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2015年  第32卷  第3期

基本方法
含脱层纤维增强复合材料层合板在湿热环境下的屈曲分析
刘述伦, 薛江红, 王璠, 刘人怀
2015, 32(3): 1-8. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0870
摘要:
依据复合材料细观力学研究了含脱层的正交各向异性复合材料层合板的力学性能与温度和湿度的关系,在宏-细观力学模型框架下建立了考虑湿热效应的屈曲控制方程,利用空间上分离变量的方法求解了控制方程,得到满足连续性条件和边界条件的控制方程的解。通过含脱层的复合材料层合板的屈曲数值算例,综合讨论了几何参数、材料参数和湿热环境等多方面的参数变化对含脱层的正交对称铺设复合材料层合板的临界屈曲载荷的 影响。
带形介质内SH型导波对圆柱孔洞的动力分析
齐辉, 蔡立明, 潘向南, 张洋
2015, 32(3): 9-14,21. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0871
摘要:
弹性板壳的反平面运动中由缺陷引起的应力集中问题可以按照带形介质中圆柱孔洞对SH型导波的散射问题来分析。首先,构造带形介质中相容导波的形式,即其满足上、下边界应力自由条件。之后,由波函数展开法给出圆柱孔洞散射波的级数表示,根据累次镜像叠加的方法构造由上、下边界反射所形成的相容的散射导波。最后,给定入射导波,由圆柱孔洞边界应力自由的条件来定解波函数级数的系数。数值算例求解了特定导波对圆柱孔洞的散射,给出了圆柱孔洞边沿的动应力分布,讨论了导波阶数、频率以及孔洞位置的影响。
基于X-SBFEM的裂纹体非网格重剖分耦合模型研究
陈白斌, 李建波, 林皋
2015, 32(3): 15-21. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0888
摘要:
扩展有限元法利用了非网格重剖分技术,但需要基于裂尖解析解构造复杂的插值基函数,计算精度受网格疏密和插值基函数等因素影响。比例边界有限元法则在求解无限域和裂尖奇异性问题优势明显,两者衔接于有限元法理论内,可建立一种结合二者优势的断裂耦合数值模型。该文从虚功原理出发,利用位移协调与力平衡机制,提出了一种断裂计算的新方法X-SBFEM,达到了扩展有限元模拟裂纹主体、比例边界有限元模拟裂尖的目的。在数值算例中,通过边裂纹和混合型裂纹的应力强度因子计算,并与理论解对比,验证了该方法的准确性和有效性。
求解双材料界面裂纹应力强度因子的扩展有限元法
江守燕, 杜成斌, 顾冲时, 陈小翠
2015, 32(3): 22-27,40. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0901
摘要:
基于双材料界面裂纹尖端的基本解,构造扩展有限元法(eXtended Finite Element Methods, XFEM)裂尖单元结点的改进函数。有限元网格剖分不遵从材料界面,考虑3种类型的结点改进函数:弱不连续改进函数、Heaviside改进函数和裂尖改进函数,建立XFEM的位移模式,给出计算双材料界面裂纹应力强度因子(Stress Intensity Factors, SIFs)的相互作用积分方法。数值结果表明:XFEM无需遵从材料界面剖分网格,该文的方法能够准确评价双材料界面裂纹尖端的SIFs。
土木工程学科
钢筋混凝土矩形空心桥墩抗震性能
韩强, 周雨龙, 杜修力
2015, 32(3): 28-40. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1020
摘要:
针对钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩基于性能抗震设计所需要的性能量化参数和抗震性能问题,该文对高宽比、轴压比、纵向和横向配筋率不同的12个约束良好的RC矩形空心桥墩,开展了恒定轴力作用下的水平循环荷载试验研究,并把试验观测到的桥墩主要损伤状态与工程设计参数联系起来,以满足基于性能抗震设计所需要的量化指标。在此基础上,基于OpenSees软件平台,采用纤维模型对试件体桥墩的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。结果表明:使用累积概率曲线,可以较好地把混凝土开裂和剥落等主要损伤状态与混凝土压应变和纵向钢筋拉应变等工程极限状态联系起来,为基于性能的桥梁抗震设计提供量化指标。试件体桥墩的延性系数在3.71~8.29,等效粘滞阻尼比在0.19~0.31,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。该横向配筋构型的RC矩形空心桥墩,可以作为当前我国公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008)矩形空心截面横向配筋构型的一种补充。
考虑板件相关作用的H形截面压弯钢构件抗弯承载力
程欣, 陈以一
2015, 32(3): 41-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0910
摘要:
对H形截面钢构件绕强轴压弯的极限抗弯性能展开研究。基于经实验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件的单调压弯全过程的参数分析,并对破坏模式进行了机理分析。研究表明,翼缘与腹板存在明显的相关作用,而板件屈曲形式决定了极限状态的应力分布形式,因此计算极限承载力时应考虑板件相关作用。以极限状态的应力分布特点为基础,提出了考虑板件塑性阶段屈曲相关作用的有效塑性宽度法计算截面的极限抗弯承载力。经与实验及有限元极限承载力的比较,显示该方法能够准确预测H形截面压弯构件的极限承载力。
17层钢框架在北岭地震下的破坏预测
王萌, 石永久, 王元清
2015, 32(3): 50-56. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0760
摘要:
为进一步研究累积损伤退化对钢框架整体抗震性能的影响,并将考虑损伤退化的等效本构模型应用到实际工程之中,选取在1994年北岭地震中受到严重破坏的17层钢框架进行分析。分别建立等效本构模型以及集中塑性铰模型,通过输入实际地震波进行动力时程分析,对结构变形、破坏模式以及破坏位置进行预测,探讨考虑损伤和不考虑损伤的模型计算结构地震响应的差异。分析结果表明:等效本构模型能够较为准确地预测钢框架在强烈地震作用下的变形和破坏特征,与实际情况较为吻合,对传统模型进行改进,提高计算精度。由于构件和节点损伤,整体结构的实际变形会明显大于不考虑损伤模型的计算结果,如果不考虑此影响,可能会引起设计安全隐患。
混合结构PBL剪力键的荷载-滑移特征曲线研究
汪维安, 李乔, 赵灿晖, 庄卫林
2015, 32(3): 57-65,81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0701
摘要:
剪力键的荷载-滑移特征是混合结构简化有限元分析的基础。为研究混合结构PBL剪力键(Perfobond strip connectors)群的剪力传递,基于三批24组较大规模的PBL剪力键静载试验,借助于分布式光纤传感测试技术,深入分析了PBL剪力键的受力机理及影响其荷载-滑移的重要因素,提出了PBL剪力键极限承载力的计算公式;根据总体标准差的估算原理及回归分析,归纳出PBL剪力键弹性极限及承载能力极限状态下的荷载-滑移特征,得到了剪力键加载过程的荷载-滑移全曲线表达式。试验研究表明:设置穿孔钢筋的混合结构PBL剪力键具有较高的极限承载力和良好的延性性能,穿孔钢筋对PBL剪力键的荷载-滑移特征影响显著,开孔钢板与外围混凝土间的剪力-摩擦效应是PBL剪力键承载力构成的重要部分;PBL剪力键的弹性极限荷载对应于0.35倍的承载能力极限荷载,其屈服荷载约为极限承载力的0.695倍;荷载-滑移全曲线中弹性段可由直线表征,非线性段曲线服从对数分布。
解析型Winkler弹性地基梁单元构造
李潇, 王宏志, 李世萍, 傅向荣, 蒋秀根
2015, 32(3): 66-72. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0855
摘要:
该文采用Winkler弹性地基梁理论确定了弹性地基梁的挠度方程解析通解; 根据最小势能原理建立了解析型Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁的单元刚度及等效节点荷载; 得到了解析型弹性地基欧拉梁单元AWFB-E及铁摩辛柯梁单元AWFB-T。同时,论文还采用传统里兹法求得了相应的Winkler弹性地基欧拉梁及铁摩辛柯梁单元刚度矩阵,得到了里兹法弹性地基欧拉梁单元RWFB-E及铁摩辛柯梁单元RWFB-T。对该文构建的两类单元与一般梁-基体系有限元分析结果及理论解析解进行了对比。对比结果表明,传统里兹法由于其多项式形函数无法精确模拟弹性地基梁变形,因此其结果与理论解析解有误差,但随着单元数量增多其误差减小; 采用解析型单元进行计算时,无论单元数量多少,得到的均为“真实”解,说明解析试函数法求得的位移形函数比一般的多项式形函数精确,得到的弹性地基梁单元具备解析型、精确性的特点,可应用于解决实际工程问题。
型钢再生混凝土框架-空心砌块墙抗侧刚度试验研究
薛建阳, 雷思维, 高亮, 罗峥, 刘菲
2015, 32(3): 73-81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0765
摘要:
为研究型钢再生混凝土结构(SRRC)的抗侧力性能,进行了3榀不同填充程度的型钢再生混凝土框架-再生混凝土空心砌块墙体混合结构的低周反复荷载试验。通过测试试件在侧向力作用下的受力过程和破坏形态,研究型钢再生混凝土框架结构的受力机理和抗震性能,获得了再生混凝土空心砌块墙体对框架的承载力和抗侧刚度的影响;分析结构在不同受力阶段的承载力和刚度变化情况,以及结构在同级循环荷载作用下的刚度退化规律。结果表明:型钢再生混凝土框架-再生混凝土空心砌块填充墙结构具有较高的承载力和抗侧刚度,全高填充墙对型钢再生混凝土框架抗侧刚度的影响较大,结构初始刚度大,而刚度衰减快,半高填充墙在结构受力初期可提高结构承载力和刚度,而在受力后期具有与空框架相似的退化规律。
特高压支架-设备体系动力响应简化分析及参数研究
李黎, 汪国良, 胡亮, 李果
2015, 32(3): 82-89. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0797
摘要:
提出特高压支架-设备耦合体系动力分析的简化模型并据此针对体系动力特性及地震响应开展研究。首先分析支架-设备耦合体系的结构特点,提出考虑分布参数的体系2E-4D简化模型,推导了基于该模型的体系自振频率和地震响应计算公式。然后,针对2种典型电气设备,对比分析了6组不同支架-设备耦合体系数值仿真和简化模型分析所得计算结果,验证了简化模型的准确性。最后,利用简化模型考察了不同特征参数(如刚度比、高度比等)对体系动力特性及响应的影响,并得到支架对设备加速度动力放大系数的取值规律。研究结果对《电力设施抗震设计规范》中有关支架对电气设备动力响应影响相关规定的修订具有参考价值。
基于离散元的柱状节理岩体等效弹性模量尺寸效应研究
倪海江, 徐卫亚, 石安池, 徐建荣, 吉华
2015, 32(3): 90-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0849
摘要:
尺寸效应的研究在评估节理/裂隙岩体力学性质方面具有重要意义,通过离散元数值方法研究尺寸效应。引入Voronoi图模拟随机节理,以相对标准差为标准,衡量试验结果的稳定性和可靠度,进行了足够次数不同尺寸的单轴压缩数值试验。进而采用统计方法分析Eeq(等效弹性模量)和1/Eeq(等效柔量)的尺寸效应。研究表明:相对标准差值为5%对应的变形REV(representative elementary volume)尺寸约为4倍Voronoi多边形平均边长;样本Eeq的均值随着尺寸的增大显著降低,而样本1/Eeq的均值随尺寸变化很小。对结论的适用性进行了分析,实际工程中多采用样本Eeq的均值估算岩体的整体等效弹性模量,建议同时采用1/Eeq均值的倒数估算其下限。并将此方法应用于白鹤滩水电站节理岩体原位变形试验成果的分析。
锚贴钢板加固RC锈蚀梁承载力计算方法与试验研究
张建仁, 唐皇, 彭建新, 李炬
2015, 32(3): 97-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0862
摘要:
基于桁架理论模型,定量考虑锈蚀钢筋力学性能、加固钢板厚度、粘胶层粘结强度、保护层厚度对承载力的影响,建立了RC梁锈蚀锚贴加固后极限承载力的计算公式。通过对9片锚贴钢板加固锈蚀梁、3片锈蚀梁以及3片不锈蚀加固梁的试验研究,验证了理论模型的正确性。试验研究和公式计算表明在锈蚀率接近和保护层厚度相同的情况下,钢板厚度每提高1mm,承载力大小提高15kN~20kN,在锈蚀率大小不同的情况下,锈蚀率增加2%~3%,承载力降低大约10kN。
早龄期水泥混凝土拉伸徐变实测与模型
魏亚, 姚湘杰
2015, 32(3): 104-109. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0863
摘要:
该研究研发了混凝土早龄期拉伸徐变测量装置,并能够测量直接拉伸强度和拉伸弹性模量。对测得的拉伸徐变进行模拟,采用现存模型对数据进行验证,认为现存模型不能够精确预测混凝土早龄期拉伸徐变。根据实测拉伸徐变数据对现存模型进行修正,建立了更能代表实际工程情况、用于混凝土结构物应力计算的拉伸徐变模型,提供了可用于结构物应力计算的松弛模量。
二维堤坝管涌的数值模拟研究
胡亚元, 马攀
2015, 32(3): 110-118. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0872
摘要:
根据修正的SPV(Stavropoulou-Papanastasiou-Vardoulakis)管涌控制方程,采用Newton-Raphson求解法和传导矩阵调整法,对二维带自由面的均质土石坝坝体渗流侵蚀问题进行了有限元数值分析。数值分析表明:在具有渗流自由面的均质土石坝坝体中,溢出面和自由面附近区域的水力梯度较大,比其他区域更容易大于管涌临界水力梯度。管涌侵蚀区(孔隙率明显增大)和细颗粒最大浓度区首先出现在溢出面处,然后沿着渗流自由面附近区域向上游扩展,最终达到自由面附近的进水面,形成孔隙率明显增大的侵蚀贯通通道。管涌侵蚀增大堤坝的渗透系数,它对堤坝渗透速度的影响较大,但对孔压分布和自由面位置的影响较小。
室内爆炸超压荷载简化模型
丁阳, 陈晔, 师燕超
2015, 32(3): 119-125,133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0874
摘要:
美国UFC规范计算室内爆炸荷载时假设爆炸荷载在整个空间均匀分布,但由于壁面的限制作用,真实室内爆炸的压力场并不均匀。该文利用非线性显式动力分析程序AUTODYN的Remap技术对室内爆炸进行模拟,研究了壁面爆炸荷载的分布规律;依据壁面爆炸超压时程曲线特点及其峰值超压分布,对爆炸荷载作用区域进行划分,并提出了各区域爆炸荷载典型参数—峰值超压、冲击波作用时间、准静态峰值气体压力及吹降时间的计算式,建立了室内爆炸荷载简化模型,并进一步研究了爆源高度和房间尺寸对荷载简化模型的影响。结果表明:室内爆炸下壁面不同区域爆炸荷载的分布形式及计算方法不同,拟合得到了各区域爆炸荷载的简化计算式;爆源高度及房间尺寸对峰值超压影响较大,对冲击波冲量影响较小。
铰接板机构运动分析的简便协调方程
蒋旭东, 邓华
2015, 32(3): 126-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0898
摘要:
一些新型空间结构的施工分析模型可以简化为铰接板机构,如Pantadome。利用三角形形状稳定性特点,将三条边长变化为零来表征三角形板单元的刚体位移。进而基于杆单元的协调方程,建立了一个简便的顶点铰接三角形板单元的机构位移协调方程,且给出了1阶和2阶协调矩阵。将四边形板单元划分为2个三角形板单元,通过引入单元四顶点共面条件,推导出平面四边形板单元的协调矩阵。理论上,利用该思路可构建任意平面多边形板单元的协调矩阵。针对该简便协调方程,进一步给出了求解铰接板机构运动路径的计算策略。对1个顶升施工的Pantadome和1个顶推施工的双坡网架的成形过程进行了数值模拟,结果表明该方法对于此类铰接板机构的运动路径分析有很高的精度。
高层框架-剪力墙隔震结构地震响应研究
刘彦辉, 谭平, 周福霖, 杜永峰, 闫维明
2015, 32(3): 134-139,224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0905
摘要:
针对高层框架-剪力墙基础隔震结构,考虑框架与剪力墙之间的相互作用,建立了高层框架-剪力墙基础隔震结构的动力分析模型,剪力墙为分布参数体系,框架结构为集中参数体系,通过边界条件把隔震支座及框 架-剪力墙结构中框架部分对剪力墙的影响引入到分布参数体系,推导出高层框架-剪力基础隔震结构的频率方程及振型正交条件,进一步应用Hamilton原理,推导出隔震层隔震装置作用在各振型上的等效阻尼比,从而实现该体系运动方程的解耦,然后通过振型叠加法求解结构的地震响应。通过对一栋10层框架-剪力墙基础隔震结构进行动力特性及地震响应仿真分析,结果显示,建立的动力分析模型能较好的反映结构的动力特性,提出的高层框 架-剪力墙隔震结构动力求解新方法能方便的求解结构的动力响应,与有限元数值积分法基本一致,可以反映地震作用下框架与剪力墙相互作用的经历。
反复荷载下型钢混凝土异形柱空间角节点的破坏机理及损伤分析
王妮, 陈宗平, 陈宇良
2015, 32(3): 140-150. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0908
摘要:
为了研究反复荷载作用下型钢混凝土(SRC)异形柱空间角节点的破坏机理及其损伤演变过程,设计9个试件进行低周反复荷载试验,考虑了柱截面配钢形式、轴压比、加载角度和梁的形式4个变化参数。观察其裂缝发展形态,揭示其破坏机理,获取了荷载-应变滞回曲线、节点核心区剪切变形和梁截面平均曲率。基于能量守恒定律,分析了反复荷载下试件的损伤规律,并分析了各变化参数对其累积损伤的影响。研究结果表明:反复荷载作用下SRC异形柱空间角节点发生的是弯曲、剪切斜压破坏为主、扭转伴随粘结破坏为辅的破坏形态。破坏时节点核心区钢材大部分已屈服,并且型钢应变、核心区剪切角、梁截面平均曲率均随柱肢角度的增加而减小。破坏时试件的累积损伤指标介于0.69~0.84,槽钢桁架试件各级位移下的累积损伤最大;45°加载实腹配钢试件较30°加载实腹配钢试件损伤更加严重;与45°加载试件相比,0°加载试件各级位移下累积损伤程度最高增加30%;轴压比对试件的损伤影响不大;与带钢梁试件相比,带型钢混凝土梁试件累积损伤有较大程度的缓解。
轻钢龙骨玻化微珠保温砂浆墙体抗震性能试验研究
郁琦桐, 潘鹏, 苏宇坤
2015, 32(3): 151-157. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0909
摘要:
研究一种适用于村镇多层住宅的新型轻钢龙骨玻化微珠保温砂浆墙体。为研究此墙体的抗震性能,制作了3个缩尺比例为1∶1.25的试件。通过拟静力往复加载试验研究其破坏模式,根据试验获得的滞回曲线考察其承载力、延性、耗能能力及刚度退化等抗震性能。试验结果表明:墙体在层间位移角1/1000时仍保持弹性,在层间位移角1/100时承载力未出现明显下降;墙体的破坏模式表现为剪切破坏,但由于周边钢结构的约束效果仍然具有较好的延性和耗能能力。提出该墙体简化水平承载力计算公式,计算值与试验值的误差小于10%。
FRP布加固具有中心裂纹板条的断裂疲劳性能
欧阳煜, 卞海涛, 杨峥
2015, 32(3): 158-166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0913
摘要:
研究了FRP布加固具有中心穿透裂纹板条在两端拉伸载荷作用下的断裂和疲劳,得到了FRP布加固板条的界面剪应力,利用叠加原理和断裂力学的基本结果,推导了FRP加固板条裂纹尖端的应力强度因子解析表达式。在此基础上,分别给出了FRP加固具有中心穿透裂纹板条Paris和Elber模型的疲劳寿命预测公式,通过实例计算发现,循环荷载作用下FRP加固具有中心穿透裂纹板条的裂纹闭合效应非常显著,应采用Elber模型预测其疲劳寿命,而对于未加固的裂纹板条,应采用Paris模型预测其疲劳寿命。同时,参数分析表明:FRP布加固长度存在最优值,且FRP刚度对应力强度因子幅值影响显著,应力强度因子幅值随着FRP刚度的增加而减小,因此,其疲劳寿命延长。
基于贝叶斯理论的钢筋混凝土框架中节点抗剪强度计算
吴涛, 刘喜, 李大垣, 邢国华, 刘伯权
2015, 32(3): 167-174. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0916
摘要:
我国现行设计规范中钢筋混凝土框架中节点抗剪强度计算为半经验半理论计算公式,由于试验数据的有限性和钢筋混凝土材料的离散性,规范建议公式缺乏明确的理论模型。该文以贝叶斯动态信息更新思路,根据主观经验信息选定先验模型,将国内外已完成101组钢筋混凝土框架中节点试件的试验结果作为数据库,应用贝叶斯参数估计方法综合两类信息进行推断,建立了基于贝叶斯理论的多元线性钢筋混凝土中节点抗剪强度概率模型,进而采用贝叶斯后验模型参数剔除理论,剔除影响节点抗剪强度的次要因素,对概率模型进行动态更新,得到中节点抗剪强度简化模型,并将抗剪模型计算值与试验值和美国ACI 352R-02中钢筋混凝土节点抗剪强度的计算公式进行了对比。研究表明:贝叶斯方法继承了先验信息的完备性和大量试验数据的准确性,建议的中节点贝叶斯概率抗剪模型与试验值吻合良好,且较规范值能够更准确地预测钢筋混凝土中节点抗剪强度,可用于该类节点的抗剪强度计算。
氯盐环境下港珠澳工程混凝土耐久性质量控制
张秦铭, 李全旺, 李克非, 范志宏
2015, 32(3): 175-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1108
摘要:
氯离子扩散系数是氯盐环境下混凝土耐久性的主要指标,该文针对其建议了港珠澳工程混凝土耐久性的质量接收准则。首先给出了氯离子扩散系数设计指标和质量控制指标的不确定性对应关系,然后基于结构可靠性的基本原理,利用Fick第二定律模型,确定了不同环境作用、材料配比及保护层厚度下的氯离子扩散系数质量控制特征值,同时得出满足结构耐久性要求下限的氯离子扩散系数保证率为75%。最后考虑抽样方案中的使用者风险和生产者风险应平衡的原则,制定了港珠澳工程氯离子扩散系数的质量接收准则。
非线性阶段次弯矩及其演化规律试验研究
曾建宇, 苏小卒
2015, 32(3): 183-191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.03.0146
摘要:
采用基于割线刚度的等效线性化方法拓展了次弯矩概念,使其能够运用于非线性阶段。进行了4根无粘结预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。研究结果表明,运用等效线性化方法可以将连续梁非线性阶段的支座反力分解成为预应力等效荷载引起的以及外荷载引起的两个部分,从而分离出次弯矩和外荷载弯矩。非线性阶段,无粘结预应力连续梁的次弯矩随预应力筋拉力的增长而增长。次弯矩折减系数随中支座截面受压区相对高度的增大而增大。承载力极限状态,非线性次弯矩在数值上大于初始次弯矩。
双肢冷弯C型钢斜节点抗震性能研究
陈明, 李梦祺, 马晓飞, 孙芳芳
2015, 32(3): 192-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0588
摘要:
针对双肢冷弯C型钢背靠背加垫板的截面形式,选取常用的屋檐斜节点作为研究对象,采用试验与有限元相结合的方法分析了15个斜节点试件,发现该类节点具有良好的抗震性能和较高的极限承载能力,得到了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等因素对斜节点抗震性能的影响情况。斜节点可能发生梁C型钢弯曲屈曲和节点板弯扭屈曲两种破坏形态,而节点板厚度是影响斜节点破坏形态的主要因素。随着C型钢厚度及高度、螺栓间距的增大,斜节点极限弯矩承载力和初始刚度增大,C型钢高度影响程度最大。建议设计时节点板厚度的取值不小于6mm,螺栓间距在11d0~13d0。最后,分析了16个斜节点正交试件,通过数值分析得到了斜节点半刚性特征值与节点参数之间的设计表达式,可供设计时参考。
机械工程学科
风力机翼型动态失速气动特性仿真
刘雄, 梁湿, 陈严, 张石强, 陈淳
2015, 32(3): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.03.0165
摘要:
基于Beddoes-Leishman(B-L)半经验动态失速模型,从附着流、分离流和动态涡三个方面阐述了风力机翼型在动态失速情况下非定常气动力系数的计算方法。在此基础上根据风力机翼型工作时的实际特点对原B-L模型中分离流和动态涡气动力系数的计算进行了改进,并将模型扩充到适用于全范围攻角的动态失速计算。利用所编制的程序仿真了风力机翼型S809和NACA4415动态失速下的升力、阻力和力矩系数。计算结果与实验数据吻合良好。改进模型与原B-L模型计算结果的对比表明,改进后的模型提高了对非定常气动力系数计算的精确性和适用区间,能更好地预测动态失速气动力的变化。
基于傅里叶级数法的燃油喷嘴半脊模糊可靠性
黄振南, 靳伍银, 靳岚, 徒高桥
2015, 32(3): 212-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0851
摘要:
该研究运用傅里叶级数展开与半脊隶属度,计算航空发动机燃油喷嘴在模糊安全状态为模糊广义强度的模糊可靠性。这种方法可以提高获得精确解的可能性,同时降低了计算的复杂性。航空发动机燃油喷嘴引射器在正态分布热应力下,傅里叶级数法计算的模糊可靠性相对数值积分法更准确。验证了该方法的计算能力比数值积分法更强,多级数的方式提供更稳定的验算,并产生更低的误差率,因此适用于模糊可靠性分析。
其他工程学科
圆环形截面压电纤维复合材料有效电弹性性能研究
徐耀玲, 邱鹏凯
2015, 32(3): 217-224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0869
摘要:
研究含周期分布压电纤维的压电复合材料的有效电弹性性能。通过在材料代表性体积单元边界上施加位移和电势周期边界条件,利用有限元法求得了代表性体积单元内的电弹性场。由平均电弹性场和压电复合材料有效电弹性性能定义,预测了圆环形截面压电纤维复合材料的有效电弹性系数。通过算例,比较了相同压电材料体积分数下圆环形截面压电纤维复合材料与圆截面压电纤维复合材料有效电弹性性能的差异,讨论了圆环形截面压电纤维内部非压电填充物的力学性质对有效压电系数的影响。该文结论可为高灵敏度压电复合材料设计提供 参考。
船体结构极限海况下逐次崩溃行为研究
裴志勇, 张水林, 矢尾哲也
2015, 32(3): 225-232. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0879
摘要:
研究船体结构在极限海况下所遭受的载荷以及相应的结构逐次崩溃行为对于确保在航船舶的安全或是设计出合理安全可靠的船舶结构,具有重要的意义。在该文的研究中,首先用基于势流理论的三维奇点分布法进行作用于船体的载荷和船体运动的计算;将得到的随时间变化的载荷施加到整船结构模型上;然后运用MSC.Marc软件,考虑几何非线性和材料非线性,进行结构逐次崩溃分析,可得到结构的极限承载能力。在明确作用于船体的外力和结构的耐力以后,即可进行船体结构安全性评估;可通过加大崩溃区域的板厚或加强筋尺寸的方式来提高结构的承载能力,增加船体结构的安全度。
轴压作用下自由-自由运动梁振动特性研究
陈红永, 陈海波
2015, 32(3): 233-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0896
摘要:
针对轴向压力作用下的两端自由运动梁的振动问题,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制方程,通过解析法和微分求积法(DQM)求解了梁的振动特性,分析了轴向压力和运动效应以及轴向力导数和运动加速度对梁固有特性的影响,并对临界载荷、临界速度等的影响因素进行了比较研究。结果表明:轴向压力和运动效应都使得固有频率降低,压力和运动速度的特定组合会导致超临界现象和耦合模态颤振的出现;压力导数和加速度效应都会使得梁的基础频率产生不稳定性;梁的临界载荷随着运动速度增大而变小,临界速度随轴向压力增大而降低。
空气冲击波作用于柔性防爆墙的透射和绕射效应分析
年鑫哲, 张耀, 孙传怀, 王浩州, 严东晋
2015, 32(3): 241-248,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.09.0897
摘要:
为研究爆炸空气冲击波作用于柔性防爆墙后发生的透射和绕射现象及规律,采用数值模拟方法计算了防爆墙在5、10、15和20kg四种药量TNT炸药爆炸冲击波作用下墙后压力流场的变化,分析了墙后发生的透射和绕射现象,比较了压力波形的变化特点,得到了墙后压力场变化分布规律。计算结果表明,柔性墙背后的压力存在两个主要峰值,分别为透射压力峰值和绕射压力峰值。透射压力峰值由柔性墙体变形运动引起,并与墙体变形速率有关;绕射压力峰值由冲击波在墙顶绕射传播引起。透射压力与绕射压力的分布与变化规律不同,需区别对待分析。
浮式鲆鲽类网箱在波流场中动态响应的数值模拟
崔勇, 关长涛, 万荣, 黄滨, 李娇, 赵云鹏
2015, 32(3): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0917
摘要:
根据浮式鲆鲽类养殖网箱的结构特点,基于有限元方法对波流共同作用下网箱的运动受力进行数值模拟,并将数值模拟结果与水槽模型实验结果进行比较分析。结果显示:在3种工况条件下,计算机模拟值与实验值吻合较好,验证了程序及数学模型的可靠性。借助于计算机3D可视化技术,可对波流场中网箱结构的运动过程进行虚拟呈现。其中,当流速为26cm/s时,网箱底框架最大倾角可达9°;波浪作用下底框架最大倾角为12°。当波流联合作用时,底框架最大倾角与最大锚绳受力值均高于波浪或水流单独作用时。当水流入射方向与波浪成角度时,底框架最大倾角与锚绳受力随着夹角的增加而减小。今后将通过海上实测进一步对模拟结果进行验证,使数值模拟能够更加精确。