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2013年  第30卷  第3期

基本方法
半刚性连接钢框架二阶弹塑性稳定分析的QR法
李秀梅, 秦 荣
2013, 30(3): 1-7. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0644
摘要:
基于QR法研究半刚性连接钢框架的稳定性,采用梁两端附带零长度转动弹簧的通用半刚性连接梁单元,通过转动弹簧和Kishi-Chen三参数模型来模拟梁柱半刚性连接的非线性力学性能,考虑二阶效应的影响,采用塑性铰模型及修正的Newton-Raphson迭代法,建立了平面钢框架二阶弹塑性稳定分析的QR法计算格式和步骤,并设计了相应的C++源程序,最后通过典型算例分析了半刚性连接钢框架的稳定性能,表明了该算法的优越性。
轴压套管构件静力稳定的理论与试验研究
申 波, 马克俭, 邓长根
2013, 30(3): 8-16,23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0650
摘要:
针对轴压套管构件,理论研究了初弯曲内核与柔性套筒未接触、点接触、线接触、线接触屈曲后等变形过程,利用小挠度二阶平衡微分方程推导了内核及套筒挠度、弯矩、剪力、接触力等物理量的计算公式;进行了两类套管构件的试验研究。理论与试验的对比研究表明:1) 内核与套筒的刚度比小于0.005时,内核可以由低阶屈曲模态变形到高阶屈曲模态;内核与套筒的刚度比大于0.005时,内核将与套筒一起发生侧向失稳破坏;2) 套筒较刚、内核长细比较小、内核-套筒净间隙较大,不利于显著提高内核的轴压承载力;内核外伸套筒部位是薄弱部位,为避免该部位的局部屈曲,需要减小该部位的长度,并对其予以加强。
双股液体射流撞击雾化的SPH方法数值模拟
韩亚伟, 强洪夫, 刘 虎
2013, 30(3): 17-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0688
摘要:
双股液体射流撞击雾化过程存在复杂的界面运动,传统网格法很难处理。运用SPH方法对双股液体射流撞击雾化问题进行三维数值模拟;根据实际的双股液体射流撞击雾化过程提出了合理的简化模型;弱可压缩状态方程中参考压强采用了新的计算公式;利用有限差分与SPH一阶导数相结合的方法处理粘性项中的二阶导数;对人工应力提出了新的参数值选择方案。将数值仿真结果与文献实验结果进行对比,二者比较吻合,表明SPH方法很适合解决射流撞击雾化等复杂的界面运动问题。
圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析的新方法
瞿叶高, 华宏星, 孟 光, 谌 勇, 龙新华
2013, 30(3): 24-31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0690
摘要:
提出了一种区域分解法来分析不同边界条件下圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构的自由振动和强迫振动特性。首先将组合壳体的位移边界与固定边界分开,将其分解为圆柱壳、圆锥壳子结构;为能获取组合壳体的高阶振动特性,进一步将圆柱壳、圆锥壳子结构分解为自由的圆柱壳段和圆锥壳段。采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将各壳段分区界面上的位移和转角协调方程引入到组合壳体的势能泛函中,使组合壳体的振动分析问题,归结为在满足分区界面位移和转角协调条件下的无约束泛函变分问题。圆柱壳段和圆锥壳段位移变量的周向和轴向分量分别采用Fourier级数和Chebyshev多项式展开。算例表明:区域分解法计算出的不同边界条件下组合壳体自由振动和强迫振动结果与有限元软件ANSYS结果非常吻合;该方法具有高效率、高精度和收敛性好等优点。
偏心轴向荷载作用下薄壁箱梁的约束扭转翘曲应力研究
张元海, 林丽霞
2013, 30(3): 32-36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0719
摘要:
以薄壁箱梁的约束扭转分析理论为基础,将薄壁箱梁所受偏心轴向荷载作为一种外加双力矩荷载考虑,建立偏心轴向荷载作用下薄壁箱梁约束扭转的双力矩这一广义内力的计算公式。为了便于计算翘曲应力,进一步推导了扭转中心位置及主扇性坐标的实用计算公式。通过对一模型箱梁进行计算,并与按通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较,验证了该文方法和所推导公式的正确性。详细分析箱室高宽比以及悬臂板宽度变化对偏心轴向荷载作用下薄壁箱梁约束扭转翘曲应力的影响。研究结果表明:箱室高宽比及悬臂板宽度对悬臂板端部翘曲应力的影响最大,对腹板与上翼缘、下翼缘交接处翘曲应力的影响相对较小;在偏心轴向分布荷载作用下,悬臂箱梁固定端横截面上控制点处的翘曲应力可达到初等梁应力的12%,不容忽视。
二维联合概率密度函数构造方法及结构并联系统可靠度分析
李典庆, 吴帅兵, 周创兵, 方国光
2013, 30(3): 37-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0648
摘要:
该文目的在于研究二维联合概率密度函数构造方法对结构系统可靠度的影响规律。首先简要介绍了2种构造联合分布函数的近似方法:基于Pearson相关系数的近似方法P和基于Spearman相关系数的近似方法S。提出了基于直接积分方法的并联系统失效概率计算方法。算例结果表明2种近似方法计算的系统失效概率误差取决于系统失效概率的大小、功能函数的形式以及功能函数间相关程度。系统失效概率越小,近似方法计算的系统失效概率误差越大。当系统失效概率小于10?3量级时,近似方法计算的系统失效概率误差较大,工程应用中应该引起足够的重视。功能函数间负相关时近似方法的误差明显大于功能函数间正相关时的误差。此外,系统失效概率误差并不是随着功能函数间相关性的增加而单调增加。
一维有限单元法位移模式研究
唐义军, 罗建辉
2013, 30(3): 46-52,57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0629
摘要:
通过基于完整位移模式与基于常规位移模式伽辽金方程的比较,导出了伽辽金方程精确成立的条件。论证了位移模式与泡函数的相关性。提出了一次元与泡函数结合的单元方案。利用精确成立的条件,通过量级分析,保留泡函数主要的影响项,避免了求解泡函数的解析表达式。该文的结果达到了h4阶的收敛精度,与收敛精度为h2阶的常规一次元相比,计算量并没有本质上的增加。理论分析和数值计算表明,该文单元是一个比高次元性能优的单元。
均布载荷作用下简支圆板塑性极限载荷的解析解
章顺虎, 高彩茹, 李秀玲, 赵德文, 王国栋
2013, 30(3): 53-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0707
摘要:
该文建立了受均布载荷作用简支圆板运动许可应变场,并首次以EA(等面积)屈服准则进行了塑性极限分析,获得了极限载荷的解析解。该解为圆板半径a、圆板厚度h以及屈服强度的函数。与Tresca、TSS以及Mises解比较表明,Tresca屈服准则预测极限载荷的下限,TSS屈服准则预测极限载荷的上限,EA和Mises屈服准则预测的极限载荷恰居二者中间,且EA解几乎与Mises解重合。此外,该文还讨论了挠度与相对位置r/a之间的变化关系。
一种基于正交试验设计的土中爆炸数值模型确认方法
张 伟, 韩 旭, 刘 杰, 杨 刚
2013, 30(3): 58-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.08.0564
摘要:
提出了一种基于正交试验设计的土中爆炸数值模型确认方法。结合相应物理实验数据,该方法将数值模型确认问题转化为确定影响数值计算结果的各因素及其水平最佳搭配的优化问题。采用正交试验设计作为优化手段,达到了用较少的试验次数获得各因素及其水平最佳搭配的目的。通过极差分析,研究了在不同确认准则条件下,各因素及其水平对土中爆炸数值模拟结果的影响。计算结果表明:分别以最小计算耗时和最高计算精度为确认准则时,网格尺寸是影响数值结果的主要因素;以两者综合评估为确认准则时,计算方法是影响数值结果的主要因素。该文提出的这种方法为复杂数值模型确认问题的研究提供了新的思路。
基于有限质点法的结构碰撞行为分析
喻 莹, 罗尧治
2013, 30(3): 66-72,77. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0571
摘要:
有限质点法是以向量式力学为基础的结构分析方法,它将结构离散为质点群,并以结构质点的真实行为模拟为基本思想,研究表明该方法在结构强非线性和不连续行为分析中有明显的优势。该文将其拓展至结构的碰撞行为分析中,根据结构的离散模型提出了结构单元的接触侦测方法,建立了碰撞模型,推导了碰撞力的计算公式和质点内力的修正公式,并编制了基于有限质点法的结构碰撞行为分析程序。通过对两个算例的模拟和分析,验证了该方法进行结构接触碰撞行为分析的有效性。
粘弹正交各向异性空心圆柱体周向SH波
张小明, 王裕清, 禹建功
2013, 30(3): 78-81,119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0736
摘要:
基于Kelvin-Voight模型,推导了粘弹正交各向异性空心圆柱体周向SH波控制方程,得出了SH波特性受两个弹性常数与粘性系数的影响。通过第一类和第二类Bessel函数,求出频散方程。计算了四种不同径厚比下的相速度频散曲线和衰减曲线,分析了径厚比的变化对频散和衰减曲线的影响。为了与正交各向异性相比较,计算了粘弹各向同性空心圆柱体中周向SH波,并讨论了两个弹性常数和粘性系数对频散曲线和衰减曲线的影响。
土木工程学科
钢构件弯扭屈曲总势能方程的合理性分析
刘占科, 周绪红, 何子奇
2013, 30(3): 82-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0634
摘要:
为研究钢构件弯扭屈曲总势能方程的合理性,该文通过分析推导总势能方程的两个方法——应力法和应变法的基本过程,揭示了应变表达式和位移模式是影响总势能方程推导结果的两个关键因素,建立了这两个关键因素合理性的判定准则,并验证了准则的正确性。依据该文建立的准则,对两种典型位移模式和三种典型总势能方程进行了判定。结果表明:符拉索夫位移模式较Trahair位移模式更为合理,吕烈武等学者的总势能方程较 Bleich的总势能方程和Trahair的总势能方程更为合理。最后,建议了推导钢梁临界弯矩Mcr设计公式应采用的总势能方程。
基于小波变换的非平稳脉动风时变功率谱估计方法研究
周广东, 丁幼亮, 李爱群, 孙 鹏
2013, 30(3): 89-97. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0656
摘要:
为揭示非平稳随机脉动风的时频特性,基于小波变换原理推导了时变功率谱的时间、频率和幅值与小波变换系数的关系,建立了非平稳随机脉动风时变功率谱估计的小波函数加权和法,并采用模拟非平稳脉动风和实测台风过程对理论推导结果进行了验证。研究结果表明:非平稳随机过程在某一时刻的不同尺度小波变换系数是一个以此非平稳随机过程的调制函数与小波函数的乘积为调制函数的非平稳随机过程的傅里叶变换,非平稳随机过程的时变功率谱等于不同尺度和不同时移的小波函数模平方的加权和,小波函数加权和法计算的非平稳随机脉动风的时变功率谱与理论结果具有良好的一致性。小波函数加权和法可有效地估计非平稳随机脉动风的时变功率谱,估计的时变功率谱可为进一步理解强(台)风的随机脉动特性奠定基础。
高陡斜坡段桩柱式桥墩基础设计计算方法研究
赵明华, 尹平保, 张永杰, 杨明辉
2013, 30(3): 106-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0727
摘要:
与平地上的桥梁基桩相比,高陡斜坡段桩柱式桥墩基础的承载机理主要包括陡坡效应和嵌固深度效应。首先,根据极限平衡理论推导了高陡边坡剩余下滑力的计算公式;其次,通过对桩柱微元进行受力分析,得到了高陡斜坡段桩柱式桥墩基础内力与变形分析的挠曲变形微分方程及其幂级数解答;经过模型试验的对比分析,验证了该解答的合理性。在此基础上,通过对某工程实例的对比分析,探讨了桩径、嵌固深度以及边坡安全系数等对基桩设计与验算的影响,进而提出了高陡斜坡段桩柱式桥墩基础的设计计算方法,以期为桥梁基桩设计提供参 考。
爆炸荷载作用下承重柱的弹性动力响应分析
方 秦, 程国亮, 陈 力
2013, 30(3): 112-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.08.0544
摘要:
为了建立爆炸荷载作用下承重柱构件的弹性动力响应分析方法,进一步奠定研究承重柱非线性抗爆响应和破坏形态的理论基础,该文将承重柱简化为承受轴向荷载的约束梁构件,并基于经典Timoshenko梁理论,通过建立等效频率矩阵、等效荷载向量矩阵以及修正的等效质量矩阵,采用变量分离法联立方程求解,推导出承受恒定轴力的Timoshenko梁在任意横向爆炸荷载作用下的弹性动力响应的解析解;并以此弹性解析方法为基础,进一步分析讨论了爆炸荷载作用下,长细比、初始轴向应变、端部约束条件及荷载参数等因素对承重柱弹性动态响应的影响,研究结果对钢柱或钢筋混凝土柱(RC柱)的抗爆分析与设计有参考作用。
行波效应对深水连续刚构桥地震响应的影响
李忠献, 黄 信
2013, 30(3): 120-125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0735
摘要:
跨海或库区的大跨度桥梁在地震作用下不仅需要考虑水体与桥墩的动力相互作用,同时由于各桥墩间跨度较大应考虑地震输入的行波效应。该文采用辐射波浪理论求解桥墩地震动水压力,建立了考虑地震动输入空间效应的深水桥梁地震响应分析方法,并考虑行波效应对深水连续刚构桥进行地震响应分析。研究表明:动水压力增大了桥梁结构的地震响应,其影响程度随着输入地震波和墩梁约束条件的不同而有所差异;考虑行波效应时地震动水压力对桥梁结构动力响应的影响较一致激励而言有所差别,同时地震动水压力对桥梁地震响应的影响随着视波速的不同而变化。由此得出结论,为合理评价地震动水压力对深水长大桥梁动力响应的影响应考虑地震动输入的行波效应。
车辐式屋盖结构的一种索力识别方法的误差研究
田广宇, 郭彦林, 张博浩, 王 昆
2013, 30(3): 126-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.08.0528
摘要:
基于一种由静力位移测量值识别车辐式结构索力的方法,该文评估了位移测量误差对于索力识别结果的影响,用数值计算及理论推导得到了二者的关系。索力识别误差是位移测量误差的单调函数。在位移值远大于测量误差时,该函数接近线性,否则有明显的非线性。在误差幅值相同的情况下,选择不同的加载及测量方案,索力识别的精度是不同的:单位荷载产生的节点位移越大,索力识别结果的误差就越小。对多种加载-测量方案进行了比选,归纳了制定索力识别方案时应遵循的原则:加载方案应使结构的几何刚度发挥主要作用。对车辐式结构而言,在荷载总量一定的情况下,在半跨或1/4跨布置荷载能获得较好的索力识别结果。
型钢高强高性能混凝土梁抗弯性能试验研究
郑山锁, 陶清林, 胡 义, 李 磊
2013, 30(3): 140-145. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0740
摘要:
基于10榀型钢高强高性能混凝土简支梁的抗弯试验,观察了诸试件的破坏过程、裂缝开展模式及破坏形态,得到了型钢高强高性能混凝土梁的典型荷载-挠度曲线及混凝土、型钢沿截面高度的应变分布规律,分析了一般弯曲破坏和弯曲劈裂破坏模式下梁的破坏机理,揭示了影响梁抗弯性能的主要因素,探讨了混凝土强度等级、含钢率、翼缘宽度比(型钢翼缘宽度和梁截面宽度的比值)及剪切连接方式对梁抗弯性能的影响规律。研究将为型钢高强高性能混凝土梁相关计算理论的建立提供试验数据及理论依据。
河流穿越高压输气管道临界悬空长度的数值模拟研究
姚安林, 徐涛龙, 郑 健, 曾祥国, 陈华燕
2013, 30(3): 152-158. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0624
摘要:
高压输气管道穿越河流时的力学行为受诸多因素影响,河床边界条件的变化是重要影响因素之一。该文基于流体动力学和固体力学理论,利用有限元软件FLUENT和ANSYS对高速水流冲击下的悬空管道进行了模拟分析。在总结出河床变化时悬空管道最大应力、位移变化规律的基础上,得到不同水流速度作用下高压输气管道的临界悬空长度。并对“西气东输”一线和“川气东送”等管线工程进行实例分析,所得计算结果对高压输气管道的日常维护和制定抗洪抢险方案具有一定的参考价值。
钢索在火灾升温历程中瞬态张力的解析计算方法
杜 咏, 陆亚珍
2013, 30(3): 159-165. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0625
摘要:
该文根据常温下单索的基本平衡微分方程,建立了钢索在高温材性非线性衰减、非线性热应变以及几何形变耦合状态下的微分方程组;分别求解出受均布荷载和集中荷载作用的钢索,在均匀和非均匀温度场中其水平张力的非线性瞬时计算式,并提出了判断钢索高温极限承载力的力学计算方法;同时用解析计算方法验证了基于非线性有限元方法建立的单索热力耦合计算模型的精确性,为进一步研究索网结构的整体抗火性能奠定了理论 基础。
基于应变分解方法的钢筋混凝土开裂模型
唐国斌, 王统宁, 项贻强
2013, 30(3): 174-180. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0639
摘要:
为了克服传统弥散裂缝模型的不足,采用应变分解的方法,推导了钢筋混凝土单元的开裂模型;通过假定裂缝面法向和切向变形解耦,采用混凝土非线性断裂力学的基本理论分别构造裂缝面法向和切向的本构关系;对于混凝土单元中的钢筋,在开裂后不仅考虑其轴向刚度,同时采用弹性地基梁模型考虑其横向作用对开裂混凝土应力传递的影响;采用FORTRAN语言编制程序,通过与经典梁、板构件试验结果的比较,表明该模型的合理性和有效性;可用于钢筋混凝土结构非线性和极限承载力的分析。
新型卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)滞回性能试验研究
方有珍, 马 吉, 陆承铎, 曲延全, 申 林
2013, 30(3): 181-190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0640
摘要:
为进一步改善现行薄壁钢板组合截面PEC柱构件双向不等刚度和翼缘局部屈曲过于集中等力学性能缺陷,该文提出了采用翼缘钢板卷边的新型卷边钢板组合截面PEC柱类型。以拉结板条间距作为基本参数,对4个按新型卷边钢板组合截面强轴布置的足尺试件进行了恒定竖向荷载下的水平低周反复荷载试验,观察了试验过程中PEC柱卷边钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲和混凝土部分裂缝开展与压溃发展过程,得到了试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析了PEC柱的承载力、抗侧刚度、耗能与延性、变形模式与破坏模态等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有优越的变形与耗能能力;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲部位不断扩展和伴随混凝土大面积压溃。
一种非迭代式的分布式子结构混合试验方法
王 涛, 程 春
2013, 30(3): 198-205. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0655
摘要:
该文针对混合试验中的子结构试验积分算法进行研究,提出了一种基于模型的预测-修正算法(M-PC)。M-PC在预测时采用初始刚度求解动力方程以得到预测边界位移,与差分得到的预测位移相比,具有较高的精度和稳定性。M-PC是一种非迭代式的算法,对于子结构边界自由度较多的混合试验,该算法具有效率高的特点。该文首先介绍了M-PC积分算法的基本公式和进行子结构混合试验的具体步骤,然后通过编程实现了与OpenSEES和ABAQUS两种有限元软件的通用接口、电液伺服式加载装置的控制程序以及网络通讯功能,最后通过门式框架的子结构数值试验和物理试验对M-PC算法进行验证。结果表明:M-PC算法有效地预测静力边界位移,结构整体响应合理,正确地模拟了各子结构的非线性行为。
Q690钢管塔柔性法兰极限承载力试验研究及有限元分析
汪楚清, 郭咏华, 孙 清, 张 斌
2013, 30(3): 206-213. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0643
摘要:
该文研究了Q690高强钢管塔柔性法兰极限承载力。为考察这种法兰的受力性能、破坏模式及螺栓的应力分布,以1000kV钢管塔上的连接法兰为背景,进行了2个法兰足尺试件试验。同时,对试验模型进行了非线性有限元数值分析。试验与有限元分析结果表明:所设计的高强钢柔性法兰受力合理,满足工程应用;节点的薄弱部位位于主材与法兰板连接处;对于高强钢法兰螺栓受力修正系数可适当减小,建议 取0.62;同时建议考虑钢管壁厚对节点承载力的影响。
侧边加劲带缝钢板剪力墙滞回性能研究
陆金钰, 王恒华, 闫鲁南, 范圣刚
2013, 30(3): 214-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0657
摘要:
带缝钢板剪力墙延性好、耗能能力强,是一种性能优良的新型抗震组件。采用数值模拟对边缘加劲带缝钢板剪力墙的滞回性能进行研究,系统分析了各种特征参数对墙板刚度、承载力及耗能能力等的影响,并在此基础上提出设计建议。分析表明:实现屈曲前屈服是带缝钢板剪力墙兼具高延性和高耗能能力的必要条件;减小缝间墙肢宽度与墙板高度之比,或增大缝间墙肢高度与墙板高度之比,将有利于墙板实现屈曲前屈服;随开缝参数不同,墙板的面外变形形态分为两类;增大肋板刚度比可显著增大发生整体失稳墙板的延性;在保证自身局部屈曲不早于墙板整体屈曲发生的前提下,为方便取材,加劲肋应首选与墙板同厚的钢板。
钢筋混凝土构件在压、拉弯剪共同作用下的强度包络图研究
黄 靓, 徐紫鹏, 鲁懿虬, 尹 鹏
2013, 30(3): 224-232. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0661
摘要:
试验表明,钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪共同作用下,各种受力状态下的强度是相关的。为了反应构件在压弯剪和拉弯剪共同作用下各强度之间的相关性,该文以压(拉)弯相关性为基础,通过引入剪力项,推导出钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪复合受力下的强度相关性公式,公式同时能够分别体现各种两两受力状态的强度相关性,并且与试验数据拟合良好,能够较真实地反映构件的受力状态。同时,以强度相关性公式为基础,绘制出了压(拉)弯剪强度包络图,并以该强度相关性公式和包络图为基础制定钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪作用下的损伤标准,最终为结构抗倒塌研究中的构件抽离提供依据。
箱型吊杆的风致振动特性
刘慕广, 陈政清
2013, 30(3): 233-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0675
摘要:
该文通过风洞试验研究了箱型吊杆的风振特性,并进一步分析了紊流对吊杆气动性能的影响。箱型吊杆会发生涡振与驰振失稳,高宽比对涡振特性存在较显著影响,对改善驰振性能作用不大。紊流对箱型吊杆涡振起振风速及锁定区间有较大影响,但紊流的作用并不总是有利的。相应的数值模拟显示,紊流是通过改变结构的St数与涡脱力的大小来影响结构的涡振特性。
波浪从离岸防波堤上的反射和传递
朱大同
2013, 30(3): 239-243. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0676
摘要:
该文用Rayleigh展开和阻抗分析研究水波从离岸堤上的反射和传递,所得公式比现有计算公式简单,在正向或小的入射角作用下的反射和传递特征与现有结果吻合很好。在波长大于波栅常数时,结构厚度对绕射的影响显著,呈现出增强传递现象,迅衰波的作用变弱。相反情况,结构厚度的影响可忽略,迅衰波的作用明显。
拉索静力状态的高精度无迭代求解方法研究
陈太聪, 马海涛, 苏 成
2013, 30(3): 244-250. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0685
摘要:
拉索的静力状态由索形、索张力和无应力索长等多个参数共同表示。在结构分析和实际施工中,经常需要在已知索张力或无应力索长等部分参数时,完全确定拉索的静力状态。对比讨论了拉索静力计算的三种常用理论(悬链线索形理论、抛物线索形理论和Ernst简化理论),归纳总结了后两者相对于悬链线索形理论的近似前提。由基于悬链线理论的精确解出发,通过引入高阶近似,推导得到两种不同情况下的高精度的水平分力无迭代计算公式,继而直接确定拉索静力状态的所有参数。以珠江黄埔大桥斜拉桥工程为例,对比了不同方法的计算结果,验证了该文方法的优越性。
塑性铰区采用纤维增强混凝土剪力墙的变形性能研究
梁兴文, 郑 雨, 邓明科, 寇佳亮, 车佳玲
2013, 30(3): 256-262. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0720
摘要:
为了提高高强混凝土剪力墙的抗震性能,在其潜在塑性铰区采用纤维增强混凝土代替高强混凝土,设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,进行了拟静力试验。通过改变纤维增强混凝土区高度、轴压比、纵筋数量、箍筋配箍特征值和水平分布筋数量,研究这种剪力墙的抗震性能。结果表明:这种剪力墙试件的抗损伤能力明显改善;纤维增强混凝土区高度对其变形能力有明显影响;开裂荷载和开裂位移显著提高。根据试验结果,分析了这种剪力墙试件的开裂位移、屈服位移和极限位移,给出了考虑剪切、弯曲变形影响的开裂位移、屈服位移和极限位移的计算公式,公式的预测值与试验值吻合较好。
体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布试验研究
杜进生, 赵益鹏
2013, 30(3): 263-269. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0725
摘要:
进行了3根体外预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。试验表明,自加载至受拉区混凝土开裂前,连续梁处于弹性阶段,边支座、中支座反力、跨中截面和中支座截面弯矩的实测值与采用弹性理论计算值接近。受拉区混凝土开裂后至非预应力受拉钢筋屈服,边支座反力及跨中截面弯矩实测值开始向大于弹性理论计算值的方向偏离;而中支座反力及中支座截面弯矩实测值则向小于弹性理论计算值的方向偏离。当梁内受拉非预应力筋屈服后,边支座、中支座反力的实测值以及跨中截面弯矩和中支座截面弯矩实测值与弹性理论计算值的偏差进一步增大,这种偏差在试验梁破坏时达到最大。3根试验梁中支座截面弯矩重分布值分别为12.8%、16.9%及14.6%。试验实测值还与4个不同设计规范的弯矩重分布计算值进行了比较。结果表明:采用美国ACI 318-95规范及中国GB 50010-2010规范计算的中支座截面弯矩重分布值均小于试验实测值;除一根编号为B5的梁外,加拿大A23.3-M84规范的预测值与试验值最为接近;而英国BS8110规范则偏于不安全。实际设计中,可按中国规范公式来计算体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布,但必须合理确定体外预应力筋的极限应力。
基于有条件模拟方法的桥梁抗震分析
刘 靖, 龙佩恒, 蒋 蓉, 徐 俊
2013, 30(3): 282-288. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0652
摘要:
该文研究地震空间变异性对桥梁地震响应的影响。依据经过加速度幅值调整的EI-Centro地震波和空间相干模型,采用条件模拟算法-多变量线性预测(MLP)法合成继承选用记录物理特性的多点地震动,并通过大质量法将其施加到桥梁结构上。以一座高墩大跨曲线连续刚构桥为研究对象,分析比较地震动行波激励和完全空间变异性激励作用下的桥梁动力响应,研究结果表明:大跨度桥梁地震响应分析应考虑完全空间变异性的影响,有条件模拟技术可以应用于桥梁抗震分析。
内水压作用下粘弹性饱和土-隧洞衬砌相互作用
高华喜, 闻敏杰
2013, 30(3): 289-296. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0667
摘要:
混凝土衬砌既有粘弹性性质,又有渗透性。实际工程中内水压力值由衬砌和孔隙水共同承担,该文通过引入与孔隙流体体积分数有关的应力系数合理地分配了衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值。根据衬砌和土体界面处衬砌中流体速度和土体中流体速度相等以及应力和位移连续性条件建立了部分透水边界条件。将衬砌和土体分别视为多孔粘弹性材料和液固两相介质,采用饱和多孔介质理论和粘弹性理论,在频率域内给出了内水压力作用下粘弹性饱和土-衬砌相互作用时饱和粘弹性土位移、应力和孔压和衬砌的位移和应力解析表达式。进行了参数研究,表明:应力系数以及衬砌和土体相对渗透系数对系统动力响应影响很大。另外,应力系数合理地确定了边界衬砌和孔隙水分别承担的内水压力值。
腹板开洞钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究
王 鹏, 周东华, 王永慧, 陈 旭, 李龙起
2013, 30(3): 297-305. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.07.0472
摘要:
为研究腹板开洞组合梁在静载作用下的竖向抗剪性能,共进行了5根腹板开洞组合梁和1根对比组合梁在集中荷载作用下的实验。试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土板厚和配筋率。加载方式为单调静力加载,实验测量内容为竖向荷载、挠度、滑移、截面应变等。试验结果表明:腹板开洞显著地降低了组合梁的刚度和承载力,洞口区域截面纵向应变不再满足平截面假定。增加混凝土板厚能有效地提高组合梁的承载力,增加混凝土板的配筋率能有效地提高组合梁的变形能力。洞口上方混凝土翼板承担了大部分剪力,混凝土翼板对腹板开洞组合梁的竖向抗剪承载力有较大的贡献。研究为腹板开洞组合梁的应用提供了实验依据。
结构倒塌时楼板碰撞效应的简化评估方法
吴 波, 黄仕香
2013, 30(3): 306-314. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.08.0522
摘要:
针对上楼板、下楼板碰撞的两种极限状态 —— 完全塑性碰撞和完全刚性碰撞,开展了碰撞过程中动能转移量的理论分析,考察了上板、下板质量比对动能转移量的影响,同时进行了2种极限状态下动能转移量的数值计算;提出了结构倒塌时上板、下板碰撞效应的一种简化评估方法,具体包括2个步骤:1) 下板的非线性静力分析;2) 采用能量平衡原理估算上板的最大允许重力荷载。研究表明:上板、下板质量比等于1时,完全塑性碰撞后的总动能转移百分比和下板动能转移百分比分别为33.3%和16.7%;完全刚性碰撞后的下板动能转移百分比与碰撞前上板速度、碰撞后上板周边反弹速度等参数有关,上板、下板质量比等于1时下板动能转移百分比为44.4%~97.1%;采用通用软件ABAQUS计算得到的两种极限状态对应的下板动能转移百分比,总体上与理论分析结果较为接近。
考虑风向风速联合分布的输电塔线体系风振疲劳研究
张春涛, 李正良, 范文亮, 汪之松
2013, 30(3): 315-322. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.08.0525
摘要:
输电塔线体系属于风敏感结构体系,在结构设计和实际工作中风荷载均起控制作用。然而,在风荷载计算以及工程研究领域中对风向风速的处理至关重要,但因两者之间的相关性导致了建立联合分布模型的困难。为此,该文基于乘法定理以重庆市日极值风速为对象,建立了风速条件概率密度的混合模型,改善了单一概率分布模型的不足。与此同时,根据风向方位记录数据建立了风向角的概率密度函数模型,并结合风速条件概率密度的混合模型,给出了风向风速的离散-连续混合联合分布模型。然后,将风向风速联合分布模型与Miner线性疲劳累积损伤理论相结合,推导出了输电塔的风振疲劳计算方法。最后,采用此建议算法对特高压输电塔线结构体系进行了风振疲劳分析,有效地考虑了风向风速对输电塔体风振疲劳的影响,减少了计算量,提高了结构分析的计算效率。
受压和受弯板延性系数和面向抗震设计的钢截面分类
童根树, 付 波
2013, 30(3): 323-330. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.08.0537
摘要:
对不同边界条件的均匀受压和受弯矩形板进行了考虑几何和材料非线性、残余应力、初始几何缺陷的非线性分析,得到压力-压缩曲线和弯矩-曲率曲线,确定不同通用宽厚比下板件的延性系数,提出各类板件的延性系数计算公式。根据计算地震力的结构影响系数的大小,提出了面向抗震设计的钢构件截面分类的方法,利用结构延性与截面延性系数的关系和该文得到的截面延性系数的计算公式,以及结构影响系数中是否包含超强系数,分别给出了各类截面板件的宽厚比分界。
钢管再生混凝土长柱偏压性能研究
张向冈, 陈宗平, 王讲美, 薛建阳, 郑述芳, 李启良, 苏益声
2013, 30(3): 331-340. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0679
摘要:
对10个圆钢管再生混凝土和10个方钢管再生混凝土长柱进行偏压静力单调加载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比、偏心距3个变化参数,观察了试件受力的全过程和试件破坏形态,绘制出荷载-变形、荷载-应变等一系列重要关系曲线,给出了截面应变沿高度分布情况,并分析了变化参数对试件极限承载力的影响规律,采用国内外常用的8部相关规程计算两种截面形式试件的极限承载力。研究结果表明:钢管再生混凝土偏压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要为弹塑性失稳破坏;建议采用规程DL/T5085-1999和DBJ13-51-2003设计圆钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力,采用规程CECS159:2004、DBJ13-51-2003设计方钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力。
直接求解多维多点地震动方程的虚拟激励法
贾宏宇, 郑史雄
2013, 30(3): 341-346. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.11.0738
摘要:
为解决传统的虚拟激励法多维多点虚拟激励荷载输入繁琐及在通用有限元软件中实现困难的问题,通过在质量矩阵上“置大数”的方法快速实现地震动输入,更快捷地将一维多点激励扩展到多维多点虚拟激励,运用绝对位移直接求解运动方程。相比传统的多维多点虚拟激励法,不必将绝对位移分解为拟静力位移项和动力相对位移项,避免了求解静力影响矩阵的繁琐,能更高效的实现多自由度大跨结构多维多点虚拟激励荷载在通用有限元软件中的输入与分析,不需要编制专门的计算程序,使得虚拟激励法在理论上和工程中的应用得到进一步的 拓展。
索梁结构非线性振动有限元分析
吴庆雄, 王文平, 陈宝春
2013, 30(3): 347-354, 382. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0226
摘要:
为了更全面、精确地进行包括斜拉索参数振动在内的索梁结构非线性振动分析,该文采用索单元和去除自重的非线性动力计算方法,实现了能考虑参数振动的拉索非线性振动有限元方法;采用扩大Rayleigh阻尼矩阵,可以同时考虑主梁的阻尼和相对较小的拉索阻尼;将这些计算方法植入自编程序NL_Beam3D中以考虑斜拉索与主梁之间的相互作用。以1993年Fujino进行的索梁结构试验为算例,分析表明该方法能较正确地模拟索梁结构中副不稳定区域和主不稳定区域的拉索参数振动。
喷射混凝土早龄期徐变的试验研究及预测
谢 楠, 杨成永, 欧阳杰, 尹智宏, 郭军晓
2013, 30(3): 365-370. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0589
摘要:
为了掌握隧道初期支护喷射混凝土的早龄期徐变性能,以地铁和公路隧道最为常用的两种配合比的喷射混凝土为研究对象,模拟施工环境,对喷射混凝土的早龄期徐变性能进行试验研究,完成了不同龄期试件的强度、收缩和受压应变测试,分析了早龄期喷射混凝土徐变特点。将试验值与B3模型和GL2000模型预测值进行比较后,分析了造成试验值与模型预测值之间存在较大偏差的主要原因,有针对性的对GL2000模型的关键项进行了修正,提出了适合于早龄期喷射混凝土徐变度的预测模型。
机械工程学科
输入力矩受限情况下漂浮基空间机械臂的鲁棒自适应混合控制
谢立敏, 陈 力
2013, 30(3): 371-376. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0626
摘要:
讨论了在空间机械臂关节控制输入力矩幅值受限且系统存在不确定参数的复杂情况下,载体位置与姿态均不受控的漂浮基空间机械臂系统的智能控制问题。结合系统动量守恒关系进行系统运动学、动力学分析,并借助增广变量法,将获得的系统动力学方程表示为一组适当选择的(组合)惯性参数的线性函数。以此为基础,针对关节控制输入力矩受限且空间机械臂末端爪手所持载荷的参数不确定的情况,设计了一种鲁棒自适应混合控制方法。所提出的控制方法通过运用连续可导递增函数,有效地限制了关节控制输入力矩的幅值;且通过对不确定的系统参数进行鲁棒自适应调节,有效地克服了不确定性对控制精度的影响;更重要的是,无论不确定参数的估计值是否超出给定的误差范围,提出的控制方法都能保证系统的稳定,体现了控制系统的强鲁棒性。仿真运算结果证实了该方法的有效性。
起重机箱形伸缩臂的动力稳定性分析
陆念力, 刘士明, 孟丽霞
2013, 30(3): 377-382. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0710
摘要:
应用计及轴力效应的有限单元法对起重机箱形伸缩臂在轴向周期载荷作用下的动力稳定性即参数共振问题进行分析研究。运用Lagrange方程建立周期载荷作用下梁杆系统在小变形情况下参数振动方程,确定箱形伸缩臂结构动力不稳定边界的临界频率方程,并讨论阻尼对箱形伸缩臂动力稳定性的影响。分析结果表明:运用计及轴力效应的有限单元法求解动力稳定问题是非常精确和有效的;随着阻尼系数的逐渐增大,其动力不稳定区域逐渐减小,且对第二动力不稳定区域影响更加明显。
冲击钻进系统的亚谐振动与分岔
吕小红, 罗冠炜
2013, 30(3): 383-389. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0723
摘要:
建立了一类冲击钻进系统的力学模型,分析了两类周期碰撞运动的规律和转迁过程,给出了判定系统发生钻进运动的条件,并采用数值计算的方法分析了系统的动力学行为和系统参数对系统钻进效果的影响。塑性碰撞振动系统的部件在碰撞后呈现“同步”或“非同步”运动,导致该类系统的冲击映射具有分段不连续性;碰撞部件的擦碰接触导致系统的冲击映射具有擦边奇异性。塑性碰撞振动系统冲击映射的分段不连续性和擦边奇异性导致该类系统的周期碰撞运动发生非常规分岔。结果表明:Grazing分岔导致n??p运动直接转迁为复杂的长周期多冲击或无规则冲击运动;当激振频率? 在周期1?1运动的冲击速度峰值附近时,质块M1的瞬时冲击速度最大,系统的钻进效果最好。
远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型
汪 玉, 计 晨, 杜志鹏, 史少华
2013, 30(3): 390-394. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0586
摘要:
提出了一种远场水下爆炸作用下舰船设备冲击响应一体化动力学模型。该模型将动态设计分析方法(DDAM)与Taylor平板理论相结合,使得对舰船设备冲击响应分析更为高效。将船体外壳看做平板,将船体各层甲板和设备看做附加在平板上的多个质量,将水下爆炸冲击波看做指数衰减波,形成了一维分析模型。能够根据水下爆炸当量、爆距、舰艇吨位、总尺度、结构和设备质量与支撑刚度等参数预测舰船与设备的冲击响应。预测结果与舰船缩比模型水下爆炸试验结果进行了对比。从总体上看,船体冲击响应谱的趋势和量级一致。
其他工程学科
近海风力发电高塔波浪动力可靠度分析
徐亚洲, 李 杰
2013, 30(3): 395-401, 409. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0630
摘要:
采用基于广义概率密度演化方程的极值概率密度理论,该文研究了近海风力发电高塔在随机波浪作用下的动力可靠度问题。波场由基于拟层流风波生成机制的随机Fourier海浪谱及线性波浪理论模拟,确定性结构动力响应由有限元模型分析给出。结果表明:采用极值概率密度理论可以方便地计算出不同阈值水平下塔顶侧移的动力可靠度,采用经典的Poisson模型计算的动力可靠度随阈值水平的降低而误差增大。
三重介质油藏有限导流垂直裂缝井的流-固耦合模型
刘文超, 姚 军
2013, 30(3): 402-409. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0647
摘要:
考虑了三重介质油藏介质变形与垂直裂缝井闭合的影响,推广了Cinco-Ley H的有限导流垂直裂缝井的双线性渗流理论,将流体在垂直裂缝井与地层中形成的渗流划分为两个区域:三重介质油藏中的非线性流动区域和垂直裂缝井内的非线性流动区域;由此建立了三重介质油藏有限导流垂直裂缝井的流-固耦合模型。鉴于该模型的强非线性,采用稳定的有限差分格式求得其数值解,并将数值结果绘制成试井样板曲线。将数值结果与不考虑介质变形或垂直裂缝闭合的模型进行对比验证了该文模型研究的必要性。另外,还讨论了垂直裂缝井渗透率模量、窜流系数、基岩弹性储容比、井筒储集系数对无因次井底压力及压力导数的敏感性影响。
复合材料层合板低速冲击后压-压疲劳试验研究及寿命预报
朱炜垚, 许希武
2013, 30(3): 410-416,423. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0653
摘要:
进行了复合材料层合板低速冲击和冲击后压-压疲劳试验。在疲劳试验过程中详细测量了损伤扩展情况,获得了损伤扩展规律。将冲击损伤等效为一圆形开孔,应用含椭圆形夹杂的杂交应力单元分析含圆孔有限大板的应力分布,采用特征曲线和点应力判据相结合的方式并通过引入损伤扩展规律建立了含低速冲击损伤复合材料层板压-压疲劳寿命预测模型。通过与试验数据的对比,证明了该模型的有效性。同时,该模型还可预报在疲劳载荷下含冲击损伤层板的剩余压缩强度。
基于OpenFresco-LabVIEW-dSpace的混合试验系统研究
许国山, 郝 伟, 陈永盛, 吴 斌, 欧进萍
2013, 30(3): 417-423. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0658
摘要:
OpenFresco软件使很多通用有限元软件成功应用于混合实验中,大大提高了混合实验结果的精度。OpenFresco相当于接口软件,能够与多种实验控制相连建立混合实验系统。该文选用OpenSees做为有限元分析软件、LabVIEW作为实验控制目标、dSpace作为实验控制器建立了一套混合实验系统,并通过混合模拟和混合试验验证所建立混合试验系统的有效性和精度。研究结果表明:有限元软件OpenSees、接口程序OpenFresco、实验控制LabVIEW、控制器dSpace之间的通讯性能满足混合实验的要求,试验系统具有较好的稳定性和精度。
连续式风洞大开角扩散段流动控制数值模拟
丛成华, 廖达雄, 陈吉明, 李红喆
2013, 30(3): 424-430. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0668
摘要:
在连续式跨声速风洞中,大开角对抑制压缩机尾流扰动和提高换热器入口气流品质有重要作用,依靠设计经验和工程估算等传统风洞设计方法,无法对大开角扩散段流动控制进行有效设计。为增强大开角扩散段防分离能力,提高出口气流品质,降低损失,采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对使用阻尼网进行整流的不同设计方案进行了模拟,从结果可以看到,阻尼网布置位置和开孔率对大开角段内和出口的流动状态有很大影响,第一层阻尼网应位于分离点之前,开孔率介于0.6~0.66,第二层阻尼网布置位置应靠近出口,开孔率介于0.56~0.66之间;最后对大开角段内的流动机理和压力恢复效率进行了探讨。研究结果表明:数值模拟能够得出较为合理的参数匹配,有效提高流场指标。
双足机器人半被动行走固定点全局稳定性分析
张奇志, 周亚丽
2013, 30(3): 431-436. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0674
摘要:
研究半被动双足机器人行走过程固定点的全局稳定性问题。使用罗盘机器人模型,在脚与地面冲击前,采用沿着支撑腿方向的脉冲推力作为行走的动力源,采用庞加莱映射方法分析了半被动双足机器人行走的固定点及其稳定性。通过引入一个限位器使两腿间的夹角在脚与地面冲击时保持为常数。证明了半被动双足机器人行走过程固定点的存在性及其全局稳定性,并讨论了固定点存在的动力学附加条件。仿真结果表明:该文提出的采用脉冲推力作为行走的动力源、采用限位器使两腿间的夹角在脚与地面冲击时保持为常数的半被动机器人可以在水平面上稳定行走,并且固定点对干扰具有鲁棒性。
新型浮升一体化飞艇的总体性能和应用研究
李 峰, 叶正寅, 高 超
2013, 30(3): 437-444, 458. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0677
摘要:
开发具有高气动效率的浮升一体化飞艇对高空信息平台的发展具有重要的科学研究价值。基于NACA系列翼型的新型排翼式浮升一体化飞艇不仅具有相当可观的体积效率,而且还有较好的气动性能。为了综合考察排翼式浮升一体化飞艇的实用价值和经济收益,以更具有工程应用前景的平流层为设计平台,在一定的总设计载荷条件下,研究了排翼式布局的浮升特性,并对其总体性能和技术参数进行了详细的分析和评估。研究表明:在一定的速度范围内,排翼式浮升一体化飞艇具有优良的总体性能和实用价值。浮升一体化布局可以以更小的代价使飞艇的自重降低,有效载荷和单位生产率提高,因此在飞艇的的设计中不应一味追求阻力的最小化,而需要在低阻力与小尺寸之间进行权衡和折衷。
低张力缆索有限元模型及其应用
方子帆, 贺青松, 向兵飞, 肖华攀, 何孔德, 杜义贤
2013, 30(3): 445-450. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0689
摘要:
为准确计算缆索在低张力时的运动状态,该文考虑缆索低张力状态时的拉伸刚度、弯曲刚度和扭转刚度,建立了一种适用于低张力缆索的三维有限元模型。首先基于细长杆理论推导了缆索的动力学微分方程,接着以三次样条曲线为试函数,运用Galerkin加权残值法导出了单元刚度矩阵,最后对其进行组合建立了缆索的整体矩阵方程,并采用Matlab编写了求解程序。将其应用于实例中,所得结果与实验结果相一致。研究成果为拖曳缆、系泊缆、潜行器脐带缆等海洋缆索的运动分析与设计提供了理论依据。
基于CBOS有限元溃坝流数值模型
王大国, Tham Leslie George, 水庆象, 刘 霞
2013, 30(3): 451-458. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0705
摘要:
用基于特征线的算子分裂(CBOS)有限元法求解Naiver-Stokes方程:即在每一个时间层上,采用算子分裂法将N-S方程的对流项与扩散项分开求解,对流项离散采用特征线-Galerkin法,显式求解。流体自由表面跟踪采用浓度法,建立了新的水波模型。经过下游河床有水、无水溃坝模型的验证,表明该模型能精确模拟带自由表面流体运动问题。同时,研究了下游河床无水时溃坝模型自由水面运动特征;探讨了下游河床有水时溃坝模型中涌浪波形成原因、波浪翻卷形成过程,并分析了涌浪波与下游河床水体冲击接触瞬间,下游河床压力突然增大这一现象。
梯式轨枕轨道模态试验分析
金 浩, 刘维宁, 王文斌
2013, 30(3): 459-463. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0628
摘要:
梯式轨枕轨道已成为控制地铁列车振动的有效措施之一,但枕下减振垫板的铺设形式如何影响梯式轨枕轨道的动力性能尚没有展开系统研究。该文通过多输入多输出模态测试方法,分析了枕下减振垫板的三种铺设方式对梯式轨枕轨道动力特性的影响。分析得出:现有的枕下减振垫板铺设方式,具有最小的一阶自振频率33Hz。单侧铺设10块枕下减振垫板的梯式轨枕轨道,具有最大的一阶阻尼比4.2%。三种枕下减振垫板铺设方式,梯式轨枕轨道前6阶阻尼比都具有先减小后增大的规律,一阶振型都沿轨道中心线对称。单侧铺设5块和7块枕下减振垫板的梯式轨枕轨道,二阶振型都沿轨道中心线反对称,和单侧铺设10块枕下减振垫板的梯式轨枕轨道正相反。分析结果为梯式轨枕轨道的工程应用提供了参考。
初始均匀波列调制演化的实验研究
张 威, 马玉祥, 董国海, 赫岩丽
2013, 30(3): 464-469. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0664
摘要:
该文运用实验的方法对初始均匀波列在静水条件下的演变做出了详细的研究,分析了不同波陡情况下的均匀波列沿水槽的演变过程。实验结果表明由于不稳定波前的作用,初始均匀波列的群性逐渐增大,并且在相同传播范围内波长越小,波浪不稳定性表现得越明显,不稳定边频也增加的越快。通过小波变换的方法提取波列的瞬时频率来分析波浪的频率调制现象,分析结果表明:频率调制是从局部开始的,并且发生频率调制的时间段随着传播距离的增加而增加;另外实验中虽然没有有效频带下移发生,但是还发现了局部频带下移,这也说明频带下移是从局部开始的。
紧固件连接柔度的解析与试验研究
舒 怀, 李亚智, 刘向东, 李 彪
2013, 30(3): 470-475, 480. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0691
摘要:
紧固件柔度是机械连接结构设计分析中非常关心的连接特性参数。欧洲工程科学数据库(ESDU)中的98012分部基于弹性基础梁理论,提出计算紧固件连接单钉柔度的基本方程、控制微分方程及其通解形式。该文在此基础上,提出修正的基本方程和边界条件,可将ESDU方法推广应用于不同材料和不同板厚的单搭接和双搭接连接的柔度分析。作为对比,试验测定和计算了几组复合材料-金属单搭接单钉连接件的柔度值,并建立了连接件三维实体有限元模型。连接柔度计算表明,该文改进的ESDU算法的结果与实测结果和有限元分析结果吻合良好。通过计算探讨了板沉陷系数、板剪切刚度和钉头约束等几个参数对连接柔度预测的影响。
随机激励作用下悬浮隧道锚索的振动响应
孙胜男, 苏志彬
2013, 30(3): 476-480. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0234
摘要:
为了研究水下悬浮隧道锚索在随机激励作用下的响应,考虑锚索的垂度效应,建立水下悬浮隧道锚索非线性随机振动方程,采用蒙特卡罗数值模拟法对随机激励作用下锚索的振动响应进行研究。研究结果表明:在零均值高斯白噪声激励作用下锚索的位移和速度均方根响应经过一定时间后将趋于定值;随着激励荷载均方根的增大,锚索位移和速度均方根响应也随之增大;由于水体阻尼力的作用,锚索的位移和速度均方根响应比空气中的锚索大幅减小。