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2012年  第29卷  第10期

基本方法
热过屈曲梁振动的解析解
马连生
2012, 29(10): 1-4,12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0073
摘要:
该文导出了面内热载荷作用下, 梁在其过屈曲构形附近微幅振动的解析解。首先基于经典梁理论, 推导了控制轴向和横向变形的基本方程。然后, 将2 个非线性方程化为一个关于横向挠度的四阶非线性积分-微分方程。假设梁的振幅以及由此引起的附加应变为无限小, 另设其响应为谐振, 则该非线性积分-微分方程将化为两组耦合的微分方程:一组控制非线性静态响应;另一组就是叠加于梁屈曲构形之上的线性振动方程。直接求解这些问题, 可以得到梁热过屈曲构形以及固有频率的解析解, 这些解是外加热载荷的函数。该文得到的精确解可以用于验证或改进各类近似理论和数值方法。
建筑结构倒塌分析的单自由度模型
施炜, 陆新征, 叶列平, 曲哲
2012, 29(10): 5-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0772
摘要:
该文建议了一种能够用于建筑结构倒塌分析的单自由度滞回模型。该模型能够模拟骨架线的强化和峰值点后的退化、滞回捏拢、往复荷载作用下的承载力和刚度退化以及P-Δ效应等。为验证所建议的单自由度滞回模型用于结构倒塌分析的有效性和合理性, 以一座8 层钢筋混凝土框架结构为例, 对原型结构和按照基本模态等效的单自由度模型分别进行了IDA 倒塌易损性分析, 结果表明两者的倒塌易损性曲线吻合较好。
基于细观力学的沥青混合料动态模量预测
郭乃胜, 赵颖华
2012, 29(10): 13-19. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0024
摘要:
为了建立能够表征组分材料性能及细观结构特征的沥青混合料动态模量预测模型, 根据复合材料细观力学理论, 将沥青混合料视为由沥青胶浆包裹的集料颗粒嵌入于有效沥青混合料介质中的复合材料, 考虑集料尺寸、级配组成和空隙的影响, 建立了沥青混合料动态模量三相细观力学预测模型。结合组分材料性能研究, 应用该预测模型求解得到了动态模量, 其与试验值比较结果表明, 预测值较试验值小, 产生此差异的原因可归结为模型的适用条件与真实细观结构的差别;据此对预测模型进行了修正, 提出了考虑沥青膜厚度的动态模量细观力学分析方法;鉴于集料与沥青胶浆之间的力学特性差异, 简化了预测模型求解参数, 给出了参数值的范围。
疲劳裂纹扩展行为的跨尺度分析方法
唐雪松, 赵小鹏
2012, 29(10): 20-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0059
摘要:
该文以跨尺度应变能密度因子作为裂纹扩展的控制参量, 建立了跨尺度疲劳裂纹扩展模型。疲劳破坏全过程可用该模型进行统一描述, 而不必划分成疲劳裂纹形成与扩展两个不同阶段, 采用不同的理论分别进行分析。以LY12 铝合金板为例, 采用上述模型, 精确拟合出不同循环特征下的S-N试验曲线。当考虑材料微结构的影响时, 疲劳试验数据的发散性也可拟合出来。研究表明:材料初始缺陷及微结构在疲劳过程中的演化特性, 对于构件的疲劳寿命有显著影响, 是疲劳试验数据发散的主要原因。
用切口尖端单元分析各向异性材料中多边形孔奇异性应力场
平学成, 陈梦成, 谢基龙, 刘万辉
2012, 29(10): 27-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0065
摘要:
该文提出了一种基于全数值方法的新型杂交元方法, 用于研究各向异性复合材料中多边形孔奇异性应力场干涉问题。该方法的建立分3 个步骤:首先, 用一维有限元方法求解各向异性材料切口尖端奇异性应力场数值特征解;然后, 采用杂交有限元列式构造一种超级切口尖端单元, 其中, 假设应力场和位移场是利用上述奇异性场数值特征解推导出来的;最后, 将上述超级切口尖端单元与传统4 结点杂交应力元组装, 得到新型杂交元方法。算例中, 将裂纹问题作为考核例, 并进一步考察双菱形孔和双矩形孔的奇异性应力干涉问题。算例表明:当前模型能降低单元数, 且精度好;与传统有限元法和积分方程方法相比, 该模型更具有通用性和高效性, 为各向异性材料的细观力学分析打下了基础。
基于材料低周疲劳的裂纹扩展预测模型
陈龙, 蔡力勋
2012, 29(10): 34-39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0081
摘要:
该文基于疲劳裂纹尖端循环应力-应变场, 定义了基于应变幅的平均单位循环损伤参量D, 并引入Miner累积损伤率, 从而从理论上建立起材料低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展行为之间的联系。以裂尖扩展方向上的单调塑性区尺寸作为疲劳过程区大小, 并提出了基于弹塑性应变疲劳累积损伤的疲劳裂纹扩展预测模型。模型改进了前人提出的疲劳裂纹扩展预测模型, 考虑了单调塑性区内所有材料的弹塑性应变疲劳损伤贡献;模型中参数均有物理意义, 不需要人为调试。基于完成的Cr2Ni2MoV 材料的低周疲劳结果所建立的该文新模型对该材料裂纹扩展速率的预测结果与实验结果有良好一致性。并且, 借助手册数据, 在TC4钛合金材料上进一步得到了验证。
非保守力和热载荷作用下FGM梁的稳定性
赵凤群, 王忠民
2012, 29(10): 40-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0018
摘要:
研究了在热载荷和切向均布随从力作用下FGM梁的稳定性问题。假设材料常数(即弹性模量和密度)随温度及沿截面高度连续变化,且材料常数按各材料的体积分数以幂率变化,温度分布满足一维热传导方程,计算了不同梯度指标和不同温度下FGM梁的弹性模量随截面高度变化情况。基于Euler-Bernoulli梁理论,建立梁的控制微分方程,用小波微分求积法(WDQ法)求解,分析了梯度指标、温度、随从力等参数对简支FGM梁振动特性与稳定性的影响。
高压喷嘴内部空化流动的数值模拟研究
薛梅新, 吴迪, 朴英
2012, 29(10): 46-51. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0822
摘要:
高压柴油喷嘴入口流动分离产生的局部低压会诱发空化现象。该文利用k-ω SST 两方程湍流模型和k-kl-ω湍流/转捩模型对某喷嘴内无空化及空化流动进行数值模拟。结果表明k-kl-ω模型可有效预测喷嘴入口回流区分离转捩过程, 且喷孔内空化流的空泡位置、形态及出口质量流量与实验结果吻合很好, 能更准确模拟喷嘴内空化流动, 而k-ω SST 模型忽略了分离转捩过程, 难以预测喷嘴内部的初生空化及流动特性。进而采用k-kl-ω模型探讨了喷嘴入口回流区流动结构及转捩过程对空化初生及发展的影响, 揭示出回流区长度、压力及脉动能强度分布特性, 为深入研究喷嘴射流雾化机理提供依据。
二维新型快速多极虚边界元配点法
司炜, 许强
2012, 29(10): 52-56,62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0036
摘要:
以二维弹性问题为研究背景, 提出了一种二维新型快速多极虚边界元配点法的求解思想, 即采用新型的快速多极展开和运用广义极小残值法来求解传统的虚边界元配点法方程。相对常规快速多极展开技术, 该文针对二维弹性问题在原有的快速多极虚边界元法展开格式的基础上, 通过引入对角化的概念, 以更新展开传递格式, 欲达到进一步提高计算效率的目的。数值算例说明了该方法的可行性, 计算效率和计算精度。此外, 该文方法的思想具有一般性, 应用上具有扩展性。
弹塑性隐式阻尼迭代法
马怀发, 梁国平, 周永发
2012, 29(10): 57-62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0072
摘要:
作者给出了联立求解平衡方程、屈服条件和塑性流动方程的弱解形式, 同时提出了两种位移增量迭代算法:一是以应变增量和塑性因子为独立基本未知量的联立求解迭代算法;二是以应变增量为独立基本未知量的数值求解方法。为了避免弹塑性刚度矩阵的奇异性, 改善迭代收敛速度, 针对上述两种迭代算法本文提出了隐式阻尼迭代法, 并编写了相应脚本文件和计算流程, 并基于有限元程序自动生成系统(FEPG)生成了求解弹塑性问题的有限元源程序。最后, 通过算例验证了所提出的迭代法和计算程序的可靠性和有效性。
爆破震动测试信号预处理分析中趋势项去除方法研究
龙源, 谢全民, 钟明寿, 路亮, 李兴华
2012, 29(10): 63-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0093
摘要:
基于经验模态分解(EMD)、小波法、最小二乘法分别研究了爆破震动测试信号中趋势项的去除算法, 并对三种方法去除趋势项效果及重构信号的时频特征进行对比分析。研究表明:小波法、最小二乘法去除测试信号趋势项时需预先设置先验的分解函数基, 而EMD 法在处理具有短时非平稳特性的爆破震动信号时具有自适应性, 因此工程爆破震动测试信号预处理分析中采用EMD 法能够更为有效地消除趋势项, 提高信号时域和频域分辨率, 对准确提取爆破震动时频特征具有重要参考价值。
奇异薄层单元及其在双材料界面断裂分析中的应用
沈辉, 周储伟
2012, 29(10): 69-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0096
摘要:
构造了一种平面应力奇异薄层单元并证明了其具有-1/2阶奇异性。用此单元研究了双材料界面层的刚度对界面裂纹尖端场的影响。研究发现:对于I 型界面断裂, 减小界面法向刚度对KK的影响远大于减小界面切向刚度, 且法向和切向刚度的减小对K的影响均大于对K的影响, 降低法向刚度会显著改变裂尖正应力和剪应力的分布, 而降低切向刚度只明显改变剪应力的分布, 对正应力的分布影响不大;对于界面II 型断裂, 则减小切向刚度对KK的影响远大于减小法向刚度, 且切向、法向刚度的减小对K影响均大于对K影响, 降低切向刚度会显著改变裂尖正应力和剪应力的分布, 而降低法向刚度只明显改变裂尖正应力的分布, 对剪应力的分布影响不大。随着界面刚度增大, 应力强度因子和裂尖应力分布均趋近无厚度理想界面情况。
基于位移目标的性态谱
刘文锋, 王段
2012, 29(10): 75-81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0107
摘要:
达到位移目标时确定结构的地震需求, 是性能抗震设计的一个重要课题。研究了结构位移目标, 确定了位移性能目标参数, 推导了单自由度结构体系的位移性能目标与周期的关系。将1085 条地震波, 输入到不同周期的单自由度弹塑性动力微分方程, 调整地震动, 反复迭代, 达到位移目标, 获得地震需求与周期、位移目标之间的函数关系, 建立了具有统计意义的三维坐标下的性态谱, 并拟合了性态谱的计算公式。研究表明:性态谱是反映不同位移目标下结构地震需求的一种有效方法。性态谱曲线随着结构周期的增大明显减小, 并随着位移目标的增大, 逐渐增大。性态谱曲线已无平台段, 与场地的共振效应消失, 场地对性态谱的影响总体不明显。性态谱可快速地、简便易行地预测达到不同性能目标时结构的地震需求, 拟合的性态谱计算公式可进行结构抗震性能评估。
土木工程学科
考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁模型
聂建国, 王宇航, 樊健生
2012, 29(10): 82-90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0955
摘要:
通过引入纤维梁截面的正应变平截面假定和剪应变线性分布假定, 根据美国学者Hsu 提出的转角软化桁架模型中的混凝土材料二维本构关系, 从基本的材料力学原理出发, 推导了可考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元的本构关系求解流程。基于大型通用有限元程序ABAQUS 提供的用户自定义子程序UEL, 采用FORTRAN语言开发了可考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁模型, 能够模拟钢管混凝土柱在轴力-弯矩-扭矩复合受力下的全过程力学行为, 并可考虑任意加载路径。该文所开发的纤维梁模型具有较高的精度和求解效率。
饱和软粘土中沉桩后桩周土体固结分析
赵明华, 占鑫杰, 邹新军, 陈庆
2012, 29(10): 91-97,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0940
摘要:
假定沉桩过程是一个平面应变圆孔扩张问题, 采用了修正剑桥模型, 给出了软粘土中沉桩过程后初始时刻超孔隙水压力沿桩径分布的解析函数, 并与Cao 等人的数值解以及Gibson 提出的公式进行了比较。根据土骨架的弹性位移特性以及水流的连续性条件, 得到了桩周土体固结的控制方程。运用分离变量法并结合边界条件以及初始条件得到了桩周土中超孔隙水压力消散的级数解答, 该解答可以作为孔压静力触探反求固结系数的一个理论依据。通过2 个算例分析了土体的应力历史以及刚度对桩侧超静孔压消散的影响;算例分析表明, 随着超固结比的增大, 归一化后的塑性区半径以及桩侧超孔隙水压力均在减小;桩侧的超静孔压消散前期较快, 后期较慢。
侧向流动地基单桩基础离心机振动台试验研究
王睿, 张建民, 张嘎
2012, 29(10): 98-105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0893
摘要:
该文在清华大学土工离心机振动台上开展了倾斜可液化地基中刚性单桩基础的试验研究, 观测了地基的加速度、位移、孔压和桩基础的弯矩等响应。研究结果显示:地震中地基浅层部分较快达到液化状态, 不同深度超静孔隙水压力的累积与消散并不相同;砂土的液化使得地基的加速度响应发生变化, 有效地过滤了地震波的部分高频段;地震过程中桩身弯矩峰值出现在浅层地基达到初始液化后, 且最大弯矩出现在桩头;倾斜地基使得桩身产生了较大的残余弯矩。由此表明在侧向流动地基中, 液化前、液化后大变形和地震后永久位移三个不同阶段桩的受力并不相同。在进行可液化地基中桩基础的研究中, 应考虑这三个不同阶段桩基础的受力要求。该研究加深了对倾斜液化地基中桩基础的地震响应的理解, 有助于进一步的揭示地震过程中可液化地基桩基础的震损机理。
混凝土材料细观单元弹模非均匀统计特性研究
杜修力, 金浏
2012, 29(10): 106-115. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0797
摘要:
假定混凝土是由骨料颗粒及砂浆基质组成的复合材料, 基于Voigt 并联模型对混凝土细观单元进行等效化, 对单元的等效弹性模量进行统计分析。以Weibull 分布为假设分布, 采用图解法结合逐步回归优选法进行参数估计, 探讨了混凝土细观单元弹性模量的分布形式, 并根据Kolmogorov非参数检验, 对假设分布进行了检验;对不同尺度下的细观单元弹性模量进行统计分析, 并对骨料空间分布随机性的影响作了初步分析;最后对不同级配下混凝土材料的特征单元尺度问题进行了研究。结果表明:1) 混凝土细观单元弹性模量的随机分布形式及参数具有尺度效应, 且并不完全服从Weibull模型;2) 混凝土细观单元弹性模量的变异性与尺度相关, 随单元尺度的减小, 变异性先随之增大后逐渐趋于稳定, 它反映了混凝土材料细观不均匀程度存在一个合理的细观尺度表述的事实, 对应于变异系数向平稳段过渡的拐点所对应的单元尺度称为特征尺度;3) 二级、三级、四级配下混凝土材料的特征单元尺度分别为10mm、15mm 和18mm;4) 骨料空间分布的随机性对细观单元弹性模量随机分布特征影响可以忽略。
翼缘削弱型钢梁的整体稳定性分析
王燕, 韩明岚, 马登欣
2012, 29(10): 116-121,136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0111
摘要:
针对钢框架梁翼缘削弱式(RBS)节点梁的整体稳定性能进行了分析。采用能量法研究了不同荷载作用下RBS 梁的整体稳定性能, 将梁翼缘削弱段刚度采用等效折减刚度进行分析, 得到RBS 梁侧向弯扭失稳的临界荷载, 并与等截面梁临界荷载进行对比。讨论了不同削弱参数下RBS 梁的临界弯矩变化规律, 并通过有限元数值计算验证了削弱参数对RBS 梁弯扭失稳临界弯矩的影响。研究结果表明:RBS 梁削弱参数整体对侧向弯扭失稳影响明显, 其临界弯矩值较同尺寸的普通钢梁明显降低, 工程设计中应考虑其不利影响;RBS随梁跨度的增加, 削弱段局部刚度对整段梁的刚度影响作用减弱, 当RBS梁的高跨比较小时, 可以忽略削弱参数对临界弯矩的影响。
钢箱梁桥焊接细节的疲劳断裂可靠性分析
邓扬, 丁幼亮, 李爱群, 林日长
2012, 29(10): 122-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0105
摘要:
联合线弹性断裂力学和长期监测数据提出了大跨桥梁焊接细节疲劳可靠度评估方法, 并以润扬大桥钢箱梁的焊接细节为对象开展了应用研究。首先, 采用长期监测数据建立了疲劳荷载效应的概率模型;其次, 推导了焊接细节疲劳断裂抗力的表达式, 分析了初始裂纹深度和极限裂纹深度对断裂抗力的影响规律, 采用随机数值模拟的方法得到了断裂抗力的概率模型;最后研究了交通荷载增长条件下焊接细节疲劳可靠度的时变规律。研究表明:断裂抗力服从对数正态分布, 且对初始裂纹深度极为敏感;当考虑交通荷载增长, 桥梁的服役期还未满设计基准期时, 焊接细节的可靠度就将低于目标可靠度水平。
Y形偏心支撑钢框架的地震反应折减系数和超强系数
杨文侠, 顾强, 宋振森, 李东, 方有珍
2012, 29(10): 129-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0950
摘要:
该文采用静力推覆和能力谱方法分析了基于我国抗震规范设计的12 个Y 形偏心支撑钢框架的地震反应折减系数R和超强系数Ω及赘余度超强系数Ω3, 分析了结构层数、楼层高跨比对各系数的影响。研究结果表明:Y 形偏心支撑钢框架的设计地震作用可在我国现行抗震规范的基础上降低20%左右。
一字形内芯全钢防屈曲支撑设计方法
马宁, 吴斌, 欧进萍
2012, 29(10): 137-141,148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0017
摘要:
针对一字形内芯全钢防屈曲支撑的失效模式,建立其设计方法。对一字形内芯全钢防屈曲支撑的整体失稳破坏进行研究,根据支撑的构造特点及外套管最大弯矩,得到保证其整体稳定性的设计表达式;对一字形内芯全钢防屈曲支撑的局部失稳破坏进行研究,在分析内芯与外套管挤压作用的基础上,得到保证支撑局部稳定性的内芯宽厚比上限值表达式。结果表明:此上限值随外套管与内芯的间隙与内芯宽度之比的增大而减小,一般内芯宽厚比小于8可保证内芯的局部稳定性。
考虑杆件失稳的单层网壳结构二阶计算方法
丁阳, 齐麟, 李忠献
2012, 29(10): 142-148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0041
摘要:
针对目前普遍采用的二阶分析方法存在的问题, 分别推导了考虑梁柱效应的受拉与受压杆件的位移插值函数。利用级数展开, 提出了同时适用于受拉与受压情况、考虑梁柱效应的杆件失稳前计算模型。引入杆件失稳判别条件与杆件失稳后计算模型, 建立了考虑杆件失稳的单层网壳结构二阶分析计算方法。算例分析表明:该文方法能较好体现二阶效应与杆件失稳对结构位移与承载力的影响, 具有较高的计算精度与效率。不考虑杆件失稳会高估结构承载力, 不考虑二阶效应无法准确计算结构响应, 因此对单层网壳结构进行分析计算时应考虑杆件失稳, 且采用二阶分析方法。
考虑杆件失稳的网壳结构稳定分析方法
田伟, 赵阳, 董石麟
2012, 29(10): 149-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0044
摘要:
网壳结构在整体失稳之前可能存在杆件失稳, 但目前网壳稳定分析中大多没有考虑杆件失稳问题。该文通过引入杆件初始缺陷的方法研究杆件失稳对网壳结构整体稳定性的影响。首先讨论了单根杆件的单元划分数量、缺陷形式和缺陷幅值的确定方法, 进而分析网壳结构单根杆件失稳后的内力变化及对网壳整体稳定性的影响。算例分析表明:网壳整体稳定分析中可通过对杆件施加初始缺陷有效地考虑杆件失稳的影响;对整体失稳前存在杆件失稳的网壳结构, 有必要引入杆件缺陷考虑杆件失稳的影响, 不考虑杆件失稳会过高估计结构的承载能力。最后提出了网壳结构稳定分析的合理计算流程, 与试验结果的比较表明该文方法合理、有效。
低强度砂浆灌孔砌块砌体抗压性能试验研究
黄靓, 王辉, 陈胜云
2012, 29(10): 157-161. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.10.0717
摘要:
为了研究低强度砂浆对灌孔砌块砌体抗压性能的影响, 该文通过9 个采用石灰砂浆砌筑的灌孔砌块砌体的抗压试验, 对其抗压破坏形态、开裂荷载、极限荷载及变形能力进行了分析, 提出了适用于砂浆强度很低的灌孔砌块砌体的抗压强度计算公式。分析表明:低强度砂浆砌块砌体的初裂荷载与极限荷载之比较小, 而开裂荷载过低将会对砌体房屋的耐久性产生不利影响, 因此, 该文认为在进行灌孔砌块砌体的设计和施工时, 砂浆的强度应得到保证, 不能过低。
非等高双重抗侧力体系的稳定性
翁赟, 童根树
2012, 29(10): 162-169,176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0846
摘要:
该文研究了非等高的双重抗侧力体系的稳定性。首先, 分析了弯曲型高-剪切型低的双重抗侧力体系, 提出了该结构体系的屈曲方程及稳定临界荷载解析解。通过分析弯曲型高-剪切型低的双重抗侧力体系的上下两部分存在相互支援作用, 给出了求解该体系稳定临界荷载的近似公式, 通过算例对比, 发现与解析解相比, 近似解具有很好的精度;同时, 近似法便于实际应用。其次, 研究了剪切型高-弯曲型低的双重抗侧力体系稳定性, 研究发现由于轴压力分布的不同, 此类体系将出现两种不同形式的失稳模式, 分别为结构上部发生纯剪切型失稳的局部失稳模式以及结构下部发生整体有侧移失稳模式。提出了判别结构在某一特定形式的荷载作用下, 发生哪一种失稳模式的准则, 以及相应的临界荷载计算公式。
U肋加劲板焊接残余应力的一种简化计算方法
赵秋, 吴冲
2012, 29(10): 170-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0936
摘要:
基于焊接残余应力数值模拟方法, 分析了U 肋加劲板各组成板件的板宽、板厚对焊接残余应力分布的影响, 揭示了U 肋与母板残余应力合力的分配规律, 提出了针对不同构造尺寸的U 肋加劲板焊接残余应力分布简化计算方法。研究结果表明:各组成板件的板宽变化对焊接残余拉应力的分布影响较小, 但对焊接残余压应力的大小影响较大;U 肋与母板的板厚比对U 肋与母板残余应力的分配比例影响较大。U 肋加劲板受压承载力计算时, 焊接残余应力分布可以采用简化方法计算, 其结果与根据数值模拟得到的焊接残余应力分布计算的结果基本一致。
简支梁桥动力系数的移动荷载列分析
邓建良, 吴定俊, 李奇
2012, 29(10): 177-183,204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0019
摘要:
基于移动荷载列通过简支梁桥的解析模型, 从理论上揭示出决定桥梁动力系数的关键参数。为满足运用模态叠加法对全桥各位置进行动力分析的精度要求, 提出了必要模态数的概念, 确立了所需桥梁模态数量的判定原则。以8 节编组列车通过某20m跨度简支梁桥为例, 分析了常用几种不同简化列车荷载模型对动力系数的影响, 结果表明:动力系数定量分析时应采用可表征实际轮轴位置的移动荷载列模型。
带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构地震易损性分析
吴轶, 何铭基, 蔡健, 黄炎生, 杨春
2012, 29(10): 184-192. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0026
摘要:
综合利用钢-混凝土组合结构技术和耗能减震技术, 提出带耗能腋撑型钢混凝土新型转换结构, 利用耗能腋撑改善转换结构抗震性能差的问题。以普通和带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构为研究对象, 进行增量动力分析, 建立该新型转换结构地震易损性曲线方程, 研究防屈曲耗能腋撑对型钢混凝土转换结构破坏机制的影响。分析结果表明:防屈曲耗能腋撑有效降低型钢混凝土转换结构在中度、重度损伤破坏及倒塌破坏状态的超越概率, 可作为一道可靠的抗震防线。耗能腋撑的设置避免了普通型钢混凝土转换框架结构在转换层及其相邻楼层处形成层侧移机构, 减小转换构件的塑性变形, 有效地防止型钢混凝土转换结构发生整体或局部倒塌破坏。
筒型基础平台气浮拖航的影响因素分析
丁红岩, 黄旭, 张浦阳, 刘宪庆
2012, 29(10): 193-198. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0038
摘要:
为研究筒型基础海洋平台气浮拖航运动特性, 以筒型基础抢修平台为原型, 采用水动力学软件MOSES对其进行模拟分析。建立了1:20 的平台缩尺试验模型, 其分析结果与模型试验结果吻合很好, 表明MOSES 模型计算结果有较高的可靠性。为消除模型试验中模型尺寸对平台拖航运动分析的影响, 按平台实际尺寸建立平台原型气浮拖航模型, 进而分析不同系缆点位置、波浪状态等因素对平台拖航的影响。MOSES 计算结果表明为提高平台拖航稳性, 系缆点位置应尽量靠近平台浮心所在平面, 以减小拖缆力产生的倾覆力矩;波浪高度对筒型基础海洋平台拖缆力和垂向运动影响较大, 当波高超过2m 时不宜进行拖航;顺浪拖航比顶浪拖航更加有利于拖航安全。
铰接杆系机构运动分岔分析新方法——类刚度法
周练, 袁行飞
2012, 29(10): 199-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0042
摘要:
阐述了理想结构失稳时平衡路径出现分岔的本质是广义切线刚度为零, 外荷载与结构位移之间失去可控性, 结构出现奇异。基于机构运动分岔与结构平衡路径分岔的相似性, 在机构中定义了类刚度为状态变量关于控制变量的导数。证明了当类刚度为零、无穷大或0/0 型时, 机构对应的控制变量与状态变量之间失去可控性, 机构出现奇异;并对相应的奇异构型进行了归类。定义类刚度方程为类刚度等于零、无穷大或0/0 型, 提出了联立类刚度方程和协调方程求解机构运动分岔点的新方法——类刚度法。通过双自由度机构算例验证了此方法的可行性和优越性。
土木结构损伤多尺度并发计算方法及其应用
陈志文, 李兆霞, 卫志勇
2012, 29(10): 205-210. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0053
摘要:
大型土木结构的损伤破坏是跨尺度演化的结果, 因此单一尺度下的结构分析难以正确地反映结构的非线性损伤失效过程。该文根据结构损伤在宏观、细观尺度下的不同特征建立结构一致多尺度模型, 并通过多点约束法进行跨尺度关联, 实现了结构整体线弹性响应分析和局部细节易损部位的细观层次上弹塑性损伤分析的并发进行。计算结果表明:该文提出的结构损伤多尺度并发计算方法能够兼顾结构整体上的线弹性响应和局部易损部位在细观层次上的塑性损伤特征, 在对结构多尺度响应与损伤特征进行准确描述的基础上, 能够获得结构易损局部的细观损伤状态、演化过程及其对结构宏观响应与失效的影响。
基于变分渐近法的功能梯度板高保真简化模型
钟轶峰, 余文斌
2012, 29(10): 211-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0066
摘要:
为有效分析非均质功能梯度板在载荷下的力学性能, 基于变分渐近方法(VAM)建立高保真简化模型。根据Hamilton扩展原则建立功能梯度板的三维能量方程;利用板固有小参数将三维能量渐近扩展为系列二维近似能量方程, 从而将三维各向异性弹性问题简化为沿板厚向的一维分析和二维板分析;提供重构关系以准确预测沿厚度方向的三维场分布。通过SiC-Al功能梯度板的柱形弯曲算例验证:基于该理论和模型重构的位移和应力分量与三维精确解相一致;在应变很小时, 可考虑任意大位移和全局旋转, 并可准确捕捉板所有的几何非线性。
索端激励对斜拉索风雨致振动性能的影响
李永乐, 向活跃, 何向东, 廖海黎
2012, 29(10): 218-224,231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0068
摘要:
实际斜拉索的振动可能是风-雨致振动和参数振动的组合, 索端激励对斜拉索风-雨致振动性能有一定影响。将索端激励转化为作用在斜拉索上的弹性力和惯性力, 建立了斜拉索风-雨致振动和参数振动的组合分析模型, 在讨论了参数振动模型和斜拉索风-雨致振动的特性后, 探讨了索端激励对风-雨致振动振幅、水路运动以及达到最大振幅所需时间的影响。结果表明:在一定的频率范围内, 索端激励的存在会改变斜拉索风-雨致振动幅值和水路运动幅值随时间变化的特性, 并能促进斜拉索风-雨致振动的发生。
焊接接头应力强度因子计算公式的改进
彭洋, 童乐为, ZHAO Xiao-ling, XIAO Zhi-gang
2012, 29(10): 225-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0071
摘要:
针对焊接接头的半椭圆表面裂纹的应力强度因子SIF 的计算公式, 该文介绍了目前常用的Newman-Raju-Maddox 模型和Yamada-Hirt-Albert模型以及两种模型的异同性。经过分析, 发现Yamada-Hirt-Albert模型存在不足, 其SIF 公式难以合理地计算均匀受拉状态下的SIF 值。在对现有文献中研究数据的分析基础上, 改进了Yamada-Hirt-Albert 模型, 提出了新的SIF 计算公式。经与Benchmark 数据以及其他国外试验结果的比较, 验证了该文所提出的SIF 改进公式具有更好的可靠性。
考虑桥墩及支座影响的梁桥竖向地震反应分析
孙广俊, 李鸿晶, 王通
2012, 29(10): 232-238,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0079
摘要:
将桥墩和支座简化为竖向串联弹簧系统, 考虑桥墩及支座轴向变形的影响, 建立了竖向地震作用下梁桥动力分析模型。考虑边界条件, 采用微分求积法对桥梁连续模型进行空间离散, 将其转化为多自由度体系, 采用逐步积分数值方法求解多自由度体系在竖向地震动下的反应。在此基础上, 通过算例数值分析, 研究了空间离散点数量、桥墩及支座轴向效应对桥梁竖向动力反应的影响;分析了不同外部激励下, 桥墩及支座轴向刚度变化对桥梁竖向动力反应的影响。研究表明:不考虑桥墩及支座影响时, 空间离散点数量对计算收敛性及计算结果影响很小;考虑桥墩及支座影响时, 空间离散点数量对计算收敛性影响很大。不同外部激励下, 桥墩及支座对梁桥反应的作用不同, 需要根据地震地面运动的频谱特性来判断。
利用数值耗散层改进Boussinesq模型的无反射边界条件
王岗, 许建武, 郑金海
2012, 29(10): 239-243. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0082
摘要:
Boussinesq 方程是近年来比较理想的模拟近岸波浪的一个模型, 它可以考虑波浪的色散、变浅和非线性等一系列因素, 其数值模型的吸收边界通常使用一种能在较大的频率范围内减弱波浪的数值海绵层。该文从理论上提出一种利用数值耗散模拟波浪无反射边界条件的方法。通过模拟规则波和随机波在水槽的传播表明该方法可以达到与海绵层相同的效果。由于该方法不需要修改模型代码, 仅需在开边界处增加一段网格逐渐增加的耗散带, 操作简便, 有很强的实用性。
基于Eshelby等效夹杂理论的沥青混合料有效粘弹性质分析
吴俊, 杨新华, 叶永
2012, 29(10): 244-248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0083
摘要:
利用Eshelby 等效夹杂理论研究了沥青混合料的单轴压缩蠕变行为。通过时间域内的Laplace 变换将问题线性化, 得到了沥青混合料的蠕变本构关系。开展了不同温度、应力水平条件下沥青砂的单轴压缩蠕变实验, 根据数据拟合了沥青砂四参量流变模型的模型参数。在此基础上, 预测了沥青混合料在不同温度、应力水平下的蠕变曲线, 分析了温度、应力水平对沥青混合料蠕变行为的影响。结果表明:在相同的应力水平下, 沥青混合料的应变和应变率都随温度的升高而增大, 并且在沥青软化点附近发生明显突变;在相同的温度下, 沥青混合料的应变和应变率都随加载应力的增加而增大。
薄板弯曲分析的多边形流形单元
温伟斌, 骆少明
2012, 29(10): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0101
摘要:
一般的数值流形方法均采用三角形、四边形单元进行计算。对于工程中的有些实际问题, 多边形单元能更好的适应复杂计算域形状。为此, 研究了采用多边形流形单元进行数值计算的方法。采用任意几何区域的Delaunay三角网格构造出新的凸多边形网格, 并以此单元作为计算的流形单元。采用改进的Wachspress插值函数作为多边形流形单元的权函数。为说明该方法的有效性, 将该流形方法应用于薄板弯曲计算, 推导出用于薄板弯曲分析的流形格式和单元矩阵。计算结果表明:较一般有限元法, 计算精度和收敛速度有很大提高。
偏心夹心梁柱节点低周反复加载受力性能试验研究
曹 晖, 陈 祥, 华建民
2012, 29(10): 257-262. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0034
摘要:
实际工程中梁和柱的混凝土强度经常不同,节点部位按照梁的混凝土来浇筑是这种情况下施工处理最为简便的方式,形成所谓的“夹心”节点。一些研究者就夹心节点在单调加载和低周反复加载下的性能进行了研究,但对夹心节点同时又存在梁柱偏心的情况还没有研究先例。该文完成了3个偏心夹心梁柱节点的低周反复加载试验,并分析了其节点区抗剪承载力、破坏特征、滞洄耗能等性能。结果表明:此类偏心夹心节点具有良好的承载能力和抗震性能,并且在节点区布置X筋替代部分箍筋是可行的,但梁筋在节点区的锚固性能较弱,需采取控制措施。
砌体墙的破坏准则及剪压复合作用下抗剪承载力
方亮, 梁建国
2012, 29(10): 263-267,274. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0943
摘要:
砌体墙在竖向压力和平面内水平剪力复合作用下的破坏准则是确定砌体抗剪承载力的重要依据。通过对比分析, 推导出基于最大主应力理论、剪摩理论、Mohr 理论和变形能理论的适合于砌体在剪压复合作用下的破坏准则。考虑到微元体与宏观墙模型的差别, 建立了相应于各种破坏准则的砌体抗剪承载力计算公式。并将公式的计算结果与收集的111 片普通粘土砖砌体墙片的试验结果进行了对比分析, 得到了常用多层砌体房屋墙的抗剪承载力计算公式。
基于非线性疲劳损伤的沥青路面轴载换算
吕松涛
2012, 29(10): 268-274. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.05.0294
摘要:
为了建立沥青混合料的非线性疲劳损伤演化方程, 同时为完善沥青路面的轴载换算方法, 首先进行沥青混合料的配合比设计, 确定矿料级配及最佳油石比, 然后从损伤力学基本理论出发, 定义模量衰减为其疲劳损伤参量, 由此推导得到了疲劳损伤方程, 并以此方程对小梁直接拉伸疲劳试验结果进行拟合, 得到了模型参数和损伤随应力比的变化规律, 建立了沥青路面轴载换算新方法。结果表明:沥青混合料的疲劳损伤演化具有明显的非线性, 用Miner线性疲劳损伤理论来描述沥青路面疲劳损伤演化过程不合适, 由此推导得到的轴载换算方法偏不安全, 建立在非线性疲劳损伤演化基础上的轴载换算方法考虑了加载历史和损伤历史的影响。
基于参数不确定列车作用下桥梁振动响应的桥梁损伤识别研究
安宁, 夏禾, 战家旺
2012, 29(10): 275-281. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.12.0867
摘要:
该文提出了当车辆某参数值不确定时基于桥梁在线振动响应的桥梁损伤识别方法。基于列车-桥梁耦合振动模型和响应灵敏度方法, 利用桥梁的在线响应进行损伤识别。通过计算损伤识别结果对随机车辆参数的灵敏度并由此得到损伤因子的数学期望及方差, 进一步得到各单元的损伤因子可能分布区间, 并进行了算例研究。结果表明, 当车辆参数的测量不确定度较小时, 基于桥梁在线振动响应的桥梁损伤识别灵敏度方法仍然是可行的;车体质量、一系竖向刚度和阻尼对识别结果影响较大, 而转向架和轮对质量、二系竖向刚度和阻尼对识别结果影响较小。
机械工程学科
基于坐标变换方法的风力机偏航轴承载荷分布的分析与计算
牛蔺楷, 杨洁明, 高俊云
2012, 29(10): 282-287,300. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0015
摘要:
针对风力机偏航轴承尺寸大, 承载状况复杂, 普通轴承分析方法在此不再适用等问题, 提出一种采用坐标变换原理对各滚球处接触载荷分布进行分析计算的方法。通过在风力机上建立坐标系, 将作用在风机上的外载荷从叶根部位开始传递到偏航轴承的外圈上, 将作用在外圈上的载荷表示为风机各运动参数(风轮旋转、叶片安装角、轴倾角)的函数。在偏航轴承内圈和外圈上各建立一个坐标系, 通过将接触区域的变形表示为两坐标系之间相对运动参数的函数, 建立了整体静力平衡方程。以三种载荷状况为例进行了接触载荷分布求解, 结果表明:倾覆力矩对接触载荷的大小及分布影响最大, 接触载荷基本以正弦规律分布。
电机端盖超谐共振分析
杨志安, 冯宏伟
2012, 29(10): 288-293. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0032
摘要:
根据电机端盖的结构特点, 将端盖抽象为圆环板。按照弹性力学理论建立了圆环板的振动方程。基于伽辽金方法, 引入振型试函数, 得到5 种不同边界条件端盖的非线性振动方程。应用多尺度法得到系统超谐共振近似解。计算了5 种边界条件下超谐共振的幅频响曲线。分析了半径、激励对系统超谐共振响应曲线的影响。
两种新的基于子空间跟踪的时变模态参数快速辨识算法
杨凯, 于开平, 刘荣贺, 王应奇
2012, 29(10): 294-300. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0039
摘要:
该文研究了基于子空间跟踪的时变模态参数快速辨识算法的过程。对更新的输入/输出数据的预处理后, 时变模态参数辨识的主要问题转化成子空间跟踪, 引入NPI 和API 子空间跟踪算法替代PAST 形成两种新的时变模态参数快速识别算法。通过对移动分布质量-悬臂梁这一典型的时变结构系统以及两自由度弹簧-质量系统的时变模态参数识别验证了新算法的有效性并且比较分析了这3种基于不同子空间跟踪算法的时变模态参数识别算法的辨识能力。
弯矩载荷作用下偏梯形套管连接螺纹参量敏感性分析
祝效华, 高原, 贾彦杰
2012, 29(10): 301-307. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0045
摘要:
井眼弯曲段的套管在承受常规载荷的同时还要承受弯矩载荷作用, 因此导致弯曲段套管连接螺纹失效率较直井段要高, 然而目前对套管连接螺纹在弯矩载荷作用下的力学行为认识尚不明确。针对该问题, 该文基于虚功原理、接触非线性理论及Von Mises 屈服准则, 运用有限元分析软件建立并计算了弯矩载荷作用下套管连接螺纹的三维力学模型, 获得了套管连接螺纹的应力分布规律, 并用实验结果与数值模拟结果对比验证了模型的有效性;在此基础上对螺纹锥度、承载面角度、导向面角度、齿高及螺距五个螺纹参量进行了敏感性分析, 最后总结了弯矩载荷作用下各螺纹参量对其应力分布的影响规律。该文的研究工作为套管偏梯形连接螺纹的优化设计提供了科学依据, 对减少套管连接螺纹失效具有重要的工程价值。
机车轮缘磨耗对轮轨接触状况的影响
赵腾, 张军, 孙传喜
2012, 29(10): 308-312. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0047
摘要:
针对机车运行中出现轮缘磨耗严重这一问题, 统计苏家屯机务段电力机车轮对检修记录, 将轮缘磨耗过程可以分为3 个阶段:初期磨耗阶段、磨耗稳定阶段和后期磨耗阶段。建立不同磨耗时期的轮轨弹塑性接触模型, 运用有限元方法进行计算分析。计算结果表明:车轮轮缘厚度从32mm磨耗到27mm这个过程, 轮缘上的接触等效应力相对较小, 轮缘磨耗速度在整个磨耗过程中最低;机车车轮镟修或换轮后在磨耗后线路上运行, 标准车轮与磨耗钢轨的型面匹配状况不佳, 接触等效应力集中在车轮轮缘上, 运行初期轮缘磨耗较快。得出的结论有助于设计出更好的轮轨型面来降低轮缘磨耗。
风与地震载荷作用下集装箱小车低架桥结构耦合振动分析
卢凯良, 邱惠清
2012, 29(10): 313-320,334. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0087
摘要:
外部环境激励下的车桥耦合振动严重影响着自动化码头集装箱小车-低架桥结构的安全和使用效率。针对该问题, 基于一元多维平稳随机过程数值模拟法实现轨道不平顺、风速场的时程模拟, 利用双协调自由界面模态综合法求解了车桥结构在轨道不平顺、轮对蛇行运动以及风、地震载荷激励下的耦合振动时域响应, 分析了风、地震载荷等对车桥耦合振动响应的影响, 并设计结构模型试验验证自激激励仿真结果。结果表明:1) 自由界面模态综合求解车桥耦合振动响应的仿真方法合理;2) 车桥竖向振动主要由小车移动加载引起, 自激激励是主因;风、地震载荷会大大增强横向振动, 车桥耦合振动响应随着小车速度、脉动风平均风速的增大而增大, 且对地震载荷的敏感程度大于工作状态风载荷;3) 小车复线运行时车桥耦合振动响应最大值大于小车单线运行时, 铅芯橡胶支座可有效减小车桥加速度响应。
改进的结构系统可靠度的条件边缘乘积法
涂宏茂, 钱云鹏, 姬广振, 李娟
2012, 29(10): 321-326. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0102
摘要:
分析了结构系统可靠度计算与多维正态积分之间的转化关系, 以及原有的用于多维正态积分计算的条件边缘乘积法的不足之处, 从条件正态分位数计算和相关系数矩阵修正两方面给出改进措施, 形成一种改进的条件边缘乘积法。该方法采用数值积分方法进行二维正态分布函数的计算, 提高原有方法中条件正态分位数计算的精度, 并在此基础上对各相关系数矩阵进行修正, 从而有效提高了原有方法在串联系统可靠度计算中的精度。同时, 将这一改进方法与单失效模式下的结构可靠度显式迭代算法相结合, 提出从单元到系统的结构系统可靠度分析流程。数值算例表明了这一改进方法的有效性和实用性。
其他工程学科
拉-压循环加载下铝合金疲劳裂纹扩展的压载荷效应研究
沙宇, 张嘉振, 白士刚, 周振功
2012, 29(10): 327-334. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0025
摘要:
应用弹塑性有限元方法与增量塑性损伤理论指出疲劳裂纹扩展的压载荷效应是裂纹尖端塑性损伤的结果, 建立了在拉-压循环加载下铝合金疲劳裂纹扩展速率的双参数预报模型, 对LY12-M 高强铝合金MT 试件在应力比R=0、-0.5、-1、-2 进行了疲劳裂纹扩展实验。结果表明:当最大应力强度因子Kmax相同时, 恒幅拉压加载(应力比R<0)的疲劳裂纹扩展速率明显高于恒幅拉拉加载(应力比R=0)的情况, 拉-压循环载荷的压载荷部分对疲劳裂纹扩展速率具有促进作用。该文得出的LY12-M 铝合金在拉-压循环加载下的疲劳裂纹扩展速率预报模型与实验结果符合较好。
浮桥运动响应分析的非线性间隙单元构造与应用
江召兵, 陈徐均, 赵红亮
2012, 29(10): 335-339. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0031
摘要:
因浮桥接头动力响应的复杂性, 至今仍未找到一种通用的方法模拟接头的动力特性, 使得对浮桥进行建模并求解其的动态响应时存在较大困难。利用杆单元模拟接头的抗拉和抗压特性, 并利用梁单元的抗弯特性, 把两者结合组成非线性混合单元, 可以较好地模拟接头的特性和求解浮桥的动态响应。对数值计算和已有的模型试验结果的分析发现, 在快速通载时非线性连接浮桥会发生位移波堆积效应。
基于LES的直管流致振动分析
郭涛, 张涛, 赵威
2012, 29(10): 340-346. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0037
摘要:
基于CFX 的LES 模拟了直管内完全发展的湍流, 通过log-wake 法则验证了大涡计算的准确性。利用CCL+APDL+MATLAB 语言编制了流固耦合插值算法, 该算法可对流体载荷进行扩展, 具有插值精度高、计算效率高等特点, 而且能同时考虑流体脉动压强和剪切力作用下结构的振动响应。计算表明:对于光滑直管流致振动问题, 振源主要来自流体的脉动压强, 而流体剪切力可基本忽略。最后, 总结了管内流速与流体脉动压强、结构响应的关系, 脉动压强和振动加速度与速度近似成抛物线规律, 可为非嵌入式的流量传感器的研究提供参考和依据。
深水半潜式平台Mathieu不稳定问题研究
王俊荣, 谢彬
2012, 29(10): 347-353. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0063
摘要:
半潜式平台的垂荡运动相对较大, 当平台的纵摇固有有周期和垂荡固有周期处于一定的倍数关系时, 平台的纵摇/横摇运动可能落入Mathieu不稳定区。该文对半潜式平台Mathieu 方程进行了推导, 获得了各参数的计算公式;根据Mathieu不稳定图谱或数值计算方法, 可判断纵摇/横摇运动的稳定性。选取了一个生存状态下的半潜式平台为算例, 分析了平台发生Mathieu 不稳定问题的条件, 并通过调整关键参数抑制不稳定问题的发生, 从而获得了避免Mathieu不稳定问题的工程措施, 为今后半潜式平台设计提供参考。
分数阶导数线性流变固体模型及其应用
肖世武, 周雄, 胡小玲, 罗文波
2012, 29(10): 354-358. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0064
摘要:
采用Koeller 弹壶元件替代标准线性固体模型中的Newton黏壶, 得到分数阶导数线性流变固体模型, 给出了表征模型动态黏弹特性的存储模量、损耗模量和损耗因子以及表征模型静态黏弹特性的蠕变柔量和松弛模量。采用分数阶导数线性流变固体模型、标准线性固体模型和五参量固体模型对聚丙烯材料应力松弛特性进行分析。讨论了Mittag-Leffler函数的求和截断误差。结果表明分数阶导数线性流变固体模型能更准确描述聚丙烯材料的应力松弛行为。
煤层气藏压力分布对井网布置影响的研究
梁冰, 陈天宇
2012, 29(10): 359-365. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0067
摘要:
建立了考虑气体吸附、解吸引起的煤基质孔隙变形与孔隙气体压力耦合作用的煤层气藏渗流数学模型, 并建立了考虑火成岩和断层构造的地质模型, 对阜新刘家低煤阶煤层气区块群井排采进行了仿真分析。模拟结果表明:复杂地质条件煤层气藏储层压力的扩展受地质构造的影响;采用临界解吸压力评价压力扩展, 端割理、面割理相同时, 临界解吸压力圈面积和产量均比端割理、面割理不同时大, 在数值模拟中必须考虑端割理、面割理方向渗透率的差异性。通过不同井型条件下压力和产量的对比, 复杂地质条件的刘家区块中, 采用不规则四边形井网最能利用地质因素的有利影响, 产能最高。
时间延迟下双臂空间机器人工作空间轨迹跟踪的改进控制方法
梁捷, 陈力
2012, 29(10): 366-371,377. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0090
摘要:
研究了载体姿态受控、位置不受控制情况下, 具有时间延迟的漂浮基双臂空间机器人载体姿态与末端爪手工作空间协调运动的动力学建模与控制问题。利用系统动量守恒关系及Lagrange方法, 建立了漂浮基双臂空间机器人的系统动力学模型及运动Jacobi 关系。以此为基础, 考虑到系统存在时间延迟的复杂情况, 利用Taylor级数展开, 导出了适用于时间延迟情况下控制系统设计的数学模型。利用该模型, 提出了一种双臂空间机器人在时间延迟情况下的改进计算力矩控制方案。而后, 运用Lyapunov 第二类方法, 结合图形分析以及范数的方法证明了该控制系统的稳定性。数值仿真结果证实了该控制方案在系统存在时间延迟的情况下, 仍然可以有效地控制双臂空间机器人, 稳定地追踪工作空间的期望轨迹。
电磁轨道发射过程中电枢运动特性参量的一种简捷算法
赵建波, 司秀勇, 白象忠
2012, 29(10): 372-377. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0061
摘要:
在介绍了电磁轨道发射装置发射过程模拟方法的基础上, 将电枢位移x(t) 、电枢速度v(t)等变量视为独立函数, 给出了发射过程中回路电流#em/em#(t) 的解析表达式。基于回路电流#em/em#(t) 、电枢位移x(t) 、电枢速度v(t)和电枢加速度a(t) 的基本方程, 提出了电磁轨道发射过程中电枢运动特性参量的一种简捷算法, 给出了该算法的流程图, 并指出了时间步长和收敛准则的确定方法。该算法可以移植到任何具备二次开发平台的有限元软件之中。通过电磁轨道发射装置的计算实例, 表明了该算法的有效性和可靠性。
上海65 m射电望远镜太阳辐射作用分析
钱宏亮, 刘岩, 范峰, 付丽, 刘国玺
2012, 29(10): 378-384. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0103
摘要:
利用 ANSYS 热分析模块分别对天线主副反射面板结构和天线的杆系结构建立有限元模型, 计算夏季7月15 日晴天无云这一最不利气候之一的天气各时刻的空气对流换热、太阳辐射、环境长波辐射换热以及阴影遮挡等各种边界条件, 研究分析了主面板、副面板在日照作用下的温度场分布, 特别是由于主面板反射太阳辐射热量并聚焦于副面板从而使副面板温度剧增的“太阳灶”现象;同时为获取天线结构在日照下指向误差变化规律, 还对天线杆系结构进行了日照非均匀热变形分析, 给出日照下主反射面型面精度随时间的变化规律。结果表明:主副面板之间存在的“太阳灶”效应使的副面板最高温度达135℃, 由于日照非均匀温度场的作用, 杆系结构中最大温差达到10.8℃。太阳照射引起的阴阳面造成主反射面不均匀热变形, 在俯仰角90°工况下导致RMS(反射面表面各点误差平方和均方根)最大增加0.35mm。这些数据为下一步结构的施工、传感器的布设以及局部温度控制措施提供了参考信息。