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2012年  第29卷  第3期

基本方法
动力刚度法求解平面曲梁面外自由振动问题
叶康生, 赵雪健
2012, 29(3): 1-8.
摘要:
该文将动力刚度法应用于平面曲梁面外自由振动的分析。通过建立单元动力刚度所满足的常微分方程边值问题,用具有自适应求解功能的常微分方程求解器COLSYS 进行求解,获得单元动力刚度的数值精确解。以COLSYS 求解单元动力刚度的网格作为单元上固端频率计数求解的子网格,由单元动力刚度的边值问题解答线性组合出该子网格下各子单元的动力刚度,由Wittrick-Williams 算法获得单元固端频率的计数。从而实现整体结构的Wittrick-Williams频率计数。通过建立单元动力刚度对频率的导数所满足的常微分方程边值问题,调用COLSYS求其数值精确解,并将其引入导护型牛顿法,可迅速求得结构精确的频率和振型。数值算例表明,该文方法准确、可靠、有效。
一种基于压力泊松方程的流体结构紧耦合算法
王文全, 闫妍, 张立翔, 张承磊
2012, 29(3): 9-15.
摘要:
从流固耦合系统的整体控制方程出发,推导出与流体控制方程一致的耦合等价方程,并得到基于耦合方程的压力泊松方程,通过求解耦合系统压力泊松方程和一致的等价方程就能获得耦合系统的解,而不需要直接求解整体耦合系统的控制方程,有利于降低求解自由度。预估-校正多步迭代格式用于耦合系统的时间推进,克服了传统迭代耦合方法由于时间不同步而产生较大数值误差的不足。应用该方法对附带局部突起的主动脉弓动脉瘤进行流固耦合分析,验证数值方法的可行性。
功能梯度矩形板的强非线性共振分析
胡宇达, 张小广, 张志强
2012, 29(3): 16-20,4.
摘要:
针对陶瓷-金属功能梯度矩形板,在给出非均匀材料应力-应变关系及非线性几何方程的基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。对于四边简支约束功能梯度矩形板,通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了关于时间自变量的达芬型强非线性振动方程。针对强非线性系统的主共振问题,应用改进的多尺度法进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。通过数值算例,给出了功能梯度矩形板共振下的幅频曲线图和相图,讨论了激励幅值及频率等参数对系统非线性振动特性的影响,并对改进多尺度法和经典多尺度法的结果进行了比较。
基于SAND列式的桁架结构优化问题序列线性规划算法
杜剑明, 张维声, 郭旭
2012, 29(3): 21-26.
摘要:
该文提出了一种基于协同分析和设计列式(即SAND 列式,Simultaneous Analysis and Design)和序列线性规划(Sequential Linear Programming)技术的桁架结构优化新方法。与传统列式下将隐式响应函数(如位移、应力等)于设计变量(如杆件截面积等)处作线性展开的做法不同,以桁架结构为例,该文在SAND 列式下,采用杆件截面积和结构节点位移同时作为设计/分析变量,仅对杆件协调条件这一显式双线性函数予以线性近似并构造LP子问题。通过求解一系列LP子问题,可以得到优化问题的近似最优解。与传统优化列式下的SLP 方法相比,该文方法不仅设计变量运动极限的选取相对容易,而且线性近似的误差可以精确估计。数值算例表明,采用该文算法可以快速、稳定地得到优化问题的近似最优解。
单轴对称截面圆弧拱平面外稳定性研究
杨永华, 吴杰
2012, 29(3): 27-32.
摘要:
根据变分原理推导了任意开口薄壁截面曲梁的稳定平衡方程。单轴对称截面圆弧拱在均布径向荷载(均匀受压)或两端作用大小相等、方向相反的端弯矩(均匀弯曲)作用下,平衡方程中曲率平面内的变形和曲率平面外的变形相互独立,故要么发生曲率平面内弯曲失稳,要么发生曲率平面外的弯扭失稳。给出单轴对称截面圆弧拱在这两种受力情况下平面外屈曲荷载的理论解答。通过一些无碍结果的近似使所得公式形式简洁,便于在工程中应用。最后给出了计算实例,与已有的文献进行比较,并使用通用有限元软件ANSYS 进行了模拟,分析结果与该文计算结果吻合,证明了所得公式的正确性。
一维分数导数粘弹性饱和多孔介质层的稳态响应
刘林超, 闫启方
2012, 29(3): 41-44,5.
摘要:
固相骨架的应力-应变关系利用分数导数粘弹性Kelvin 模型来描述,在流相和固相微观不可压以及小变形的假定下建立了分数导数粘弹性饱和多孔介质层一维稳态响应的数学模型和运动控制方程,求得了分数导数粘弹性饱和多孔介质层一维稳态响应的固相位移和液相位移。通过数值算例分析了分数导数的阶数对稳态响应的影响。研究结果表明:固相位移和液相位移随频率的增大逐渐趋于零,在低频时,分数导数的阶数越大固相位移和液相位移越大。
水平弹性支承圆弧钢拱的平面内极限承载力研究
杨洋, 童根树
2012, 29(3): 45-54.
摘要:
支承于其他结构构件上的拱的支座约束可以用拱脚处的水平弹簧进行等效替代。利用ANSYS 有限元程序,在考虑了几何缺陷、残余应力和材料非线性的基础上,采用大挠度变形理论对水平弹性支承拱进行了研究,分析了其极限强度和失稳特征。针对工字形截面,研究了不同荷载工况下支座刚度对拱的承载力的影响,得到了两者之间的变化关系和极限状态下支座位移的计算公式。使用已有的两铰圆弧拱设计公式对弹性支承拱进行了验算,并提出了实用的简化设计准则。
土木工程学科
基于模型缩聚的广州新电视塔传感器优化布置研究
伊廷华, 李宏男, 顾明
2012, 29(3): 55-61.
摘要:
以世界最高的电视塔——广州新电视塔为研究对象,进行了加速度传感器优化布置研究。为避免动力分析时大型稠密矩阵运算的问题,首先将三维有限元模型简化为等效串联多自由度体系;考虑到实际测点只能布置在结构的平动向不能布置在扭转向的问题,提出将平动向自由度看作主自由度,将扭转自由度看作副自由度,采用模型缩聚将副自由度缩聚掉的新思路,对比研究了Guyan 法、Kuhar 法、IRS 法以及IIRS 法的缩聚效果,得到了缩聚后的简化模型;分析了基于二重结构编码的广义遗传算法在电视塔传感器优化布置中的实施过程,进行了控制参数分析,最终给出了传感器的优化布置方案。
有多层立杆的双排碗扣式脚手架稳定性分析
易桂香, 辛克贵, 黄勋
2012, 29(3): 62-66.
摘要:
根据双排碗扣式钢管脚手架的受力性能,在铰接单杆理论的基础上,针对连墙件竖向间距较大,立杆层数较多,且未设廊道斜杆的情况,综合考虑了连墙件间立杆、多层水平杆和碗扣的整体效应,推导出架体稳定承载力的解析解。考虑整体效应后,架体的计算承载力与铰接理论相比有较大提高,更符合真实承载力,且与有限元结果吻合较好,此方法适用于碗扣式钢管脚手架设计计算中。
有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁抗弯承载力研究
王作虎, 杜修力, 詹界东
2012, 29(3): 67-74.
摘要:
纤维增强塑料筋(简称FRP 筋)是一种高强线弹性材料,非常适合用做侵蚀环境下的预应力筋,采用有粘结和无粘结相结合是提高预应力FRP 筋混凝土梁延性的一种新方法。对有粘结和无粘结相结合的预应力FRP 筋混凝土梁的抗弯承载力进行了理论分析和试验研究,基于平衡配筋率定义了有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁的破坏形态,推导了平衡配筋率和相应抗弯承载力的计算公式。为了验证公式的正确性,进行了9 根预应力FRP 筋混凝土梁的试验研究,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,在相同配筋的条件下,体内有粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最高,体内无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力其次,而无转向块的体外无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最低。采用体内有粘结和无粘结预应力相结合,可以改善预应力FRP筋混凝土梁的延性。
冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压构件承载力计算的直接强度法研究
王春刚, 张壮南, 张耀春
2012, 29(3): 75-82.
摘要:
为了研究斜卷边槽钢轴压构件承载力的计算方法,并完善和发展直接强度法在我国的应用,利用经试验验证后的大量有限元计算结果,在分析现有国外直接强度法公式基础上结合我国实际,提出了轴压简支斜卷边槽钢柱承载力的直接强度法修正计算公式,并针对固支斜卷边槽钢轴压柱建立了承载力直接强度法计算公式。方法中考虑了局部与整体以及畸变与整体的相关屈曲。与试验及北美规范(NAS 2001)、美国规范(AISI 1996)和澳大利亚规范(AS/NZS 4600)计算结果的对比表明,修正后的计算方法比现有直接强度法及上述规范对构件承载力的预测更为精确,且与试验所得失稳模式更为接近。
圆弧拱平面外弹性弯扭屈曲临界荷载分析
窦超, 郭彦林
2012, 29(3): 83-89,9.
摘要:
该文从采用经典平衡理论推导了双轴对称纯压、纯弯圆弧拱的平面外弯扭屈曲方程,给出了两铰圆弧拱的平面外屈曲荷载解析解,其中考虑了截面翘曲刚度、荷载作用位置等参数的影响。推导中进行适当的近似,使过程更加简化和直观。对3 种不同形式均布径向荷载的情况进行了讨论,并与有限元结果进行了对比。研究表明,3 种均布径向荷载中以静水压力作用下屈曲荷载最高,该文提出的双轴对称截面纯压、纯弯两铰圆弧拱的平面外屈曲荷载解析解与有限元数值解吻合良好。
住宅楼面活荷载的统计分析及楼板可靠度的分析
吴小强, 姚继涛, 刘雅君
2012, 29(3): 90-94.
摘要:
根据西安市、包头市多层及高层住宅楼面活荷载的调查结果,对楼面等效均布活荷载进行了统计分析,据此分析了我国钢筋混凝土楼板设计的可靠度水平。在楼面活荷载的等效中,提出房间受荷面积比的概念,并以此考虑活荷载可能出现的不利布置。分析结果说明:我国目前住宅楼面等效均布活荷载的概率特性已发生较大变化,有必要在更大的范围对楼面活荷载进行调查或考证;受荷面积比对楼面等效均布活荷载以及楼板的可靠度均有显著影响,有必要予以考虑;在考虑楼面活荷载的不利布置时,现行国家规范基本能够保证住宅楼板的可靠度。
基于势能原理的双轴对称工字梁弹性侧向屈曲研究
陈伟, 叶继红
2012, 29(3): 95-102,.
摘要:
该文利用能量方法对考虑腹板畸变的工字梁侧向畸变屈曲、约束畸变屈曲问题进行了初步研究。由于现有的侧向畸变屈曲势能表达式均不能考虑横向分布荷载作用情况,该文首先推导了双轴对称工字梁侧向屈曲总势能一般表达式。该表达式在不考虑腹板畸变时,与经典侧扭屈曲势能表达式等价;在考虑腹板畸变时,可适用于端弯矩、横向集中力及横向分布荷载作用情况。根据所提出的势能表达式并通过合理简化,推导出多跨连续组合梁负弯矩区约束畸变屈曲计算表达式,相应的简化条件及公式均与有限元分析结果进行了比较,验证了合理性。研究成果具有理论和实际意义,为后续侧向畸变屈曲实用设计方法研究提供基础。
整体结构中两跨钢梁火灾变形性能的试验研究
吕俊利, 董毓利, 杨志年
2012, 29(3): 110-114.
摘要:
为研究整体结构中钢梁的抗火性能,利用自行研制的试验炉和相关测试装置,对三层三跨足尺钢框架楼中三层顶一两跨连续梁进行受火试验研究,试验中钢梁受火,钢柱和节点不受火。试验量测了炉体内烟气温度、钢梁和混凝土楼板四等分点处截面沿厚度不同点的温度场、位于炉体外钢梁接点温度、钢梁和楼板四等分点处的竖向变形。结果表明:未进行防火保护的钢梁温度与烟气温度基本一致;升温阶段混凝土板温度滞后于钢梁的温度,停止升温后钢梁温度迅速降低,混凝土板温度仍会升高直至两者温度趋于一致。在整个试验过程中,沿混凝土板截面高度存在较大温度梯度;整体结构中未进行防火保护的钢梁具有很好的变形性能,可以考虑减少防火保护;不同位置的构件由于受到相临构件的约束程度不同,在火灾中的变形性能不同,在抗火设计时应进行区别对待;钢柱虽不受火,在整个试验过程中产生轴向膨胀。
斜拉索风雨激振的数值模拟研究
唐善然, 陈文礼, 李惠
2012, 29(3): 124-132,.
摘要:
为研究斜拉索风雨激振的发生机理,该文对带固定水线的斜拉索二维模型进行CFD 数值模拟,得到了气动力系数随上水线位置变化的曲线,并分析了上水线对拉索气动特性的影响。将CFD 计算得到的气动力系数曲线代入风雨激振二维两自由度模型中进行数值求解,实现了对风雨激振现象的完全数值模拟。然后对比风雨激振人工模拟降雨风洞试验测得的结果,分析了平均风速和脉动风速的影响。研究表明,上水线的振荡是诱发风雨激振的主要原因,且考虑风速脉动后的斜拉索振动及水线振荡更接近试验结果。
两边连接开缝钢板剪力墙的试验研究
郭兰慧, 马欣伯, 张素梅
2012, 29(3): 133-142.
摘要:
该文进行了5 个开缝钢板剪力墙在滞回荷载作用下的试验研究,着重研究了钢板剪力墙开缝排数对其力学性能的影响,同时考虑了钢板跨高比和钢板与框架梁连接方式的影响。试验结果表明:两边连接开缝钢板剪力墙具有良好的滞回性能;在弹性阶段,钢板以整体变形为主;进入弹塑性阶段,钢板由整体屈曲变形逐步过渡到以小柱弯扭屈曲为主的变形。构件的最终破坏模式表现为小柱端部撕裂或墙板端部撕裂。钢板开缝排数对剪力墙力学性能的影响较小。已有的研究结果表明:剪力墙的力学性能主要和缝间小柱的宽厚比和高宽比有关,当宽厚比小于15 且高宽比大于3 时,开缝钢板剪力墙具有良好的滞回性能,缝间小柱端部形成塑性铰耗能,基本能达到理想的平面内工作状态。
钢铅粘弹性阻尼器试验研究
吴从晓, 周云, 邓雪松
2012, 29(3): 150-155,.
摘要:
研制开发了一种钢铅粘弹性阻尼器,介绍了该种阻尼器的构造、耗能机理及特点,设计出钢铅粘弹性阻尼器试验模型,利用压剪试验机完成阻尼器试验模型在不同幅值下的低周反复荷载试验,采用Bouc-Wen 模型和双线性模型模拟了钢铅粘弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明:1) 钢铅粘弹性阻尼器滞回曲线光滑饱满,具有良好的耗能性能;2) 铅芯、钢芯和粘弹性材料在剪切变形过程中发挥了良好作用,提高了阻尼器水平剪力、初始刚度和耗能能力;3) 阻尼器在大变形过程没有出现粘弹性材料外鼓和撕裂现象,并能恢复到原始加载位置,其具有较好的大变形能力和自恢复性能;4) Bouc-Wen模型、双线性模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合的较好,分析时采用Bouc-Wen模型、双线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的。
基于性能的桥梁结构概率地震需求分析
曾志和, 樊剑, 余倩倩
2012, 29(3): 156-162.
摘要:
该研究以概率地震需求分析为基础,建立了某特大桥梁结构无阻尼器和有阻尼器动力非线性模型,用增量动力分析,得到支座最大相对位移的地震响应,并定义了两个性能水准。给出了结构的易损性曲线,并对两个结构的易损性曲线进行了比较,结合地震危险性曲线,得到结构在50 年内的地震需求危险性曲线。研究结果表明:不加阻尼器时50 年内发生碰撞的超越概率接近极限超越概率,加阻尼器后能很好的满足性能水准要求;在小震中阻尼器对结构的抗震性能提高不是很明显,而在大震中能够对结构的抗震性能提高很多。
基于互补算法的结构性软基一维非线性固结解
邓岳保, 谢康和
2012, 29(3): 163-169.
摘要:
以往采用半解析法及有限差分法计算结构性土一维非线性固结时,常需建立分段描述的控制方程,这给问题的表述及求解带来不便。该文以e、σ'为双状态变量进行推导,得到形式上统一的非线性固结方程。通过将互补算法嵌入到上述方程的差分求解过程,解决了地基土体结构性破坏界面难确定的问题。互补算法首先寻求分段线性e-lgσ'压缩曲线中的互补条件,并以此构造互补方程组,然后利用互补算法进行求解,进而可得各增量时间步差分进程中e-σ'关系所处阶段。该法的合理性通过与传统单变量差分解及解析解进行对比得到验证,并得到:双变量非线性固结控制方程形式上统一、推导过程较单变量法简单,且适用于任意的压缩模型;通过对压缩曲线中控制变量求解,可判断结构性软土地基所处的压缩状态;基于互补算法的差分解具有较高的计算精度,且求解效率优于一般迭代法。
火灾后型钢混凝土柱加固试验研究
李俊华, 唐跃峰, 刘明哲, 萧寒, 赵银海
2012, 29(3): 177-183.
摘要:
通过火灾后碳纤维布和外包角钢加固型钢混凝土柱的静力加载试验及常温与火灾后未加固试件的对比试验,研究了碳纤维布和外包角钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力与刚度的修复效果。试验结果表明:火灾后经碳纤维布和外包角钢加固后,型钢混凝土柱破坏时变形发展更充分、延性更好。碳纤维布加固,能在一定程度上提高火灾后型钢混凝土柱的承载力,但对火灾后型钢混凝土柱刚度的修复效果不明显。外包钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力的修复效果比碳纤维布加固更加显著,能将火灾后型钢混凝土柱的承载力修复至常温未受火以前的水平,但外包钢加固也仅对火灾后长细比较大的试件的刚度有一定的提高作用,对长细比较小的试件的刚度修复效果不明显。
土木工程
大跨空间结构连续倒塌分析若干问题探讨
蔡建国, 王蜂岚, 冯健, 张晋, 冯飞
2012, 29(3): 143-149.
摘要:
为了能利用变换荷载路径法(AP法)分析大跨空间结构抗连续性倒塌性能,在提出了一种AP法中移除构件确定方法的基础上,对连续性倒塌过程中失效构件的模拟方法进行了研究,提出了考虑初始状态的等效荷载瞬时卸载法,该方法可在一个计算过程中同时模拟构件失效前整体结构的初始状态和构件的后续突然失效过程。算例分析表明,该方法可以很好的考虑结构的初始状态及动力效应。然后针对网架结构体系,讨论了利用AP法中静力分析方法的荷载动力放大系数(DIF)。分析结果表明:该文算例空间网架结构的DIF均小于2.0,但是在长边中柱和角柱失效时,其值较为接近2.0。该文最后讨论了大跨空间结构连续倒塌的判断准则。
其他工程学科
复杂山地风场幅值特性试验研究
李正良, 魏奇科, 孙毅
2012, 29(3): 184-191,.
摘要:
复杂山地具有与单个山体完全不同的风场特性,为了研究平均和脉动风速在复杂山地中的空间分布规律,进行了不同山体间隔距离、不同遮挡山体坡度和高度的复杂三维山体模型边界层风洞试验。试验结果表明:随着间隔距离增加,山顶近地平均风速最大加速比迅速减小;背风面山脚加速比迅速由正值减小为负值。随着遮挡山体坡度增大,山顶加速比迅速增大,最后趋于稳定。遮挡山体坡度小于临界坡度时,背风面山脚加速比为负值,反之则为正值。脉动风速均方根加速比随着遮挡距离的增大,逐渐线性向单个山体的结果靠拢;当受扰山体坡度大于遮挡山体坡度时,背风面山脚脉动风加速效应主要由受扰山体控制,反之则由遮挡山体控制。遮挡山体高度对平均风和脉动风速均方根加速比影响都较小。最后根据试验结果提出了复杂山地风场平均及脉动风速均方根计算修正模型。
TMD 振动控制在登机廊桥上的应用研究
徐培蓁, 尹学军, 高星亮, 叶列平, 周健
2012, 29(3): 192-198.
摘要:
该文对上海浦东机场二期工程某登机廊桥的竖向振动舒适性及应用质量调谐阻尼器(TMD)进行振动控制进行了理论分析和试验研究。通过建立登机廊桥有限元模型,分析了登机廊桥的振动特性和步行激励下的振动响应,在数值模拟的基础上,选择合理的TMD 参数,并对安装TMD 前后的登机廊桥振动进行了现场测试和分析。结果表明按该文方法设置TMD 后,登机廊桥的竖向振动得到了有效的控制。
垫板对端板连接半刚性组合边节点力学性能影响的实验研究
黄兴, 叶志明, 石文龙
2012, 29(3): 199-204,.
摘要:
为了研究钢框架梁端板与柱翼缘间加设垫板的端板连接半刚性组合边节点力学性能,设计4 个足尺试件,其中3 个分别加设了厚度为6mm、9mm、12mm 的垫板,另外一个为未加设垫板的对比试件。该文采用柱顶水平位移控制低周循环加载试验,分析了垫板对端板连接半刚性组合边节点力学性能的影响。结果表明:当垫板厚度小于端板厚度时,垫板的影响较小;当垫板厚度接近或大于端板厚度时,垫板的影响比较明显。因此,在实际施工中,应该尽可能避免加入较厚的垫板。
漂浮基闭链空间机械臂抓持载荷基于神经网络的反演自适应控制
陈志煌, 陈力
2012, 29(3): 205-211.
摘要:
讨论漂浮基闭链空间机械臂抓持系统目标载荷的位置、力混合协调控制问题。结合系统动量、动量矩守恒关系及闭合运动链几何约束关系,利用多刚体动力学建模方法建立了漂浮基闭链双臂空间机器人抓持系统的合成动力学方程。针对参数不确定和外部干扰的情况,提出一种基于反演神经网络的位置、力自适应协调控制方案,从而达到对抓持负载位置与所受内力的双重控制效果。此控制方案无需要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系;同时,它可保证系统渐近稳定性。数值仿真结果证实了该控制方案可有效地消除参数不确定对系统的影响。
索网主动反射面的形状精度调整研究
杜敬利, 保宏, 杨东武, 崔传贞
2012, 29(3): 212-217.
摘要:
根据柔索的悬链线方程,推导出索端张力与索端位移之间的线性增量关系,据此可对索网结构进行精确的力学分析。采用偏差分布向量来描述网面节点相对于设计抛物面的偏差,以便能够反映出网面上任一节点偏离其理想位置的方向和大小。提出了一种形状精度调整算法,将设计抛物面的顶点位置和非照明部分的节点位移同时进行优化,这样既可以满足照明部分的形状精度要求,又保证调整过程中所做的功最少。数值算例表明:该文提出的调整方法具有很好的收敛性。
液体静压导轨转台轴向振动的动力学建模与分析
叶红玲, 郑小龙, 沈静娴, 刘赵淼
2012, 29(3): 218-225.
摘要:
该文从Navier-Stokes方程着手,通过量纲分析略去微小量,再结合定流量供油的圆形油腔液体静压导轨系统油膜承载力模型,建立了液体静压导轨系统带有速度项的非线性油膜力模型,进而建立了液体静压导轨系统转台的动力学方程。同时,利用数值计算,并针对不同变量情况对液体静压导轨转台进行了动力学性能分析,研究结果对于深入研究液体静压转台系统的力学性能提供了理论依据。
基于非结构自适应网格技术的高超声速流动数值模拟
许和勇, 叶正寅, 张伟伟
2012, 29(3): 226-229,.
摘要:
发展了一种基于非结构网格的自适应方法,对高超声速无粘流场进行了数值模拟。根据流场参数的变化梯度确定加密边,由加密准则进行自适应网格剖分后得到分布合理的较密网格。通过预先生成的初始极密表面网格将边界的加密点投影到边界上,使得边界保持初始外形。通过求解三维Euler 方程,对三维双椭球高超声速绕流问题进行了数值模拟,计算结果和实验数据相吻合,表明了该文所建立方法的正确性和可靠性。
塑性强化材料颗粒的微观接触摩擦研究
吴永, 何思明, 李新坡
2012, 29(3): 230-236.
摘要:
合理的颗粒接触摩擦模型是从微观角度研究各类结构面强度的基础,然而受制于岩土体颗粒在微观高应力环境中表现出的复杂接触特征,该问题一直未能很好解决。Fujimoto 在2000 年给出了受切向荷载作用的微凸体在理想弹性或完全塑性接触状态下的微观位移特性,但却缺少对塑性强化接触状态下的摩擦进行解析,难被用于分析微观高应力状态下岩土颗粒的接触摩擦。为此,以Fujimoto模型为基础,结合作者曾经提出的塑性强化接触变形理论,在构建塑性强化接触状态下颗粒微观位移模型的基础上,系统的研究了切向荷载作用下塑性强化材料颗粒的接触摩擦机理,阐明了不同接触状态下塑性强化材料颗粒的切向微观位移特征。最后通过算例分析显示了模型的合理性。结果表明:颗粒摩擦本质上是不同法向荷载不同接触状态区域按照不同摩擦类型提供摩擦的综合,而摩擦失稳就是接触面上微滑区扩大、粘着区缩小并消失的过程。
高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究
胡安峰, 伍云利, 孙波, 吴文兵, 何萌
2012, 29(3): 237-243.
摘要:
建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。
摆线钢球行星传动系统参数振动特性研究
安子军, 张鹏, 杨作梅
2012, 29(3): 244-251.
摘要:
摆线钢球行星传动系统为多自由度的参数振动系统,其时变啮合刚度激励会对系统的动态特性产生较大影响。该文首先综合考虑时变啮合刚度及轴承支承刚度等影响因素,建立了摆线钢球行星传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,并推导出系统的动力学方程。然后将动力学方程转换为正则模态方程,并利用多尺度法对系统进行动力稳定性分析,推导出系统的组合共振频率及稳定性条件。最后利用摄动法计算出系统的稳态响应。研究结果表明:当偏心轴的输入转速接近和型组合共振频率时,系统将发生参数共振;当偏心轴的输入转速接近差型组合共振频率时,系统总是稳定的;系统的稳态响应中包含多种组合频率成分,并表现出多频响应叠加的特性。
刹车系统的摩擦自激振动和控制
贾尚帅, 丁千
2012, 29(3): 252-256.
摘要:
研究刹车系统的摩擦自激振动和控制问题。采用LuGre 模型计算摩擦力,建立了两自由度盘式刹车系统的动力学模型。通过平衡点的稳定性分析,给出Hopf 分岔失稳的临界速度。应用基于微分几何法和线性二次型最优控制相结合的方法,设计单输入单输出的非线性系统控制器,以便通过推迟系统的分岔临界速度,减少减速型刹车过程中的摩擦颤振,避免刹车啸叫。最后分析了控制器和系统参数对控制效果的影响。仿真表明,该控制器能有效的抑制刹车系统中的摩擦自激振动。