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2018年  第35卷  第8期

综述
混凝土随机损伤本构模型研究新进展
余志武, 单智
2018, 35(8): 1-8,13. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.ST13
摘要:
综述了混凝土微观损伤机理与随机损伤本构模型研究现状,介绍了本课题组在混凝土随机损伤本构模型方面取得的研究进展:进行了考虑mode-II微裂缝的微观损伤机理分析,提出并验证了混凝土随机损伤本构模型——束-链模型,发展了测定多轴受压混凝土损伤变量的X-射线CT方法。最后,得到了相关研究结论。
基本方法
线性元时程积分按最大模自适应步长公式的证明
袁全, 袁驷, 李易, 闫维明, 邢沁妍
2018, 35(8): 9-13. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0106
摘要:
该文对运动方程时程积分解法曾提出一种线性有限元自适应步长求解的算法,给出了按最大模自适应步长的计算公式,其中含有步长h的5/2阶的分数阶次。该文对该公式给出数学证明,并通过单自由度和多自由度的数值算例验证了其5/2分数阶次是最优的。
非均质材料的扩展无单元Galerkin法模拟
王峰, 林皋, 周宜红, 赵春菊, 周华维
2018, 35(8): 14-20,66. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0291
摘要:
该文基于滑动Kriging插值法,提出了求解含夹杂非均匀材料问题的扩展无单元Galerkin法。该方法利用水平集函数对滑动Kriging插值形函数进行扩展,从而来反映材料交界面的几何形状和不连续位移场。相比传统的移动最小二乘法形函数,滑动Kriging插值形函数由于满足Kronecker delta函数性质,因此能准确施加位移边界条件。在含夹杂非均匀材料问题求解时,阐述了扩展无单元Galerkin法位移模式的构造以及控制方程的建立。最后通过单夹杂和多夹杂算例表明,扩展无单元Galerkin法相比扩展有限元法,计算精度更高、收敛速率更快。
土木工程学科
适用于高层隔震结构的地震动强度指标研究
杨参天, 解琳琳, 李爱群, 曾德民, 刘立德
2018, 35(8): 21-29. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0531
摘要:
近年来,功能可恢复已逐渐成为地震工程领域的研究热点。隔震技术是实现高烈度区高层结构震后功能可恢复的重要手段。地震作用下,关键工程需求参数(主要包括上部结构最大层间位移角MIDR、顶层最大位移MRD和楼面最大加速度MFA以及最大隔震层位移MBD)是评价该类结构是否满足功能可恢复需求的重要指标。合理的地震动强度指标是预测结构响应和评价结构地震功能可恢复能力的重要基础,该研究基于4个高层隔震案例,考虑结构体系、高度、隔震方案、屈重比和地震动类型等因素的影响,评估了25个地震动强度指标与高层隔震结构关键工程需求参数的相关性。识别了与各关键工程需求参数相关性最佳的地震动强度指标,明确了综合平衡性最佳的地震动强度指标,并讨论了各因素的影响效应。该研究成果可为基于功能可恢复的高层隔震结构抗震性能的评估和设计方法的提出提供参考。
国产低屈服点钢材循环加载试验研究
施刚, 王珣, 高阳, 张勇
2018, 35(8): 30-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0617
摘要:
为研究不同荷载作用下国产低屈服点钢的材料力学行为,对LY100、LY160及LY225钢材共46个试件进行了单调拉伸试验及12种不同加载制度的循环加载试验。对国产低屈服点钢的单调性能、滞回性能、破坏形式、延性特征等进行了分析,并与其他结构钢材的力学性能进行了对比。结果表明,低屈服点钢在循环荷载作用下有明显循环强化现象,塑性变形能力强,且与普通钢材相比延性及耗能能力突出。该试验结果为后续研究低屈服点钢本构模型提供基础。
地震作用下梁体碰撞间隙宽度的概率分析方法
贾宏宇, 杜修力, 李兰平, 黄胜前, 郑史雄
2018, 35(8): 39-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0263
摘要:
为了表征地震动随机性对梁体碰撞间隙宽度设计的影响,基于随机振动理论和矩阵系统可靠度运算方法提出一套评价桥梁系统间隙需求宽度的概率方法。首先,建立空间地震激励下的桥梁碰撞间隙需求概率模型;其次,建立了桥梁梁体碰撞的有限元模型,推导了震级与梁体间隙宽度超越概率的关系;最后,基于矩阵系统运算方法得到桥梁系统所有碰撞处(梁体与梁体、梁体与桥台)各碰撞间隙宽度和桥梁系统碰撞概率关系。研究表明:随着震级增加,间隙宽度需求成非线性增加;梁体-桥台碰撞需求基本一致,梁体-梁体的碰撞概率比梁体-桥台碰撞概率要约大20%;在震级为7时,三个碰撞点均发生碰撞的超越概率约为63%,至少两处发生碰撞的概率为95%,至少一处发生碰撞的概率为100%。
温度对斜拉桥跨中竖向位移的作用机理研究
周毅, 孙利民, 谢谟文
2018, 35(8): 46-54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0272
摘要:
跨中竖向位移是桥梁结构健康监测中的重要指标之一,它会随环境温度的改变发生可观的变化。利用上海长江大桥的现场实测数据,该文通过平面几何分析和有限元分析研究了温度对双塔斜拉桥跨中竖向位移的影响机理,揭示了斜拉桥在温度作用下的行为规律。研究表明:温度引起的斜拉桥跨中竖向位移不随环境温度或某种结构温度单调变化,可通过拉索温度、主梁平均温度、主梁顶底板温差和桥塔平均温度的热胀冷缩效应线性叠加计算;拉索温度和主梁平均温度对上海长江大桥跨中竖向位移的影响远大于主梁顶底板温差和桥塔平均温度,且拉索温度的效应方向与其余三种温度相反;该文提出的平面几何分析模型可初步估计斜拉桥跨中竖向位移随温度的变化。
带有橡胶垫层的混凝土接触特性试验及其内聚力模型
张振宇, 万璐, 冯吉利
2018, 35(8): 55-66. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0239
摘要:
针对带有橡胶垫层的混凝土试件,通过直剪试验研究了带有橡胶垫层的混凝土接触摩擦特性。采用PPR内聚力模型表征接触面的接触摩擦特性,对试验结果进行了模拟分析。试验结果表明:在带有橡胶垫层的混凝土接触面剪切过程中,剪切应力与剪切位移的变化过程可分为弹性、弹塑性硬化和应变软化变形阶段。当轴向应力在1.5 MPa~13 MPa范围内时,残余强度与剪切强度比在55%~65%,当轴向应力为17 MPa和21 MPa时,残余强度与剪切强度比大约分别为70%、80%。橡胶垫层在混凝土之间起到良好的缓冲作用。在轴向应力较大时,接触面的应力变形会伴有明显的软化变形阶段。利用Archard非线性幂次准则描绘了剪切峰值应力与轴向应力的关系,准则中常数km分别为0.97和0.33。PPR内聚力模型计算表明剪切应力随剪切位移变化关系曲线与试验结果基本吻合,为研究盾构管片块体间的接触摩擦作用研究提供借鉴。
火灾下邻边简支邻边固支双向板极限承载力的能量计算法
朱崇绩, 董毓利
2018, 35(8): 67-78,99. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0266
摘要:
对2个足尺邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板试件进行了抗火试验,介绍了试验炉及试件设计、试验方案及观测内容和方法,描述了试验现象、裂缝及邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板的破坏特征,研究了受火过程中沿板厚度的温度场分布规律及板的竖向和水平变形,分析了受火过程中固支边的内力重分布;试验结果表明,未受火面裂缝最终形成半椭圆形破坏模式。在试验基础上,给出了火灾作用下邻边简支邻边固支钢筋混凝土双向板极限承载力的新能量法计算模型,该模型假定火灾作用下板的张拉薄膜效应在塑性铰线形成后出现,且张拉薄膜效应为塑性铰线上屈服钢筋伸长所做塑性功提供。该模型计算结果与试验结果吻合很好,而基于塑性铰线理论的传统能量法计算值偏保守。
基于零厚度粘聚力单元的钢筋混凝土板在爆炸荷载下的动态破坏过程分析
吴志军, 张鹏林, 刘泉声, 李万峰, 江维中
2018, 35(8): 79-90,110. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0270
摘要:
军火库或危险品仓库存在着偶然爆炸的威胁,而钢筋混凝土是这些建筑物的主要构成材料,因此研究钢筋混凝土结构在爆炸荷载下的破坏过程具有重要意义。该文基于LS-DYNA动力有限元程序,利用任意拉格朗日–欧拉(ALE)方法,以及多物质流固耦合方法对混凝土结构在爆炸荷载作用下的动态破坏过程进行研究。为了更好分析混凝土结构在爆炸荷载作用下的动力响应,采用了考虑应变率影响的钢筋和混凝土材料本构模型,并引入零厚度粘聚力单元来模拟混凝土的动态破坏过程,克服基于侵蚀算法单元删除带来的质量损失问题。该文首先介绍零厚度粘聚力单元模型的生成过程并对比试验结果,验证所建立的零厚度粘聚力单元模型的合理性。其次,对比不同爆炸荷载下基于侵蚀算法以及零厚度粘聚力单元两种不同模拟方法的模拟结果,验证基于零厚度粘聚力单元模拟的优越性。最后基于零厚度粘聚力单元模型,分析不同爆炸荷载对混凝土结构动态破坏过程以及碎片抛射的影响。
薄壁型钢管/胶合竹板组合空芯柱轴压试验研究
周靖, 陈卓晟, 赵卫锋, 杨斌
2018, 35(8): 91-99. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0278
摘要:
为研究薄壁型钢管/胶合竹板组合空芯柱的轴压性能,进行了3批试件的轴压试验,考察组合柱的破坏形态特征、抗压承载力和变形情况,综合分析了长细比、净截面尺寸、空心率、截面组配形式、横向约束拉杆排数和相对竖向间距比对轴压性能的影响。结果表明:组合柱的破坏形态为端部或中部开胶剥离破坏、柱端竹胶板压溃破坏、端部或约束拉杆间开胶压折破坏以及压曲整体失稳破坏;增大长细比引起失稳破坏的趋势增大,净截面尺寸增大是极限承载力提高的关键因素;截面组配形式能影响组合柱破坏形态特征;设置约束拉杆能提升组合柱的承压稳定性,优化约束拉杆排数和相对竖向间距比的设计,能明显改善材料界面的接触效应而提升承载力。通过非线性回归分析,建立了组合柱的承载力计算方法。
SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法研究
楚留声, 刘静, 王伸伟, 赵军
2018, 35(8): 100-110. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0283
摘要:
型钢混凝土(SRC)柱-钢梁混合框架结构具有较好的抗震性能,在大跨度结构及高层建筑中得以广泛应用,然而对于SRC柱-钢梁混合框架结构的抗震设计方法研究较少。根据SRC柱-钢梁混合框架结构的特点,将其性能划分为使用良好、暂时使用、修复后使用、接近倒塌四个水平,采用层间位移角限值予以量化,并在此基础上提出SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法。利用通用有限元软件ABAQUS中的PQ-FIBER模型对SRC柱-钢梁混合框架进行静力弹塑性分析,并采用已有的试验研究成果对PQ-FIBER模型的适用性进行了验证。采用此方法对某8层SRC柱-钢梁混合框架结构进行了设计,然后采用静力弹塑性分析法验证该方法的可行性,为SRC柱-钢梁混合框架结构直接基于位移的抗震设计方法提供一定依据。
U型箍加固锈蚀RC梁的抗弯性能试验研究及数值分析
张建仁, 肖林发, 彭建新, 唐皇
2018, 35(8): 111-121. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0286
摘要:
为研究U型箍加固和二次锈蚀对锈蚀RC梁力学性能的影响,该文通过设计7片试验梁,分析构件的应变规律、变形特征、破坏机理等,并采用ABAQUS有限元软件进行了数值模拟,探讨U型箍加固厚度与加固位置对加固梁性能的影响。结果表明,试验梁跨中截面应变满足平截面假定,中和轴高度大致符合这个规律:锈蚀梁以及锈蚀加固再锈蚀梁的中和轴高度均要大于加固锈蚀梁的高度;荷载增大到一定时,U型箍的锚固作用开始发挥作用;加载中后期,同侧三片U型箍分担的剪力存在不均匀性;腐蚀不均匀导致两端的U型箍应变增长规律有差异;加固梁、加固锈蚀梁的裂缝更稀疏,裂缝趋向于跨中区域分布,斜裂缝逐渐变得不明显; U型箍加固梁的开裂荷载与极限荷载有所提高,塑性特征更为明显,主要呈现为弯剪破坏;二次锈蚀和不均匀性会改变构件变形发展,影响梁的破坏形态。数值模拟的极限荷载、极限荷载对应的挠度以及能量吸收值与试验结果的误差分别在4.22%、9.7%、9.9%范围以内,设置3 mm的加固厚度对提高承载力较为适宜,U型箍布置在梁端位置可更好地提高构件的强度和刚度。
地震动多元强度参数主成分与结构损伤的相关性分析
刘亭亭, 于晓辉, 吕大刚
2018, 35(8): 122-129,137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0289
摘要:
采用主成分分析方法,考虑多个地震动强度参数,综合分析多元地震动强度参数主成分与结构损伤之间的相关性。以单自由度体系为研究对象,使用三种恢复力模型,选择80条真实地震动记录作为输入,分析得到体系在地震作用下的最大位移和滞回能量。采用挑选的10个地震动强度参数,基于主成分分析方法,构造地震动强度的主成分线性组合,并对地震动强度参数主成分与结构损伤之间的相关性进行分析。结果表明:由于考虑了多个地震动强度参数,相比于单个地震动强度参数与结构损伤之间的相关性,地震动多元强度参数主成分与结构损伤之间的相关性更为稳定。
具有复位功能的钢筋混凝土剪力墙设计与性能研究
肖水晶, 徐龙河, 卢啸
2018, 35(8): 130-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0296
摘要:
为减轻混凝土剪力墙墙脚处的严重破坏,提高混凝土结构延性并控制震后残余变形,提出一种具有复位功能的钢筋混凝土剪力墙。该自复位剪力墙(SC-SW)通过两侧墙脚设置的碟簧装置提供复位力,利用墙体自身变形耗散地震能量。基于相同的几何尺寸和配筋以及相似的加载规则,建立普通钢筋混凝土剪力墙SW1和自复位剪力墙SC-SW有限元模型,对比分析两者的承载能力,耗能能力及变形能力。结果表明,SC-SW的承载能力略高于SW1,累积滞回耗能大于SW1,并且SC-SW的延性性能相比SW1提高约40.95%。新型SC-SW墙脚处放置碟簧装置可提供必要的抗侧刚度减轻墙脚的破坏,并提供较好的复位能力,能基本消除构件的残余变形,使结构在地震后具有可恢复的功能。
基于贝叶斯更新的深水桥墩波浪动力响应概率模型
张家瑞, 魏凯, 秦顺全
2018, 35(8): 138-143,171. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0299
摘要:
海洋环境中的深水桥墩长期受到不规则随机波浪动力作用。传统设计规范中采用的特征波浪计算方法,虽然简单高效,但是无法充分考虑波浪随机性和动力效应对结构的影响。该文以深水桥墩在波浪作用下的动力响应与静力响应之间的概率关系为研究对象,应用贝叶斯更新理论建立简单有效的深水桥墩波浪动力响应概率模型。通过对比深水桥墩动力时程分析结果,验证模型的有效性,并对样本数量和模型形式进行讨论。研究表明:基于贝叶斯更新理论的深水桥墩波浪动力响应概率模型可以快速准确地计算波浪作用下深水桥墩的动力响应,能够有效修正传统静力方法存在的偏差,并可在样本数据非常有限的情况下对深水桥墩的动力响应进行较好估计。
短剪切型消能梁段的力学性能及其影响因素研究
胡淑军, 熊进刚, 王湛
2018, 35(8): 144-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0306
摘要:
已有研究表明,长度比小于1.0的短剪切型消能梁段与普通剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角存在较大差异。该文基于Q235和Q345钢材,设计108个考虑加劲肋间距、翼缘与腹板面积比、翼缘强度和跨高比等因素的模型,并采用与已有试验结果对比验证的有限元分析方法,详细研究短剪切型消能梁段的力学性能及各因素的影响规律。结果表明,短剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角分别能达到1.90和0.13,加劲肋间距系数和翼缘宽厚比可分别放宽至40和10√235/fy。另外,增大翼腹比可有效提高短剪切型消能梁段腹板受剪屈服后的承载力,但改变翼缘强度和跨高比对其性能无明显影响。
基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法
蒋水华, 姚池, 杨建华, 姜清辉, 黄劲松
2018, 35(8): 154-161. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0308
摘要:
空间变异边坡可靠度计算需要进行多次重复性边坡稳定性分析,常用的边坡稳定性分析极限平衡方法(LEM)计算效率较高而有限元方法(FEM)可捕捉真实的边坡失效机制,边坡可靠度评价中如能充分利用这两者的优势将具有重要的工程价值。该文在发展考虑参数空间变异性边坡可靠度分析的一阶可靠度方法(FORM)基础上,提出基于模型修正的空间变异边坡可靠度分析方法,引入一修正系数将基于LEM的简化极限状态面逐渐修正为基于FEM的准确极限状态面,最后基于修正系数和LEM安全系数计算公式采用线抽样法计算边坡失效概率。通过一个考虑参数空间变异性的摩擦/粘性土坡算例验证提出方法的有效性,并探讨土体参数空间变异性和黏聚力与内摩擦角之间互相关性对边坡可靠度的影响。结果表明:提出方法的边坡可靠度计算精度与基于FEM子集模拟方法一致,但是计算效率远远大于后者,尤其对于低概率水平边坡可靠度问题,从而为解决考虑土体参数空间变异性的低概率水平边坡可靠度问题提供一条新的途径。
不同四塔组合形式对特大型冷却塔局部非高斯风压分布影响研究
王浩, 柯世堂
2018, 35(8): 162-171. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0309
摘要:
非高斯脉动风压是引起冷却塔局部风荷载过大的重要因素之一,群塔干扰会显著改变冷却塔表面风压非高斯分布模式。四塔组合是火/核电厂冷却塔群最常见的组合形式之一,以在建世界最高冷却塔(220 m)为研究对象,针对工程中最典型的串列、矩形、菱形、L形和斜L形五种四塔方案进行刚体测压风洞试验。在此基础上,系统研究不同四塔组合形式冷却塔风压信号的幅域和时域特性,并针对考虑四塔干扰效应的冷却塔二维和三维峰值因子取值问题进行对比探讨,分析不同四塔组合方案对冷却塔风压非高斯特性的影响规律。研究表明,串列、矩形、菱形、L形和斜L形方案分别较单塔工况非高斯区域增加了11%、63%、56%、89%和30%,采用基于高斯分布假定的峰值因子法进行冷却塔群极值风压计算将引起较大的误差。串列和斜L形四塔方案峰值因子分布受塔群干扰影响较小,而矩形、菱形和L形方案峰值因子较单塔明显增大,部分区域峰值因子达到6.5以上。该文研究从机理上分析四塔组合冷却塔群局部风压过大的形成原因,也为进一步探讨不同四塔组合冷却塔群表面极值风压奠定了基础。
采用螺栓连接的工字形全装配式RC剪力墙试验研究
孙建, 邱洪兴, 谭志成, 蒋洪波
2018, 35(8): 172-183,191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0313
摘要:
采用连接钢框、高强度螺栓将带有内嵌边框的纵横向预制钢筋混凝土(RC)剪力墙连接起来,形成工字形剪力墙。为研究该全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,进行了3榀墙体的单调加载试验和1榀墙体的低周反复荷载试验,分析了该全装配式工字形剪力墙的承载能力、刚度、延性性能、耗能能力、连接件的应变分布以及连接件间的相对滑移等,最后探讨了试件的极限抗剪抵抗机制。研究结果表明:该全装配式剪力墙具有较高的承载能力、较好的延性性能以及耗能能力,位移延性系数约为3~6;高强度螺栓的直径、连接钢框钢板的厚度对装配式剪力墙的抗侧刚度及峰值荷载有一定的影响;内嵌边框既传递了分布钢筋的应力,也起到了约束混凝土、增加RC剪力墙延性性能的作用。
玻璃纤维增强短钢管构件轴压试验和破坏模式仿真研究
武启剑, 王臣, 支旭东
2018, 35(8): 184-191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.0326
摘要:
该文采用试验和数值仿真手段,对缠绕成型玻璃/环氧复合材料(GFRP)增强薄壁圆钢管短柱在轴压荷载作用下的承载能力及破坏特点进行研究,讨论是否缠绕GFRP、径厚比、试件长度以及GFRP缠绕角度(圆管试件轴向到纤维纵向的角度)等因素对试件承载能力的影响。提出较为准确的复合构件数值仿真方法,采用ABAQUS的Explicit求解器并考虑GFRP的Hashin失效准则和GFRP与钢管之间的界面脱粘等因素,获得的模拟结果与试验现象吻合良好。在此基础上,对短管构件在不同GFRP体积率(GFRP体积/构件总体积)下的性能进行分析,获得了GFRP体积率对构件承载力的影响。
高温后圆钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究
陈宗平, 刘祥, 周文祥
2018, 35(8): 192-200,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0226
摘要:
为揭示历经高温作用后圆钢管与高强混凝土界面间的黏结滑移性能,设计17个试件进行推出试验,试验考虑了高强混凝土强度等级、历经最高温度和界面黏结长度3个变化参数,通过试验,观察了试件的破坏过程及形态,得到试件加载端及自由端的荷载-滑移曲线,基于试验实测数据深入分析各变化参数对黏结强度、界面耗能及损伤的影响规律,提出了高温后圆钢管高强混凝土界面黏结强度的计算式以及黏结滑移本构方程。结果表明:随历经温度的升高,圆钢管与高强混凝土界面黏结强度呈现先增大后减小的变化规律;随着历经温度的升高,黏结强度随混凝土强度等级的提高而增大的影响程度逐渐减弱;界面黏结损伤随历经温度的升高有所推迟;界面黏结耗能能力随历经温度与混凝土强度等级的提高而下降。
高温后高强混凝土受压疲劳性能研究
赵东拂, 高海静, 刘禹辰, 刘慧璇, 贾朋贺
2018, 35(8): 201-207,229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0316
摘要:
利用电液伺服疲劳试验机,进行了C60高强混凝土的单轴受压疲劳试验,研究了其经100℃、400℃和700℃高温后表观特征、残余应变、疲劳寿命等的变化规律。试验结果表明:高温后高强混凝土的色泽变浅,部分400℃恒温0.5 h、1 h的试块呈铁锈红色,700℃时试块外表呈灰白色;在单轴受压疲劳荷载作用下,高温后高强混凝土的残余应变符合三阶段发展规律,较普通混凝土有更长的第二阶段。定义相对残余应变为损伤变量,建立了高温历程与受压疲劳损伤的关系模型,为经历重复荷载作用与不同加温历程等综合工况下高强混凝土疲劳试验研究及疲劳损伤评价奠定了基础。
基于支撑刚度的消能减震结构最优阻尼参数研究
兰香, 潘文, 白羽, 张龙飞, 余文正
2018, 35(8): 208-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0810
摘要:
基于传统消能减震体系力学模型的研究,提出考虑支撑等连接件刚度的实用减震体系力学模型。结合数学方法中的拉普拉斯变换和傅里叶变换,推导实用减震体系的传递函数及其频率特性。再利用频率响应曲线中的定点理论对频率特性进行深入研究,发现频率响应曲线的定点是曲线峰值能够达到的理论最低点,进一步推出实用减震体系的最优阻尼比和频响曲线最低峰值等参数的计算公式。最后通过单自由度体系验证了最优阻尼比的存在性,给出支撑刚度系数的建议取值范围,并通过工程实例说明支撑刚度系数在消能减震结构设计中的重要意义。
机械工程学科
考虑热应力、热变形正交各向异性板的动特性及响应规律
胡君逸, 李跃明, 李海波, 程昊
2018, 35(8): 218-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0258
摘要:
该文开展了热环境下正交各向异性板固有特性和激励响应的研究,通过实验测试与数值计算,分析了其固有频率随温度的变化规律、模态交换或突跳现象、以及激励作用下响应受温度的影响。结果表明:温度引起的热应力与热变形会改变板的动态特性,但两者在热屈曲前后对板刚度的影响机制不同,导致固有频率随温度先降低后上升,且它们的微小变化会导致正交各向异性板的模态交换或突跳现象;激励作用下整体响应曲线随温度升高向低频漂移。
基于光纤光栅传感的螺纹钻杆复合载荷多节点检测技术
耿淑伟, 余有龙, 梅钰洁, 赵曾, 殷参, 赖小明
2018, 35(8): 230-235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0269
摘要:
引入光纤光栅应变传感器和温度传感器,结合螺纹钻杆复合载荷(轴向压力、弯矩和扭矩)分离理论,实现对钻进过程中螺纹钻杆多节点处复合载荷自动分离与在线检测,同时对钻进过程中出现的温升进行了补偿。将检测结果与电机施加的载荷(压力和扭矩)进行对比分析,认为螺纹钻杆前端(靠近钻头一侧)受到被钻物侧向挤压和摩擦阻力较大,使得电机施加的压力和扭矩传递损耗较多,导致易磨损、变形;而螺纹钻杆中段和末端只是短暂甚至未进入被钻物,传递损耗相对较少,受弯矩的影响较大。该检测技术为钻杆材料的选择、结构优化和钻进参数的选定提供技术支撑。
颗粒流润滑剪切膨胀的力学机制研究
孟凡净, 刘焜, 吴华伟
2018, 35(8): 236-244. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0282
摘要:
颗粒流润滑是可用于苛刻环境下的新型润滑方法,颗粒流的剪切膨胀特性是全面建立颗粒流润滑理论亟需解决的关键问题。该文基于离散单元法建立了颗粒流润滑的分析模型,研究了润滑启动阶段剪切膨胀现象的变化规律,剪切膨胀的速度适应机制和压力适应机制,并在总结剪切速度和压力载荷对剪切膨胀影响的基础上分析得出了剪切膨胀现象的力学机制。研究结果表明:润滑启动阶段,颗粒润滑系统的剪胀率随时步的变化服从二次多项式规律;颗粒润滑系统的剪切膨胀幅度随剪切速度,压力载荷的增大均呈现逐步递减的变化趋势;颗粒润滑系统的剪切膨胀特性与颗粒润滑介质间细观力链的波动密切相关,当细观力链的波动幅度变大时,颗粒润滑系统剪切膨胀的变化幅度亦增大,反之则减小。颗粒润滑介质间的接触力分布按幂函数规律变化,且颗粒润滑介质间力链的强度随着剪胀率绝对值的增大而变强。
其他工程学科
预测船舶碰撞与搁浅结构动力响应的程序实现
宋子杰, 胡志强
2018, 35(8): 245-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0232
摘要:
该文介绍一个综合性解析计算程序,可用于预测船舶在碰撞和搁浅场景下的强非线性结构动力响应,包括结构变形阻力及能量耗散。解析计算方法具有使用方便,计算速度快,计算结果相对可靠的优点,易于工程应用。预测船舶碰撞与搁浅结构动力响应的程序包含两个模块,分别是船舶碰撞场景模块和船舶搁浅场景模块。船舶在碰撞和搁浅场景中,船体外板和内板等构件在外载荷作用下会出现弯曲、膜拉伸和撕裂的变形模式;船体桁材构件在外载荷作用下会出现弯曲和褶皱压溃变形模式。船体构件损伤失效所产生的结构变形阻力和能量耗散以解析的方式表达。此外,采用LS_DYNA程序开展数值仿真,验证解析计算程序的准确性和合理性。综合解析计算程序在结构设计阶段,对船体结构的耐撞性和船舶风险评估,都具有一定的工程应用价值。