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

2016年  第33卷  第2期

综述
电化学修复对钢筋混凝土结构服役性能的作用效应
金伟良, 陈佳芸, 毛江鸿, 许晨, 夏晋
2016, 33(2): 1-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.ST06
摘要:
钢筋混凝土结构受外界有害离子侵蚀会出现耐久性失效,电化学修复技术可以有效地提升钢筋混凝土结构耐久性能,延长结构使用寿命。然而,电化学修复方法会引起钢筋混凝土结构中钢筋氢脆、混凝土孔隙率改变、碱集料反应等现象,导致钢筋混凝土结构的材料性能和力学性能发生变化,从而影响结构的服役性能。该文在综述电化学修复技术研究和应用的基础上,分析了电化学修复过程对钢筋混凝土结构材料层面和构件层面的作用与影响,并对电化学修复技术在混凝土结构耐久性提升中的研究和应用进行了展望。
基本方法
基于双三次曲面片的三维接触面光滑方法
姜玉曦, 周海兵, 熊俊, 刘文韬
2016, 33(2): 11-17. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0571
摘要:
该文提出了一种基于双三次曲面片的适用于结构和非结构网格的三维接触面光滑方法。此光滑方法中,仅仅依靠网格节点坐标和法向定义了双三次曲面片,并由此构造出曲面片之间切平面连续,曲面片内C1连续的三维光滑接触面。在构造的光滑接触面上,设计了接触搜索方法用以确定接触发生的位置,并且依据罚函数接触算法,计算节点的穿透深度和接触作用力。算例结果显示光滑接触面确保了滑动节点的接触力的连续变化,提高了计算的收敛性。
改进的基本解法在薄体各向异性位势Cauchy问题中的应用
王发杰, 张耀明, 公颜鹏
2016, 33(2): 18-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0582
摘要:
该文提出一种改进的基本解法,应用于薄体各向异性位势边界条件识别反问题的研究。基本解法求解反问题所产生的线性系统往往是高度病态的,我们采用截断奇异值分解方法来求解,广义交叉校验准则用来确定正则化参数。正则化方法的使用大大地拓展了源点与真实边界间距离的选取范围,同时有效地降低了解的精度对"距离选择"的敏感度。算例的数值实验表明,该文方法简单、效率高,即使薄体结构的厚度小到纳米级,仍然可获得非常高精度的数值解。该文为二维薄体各向异性位势反问题的研究开辟了新的途径,也拓展了基本解法的应用领域。
模糊分布参数的全局灵敏度分析新方法
陈超, 吕震宙
2016, 33(2): 25-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0624
摘要:
为合理度量随机输入变量分布参数的模糊性对输出性能统计特征的影响,提出了模糊分布参数的全局灵敏度效应指标,并研究了指标的高效求解方法。首先,分析了不确定性从模糊分布参数至模型输出响应统计特征的传递机理,以输出性能期望响应为例,利用输出均值的无条件隶属函数与给定模糊分布参数取值条件下的隶属函数的平均差异来度量模糊分布参数的影响,建立了模糊分布参数的全局灵敏度效应指标。其次,为减少所提指标的计算成本、提高计算效率,采用了扩展蒙特卡罗模拟法(EMCS)来估算输入变量分布参数与模型输出响应统计特征的函数关系。最后通过对算例的计算,验证该文所提方法的准确性和高效性。
刚度构型对飞艇定常流固耦合特性的影响研究
吴小翠, 王一伟, 黄晨光, 刘玉标, 罗俊清
2016, 33(2): 34-40. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0629
摘要:
飞艇作为临近空间高分辨率观测的重要平台,力学性能研究非常重要。飞艇的主体材料一般由柔性蒙皮构成,容易在气动作用下产生较大的变形,存在较强的流固耦合效应,是其力学性能研究的关键。该文采用松耦合方法形成了定常流固耦合计算方法,并且针对流场与结构的模型展开了详细的计算,和实验结果进行了验证。针对不同刚度构型飞艇模型的计算结果显示:硬式飞艇不需考虑流场和结构的耦合效应,半硬式和软式飞艇的耦合效应较明显。其中半硬式飞艇,耦合效应主要影响区域为柔性最大的橡胶部分,考虑耦合效应后,飞艇位移变形量增加约5%。软式飞艇,变形最为明显的是飞艇的尾部和头部,在来流作用下会出现明显的抬头位移,最大位移增量为225%。此外还采用量纲分析方法,得到了艇体变形与膜材料弹性模量、内压、来流的变化规律。当模型与实物满足几何相似、材料相似和动力学相似的条件下,变形将满足几何相似律。
基于广义Hoek-Brown准则的弹塑性本构模型及其数值实现
朱合华, 黄伯麒, 张琦, 齐磊
2016, 33(2): 41-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0565
摘要:
Hoek-Brown强度准则在岩石及岩体工程中得到了广泛的应用,而目前基于该准则建立起的弹塑性本构模型在理论上还存在着一些不足;考虑到不同围压条件下的岩石材料塑性形变发展特征,提出了基于分段隐式修正塑性势的塑性流动法则,解决了其它基于广义H-B准则所建立的本构模型中塑性流动方向不连续及需额外引入参数等问题;采用基于误差控制的改进欧拉中点积分算法,对该本构模型进行了数值实现并给出了单积分点层次的结果验证;进一步将成果嵌入到了同济曙光岩土工程三维数值平台(GeoFBA3D)当中,并给出了一类经典弹塑性力学问题的计算结果验证以及其在隧道工程中的典型应用算例。
定向断裂控制爆破爆生裂纹扩展机理的实验研究
岳中文, 郭洋, 许鹏, 王茜, 赵静怡
2016, 33(2): 50-58. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0816
摘要:
采用新型数字激光动态焦散线实验系统,对缺陷介质双孔定向断裂控制爆破裂纹扩展的动态行为进行了研究。结果表明,预制斜裂纹阻断了爆生主裂纹的扩展,最终两条主裂纹分别与翼裂纹形成相互勾连的形状。爆生主裂纹尖端以张拉应力场为主,其断裂为近似I型断裂。当爆生主裂纹运动到预制裂纹附近时,主裂纹端部应力场与预制裂纹尖端奇异应力场相互叠加,在预制裂纹尖端形成较强的拉剪应力场,且受已有主裂纹面的影响,预制裂纹扩展表现为弯向主裂纹面的弯曲断裂。研究结果可为含节理岩体定向断裂控制爆破提供理论依据。
垂直界面裂纹应力强度因子的加料有限元分析
杨军辉, 雷勇军
2016, 33(2): 59-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.10.0881
摘要:
为求解裂尖位于界面上的垂直双材料界面裂纹应力强度因子,发展了一种加料有限元方法。该方法应用Williams本征函数展开和线性变换方法求解裂尖渐进位移场,将该位移场加入常规单元位移模式中,得到加料垂直界面裂纹单元和过渡单元的位移模式,给出加料有限元方程。建立了典型垂直界面裂纹平面问题的加料有限元模型,求解加料有限元方程直接得到应力强度因子,与文献结果对比表明该方法具有较高的精度,可方便地推广应用于垂直界面裂纹的计算分析。
土木工程学科
钢管混凝土内栓钉抗剪承载力试验研究
陈宝春, 陈津凯
2016, 33(2): 66-73. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.ST11
摘要:
在钢管混凝土构件的钢管内壁上设置栓钉(内栓钉)可以加强钢管与核心混凝土的组合作用。以核心混凝土强度、栓钉直径和长度为主要参数进行了8个设置栓钉的钢管混凝土试件推出试验,并与1个不设置栓钉的钢管混凝土试件和4个设置栓钉的组合梁试件进行对比。结果表明,钢管混凝土内栓钉试件的受力由弹性段、弹塑性段、荷载下降段和荷载残余段四个阶段组成。栓钉剪断破坏时荷载达到最大,混凝土未出现开裂和压碎现象,钢管应力也很小。有栓钉钢管混凝土试件的极限荷载为673.3 kN~1356.9 kN,远大于无栓钉试件S4-1的85.7 kN,栓钉能极大改善脱粘后钢管混凝土构件的共同工作性能。有栓钉钢管混凝土试件推出过程中,处于管内的核心混凝土不会出现与钢管分离的现象,栓钉的作用得到较充分的发挥,其极限荷载是组合梁的1.69倍~1.73倍。钢管混凝土内栓钉的抗剪承载力随核心混凝土强度的提高而提高、随栓钉直径的增大而增大,而受栓钉长度的影响较小。在试验结果分析基础上,提出钢管混凝土内栓钉抗剪承载力计算公式。
连续梁桥锁死销减震机理及影响参数研究
陈士通, 张文学, 杜修力, 刘海陆
2016, 33(2): 74-80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0669
摘要:
连续梁桥为满足温度荷载引起的变形需求,一般只设一个固定墩,这致使在地震作用下上部结构的纵向地震荷载只由固定墩承担,这极易引起固定墩和伸缩缝破坏,甚至造成引桥落梁。针对这一问题,提出利用滑动墩的抗震潜能,协同固定墩共同承受地震作用的思想,研发了一种以地震动加速度激活的锁死销装置,通过在墩梁间设置锁死销实现在地震时限制滑动墩和梁体的相对位移,使滑动墩和固定墩协同受力,减小结构的整体地震响应,并以具体工程为例,分析了锁死销的减震原理及其参数对减震效果的影响。研究表明,在滑动墩上设置锁死销可以有效地减小固定墩和梁体的纵向地震响应,明显提高连续梁桥的整体抗震性能;其减震效果受锁死销加速度激活阀值和锁死间隙等参数影响较大。
飞机撞击荷载计算模型中压溃力选取分析
韩鹏飞, 刘晶波, 陆新征, 林丽, 岑松
2016, 33(2): 81-87. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0808
摘要:
Riera提出的飞机撞击荷载计算模型是一种比较实用的简化模型,大多数研究在进行飞机撞击试验和数值模拟时通常会把试验结果和数值模拟结果与该模型的计算结果进行对比分析。通过介绍分析Riera模型,该模型中撞击荷载包括压溃力和惯性力两部分,因此模型的使用需要确定压溃力大小。为了合理使用Riera模型,梳理了现有压溃力计算公式,各公式给出的压溃力计算结果差别较大,并通过公式推导预测弹体的变形长度和撞击作用时间与试验数据进行对比分析,评价了现有压溃力计算公式,对更适宜于飞机撞击条件下的压溃力计算公式给出了说明,最后讨论了压溃力对撞击荷载曲线的影响,得出压溃力相对于惯性力不能被忽略,对撞击荷载影响较大的结论。
基于Winkler地基Timoshenko梁理论的十字交叉条形基础节点荷载分配分析
夏桂云, 曾庆元
2016, 33(2): 88-95. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0560
摘要:
考虑十字交叉条形基础截面剪切变形影响,利用Winkler地基Timoshenko梁无限长梁在集中力、集中力偶作用下的变形和内力关系,推导了带悬挑的半无限长梁的集中力、集中力偶作用下的悬挑系数计算公式。当条形基础抗剪刚度趋于无穷大时可退化成不考虑剪切变形影响的Euler梁理论结果,因此该文公式是一种通用公式。剪切变形对集中力的悬挑系数影响大、对集中力偶的悬挑系数影响小。对于节点较密、截面尺寸较大、对变形敏感的十字交叉条形基础,应该考虑截面的剪切变形影响。根据静力平衡条件和变形协调条件,建立了可同时考虑截面剪切变形和节点集中力、集中力偶作用的带悬挑十字交叉条形基础的节点荷载分配的统一公式。算例结果显示:虽然节点处作用的集中力偶较小,但其可以改变竖向荷载在节点xy两方向上的分配,力偶数值越大,影响越明显。考虑条形基础截面剪切变形影响后,计算的节点荷载分配更均匀。
组合构件纤维模型的建模策略-单元划分和截面离散
陶慕轩, 聂建国
2016, 33(2): 96-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0510
摘要:
为兼顾纤维模型的精度、效率和数值稳定性,对纤维模型用于组合构件非线性分析时的建模策略进行参数分析,重点研究了合理单元划分方式和高效截面离散模式。当采用一点积分的基于位移的标准有限单元纤维模型时,合理的单元网格尺寸建议选为跨中集中加载简支构件等效塑性铰长度的一半,从而可准确模拟塑性铰区的曲率突变特征,并有效克服应变软化导致的病态网格依赖问题。当采用纤维中点积分准则以及纤维均匀分布模式时,分别采用8根、24根、32根纤维离散组合梁、圆形钢管混凝土及矩形钢管混凝土截面,就能足够准确地模拟组合构件在复杂往复荷载作用下的滞回特性。
TTU标准模型表面风压大涡模拟及风洞试验的对比研究
周晅毅, 祖公博, 顾明
2016, 33(2): 104-110. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0504
摘要:
以低矮建筑标准模型TTU(德州理工大学)模型为考察对象,基于专业计算流体动力学软件FLUENT,对1:50缩尺模型进行了大涡模拟研究,并在边界层风洞中对该比例模型进行了风洞试验研究,将大涡模拟结果与风洞试验、场地实测数据进行了比较。结果表明,大涡模拟得到的建筑模型表面平均及脉动风压与风洞试验、现场实测结果吻合较好,没有雷诺数效应的足尺低矮建筑表面的动态风压可通过缩尺模型的大涡模拟进行预测。
新型滑移挡块的设计、试验及防震效果研究
徐略勤, 李建中
2016, 33(2): 111-118,199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0547
摘要:
针对目前国内桥梁挡块抗震效果低下的现状,结合"限位"和"传力"两个性能指标提出了一种新型的防震挡块。对常规挡块和新型挡块的抗震性能进行了拟静力对比试验研究,根据实测力-变形曲线建立了两种挡块的简化滞回分析模型,并用于实桥防震效果的对比分析。结果表明:新型挡块在破坏时相对盖梁/台帽发生了大位移的滑移剪切现象,盖梁与台帽基本完好无损,有利于震后修复或替换;与常规挡块发生斜截面脆性剪断破坏相比,新型挡块的极限变形能力和变形延性系数大幅提高;在防震效果上,新型挡块对主梁侧移及橡胶支座的剪切变形限制能力更好,在中小地震下,新型挡块对墩柱地震响应的影响更小;在大震下,新型挡块依靠良好的变形延性能力可在主梁产生更大侧移的情况下保护支座,防止落梁。
城市轨道交通“公轨合一”型高架桥车桥耦合振动分析
谢伟平, 刘亨
2016, 33(2): 119-126. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0554
摘要:
对某"公轨合一"型高架桥进行了汽车-列车-桥梁耦合振动分析。利用薄板单元和梁单元建立了桥梁的有限元模型,推导了17自由度可以考虑列车车体空间效应的整车垂向模型,引入轨道不平顺因素,轮轨关系假定为密贴,列车-桥梁耦合系统采用分离迭代法求解,利用ANSYS平台和自主编制的FORTRAN计算程序实现,汽车荷载采用移动常力模型,分析了不同工况下车桥子系统之间的影响,同时还讨论了轨道不平顺因素对该车桥耦合系统的影响。结果表明:该文所研究桥梁模型的上部公路部分和下部轨道部分各自通行车辆荷载时相互之间的影响很小,作者认为在做该桥梁的强度设计时,可以忽略上下部分的耦合影响;同时,对于该文模型,当列车车速为低速时(60 km/h),轨道不平顺因素对于桥梁跨中位移的影响很小,因而在做桥梁强度设计时,列车荷载可按轴荷取值而忽略轨道不平顺带来的动态效应。该结论可供同类桥梁设计时作为参考。
FRC框架结构基于等效单自由度模型的抗地震倒塌能力评估
黄超, 梁兴文, 党争, 邢朋涛
2016, 33(2): 127-135. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0562
摘要:
为了快速评估建筑结构的抗地震倒塌能力,该文基于Adam等提出的等效单自由度模型,首先用Pushover分析方法对纤维增强混凝土(FRC)结构进行静力弹塑性分析,获得其基底剪力-顶点位移曲线,据此确定其力-变形关系;然后根据力-变形关系以及侧向位移形状函数,确定相应的等效单自由度模型的相关参数;按等效单自由度模型计算结构的抗地震倒塌能力。分别对某8层钢筋混凝土框架结构和FRC框架结构进行分析。结果表明:用与多自由度结构相应的等效单自由度模型评估FRC框架结构的整体抗地震倒塌能力是可行和偏于保守的;采用抛物线加载模式比倒三角加载模式得到更接近由IDA分析所得的结构抗地震倒塌能力中位值;在其他条件相同时,FRC框架结构比普通混凝土框架结构具有更高的抗地震倒塌能力。
带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型与减震机理研究
周云, 林绍明
2016, 33(2): 136-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0567
摘要:
提出带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型,将减震层等效为抗转刚度弹簧和抗转阻尼弹簧,构造减震层上部和下部的振型函数,采用假定振型法和虚功原理,推导带耗能减震层框架-核心筒结构在地震作用下的振动控制方程。以典型带耗能减震层框架-核心筒结构为例,采用MATLAB语言编制该简化模型的振动控制方程程序,并与ETABS软件建立的有限元模型进行相互验证,研究带耗能减震层框架-核心筒结构的地震反应和减震机理。研究结果表明:提出的带耗能减震层框架-核心筒结构简化模型有效、可行;利用振动方程的显示表达式揭示了带耗能减震层框架-核心筒结构的减震机理;由复模态分析方法进一步确定了不同减震层位置时结构阻尼的变化规律,优化设计的复模态阻尼比及阻尼器的优化阻尼系数可用于该类结构的初步设计。
人群跳跃荷载中的协同性因子试验研究与应用
谭寰, 赵永磊, 陈隽
2016, 33(2): 145-151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0590
摘要:
采用三维动作捕捉技术,开展了73人次4种跳跃频率下的单人跳跃荷载的试验,将节拍器时刻与跳跃落地时刻的时间差作为有节奏跳跃时的协同性因子。试验数据的统计分析表明,协同性因子的概率分布特性可描述为均匀分布与贝塔分布的组合,分别对应于跳跃人群中个体的随机跳跃和协同跳跃两个成份。利用试验结果确定协同性因子概率分布函数的参数。将协同性因子与单人跳跃的随机荷载模型相结合,可实现对人群跳跃荷载的模拟,实例应用表明了模拟方法的合理性。
基于亚塑性理论建立土体各向异性本构模型的一种新途径
李晶, 谢新宇, 张继发, 周建, 应宏伟
2016, 33(2): 152-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0614
摘要:
在归纳整理连续介质的材料力学性质的基础上,引出土体本构关系的两种描述框架,即弹塑性理论和亚塑性理论,并对其相互关系进行了分析,指出亚塑性理论适宜用来构建土体的本构模型,并提出了一种基于亚塑性理论的建立土体各向异性本构模型的新途径,该途径通过将一各向异性破坏准则嵌入亚塑性模型来确定各向异性参数,有别于以往通过拟合实验数据来确定各向异性参数的方法。该途径为目前各种分析平台提供了一种考虑主应力轴旋转效应的可能。
沉积盆地-山体耦合场地对平面P波、SV波和Rayleigh波的二维散射分析
刘中宪, 武凤娇, 王冬
2016, 33(2): 160-171. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0396
摘要:
盆山耦合地形作为一种常见的复杂场地,其对地震动的复合影响目前尚未得到清晰认知。为此,引进一种高精度的有限元-间接边界积分方程耦合方法(FEM-IBIEM),探讨沉积盆地及其邻近山体对地震波(平面P波、SV波和Rayleigh波)的多次散射作用。数值结果表明:沉积盆地及其邻近山体存在显著的动力相互作用,整体位移响应特征依赖于山体、盆地的空间位置和几何特征,入射地震波的频率和角度等因素;整体上看,P波垂直入射下,较高山体的存在对沉积盆地内部位移具有明显的放大效应;SV波入射下,山体的影响相对较小,且盆地内部不同位置可能会表现出完全不同的放大或缩小特征;Rayleigh波从山体一侧入射时,山体对沉积盆地存在明显的"屏障"作用,而从盆地一侧入射时,在低频段山体反而会表现出放大作用;总体上看较高山体对沉积盆地的影响程度更为显著。鉴于山体的存在显著改变了沉积盆地的位移幅值和频谱特性,实际盆地的地震动确定需考虑邻近山体的影响。
机械工程学科
功能梯度蜂窝材料的面内冲击性能研究
何强, 马大为, 张震东, 姚琳
2016, 33(2): 172-178. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0392
摘要:
根据功能梯度特性的概念,建立了具有递变屈服强度梯度特性的圆形蜂窝结构数值仿真模型。在此模型的基础上详细讨论了递变屈服强度梯度和冲击速度对圆形蜂窝材料面内冲击性能的影响。研究结果表明递变梯度值对蜂窝结构的变形模式有较大影响。通过合理地选择蜂窝结构的递变屈服强度梯度值,进入被保护结构的应力值明显降低,蜂窝材料的能量吸收能力也得到有效控制。该结果能为完善屈服强度梯度蜂窝材料的研究和设计提供理论指导。
利用导重法进行结构轻量化设计
陈树勋, 韦齐峰, 黄锦成, 陈大海, 陈瑞兵
2016, 33(2): 179-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0549
摘要:
结构轻量化设计的目的是以最少的设计资源设计出性能合格的产品结构,以降低产品生产成本,提高产品性价比和市场竞争力。结构轻量化的实质是材料重量在结构几何空间内及构件间的合理分配。导重法是可用于产品结构轻量化的结构优化有效方法,它可适用于包括各类单元的各种产品结构构件尺寸优化与结构几何形状优化以及结构拓扑优化;其目标与约束可以涉及各种结构静动力性态。首先给出结构优化导重法用于结构轻量化设计的具有广泛一般性的数学模型及其求解方法。接着给出一种新的包络函数-方根包络函数,使数目庞大的应力与位移约束凝聚为单值强度约束与单值精度约束;还给出适用于多数产品结构轻量化设计的单性态约束优化实用模型与解法;最后给出两个产品结构轻量化的应用实例,验证了导重法用于轻量化设计的有效性与广泛适用性。
非API套管接头完整性评估计算方法
许志倩, 闫相祯, 杨秀娟
2016, 33(2): 188-199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0557
摘要:
针对非API套管接头的连接和密封性能提出一套完整的解析评估计算方法。首先建立具有密封和内外螺纹啮合结构的非API套管接头力学分析模型,依据API套管接头失效形式(螺纹跳扣、螺纹剪切破坏和接头断裂)及其机理结合弹塑性力学理论,推导出非API套管接头发生相应连接失效时的临界轴向载荷计算公式。然后,依据螺纹啮合对变形协调方程和单个螺纹牙轴向弹性变形分析,推导出套管接头螺纹牙啮合法向接触力计算方程组,从而获得非API套管接头各个螺纹牙轴向变形量及其承载轴向载荷分布情况数值解。最后,通过对比各个螺纹牙承载轴向载荷与连接失效临界载荷对非API套管接头进行连接性能评估;通过计算轴向载荷和气体内压作用下,套管接头螺纹轴向变形量及其对接头密封过盈配合值的影响,对非API套管接头进行密封性能评估。通过对3种典型非API套管接头完整性评估计算结果表明:在螺距、螺纹啮合中径、螺纹高度等螺纹参数相同情况下,非API套管接头的螺纹牙型设计参数(承载面角度与导向面角度)对其连接和密封性能影响显著。
具有厚壁内衬圆筒的缠绕张力算法
康超, 史耀耀, 何晓东, 俞涛, 张军
2016, 33(2): 200-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0611
摘要:
缠绕张力作为缠绕工艺中的关键因素,其合理设计直接影响制品性能。针对缠绕张力的设计,提出缠绕张力算法。基于各向异性缠绕层弹性变形及各向同性内衬厚壁筒理论,给出外压作用下缠绕层的径向应力及环向应力;在弹性范围内采用应力叠加原理建立剩余张力与缠绕张力之间的解析算法。结合三种典型的张力缠绕模型,给出剩余张力具体关系式;分析等剩余张力,得到不同特例下的剩余张力解析公式。依据该解析算法研究芯模内、外径比及张力锥度系数对各向同性材料缠绕层剩余张力分布的影响,表明芯模内、外径比与锥度系数变化对缠绕层剩余张力分布有显著影响,且该文算法简单、合理、可靠;对各向异性复合材料缠绕层等剩余张力分析,其结果与现有网格理论结果一致,且该文缠绕张力上下层变化平缓,易于张力控制的实现。
其他工程学科
预应力装配式风机叶片连接段结构模拟分析
许斌, 韩继龙
2016, 33(2): 209-215. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0548
摘要:
随着风力发电机功率提高,其叶片越来越长,叶片的运输难度和风险增大,成本增高,特别是在山区风场建设中愈发明显。将长叶片分段制造、运输并现场组装是解决此问题的有效途径。该文提出了一种全新的基于高强预应力螺栓连接的装配式风力发电机叶片结构方案。以某兆瓦级玻璃纤维叶片为对象,确定了在离叶根16 m处进行分段时的预应力连接结构方案,利用大型有限元分析软件ABAQUS建立了连接段的精细化有限元模型,对模型在预应力以及挥舞和摆振方向4种设计荷载作用下的应力进行了分析。结果表明:在4种工况下的叶片玻璃纤维材料以及预应力连接螺栓强度均满足要求,验证了该文所提出的基于高强预应力螺栓连接的装配式风机叶片结构方案可行,该研究为解决传统风力发电机叶片的运输难题提供具有应用前景的新方法。
设置阻塞后旋流洞内的增压特性分析
李奇龙, 牛争鸣, 王捷
2016, 33(2): 216-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0555
摘要:
为解决高水头泄洪时旋流洞内出现较小压强和空化风险等问题,提出了新型的阻塞旋流泄洪洞,该文对设置不同阻塞时的洞内压强特性、增压特性和空化特性进行了模型试验和理论分析。结果表明:设置阻塞后洞内压强增大明显,一定阻塞时起旋器出口附近负压消失;竖井段壁面压强增大主要受起旋器喉口压强影响,旋流洞段主要受切向流速沿径向分布和水流流层厚度影响;随阻塞增大的压强-顶托压强沿程呈分段变化特征,但在竖井洞段和旋流洞段具有较好的保持性;推导了顶托压强的计算表达式并予以试验验证;阻塞大大降低了空化空蚀风险。旋流洞内设置阻塞可以较好地解决高流速时泄洪洞内的负压和空化风险问题。
基于混合模型方法的大型输水隧道水锤冲击响应数值分析
楼云锋, 曹源, 杨颜志, 金先龙
2016, 33(2): 224-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0577
摘要:
针对大型输水隧道水锤分析响应分析中由于超大计算规模和非线性强流-固耦合计算造成的数值计算困难,该文提出将混合模型方法应用到大型衬砌输水隧道水锤冲击响应的数值模拟中,通过该方法不仅可以得到输水隧道全程水锤压力,也可以得到关键区域衬砌环管片结构响应。模型中流场部分通过FLUENT计算得到流场节点压力和速度,然后通过初始条件或边界信息施加到结构部分进行LS-DYNA计算,水锤计算时流-固耦合通过基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述的罚函数实现。该文对上海某大直径双线输水隧道在水锤作用下的结构响应进行了分析,结果呈现了水锤压力在长距离输水隧道内的传播以及对衬砌结构的影响。
缝线增强层合板混合模式弯曲试验的数值模拟
金竹雨, 张晓晶, 汪海
2016, 33(2): 232-241,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0579
摘要:
对缝线在复合材料层合板中的桥联作用进行参数分析,结果显示缝线的直径和拉伸强度,缝合角度,层合板厚度和挤压强度均会对缝线的桥联曲线以及断裂能产生影响,甚至改变缝线的破坏模式。以计算所得的桥联曲线作为输入参数,分别用连接器(Connector)和离散内聚力单元(Cohesive单元)的方法建立有限元模型,模拟缝线增强复合材料层合板的混合模式弯曲(MMB,Mix-Mode Bending)试验。两种方法的有限元计算结果具有较好的一致性,且均能够与文献中的试验数据较好吻合。相比离散Cohesive单元模型,Connector模型的计算效率更高,需要的输入参数更少,且建模更为简便。
冲击作用下薄壁金属空心球压缩变形研究
张威, 杨会伟, 管文博, 胡建星, 路国运
2016, 33(2): 242-248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0597
摘要:
金属空心球结构是一种新型的多孔金属材料,对单个金属空心球在冲击作用下的压缩力学性能研究是对整体结构压缩力学性能研究的基础。该文研究了单个球壳冲击压缩特性,得到了单个金属空心球在冲击作用下的名义应力-应变曲线并与实验结果进行了对比验证,同时研究了径厚比和冲击速度对变形过程的影响。结果表明:名义应力-应变曲线和变形模态图显示其变形失效过程可分成六个阶段:局部压平、轴对称凹陷、多边形形成、内表面相互作用、侧壁失效以及密实阶段;径厚比越大,金属空心球越容易形成非对称的多边形形式,且在内表面相互作用阶段,上部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了屈曲失效;径厚比较小时,在内表面相互作用阶段,下部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了弯曲失效;冲击速度越大,底端壳开始发生凹陷的时间越早,空心球产生的不对称度越大。
碳基材料烧蚀下的热化学非平衡流场数值模拟研究
邵纯, 王璐, 陈伟芳
2016, 33(2): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0603
摘要:
针对飞行器再入过程中碳基材料的烧蚀现象,采用考虑十三组元三十四反应式的流场化学反应模型,结合防热材料的烧蚀反应模型和结构热传导模型,建立了热化学非平衡烧蚀流场/结构温度场双向耦合数值模拟方法,并开展了算例验证。通过对三维球头模型烧蚀效应的模拟,获得了结构内部的温度场分布和烧蚀流场参数。结果表明,烧蚀效应改变了流场中化学反应组分的分布特性,同时增大了激波脱体距离,在工程设计中需要加以考虑。