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2012年  第29卷  第4期

基本方法
不同应力波穿过多条非线性变形节理时的透射特性
俞缙, 钱七虎, 宋博学, 赵晓豹, 李晓昭
2012, 29(4): 1-6.
摘要:
基于节理非线性位移不连续模型,分析不同弹性纵波正向入射多条节理时的透射规律。利用半解析半数值解法得到透射初至波质点振动速度一维数值差分解,进而研究不同类型、不同振幅的入射纵波穿过多条节理时,初至波质点速度幅值、能量、频谱及时间延迟的变化特性。研究表明,透射能力由大到小的顺序为:矩形波、半正弦波、三角形波。速度透射系数、能量透射系数、透射波中高谐波频域幅值均随入射脉冲幅值增大而增大;延迟时间随入射波振幅的增大而减小,且三角波入射时的时间延迟大于半正弦波。随着节理条数的增加,速度和能量透射系数逐渐降低,且下降速度逐渐减慢;高谐波频域幅值先增大后下降,且下降速度逐渐减慢;时间延迟增大的速度逐渐加快。
一种高阶精度人工边界条件:出平面外域波动问题
赵密, 杜修力, 刘晶波
2012, 29(4): 7-14.
摘要:
针对无限外域中的出平面波动问题,提出一种用于近场波动有限元分析的高阶精度人工边界条件。首先,采用变量分离法求解远场初边值问题,建立了时空全局的精确动力刚度人工边界条件;然后,发展了一种由有理函数近似和辅助变量实现构成的时间局部化方法,并将其应用于动力刚度人工边界条件,得到时间局部的高阶精度人工边界条件;最后,沿人工边界离散高阶精度人工边界条件,并将其与近场集中质量有限元方程耦合,形成对称的时间二阶常微分方程组,采用一种新的显式时间积分方法进行求解。数值算例表明:提出的高阶精度人工边界条件精确、高效、稳定并且容易在现有的有限元代码中实现。
基于随机因子的结构分析方法
陈建军, 马洪波, 马娟, 张建国, 王敏娟
2012, 29(4): 15-23.
摘要:
该文对随机结构的分析方法进行了分类,简述了近年来提出的基于随机因子的结构分析方法的基本求解过程。对随机结构分析中的随机变量分布概型的确定、随机载荷的处理和随机参数相关性的处理等问题进行了讨论。对随机因子法在结构分析和边界条件的处理、动力特性和动力响应分析、随机振动响应分析和动力可靠性分析、智能结构在开环和闭环状态下的动力分析、随机稳态和瞬态的温度场分析以及随机参数结构在随机热载荷下的响应分析等诸多方面的应用进行了综述。
结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法
刘佩, 姚谦峰
2012, 29(4): 24-28.
摘要:
提出了受随机地震作用的结构动力可靠度计算的基于反应功率谱的重要抽样法。为了提高动力可靠度计算的效率,利用反应功率谱峰值点对应频率处输入激励幅值的变化对失效概率的影响,提出了利用反应功率谱增大输入激励幅值的方差,达到重要抽样的目的;根据随机振动理论,平稳随机反应功率谱曲线与频域内反应绝对值平方曲线的期望值是相似形,而频域内反应绝对值平方曲线的期望值可以通过Fourier 变换很方便的求出,所以也可利用频域内反应绝对值平方曲线的期望值增大输入激励幅值的方差;重要抽样密度函数可表示为幅值分量概率密度函数连乘的形式,其所采用的输入激励幅值的方差可通过少量的结构分析次数得出。通过对三自由度线性结构及十自由度随机结构的计算,表明该文算法是提高动力可靠度计算效率的有效途径,也是求解随机结构动力可靠度的有效途径。
基于功率谱矩阵开方分解的空间相关多点地震动合成方法
吴勇信, 高玉峰
2012, 29(4): 29-35.
摘要:
基于前人对多点地震动合成方法的研究,提出了一种多点地震动的合成方法。该方法基于复功率谱矩阵的开方分解,将复功率谱矩阵分解为一个Hermite 矩阵与其共轭转置矩阵的乘积,并给出了基于此分解的考虑空间相关性并满足功率谱矩阵的幅值谱和相位谱的求解公式。此外,在合成功率谱矩阵时还考虑了空间各点地震动自功率谱谱强度的变化,以使得合成的多点地震动更好地适用于大跨度结构物的多点输入分析。
基于单胞解析模型的复合材料层合板渐进损伤数值分析
张博明, 赵琳
2012, 29(4): 36-42.
摘要:
基于单胞解析模型,建立一种从复合材料细观组分到宏观层合板的渐进损伤分析模型。根据连续介质力学和均匀化方法构建细-宏观关联矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的弹性和损伤性能传递到宏观复合材料中。该模型只需给出纤维和基体的材料属性及纤维体积含量无需层合板的弹性和强度参数,通过组分材料的损伤失效判据确定其是否损伤,如果发生损伤则用损伤因子折算成相应的刚度衰减。通过用户材料子程序UMAT 及VUMAT将单胞解析模型以及损伤理论嵌入到有限元软件ABAQUS 中,对开孔复合材料层合板的渐进损伤过程进行模拟,预测了层合板强度。结果表明:预报的强度与试验值吻合较好,验证了该方法的有效性。
格栅非均匀分布效应对复合材料格栅加筋圆锥壳体稳定性的影响
石姗姗, 孙直, 任明法, 陈浩然
2012, 29(4): 43-48.
摘要:
研究格栅非均匀分布效应对先进复合材料格栅加筋圆锥壳体稳定性的影响。首先,基于格栅间距沿母线方向的变化特征和等效平铺模型推导了格栅加筋圆锥壳体的等效刚度阵。其次,采用Donnell 型扁壳理论推导了在均布外压作用下格栅加筋圆锥壳体稳定性分析的总势能表达式,利用最小势能原理得到了该壳体总体稳定性的临界载荷值,所得计算结果与实验结果十分吻合。最后,通过典型数例参数讨论,说明格栅非均匀分布效应对先进复合材料格栅加筋圆锥壳体稳定性的影响将随底锥角增大而显著。该文将为先进复合材料格栅加筋圆锥壳体的参数优化设计提供一种高效和可靠的分析方法。
应力三维度在层裂中的应用初探
张世文, 刘仓理, 李庆忠
2012, 29(4): 60-65.
摘要:
探讨了应力三维度用于层裂分析的必要性和可能性。结合体胞模型的尺寸无关性特征,讨论了高应变率下高应力三维度对孔洞扩展影响的数值模拟方法。在此基础上,对轴对称体胞在不同的应力三维度下孔洞扩展进行了数值模拟。结果表明:宏观定义的等效应力-等效应变关系、孔洞体积分数与球应力关系不存在单值对应关系,它与应力三维度密切相关,因而,以应变等价原理为基石构建的含损伤本构或者状态方程在推广到其它应力状态时存在一定的局限,特别是以空心球模型在球对称应力加载下获得的含损伤本构和状态方程不能用于其它非球对称应力状态下的损伤演化。
一种半隐式的气动弹性时域求解方法
蒋跃文, 叶正寅, 张伟伟
2012, 29(4): 66-71,7.
摘要:
针对结构小幅运动、流动强非线性的气动弹性问题,基于Adams 隐式方法发展了一种半隐式的线性多步法(SILMS)。将隐式的广义气动力项采用显式插值求解,结构项仍采用隐式格式计算,该方法融合了显式方法耦合简单和隐式方法稳定性好的特点。结构运动采用模态坐标描述,流动方程应用计算流体力学(CFD)技术求解,二者采用松耦合方法进行时域推进。算例计算了一个标准气动弹性模型(Isogai wing)的颤振结果,并与几种经典的时域模拟方法进行了比较,证明该方法具有效率高、稳定性好、精度高的优点。
斜卷边冷弯薄壁槽钢轴压柱弹性畸变屈曲计算
罗洪光, 郭耀杰, 马石城
2012, 29(4): 72-76.
摘要:
畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的一种重要屈曲模式,弹性畸变屈曲临界应力是目前一些主要规范计算畸变屈曲的关键。该文首先推导出畸变屈曲模式下,构件纵向翘曲位移的显式计算公式,从而简化计算过程;然后基于经典的薄板理论,计算平面内位移,确定构件平面内的变形,在现有研究基础上得到斜卷边冷弯薄壁槽钢轴压柱弹性畸变屈曲计算公式;最后与有限条法、近似模型计算法进行对比,验证了该文计算方法的正确和有效性。该文中的弹性畸变屈曲计算公式简单,便于手算,可供工程设计人员参考。
求解弹性波有限差分法中自由边界处理方法的对比
王周, 李朝晖, 龙桂华, 高琴, 赵家福
2012, 29(4): 77-83.
摘要:
自由边界条件在计算方法中的数值表征是地震波模拟中的一个重要内容,表征的有效性直接关系到所得波场能否代表地表介质特性的真实响应。该文评估了交错网格有限差分法中5 种常用自由边界处理方法:直接法、应力镜像法、改进应力镜像法、横向各向同性介质替换法和声学边界替换法,并与有限元法模拟结果进行了对比,波形曲线直观比较及波幅比与相关系数定量比较显示横向各向同性介质替换法与有限法模拟结果一致性最好。进一步的层状介质模型弹性波数值模拟结果表明:横向各向同性介质替换法的精度和可靠性最高,能真实表征地表介质中的地震波传播。
考虑应变路径的多轴低周疲劳寿命预测模型
陈家权, 陈国军, 温洁明
2012, 29(4): 84-89.
摘要:
通过分析材料在多轴非比例加载下产生附加强化的机理,该文以拉扭薄壁管试件为研究对象,分析了临界平面上的应变状态,并在此基础上以塑性应变能为控制参数定义表征多轴低周疲劳寿命对应变路径依赖性的非比例度。基于多轴疲劳临界损伤面原理,应用von-Mises 准则和本文定义的应变路径非比例度参数建立起能反映应变路径对非比例附加强化影响的多轴低周疲劳寿命预测模型。利用该模型预测08X18H10T 不锈钢、Ti-6Al-4V合金、S460N 钢和2.25Cr-1Mo 钢这4 种材料的多轴疲劳寿命,并与试验值进行比较。结果表明:该模型的预测结果与试验结果吻合良好,能同时适用于比例与非比例加载,预测精度较高,便于工程应用。
基于Kriging代理模型的多点加点序列优化方法
高月华, 王希诚
2012, 29(4): 90-95.
摘要:
基于Kriging 代理模型提出了一种同时考虑预测响应值及其不确定性的多点加点准则,并基于该准则发展了一套序列近似优化方法。多点加点准则基于初始样本信息和所预测的对象函数特征增加新样本集,以在寻优迭代过程中自适应地提高代理模型的精度。该文方法依据多点加点准则在一次迭代中增加多个空间无关的新样本点,适用于多机同时计算或并行计算,从而提高计算效率。以两个经典的数学函数为例,将该优化方法与期望提高准则方法进行了比较,结果表明该文提出的优化方法能够有效地提高最优解的全局性。将方法用于一盒式注塑件的成型工艺优化设计,优化结果也表明了该方法的有效性。
土木工程学科
混凝土框架结构火灾连续倒塌数值分析模型
李易, 陆新征, 叶列平, 任爱珠
2012, 29(4): 96-103,. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.06.0397
摘要:
连续倒塌是整体结构的力学行为,为了研究火灾作用下混凝土框架结构整体抗倒塌性能,建立了用于分析钢筋混凝土构件火灾反应的杆系纤维梁模型和板构件的分层壳模型。在构件层次,模型将各积分点的截面划分为若干纤维(层),纤维(层)被赋予不同的材料属性以考虑钢筋和混凝土的贡献,并通过平截面假定来定义构件变形和纤维(层)应变之间的协调关系;在材料层次,模型将温度-应力路径离散为若干加载步,然后在每个加载步内计算纤维(层)在温度和应力耦合作用下的各种应变分量。通过与一系列试验对比,说明了该模型在模拟混凝土梁、柱和楼板时的准确性和高效性。为了模拟整体结构倒塌过程中的不连续位移场,在模型中引入了构件破坏准则和单元生死技术,可以考虑构件破坏造成的内力重分布对整体结构力学响应的影响。最后,通过一个整体框架结构的火灾倒塌模拟,分析其连续倒塌过程和机理。
基于断裂力学的钢框架梁柱节点抗震性能分析
王元清, 周晖, 石永久, 陈宏
2012, 29(4): 104-112.
摘要:
介绍了8 个足尺节点试验的结果与连接焊缝断裂破坏的现象。采用二维有限元断裂模型,研究了抗弯钢框架梁柱节点的断裂行为。以I 型裂纹尖端应力强度因子KIJ积分为定量评价指标,分析了焊接孔形式、初始缺陷尺寸及位置、焊接垫板、角焊缝补强等设计细节对节点材料断裂韧性需求的影响。弹性分析表明,切除垫板并以角焊缝补强的措施,能最有效地降低对材料韧性的要求。弹塑性分析表明,焊接高匹配时热影响区裂纹比界面裂纹对材料韧性的要求更高,且局部塑性应变累积使材料的断裂韧性降低;解释了节点试验中断裂易发生在梁下翼缘焊缝热影响区的现象。基于断裂分析得到的节点抗弯承载力与试验中节点的极限弯矩吻合较好,该文的研究为钢框架梁柱节点的防断设计提供了参考。
屋脊和出山对低矮房屋屋面风荷载的影响
陶玲, 黄鹏, 全涌, 顾明
2012, 29(4): 113-121,.
摘要:
为了研究屋脊和出山对低矮房屋屋面风荷载的影响,在同济大学TJ-2 风洞试验室对无屋脊硬山屋面、有屋脊硬山屋面、无屋脊出山屋面及有屋脊出山屋面这4 种屋面的典型村镇住宅进行了刚性模型测压试验。试验结果表明:屋脊的存在会增大迎风屋面的平均风压和脉动风压,从而一定程度上减小了屋面的整体向上升力;而且随着屋脊的增高,对于硬山屋面这种效果会愈发明显;但屋脊会减小屋角区域的脉动风压,故而对减小屋面的最不利负压有一定的作用。出山的存在对于减小屋面山墙端及屋角区域的平均负压和脉动风压作用显著,因而可以大幅度减小屋面的最不利负压,但出山高度的变化不会引起屋面风压的较大变化。屋脊和出山的共同作用对减小屋面的局部峰值负压最为有效,同时也会减小屋面的升力。从而得出结论:有屋脊出山屋面是对低矮房屋抗风最有利的屋面形式。
新型自复位桥梁墩柱节点的局部稳定性研究
何铭华, 辛克贵, 郭佳
2012, 29(4): 122-127.
摘要:
为了更好地控制结构震后残余变形,增强桥梁结构自复位性能,最大限度地强化震后继续服役的能力和增加再修复的可能,该文基于性能设计的理念,给出一种新型自复位桥梁墩柱节点体系的基本概念,并选取该体系的典型模型进行截面弹性承载力、滞回特性、设计控制参数等力学性能进行初步的推导和分析。研究结果初步表明,该自复位桥梁墩柱节点结构受力明确,构造合理巧妙,由于嵌合式接头限制了体系最小势能位置,能够帮助结构复位,震后残余变形小,震后弹性承载力不下降,能够满足对结构性能的更高要求。
楼板系统对去柱后钢框架梁的轴向约束刚度研究
王开强, 李国强
2012, 29(4): 128-133.
摘要:
钢梁两端约束刚度对其悬链线效应影响很大,因此钢梁悬链线效应中约束刚度的研究是一个重要的内容。该文研究“双跨钢梁”两端的钢梁、楼板以及栓钉连接件对钢梁的轴向约束作用。首先,提出提供约束的钢梁、楼板以及栓钉连接件的非线性位移和变形函数。其次,利用最小势能原理,推导楼板系统对去柱钢框架梁轴向约束刚度的计算公式。考虑提供约束的楼板总是局限在一定范围内,提出并使用楼板“临界长度”对理论公式进行了修正。最后,采用20 个有限元算例对理论公式进行算例验证,证明了该文研究结论的可靠性。
不同参数影响下球面网壳表面风压系数分布规律研究
殷志祥, 徐佳萌
2012, 29(4): 134-140.
摘要:
大跨度球面网壳在其风工程分析中包含了风的分离、再附着等最复杂部分,曲面表面风压系数的分布变得异常复杂。针对风压系数分布问题利用FLUENT 和计算流体力学(CFD)技术,在选用SST k-w 湍流物理模型的基础上,改变球面网壳矢跨比、球面网壳高度、风速、风向攻角及球面网壳半径等不同参数,计算分析了球面网壳表面风压系数的变化规律。为快速准确的得出网壳表面风压系数,提出了风压系数分布的二维几何平面拟合方法并得出拟合公式。最后将公式应用到已有的风洞实验结果,得到其风压分布趋势和实验结果基本相符。
结构非概率可靠性分析的支持向量机分类方法
孙文彩, 杨自春
2012, 29(4): 150-154.
摘要:
利用支持向量机分类技术解决隐式极限状态结构的非概率可靠性问题。基于未确知信息的分段描述模型,设计了训练样本抽取策略,将基本变量区域中的样本等效转化为标准区间变量域中的样本,统一了尺度,有效保证了支持向量机训练的稳定性,并使蒙特卡洛模拟更易实现,有效解决了隐式极限状态结构的非概率可靠性分析问题。通过2 个算例对文中方法的精度和可行性进行了验证。
体外预应力角隅矩形齿块锚固区的拉压杆模型及配筋设计
林波, 刘钊
2012, 29(4): 155-160,.
摘要:
针对体外预应力混凝土箱梁桥中的角隅矩形齿块锚固区,研究了拉压杆模型构形及其配筋设计方法。首先通过应力场分析、传力路径的拓扑优化找形以及抗剪钢筋作用机理分析,揭示了产生局部拉应力集中的四种作用效应以及锚固力由承压面经角隅齿块向壁板传递过程中的两种荷载传递机制。同时,利用有限元数值分析结果,拟合出锚固力在箱梁腹板与翼板间分配比例的计算公式,在此基础上,构建两个平面内的精细化桁式拉压杆模型以恰当反映角隅齿块各部位受拉、受压、受剪规律及配筋设计需求。以所提出的拉压杆模型为基础,并结合美国AASHTO 桥梁设计规范,给出了角隅矩形齿块锚固区的配筋设计方法,设计示例表明该方法具有良好的实用性,可供工程设计参考。
一阶剪切理论下功能梯度梁与均匀梁静态解之间的相似关系
徐华, 李世荣
2012, 29(4): 161-167.
摘要:
基于一阶剪切理论,研究了功能梯度材料Timoshenko 梁的静态弯曲解与对应的均匀材料梁的解的线性转换关系。通过比较功能梯度材料梁和均匀材料梁的无量纲控制方程,发现了它们弯曲解的线性相关性。在给定材料弹性模量沿横向非均匀变化规律后,可将功能梯度材料Timoshenko 梁在静载荷作用下的弯曲变形解用相同尺寸、相同载荷以及相同边界条件下的均匀材料Timoshenko 梁的弯曲变形解线性表示。这样,可将非均匀Timoshenko 梁弯曲问题的求解转化为对应的均匀材料Timoshenko 梁弯曲问题的求解和转换系数的计算,从而使得求解过程得以简化。
横向压力对钢筋与混凝土粘结性能的影响
赵卫平
2012, 29(4): 168-177,.
摘要:
工程实际中钢筋常在受压区被截断,而这种布筋方式是否对粘结有利是存在争议的。为评价横向荷载作用下应力场对粘结性能的影响,分别在混凝土和钢筋中设置应力函数,结合物理方程和几何方程,通过数学运算求出了钢筋和混凝土界面的位移场。将界面相容条件作为补充方程引入即可求出所有待定常数,同时可求出界面的应力场和应力集中系数。通过数值模拟证明解析公式具有一定的精度,因此可以作为评价横向荷载作用下拔出试件中钢筋与混凝土界面应力场的一种有效方法。最后,在该文解析解的基础上分析了横向荷载对粘结的影响并且给出了横向压力的上限值。
强震荷载下裂缝岩体拉剪破坏机理
何思明, 吴永, 李新坡
2012, 29(4): 178-184.
摘要:
崩塌是地震诱发的最严重次生地质灾害之一,但目前有关地震崩塌的力学机理还不清晰。为此,基于天然危岩体的宏观结构特征,从岩石断裂力学的角度入手,对比分析了不同震波模式下裂缝的失稳扩展条件,确立了拉剪破坏的危岩失稳机制;继而以能量法为手段,研究了震波能量在危岩体中的输入和耗散机制,解析拉剪条件下裂缝的扩展方向和危岩失稳机理,给出裂缝扩展的加速度临界值ac和扩展量的计算方法;最后,通过具体算例验证了模型的合理性;结果显示,震时危岩体的失稳是裂缝在拉剪震波作用下沿震波入射垂直方向间断扩展累积的结果。
钢筋混凝土剪扭构件承载力可靠度分析
黄靓, 鲁懿虬, 徐紫鹏
2012, 29(4): 185-191.
摘要:
对GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称“规范”)剪扭构件承载力计算公式以及黄靓建议的公式进行了可靠度对比分析。结果表明,对于安全等级为二级的剪扭构件,当发生脆性的剪型破坏时,规范公式的受剪可靠指标和受扭可靠指标均值分别为3.23 和3.25,不能满足GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》(以下简称《统一标准》)3.7 的要求;当发生延性的扭型破坏时,规范公式的受剪可靠指标和受扭可靠指标分别为4.02 和2.88,亦不能满足3.2 的可靠指标要求;随着扭剪比的变化,规范公式的可靠指标变化幅度较大,受扭和受剪可靠指标之间相差较大,出现不平衡现象。黄靓建议的公式的可靠指标比规范公式高,对于两种破坏类型,可靠指标都在3.6 附近,并克服了规范公式可靠指标不平衡的缺点,但对于剪型破坏亦不满足《统一标准》3.7 的可靠指标要求。对此,该文把黄靓等人的直线模型再次缩进,提出钢筋混凝土剪扭构件修正公式并作了可靠度分析,结果表明该文修正公式的可靠指标均值在3.75 附近,能满足《统一标准》的要求。
混凝土断裂过程区长度计算方法研究
卿龙邦, 李庆斌, 管俊峰
2012, 29(4): 197-201.
摘要:
该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明:断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。
其他工程学科
发展时变附加质量方法模拟飞行器出水过程
廖剑晖, 由小川, 吕海波, 庄茁
2012, 29(4): 202-209.
摘要:
该文发展了时变附加质量方法,并利用有限元方法模拟了水下飞行器的出水过程。基于出水过程中飞行器的振动模态试验数据,由于出水长度与一阶横向振动频率、出水长度与附加质量均有一一对应关系,所以该文在一定假设条件下,通过反演方法得到了随出水长度变化的横向时变附加质量,初步形成了将复杂流场载荷向飞行器表面等效的方法。该文完成了对水下飞行器出水过程动态性能的研究,考察了某截面上弯矩和剪力随时间变化的情况。在附加质量的影响下,结构的响应频率会低于无附加质量的情况,而响应幅值则因不同的外载荷条件而异。随着出水长度的增加和沾湿长度的减少,结构的振动频率逐渐升高,此计算结果也定性地说明了时变附加质量的合理性,并为对附加质量方法作进一步研究奠定了基础。
平行钢索的锈蚀时变失效概率分析
马小利, 王立彬, 丁盛
2012, 29(4): 210-216.
摘要:
在综合锈蚀开始时间的概率模型和锈蚀面积扩展的概率模型的基础上,建立了平行拉索锈蚀时变失效概率模型。根据不同检测周期钢丝锈蚀概率树形结构的特点,提出了锈蚀概率计算的分枝约界方法,有效地解决了计算量指数级增长的问题。模型参数分析和拉索失效概率算例表明:在模型参数统计评估正确性的前提下,该模型能够预测在役拉索任何检修周期的钢丝锈蚀的数目及其概率,能够计算任意时刻钢丝锈蚀的总量,进而分析拉索的时变失效概率。该模型的提出是对拉索锈蚀失效问题的一种探索研究,对拉索检测评估研究具有一定的参考价值。
大型复合材料夹芯筒屈曲分析中芯材剪切变形与壳体锥度的影响
杨东升, 胡伟平, 孟庆春
2012, 29(4): 217-223.
摘要:
针对某卫星结构中的大型复合材料夹芯承力筒进行屈曲分析。首先分别建立柱壳段、锥壳段和框段的几何方程、物理方程与应变能表达式,以及给定载荷条件下的外力势能表达式。然后根据位移边界条件采用正交完备的三角级数构造承力筒的位移模态,最后根据最小势能原理求解临界载荷。通过对比计及与不计及芯材剪切变形和壳体锥度时临界载荷的计算结果,发现对于该承力筒而言,芯材剪切变形与壳体锥度对临界载荷计算结果的影响均小于10%。该分析结果为承力筒在设计阶段的简化计算提供了理论依据。
野营折叠网壳结构表面定常风场的数值模拟研究
颜卫亨, 邰家醉, 张茂功
2012, 29(4): 224-230.
摘要:
基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用计算流体动力学软件Fluent6.3对野营折叠网壳结构表面风压分布进行数值模拟技术的基础性研究,对比与风洞试验数据,确定复杂体型结构数值模拟时的计算域尺寸、网格划分方式、网格数量、湍流模型等基本参数设定,得到野营折叠网壳在不同风向角下的表面风压分布及其结构体形系数,同风洞试验结果对比,吻和较好。分析表明风速对结构风荷载体形系数影响较小,而风向角对风荷载体形系数的影响较大;所得结构的体形系数,为类似体型结构的抗风设计提供依据。
回转体匀速垂直入水早期空泡数值模拟研究
何春涛, 王聪, 闵景新, 金大桥, 黄海龙
2012, 29(4): 237-243.
摘要:
基于VOF(Volume of Fluid)方法和有限体积法求解气、水两相流动的RANS方程,并结合动网格技术,对物体垂直入水空泡流动进行了数值计算研究。通过对球体垂直入水早期空泡形态进行数值计算,并将计算结果与May A 理想空泡模型拟合结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了数值计算方法的有效性。在此基础之上,进一步研究了150°锥角回转体垂直入水空泡生成过程,空泡壁面运动特性和空泡表面闭合特性,给出了垂直匀速入水空泡形态随时间变化规律,空泡壁面随入水过程时间变化运动规律,以及空泡表面闭合时间与入水速度之间的关系。
水下带粘弹性层输油管道中纵向导波的传播特性
林晓平, 刘增华, 雷振坤, 武湛君
2012, 29(4): 244-250.
摘要:
采用超声导波法对海底管道进行健康监测和缺陷检测,需要研究导波在深水环境下的海底管道结构中的传播特性。该文采用全局矩阵法计算纵向导波在水下带粘弹性层输油管道中的传播位移和应力,得到频散曲线和个别模态(如α 模态与L(0,4)模态)的波结构。通过对纵向导波频散曲线和波结构的详细分析,阐述了纵向导波在水下带粘弹性层输油管道中的传播规律。这既有益于加深对导波在深水环境下的海底管道结构中传播机理的理解,也可为设计采用纵向导波进行海底输油管道损伤检测系统提供技术支撑。
精梳机钳板机构低阶谐振现象及其成因分析
赵春花, 汤文成
2012, 29(4): 251-256.
摘要:
精梳机钳板机构是一平面二自由度七杆机构,运用机构弹性动力学理论分析该机构的低阶谐振现象,并探索其成因。结合钳板机构的实际工况建立动力学方程,利用振型叠加法求解,分析其低阶谐振现象。构建四种方案,从刚体惯性力、加压弹簧恢复力、冲击力三个方面探索钳板机构低阶谐振的成因。结果表明:钳板机构产生低阶谐振的主要原因是加压弹簧恢复力唤起的前三阶振型的简谐共振,刚体惯性力对谐振点响应没有作用但会影响机构的响应值,冲击力对机构响应值以及谐振点响应的影响都不大。