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2012年  第29卷  第9期

基本方法
单变量函数统计矩的点估计法性能比较
范文亮, 李正良, 韩枫
2012, 29(9): 1-10,16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.09.0697
摘要:
点估计法是随机系统响应量统计矩计算的方法之一,由于简单、高效而颇受关注,其中单变量函数的统计矩估计则是点估计法的基础.虽然各研究者对各自提出的点估计方法均进行了算例验证,但这些算例验证的普适性值得商榷.该文通过详细、系统的研究,对已有的单变量函数统计矩的点估计方法进行全面的影响因素分析和计算性能评价.大量的算例分析结果表明:1) 函数的非线性程度、随机变量的类型及其变异系数是点估计算法精度的主要影响因素,变量均值影响较小,且本质上是通过改变函数的非线性程度间接影响精度;2) Zhou & Nowak方法(5 个计算点)精度最优;3) 当函数非线性程度较强、变量变异系数较大时,各方法精度均不够理想,此时应慎用点估计法.
各向异性材料平面问题基本解析解的特征方程解法
王文婕, 田歌, 傅向荣, 赵阳
2012, 29(9): 11-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.06.0348
摘要:
该文提出了一种利用特征方程解法构造基本解析解的新方法,并将其应用到各向异性材料平面问题,成功构造了完备且独立的系列基本解析解.构造各向异性材料平面问题控制微分方程的算子矩阵,通过其行列式计算可得到问题特征通解所需满足的特征方程,将所求得特征通解代入到微分方程算子矩阵所对应的伴随矩阵,可推导得出各向异性材料平面问题的基本解析解.根据基本解析解独立性的论证,可得到系列独立且完备各向异性材料平面问题基本解析解.利用特征方程解法求解基本解析解思路简单、并且容易找到独立且完备的解析解,其结果可以成为相关数值计算方法的基础.
压杆轴力与轴向位移全过程曲线的近似表达式
杨洋, 童根树, 张磊
2012, 29(9): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.10.0751
摘要:
考虑了几何缺陷、残余应力和材料塑性,采用大变形理论自编程序3D-Steel-Struct 对工字形压杆屈曲前后的变形曲线进行了研究.对非完善双轴对称工字形截面压杆进行了二阶弹性和二阶刚塑性的理论分析,推导了相应阶段的轴压力与变形之间的关系,构造了轴压力与跨中挠度和轴压力与轴向位移之间的解析表达式,并与数值解非常吻合.研究了压杆轴压延性随长细比的变化规律,提出了一个延性与长细比的近似表达式,并具有良好的精度.
基于结点位移插值的约束子结构界面自由度缩减方法
楼梦麟, 殷琳
2012, 29(9): 25-29,36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.06.0399
摘要:
基于结点位移插值原理,建立了约束模态子结构界面自由度的缩减方法,形成了约束子结构模态综合法的二次坐标变换矩阵.通过第二次坐标变换可有效地缩减计算系统的广义自由度,提高计算效率.算例表明,这种缩减方法是合理有效的.该文还讨论了插值基点的选择方式对计算精度的影响,计算结果表明,当选择的插值基点在界面上均匀分布时,计算精度最好.最后,对比了插值域的形状对计算精度的影响,计算结果表明,矩形插值域的计算精度要好于三角形插值域.
泄洪激励下高拱坝损伤识别的互熵矩阵曲率法
孙万泉
2012, 29(9): 30-36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0895
摘要:
提出一种基于泄洪激励下动响应能量进行高拱坝损伤识别的互熵矩阵曲率法,即利用拱坝损伤前后的相对响应熵矩阵,分别对其列、行进行差分求得互熵曲率矩阵,并以其对角元素作为检测拱坝结构损伤指标的新方法.该方法仅需拱坝的环境激励响应信号,不论对其单一损伤、轻微损伤,还是多种损伤,均能够定位损伤和定性反映损伤程度.通过数值模拟分析,验证了该方法检测拱坝损伤的有效性.
考虑静动力学特性的材料结构一体化多目标优化设计
刘远东, 尹益辉, 郭中泽
2012, 29(9): 37-41,49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0900
摘要:
针对复合材料微结构的内部构型和宏观排布的可设计性,以结构基频最大和柔度最小加权系数为目标,将微结构设计和多尺度计算结合,建立了考虑静动力学特性的材料/结构一体化多目标优化设计模型,实现了相应的算法和算例.方法中引入了微观和宏观两个尺度上的独立密度变量,采用RAMP(Rational Approximation ofMaterial Properties)方法对密度进行惩罚,利用有限元超单元技术建立材料与结构的联系,通过规一化目标函数有效避免了不同性质目标函数的量级差异.通过算例,获得了静动态权重系数对结构拓扑构型和目标函数(宏观结构的柔度和基频)的影响规律.研究结果表明:该方法是有效的,可作为对轻质结构进行静动态多目标优化设计的一种新方法.
基于单位分解法的实体壳广义单元模型
林毅峰, 朱合华, 蔡永昌
2012, 29(9): 42-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0903
摘要:
基于单位分解的广义有限元法的逼近空间由单位分解函数和局部覆盖函数构成,采用传统有限元形函数作为单位分解函数,其局部覆盖函数的定义不依赖于有限元网格.以十六结点六面体等参单元形函数作为单位分解函数,采用一阶多项式局部覆盖函数建立了十六结点六面体广义单元.在此基础上利用广义有限元法可以灵活构造各向异性逼近空间的特点,根据薄壳的变形特性,对壳体法向挠度和切向位移分别采用一阶和零阶多项式局部覆盖函数,构造了实体薄壳广义单元.计算结果表明:十六结点六面体广义单元和实体薄壳广义单元用于板壳结构分析时具有比相应的常规实体单元更高的收敛性和求解效率,且实体薄壳广义单元比十六结点六面体广义单元具有更高的求解效率.
基于谱元法的裂Lamb纹梁波传播特性研究
孙虎, 周丽
2012, 29(9): 50-55,59. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0921
摘要:
首次提出用一种无质量弹簧元来模拟含横向裂纹梁的轴弯耦合效应,并结合谱元法分析含裂纹梁内Lamb波的传播特性.由卡氏定理和断裂力学方法推导弹簧元的刚度,以此构建裂纹处的平衡条件和位移协调条件,建立损伤谱元模型.通过和传统的有限元模型进行比较,表明在显著提高计算效率的同时,所提出模型在分析结构固有特性和Lamb波传播特性上都具有较高的精度.在所提出模型的基础上又推导出基于谱元法的能量计算公式,通过裂纹处的能量守恒再次验证损伤模型的正确性和有效性,同时研究结果表明裂纹处转化生成的Lamb 波各模态能量随裂纹深度的变化具有单调性,该结论可以为结构健康监测中定量识别裂纹提供实用依据.
改进的数字全息光弹方法理论研究
冯琼, 许蔚, 李俊昌, 张亚萍
2012, 29(9): 56-59. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0005
摘要:
该文通过改变参考光偏振方向,对数字全息光弹法进行改进,从而可以高效、高精度的检测二维应力场.从理论上导出了该方法的实验原理:加载前后在对应的4 个不同参考光偏振位置拍摄数字全息图,对这4 对数字全息图进行傅里叶变换、滤波及反变换,可以获得4 个光强方程,数值求解这4 个光强方程,再结合应力-光学定律就可以精确获得二维应力场的2 个主应力值和主应力方向.与传统的数字全息光弹法相比,新方法具有以下优点:不需要分离等差线与等倾线条纹;不需要确定条纹级数;方法简单,不需要已有技术以外的实验装置或实验模型.
弹性力学问题自适应有限元及其局部多重网格法
刘春梅, 肖映雄, 舒适, 钟柳强
2012, 29(9): 60-67,91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0934
摘要:
针对平面弹性力学问题,利用最新顶点二分法,设计了一种不需要标记振荡项和加密单元不需要满足“内节点”性质的自适应有限元法;利用自适应加密过程中每层网格上只有局部单元需要加密这一特性,设计了一种基于局部松弛的多重网格法.数值实验结果表明:该文设计的自适应有限元法具有一致收敛性和拟最优计算复杂度,基于局部松弛的多重网格法对求解弹性力学问题自适应网格下的有限元方程具有很好的计算效率和鲁棒性.
联合分布函数蒙特卡罗模拟及结构可靠度分析
吴帅兵, 李典庆, 周创兵
2012, 29(9): 68-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0843
摘要:
针对复杂极限状态方程可靠度计算问题,提出了基于理论联合分布函数以及2 种近似联合分布函数的结构失效概率蒙特卡罗模拟方法,并给出了计算流程图.采用2 个算例证明了所提方法的有效性.结果表明:所提的失效概率模拟方法的计算精度很高,尤其适用于复杂极限状态方程的可靠度计算问题.2 种联合分布函数近似构造方法得到的失效概率精度相当,近似方法与精确方法结果的差异随失效概率的减小而增大,而且随着变量间相关性的增加而增加.当失效概率小于10-3时,近似方法的失效概率误差较大.
刚塑性扁球壳受弹体冲击时动力学响应的近似解
戴耀, 种肖, 董耀国
2012, 29(9): 75-79. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0907
摘要:
研究扁球壳在弹体局部冲击载荷作用下的响应问题.首先,在球壳材料为刚塑性模型的假设下,基于现有球壳理论的研究基础,对球壳的变形能模型进行改进,仅考虑凹陷区域变形能和棱区膜变形能,根据能量守恒原理,得到了球壳在冲击载荷下的理论结果;其次,在棱区的宽度和凹陷区半径之间引入近似关系式l≈0.05a,以此为基础给出了刚塑性球壳在低速弹体冲击下的显式近似理论解;进一步,将近似解与实验的各种情况进行对比,误差均小于10%;最后,采用LS-DYNA 有限元软件进行数值模拟,也取得了与近似解一致的结果.
含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲问题研究
毛春见, 许希武, 郭树祥
2012, 29(9): 80-86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0914
摘要:
该文利用各向异性体弹性理论中的复势方法,以Faber 级数和保角映射为工具,对含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲问题进行分析,得到了含多椭圆孔无限大各向异性薄板弯曲的级数解形式,给出了无限大薄板在受到弯曲载荷时孔边的应力分布,并讨论了孔距、孔的数量、排列方式、椭圆度、材料的各向异性对孔边应力分布的影响,得到了有益的结论.该方法具有计算精度高、收敛速度快、方便快捷等优点.
梯度材料中任意形孔对反平面剪切波散射与动应力
赵磊, 胡超
2012, 29(9): 87-91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0009
摘要:
该文基于弹性动力学理论,采用复变函数与保角映射方法,研究了指数梯度材料中任意形孔洞对弹性波的散射与动应力集中,给出了问题的解析解.并以求解椭圆孔动应力集中系数为例,分析了入射波数和材料非均匀参数等对椭圆孔动应力分布的影响.
土木工程学科
结构钢材循环荷载下的本构模型研究
石永久, 王萌, 王元清
2012, 29(9): 92-98,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.09.0711
摘要:
在抗震分析中,钢材在循环荷载下的一维本构模型是结构抗震设计时进行结构弹塑性地震响应分析的基础.为了更为准确地模拟结构的地震反应,并能够在实际工程中应用,该文提出了结构钢材Q235B、Q345B 在循环荷载下的单轴简化本构模型,其中包括:单调加载曲线、循环骨架曲线以及滞回准则,通过建立数学模型对钢材循环荷载作用下的反应进行描述.根据提出的模型并基于大型通用有限元软件ABAQUS 提供的用户子程序接口UMAT,开发了适用于结构分析的钢材单轴循环本构模型.通过与多种加载制度下钢材反应的试验数据进行对比,进而证明该文所提出模型的正确性以及适用性,保证其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的精度和可行性.分析结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的反应有很大的差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;钢材在循环荷载下的滞回准则也与现通用有限元软件中的本构模型有较大区别,这对于抗震计算设计的准确性有一定的影响.
基于局部主频率的子结构损伤识别研究与试验
侯吉林, 欧进萍, ?ukasz JANKOWSKI
2012, 29(9): 99-105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0928
摘要:
针对大型复杂结构的整体监测常常面临测量信息不足等困难,提出只利用局部动态响应进行子结构损伤识别的局部主频率方法.子结构的局部主频率指:如果整体模态中含有以局部子结构位移为主的模态,即等价于在局部激励作用下,整体结构的振动主要体现为子结构的振动,并且主要以这阶局部模态振动为主,那么对应的该阶频率即定义为子结构的局部主频率.局部主频率主要反映子结构的局部特性,对子结构损伤的灵敏度高,所以只利用局部主频率就可以识别子结构.当子结构特征不明显时,提出通过附加质量使子结构具有局部主频率的有效方法.该文进行了大型空间桁架的局部动力测试试验,试验中通过附加质量使杆件子结构具有局部主频率,并能准确地识别出杆件损伤的位置和程度.
地震空间变异性对车桥系统响应的影响分析
杜宪亭, 夏禾
2012, 29(9): 106-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0923
摘要:
该文研究地震空间变异性对车桥动力相互作用的影响.依据场地特征,采用基于谱理论的无条件模拟方法产生非平稳的多点地震加速度时程;使用临界阻尼振子形式的高通滤波器对其修正,进而得到满足一致化要求的地震记录.影响空间变异性的因素均能够在该地震记录中得到充分反映.推导了绝对坐标系下考虑地震作用的车桥系统运动控制方程;其中,地震激励以位移时程形式作用到桥梁结构上.最后,选取8 节车辆编组的高速列车通过3 垮钢桁拱桥作为研究对象,分别进行了在地震动行波激励以及完全空间变异性激励作用下的动力响应分析;并将结果进行了对比.数值分析结果表明:车桥耦合动力分析中输入地震动需要考虑完全空间变异性的影响,这才能保证所有分析车速范围内车辆响应结果偏于安全.
基于虚拟裂缝模型的混凝土断裂过程区研究
卿龙邦, 李庆斌, 管俊峰, 王娟
2012, 29(9): 112-116,132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0016
摘要:
利用虚拟裂缝模型对混凝土断裂过程区进行了研究.以无限大板中心拉伸裂缝模型为例,将过程区裂缝张开位移采用多项式级数形式表示,求得了断裂过程区上的位移分布和粘聚力分布.进而分析了材料参数对断裂过程区上的位移、粘聚力、断裂过程区长度以及峰值外荷载的影响.结果表明:断裂过程区上的位移和粘聚力均为非线性分布.断裂过程区长度随骨料最大粒径增大而逐渐增大,随抗压强度增大而逐渐减小.峰值外荷载随骨料最大粒径和抗压强度增大均逐渐增大.
基于性能的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析
吴巧云, 朱宏平, 樊剑
2012, 29(9): 117-124. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0944
摘要:
钢筋混凝土结构易损性的研究大多数集中于地震烈度或地震动峰值加速度上(PGA),地震动的选取亦没有考虑近远场地震的不同,且对于房屋建筑的研究较少.因此综合考虑地震动峰值加速度及阻尼比为 5%的谱加速度,考虑近场及远场地震的不同性质,对一钢筋混凝土框架房屋进行地震易损性分析.定义了结构整体的4 个极限破坏状态,提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平的方法.最后基于增量动力分析(IDA)的结果,采用该方法对结构进行基于性能的地震易损性分析,得到结构的易损性曲线,对结构在不同IM 参数及不同地震动下的易损性能进行评估和对比分析.从而可以根据结构的实际地震需求从概率意义上判断结构所处的地震破坏状态,为今后震害预测提供了参考.
钢管混凝土标准桁肋拱面外弹性稳定分析
宋福春, 陈宝春
2012, 29(9): 125-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0007
摘要:
以面外失稳的主要影响因素作为构造参数,对已建的钢管混凝土桁拱进行统计分析,构建一虚拟拱,然后参照实际桥例,建立了既有典型意义、又符合工程实际的标准拱.以标准拱为对象,进行面外弹性稳定性的参数分析.结果表明:钢管混凝土桁拱面外稳定性随着拱桥宽跨比增加而增大;拱顶横撑形式对面外稳定性影响较小;其他横撑影响较大,其有利作用从大到小依次为X 型与米字型、K 型和一字型;拱肋间横撑的疏密程度(拱肋的自由长度)影响较大;桁拱的弹性稳定系数随着矢跨比f/L 的增大呈现先增大后较小的趋势,在f/L=0.2~0.25时达到峰值;面外长细比越大面外稳定性越差,面外长细比在80~140区间影响较大,在140~220区间影响减弱.最后,对应用特征值求解拱的面外弹性分支计算方法进行了讨论.结果表明:计算时应以拱所受压力最大的荷载工况,且该方法的计算结果不能有效反映几何初始缺陷和横向力对结构真实的面外失稳破坏的影响.
人行桥的减振优化设计研究
樊健生, 陈宇, 聂建国
2012, 29(9): 133-140,156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.11.0826
摘要:
振动舒适度是设计大跨轻质人行桥时需要解决的关键问题之一.采用调谐质量阻尼器(TMD),可以有效降低桥梁在行人激励下的振动反应.该文基于分布参数法,提出了单跨和多跨人行桥采用STMD 及MTMD 减振系统的动力反应通用时程计算方法.在此基础上,以均方根加速度作为衡量标准,研究了单跨和多跨梁式人行桥-TMD 系统中TMD 布置位置、系统最优频率比与最优阻尼比的优化取值和减振效果等问题,提出了相应的设计建议,并通过数值算例进行了验证.
高强钢绞线网——聚合物砂浆加固混凝土及预应力混凝土梁的抗弯性能试验研究
林于东, 宗周红, 林秋峰
2012, 29(9): 141-149. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0193
摘要:
该文侧重研究了采用高强钢绞线网——聚合物砂浆加固技术三面加固普通钢筋混凝土(RC)梁和预应力混凝土(PRC)梁的抗弯性能.进行了6 片RC 梁及5 片PRC 梁的抗弯静载试验,探讨了不同初始损伤程度、有效预应力大小和加载方式等对高强钢绞线网——渗透性聚合物砂浆加固梁的抗弯性能影响.结果表明:采用高强钢绞线网——聚合物砂浆加固技术加固RC/PRC梁能够有效抑制裂缝的开展,能有效地提高RC/PRC 加固梁的抗弯承载能力和抗弯刚度;重复加载会导致加固梁刚度一定程度的退化,初始损伤程度大小不会显著改变加固后RC/PRC梁的抗弯承载力;该文研究对于大量既有RC/PRC梁的抗弯加固具有一定的参考价值.
基于幂级数解的非均质地基群桩沉降混合解法
杨明辉, 张小威, 赵明华
2012, 29(9): 150-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0894
摘要:
以剪切刚度系数随深度呈指数非线性变化考虑地层非均质性,引入剪切位移法导得了群桩中各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,并考虑各桩体存在引起的位移折减,建立了桩-桩相互作用模型.在此基础上,建立了各基桩的荷载传递微分方程,并采用幂级数法对方程求解,从而提出了一种非均质地基群桩沉降的混合解法.该方法可较好地模拟桩周土层的非均质性及各桩间遮帘效应,且编程求解过程简单、便于应用.最后,通过与已有文献算例结果的对比,验证了该文方法的合理性.
方形薄壁钢管混凝土轴压短柱约束模型的建立
陈勇, 董志峰, 张耀春
2012, 29(9): 157-165,176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0912
摘要:
为了对薄壁钢管混凝土轴压短柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的试验现象与有限元分析结果进行理论解释,通过薄板的大小挠度理论,推导出计算四边夹支和两边夹支两边简支钢板屈曲后受力性能的公式;得到管壁屈曲后对内部混凝土产生的主动约束力,进而利用约束混凝土模型求得钢管中受约束混凝土极限压应力值;从理论上解析了薄壁钢管混凝土柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的机理,给进一步的薄壁钢管混凝土柱理论分析研究提供了依据.
加筋沥青路面APA试验及其非线性疲劳损伤分析
周志刚, 袁秀湘
2012, 29(9): 166-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0896
摘要:
应用沥青路面分析仪(APA)对沥青路面结构模拟试件进行多种荷载下的往返轮载疲劳试验,对比研究土工布、玻璃纤维格栅对沥青路面疲劳性能的加筋效果.在此基础上,提出沥青混合料非线性疲劳损伤演化模型,应用基于疲劳损伤力学的非线性有限元方法模拟APA 试验过程,分析了试件应力、变形、疲劳寿命等,并与试验结果对比,论证了所提疲劳损伤演化模型的合理性,指出因加筋材料的桥联效应显著地改善了裂缝穿过筋材后路面的受力变形状况,有效地延长路面的疲劳寿命.同时,基于疲劳损伤分析,进一步验证了Paris 公式可用于描述路面结构的疲劳裂缝稳定发展过程,并获得了有关的参数.
带节能复合墙板钢框架低周反复荷载试验研究
侯和涛, 邱灿星, 李国强, 王静峰
2012, 29(9): 177-184,192. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0898
摘要:
为了研究带节能复合墙板钢框架结构的滞回性能,设计了8 榀单层单跨试件并进行了低周反复荷载试验.考虑了影响结构滞回性能的6 个主要因素:墙板厚度、墙板类型、墙板位置、钢框架柱的强弱轴方向、钢框架的节点形式以及墙板与钢框架的连接方法.根据试验现象和由试验数据获得的滞回曲线、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线、延性系数、等效粘滞阻尼系数等,综合评价了结构的抗震性能.试验结果表明:墙板的破坏主要集中在与钢框架连接的预埋件处,但整体性优于传统墙体;连接件的可靠是确保墙板与钢框架协同工作的重要前提;增加墙板的厚度、加强墙板与钢框架之间的连接,均可改善结构的抗震性能.最后,通过计算延性系数和耗能能力,该文给出了该结构体系在进行抗震设计时相关数据的建议取值.
多室式钢管混凝土形构件纯弯力学性能研究
屠永清, 严敏杰, 刘林林
2012, 29(9): 185-192. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0899
摘要:
进行了4 个多室式钢管混凝土T形试件和2 个多室式空钢管T形对比试件的纯弯试验,着重研究前者在纯弯状态下的变形过程及破坏形态,同时考察了截面尺寸、加载位置等参数对其纯弯力学性能的影响.试验结果表明:增大截面腹板高度能显著提高多室式钢管混凝土T形试件的抗弯承载力;力分别作用在翼缘或腹板时其承载能力有一定的差异;试件的破坏形态以整体弯曲为主.采用有限元方法对多室式钢管混凝土T 形试件的弯矩-挠度曲线进行了全过程分析,与试验结果吻合较好.最后在参数分析的基础上提出了多室式钢管混凝土T形构件抗弯承载力的实用计算方法.
谐波热作用下墙体温度场的解析解
梁建国, 周莉, 杨牧
2012, 29(9): 193-199,214. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0902
摘要:
超长结构设计时应分析墙体温度场变化产生的温度应力,以控制温度作用墙体产生裂缝.针对谐波热作用下的单层墙,采取变量分离法求解第一类边界条件下的热传导微分方程,得到单层墙温度场的解析表达式.以此为基础,采用两层墙接触面处温度和热流相等的基本假设,推导了谐波热作用下第一类和第三类边界条件时多层墙温度场的解析解,为墙体温度应力分析和裂缝控制提供了理论基础.利用推导的墙体温度场计算公式,对外墙外保温墙体的温度场进行了分析和研究.
高温下混凝土SHPB动态力学性能试验研究
何远明, 霍静思, 陈柏生, 黄政宇
2012, 29(9): 200-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0910
摘要:
采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和高温炉进行了高温下普通混凝土的抗冲击性能试验研究,通过比较实测动态强度和应力-应变曲线,揭示了温度和应变率对高温下混凝土动态力学性能的影响规律.试验结果表明:除200℃~300℃范围外,高温下混凝土具有显著的应变率效应,且温度越高动态应变率效应越显著;温度和应变率对混凝土归一化应力-应变关系曲线上升段的形状影响很小,可采用统一的函数形式.200℃~300℃低温区混凝土不仅无明显动态效应,且存在静力强度衰减现象,此特性需引起注意并有待进一步研究.
固支三维弹性矩形厚板的精确解
田斌, 李锐, 陈凯
2012, 29(9): 209-214. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0917
摘要:
采用有限积分变换和状态空间理论相结合的方法推导出了固支三维弹性矩形厚板的精确解.在分析过程中摒弃以往薄板和中厚板理论中有关应力和位移函数的各种人为假定,完全从三维弹性力学基本方程出发,经过变量代换将关于应力和位移分量的六阶偏微分方程组化为2 个彼此独立的四阶、二阶矩阵微分方程,再利用有限积分变换的方法得到空间状态方程,并由Cayley-Hamilton定理求得应力和位移分量沿板厚度z 方向的传递矩阵,最后利用边界条件定解出待定常数,经过有限积分逆变换解得了固支三维厚板的精确解.通过计算实例验证了该文方法的正确性.
考虑粘结层滑移效应的组合梁弯曲
欧阳煜, 刘慧, 杨骁
2012, 29(9): 215-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0927
摘要:
针对粘结型组合梁,在粘结层仅沿轴向剪切变形的假定下,给出了组合梁大挠度弯曲的一般非线性控制方程,指出仅在一阶近似下,组合梁子梁的轴线挠度相等.其次,在Euler-Bernoulli 梁变形的条件下,通过线性化方法,由上述非线性控制方程得到以挠度和轴向位移为基本未知量的组合梁线性弯曲耦合控制方程,该耦合方程组可分别退化为经典组合梁和叠梁的控制方程.最后,分析了悬臂组合梁在端部集中力作用下的线性弯曲,得到了问题的解析解,给出了不同梁长下组合梁自由端挠度、粘结层滑移位移和剪切应力等随粘结层剪切模量和厚度的变化曲线,进行了参数分析,结果表明:粘结层厚度和剪切模量对组合梁挠度和粘结层滑移有较为显著的影响,而对粘结层剪力影响很小.
压缩载荷下闭合斜裂纹的分支裂纹渐近扩展分析
李强, 王伟, 韩现民
2012, 29(9): 223-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0932
摘要:
采用滑动裂纹模型并结合现有张开斜裂纹的I 型分支裂纹扩展特性的研究成果,研究了闭合斜裂纹的I型分支裂纹的渐近扩展特点,结果表明:1) 闭合斜裂纹的I 型分支裂纹路径的渐近线为平行于最大主应力的一条直线,并得出了渐近线方程;和张开斜裂纹的翼型裂纹不同,闭合斜裂纹的翼型裂纹路径的渐近线不一定过初始裂纹中心点,该渐近线位置与初始裂纹面的摩擦系数、初始裂纹长度及初始裂纹角有关;2) 闭合斜裂纹的I 型分支裂纹的扩展路径可以近似采用双曲线描述,并得出了描述I 型分支裂纹扩展路径的方程.采用ABAQUS 二次开发对闭合斜裂纹的分支裂纹的扩展过程进行了数值模拟,并采用数值模拟和现有试验相结合的方法验证了以上结论的正确性.
附加阻尼的悬挂式巨型钢框架支撑体系抗震性能研究
裴星洙, 王佩, 倪慧敏, 唐柏鉴
2012, 29(9): 230-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0937
摘要:
提出一种附加阻尼的悬挂式巨型钢框架支撑体系,并基于简化准则,将其格构式主体简化为梁、柱模型,利用SAP2000 软件讨论其模型合理性,而后利用静力弹塑性分析方法将梁、柱模型简化为质点系剪切模型,通过分析证实其质点系剪切模型的有效性.在此基础上,采用3 条人工地震波对设定的五种结构进行地震响应弹塑性时程分析,其结果表明:对于悬挂式结构,加强其主体结构约束后,子结构与主结构之间出现刚度差,其相对位移增大,而附加阻尼的悬挂式巨型钢框架支撑体系,在减小其主结构水平位移的同时,其粘性阻尼可有效的减小主子结构间的位移差,避免其差较大而产生的结构碰撞.该体系具有地震动输入能量小、塑性变形能小及阻尼耗能大等特点.且在罕遇地震作用下,损伤只集中于悬挂的子结构上,子结构充分发挥了保护主结构的作用,其较一般的悬挂体系具有良好的抗震性能.
索梁动力耦合对非线性拉索阻尼器减振效果的影响分析
梁栋, 陈顺伟, 孔丹丹, 赵欣
2012, 29(9): 237-244. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0003
摘要:
索梁耦合振动会影响斜拉桥动力性能,特别是对模态阻尼比会产生不利影响.为了解索梁耦合振动对附加非线性阻尼器后拉索模态阻尼比的影响,根据吸收能量等效的原则得到了工程常用非线性阻尼器的等效线性阻尼系数.建立了由索、梁和等效粘滞阻尼器组成的理论模型,采用复模态分析方法详细研究了主梁振动频率与拉索振动频率比对拉索附加非线性阻尼器减振效果的影响.结果表明:当主梁与拉索的频率比相近时,拉索阻尼器的减振效果会大幅降低.
活性粉末混凝土高温后冲击压缩特性研究
王立闻, 庞宝君, 盖秉政, 贾斌
2012, 29(9): 245-251. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0938
摘要:
利用分离式霍普金森压杆系统,分别对常温下、400℃、600℃及800℃高温过火后的RPC试样进行单轴冲击压缩实验.研究混杂纤维对高温过火后RPC材料抗冲击性能的影响规律.结果表明:常温下混杂纤维对RPC材料动态抗压强度和韧性均产生负混杂效应,但韧性指标降低幅度没有动态抗压强度明显.高温过火后,混杂纤维RPC 材料出现了塑性强化现象,动态抗压强度和韧性增加明显,抗冲击性能及材料完整性均优于单掺钢纤维RPC材料,出现正混杂效应.在研究范围内纤维最优体积掺量为:钢纤维2.0%、PVA 纤维0.1%.
考虑剪力滞后效应结合梁的长期性能计算
苗林, 陈德伟
2012, 29(9): 252-258. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0941
摘要:
目前结构施工仿真计算多采用平面杆系有限元模型,而桥面板剪力滞后效应会使平面杆系模型分析结果产生误差.该文考虑混凝土的长期性能,引入翘曲位移形状函数与强度函数,描述结合梁剪力滞后效应.利用最小势能原理,以整体竖向挠度和翘曲强度函数为未知函数,推导出结合梁微段平衡微分方程及边界条件方程,引入“附加弯矩”描述剪力滞后效应对结构变形的影响;可根据具体结构形式的边界条件,得到结合梁模型变形的解析解.通过算例验证了模型和解析解的正确性,并分析了结合梁剪力滞后效应的时效性.考虑承受均布荷载的固端梁,采用现行规范有效宽度计算的结果介于弹性与粘弹性结果之间.利用该文计算方法,可以减小剪力滞后效应对杆系模型计算结果带来的误差.
考虑扭矩影响的四边简支矩形板内力分析及配筋修正
祝文畏, 杨学林, 岳燕玲
2012, 29(9): 259-264. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0954
摘要:
混凝土四边简支矩形板一般是基于弹性薄板小挠度理论求出跨中弯矩布置板底钢筋,支座设置构造钢筋.该文基于弹性薄板小挠度理论,求解了板内扭矩分布.由分析可知,四边简支矩形板内具有复杂的扭矩分布,特别在角部部位其扭矩值将接近板的跨中正弯矩,由扭矩合成的主弯矩将使板角开裂.按照现行规范,仅在四边简支矩形板支座设置构造配筋是不合理的,无法满足抗扭需要,必须在角部配置受力钢筋.通过对比四边简支板与固支板沿对角线方向主弯矩的差异,指出边梁约束对板角混凝土开裂的缓解作用;该文揭示了目前混凝土简支楼板设计存在的不足,并对双向板、单向板合理设计提出了不同建议.
既有预应力空心板桥加宽设计的荷载横向分布计算方法
陈记豪, 赵顺波, 姚继涛
2012, 29(9): 265-271. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0001
摘要:
既有预应力空心板桥加宽时,一般将新旧空心板连接起来共同工作,荷载横向分布系数是该类型桥加宽设计的关键问题之一.该文根据铰接板法的基本假定,应用力法原理推导出了铰接板法的一般力法方程,可用于空心板截面、间距和材料属性等均不同的任意铰接空心板桥的荷载横向分布影响线计算.编制程序求解了荷载横向分布影响线、横向分布最不利位置和横向分布系数,对一座普通空心板桥和一座加宽空心板桥进行了计算分析.通过对比原规范与现行规范中相应汽车荷载,提出了旧桥加宽后各板最大横向分布系数允许值,以该值为标准校核各板横向分布系数计算值可以确定需要加固的空心板.通过对比各板横向分布系数值的变化,确定了需要增强横向联系的空心板.
冷弯薄壁型钢组合截面构件试验研究与数值模拟
彭雄, 杨娜, 孟庆桐
2012, 29(9): 272-277,293. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0002
摘要:
通过三根组合截面构件的静力、动力试验研究和有限元数值模拟,与对应的两根单肢构件对比,通过承载力、刚度、延性等基本参数,充分的反映出组合作用对构件性能的提高,并考虑了组合形式的影响。最后,对冷弯薄壁型钢组合截面构件的屈曲行为和破坏机理进行深入分析,总结出此类构件静力、动力破坏的特点和实质。研究得出:组合作用对构件静力性能提升明显;组合形式影响构件的屈曲形式;板件侧向支撑的失稳是构件破坏的原因,而滞回性能的退化则是由于塑性局部屈曲的过早发生。
爆炸作用下拱形结构反射系数计算方法研究
张宇, 范华林, 金丰年
2012, 29(9): 278-283. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0011
摘要:
为了计算爆炸荷载作用下地下拱形结构上的动荷载,引入了Costantino 荷载模型考虑拱结构拱曲率对介质-结构相互作用机理的影响,在单自由度体系位移模式的基础上利用虚功原理,求解爆炸荷载作用下拱形结构的反射系数,即作用到结构上的均布动荷载峰值与结构板块处自由场应力的均布峰值之比.讨论了拱曲率、结构刚度、介质参数对反射系数的影响.在此基础上,与规范中平顶结构的综合反射系数计算方法进行了比较,引入修正系数对公式进行修正,改进后的反射系数计算方法对于不同的结构形式具有更广泛的适用性.
基于风观测塔和风廓线雷达实测的强台风黑格比风剖面研究
李利孝, 肖仪清, 宋丽莉, 秦鹏
2012, 29(9): 284-293. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0012
摘要:
利用两座风观测塔和一台风廓线雷达对强台风黑格比的实测结果,研究了台风黑格比近地塔层和边界层风剖面特征.结果表明:在近地塔层风剖面,陆地来风时,最大风速高度高于70m,且指数律剖面指数α随着风速的增大而减小;海面来风时,最大风速高度约为50m,指数律剖面指数α随着风速的增大而增大.在边界层风剖面,台风黑格比前眼壁强风区梯度风高度为450m,后眼壁强风区为300m,外风场为200m.指数律和对数律剖面可以用来描述台风黑格比眼壁强风区300m 高度以下和外风场200m 高度以下的风剖面,但是风剖面参数不符合规范推荐值,D-H 模型参数不适合描述其风剖面,需进行修正.
基于离散点涡的双自由度涡激振动尾流振子模型研究
秦伟, 康庄, 宋儒鑫
2012, 29(9): 294-299,358. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.05.0264
摘要:
建立了一种新的预报双自由度圆柱涡激振动响应的尾流振子模型,提出了以近壁点涡强度为变量描述尾流振子方程.通过势流理论推导出了结构所受流体流向和横向水动力与点涡强度的量化关系,从而得到了结构振子和流体振子的耦合方程组.使用该模型对圆柱的双自由度涡激振动问题进行了数值计算,得到了结构流向和横向的响应振幅及频率的变化规律.通过与实验结果进行对比,表明模型预测的涡激共振区、锁定频率和“8”字形运动轨迹等结果与实验观测结果基本一致.
机械工程学科
半月板切除对多屈曲角位姿胫股关节接触性能的影响
黄荣瑛, 郭云飞, 徐强, 张高龙
2012, 29(9): 300-307. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.10.0731
摘要:
针对半月板损伤切除后胫股关节接触特性的变化,该文利用正常膝关节四个屈曲角度(0°/25°/60°/80°)下的MRI 图像数据,构建了正常/内侧半月板切除/外侧半月板切除/双侧半月板切除的胫股关节有限元模型,对各屈曲角度下的四种模型分别施加单一压载荷和压扭组合载荷进行有限元仿真,仿真结果表明:1) 对胫股关节的各个屈曲角位姿而言,单侧半月板损伤切除后,存留侧半月板所承担的轴向载荷及半月板表面的最大等效应力增加,其中外侧半月板切除较内侧半月板切除的增量大;2) 各屈曲角位姿下,半月板损伤切除后,胫骨/股骨软骨直接传递的轴向载荷增大,双侧半月板切除的增加量最大,单侧半月板切除对切除半月板侧的影响次之,对保留半月板一侧的影响最弱;此外,胫骨软骨上的最大等效应力以内侧/外侧/双侧切除的顺序依次增大;3) 胫股关节中外侧/双侧半月板损伤被切除后,25°和80°的屈曲角位姿下的外侧胫骨软骨上出现明显的应力集中.总之,对于各个屈曲角位姿的胫股关节,半月板损伤切除后,导致胫骨软骨/股骨软骨通过直接接触传递了更多的载荷,由此改变了软骨上的应力分布,使软骨上的最大等效应力值增加,从而引起了关节软骨退变及关节的其它综合病变.外侧半月板切除引起的胫股关节接触特性的变化比内侧半月板切除时更大,在半月板切除术中应加以重视.
复合材料正交加筋层合圆柱壳结构阶梯式挖补修理的参数化研究
李顶河, 赵鲁春, 徐建新, 卿光辉
2012, 29(9): 308-317. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0873
摘要:
利用三维参数化有限元分析模型,对复合材料正交加筋层合圆柱壳结构的阶梯式挖补修理进行了参数分析.主要考虑了载荷情况、阶梯数、铺层顺序以及补片铺层错误等修理参数对阶梯式挖补修理结构胶层剥离应力和剪切应力分布情况的影响规律,并利用绝对值的平均值和均方差来描述胶层剪切应力剥离应力的分布情况,以确定最优的阶梯式挖补修理参数.基于该文建立的三维有限元模型可以深入地了解复合材料正交加筋层合圆柱壳结构阶梯式挖补修理区域胶层应力分布的详细情况,而且参数化分析结论也可为复合材料正交加筋层合板圆柱壳结构的阶梯式挖补修理方案的设计和分析提供参考.
弹性边界条件下带有任意分布弹簧质量系统的梁自由振动的解析解
肖和业, 盛美萍, 赵芝梅
2012, 29(9): 318-323. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0911
摘要:
基于正弦展开方法,对弹性边界条件下带有任意分布弹簧质量系统的梁的振动微分方程进行了求解,获得了一种近似解析解.运用该方法分析了带有均匀分布弹簧质量系统的梁的自由振动,模态频率的计算结果与参考文献中的数值结果一致,验证了该文算法的正确性.以此为基础,进一步研究了弹簧质量系统五种不同的分布形式对梁归一化模态频率的影响,结合不带弹簧质量系统的梁的振型图可得:弹簧质量系统分布形式在梁某阶模态振型幅值最大处的分布范围越广、分布密度越大,对该阶模态频率影响越大.
复合材料单螺栓双剪搭接干涉配合疲劳强度评价
王芳林, 张昕, 马娟, 秦伟
2012, 29(9): 324-329. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0915
摘要:
该文采用有限元软件ANSYS,建立了复合材料单螺栓双剪搭接干涉配合的三维有限元模型,研究了当连接模型中施加了预紧力时,预紧力对干涉配合的影响.首先分析了无载荷作用下复合材料板在干涉配合孔边切向应力分布特点;之后比较了双剪搭接在10kN 和15kN 两种远程纵向载荷作用下,孔边切向应力的分布情况.结果表明:远程纵向循环载荷作用下,预紧力能有效均匀各板所受载荷,并可消除在无预紧力时中板上的局部应力集中点,而且适当增大预紧力能提高干涉配合连接的效率;此外研究显示双剪搭接连接在不同的载荷下,疲劳危险点也不同;最后研究了复合材料干涉配合连接时,各板的交叉区域孔边切向应力分布,因此得出各板在高低不同的载荷下疲劳危险点的分布.
直升机传动系统扭转振动的分析
许兆棠
2012, 29(9): 330-336. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0931
摘要:
为了获得直升机传动系统扭转振动的特性,对直升机传动系统的扭转振动进行了计算和分析.在简化传动系统结构的基础上,将直升机传动系统划分为若干个轴段和圆盘的子系统,根据振型叠加原理,得到了直升机传动系统扭转振动的解,分析了传动系统的扭转频响函数.结果表明:传动系统扭转频响函数幅值的峰值出现在低阶固有频率附近;不同频率激振源的部件引起传动系统同阶扭转共振时,发动机的转速不等,发动机到激振源部件的传动比大,发动机的转速高;在同阶扭转共振中,桨叶引起传动系统扭转共振时,发动机的转速最高.
非确定因素下汽车半主动悬架的智能控制
王威, 宋玉玲, 王体春, 崔立
2012, 29(9): 337-342. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0947
摘要:
以含磁流变阻尼器的1/4 车辆非线性半主动悬架模型为研究对象,在充分考虑该非线性系统未建模动态的基础上提出了具体的神经网络与滑模变结构控制相结合的智能控制策略,有效抑制了悬架系统的振动,使车辆行驶的平顺性与舒适性得以提高.应用神经网络的在线学习能力对非线性动力学模型的不确定部分及外界未知扰动进行了神经网络估计,确定了未知函数的上确界,构造了控制系统的滑模变量并且合理设计神经网络的自适应规律使状态变量快速接近原点.通过稳定性分析证明了此种控制方法是全局渐近收敛的,并且对未建模动态具有强鲁棒性.数值仿真结果验证了该种控制方法的有效性,得到了阻尼器两端控制电压的变化规律.
其他工程学科
航行体加速运动对空泡形态影响研究
邢彦江, 张嘉钟, 魏英杰, 王聪
2012, 29(9): 343-348. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0918
摘要:
基于均质平衡流理论,采用Mixture 多相流模型,通过设置来流速度边界条件随时间的变化,并考虑动坐标系流体体积力,在动量方程中加入源相,实现了超空泡航行体加速过程的数值模拟,得到了航行体加速运动,自然超空泡与通气超空泡形态变化规律.结果表明:航行体加速运动达到匀速状态速度相同的条件下,自然超空泡滞后时间随着加速度减小而减小;在加速度相同的条件下,空泡滞后时间随着速度的增大而减小;航行体加速运动引起通气超空泡形态连续脉动.
雷诺数对涡轮叶片换热影响的研究
王鹏, 邹正平, 刘斌, 叶建, 周志翔, 李维
2012, 29(9): 349-358. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0922
摘要:
雷诺数的改变会引起涡轮叶片边界层等流态的改变,进而对叶片表面的对流换热产生强烈影响.该文首先结合实验数据对影响流热耦合计算精度的若干因素的敏感性进行了分析;然后在此基础上,针对MarkⅡ叶型分析了雷诺数对涡轮叶片表面换热的影响.结果表明:流热耦合计算时相关参数的选择对模拟的精度有明显影响,该文针对MarkⅡ叶型得到的一套参数是合理的,相关结果与实验吻合良好;雷诺数的变化使得边界层等流动状态发生改变,从而导致涡轮叶片表面对流换热状态和温度分布产生明显的差异.
改性双基推进剂松弛模量的确定方法
孟红磊, 鞠玉涛, 周长省
2012, 29(9): 359-362,384. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0883
摘要:
传统的利用静态松弛试验确定松弛模量的方法存在一定的问题,该文针对这一问题,在Joonas Sorvari所做工作的基础上,提出一种改进方法,称之为改进型Sorvari 法,并阐述了利用该方法获取松弛模量参数具体过程.进行了改性双基推进剂的拉伸松弛试验,并利用提出的改进型Sorvari 法得到改性双基推进剂的松弛模量.利用获得的松弛模量建立线性粘弹性本构方程,并预测应力松弛过程,与应力松弛试验结果对比,结果表明:与传统方法和Joonas Sorvari 的方法相比,该文提出的方法具有较高的精确度,比较适合改性双基推进剂松弛模量的获取.
正畸临床状态下的牙周组织力学响应分析
魏志刚, 汤文成, 严斌, 杨宝宽
2012, 29(9): 363-368. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0887
摘要:
该文通过非线性有限元法研究在口腔正畸临床状态下的牙周组织力学响应.通过逆向工程方法将CT 扫描获得图像建立起牙颌的三维有限元模型,使用牙周膜非线性本构模型,获得了在相邻牙齿作用下的牙颌组织的力学响应.分析了不同情况下牙齿相互作用力对正畸过程中牙周组织响应的影响,研究对比了牙颌骨的变形对牙齿位移的影响,最后使用数字散斑实验对数值模拟的结果进行了分析和验证.结果表明:牙齿之间的相互作用使得实际作用到牙周组织上的力有较大的变化;分析牙周组织的应力响应应该考虑牙齿之间的相互作用力.
具有周期结构的血管支架有限元分析
李萍萍, 张若京
2012, 29(9): 369-374. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0889
摘要:
用于治疗血管狭窄的血管支架是一个具有周期微结构的圆管型结构.该文分析的是管型气囊扩张式的支架,在植入血管的过程中,支架随着气囊的受压膨胀而受到内压继而发生形式为均匀膨胀的弹塑性变形.该文自行设计了一种支架,并选择适当的周期微结构即代表性单胞作为数值仿真的模型,构造了相应的周期边界条件,对上述变形过程进行了有限元分析.最后通过后处理程序得到完整支架的分析结果.结果主要包含两个方面:一是对应力和变形的预测.这对血管支架的设计以及长期服役的效果分析是至关重要的;另一个结果是给出了内压与支架直径之间的关系曲线.可为医生的植入手术提供重要参考.分析采用ABAQUS/Explicit分析模块.因为只分析一个代表性单胞就可以代替对整个支架结构的分析,所以可大大节约计算成本.
高温接触热阻的有限元模拟方法
刘冬欢, 王飞, 曾凡文, 尚新春
2012, 29(9): 375-379. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0916
摘要:
基于多点接触理论建立了高温接触热阻的计算模型及其有限元格式,模型的基本尺寸取自表面粗糙度测量时的特征尺寸,该模型能有效模拟界面粗糙度、界面压力、界面温度和间隙填料热导率等参数对界面接触热阻的影响,同时也考虑了高温环境下材料热导率随温度变化的特点以及通过界面间隙的辐射换热效应。在此基础上,针对影响接触热阻的若干主要参数进行了研究。数值算例表明:该文所建立的有限元计算模型及其计算方法不仅能有效地模拟不同条件下高温接触热阻的变化规律,也为进行高温接触热阻研究提供了一种新途径。
基于CFD/CSD耦合的声气动弹性时域仿真
裴曦, 徐敏
2012, 29(9): 380-384. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2010.12.0939
摘要:
传统的声振环境,只考虑了给定声场环境下的结构响应分析,这个给定的声场孤立于结构本身,忽略了声场、结构、流体的耦合效应,因此声气动弹性耦合这种多力学场的研究具有重要意义.基于此,提出了一种基于CFD/CSD 耦合的声气动弹性数值仿真策略,相比传统的声振环境预示方法,该方法考虑了声载荷(脉动压力场)与结构的耦合关系.该文首先采用有限体积法离散Euler方程,对二维的NACA0012 翼型进行求解,来验证非定常气动力的准确性.然后通过CFD/CSD 耦合计算三维AGARD445.6 机翼的非定常气动力,在时域内推进结构运动方程,得到弹性响应的结构历程,记录每一时刻的气动载荷,并运用声气动弹性分析的思想对机翼表面的声压级进行计算,证实了声气动弹性分析方法的可行性.