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2016年  第33卷  第1期

综述
再生混合混凝土及其组合构件的研究现状
吴波, 计明明, 赵新宇
2016, 33(1): 1-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.ST07
摘要:
大尺度废旧混凝土块体(特征尺寸约50 mm~400 mm)与新混凝土的混合物,称为再生混合混凝土。相比传统再生骨料混凝土,再生混合混凝土具有如下优势:1) 废旧混凝土的破碎能耗降低40%~60%;2) 水泥用量节省约30%。再生混合混凝土与型钢组合而成的构件,称为再生混合混凝土组合构件,包括梁、柱、板、墙以及相应的连接节点等不同构件形式。该文简要总结了笔者所在课题组近年来在再生混合混凝土及其组合构件方面的研究成果,对其施工工艺进行了初步探讨,指出了此类材料及构件进一步发展的方向。研究表明:1) 再生混合混凝土存在双尺寸效应,低强度废旧混凝土块体与高强度新混凝土混合可以大大拓展前者的应用范围;2) 再生混合混凝土组合构件的基本力学性能、抗震性能、耐火性能和徐变性能总体上与常规组合构件基本相当;3) 施工工艺的改进提升是再生混合混凝土大规模工程应用的关键。
基本方法
二维变分不等式问题的自适应有限元分析
袁驷, 刘泽洲, 邢沁妍
2016, 33(1): 11-17. doi: 10.6052/J.ISSN.1000-4750.2015.06.ST01
摘要:
有限元后处理超收敛计算的EEP(单元能量投影)法以及基于该法的自适应有限元分析已在一维变分不等式问题的求解中取得显著成功。以此为基础,该文对二维变分不等式问题成功地实现了自适应有限元分析。该文提出二维区域二分法和二维C 检验技术,有效地提升了松弛迭代的收敛速率,进而应用EEP 超收敛公式计算超收敛解答,用其检验误差并指导网格细分。该文给出的典型数值算例表明该文算法高效、稳定、精确,解答可逐点以最大模度量满足精度要求,堪称为数值精确解。
非均相流模型在绕回转体通气空化流动计算中的应用
王复峰, 王国玉, 尤天庆, 黄彪, 郭百森
2016, 33(1): 18-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0433
摘要:
结合水洞实验,研究了非均相流模型在通气空化流场计算中的应用。分别采用均相和非均相流模型对绕带空化器回转体的通气空化流场进行了数值计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:非均相流模型由于充分考虑到相间界面及其相互作用,较应用均相流模型,能够更准确地模拟绕带空化器回转体的通气空化流动的空泡形态和通气空化流场的非定常特性和空泡区域的速度分布,更好地捕捉到空化区域内反向射流运动的非定常过程。
一种非连续介质中热传导过程的数值模拟方法
李腊梅, 冯春
2016, 33(1): 25-31,46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0444
摘要:
传统热传导的分析基于连续模型,无法刻画热量在两个接触体之间的传递。该文提出了一种非连续介质中热传导过程的数值计算方法,并编制了相应的C++计算程序。该方法首先将计算域离散为一系列的块体,块体内部划分若干连续介质单元,块体边界设定为潜在接触界面,并利用半弹簧-半棱联合接触模型进行接触对的快速检索及标记。每个块体内部的热传导采用传统连续模型进行计算(该文采用有限体积法),每个接触界面采用点面接触型及棱棱接触型热传导模型进行描述。通过调整接触界面热传导系数中的刚度因子,可以实现接触界面对热传导过程不同的抵抗效应。数值算例表明,该文所述方法可以较为准确地模拟热量在非连续介质中的传递过程;接触界面上的刚度因子越大,界面对热传导过程的抵抗效应越小;当刚度因子大于100,界面抵抗效应基本消失,非连续介质的计算结果与连续介质的计算结果完全一致;此外,接触界面上的刚度因子仅影响热传导的瞬态过程,而不影响其稳态解。
模拟三维裂纹问题的自适应多尺度扩展有限元法
王振, 余天堂
2016, 33(1): 32-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0483
摘要:
为了在大型结构分析中考虑小裂纹或以小的代价提高裂纹附近求解精度,该文建立了分析三维裂纹问题的自适应多尺度扩展有限元法。基于恢复法评估三维扩展有限元后验误差,大于给定误差值的单元进行细化。所有尺度单元采用八结点六面体单元,采用六面体任意结点单元连接不同尺度单元。采用互作用积分法计算三维应力强度因子。三维I 型裂纹和I-II 复合型裂纹算例分析表明了该方法的正确性和有效性。
矩形断面抖振力展向相关性的试验研究
李少鹏, 李明水, 马存明
2016, 33(1): 39-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0458
摘要:
为了研究紊流作用下钝体的非定常气动力(抖振力),以矩形断面为例,通过测压试验研究不同紊流积分尺度下的非定常气动力的分布特性,并结合理论分析方法研究了现有导纳识别方法的缺陷,进而提出基于三维统计理论的两波数三维导纳初步识别方法。结果表明:对于矩形这类钝体断面,其在紊流下的抖振力特性与流线型箱梁(桥梁主梁)接近,即抖振力的相关性高于脉动风速的相关性,且与紊流积分尺度成正比。另外,理论分析结果与实测数据间存在较大的差异,进一步表明传统的二维导纳函数无法反映真实的非定常气动力展向分布情况,而两波数的三维导纳则可揭示展向不同尺度漩涡都对抖振力的贡献。
带任意附加质量的变截面弹性支承梁动力特性的解析解
闫维明, 石鲁宁, 何浩祥, 陈彦江
2016, 33(1): 47-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0459
摘要:
根据变截面梁桥的结构特点,建立了带任意附加质量的变截面弹性支承梁(桥)动力特性的简化计算模型。基于Bernoulli-Euler梁理论,对直接模态摄动法进行改进得到改进摄动方法(IPM)。在完全弹性支承梁的模态子空间内,IPM法将带任意附加质量的变截面弹性支承梁的变系数微分方程转化为线性代数方程组。IPM法适用于求解带任意附加质量的变截面弹性支承简支和连续梁(桥)的振动方程。算例分析表明:IPM法具有较高的计算精度和较快的收敛速度。根据变截面对称梁(桥)的振型对称性给出了对称梁(桥)动力特性的简便计算方法(SIPM)。SIPM法可以减少未知系数和未知数约50%,计算精度与IPM法接近,计算效率更高。最后,研究了附加质量和弹性支承对三跨变截面连续梁桥动力特性的影响规律。
基于向量IM的钢筋混凝土桥墩地震易损性分析
李宁, 李杨, 李忠献
2016, 33(1): 58-63,71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1049
摘要:
该文基于向量形式的地震动强度度量参数(Intensity Measure, IM),建立了一种预测钢筋混凝土(RC)桥墩损伤水平的地震易损性分析方法。以某城市桥梁为研究对象,考虑桥梁结构本身的不确定性以及地震动的不确定性,采用基于向量IM 的易损性曲面对RC 桥墩进行了地震易损性分析,对不同损伤状态下RC 桥墩的易损性进行了研究。研究表明:由于地震荷载的复杂性,在进行RC 桥墩地震易损性分析时,标量IM 往往会忽略地震动的其他重要特性。向量IM 因其包含了更多的地震动信息,能够显著地降低对于RC 桥墩损伤水平预测的离散性,因而具有重要的研究价值。与传统标量IM 形成的易损性曲线相比,该文提出的基于向量IM 的易损性曲面可以有效地反映第二个地震动强度度量参数引起的RC 桥墩易损性失效概率的变化。因此,采用向量IM 进行RC 桥墩的地震易损性分析能够更加准确地对RC 桥墩的抗震性能做出评估。
圆角处理的断面宽厚比为2:1的二维矩形柱体气动力系数的雷诺数效应研究
王新荣, 顾明, 全涌
2016, 33(1): 64-71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0321
摘要:
在低湍流度的均匀流场中,测量了4 种圆角率(R/D = 0%、5%、10%和15%)的断面宽厚比为2:1 的二维矩形柱体模型在雷诺数1.1×105≤Re≤6.8×105范围内的表面风压时程,通过对模型表面风压时程积分的方法获得了模型的气动力系数时程,分析了四个模型的气动力系数的雷诺数效应以及雷诺数对各模型的气动力系数功率谱的影响。结果表明,随着圆角率的增大,模型的平均阻力系数减小,且平均阻力系数对雷诺数越来越敏感。所有模型的均方根阻力系数和均方根升力系数都呈现明显的雷诺数效应,且模型的圆角率越大,其均方根阻力系数和均方根升力系数对雷诺数越敏感。圆角率为0%和5%模型的脉动阻力系数功率谱和脉动升力系数功率谱基本不随雷诺数而改变,但圆角率为10%和15%模型的脉动阻力系数功率谱和脉动升力系数功率谱呈现明显的雷诺数效应。此外,圆角率对断面宽厚比为2:1 的二维矩形断面模型的Strouhal 数也有明显的影响。
土木工程学科
基于开源计算程序的特大跨斜拉桥地震灾变及倒塌分析
林楷奇, 解琳琳, 陆新征, 卢啸
2016, 33(1): 72-80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0541
摘要:
现阶段大跨桥梁弹塑性分析多基于商用有限元软件,一定程度上的限制了相关研究的深入开展。该文基于开源有限元程序OpenSees,以我国拟建的琼州海峡大桥斜拉桥设计方案为例,采用分层壳单元模拟桥墩(桥面板),桁架单元模拟预应力斜拉索,建立了主跨1500 m 的特大跨斜拉桥有限元模型,实现了其地震灾变及倒塌全过程的模拟,并通过与商用有限元软件MSC.Marc 计算结果的比较,验证了该文开发的计算单元和模型的可行性与正确性。其研究成果可为进一步开展基于开源有限元程序的特大跨斜拉桥抗震研究提供参考。
六边形孔蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪性能分析
贾连光, 杜明坎, 回锋, 许峰
2016, 33(1): 81-87,132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0520
摘要:
该文对不同参数下的正六边形孔蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪性能进行了试验与有限元分析研究。以试验研究为基础,基于有限元软件ABAQUS 建立非线性有限元模型,对不同开孔率、不同翼缘宽度和厚度的蜂窝梁和蜂窝组合梁进行分析比较,发现蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪承载力大小与翼缘厚度、开孔率和连接程度均有关。结果表明:蜂窝梁翼缘厚度变化对其抗剪承载力影响较大,而蜂窝组合梁中翼缘厚度的变化对其抗剪性能影响相对较小;混凝土板提高了蜂窝梁的抗剪极限承载能力;最后,给出蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪计算公式。
幕墙铝合金立柱抗风性能试验与分析
惠存, 王元清, 王斌, 陶伟
2016, 33(1): 88-94. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0535
摘要:
为研究单元体玻璃幕墙结构中开口截面铝合金立柱的抗风性能,进行了布置一组挂钩单元体和无挂钩单元体分别在正、负风作用下的试验研究,分析了铝合金立柱在不同风压作用下的平面内、平面外变形和应变,并进行了有限元分析。研究结果表明:合理布置挂钩的数量和位置时,横梁对立柱的约束作用有限;负风作用下,随着风压的增大,公、母立柱开口逐步减小并靠拢在一起,共同受力,协同变形,挂钩对立柱平面外稳定无影响;正风作用下,无挂钩立柱平面内变形远大于布置一组挂钩立柱平面内变形,挂钩对立柱的侧向扭转有良好的约束作用;有限元分析结果与试验实测结果吻合较好。
大跨度桥梁箱梁的三分力系数识别研究
汪家继, 樊健生, 聂建国, 杨小刚, 李连友
2016, 33(1): 95-104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0475
摘要:
该文针对高雷诺数风洞试验研究结果,分别对加拿大国家试验中心NRCC 试验和昂船洲大桥试验建模计算。使用标准k-ε 双方程湍流模型结合边界层网格建模,计算得到的三分力系数与试验数据吻合良好。分析了雷诺数、来流湍流强度、中央开槽宽度对桥梁断面三分力系数的影响。研究结果表明,雷诺数效应和开槽宽度对阻力系数存在影响,但对升力系数与升力矩系数影响很小,来流湍流强度对三分力系数影响均不明显。
设计谱长周期段取值与能量特征研究
王德才, 倪四道, 叶献国
2016, 33(1): 105-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0202
摘要:
基于由随机振动理论得到的功率谱密度与加速度反应谱之间的关系,以及由傅里叶幅值谱精确计算输入能量反应谱方法,提出了建立与设计加速度反应谱匹配的输入能量谱方法。计算了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)设计反应谱匹配的输入能量谱,通过与实际强震记录输入能量谱特征对比,对设计反应谱长周期段输入能量特征进行了分析。结果表明,由于规范设计谱长周期段取值比较保守,在长周期段输入能量随着周期变长逐渐增加,与实际地震动记录输入能量谱长周期特征明显不同。根据实际强震记录输入能量谱特征,给出了设计反应谱长周期直线下降段的取值建议。
栓焊混接接头受拉承载性能及设计方法研究
陈谦, 李法雄, 雷俊卿, 李茜, 郭佳
2016, 33(1): 112-121. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0462
摘要:
为深入分析摩擦型高强螺栓和焊缝并用连接节点的传力机理,研究其受拉承载性能。首先,建立栓焊并用连接节点的有限元模型,计算得出连接节点的荷载-位移全过程曲线与应力分布情况进行分析。通过典型试验的结果验证了有限元模型的可靠性;并用连接节点的位移-荷载曲线大致可划分为线性阶段、线性强化阶段和屈服阶段三部分;焊缝和螺栓的强度比值决定了节点的破坏模式以及荷载-位移曲线的各个阶段长短;考虑到最后破坏模式的差异,在并用连接节点的承载力计算公式中考虑栓焊强度比值的影响,提出栓焊混接接头受拉承载性能设计方法。研究结果为钢结构摩擦型高强螺栓和焊缝并用连接节点的设计提供参考。
黏土中负压桶形基础下沉与承载特性试验及有限元分析研究
闫澍旺, 霍知亮, 楚剑, 郭伟
2016, 33(1): 122-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0465
摘要:
负压桶形基础是一种适宜于软土地基上的新型港口水工建筑物,在深海区域静水压力有助于桶形基础压入至海床内预定深度而完成安装,而在水深较浅的滩海则可能出现负压不足、土塞等作用影响桶形基础下沉,导致承载力不能满足设计要求等问题。此外对于桶形基础竖向承载力的计算没有现成的规范可参考,桶裙、顶板的荷载承担特性,桶土相互作用等问题也鲜有研究。因此,通过室内模型试验研究黏土中不同负压下桶形基础的下沉特性和竖向承载能力,分析下沉负压与土塞的关系,提出软黏土中桶形基础下沉就位的工程措施。并通过试验结果验证的有限元计算模型,研究竖向荷载作用下桶形基础竖向承载特性,得出适用于桶形基础竖向承载力的计算方法,为桶形基础竖向承载力的设计与计算提供依据。
新型全装配式混凝土剪力墙(含水平缝节点)的整体性能
孙建, 邱洪兴, 陆波
2016, 33(1): 133-140,170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0470
摘要:
采用连接钢框和高强螺栓作为连接件,可实现相邻上下层预制混凝土墙板之间的干式连接。为评价该全装配式剪力墙的抗震性能,对2 个试件分别进行了单调加载试验和低周反复荷载试验。试验结果表明,该新型全装配式剪力墙的变形能力、延性性能及耗能能力略优于或相当于装配整体式剪力墙及现浇剪力墙。在试验研究的基础上,计入连接件的影响,推导了剪力墙屈服点、峰值点、破坏点荷载和侧移的理论公式。该计算公式反映了构件的主要受力特点,与试验结果吻合较好。计算结果表明:连接钢框的变形对总侧移的影响可以忽略不计,高强螺栓的滑移引起的顶点侧移占总侧移的12.0%~44.8%。
基于易损性方法评估楼板对结构抗震性能的影响
李永梅, 李玉占, 孙国富
2016, 33(1): 141-147. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0494
摘要:
结构地震易损性分析是评估工程结构地震灾害损失的关键。基于增量动力分析(IDA)方法和性能化设计理论,结合抗震规范对结构破坏状态的定义和限值的规定,得到结构抗震能力概率函数;应用IDA 方法,获得结构地震需求函数,提出了有效评估整体结构地震反应的基于性能的易损性分析方法。通过对一考虑和不考虑楼板作用的钢框架结构进行地震易损性分析,从破坏概率的角度进行破坏状态评估和地震风险性分析,得出楼板效应将导致结构延性和抗震性能下降、显著降低结构抗地震倒塌能力和改变倒塌模式等结论,为结构抗震设计、加固和震后地震灾害的损失评估提供参考。
山区高墩连续刚构桥墩梁相对位移控制研究
罗致, 李建中, 严搏
2016, 33(1): 148-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0508
摘要:
高墩连续刚构桥作为中国西部山区桥梁的一种常见结构形式,但目前对如何控制其在地震作用下过渡墩处的墩梁相对位移缺乏研究。该文从不同相邻联周期比的情况出发,考虑过渡墩自振周期的影响,探讨山区高墩连续刚构桥的合理设计思路,和不同限位装置对位移控制的效果。参数分析结果表明:过渡墩自振周期接近相邻联振动周期时能有效减少墩梁相对位移;过渡墩处安装叠层橡胶支座和弹塑性挡块能有效限制墩梁位移;连梁装置只在特定的周期比条件下才能发挥减小位移的作用。
外包GFRP板钢筋混凝土梁的抗剪性能研究
赵菲, 冯鹏, 陈超核
2016, 33(1): 157-162. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0528
摘要:
该文提出了一种新型的GFRP-钢筋混凝土高耐久性梁,即普通钢筋混凝土梁外包GFRP 板,其中的GFRP板既为防腐保护,又可兼作模板和受力筋。通过对外包GFRP 板钢筋混凝土梁及其普通钢筋混凝土对比梁进行加载试验,研究其受力特点和破坏模式。试验结果表明:和普通钢筋混凝土梁相比,外包GFRP 板钢筋混凝土梁的抗剪承载力有较大幅度提高。对外包GFRP 板钢筋混凝土试验梁的抗剪承载力进行了分析,计算值与试验值吻合较好。
考虑氯离子侵蚀的高墩桥梁时变地震易损性分析
李立峰, 吴文朋, 胡思聪, 刘守苗
2016, 33(1): 163-170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0530
摘要:
以一高墩大跨连续刚构桥为例,基于OpenSees 程序建立其非线性分析模型。考虑氯离子侵蚀引起的钢筋直径和屈服强度退化,根据截面非线性分析结果探讨了氯离子侵蚀效应对高墩抗震能力的影响。通过单条地震波的非线性时程地震响应,定性地研究了氯离子侵蚀效应对桥梁地震需求的影响。然后输入15 条地震波进行多次增量动力分析,采用对构件能力需求比(Demand/Capacity)进行对数回归分析的方法形成了桥梁的时变地震易损性曲线,对高墩桥梁的时变抗震性能进行评估。分析结果表明:氯离子侵蚀效应会导致高墩屈服弯矩下降,而延性能力略有提高;考虑纵筋锈蚀以后,高墩的位移需求和曲率需求则会显著增加;在桥梁全寿命设计基准期内,结构在不同损伤状态的地震易损性随桥梁服役时间增加而增大。
基于水化程度的早龄期混凝土拉伸徐变模型研究
梁思明, 魏亚
2016, 33(1): 171-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0537
摘要:
研究了早龄期混凝土的拉伸徐变特性,首先对基于水化程度的开尔文模型进行改进,并建立拉伸徐变的增量计算方法;然后采用门式加载设备对早龄期混凝土的直接拉伸强度、拉伸弹性模量以及拉伸徐变进行试验研究,通过热重分析得到水泥浆体的水化程度;最后利用1 d 龄期的徐变试验结果确定改进模型的计算参数,并对其他龄期拉伸应变进行验算。研究结果表明,早龄阶段混凝土的水化程度发展较快,拉伸徐变对早龄混凝土的加载龄期非常敏感,加载龄期越早,混凝土的徐变度越大;基于水化程度包含3 个开尔文单元的徐变模型可以较好地描述早龄期混凝土拉伸徐变特征。
深部巷道U型约束混凝土拱架力学性能研究及破坏特征
李术才, 王新, 王琦, 李为腾, 王富奇, 杨为民
2016, 33(1): 178-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0630
摘要:
为深入研究U 型约束混凝土拱架的力学性能及破坏特征,以直腿半圆形拱架为例,考虑荷载、侧压力系数、节点刚度比、截面刚度、高-径比等影响因素,建立任意节数的U 型约束混凝土拱架的力学模型,得到直腿半圆形拱架理论计算方法。综合分析了U 型约束混凝土拱架的力学性能及破坏特征,开展地下工程约束混凝土拱架1:1 室内力学试验,结合理论计算、数值试验和实体比例室内试验,证明了任意节数U 型约束混凝土拱架理论计算的正确性。研究表明:内力受荷载、侧压力系数和高-径比的影响较大;理论计算中内力最大的两个部位为直腿3/4 高度位置和拱顶位置;在均压情况下,直腿半圆形拱架的变形形态为“拱顶上升,拱腿内敛,整体变瘦高”。研究成果可为深部巷道U 型约束混凝土拱架力学性能及破坏特征研究提供理论和试验依据,为现场工程设计实践提供指导。
自复位防屈曲支撑结构动力位移反应的关键参数
刘璐, 吴斌, 李伟, 欧进萍
2016, 33(1): 188-194. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.11.0981
摘要:
自复位防屈曲支撑特殊的恢复力模型使得安装有这种支撑的结构在地震作用下的反应与传统结构大不相同,因此开展此种结构抗震性能的研究十分必要。该文首先根据较高的性能目标提出一种简单且足够精确的自复位防屈曲支撑结构的恢复力模型;然后结合单自由度自复位防屈曲支撑体系的运动方程确定影响该种结构地震位移反应(即最大非线性位移及位移比谱)的所有独立参数;并证明了无刚度和无强度退化结构的非线性位移比与地震动的幅值无关。最后通过两个例子证明了该文的结论。
机械工程学科
T300/BPM316复合材料层合板的载荷放大系数确定
陈跃良, 雷园玲, 张勇, 卞贵学, 刘旭
2016, 33(1): 195-200. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0436
摘要:
在加速飞机复合材料结构耐久性验证的试验过程中,载荷放大系数(LEF)的求解精度对试验持续时间有着重要的影响。以铺层方式为[45/-45/0/0/-45/90/0/90/45/0]s 的T300/BPM316 复合材料层合板为研究对象,采用改进的联合威布尔分布分析复合材料的疲劳寿命分散性,并运用MATLAB 软件编写程序,计算得到其部件的载荷放大系数。结果表明:在该文研究范围内,T300/BMP316 复合材料层合板的载荷放大系数随试验持续时间的增加而减小;部件试验件数对耐久性验证试验的可靠性影响很小,对载荷放大系数的影响可忽略不计;验证了采用改进的联合威布尔分布的联合载荷放大系数法的正确性,并发现其不受原始载荷放大系数法的求解限制,具有推广应用价值。
地铁车轮磨耗测试及数值仿真
于春广, 陶功权
2016, 33(1): 201-208,245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0484
摘要:
对某地铁线路的车轮磨耗进行了跟踪测试,掌握了该线路车轮磨耗特征;从轮轨关系研究的角度,分析了轮缘异常磨耗的原因;建立了地铁车辆动力学仿真模型,结合基于磨耗功的车轮磨耗评价方法,提出了车轮磨耗减缓措施。车轮磨耗测试结果表明,该线路地铁车轮以轮缘磨耗为主,且存在轮缘偏磨现象;轮缘缺乏润滑和线路小半径曲线分布不对称是造成轮缘磨耗过大和轮缘偏磨的主要原因。仿真结果表明,适当降低一系纵向刚度有利于减缓车轮磨耗;采用轮缘润滑或小半径曲线外轨轨侧涂油等方式降低摩擦系数,能显著降低轮缘和轨侧磨耗,摩擦系数每减小0.05,轮轨磨耗将降低约16.1%;载客量的大小对轮轨磨耗具有一定的影响,轴重每增加1 t,轮轨磨耗将增大约4.8%。针对所调查的地铁线路实际情况,建议对小半径曲线外轨采取涂油措施,以减小轮缘和轨侧磨耗;此外,定期对车辆进行掉头运行,以减缓轮缘偏磨现象。
其他工程学科
压电风扇非定常流场速度分布的数值研究
孔岳, 李敏, 吴蒙蒙
2016, 33(1): 209-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0442
摘要:
压电风扇利用压电材料的压电特性,将压电材料制成作动器激励薄片振动进而带动周围空气流动,可作为电子设备的散热装置。使用Fluent 商用软件,利用动网格技术模拟压电风扇产生的非定常流场。研究振动薄片的振动频率、压电风扇长度(流场长度)以及振动薄片长度与压电风扇长度的比值等参数对压电风扇出口风速的影响。研究表明:增大振动薄片的振动频率、增大压电风扇长度以及在一定范围内增大振动薄片长度与压电风扇长度的比值均能提高出口风速。振动频率与出口风速成线性关系。随着压电风扇长度的增大,出口风速提高得越来越慢。存在一个临界值,当振动薄片长度与压电风扇长度的比值大于该临界值时,出口风速随着比值的增大而下降。
基于带隔板装药实现双模转换机理研究
周欢, 李伟兵, 沈晓军, 李文彬
2016, 33(1): 217-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0447
摘要:
针对带隔板成型装药结构通过改变单点起爆位置实现双模转换的问题,该文应用爆轰波形成理论分析不同起爆情况下药型罩表面压力变化规律,建立药型罩顶端起爆形成EFP(Explosively Formed Projectile)与装药顶端起爆形成JPC(Jetting Projectile Charge)的爆轰压力理论计算模型,正交优化设计结合LS-DYNA 有限元仿真软件计算获得形成较佳双模毁伤元的等壁厚扁平偏心亚半球药型罩参数,并进行了X 光成像与侵彻试验研究,其中在13Dk 炸高条件下EFP 对钢靶的侵深可达0.64Dk,JPC 可达2.42Dk
基于FE-SPH自适应耦合算法对长杆弹侵彻反应装甲的模拟研究
杨刚, 傅奕轲, 郑建民, 胡德安
2016, 33(1): 223-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0479
摘要:
该文采用自编程序实现的FE-SPH 自适应耦合算法对长杆弹侵彻反应装甲的过程开展了数值模拟研究。为了实现反应装甲中的凝聚炸药在长杆弹冲击作用下的起爆过程,在FE-SPH 自适应耦合算法中嵌入了凝聚炸药的点火-增长模型。该文首先应用FE-SPH 自适应耦合算法对二维轴对称反应装甲冲击起爆模型进行了模拟分析,并以此验证了自适应FE-SPH 自适应耦合算法对此类问题模拟的可行性和有效性。其次,针对长杆弹斜侵彻反应装甲的过程进行模拟,再现了反应装甲动态响应干扰长杆弹入侵的过程。通过与相关实验数据结果及其他方法模拟的结果对比,FE-SPH 自适应耦合方法能够有效地对长杆弹侵彻反应装甲和后效目标靶进行一体化仿真。
基于压电阻抗方法的油气管道裂纹损伤定量研究
张东山, 张志忠, 刘瑜, 杜国锋
2016, 33(1): 232-237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0523
摘要:
为了解基于压电阻抗方法识别管道裂纹损伤程度的可行性,通过人工切割方法模拟管道裂纹损伤,采用压电阻抗方法对管道裂纹损伤进行监测试验。实测各种损伤工况下压电片的阻抗信号,分析试验数据,提取均方根差(RMSD)作为损伤指标。基于RMSD 损伤指标与损伤面积的变化规律,建立了管道损伤程度量化表征的数学模型。试验结果表明:当管道出现裂纹损伤后,PZT 阻抗频谱曲线明显向左偏移,峰值对应频率下降;随着管道裂纹损伤程度不断加大,RMSD 值逐渐增长,RMSD 损伤指标能定性地判断管道损伤状况。所建立的数学模型在一定程度上实现了管道裂纹损伤的定量分析。
点蚀损伤下海洋平台结构剩余强度的多尺度分析方法
王仁华, 方媛媛, 林振东, 窦培林
2016, 33(1): 238-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0524
摘要:
均匀腐蚀损伤影响结构承载力的研究已趋于成熟,但点蚀损伤影响整体结构承载力的规律及其局部损伤的演化行为仍不明确。该文采用均匀分布的圆柱体点蚀损伤模型,探讨在宏观结构尺度中点蚀损伤的描述、多尺度区域的划分和跨尺度界面的连接以及结构非线性的求解方法,提出了研究考虑细观尺度点蚀损伤的海洋平台结构多尺度模型的构建和计算方法。计算结果表明:该文提出的多尺度模型构建策略有效地解决了细观尺度点蚀损伤在宏观结构尺度中的描述问题,且所建多尺度模型能够体现点蚀损伤削弱结构极限承载力的规律,为评估在役海洋平台结构的剩余强度提供了可行的方法。
扑动轨迹对扑翼气动特性影响的数值研究
朱建阳
2016, 33(1): 246-251. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0500
摘要:
国内外对扑翼飞行的气动性能进行了大量研究,这些研究大多针对特定运动轨迹下的扑翼,然而大量观察发现,昆虫在飞行时其翅膀会出现各种不同的运动形式,这些不同的翅膀运动方式必定对其气动性能产生重要影响。该文基于对昆虫的实验和数值模拟中常用的几种扑动轨迹模型分析,建立了三种具有相同准稳态气动力的扑翼扑动轨迹,并采用数值求解N-S 方程的方法,研究了前飞状态下不同扑动轨迹对扑翼气动特性产生的影响。结果显示扑动和转动均为简谐函数轨迹形式的扑翼具有较高的升举效率和推进效率。进一步通过对不同扑动轨迹扑翼流场分析得出,扑动轨迹不能改变扑翼产生的尾流性质,但可以影响涡的强度,从而使扑翼产生不同的气动性能。
基于类桁架材料模型的不确定荷载下结构拓扑优化
乔升访, 周克民
2016, 33(1): 252-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0503
摘要:
用区间分析方法研究了不确定荷载下结构拓扑优化方法。采用类桁架材料模型建立拓扑优化类桁架连续体结构。根据区间变量运算法则推导出不确定荷载下应力约束体积最小类桁架结构的拓扑优化方法。首先采用区间分析方法得到任一点的最不利荷载工况下应变状态。在此应变状态下,利用满应力准则优化类桁架材料中杆件的方向和密度。如此反复分析和优化,直至迭代收敛。最后由类桁架中杆件分布场可以近似离散得到桁架结构。通过几个数值算例验证了方法的有效性。数值算例显示了不确定荷载下的结构拓扑优化布局更合理。