解析法计算新 阻力曲线具有很高的精度。
环口板加强型T型圆钢管节点承载力的试验研究
蔡艳青, 邵永波, 岳永生
2011, 28(9): 90-094,.
摘要:
对于圆钢管构件,由于空心薄壁的特点,管件在径向的刚度通常要远远小于其轴向刚度。焊接相贯圆钢管节点中,支管主要承受轴向荷载,从而导致主管要承受径向作用力。此外,节点部位由于曲率不连续而带来很大的应力集中现象。这些原因造成管节点最常见的破坏方式是主管表面靠近焊接部位的局部屈曲或屈服破坏。为了提高管节点的承载能力,通过在主管表面焊接环口板的方式来提高主管在节点部位的径向刚度,进而提高管节点的静力强度。通过对3个T型圆钢管节点试件以及3个采用环口板加固的T型圆钢管节点试件在轴压作用下静力承载力的试验测试,验证了环口板对提高管节点静力强度的效果。试验测试结果表明:由于环口板增加了主管在焊接部位的刚度,从而改变了管节点的破坏方式,将未加固节点在焊缝周围的破坏转移到环口板周围的破坏,可以有效地提高管节点的承载能力。
箍筋约束混凝土单轴滞回本构实用模型
齐 虎, 李云贵, 吕西林
2011, 28(9): 95-102.
摘要:
该文深入研究了箍筋约束混凝土单轴滞回本构模型,并利用ABAQUS二次开发功能对6种典型的模型进行计算分析。通过各模型计算结果与试验结果的比较以及各模型之间的比较,从受压骨架曲线,受压滞回曲线,受拉滞回曲线3个方面,研究了各模型的准确性和计算效率。在对比分析的基础上,建立了一个与实验符合较好、且考虑复杂加载路径的混凝土单轴滞回实用本构模型。该模型受压骨架曲线采用Mander模型,受压滞回曲线采用本文提出的模型,受拉滞回曲线采用腾-邹模型。
斜拉索MR阻尼器减振自适应控制理论研究
禹见达, 陈政清, 王修勇, 汪志昊
2011, 28(9): 103-108.
摘要:
该文提出了基于位移反馈的MR阻尼器对拉索振动的自适应控制算法。采用非线性有限元数值仿真方法分析了在外加简谐激励强迫振动条件下MR阻尼器对拉索自适应半主动控制的效果。将半主动控制效果与MR阻尼器、粘性油阻尼器分别对拉索实施最优被动控制的效果进行了比较。研究结果表明:在相同的外激励条件下,自适应控制算法参数的最终优化值不受初始值的影响;自适应控制时拉索稳态振动的最大动能和位移幅值显著小于MR阻尼器或油阻尼器最优被动控制时拉索相应的值。
基于频率和当量损伤系数的井架钢结构损伤识别
韩东颖, 时培明
2011, 28(9): 109-114. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.01.0037
摘要:
诊断井架钢结构损伤的位置和程度是保证其安全服役的关键技术。提出了仅基于测试精度高的低阶频率数据和体现综合损伤的当量损伤系数来识别井架钢结构损伤位置和程度的方法。首先应用两阶频率变化比和频率平方变化比识别损伤位置;其次,引入体现结构整体综合损伤和单元损伤的参数-当量损伤系数,推导了当量损伤系数与频率变化率之间的关系,应用优化方法识别单元当量损伤系数,从而确定损伤的程度;最后,仅利用前三阶的频率数据,对某型号井架钢结构进行了损伤位置和程度的识别。结果表明:该方法简单、易行、测试工作量小、识别效率高。该方法可用于其他大型结构的损伤诊断或健康监测。
钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱的受力分析
陈 娟, 卢亦焱, 李 杉
2011, 28(9): 115-121.
摘要:
为了研究钢纤维对钢管高强混凝土短柱轴压力学性能的影响,对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验。根据试验中测得的钢管横向应变和纵向应变结果,采用内力分解法分析了钢管与钢纤维高强混凝土的应力变化以及两者之间的相互关系。结果表明:钢纤维对钢管高强混凝土短柱的横向变形影响较大,掺入钢纤维能有效提高核心混凝土的抗压强度提高系数,进而提高钢管钢纤维高强混凝土短柱的极限承载力。
干接缝节段拼装桥墩振动台试验研究
葛继平, 王志强
2011, 28(9): 122-128.
摘要:
为探讨节段拼装桥墩的抗震性能,设计了一个包含5种不同类型混凝土桥墩的试验方案,其中3种为节段拼装桥墩,其余2种分别为整体现浇钢筋混凝土桥墩和无粘结预应力混凝土桥墩。采用振动台试验方法比较分析了这5种不同构造类型混凝土桥墩的动力特性,损伤的发展过程,接缝的扩展规律,相同加速度激励下的最大位移响应等,总结了不同类型桥墩的地震响应特点和规律。试验结果表明:节段拼装预应力混凝土桥墩的破坏现象主要是塑性铰节段墩底接缝的张开,塑性铰节段墩身没有发生损伤现象,随输入增加,接缝张开程度逐渐增大,表现为明显的摇摆现象。在相同输入下,节段拼装试件的最大位移响应大于同等整体现浇钢筋混凝土试件。耗能钢筋的存在可以增加桥墩的侧向刚度,减小最大位移响应,延缓接缝的张开,增加结构的耗能能力。有粘结预应力筋的存在,使得节段拼装桥墩在较大输入激励下,预应力筋易发生屈服,从而导致位移响应急剧增大。
虚土桩扩散角对桩的纵向振动特性影响研究
王奎华, 刘 凯, 吴文兵, 王 宁
2011, 28(9): 129-136,.
摘要:
在桩端土单层、桩侧土成层条件下,采用锥形虚土桩假设,研究虚土桩扩散角对桩纵向振动特性的影响。首先将桩体正下方到基岩的单层土体简化成锥形虚土桩,并划分为多个薄层,采用平面应变模型对桩侧土求解得到桩(和虚土桩)剪切复刚度,然后根据桩土耦合条件,求解桩(和虚土桩)纵向振动方程,利用复刚度传递法递推得到虚土桩桩顶的复刚度,并将其作为桩端土的实际支承刚度,进一步得到桩顶频域和时域响应表达式,最后分析虚土桩扩散角对桩动力特性影响的规律性,为虚土桩法研究和应用提供理论依据。
率相关饱和多孔介质动力响应的数值分析
姜乃斌, 刘占芳
2011, 28(9): 137-142.
摘要:
在基于混合物理论的多孔介质模型的基础上,将固体相视为弹粘塑性体,建立了饱和多孔介质的弹粘塑性模型。模型的基本思想是在无粘弹塑性本构关系中引入一时间参数,使固体骨架具备了粘性效应。利用Galerkin加权残值法推导得到了罚有限元格式,并采用Newmark预估校正法求解率相关饱和多孔介质的非线性有限元动力方程,此算法可以很好的求解非线性的饱和多孔介质弹粘塑性模型的动力响应。数值算例验证了模型的率相关性和时效特性,并分析了动力载荷作用下的固体骨架的位移场、应力场、塑性区分布以及孔隙液体的速度场和孔压的变化。
撑杆式预应力钢压杆最佳初始预拉力完备理论解
唐柏鉴, 朱晶晶
2011, 28(9): 143-148.
摘要:
初始预拉力取值是撑杆式预应力钢压杆的关键技术。基于撑杆式预应力钢压杆一般力学模型,通过静力平衡方程,建立最佳初始预拉力与最大屈曲临界荷载关系式;基于预应力钢压杆完备屈曲形态函数,通过能量方程,建立最大屈曲临界荷载求解式;最终建立最优初始预拉力完备理论公式。进一步通过三个数值模型,变化拉索直径和撑杆长度,从数值试验上验证了上述理论公式的可靠性。
基于扰动变量的非饱和原状土本构模型
金 旭, 赵成刚, 蔡国庆, 陈铁林
2011, 28(9): 149-156,.
摘要:
该文根据复合材料均匀化理论的思想建立了考虑水的滞后性与应力-应变特性相耦合的非饱和原状土本构模型。复合材料均匀化理论的主要思想是将变形的岩土材料视为由相对完整状态土(RISP)和完全调整状态土(FASP)混合而成的复合材料,RISP和FASP的力学性能分别与原状土和重塑土的力学性能相同。另外,在土体的变形过程中,RISP将逐渐转变成FASP,故二者的变形特性应分别采用不同的本构模型描述。该文则分别采用了弹性和弹塑性本构关系描述,土材料的总体应力-应变本构关系即可通过均匀化理论得到。该文对水滞后性的描述则采用了Wei给出的边界面模型。非饱和原状土结构性的退化采用扰动变量D来描述,该文已给出了其随变形变化的演化规律。该文模型共有16个参数,其中新引入的结构性参数衰减指数 和峰值因子 则主要描述了结构性对土材料力学性能的影响,该文对二者的影响分别进行了分析。通过对比模型预测结果和实验结果以及结构性参数分析发现,该模型能够较好的描述非饱和原状土的应力-应变特性,尤其是应变软化现象,且所给出的扰动变量演化规律也能够较好的描述土结构性的退化规律。
延性RC剪力墙构件的性能指标限值
劳晓春, 韩小雷
2011, 28(9): 157-164.
摘要:
为了得到基于中国规范设计的延性RC剪力墙构件的变形性能指标限值,先通过文献中7片剪力墙构件的试验数据验证有限元方法的可靠性,然后采用有限元方法对根据现行中国规范设计的一批剪跨比λ≥2.0的延性RC剪力墙构件进行模拟分析,研究剪跨比、边缘构件的纵向配筋率、轴压比等因素对剪力墙构件变形性能的影响,最后通过对有限元结果的归纳分析,提出基于中国规范的延性RC剪力墙构件的变形性能指标及其限值:选取塑性区的塑性转角作为λ≥2.5的RC剪力墙构件的性能指标并给出其在大震下的塑性转角限值,选取塑性位移角作为2.0≤λ<2.5的RC剪力墙构件的性能指标并给出其在大震下的塑性位移角限值。
考虑轴向荷载影响的预应力单索静力解析方法
翁振江, 尹凌峰, 单 建, 唐 敢, 黄 玮
2011, 28(9): 165-173.
摘要:
单向或双向单层平面索网幕墙结构体系中竖索受力和变形较复杂,对其解析分析有重要意义,但缺乏深入研究。该文将其等效为双向均布荷载作用下的预应力竖索,以形成一种解析求解方法。针对其施工和结构特征,首次提出3阶段分析方案,并对主要的后2个阶段,分别建立考虑轴向荷载影响的平衡方程和变形协调方程。通过求解平衡方程得到竖索竖向位移方程和横向挠曲方程,并首次得到挠度极值位置与轴向荷载影响的关系公式。该文还给出了第3阶段的两种多项式近似挠曲方程,并在求解过程中,对3种不同挠曲线求解分别进行简化处理,给出迭代策略。算例表明该文解析方法得到的结果均与有限元法吻合良好,说明该文分析方案和结果正确,近似方程也能保证很好的精度。
冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁极限承载力计算的折减强度法
石 宇, 周绪红, 聂少锋, 苑小丽
2011, 28(9): 174-182.
摘要:
为了研究冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁的受弯性能,对3种截面形式共计9根卷边槽钢组合工字梁进行了破坏性试验研究,并采用有限元方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了该文有限元方法的有效性。然后对典型截面梁构件进行了大量的参数分析,研究结果表明:随着钢材强度提高、梁长度减小、腹板高厚比和翼缘宽厚比增加,梁的极限承载力增加。最后在参数分析的基础上,提出了计算冷弯薄壁型钢梁极限承载力的折减强度法及其相应的计算公式,并通过试验验证了该文折减强度法计算梁极限承载力的适用性。
基于小波包分析的地震作用下网壳结构的损伤判别方法
滕 军, 姚 姝
2011, 28(9): 183-188.
摘要:
针对空间结构自由度多,地震作用下存在复杂的非线性等特性,该文提出了以小波包分析为基础,结合多传感器数据融合和聚类分析等手段的空间网壳结构地震作用下的损伤判别方法。首先建立损伤指标和损伤判别样本库,应用最小距离原则判别结构的损伤位置;其次考虑噪声污染对判别的影响,检验了损伤指标的抗噪性;最后采用数值模拟进行典型算例分析,准确判别出强震后结构发生损伤的位置,验证了该方法的有效性及工程可行性。
机械工程学科
基于CFD的滚动活塞压缩机容积效率分析
岳向吉, 巴德纯, 蔺 增, 苏征宇, 冀 凯
2011, 28(9): 189-194.
摘要:
基于计算流体力学(CFD)方法,并采用动网格技术建立了滚动活塞压缩机的数值分析模型,再结合理论计算和试验数据对影响容积效率的主要因素进行了研究分析。结果表明:容积系数和温度系数符合理论预期,压力系数与进气通道流动阻力引起的吸气腔压力波动直接相关,泄漏系数是影响容积效率的主要因素。表明该方法可有效识别各因素对容积效率的影响程度并解释其作用过程,在工程实践中具有实用价值。
光固化快速成型轻质模型跨声速风洞应用研究
杨党国, 张征宇, 周志华, 孙 岩, 王 超
2011, 28(9): 195-199,.
摘要:
以AGARD-B模型为例,探讨了采用光敏树脂材料加工外形、金属加工内骨架的轻质模型在跨声速风洞中应用的可行性。结果表明,光固化快速成型轻质模型设计方法缩短风洞模型加工周期约69.5%,减轻模型重量约38.9%,降低了模型加工成本,且提高了模型-支撑系统固有频率约73.2%,对避开风洞实验段气流脉动主频有利。轻质模型跨声速范围未被破坏,可为飞行器基本状态或部件选型实验提供方便快捷应用;但轻质模型因刚度不足易变形。因此,轻质模型变形风洞实验数据修正补偿方法将是下一步的研究重点。
其他工程学科
一种新型防舞器及其机理研究
胡 景, 严 波, 祖正华, 周 松, 张宏雁
2011, 28(9): 200-206.
摘要:
提出一种新型减振防舞器,利用单自由度模型研究其防舞机理。针对典型线路段,采用计算力学方法建立覆冰分裂导线和防舞器的有限元模型,结合新月形覆冰四分裂导线空气动力系数随攻角变化的风洞试验结果,对覆冰四分裂导线舞动与防舞器抑舞过程进行数值模拟,进而对该新型减振防舞器进行参数优化分析。数值模拟结果表明,该防舞器对垂直舞动的防止效果明显,具有工程应用前景。
变速移动荷载下轨道结构动力响应解析解研究
李克飞, 刘维宁, 贾颖绚
2011, 28(9): 207-213.
摘要:
为了研究列车进出站对周围环境的振动影响,推导了轨道结构在变速移动荷载作用下动力响应的解析解形式。首先以Duhamel积分为基础,应用动力互等定理,得到了变速移动荷载作用下,半无限弹性空间体上任意点动力响应的一般表达式;然后在该式的基础上,针对轨道结构的周期性特点,将荷载沿钢轨的移动问题转化为拾振点以轨枕间距为周期向反方向跳跃式移动与荷载只在一个轨枕间距内移动的组合问题。以此,将一个频域积分问题转化为了拾振点频域周期解析的叠加问题,从而得到了轨道结构在变速移动荷载作用下动力响应的解析解形式。最后通过对匀速和变速移动荷载作用下轨道结构响应算例的分析和对比,验证了理论的正确性。
通气超空泡水下射弹实验研究
金大桥, 王 聪, 魏英杰, 曹 伟, 余 锋, 邹振祝
2011, 28(9): 214-217,.
摘要:
利用射弹装置开展了通气超空泡水下射弹的实验研究。对水下射弹进行通气,得到了水下射弹的通气超空泡,并对空泡的形态进行了研究;得到了不同空化数条件下形成超空泡的通气率:空化数较大时较低的通气率,能形成超空泡,空化数较小时,形成通气超空泡的通气率较高;对超空泡减阻特性进行了验证,比较了同样初速度的通气超空泡射弹与不通气射弹速度和位移随时间的变化,形成超空泡后射弹速度衰减变慢,并且位移更大,不通气只形成局部空泡的射弹速度衰减快,位移小。
金属磁记忆技术的数值研究
姚 凯, 王正道, 邓 博, 丁克勤
2011, 28(9): 218-222.
摘要:
金属磁记忆方法能够有效评估材料及在役设备的早期损伤,并已在工程中得到部分应用,但目前尚缺乏建立该方法磁记忆信号与应力状态之间的定量物理关系。该文运用数值分析方法,考虑应力集中处的磁导率的变化分布规律,确定其表面漏磁场,较为系统地分析了应力集中宽度、埋深位置以及传感器提离值等对漏磁信号幅值和作用范围的影响关系。相关结果对金属磁记忆技术的定量化研究具有重要意义。
BaTiO3单晶的正方形电畴翻转模型
刘 峰, 张晖辉, 常福清
2011, 28(9): 223-227,.
摘要:
大量实验已经证实电畴翻转是铁电材料非线性和迟滞性本构行为的根本原因。研究者已经对BaTiO3单晶的微观电畴翻转行为进行了详细的研究,给出了电畴纵向长大和横向扩张的速度公式。依据这些关系,结合电畴翻转是一渐变过程提出了正方形电畴翻转模型,目的是为了从微观上建立电畴翻转体积分数的演化方程。进一步,应用模型对轴向应力和轴向电场作用下铁电陶瓷的本构行为进行了研究。理论结果与实验数据的比较表明,模型能较好地描述铁电材料的非线性本构行为。
非定常超声速引射流场的数值研究
张焕好, 陈志华, 孙晓晖, 钱吉胜
2011, 28(9): 228-233.
摘要:
利用二维均相反应Euler方程,结合高精度Roe/HLL混合格式与自适应网格技术,对爆轰波的非定常单次脉冲引射复杂流场进行了数值模拟。研究结果描述了超声速气流在引射管内的传播,以及爆轰波从主管喷出后,在引射管内反射与诱导二次爆轰过程,揭示了爆轰脉冲引射机理,并可为进一步开展爆轰波的非定常引射研究与工程装置设计提供重要依据。
时滞超空泡航行体复杂控制系统设计
赵新华, 段广仁, 孙 尧
2011, 28(9): 234-239.
摘要:
根据Logvinovich提出的空泡截面独立扩张原理,空泡某一截面的形状与空化器的运行轨道之间存在时延,进而使得超空泡航行体的非线性动力学模型存在时延(记忆)效应。针对超空泡航行体存在的时延特性,建立超空泡航行体纵向运动非线性时滞动力学模型,并对其进行复杂控制系统设计。分别设计前馈调节器及反馈调节器,前馈调节用于克服滑行力干扰,反馈调节采用基于反馈线性化的滑模变结构控制方法保证系统的控制精度。仿真结果表明,系统对阶跃信号的动态响应过程衰减较快,调节时间为1.5s;系统的稳态误差为小于±5%,能够满足工程实际中的稳态性能指标。
裂缝性油藏弹性储容比和窜流系数变化规律研究
廉培庆, 程林松, 李琳琳, 李 珍
2011, 28(9): 240-244.
摘要:
测量了基质和裂缝性岩心孔隙度和渗透率的应力敏感性,裂缝性岩心的渗透率和孔隙度应力敏感程度比基质岩心强得多,随着渗透率的增加,基质岩心的应力敏感性减弱;推导了地层压力下降过程中弹性储容比和窜流系数协同变化关系,二者在半对数坐标系中呈现明显的线性关系,随着弹性储容比的增加,窜流系数呈现减小的趋势;研究了考虑应力敏感的裂缝性油藏弹性储容比和窜流系数变化对压力及压力导数的影响,结果表明:弹性储容比和窜流系数变化影响窜流出现的时间和窜流量的大小。
大锻件内部疏松缺陷锻造压实过程FEM分析
黄华贵, 杜凤山, 许志强
2011, 28(9): 245-250.
摘要:
通过分析大型铸钢锭内部疏松缺陷的物理性质和变形特征,将疏松缺陷视为多孔可压缩材料,利用多孔可压缩材料的刚塑性有限元方法,建立了Cr5型支承辊钢锻件内部疏松缺陷锻造压实过程的非线性有限元模型。通过数值模拟,研究了上下V型砧锻造工艺下,疏松体缺陷的初始孔隙率、砧宽比、接触摩擦系数和压下量等因素对其致密压实效果的影响。在Gleeble-3500热模拟机上对具有人工制备内部疏松缺陷的圆柱体试件进行了单砧压下锻造实验,通过对疏松体变形致密过程的显微金相和密度分析,对有限元模拟结果进行了验证,两者吻合较好,为疏松缺陷压实效果预报与锻造成形工艺参数的制定提供了重要依据。
数字图像相关测量钢绞线弹性模量的应用研究
张 蕊, 贺玲凤, 胡 斌
2011, 28(9): 251-256.
摘要:
该文利用非接触式数字图像相关方法测量了预应力钢绞线的弹性模量。测量过程中用CCD相机记录不同载荷下钢绞线表面的数字图像,再利用数字图像相关方法对所采集的序列数字图像进行分析从中精确提取不同载荷下钢绞线表面的纵向平均正应变。根据试验机的载荷信息、钢绞线的参考截面积和由数字图像相关方法测量的平均正应变绘制出钢绞线的应力-应变曲线,并对应力-应变曲线进行线性拟合计算出钢绞线的弹性模量,为验证该文方法的精度,研究中对钢绞线进行重复试验,通过获得5组弹性模量数据,并将测量结果与接触式引伸计测量结果进行了比较,两者符合得很好。实验结果表明数字图像相关方法可用于预应力钢绞线弹性模量的快速、精确测量。