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2012年  第29卷  第11期

基本方法
多变量函数统计矩点估计法的性能比较
范文亮, 李正良, 王承启
2012, 29(11): 1-011. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.09.0698
摘要:
多变量函数的统计矩估计是随机系统分析和可靠度分析中较为普遍的问题,点估计法则是解决这类问题的最为简单、高效的途径。为便于点估计法在实际工程中的合理应用,该文试图通过详细、系统的算例分析,对几类典型点估计法的计算性能展开讨论。通过二次函数和混合函数在多种变量工况下的低阶矩估计的精度比较研究,可以发现:1)?点估计方法对高阶矩估计的精度较低阶矩低;2)?函数非线性程度、变量类型和变异系数等对点估计法精度均有较为明显的影响,变量数目和相关系数的影响因方法而异;3)?相对而言,Zhao & Ono方法精度最优,但用于强非线性、大变异性情形时,精度亦不甚理想,此时应慎用或者增加计算点的数量;4)?Harr方法的计算精度在相关系数等于0处存在突变。
弹性压应力波作用下矩形薄板动力屈曲解析解
韩大伟, 王安稳
2012, 29(11): 12-015. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0204
摘要:
根据板的非线性动力平衡方程和压缩波前附加约束方程,基于双特征参数法和应力波理论,求解了矩形薄板在面内轴向冲击载荷作用下动力屈曲位移的解析解。揭示了矩形薄板动力屈曲过程中板的厚宽比、屈曲模态、冲击载荷大小和临界屈曲长度之间的关系。求得的屈曲模态与之前文献中用差分解得出的结果吻合良好。
一个用于大位移大转动非线性动力计算的显式梁元
万福磊, 李云贵
2012, 29(11): 16-020. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0109
摘要:
为了数值模拟建筑结构倒塌过程中的梁柱构件,建立了一个具有大位移大转动非线性动力计算能力的显式梁元。该梁元基于显式有限元单元理论,采用更新拉格朗日列式,考虑了转动的不可交换性,选用共旋(Co-Rotational)方法分离单元刚体位移和变形位移,通过应力更新算法来考虑材料的非线性。算例表明该梁元力学性能良好,具有一定的工程应用价值。
各向异性复合材料尖劈的应力奇异性次数研究
王效贵, 胡 涛, 徐 峰
2012, 29(11): 21-025,032. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0132
摘要:
为了确定各向异性复合材料尖劈的应力奇异性次数,提出了一种确定广义平面应变情况下各向异性弹性接合材料界面端应力奇异性次数的一维特殊有限元法。该方法基于最小势能原理,通过坐标变换和变量分离消除径向坐标,把应力奇异性次数的求解降阶为仅与环向坐标相关的一维问题。采用三节点一维等参数二次单元,对该一维线性领域做网格划分。数值计算结果与理论解比较,表明该方法具有很高的精度和效率。
十字弦耦合结构非线性自由振动的频率分析
潘 渤, 尚福林
2012, 29(11): 26-032. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0160
摘要:
该文研究了十字交叉弦几何大变形的非线性自由振动问题。首先根据哈密顿原理推导了控制其自由振动的运动方程,然后采用摄动方法求解了该弦的非线性耦合固有频率。通过将求得的非线性耦合固有频率解析解与各单弦的非线性频率解析解进行比较发现,非线性耦合频率的解析解除了具有非线性特性,还反应了各子结构对整体结构频率的影响,即存在耦合特性。并且,当一个子结构自身参数改变时,整体结构的频率也会发生变化,但是变化的幅度小于子结构的变化幅度,即耦合特性增加了十字弦系统的稳定性。
Iwan模型非线性恢复力及能量耗散计算研究
张相盟, 王本利, 卫洪涛
2012, 29(11): 33-039. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0162
摘要:
广泛应用于装配结构中的螺栓连接会对整个结构的动力响应产生显著的影响,可见,研究这类连接部位的动力学行为具有重要的意义。该文对描述此类连接形式的动力学行为的Iwan模型进行了深入的研究。首先推导了当构成模型的Jenkins单元的屈服力满足均匀分布的情况下,Iwan模型分别处于局部滑移和整体滑移运动时的描述模型恢复力的分段非线性函数,并对其进行了归一化处理;接着在其基础上,推导了在这两类滑移运动中,模型周期能量耗散的归一化计算公式;最后还进一步对修正Iwan模型进行了研究。研究成果为研究装配结构的结构阻尼和非线性动力学行为奠定了基础。
边界松驰对壁板颤振响应的影响分析
肖艳平, 杨翊仁, 叶献辉
2012, 29(11): 40-045. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0183
摘要:
基于一阶活塞气动力理论,根据Von Karman大变形应变-位移关系并用伽辽金方法建立了壁板颤振方程,分析边界松驰,面内力及壁板几何尺寸对壁板颤振响应特性的影响。结果表明:随边界约束的松驰,颤振临界动压减小,系统的静态稳定性降低,而屈曲和混沌运动的可能性增大;即使来流动压小于初始边界条件颤振临界动压,随边界的松驰,壁板可能产生极限环振动或混沌振动;较大轴力压力和较小的长宽比不利于壁板的稳定。
考虑单向复合材料复杂微观结构的细化单胞模型
张博明, 唐占文, 赵 琳
2012, 29(11): 46-052. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0201
摘要:
通用单胞模型常被应用在复合材料细观力学分析上。但原始的通用单胞模型存在求解量大、计算效率低的问题。该文对其改进,建立了以子胞界面细观应力为未知量的细化单胞模型。利用该模型研究复杂的微观结构包括纤维截面形状/排列方式,界面相材料属性/几何厚度,夹杂/空隙对单向纤维复合材料宏观弹性常数的影响。通过与其他研究方法和试验数据对比证实了该预测模型具有更高的计算效率,计算精度和更广泛的普适性。该文模型子胞划分更细致,克服了原始通用单胞模型无法分析复杂微观结构的不足。有望将损伤力学引入该模型中建立一个有力的分析工具,来进行复合材料结构宏/细观多尺度损伤力学分析。
基于柔性补偿的带柔性铰空间机器人鲁棒控制
陈志勇, 陈 力
2012, 29(11): 53-057. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0218
摘要:
研究了载体位姿均不受控制的漂浮基带柔性铰空间机器人工作空间轨迹跟踪的鲁棒控制问题。利用系统动量、动量矩守恒关系及拉格朗日方法,导出了系统的动力学方程。考虑到空间机器人各关节铰往往具有较强的柔性,引入了一种关节柔性补偿控制器,以较好地补偿关节柔性对系统控制精度所带来的影响。之后结合奇异摄动技术,针对系统惯性参数存在不确定的复杂情况,提出了一种空间机器人工作空间期望运动轨迹跟踪的鲁棒控制方案。通过对一个平面带柔性铰空间机器人系统的数值仿真运算,证实了上述方法的有效性。
结构随机分析的向量型层递响应面法
杨绿峰, 李朝阳
2012, 29(11): 58-064. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.06.0367
摘要:
结构随机分析的传统响应面法通常用于显化表示某一随机响应量在结构特定点的涨落,属于标量型响应面法。为克服传统响应面法的局限性,提出了结构总体节点位移向量显化表示的层递响应面法,属于向量型响应面法。首先利用Karhunen-Loève级数线性展开随机刚度矩阵和节点荷载向量,并定义随机场均值处的刚度矩阵作为预处理器,进而生成预处理Krylov子空间;然后将结构总体节点位移向量在该空间中层递展开,建立向量型的层递响应面,有效保持了节点位移之间的协调性;最后分析了层递响应面与混沌多项式之间的关系,给出了样本点选取原则,建立了节点位移向量的均值和协方差计算公式。通过算例分析,验证了层递响应面法的高精度、全域性和快速收敛性。
基于解析试函数的各向异性材料厚薄通用板单元
田 歌, 傅向荣, 邓 娇, 张 鹏, 刘浩宇
2012, 29(11): 65-070,079. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.06.0384
摘要:
该文采用满足Kirchhoff假设的薄板理论,推导了各向异性材料系列解析试函数,并利用该系列解析试函数构造了一个四边形应力杂交板单元。首先,该文从薄板理论的基本方程出发,推导了各向异性材料薄板中面挠度w应满足的特征微分方程。然后,从该方程出发求得w的系列特征通解,由w特征通解可进一步求得广义位移、广义应变和广义应力的解析试函数。同时,根据广义应力利用平衡条件构造了相应的横向剪力解析试函数。最后,根据已有的广义应力和横向剪力解析试函数构造了一个四边形应力杂交板单元ATF-PH4。数值算例表明:上述方法构造出的单元模型有很好的精度、收敛性,且对网格畸变不敏感,同时能较好地解决板单元的厚薄通用性问题。
土木工程学科
不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析
石永久, 王 萌, 王元清
2012, 29(11): 71-079. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0014
摘要:
为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。
GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率试验研究
郝庆多, 欧进萍
2012, 29(11): 80-087. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0094
摘要:
破坏模式是GFRP/钢绞线复合筋(GFRP:Glass Fiber Reinforced Polymer, 纤维增强塑料)混凝土梁力学性能的影响因素之一,而破坏模式主要由GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率决定。鉴于配筋率对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁力学性能的重要作用,该文设计了16根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁试件。试验变量为混凝土强度等级和GFRP/钢绞线复合筋的配筋率。通过对混凝土梁试件进行三分点静载试验,系统研究GFRP/钢绞线复合筋配筋率和混凝土强度等级对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的破坏形式、抗裂承载力、正截面极限承载力、裂缝间距、裂缝宽度、裂缝深度、挠度等的影响。试验数据可为GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁安全配筋率计算方法的确定提供参考和理论依据。
考虑滑移效应的钢-混凝土组合框架梁的刚度研究
黄 远, 聂建国, 易伟建
2012, 29(11): 88-092. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0164
摘要:
组合框架梁的抗剪连接件在使用阶段将发生变形,导致构件的挠度增大,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的挠度将得到不安全的计算结果。该文首先对考虑滑移效应的框架组合梁刚度进行研究,根据弹性理论推导了传统的完全组合梁TBM(Traditional Beam Model)模型滑移组合梁SLM(Slip Beam Model)模型的基本方程,并采用有限元方法对理论模型进行验证,说明了理论模型的准确性及合理性。对考虑滑移效应的组合框架梁刚度折减系数进行参数分析,研究了楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比等无量纲参数对考虑滑移效应后组合梁刚度折减系数的影响。研究发现:影响组合框架梁刚度折减系数的关键参数为抗剪连接件的剪力连接程度。在此基础上,建议了考虑滑移效应的钢-混凝土框架组合梁折减刚度系数的简化公式,公式计算结果与试验结果吻合良好,可以为组合梁的研究及设计人员提供参考。
初始静剪应力下土与结构接触面静力特性研究
冯大阔, 张建民, 侯文峻
2012, 29(11): 93-098. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0823
摘要:
运用80t三维多功能土工试验机对粗粒土与结构接触面在一定初始静剪应力下的三维单调力学特性进行了试验研究。结果表明:接触面在不同剪切方向下均先剪缩后剪胀,剪胀主要在加载后期接触面接近和达到抗剪强度、切向位移较大时产生;接触面切向变形存在非共轴现象,切向位移增量方向随剪切的进行与切向应力逐渐靠近;切向位移间关系基本为直线,且其与初始静剪应力间的夹角和剪切方向角存在良好的数学关系;接触面抗剪强度包线基本为圆形,呈各向同性;剪切方向对接触面剪缩量、体变与切向位移关系、体变与切向应力关系及切向应力-应变关系有较大影响。
钢纤维混凝土等幅弯曲疲劳加载下的疲劳应变和疲劳模量以及损伤研究
杨润年, 魏德敏
2012, 29(11): 99-102,122. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0223
摘要:
利用已有试验数据,对最大疲劳应变和疲劳残余应变进行拟合,得到疲劳应变演化方程,其相关系数均在0.97以上。考虑到等幅弯曲疲劳加载条件下,疲劳模量与疲劳应变成反比关系,利用对称性,由疲劳应变演化方程得到疲劳模量演化方程,通过拟合试验结果,发现由疲劳模量演化方程表达的拟合曲线与试验曲线吻合很好,其相关系数均在0.99以上。最后,利用疲劳应变与疲劳模量定义损伤变量,得到损伤变量演化曲线,经对比发现,由最大疲劳应变和疲劳残余应变定义的损伤变量演化曲线基本一致,且相差很小;而由疲劳模量定义的损伤变量演化曲线明显大于由疲劳应变定义的损伤变量演化曲线。
地震动的扭转分量与结构的扭转地震作用
刘跃伟, 李宏男
2012, 29(11): 103-108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0238
摘要:
地震时建筑结构会受到扭转地震的影响,但目前结构设计时扭转地震作用尚不明确。为了确定结构的扭转地震作用,提出了一种简化的地震作用下基础扭转的计算方法,探讨了自由场地扭转、基础扭转以及两者的不同。研究表明:基础与视波长的尺寸效应和基础长宽比的尺寸效应造成了上述两者的区别。进而给出了便于建筑抗震设计的扭转地震作用的确定方法。
基于概率接触算法的椭球离散元及料仓试验研究
辛海丽, 金 峰
2012, 29(11): 109-114. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0179
摘要:
该文提出一种基于概率接触算法,并嵌入到球形颗粒离散元程序中,在保持原有颗粒接触检索效率的基础上,实现了非球形颗粒模拟。以椭球颗粒为例给出了算法推导过程,进行了球形西米、椭球形绿豆和长米的料仓卸料过程模拟,对颗粒体系的流态和流量进行了研究,并开展了相应的试验加以验证。结果表明:基于概率接触算法的非球形颗粒离散元法适用于在椭球颗粒流动特性方面的研究,可以较精确的模拟卸料过程,且计算效率较高。
联肢剪力墙的刚度、稳定性以及二阶效应
童根树, 苏 健
2012, 29(11): 115-122. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0139
摘要:
该文采用连续化模型,对双肢剪力墙结构平面内稳定性进行了研究,求得了顶部作用集中压力时临界荷载的精确显式表达式和显式屈曲波形。这个临界荷载公式表明,联肢剪力墙是一种双重抗侧力结构,并且可以采用串并联电路模型来表示两者之间的相互作用。串并联模型推广到线性分析的情况,得到顶部抗侧刚度的显式表达式,与精确解进行了比较。推导了顶部作用竖向集中荷载时,在不同水平荷载作用下结构的侧移、墙肢弯矩、墙肢轴力和连梁弯矩放大系数,并提供了近似计算公式。
自适应重要抽样方法的改进算法
陈向前, 董 聪, 闫 阳
2012, 29(11): 123-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0220
摘要:
失效概率的计算是结构可靠度分析的核心问题之一,发展精确高效的失效概率估计方法渐成国际学术与工程界关注的焦点。该文提出了一种基于样本概率密度加权的采样中心确定方法,该方法兼顾了以下2个目标:1) 增加有效抽样中对失效概率贡献大的样本出现的概率;2) 提高有效抽样比例。通过将该方法与基于主动引导技术的自适应抽样方法相集成,得到了一种改进的自适应重要抽样方法。理论分析与数值算例表明:该文提出的自适应重要抽样算法具有精度高、计算量小的优点。
框架结构在双向地震动作用下的最大结构反应
张 宇, 李全旺, 樊健生
2012, 29(11): 129-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0092
摘要:
实际地震由水平地震动和竖向地震动组成。由于水平地震动可能沿任何方向发生,通常把引起结构最大动力反应的水平地震动角度称为地震对该结构的最不利入射角度。确定地震动的最不利入射角度是研究双向地震作用下结构动力响应的关键问题。该文提出了一种基于弹性时程分析的地震动最不利入射角度的确定方法,并给出了该方法的图形解法。该文通过具体算例证实,当结构为线弹性时,该方法给出的是动力响应的精确解。当结构进入非线性阶段,产生塑性变形时,该文对该方法引起的误差进行了讨论,发现误差随强度折减系数(Rd)的增加而增大,在Rd小于6时,误差通常不超过10%,证明该文所提出的方法在结构发生塑性变形时依然具有很好的适用性。
相关正态空间中改进的有限步长迭代法
周 凌, 贾宏光, 安伟光
2012, 29(11): 137-142. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0112
摘要:
针对有限步长迭代法在结构功能函数非线性程度极高时,保证收敛的初始步长难于确定的问题,提出了改进的有限步长迭代法。通过实例说明有限步长迭代法出现迂回迭代甚至不收敛的原因。为了保证每一迭代步长为最优步长,该文引入黄金分割法对步长进行一维搜索,并根据增广拉格朗日函数的极值条件构造了一个新的评价函数,给出了相关正态空间中改进的有限步长迭代法的计算步骤。数值算例表明改进的有限步长迭代法的迭代结果正确,在结构功能函数非线性程度极高时收敛性较好,迭代步数少于修正迭代法的步数。
基于共旋坐标法的带刚臂平面梁元非线性分析
邓继华, 邵旭东
2012, 29(11): 143-151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0123
摘要:
为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,该文基于共旋坐标法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵显式表达式,给出了不平衡力的精确全量算法,并提供了详细的计算步骤。利用该文的研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面梁结构进行了几何非线性分析。计算结果表明:这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,实用价值较强。
基于风振特性的多目标等效静风荷载分析方法
陈 波, 李 明, 杨庆山
2012, 29(11): 152-157,164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0130
摘要:
提出根据风振响应特征,构造多目标等效静风荷载的荷载基本向量,当脉动风效应中以背景响应为主、且存在显著主导本征模态时,选择本征模态作为荷载基本向量;当以共振响应为主、且存在显著主导振型时,将主导振型惯性力作为荷载基本向量;当风效应中无显著主导本征模态或者无显著主导振型时,将屋面上表面各点法向分别作用单位力作为荷载基本向量。根据最小二乘法得到这些基本向量的组合系数,保证在该等效静风荷载下,结构所有关键位置响应与实际动力响应极值间的误差最小。并将该方法应用于平面桁架和单层球面网壳,验证了该文所述方法的计算精度。
大跨越钢管混凝土输电塔地震作用弹塑性分析
熊铁华, 梁枢果, 邹良浩, 吴海洋
2012, 29(11): 158-164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0131
摘要:
利用静力和动力两种方法研究了一个大跨越钢管混凝土输电塔在地震作用下的弹塑性力学性能,包括:1) 建立了精细的输电塔和塔线体系两种有限元模型以及输电塔材料的非线性模型;2) 将由振型分解反应谱法得到的结构底部剪力按第一阶振型分配到有限元模型的各个节点上,一步步增加节点力,使材料逐渐进入塑性状态直到计算不能收敛为止。静力分析表明:结构失效是由于薄壁钢管单元失效造成的,而钢管混凝土单元还没有失效,结构的极限荷载由薄壁钢管单元决定;3) 利用时程法进行罕遇地震下的输电塔弹塑性分析。动力分析表明:在地震作用下,塔上许多单元很快就进入了塑性,在最后时刻,有一定数量的薄壁钢管单元已经破坏,但钢管混凝土单元没有出现破坏的情况,该塔能实现“大震不倒”的目标。两种方法都显示塔的中部是结构的薄弱处。
考虑非达西渗流的成层地基一维固结半解析解
李传勋, 谢康和, 胡安峰, 刘兴旺
2012, 29(11): 165-169. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0134
摘要:
在土中渗流遵从Hansbo非达西渗流的前提下,考虑实际工程中的变荷载,利用解析与数值相结合的半解析方法,对成层地基一维固结问题进行数值求解。将基于Hansbo非达西渗流的双层地基一维固结半解析解与相应的差分数值解进行对比,验证了半解析方法计算基于Hansbo非达西渗流下成层地基一维固结问题的可靠性。最后,对某三层地基考虑Hansbo非达西渗流的一维固结实例进行计算分析,结果表明:基于Hansbo非达西渗流下成层地基的沉降发展速率与超孔隙水压力的消散速率是不一致的。
虚拟裂缝尖端拉应力大小的确定
杨树桐
2012, 29(11): 170-174. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0167
摘要:
针对单边切口的混凝土轴心受拉构件,基于虚拟裂缝模型提出一种计算极限承载力的解析模型,并在此基础上确立了虚拟裂缝尖端拉应力与混凝土轴心抗拉强度之间的关系。结果表明:二者的比值随初始缝高比的增大呈线性增加,但对混凝土强度等级的变化不敏感。其原因是由于所有的混凝土试件都存在初始缺陷,导致截面上存在明显的应力梯度,因而得到的混凝土轴心抗拉强度值是截面应力的平均值,而虚拟裂缝尖端拉应力为截面上的最大应力。很显然,轴心受拉构件的初始缺陷越长,截面的应力梯度越大,虚拟裂缝尖端拉应力与平均应力的比就越大。通常情况下,虚拟裂缝尖端的拉应力大小约为混凝土轴心抗拉强度值的1.22倍,约等于混凝土的抗折强度。
桩-土复合地基抗液化数值试验分析
何剑平, 陈卫忠
2012, 29(11): 175-182,190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0169
摘要:
在自由场中设置群桩基础,改变桩基间距,应用FLAC3D作系列三维桩基础非自由场液化数值模拟试验,从桩对液化土的反作用这一方面,研究群桩设置对场地液化分布的影响,揭示群桩抗液化效应。试验结果显示,群桩改变了自由场的特性,群桩非自由液化场水平向不再同性。相对于自由液化场,群桩约束了内部土体自由应变,加大了桩-土结构复合地基的整体抗剪刚度,适当间距的群桩抑制下部土液化的效应较明显,超孔压比降低20%,群桩对上部土体的抗液化效应不大。桩基间距越小对近处场地液化的抑制作用越大,对远处液化的强化作用也越大,桩间距越大抑制作用越小,对远处的强化作用也越小。桩间距相同,桩径加大,桩间场液化度降低。研究成果为桩-土结构复合地基抗液化设计提供理论及试验基础。
考虑桩-土相互作用的多年冻土区多跨简支梁桥地震响应分析
李永波, 张鸿儒, 郜新军
2012, 29(11): 183-190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0185
摘要:
为分析青藏铁路多年冻土区多跨简支梁桥地震响应情况,建立了一座10×32m箱形多跨简支梁桥三维全桥模型,以等效基础弹簧考虑桩-土相互作用;以具有初始间隙的并联弹簧-阻尼单元模拟伸缩缝两端结构的碰撞,研究了冻土融化深度、行波效应及碰撞效应对多跨简支桥梁结构地震响应的影响。结果表明:随着融土下限加深,等效基础弹簧刚度明显减小,在强地震动作用下,桥梁结构易发生落梁、桥墩倾覆等震害;当相邻碰撞体的相向位移超过伸缩缝宽度时两者发生碰撞,碰撞次数及碰撞力随地震动视波速及行进距离不同而不同,在行波波速较低且行进距离较小时碰撞效果明显,对桥梁地震响应影响较大,极易导致落梁;此外桥台对结构地震响应亦有显著影响。在对多年冻土区多跨简支梁桥抗震性能进行评估时,应特别重视夏季地震动低速行波时可能发生的震害。
钢结构箱形柱与梁异型节点设计方法研究
胡宗波
2012, 29(11): 191-196,235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0187
摘要:
针对大型厂房框排架结构中通常存在变梁变柱异型节点的实际情况,对6个钢结构箱形柱与梁异型节点模型进行拟静力试验,研究了钢结构异型节点的破坏机理和力学行为,建立了基于塑性铰理论的钢结构异型节点力学模型,提出了该类异型节点的设计方法及构造建议。试验与计算对比表明:可按小核心区为常规节点计算梁端的抗弯承载力;在验算节点域强度时可只对小核心区进行验算,且在保证节点域强度的前提下,只需对小核心区的抗剪承载力进行验算。该方法为钢结构异型节点的合理设计提供了依据。
多层大开间砌体结构的基本周期实测与分析
周 洋, 施卫星, 韩瑞龙
2012, 29(11): 197-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0200
摘要:
基于脉动法对110栋中小学教学楼等多层大开间砌体结构进行动力性能实测,识别结构在使用阶段的基本周期。按有无构造柱和圈梁把所测结构分为无圈梁构造柱结构、有圈梁无构造柱结构和有圈梁构造柱结构,对基本周期进行最小二乘回归统计分析,分析结构的层数、高度、高宽比和长宽比对基本周期的影响,并利用3个相关结构实例对公式的可靠性、有效性进行验证。结果表明:圈梁和构造柱的存在能够减小大开间砌体结构基本周期的变化速度,长宽比对基本周期的影响程度远小于高宽比的影响程度,而高宽比对基本周期的影响程度比层数和高度小得多。提出三类多层大开间砌体结构的基本周期关于层数、高度、高宽比的经验公式。
平面桁架结构拓扑优化设计的改进智能算法
王仁华, 赵宪忠
2012, 29(11): 205-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0202
摘要:
结构拓扑及形状退火算法(STSA)用于桁架结构拓扑优化设计,其优化特点为注重结构构型的改变而较少考虑结构的力学性能,而针对既定几何构型的桁架结构截面优化,满应力准则法(FSD)具有明显优势,因此,将其引入退火历程改进STSA。提出结构几何构型状态相对稳定判别方法,并以结构构型状态相对稳定作为引入FSD的最佳时机形成杂交算法。算例分析表明:该改进智能算法使寻优搜索过程更为稳定,其表现为搜索效率、鲁棒性和最优解均得以改善。
无侧移变轴力框架柱稳定性的等效力法
田炜烽, 郝际平, 樊春雷, 吴元莅
2012, 29(11): 212-220. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0203
摘要:
该文根据无侧移压杆的屈曲形态提出了以轴力对压杆跨中抗侧刚度的削弱来表征轴力负刚度的力学模型,并利用该模型阐释了无侧移框架计算长度系数的力学意义。在该模型的基础上,根据等效负刚度相等的原则,建立了无侧移框架柱中力与柱顶力之间的等效关系,推导了等效力系数的计算公式。通过该系数,可以将柱中力折算到柱顶,并直接通过规范查取计算长度系数验算框架柱的整体稳定,而不需要重新对计算长度系数进行折算。进一步提出了等效力法,该方法可以很好的解决无侧移框架柱的变多次轴力问题,具有很好的精度。算例计算结果表明:等效力法具有很好的精度和准确性,可供工程设计及理论计算使用。
中、下承式钢管混凝土拱桥面内振动模态分析
吴庆雄, 黄宛昆, 陈宝春
2012, 29(11): 221-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0206
摘要:
采用Katayama提出的随机子空间识别法对环境脉动下八座钢管混凝土拱桥实测动力响应进行识别,与采用最大熵谱法获得的计算结果进行的比较验证了采用方法的正确性。建立了实测桥梁的有限元模型,理论模态与试验模态吻合良好,讨论了主拱跨径、截面和桥道系结构等结构参数对钢管混凝土拱桥面内振动模态特性的影响,指出了钢管混凝土拱桥面内一阶基频的统计近似公式的局限性,提出了基于Rayleigh能量法的静力计算方法,可用于预估和校核中、下承式钢管混凝土拱桥面内低阶频率。
刚性防爆墙迎爆面荷载计算方法研究
洪 武, 范华林, 金丰年, 徐 迎
2012, 29(11): 228-235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0835
摘要:
防爆墙作为一种有效的防护措施在国内外重要工程中得到了广泛应用,研究防爆墙迎爆面荷载计算方法有助于防爆墙的科学设计和合理使用。该文采用数值模拟的方法,对不同倾斜角度刚性墙迎爆面压力荷载的计算方法及不同倾角墙体的抗爆效能进行了研究。分析了冲击波在垂直墙体、迎向以及背向炸药倾斜墙体上的反射、绕流以及荷载分布规律,总结出了不同工况时墙体荷载计算方法。研究发现背向炸药倾斜的墙体与垂直墙体以及迎向炸药倾斜的墙体具有几乎相同的防护效果,但墙体所承受的荷载要低于其他两者,合理的解释了工程中存在的防爆墙后倾现象的力学机制。
粘滞流体阻尼墙对平面不规则结构的扭转效应控制研究
杜东升, 刘伟庆, 王曙光, 李威威
2012, 29(11): 236-242,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0208
摘要:
平面不规则结构由于平扭耦联会使边界处的位移较规则结构增大很多,而给结构配置阻尼器是减小平面不规则结构边界位移的有效途径,该文将耗能效率较高的粘滞流体阻尼墙应用于控制平面不规则结构的扭转响应,研究阻尼墙控制结构扭转效应的机理及控制结构扭转的优化布置。将减震系统刚度矩阵转换到结构的质量中心,将配置阻尼墙后形成阻尼中心的阻尼矩阵转换到质量中心,从而建立可以考虑扭转效应和附加阻尼位置效应的非线性运动控制方程,并根据响应结果推导出结构位移比的表达式;利用运动方程研究阻尼中心的位置、阻尼力的大小、阻尼参数等对结构扭转效应的影响规律,结合结构位移比的表达式提出阻尼墙的平面配置原则和最优阻尼参数的取值方法。以某L型高层建筑为工程背景,根据上述原则配置阻尼墙并选取阻尼参数,并对减震体系在最不利地震动输入方向上进行非线性时程分析,分析结果表明通过合理配置粘滞阻尼墙,L型结构的扭转响应得到了有效的控制,结构最大边界位移和位移比大大降低。该研究结果为采用阻尼墙控制不规则结构扭转效应提供了基本原则和方法,并为不规则结构的减震设计提供有益的借鉴和参考。
砂土中刚性挡墙不同主动变位模式任意位移土压力计算
应宏伟, 郑贝贝
2012, 29(11): 243-249. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0214
摘要:
已有模型实验及现场实测表明,刚性挡墙随着变位模式和位移量的变化,主动土压力合力和分布均发生改变,有时甚至与经典理论的线性分布有很大不同。采用中间状态系数定义非极限状态,提出了砂土中刚性挡墙不同主动位移模式下非极限状态土压力合力系数的计算公式;将墙后土体简化为连续非线性弹簧和刚塑性体的组合体作用在挡墙上,得到了不同位移模式任意位移的土压力分布和合力作用点高度。与已有理论方法和实验结果对比表明,该文方法在三种典型位移模式下与实验数据吻合更好。研究还发现,平动模式土压力呈线性分布,其合力随挡墙位移量的增大易趋于稳定并到达极限状态;绕墙底和绕墙顶转动模式下土压力合力随着位移增大只能接近极限状态且呈非线性分布。绕底转动时,土压力分布曲线逐渐向上凹,合力作用点高度趋于降低;绕顶转动时,分布曲线则逐渐向上凸,合力作用点高度趋于升高,墙顶附近表现出明显的土拱效应。
汶川地震下框架结构的抗倒塌能力分析
岳茂光, 王东升, 孙治国, 苏志彬
2012, 29(11): 250-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0215
摘要:
从震害统计和数值模拟两个方面研究了按现行抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力。汶川地震大量钢筋混凝土框架结构震害统计表明,按7度抗震设防的结构在地震烈度达到9度或加速度峰值达到400gal,开始出现倒塌破坏(占1%~2%);当地震烈度达到11度或加速度峰值达到800gal以上时,出现大量的倒塌破坏(占60%以上)。进一步以汶川强震记录为输入,对两个典型的钢筋混凝土框架结构进行了增量动力分析。结果表明:7度抗震设防时可抵御300gal~500gal加速度峰值作用(地震烈度近似9度);按8度抗震设防时可抵御400gal~600gal加速度峰值作用(地震烈度近似10度)。总体上看按现行抗震规范设计的钢筋混凝土框架的超强系数基本大于2。
水线-雷诺数效应-斜拉索振动关系的试验研究
刘庆宽, 王 毅, 郑云飞, 马文勇
2012, 29(11): 257-265. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0227
摘要:
通过对不同位置粘贴有水线的斜拉索模型进行测力和测振风洞试验,分析了不同雷诺数下的阻力系数、升力系数和振幅等参数,研究了水线影响雷诺数效应及通过影响雷诺数效应导致振动的机理,研究结果表明:水线能影响力系数随雷诺数的变化规律,力系数的大小和变化规律与振动有着十分密切的关系;在较低的水线位置,随着雷诺数的上升,伴随着阻力系数的减小,升力系数大幅增大,发生类似临界雷诺数的效应,力系数随水线位置的变化规律导致驰振系数为负,在这种情况下发生大幅振动,用临界雷诺数效应和驰振均可解释;在较高的雷诺数下,伴随着阻力系数的减小,升力系数大幅变化,每个水线位置都发生了不同程度的振动,该振动的机理可能与临界雷诺数效应导致的振动机理类似。
水泥混凝土路面板湿度翘曲形成机理及变形计算
魏 亚
2012, 29(11): 266-271. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0229
摘要:
混凝土板内湿度梯度引起的板向上翘曲在车辆荷载耦合作用下可以导致路面板产生早期断裂,所以研究湿度梯度对板变形及应力的影响一直都是道路工程领域亟待解决的问题。但由于缺乏对混凝土路面板内部湿度梯度形成机理的统一认识,及混凝土湿度与变形本构关系的缺失,上述问题一直悬而未决。目前混凝土路面板的变形和应力计算,常常忽略湿度梯度的影响。因此,不能反映处于自然环境中的路面板的实际变形、受力状态。该研究基于水泥基胶凝材料本身特性,并考虑混凝土中水分扩散、吸附的影响,辨别、讨论影响水泥混凝土路面内部湿度状态的三个主要因素,提出混凝土路面板湿度梯度形成机理,给出湿度与变形的本构关系,建立简化的水泥混凝土路面湿度翘曲及应力计算方法。
基于叠加曲率模态改变率的梁结构损伤诊断
张 晋, 彭 华, 游春华
2012, 29(11): 272-276,301. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0224
摘要:
通过理论分析证明曲率模态差指标存在两个不足:一是对曲率模态节点处损伤不够敏感,二是不能有效反映损伤程度。对曲率模态差指标进行改进,提出叠加曲率模态改变率指标,理论上克服了原指标的不足。采用连续梁算例进行对比验证,结果表明新指标能够同时反映损伤位置和损伤程度,较曲率模态差指标更加优越。最后提出了基于新指标的单元损伤因子估算方法并验证了有效性。
盾构隧道管片纵缝错台的影响分析
李宇杰, 何 平, 秦东平
2012, 29(11): 277-282. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0239
摘要:
采用有限元软件ABAQUS建立存在10mm既有纵缝错台的盾构管片与螺栓的三维非连续-接触计算模型,分析错台对管片的影响,并与现场实测值进行对比分析。研究结果显示:管片错台使错台拼装块与邻近拼装块之间产生附加的接触压力。由于错台发生在管片环中的具体位置不同,轴力值最小增加幅度为101%,最大增加幅度为281%;弯矩值最小增加幅度为78%,最大增加幅度为275%。相对于无既有错台工况,受既有错台影响,盾构管片两侧拱腰的弯矩值均有所减小。采用正常使用极限状态方法计算得出管片在错台附近的最大裂缝宽度为0.21mm。通过模拟计算与现场实测数据可以得出:盾构管片错台会引起局部管片内力增大以及破损,在盾构施工与设计工作中应当引起足够的重视。
考虑桩-土-锤相互影响的基桩瞬态动力响应
田阿利, 尹晓春
2012, 29(11): 283-288. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.05.0269
摘要:
考虑桩-土-锤的相互作用,采用瞬态波特征函数展开法,研究端承桩或嵌岩桩在打桩过程中的瞬态动力响应和次撞击现象。该文基于一维杆波动理论,根据系统的初边值条件,分别给出了打桩过程桩-土-锤结构的瞬态响应解和分离过程基桩的瞬态响应解。根据合理的撞击与分离过程转换条件,实现对次撞击问题的分析。通过算例,给出了基桩系统在打桩过程和分离过程的频率变化;考虑撞击激发的高频响应,分析不同模态截断项对结构响应的影响;研究了瞬态应力波的传播特性和次撞击现象。研究结果可为基桩设计以及基桩长期运作的安全评估提供参考。
机械工程学科
强度失配对铝合金板焊接接头抗弹性能影响的有限元分析
刘文辉, 黄 浩
2012, 29(11): 289-294. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0113
摘要:
通过建立7.62mm穿甲弹侵彻铝合金板的模型,采用Johnson-Cook材料模型模拟研究了焊接接头的强度失配对铝合金板抗弹性能的影响。研究结果表明:当子弹侵彻铝合金焊接接头附近时,由于材料的不均匀变形,子弹会改变侵彻方向,其方向角的改变大小与子弹速度、侵入位置、弹头形状、强度失配比、靶板厚度有关;当子弹以低速侵彻铝合金板中间的软焊缝材料时,由于变形局部化,出现材料的抗弹性能低于纯焊缝材料的情况;由于子弹侵彻方向的改变,出现部分区域的抗弹性能高于铝合金基体材料的情况。研究结果为不均匀材料的抗弹性能研究提供参考。
轮轨摩擦接触下钢轨多裂纹相互作用研究
李 伟, 温泽峰, 金学松, 吴 磊
2012, 29(11): 295-301. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0237
摘要:
利用热机耦合有限元法,建立了轮轨摩擦接触时钢轨表面多裂纹的热弹性平面应变有限元模型。数值模型中,考虑轮轨摩擦温升对轮轨材料参数的影响,通过移动载荷和热源来模拟运动车轮对钢轨的作用。分析了轮轨滑动接触时多裂纹相互作用和表面裂纹数量对钢轨疲劳裂纹扩展特性的影响。计算结果表明:与单个裂纹相比,多裂纹有降低钢轨疲劳裂纹扩展的作用;钢轨裂纹尖端应力强度因子K1和应力强度因子范围?K2均随裂纹数的增多而减小;钢轨表面裂纹数为5条时可以反映更多裂纹时的裂纹扩展特性。
直裂纹电磁热止裂与激光再制造的实验研究
付宇明, 高中堂
2012, 29(11): 302-305,318. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0124
摘要:
利用ZL-2型超强脉冲放电装置对带有直裂纹的构件进行电磁热止裂,然后利用激光熔覆技术对止裂后的构件进行修复。对止裂前后裂尖处微观组织进行金相组织对比分析,对经过激光熔覆前后试件进行耐磨性能对比,发现熔覆后的试件耐磨性能得到显著提高,最后对修复前后的试件进行力学性能对比,结果表明:放电止裂与激光再制造的试件力学性能得到显著提高,实现了再制造的目的。
可展开天线中索网结构的形态分析与设计
尤国强, 张 杰
2012, 29(11): 306-312. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0129
摘要:
针对可展开天线这一大跨度索梁组合结构体系,提出了一种可以考虑体系中梁单元影响的天线索网结构形态设计方法。该方法将可展开天线中的索网结构划分为具有确定形状要求的内部索网及与刚性外框相连的边界索网两部分。对于内部索网采用平衡矩阵分析法优化计算出索网中各索段的合理预张力值;对于边界索网则通过跟踪其与天线梁单元连接节点在预张力作用下的位置变化来计入天线刚性外框对索网的影响,并通过对形状变化后的索网进行迭代计算来得到各索段的预张力分布值。依据该文方法编制了相应的迭代计算程序,并通过算例分析验证了上述方法的正确性。
超急速传热过程中热弹性响应的解析分析
王颖泽, 张小兵, 宋新南
2012, 29(11): 313-318. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0221
摘要:
考虑超急速传热过程中诱发的热冲击效应,基于L-S广义热弹性理论,建立了温度突变加热条件下热弹性响应的控制方程组。借助于Laplace正逆变换,在适当简化的条件下推导了一维超急速传热问题热弹性响应的解析表达式。通过对温度场、位移场及应力场的解析求解,给出了超急速传热过程中热波和热弹性波在弹性体内的传递规律,并指出在超急速传热条件下,由于热波和热弹性波的相互叠加作用削弱了热作用产生的热冲击效应。
随机参数齿轮系统的非线性动力响应分析
魏永祥, 陈建军, 马洪波
2012, 29(11): 319-324. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0146
摘要:
建立了物理参数和几何参数均为随机变量,并考虑具有齿轮侧隙、轴承间隙、时变刚度、齿间摩擦力和静态传递误差的齿轮-转子系统非线性振动的动力学方程。利用Newmark-β逐步积分法将此随机参数时变刚度系统的非线性动力学方程转换为随机参数的拟静力学控制方程,利用求解随机变量函数数字特征的代数综合法和矩法,导出了系统动态位移响应的均值和均方差计算公式。算例结果表明:齿轮模数的随机性对系统响应的随机性影响较大,摩擦系数对系统振幅的影响不可忽视,特别当齿轮的间隙大于10?5m时,系统的振幅受其影响增大。关键词:随机参数;齿轮-转子系统;非线性动力学;Newmark-β法;时变刚度
其他工程学科
集中载荷作用下饱和多孔Timoshenko简支梁的动力响应
欧阳煜, 张雅男
2012, 29(11): 325-331. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0058
摘要:
基于饱和多孔弹性Timoshenko梁的动力数学模型,研究了梁中点承受突加载荷作用两端可渗透饱和多孔弹性Timoshenko简支梁的动力响应,得到了问题的解析解,给出了梁中点无量纲挠度、固相骨架弯矩和孔隙流体压力等效力偶等随无量纲时间的响应。考察了剪切和横截面转动惯性效应等对动力响应的影响,比较了饱和多孔Timoshenko、Shear、Rayleigh和Euler-Bernoulli梁的动力响应,结果表明:剪切效应使饱和多孔Timoshenko梁动力响应的幅值和周期增大,而横截面转动惯性仅增加梁动力响应的周期;固相骨架与孔隙流体的相互作用具有粘性效应,随着相互作用系数的增加,饱和多孔梁挠度和弯矩幅值减小,流体压力等效力偶幅值增大,且振幅衰减加快。同时,随着长细比的增加,饱和多孔Timoshenko梁的挠度幅值和周期逐渐减小,并最终趋于饱和多孔Euler-Bernoulli梁的挠度幅值和周期。
缠绕肋缠绕过程试验及力学行为分析
李瑞雄, 陈务军, 付功义
2012, 29(11): 332-338,354. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0117
摘要:
首先通过单向拉伸试验测试和理论计算两种方法得到4层(45?/?45?/45?/?45?)铺设碳纤维复合材料的弹性模量,作为文中数值计算及弯矩分析的材料参数。通过4层(45?/?45?/45?/?45?)铺设碳纤维复合材料肋进行整体缠绕过程试验,得到肋整体缠绕过程肋表层应变和缠绕弯矩。利用ABAQUS分别建立了复合材料肋整体缠绕精细有限元模型,实现了缠绕一周过程强几何非线性数值模拟分析,得到各层应力、应变特征和缠绕弯矩,并与试验结果比较分析。进而给出缠绕弯矩解析表达式,并对材料铺设与厚度进行分析,得到缠绕过程最优材料铺设机理与最大厚度分析方法。该文对缠绕肋设计和深入研究具有重要参考价值。
飞机越界阻滞过程中乘客安全性分析
王 云, 郑小平, 黄拳章
2012, 29(11): 339-343. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0150
摘要:
飞机越界工程材料阻滞系统是用来防止飞机冲出跑道的专用设备,该系统必须保证乘客在阻滞过程中的安全性。该文通过合理的简化建立了阻滞过程中乘客安全性分析的动力学模型,将问题归结为一组非线性动力学方程。然后,通过相空间变换将问题转化为一阶非线性微分方程组,采用Runge-Kutta方法对方程组进行数值求解,且开发了相应的仿真程序。仿真算例表明:该文建立的动力学模型和计算结果是合理可信的,利用该文方法可以进行阻滞过程中乘客安全性的评价。
考虑端面摩擦效应的煤样统计损伤尺度本构模型
宋 良, 刘卫群, 靳翠军
2012, 29(11): 344-349. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0163
摘要:
煤与其它岩石类材料一样,在力学特性等方面具有尺度效应,基于Weibull理论和脆性材料强度的随机分布假设,采用损伤力学的方法建立了考虑端面摩擦效应的煤样单轴压缩尺度本构模型,并结合试验对模型进行了分析和验证。结果表明,煤样抗压强度随高宽比的增加明显减小,端面摩擦效应是导致Weibull理论与试验结果产生较大差异的主要原因,修正之后的本构关系与试验结果具有较好的相符性,其不仅能很好地反映煤样单轴压缩强度随尺寸的变化规律,而且能更好的描述单轴压缩的整个加载过程。
液氮低温环境下电阻应变片测试性能的试验研究
关明智, 王省哲, 马力祯, 辛灿杰
2012, 29(11): 350-354. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0180
摘要:
分别采用低温电阻应变片及拉线式位移传感器的电测技术,该文开展了液氮浸泡下的悬臂梁结构在静载条件下的应变测量。对两种实验测试结果和理论分析结果进行了对比和精度分析,给出了相应的实验标定曲线,并探讨了测量过程中应变片粘接、电桥连接方式、液氮冷却和数据采集对实验结果精度的影响因素等。结果表明:在采用温度补偿和应变片的正确粘贴和良好固化情形下,低温应变片能够在液氮低温区给出较高精度的应变测量;拉线式位移传感器几乎不受低温的影响,测量简单易行。相关技术和结果将为中科院近代物理研究所自主研制的兰州潘宁离子阱7T超导磁体的低温下应变测量提供方法和指导。
典型壁板连接件DFR值试验测定
董彦民, 刘文珽
2012, 29(11): 355-359. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.09.0657
摘要:
典型结构DFR值是DFR方法的基础和应用前提,试验测定则是获取DFR值的有效方法之一。外翼壁板与带板连接部位是某型飞机重要的疲劳关键件,为评价该部位的疲劳性能,采用两种模拟试件进行等幅载荷下结构DFR值的测定试验,针对军机DFR定义,给出了该部位的DFR值测定结果。分析表明,类似的复杂多钉连接件采用多细节试件能够更好地模拟真实结构的几何特征与受载情况。测定所得DFR值为类似结构的疲劳分析提供了基准值,具有重要的工程应用价值。
飞行器机翼气动/结构耦合优化设计研究
杨党国, 张征宇, 孙 岩, 高荣钊, 朱伟军, 王 超
2012, 29(11): 360-364. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.09.0665
摘要:
基于CFD/CSD耦合数值计算,以升力特性为优化目标,采用响应面算法优化光固化树脂材料的轻质F4风洞模型构型,寻得6个优化解,并采用光固化快速成型技术(SL)制作这6个F4风洞实验模型。实验结果表明:6个模型升力特性与国外静气动弹性修正后的结果较接近(特别是6#模型最为接近机翼弹性变形的三维效果),初步证明该文发展的气动/结构耦合优化设计方法基本可行,既为基于SL技术的轻质模型高速风洞应用提供了支持,又为多气动参数的飞行器气动/结构耦合优化和风洞试验数据静弹性修正建立了工作基础。
激光干涉仪反射镜三维温度场的快速多极边界元分析
高令飞, 王海涛, 张 鸣, 朱 煜
2012, 29(11): 365-369. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0118
摘要:
温差造成光刻机激光干涉仪反射镜热变形,从而影响光刻机的精度。该文将基于二次单元的快速边界元法用于激光干涉仪反射镜的大规模温度场模拟。不连续单元的引入可以有效处理角点问题;新型快速多极算法用于边界元法的加速求解。建立统一的二次单元多极展开格式以处理混合边界。数值算例分析了快速多极边界元法的计算精度和效率,并和常规算法比较;使用该算法对激光干涉仪反射镜进行了大规模温度场计算,并和有限元法比较。结果表明:基于二次单元的快速多极边界元法可以高精度求解大规模三维传热问题。
超空泡射弹尾拍结构动力学响应分析
何乾坤, 魏英杰, 王 聪, 曹 伟, 张嘉钟
2012, 29(11): 370-374. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0157
摘要:
超空泡射弹在运动过程中存在尾拍现象,导致结构发生振动,影响射弹的弹道稳定性,降低射弹结构的可靠性。该文建立了射弹无约束动力学方程,使用有限元法求解得到了超空泡射弹在尾拍载荷作用下的动力学响应,并对射弹的加固模型进行了分析,给出了环状加强筋个数、直径以及间距对降低射弹振幅效果的影响。研究结果表明:超空泡射弹在尾拍运动过程中转动周期和幅值随加强筋个数的增大而增大;射弹头部的弹性振动幅值随加强筋个数和直径的增大而减小,振动周期亦随加强筋个数的增大而减小;加强筋距离的减小,对于降低射弹中部振幅效果明显,但对射弹头部的振动几乎没有影响。
石油钻柱的动态安全评价分析方法
胡以宝, 狄勤丰, 王文昌, 赵域栋, 陈 峰, 王明杰
2012, 29(11): 375-380. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0231
摘要:
在钻柱动力学模型的基础上,运用有限元法仿真模拟钻柱的动力学特性,计算钻柱动态应力,提出了钻柱动态安全判断准则,并计算了单扶正器钻柱和多扶正器钻柱的动态安全系数。结果表明:钻柱涡动特性直接关系到钻柱的动态安全,危险截面主要分布在中和点以下的下部钻具组合部分。合理地调整转盘转速和安放扶正器,可以降低钻柱的动态应力,提高钻柱的动态安全系数。钻柱动态安全系数能够反映钻柱井下运动情况,是衡量钻柱动态安全的重要指标。
结冰分裂导线舞动的气动扭转刚度判据
樊社新, 朱江新, 莫以为
2012, 29(11): 381-384. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0159
摘要:
针对结冰分裂导线舞动问题,基于工程实际提出了以相线相碰作为结冰分裂导线舞动判据。从动力学方程组导出了此判据的表达式,由此表达式得到的结论是:气动力的耦合可能使得结冰分裂导线的气动扭转刚度很小,进而导致结冰分裂导线舞动。此结论与以往舞动理论不同的是:舞动不等同于动力失稳,即使结冰分裂导线处于动力稳定状态,仍可能发生舞动。此判据的特点是:表达式简单、力学意义明显,揭示了气动力的耦合在结冰分裂导线舞动中的作用。