留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2014年  第31卷  第12期

基本方法
一维Ritz有限元超收敛计算的EEP法简约格式的误差估计
袁驷, 邢沁妍
2014, 31(12): 1-3,16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.11.0973
摘要:
该文对一维问题Ritz有限元后处理超收敛计算的EEP(单元能量投影)法简约格式给出误差估计的数学证明,即对足够光滑问题的(>1)次单元的有限元解答,采用EEP法简约格式计算得到的单元内任一点位移和应力(导数)超收敛解均可以达到的收敛阶,即位移比常规有限元解的收敛阶至少高一阶,而应力则至少高二阶。
功能梯度曲梁弯曲问题的解析解
余莲英, 张亮亮, 尚兰歌, 孙振冬, 高恩来, 井文奇, 高阳
2014, 31(12): 4-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0585
摘要:
该文采用弹性力学逆解法,求得了功能梯度曲梁在端部受弯矩作用的解析解。假设弹性模量E=E0rn沿径向呈幂函数的梯度分布。根据弹性力学平面问题的基本方程,在极坐标系下,引入应力函数,得到了弯曲问题的解析解。进而将功能梯度曲梁问题进行扩展,求得了整环或厚壁圆筒以及向错问题的解析解。将所得到的解退化到均匀弹性情况,与经典的理论解一致。最后对梯度函数按幂函数变化的算例进行了分析,结果显示梯度因子n对应力及位移的分布产生了巨大的影响。该文所得到的结论可以作为功能梯度曲梁构件优化设计的理论基础。
冲击波作用下水下结构载荷计算方法
李上明
2014, 31(12): 11-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0168
摘要:
针对冲击波激励下水下结构与无限声学水域的流固耦合问题,建立了冲击波及无限水域作用在结构上的载荷计算方法。该方法采用场分离技术将水下结构载荷分解为冲击波压力及散射波压力,而散射波压力又分解成反射波压力和辐射波压力。基于比例边界有限元法,建立反射波压力计算方法,而辐射波压力由有限元商业软件的声固耦合技术确定。该文利用该方法在商业有限元软件中分析了一经典算例,分析结果表明该方法能有效模拟冲击波作用下水下结构载荷及其响应,避免了冲击波在无限流体中传播的有限元分析,降低了分析规模。
基于网格/无网格的三维超音速流场数值模拟
蔡晓伟, 谭俊杰, 王园丁, 任登凤
2014, 31(12): 17-22,39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0558
摘要:
该文针对绕三维复杂外形流动的数值模拟,提出了一套基于笛卡尔网格/无网格的混合算法。该算法采用计算效率高的笛卡尔网格覆盖全场,而在计算物体表面及周围邻近区域布置无网格离散点。通过对重叠区域的划分和信息传递,建立各计算区域之间的耦合关系,形成完整的计算系统。为验证混合算法数值模拟的适用性和准确性,该文对超音速圆球绕流进行了计算,将激波的位置、形状与理论分析结果进行了对比。并进一步采用该算法对Ma=2.5、0°~10°攻角下的B1AC2R标准导弹模型进行了计算,获得的气动力系数与实验值基本吻合,表明该文提出的方法可以进行实际工程应用。
可变杆系结构展开过程的数值模拟
蔡建国, 赵耀宗, 江超, 冯健
2014, 31(12): 23-31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0590
摘要:
可变结构的应用范围很广,如建筑和航空领域中的折叠帐篷、可展天线等。采用了以自然坐标描述的多体系统动力学的有限元方法,根据基于刚体假设的最小应变能原理与拉格朗日乘子法给出了多体系统运动学基本方程的建立方法,并结合Hamilton原理建立了约束多体系统动力学基本方程,并讨论了数值模拟的收敛准则。最后基于MATLAB软件平台编制了多体系统动力学的有限元分析程序,通过对平面双摆机构的数值模拟,表明需要考虑数值阻尼以保证数值稳定及精度。最后对一四连杆机构的运动过程进行了数值模拟,验证了该文方法适用于可变杆系结构展开过程分析的可行性。
基于离散元和有限差分耦合算法的崩塌体和结构碰撞预测分析
孙新坡, 何思明, 刘恩龙, 苏有文
2014, 31(12): 32-39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0894
摘要:
采用离散元和有限差分耦合计算方法,对龙洞子崩塌挡墙结构碰撞进行了预测分析。构建了3种崩塌挡墙结构模型,并进行了数值模拟。崩塌体由颗粒模拟,挡墙分别由刚性墙、颗粒、FLAC中的实体单元模拟。基于离散元和有限差分耦合算法的数值模拟,分析了不同模型的挡墙动力响应和变形。通过数值模拟结果的对比分析,选出了最优的结构模型和参数,为有效防御崩塌的防护结构设计提供理论依据。
土木工程学科
加热炉带壁板足尺钢结构抗震性能试验研究
施刚, 张海涛, 侯和涛, 蔡建光, 厉亚宁, 孙毅, 王海涛
2014, 31(12): 40-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0533
摘要:
进行足尺的石化加热炉带壁板钢结构试件在水平反复荷载作用下的试验研究,分析了此类结构的抗震性能。记录试验现象并作数据处理,系统分析了结构的破坏过程、破坏模式和耗能机理,研究了其滞回性能,得到了骨架曲线、刚度退化、延性和耗能能力等指标。试验结果表明,加热炉带壁板钢结构具有良好的延性和耗能性能;滞回曲线饱满呈梭形;钢框架和壁板协同工作良好;加劲肋的设置改善了壁板的受力性能,延缓了壁板的屈曲,提高了壁板的承载力及刚度;结构破坏模式为柱的局部屈曲、柱脚翼缘开裂,壁板发生加劲区格内的局部屈曲;底层梁柱连接部位形成塑性铰。该试验为此类结构的进一步研究及工程应用提供了依据。
腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架的抗震性能研究
宋良龙, 郭彤
2014, 31(12): 47-56. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.0425
摘要:
腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架是一种新型的抗震结构体系。为分析其抗震性能,对自定心框架的数值模拟方法进行了研究,并利用梁柱节点的低周反复加载试验数据对数值模型进行了验证。由此建立起一榀4跨6层自定心框架的数值模型,并分别对自定心框架和传统现浇节点框架进行了非线性的静力分析和动力时程分析。分析结果表明:在多遇地震作用下,自定心框架和传统现浇框架具有相当的抗震性能;在罕遇地震作用下,传统的现浇节点框架残余变形较大,而自定心框架具有良好的能量耗散能力、自定心能力和抗弯能力,综合的抗震性能优于传统现浇节点框架结构。
耗能型辅助墩抗震性能数值研究
孙利民, 魏俊, 刘建新, 王红伟
2014, 31(12): 57-67. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0521
摘要:
耗能型辅助墩可以有效地实现大跨度斜拉桥的地震损伤控制。刚度和强度是耗能型辅助墩的关键设计参数,因此,该文对安装剪切型连梁和屈曲约束支撑两种耗能构件的双柱墩进行理论分析,推导了耗能型辅助墩的刚度和强度的简化计算公式,能够快速准确地估算其弹性刚度和屈服强度。通过有限元模型,仿真分析了其滞回性能,可以准确地模拟耗能型辅助墩的非线性行为,为大跨度斜拉桥的整体弹塑性分析提供了可靠的依据。与试验结果对比,验证了简化公式和有限元模型的准确性。对比研究了安装耗能构件的双柱墩试件和拆除耗能构件的裸双柱墩试件的性能差异,结果表明耗能构件能够显著提高辅助墩的抗震能力。最后,对安装屈曲约束支撑的辅助墩抗震性能进行了参数分析。
短肢剪力墙对型钢混凝土异型节学性能的影响研究
王博, 白国良, 代慧娟, 朱佳宁, 李红星
2014, 31(12): 68-75,82. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0523
摘要:
针对火电厂型钢混凝土混合结构主厂房中典型异型节点的实际受力情况,完成了5个1/5缩尺比例的型钢混凝土异型节点低周反复加载试验,主要分析了沿柱高布置短肢剪力墙对型钢混凝土异型节点抗震性能的影响。研究结果表明:短肢剪力墙对型钢混凝土异型节点的裂缝开展具有较好的约束作用,设置短肢剪力墙后,型钢混凝土异型节点的滞回性能、耗能能力、承载能力、刚度特性与延性性能均有了较大的提高与改善,且配置横向短肢剪力墙的效果优于布置纵向短肢剪力墙。
波形钢腹板组合梁桥横向受力研究
贾慧娟, 戴航, 张建东
2014, 31(12): 76-82. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0530
摘要:
该文结合波形钢腹板箱梁的受力特性,考虑了波形钢腹板箱梁横向受力产生的周边不变形的约束扭转和畸变翘曲,对波形钢腹板组合梁桥横向受力进行研究,提出了波形钢腹板箱梁横向受力计算模型;并针对波形钢腹板箱梁实桥进行了试验研究和有限元计算,验证了横向受力计算模型的有效性。对比我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中混凝土箱梁桥横向设计要求,研究表明提高横向设计弯矩系数即可实现波形钢腹板箱梁桥的横向设计安全。
多点地震输入的反应谱法研究
苏亮, 邵寿磊
2014, 31(12): 83-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0559
摘要:
提出了一种计算多点输入下结构最大地震内力的新反应谱法(MRSM-AD)。不同于以往的多点输入反应谱法,这种方法不再将结构的绝对位移反应分解成拟静力和动力分量,而是直接利用基于结构绝对位移反应的动力方程进行反应谱理论的分析,简化了多点输入反应谱法中的组合规则,提高了结构计算分析的效率。比较了结构算例的时程法计算结果和MRSM-AD法的分析结果,验证了MRSM-AD法的正确性。
钢管混凝土拱空间高效双非线性有限元分析
邓继华, 邵旭东
2014, 31(12): 89-95,111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0565
摘要:
大跨度钢管混凝土空间桁架拱桥的复杂造型使得有限元分析极为特殊,对非线性分析方法的计算精度和效率提出更高要求。采用共旋坐标法,根据共旋坐标系下应变与消除刚体位移后的变形呈线性关系的特点,利用虚功原理无需迭代就能计算出该坐标系下完全粘结钢管混凝土梁单元考虑材料非线性的切线刚度矩阵,再基于场一致性原则导出结构坐标系下考虑几何与材料双重非线性的切线刚度矩阵,从而建立钢管混凝土拱空间高效非线性分析方法。编制了相应的程序,对钢管混凝土模型拱的面内与面外受力进行了计算分析,结果表明在计算精度和效率上是比较满意的。
非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究
梁爱婷, 王世斌, 李林安, 刘习军, 王志勇, 温旭明
2014, 31(12): 96-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0578
摘要:
该文基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,建立了桩-土非线性作用模型。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,从而充分考虑了土的极限抗力的深度效应。编制了桩-土非线性梁单元有限元程序,建立了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合模型。结合工程实例,分析了非线性桩-土相互作用的桥梁模型对车桥耦合响应的影响,并与墩底固结模型进行了对比。结果表明:在车桥耦合振动过程中,考虑非线性的桩-土相互作用,桥梁的横向位移幅值显著增大,竖向位移幅值增大,桥梁加速度幅值降低。此结果对处于软弱基础的高速铁路桥梁的分析和设计提供了参数和依据。
基于多项材料细观力学的混凝土干缩量预估
马宝玉, 兑关锁, 阳生有
2014, 31(12): 104-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0610
摘要:
混凝土的干缩特性一直是学术与工程界关注的问题之一。该文用细观力学方法对混凝土相对于水泥浆体的干缩率进行研究。假定混凝土为由骨料和水泥浆体组成的二相材料,根据混凝土收缩量与组成混凝土的各相介质收缩量之和相等的原则,分别用基于Eshebly等效夹杂理论的Mori-Tanaka方法和基于载荷叠加思想的细观力学方法推导了混凝土干缩量。结果表明:Mori-Tanaka法、自洽方法和经验公式得到的相对干缩量基本相同,能很好地反映混凝土的干缩特性。混凝土相对干缩随骨料体积分数的增加而下降,随水泥基质泊松比的增大而增加。相对干缩随骨料与水泥基质体积模量比的增大而减小,但是当其值大于5后的影响比较小。用该文的方法估算混凝土的干缩,物理意义明确且计算简单,可以减少实验的工作量,同时也为混凝土结构的设计提供一定的参考。
小剪跨比钢板-混凝土组合板抗剪性能的试验研究
吴丽丽, 邢瑞蛟, 马永君, 江斌, 李杨, 李彦颖
2014, 31(12): 112-118. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0613
摘要:
通过2块小剪跨比钢板-混凝土组合板试件在集中力作用下抗剪性能试验,对组合板抗剪性能进行了初步分析。试验中主要变化了钢板厚度,得到组合板的极限承载力、变形、受剪破坏形态以及裂缝的发展情况。试验结果表明:小剪跨比钢板-混凝土组合板试件中混凝土最终破坏以斜压破坏为主;通过栓钉的连接,钢板和混凝土协同工作性能良好;截面应变分布基本符合平截面假定。钢板通过栓钉与混凝土的组合效应,显著提高了混凝土的抗剪能力,同时也改善了构件整体延性,该试验的组合板中钢板承担的剪力占总剪力的50%左右。
用于钢框架连续性倒塌分析的梁柱栓焊节点模型研究
王伟, 严鹏, 李玲
2014, 31(12): 119-125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0615
摘要:
该文以冷成型方钢管柱-H形梁栓焊节点子结构连续性倒塌性能试验为基础,采用有限元软件ABAQUS对试验结果进行了精细化有限元模拟,较为准确的再现了中柱失效条件下包含梁下翼缘断裂在内的节点全过程受力性能;在此基础上基于组件法和反推法构建了可反映节点内力性态演化过程、断裂及裂后路径发展等非连续变形效应的节点简化模型,同时有效降低了计算成本;将该节点简化模型应用于某5层4跨钢框架结构的非线性动力连续性倒塌分析,计算结果表明竖向位移响应对于是否考虑节点断裂可能具有相当的敏感性,应在抗倒塌性能评估中予以足够的重视。
一种基于小变形协调方程的动不定体系精确求解方法
白光波, 董石麟
2014, 31(12): 126-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0622
摘要:
对于动不定体系,在荷载作用下往往会经历含有大变位的机构运动,最终到达一个满足受荷不可动判别准则的构型。该文在小变形假设的基础上提出了一种基于体系协调矩阵奇异值分解的动不定体系求解思路,通过在一个计算步内体系的初始构型和临时构型分别建立协调方程,求得相应的预测位移和补偿位移,从而获得每步的真实位移值,实现运动路径的跟踪。经过若干计算步到达受荷不可动的构型后,再进行静力计算,以得到体系的最终平衡状态。算例表明,采用该文的方法,可以在避免迭代的前提下快速、准确地求得体系的最终受力状态。
圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱试验研究
任庆新, 孙明海, 贾连光
2014, 31(12): 134-139,172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0634
摘要:
该文对12个圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱进行了轴压试验,探讨了锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压力学性能的影响,建议了圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压承载力计算式。结果表明:锥度、截面直径及是否内置钢管对圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱轴压性能影响显著;建议的极限承载力计算式计算结果与试验结果总体上吻合较好,可用来预测圆锥形中空钢管混凝土叠合短柱的截面抗压 强度。
古建筑木结构燕尾榫节点弯矩-转角关系理论分析
谢启芳, 杜彬, 张风亮, 郑培君, 许清风
2014, 31(12): 140-146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0751
摘要:
基于燕尾榫节点受力机理的分析,对燕尾榫节点的转动弯矩进行了理论分析,推导了燕尾榫节点弯矩-转角理论计算公式,并与试验结果进行了对比分析,理论分析结果与试验结果吻合较好;在计算公式的基础上,对燕尾榫节点转动弯矩的影响参数进行了分析,结果表明:在一定范围内,随着摩擦系数的增大,燕尾榫节点的转动弯矩和初始转动刚度也逐渐增大;当摩擦系数超过0.5时,节点的初始转动刚度增加幅度逐渐减小;榫头长度和榫头的“收乍”角度的增大均能够提高燕尾榫节点的转动弯矩以及初始转动刚度;榫头高度的增大能够一定程度地提高燕尾榫节点的转动弯矩,但对节点的初始转动刚度影响不大。所得结果可为古建筑木结构的受力分析提供依据。
基于并层单元的大体积混凝土水管冷却温度场热-流耦合精细计算
张超, 段寅, 刘杏红, 常晓林
2014, 31(12): 147-154. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0779
摘要:
热-流耦合精细算法能准确反映冷却水管附近温度梯度,从而精确计算大体积混凝土水管冷却温度场,然而该方法在有限元计算中存在前处理规模大、计算效率低的缺点;依据混凝土的热力学参数随龄期变化特性和混凝土水管冷却温度场分布规律,开发了一整套热-流耦合精细计算的前、后处理程序,在计算过程中依据龄期特性对混凝土单元不断进行并层处理,从而实现了大体积混凝土水管冷却温度场整体-局部一致模型的快速建立和高效精确数值模拟。数值计算算例表明该方法能在保证计算精度的同时,极大地降低有限元计算过程中的单元规模,有效地节约了计算时间,提高了计算效率,使得大体积混凝土温度场全过程精细数值仿真得以实现。
不同CMR的RC框架结构地震损失分析
羡丽娜, 何政
2014, 31(12): 155-163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0881
摘要:
为研究结构抗倒塌储备能力对减小结构地震损失的作用,提出基于结构抗倒塌能力储备系数(CMR)的钢筋混凝土框架结构地震损失分析方法。利用IDA方法,确定结构在连续地震强度下的易损性,根据结构的破坏概率及易损性曲线计算地震经济损失。将结构抗倒塌能力指标CMR与结构在给定地震强度下的经济损失相结合,建立基于CMR的地震损失模型。对脆性及延性结构的倒塌特性和地震损失进行了系统地对比分析。通过四个RC框架结构分析,结果表明:地震损失评估与结构的CMR具有密切关系。在给定地震强度作用下,结构地震损失随CMR的增大而减小;CMR较小的结构随地震强度的增大损失增加较快,而CMR较大的结构则随地震强度的增大损失增加相对较平缓。所提出基于结构CMR地震损失评估思想可以作为量化地震损失评估较有前景的改进方法。
基于K-means聚类的风压系数快速分区方法
李丹煜, 杨庆山, 田玉基
2014, 31(12): 164-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1115
摘要:
提出了一种基于K-means聚类的风压系数快速分区方法。K-means聚类要求事先给出聚类数目k值,在风压系数分区应用中存在局限性。采取两种措施进行改进:一是预先限制k值范围,实现所有k值下的快速聚类。二是采用有效性指标确定最佳k值。分别以平屋盖、鞍形屋盖的两种代表性来流工况为例,说明和验证了风压系数分区方法。结果表明:分区方法能很好地完成不同几何形状屋盖、不同来流工况、不同类型的风压系数分区。
自密实混凝土圆环约束收缩试验研究
王国杰
2014, 31(12): 173-180. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0833
摘要:
进行了密封与沿环外侧面干燥两种条件下的自密实混凝土圆环约束收缩试验,分别研究自密实混凝土试件在自生收缩单独作用下,以及在干燥与自生收缩共同作用下钢环应变随混凝土龄期的发展规律及开裂性能,并与普通混凝土进行比较。配合比参数包括粉煤灰掺量、粉煤灰和矿渣复掺掺量、水胶比。揭示了配合比参数在两种不同条件下对钢环应变和开裂龄期的影响规律,并提出以“标准化”的钢环应变曲线作为开裂趋势曲线,以开裂系数为0.95时的龄期为“名义开裂龄期”作为圆环试验中混凝土开裂指标的建议。研究结果还表明,同一配合比参数对干燥约束收缩与自生约束收缩的作用有可能一致,也有可能完全相反,因此有必要对两种收缩分别研究;该文提出的“开裂趋势曲线”和“名义开裂龄期”能综合混凝土开裂中“作用”和“抗力”两个方面的影响,从而对混凝土的开裂性能进行动态、定量、综合的评价。
机械工程学科
非公差间隙圆柱副机构动态响应分析
苏忠亭, 徐达, 郭伟, 张春林
2014, 31(12): 181-185,207. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.06.0399
摘要:
针对ADAMS软件中Hertz接触力模型在凸面与凹面机构碰撞中精度低的问题,提出了一种适合非公差间隙圆柱副机构接触力模型。将Goldsmish模型刚度系数与基于改进弹性基础接触模型求导而得的非线性刚度系数进行优化组合,建立了对非公差间隙更具适用性的法向接触力模型,同时引入LuGre摩擦力作为切向接触力模型来描述机构间的相互作用关系。应用ANSYS软件对法向接触力模型进行了数值验证,在此基础上以某火炮身管与摇架间隙为对象,基于建立的改进接触模型对身管与摇架机构进行了动力学仿真分析,仿真结果可准确反映非公差间隙对身管动态特性的影响,为研究摇架结构参数对火炮射击精度的影响提供了参考和依据,同时建立的接触力模型为其他非公差间隙圆柱副机构动力学分析提供了更准确的数学模型。
基于动力显式算法的热成形数值模拟预测
史栋勇, 胡平, 盈亮, 申国哲, 刘文权
2014, 31(12): 186-192. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0566
摘要:
考虑金属热处理相变动力学模型,建立了适用于高强度钢板热成形的热、力、相变多场耦合本构方程。基于大变形动力显式有限元算法及上述多场耦合本构方程,建立了热成形动力显式有限元方程。并将板料相变潜热释放引入到热成形温度场分析过程中。在自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King Mesh Analysis System)基础上开发了热成形动力显式分析模块,可用于预测热成形过程中零件的厚度变化、温度变化、微观组织各相的体积分数以及硬度分布。随后采用该模块对一款汽车B柱的热成形过程及最终力学性能进行数值模拟预测,并与试验结果进行对比,对比的一致性证明了所建立的多场耦合本构方程及KMAS热成形动力显式分析模块的正确性。
单根多楔带附件驱动系统中各带段横向振动固有频率计算方法的研究
上官文斌, 杨嘉威, 冯骁
2014, 31(12): 193-199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0568
摘要:
将单根多楔带附件驱动系统中相邻两轮之间的带段简化成纵向运动梁,推导了纵向运动带(梁)横向振动固有频率的计算方程。以一典型的三轮(主动轮、从动轮和张紧轮)-带附件驱动系统为例,分别运用轮-(梁)带耦合模型(将带简化为梁)和单根纵向运动梁(带)模型,计算分析了附件驱动系统中各带段的横向振动频率。结果表明,当带的弯曲刚度较小和带速较低时,可以利用单根纵向运动梁(带)模型计算得到带的横向振动固有频率。该文的计算方法和结论,为单根多楔带附件驱动系统中带横向振动固有频率的计算分析提供了分析模型和计算方法。
基于有限元法的模糊参数二维声场数值分析
陈宁, 于德介, 吕辉, 夏百战
2014, 31(12): 200-207. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0581
摘要:
为了分析不确定性二维声场,引入模糊集概念描述声场的物理参数、载荷和边界条件的不确定性,推导了分析模糊参数下二维声场问题的相关计算公式。在不同隶属度的截集下通过对模糊动刚度矩阵和模糊载荷矩阵进行泰勒展开,再用纽曼展开对模糊动刚度矩阵泰勒展开式的逆进行转化,采用摄动有限元法求解,最终得到模糊参数下的声压解集。以二维管道声场模型和某轿车二维声腔模型为研究对象分析了模糊参数下的声压响应,结果表明该文方法能有效分析模糊参数下的二维声场,具有重要的工程应用价值。
基于SVM回归柔性机构的动态可靠性研究
韩彦彬, 白广忱, 李晓颖, 白斌
2014, 31(12): 208-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0582
摘要:
在柔性机构(Flexibility Mechanism,FM)动态可靠性分析中,为了提高其计算精度和计算效率,通过融合蒙特卡洛和支持向量机回归理论,提出了一种新的SVM回归极值法(SVM Regression Extremum Method,SREM)。该方法借助ADAMS软件抽取FM动态响应极值的小样本,基于支持向量机回归理论建立FM动态响应极值的代理模型,使用此代理模型进行FM动态响应可靠性分析。最后,利用蒙特卡洛法、SVM回归极值法和另外两种方法对柔性曲柄摇杆机构的摇杆最大摆角可靠度进行分析。结果显示:在小样本情况下,SVM回归极值法的计算精度与MC相当,精度明显高于另外两种方法;SVM回归极值法的计算效率比MC大幅度提高,与另外两种方法计算效率相当。验证了在小样本情况下,SREM在FM动态可靠性分析中高效率和高精度。
对一盘式制动器高频尖叫及抑制的分析
管迪华, 杜永昌, 王霄锋, 李清
2014, 31(12): 217-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0819
摘要:
针对某制动器存在的13kHz高频尖叫、在制动片上安装了消声片及对摩擦片形状进行加槽和倒角后仍得不到抑制的问题,通过对其建模和应用该课题组研究确立的系统分析方法,包括复特征值分析、子结构模态构成分析、子结构模态参数灵敏度分析以及能量馈入分析方法等,进行了系统分析,找出了影响该阶高频尖叫的关键子结构的关键模态,指出了修改方向,通过优化设计方法给出了修改部件,并得到了模拟验证。
其他工程学科
非定常流动中塞式收敛扩张喷管的研究
王研艳, 翁春生
2014, 31(12): 223-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0542
摘要:
针对脉冲爆轰发动机的脉动流动特性设计加工了塞式收敛扩张喷管,并对其增推性能和增推机理进行了研究。研究结果表明,塞式收敛扩张喷管可以大幅增加推力,10Hz和15Hz时塞式收敛扩张喷管对发动机的推力增益分别为32.4%和29.52%;塞式收敛扩张喷管扩张段对爆轰室排出的高温高压气体有减压加速作用;塞式收敛扩张喷管塞式结构增加推力壁平台压力值和平台压力持续时间,从而增加发动机推力。
纳晶金属材料氢脆的微观力学模型
吴友义, 卞欢, 毛彩云, 王光绪, 周剑秋
2014, 31(12): 228-233. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0544
摘要:
针对纳晶金属材料的氢脆问题,该文提出一个新的理论模型。在该模型的理论框架内,认为堆积在距裂纹尖端最近晶界上的氢原子会阻止位错从裂纹尖端的发射,从而抑制裂纹的钝化,同时促进纳晶金属材料的脆性断裂。该文在有氢和无氢两种条件下,对纳晶镍的临界应力强度因子与晶粒尺寸之间的相互关系进行了对比。结果表明:由于氢原子的脆化作用,纳晶镍的临界应力强度因子下降30%之多,这种氢致纳晶金属材料脆化的现象随其晶粒尺寸的变小而愈加显著。
一种基于充气气囊的垂尾抖振抑制新方法研究
张庆, 叶正寅
2014, 31(12): 234-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0564
摘要:
通过数值模拟探索了一种运用充气气囊抑制双垂尾抖振的新方法。该文方法利用充气气囊可迅速充气变形的特点,在三角翼上翼面靠近顶点沿涡核的位置设置气囊。在小迎角下气囊不凸起,从而保证机翼前缘涡的强度以产生非线性涡升力;当大迎角抖振现象较严重时,迅速对气囊充气形成凸起,该凸起通过对前缘分离涡的强度和涡空间位置的影响,减弱涡破裂对双垂尾的非定常气动载荷激励,达到抑制抖振的目的。对某三角翼双垂尾布局模型的计算结果表明:气囊可以使前缘涡的涡核弯曲、扭转,减弱了前缘涡的强度,使前缘涡破裂点位置提前,在大迎角范围可将垂尾绕翼根的弯矩值显著减小,并且减小了垂尾表面压力脉动的幅度和对应的功率谱密度的峰值。因此,该文所探索的利用充气气囊抑制抖振的方法是一种简单可靠,并且值得进一步研究的技术途径。
复合材料后压力框开口增强方式的比较研究
王犇, 耿小亮, 钟安彪, 段苗苗, 黄剑贤, 梁恒亮
2014, 31(12): 241-248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0589
摘要:
为了研究机身后压力框开孔不同增强方式对于结构的影响,该文首先开展了缎纹碳纤维织物环氧复合材料在开孔不同增强形式下的双轴拉伸试验,依照试验条件,建立了有限元模型,探讨了增强方式的有效性和不同增强方式的差异。试验与模拟结果表明:双轴拉伸载荷作用下的十字形复合材料试件上各铺层的应变,以当前层的经向作为对称轴,对称分布;两种增强方式均能有效对开孔进行增强,分析孔边应变分布特征,并综合各铺层内的最大应变值和工艺因素等因素,发现复合材料增强效果较好;试验结果和模拟结果相符性良好,证明该文所采用的模拟方法能有效应用于全尺寸后压力框承载性能的分析评估。
基于整体分析的钢悬链线立管触地点动力响应分析
白兴兰, 段梦兰, 李强
2014, 31(12): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.12.1158
摘要:
在立管动力平衡系统的力学模型中考虑浮式平台的惯性作用和管-土相互作用,研究在不同参数激励下钢悬链线立管触地点动力响应。基于大挠度柔性索理论,分别采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁、弹性地基梁模拟立管的悬垂段和流线段,考虑触地点处的大曲率,建立了立管的三维有限元模型,利用Galerkin方法对运动方程离散为一组非线性二阶常微分方程,运用Newmark-β法求解离散方程。通过在立管的动力方程中引入δ函数来体现浮式平台对立管的惯性和水动力影响,将悬链线立管与浮式平台作为一个整体进行动力分析,以工程中实际使用的1800m水深的钢悬链线立管为例,通过对立管顶部进行谐波激励,分别就水动力系数、管内流体密度和海床土体刚度对立管特征点动力分析的影响进行分析,研究表明:水动力系数的改变对立管触地点的动力响应的影响较为显著,主要体现在弯矩和张力幅值的增加;管内流体密度不同,触地点位置不同,表明立管在输送不同液体或气体可能发生疲劳破坏的位置也不同;而海床土刚度对立管触地点区域的弯曲应力影响较大,对轴向应力则影响不大,其结果对SCR设计具有重要的指导意义。
<<工程力学>>期刊高引用率论文(2014年终)
2014, 31(12): 257-257.
摘要: