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2019年  第36卷  第2期

综述
结构时程分析中强震记录选取研究综述
张锐, 李宏男, 王东升, 成虎
2019, 36(2): 1-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0037
摘要:
该文论述了近年来国内外在结构抗震时程分析中输入强震记录选取的各种方法,对评判指标的选取及样本容量的确定进行了分类梳理和评述。震级、震中距、场地等地震信息常作为选波的第一评判指标,而目标谱及其他地震动强度指标则作为第二评判指标。地震动强度指标已总结出数十种,它们与结构反应的相关性及其在选波研究中的优越性认识不一。以反应谱为目标进行匹配、缩放及选择的方法(目标谱选波法),成为目前最主流的方法。目标谱的种类较多,最广泛采用的是规范设计谱,工程应用比较方便;条件均值谱方法精度较高,但如何将条件均值谱与我国规范接轨,仍需深入研究。结构反应均值估计中,反映强震记录反应谱与目标谱匹配程度的误差指标及缩放方法的取用,应力求能够选出谱形匹配较优的强震记录。随着基于性能抗震理念的深入及地震危险性概率分析方法的逐渐完善,结构反应的估计也从均值发展到概率分布,其所需的样本容量及所采用的评判指标研究仍需进一步深入。
基本方法
基于EEP超收敛解的自适应有限元法特性分析
孙浩涵, 袁驷
2019, 36(2): 17-25. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0439
摘要:
基于EEP (单元能量投影)超收敛计算的自适应有限元法,已对一系列问题取得成功,但其自适应特性尚缺乏相关研究。该文以二阶常微分方程为模型问题,同时考察基于EEP和SPR (超收敛分片恢复)超收敛解的自适应分析方法,与有限元最优网格进行了比较分析,进而提出反映自适应有限元收敛特性的估计式,并给出了自适应收敛率β的定义。该文给出的数值试验表明:采用m次单元,对于解答光滑的问题,SPR法与EEP法均可有效用于自适应求解,其位移可按最大模获得m+1的自适应收敛率;对于奇异因子为α(<1)的奇异问题,SPR法失效,而基于EEP法的自适应求解,其位移按最大模可获得m+α的自适应收敛率,远高于α的常规有限元收敛率。
基于RANS对考虑风向随高度偏转的大气边界层自保持研究
冯成栋, 顾明
2019, 36(2): 26-35,52. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0902
摘要:
从基本方程出发,通过调整k-ε模型基本参数,对考虑风向随高度偏转的不可压缩中性层结水平均匀稳态正压大气边界层进行了模拟。通过少量网格预前模拟、主模拟和近地面物理量调整三个步骤,对风场的自保持实现方法进行了探讨。研究表明,通过调整k-ε模型基本参数,可以取得与实测较一致的模拟结果。少量网格预前模拟得到的风场应用于主模拟中,各物理量均可以在流域中得到较好的保持。通过ANSYS Fluent中的FixedValues操作进行近地面物理量调整,可以取得更加理想的自保持结果。
土木工程学科
装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析
白国良, 秦朝刚, 徐亚洲, 苏宁粉, 吴涛, 孙煜喆
2019, 36(2): 36-44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.ST07
摘要:
为研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了参数、加载制度等条件相同的12层装配整体式和现浇剪力墙1∶5缩尺模型结构,并对其进行了振动台试验。研究了两模型结构受地震作用时的裂缝形态、破坏机理,自振频率、振型和阻尼比等动力特性,楼层剪力、倾覆力矩、位移,最大层间位移角和结构延性系数等地震响应参数,并进行了对比分析。结果表明:装配整体式结构连接部位存在初始损伤,在首次地震波输入后,其自振频率下降较大,而二者的振型系数和阻尼比变化趋势基本一致;在弹性阶段,两模型结构的裂缝形态、楼层剪力、倾覆力矩、楼层位移和层间位移角的变化规律基本一致,随着输入地震波加速度峰值的增大,其量值无明显差异;结构进入塑性阶段,两模型结构的裂缝形态及其形成机理的差异,造成现浇结构的自振频率最终降低幅度、层间位移角大于装配整体式结构。两模型结构的地震响应均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
一种索穹顶结构初始预应力分布确定的新方法—预载回弹法
向新岸, 冯远, 董石麟
2019, 36(2): 45-52. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0971
摘要:
对索穹顶结构初始预应力分布的确定进行了研究,提出一种新方法—预载回弹法。该方法首先对索穹顶施加一个预设荷载,提取有利于抵抗预设荷载的内力分布。将该组内力作为预应力施加至结构上,并撤除预载,使结构回弹,通过两阶段变弹性模量迭代计算,收敛后可获得索穹顶结构的整体可行预应力分布。该方法通过施加对称荷载,即可自动实现单元的分组,便于整体可行预应力的判定,并可直接获得多自应力模态结构的优化初始预应力分布。通过算例证明预载回弹法具有很高的精度、较快的收敛速度,求得的整体可行预应力分布直接适用于实际工程应用。
基于GPU并行计算的地下结构非线性动力分析软件平台开发
曹胜涛, 路德春, 杜修力, 赵密, 程星磊
2019, 36(2): 53-65,86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0898
摘要:
为解决地下结构隐式非线性动力分析收敛性差和计算效率低的技术瓶颈,该文建立了基于GPU并行计算的地下结构显式动力分析软件平台。在此平台中提出并实现了一种混凝土弥散开裂模型;给出并实现了一种钢筋纤维与实体单元的耦合方法;基于等参元思想,提出了人工边界节点的单元从属面积的计算方法;为实现节点不协调情况下的土与结构相互作用分析,开发实现了一种实体单元间的两节点接触单元。利用该文开发的软件对日本大开地铁站进行了重力场分析、线性和非线性动力分析。将重力场和线性动力分析结果与ABAQUS分析结果进行了对比,结果表明该文软件计算结果与ABAQUS计算结果一致,且计算效率约为ABAQUS计算效率的5.68倍,验证了软件各模块的正确性和效率。另外,通过将非线性计算结果与灾害调查结果进行对比分析,验证了软件非线性分析的稳定性和合理性。
基于统计损伤理论的硫酸盐侵蚀混凝土本构模型研究
白卫峰, 刘霖艾, 管俊峰, 姚贤华
2019, 36(2): 66-77. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0734
摘要:
基于统计损伤理论及宏观试验现象,该文建立了考虑硫酸盐侵蚀影响的混凝土单轴、双轴压缩统计损伤本构模型。混凝土变形破坏被理解为细观断裂、屈服两种损伤模式的连续累积演化过程。硫酸盐侵蚀效应改变了混凝土微结构的组成成分和力学特征,进而改变了微裂纹萌生、扩展的形态以及损伤的累积演化过程,可通过改变断裂和屈服两种细观损伤机制演化过程的概率分布形态来模拟。分析结果表明:在硫酸盐侵蚀环境下,侵蚀程度的加深显著改变了混凝土细观损伤累积演化过程,最终导致混凝土宏观力学性能呈现先“强化”后“弱化”的现象。在此过程中,细观损伤演化过程呈现出明显地规律性,可由统计损伤模型中5个特征参数的变化规律表征。该文模型为复杂环境下侵蚀混凝土细观损伤过程预测和分析提供了新的方法和工具。
钢筋混凝土柱冻融损伤模型研究
张艺欣, 郑山锁, 裴培, 李磊, 秦卿, 董立国
2019, 36(2): 78-86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0791
摘要:
为研究冻融后钢筋混凝土柱在地震作用下的响应,根据冻融损伤在构件截面分布的不均匀性,基于纤维截面分析方法,提出可考虑该分布的混凝土强度退化模型,以及等效冻融循环次数的计算方法。根据8榀考虑冻融影响的钢筋混凝土柱拟静力加载试验数据,对该文提出的模型进行了验证,同时与既有考虑冻融的混凝土模型进行了对比分析。结果表明:与未考虑冻融损伤分布的既有模型相比,该文模型的计算承载力较小,与试验数据吻合更好,即能够更准确地模拟不同程度冻融损伤后钢筋混凝土柱的地震反应。
基于环境激励法的高层钢筋混凝土剪力墙结构自振周期经验公式研究
闫培雷, 孙柏涛
2019, 36(2): 87-95. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0904
摘要:
基于环境激励法对97栋高度在45 m~100 m的高层钢筋混凝土剪力墙结构进行动力性能测试,识别结构在水平纵、横两个方向上的基本自振周期、第二阶自振周期和第三阶自振周期。对前三阶自振周期进行回归分析,分析各主轴方向上高宽比对前三阶自振周期的影响,给出水平纵、横两个方向上前三阶自振周期的经验公式及其分布范围,给出统计学意义上的高阶自振周期与基本自振周期间的关系,并利用两个相关结构算例对公式的可靠性、有效性进行验证。该文的研究是对《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中结构自振周期经验公式相关规定的补充和完善。
脆性各向异性岩石破坏过程数值模拟
姚池, 何忱, 蒋水华, 杨建华, 姜清辉
2019, 36(2): 96-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0915
摘要:
在改进刚体弹簧方法的基础上,采用Hoek-Brown准则判断界面破坏,提出各向异性Voronoi网格的生成方法,并引入界面细观参数各向异性的赋值函数,最终建立了脆性各向异性岩石损伤破坏过程的数值模拟方法。利用该方法对文献中的试验结果进行了模拟。计算表明,该方法不仅能成功模拟岩石抗压强度随软弱面倾角变化的“U”形规律,定量上与试验结果吻合良好,而且能同时定量模拟岩石变形特性即弹性模量和泊松比的各向异性特征。
牺牲-耗能型伸臂桁架的设计和试验研究
朱亚宁, 林楷奇, 蒋庆, 林元庆, 杨青顺, 陆新征
2019, 36(2): 104-113. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0918
摘要:
伸臂桁架是超高层建筑中的重要抗侧力构件。该文以一个超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为研究对象,分别采用普通伸臂桁架和防屈曲支撑(BRB)伸臂桁架进行独立设计,得到两个结构模型—普通伸臂桁架结构(CO)和BRB伸臂桁架结构(BO)。罕遇地震弹塑性分析结果表明,由于BO模型中的BRB伸臂桁架始终保持较高强度,反而导致结构中其他构件的塑性耗能比例增加,最终其塑性耗能效果不如CO模型中的普通伸臂桁架。因此,该文提出了一种新型牺牲-耗能型伸臂桁架,通过试验研究和有限元模拟分析了牺牲-耗能型伸臂桁架的主要设计参数及抗震性能。结果表明:牺牲-耗能型伸臂桁架的牺牲段和耗能段强度最优比为6∶4左右;将CO及BO模型中的伸臂桁架分别按照等刚等强原则替换成对应的牺牲-耗能型伸臂桁架后,结构中伸臂桁架的塑性耗能明显增加,剪力墙的塑性耗能明显减少,其他构件如连梁、梁的塑性耗能基本呈减少趋势,牺牲-耗能型伸臂桁架起到了保护结构中其他构件的作用。
基于Copula函数的主余震地震动强度参数相关性分析
朱瑞广, 吕大刚
2019, 36(2): 114-123. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0921
摘要:
该文从PEER NGA-West2地震动数据库挑中选出662条主余震地震动,对主震和余震地震动强度参数之间的相关性进行了分析。计算了主震和余震地震动强度参数之间的相关系数,并结合K-S检验以及AIC准则和BIC准则确定了它们的最优概率模型。同时,利用AIC准则和BIC准则确定了主震和余震地震动强度参数之间的最优Copula函数,并基于Copula函数建立了它们之间的联合分布函数。在此基础之上,给出了给定主震地震动参数条件下,余震地震动强度参数的条件分布和条件均值。研究结果表明:在34个所选强度参数中,卓越持时之间的相关性最高;利用Copula函数可以较为精确地建立主震和余震地震动强度参数间的联合分布;给定主震地震动强度参数条件下,Copula条件均值可以用来预测余震地震动强度参数的取值。
铁路正交异性桥面加劲肋-横隔板局部疲劳受力特性研究
施洲, 张勇, 杨仕力, 蒲黔辉
2019, 36(2): 124-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0927
摘要:
正交异性钢桥面因整体性好、承载力强等优势在铁路大跨度桁梁及箱梁斜拉桥、拱桥等桥型中应用越来越广泛,其疲劳特性与公路桥面具有显著的差异。针对铁路正交异性钢桥面加劲肋与横隔板连接处的疲劳敏感区,通过弹性支撑梁理论及闭口薄壁杆件理论分析其局部受力特征,提出了加劲肋疲劳敏感部位面内疲劳应力的解析公式,分析了解析公式中各疲劳影响因素的影响程度及作用机理。基于甬江特大桥——大跨度铁路斜拉桥的钢箱梁正交异性桥面设计了包含2个U肋及2个V肋的正交异性桥面疲劳试验模型,并进行了560万次疲劳加载。研究结果表明:解析公式与有限元分析、试验测试结果相符良好;试验模型测试结果能准确反映疲劳敏感点的应力情况,解析理论则能够反映疲劳敏感点应力的影响因素与规律;在铁路荷载下,加劲肋与横隔板的焊缝长度和加劲肋腹板倾角的增大能够有效降低加劲肋的疲劳应力幅;在铁路正交异性钢桥面板中面积相近、抗弯刚度相等的V肋比U肋具有更好的抗疲劳工作性能。
连续排水边界下梯形循环荷载作用的一维固结解析解
李勇义, 冯健雪, 梅国雄
2019, 36(2): 134-140. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0928
摘要:
针对现有固结问题中边界排水面存在孔压突变为零的问题,引入连续排水边界条件,基于该边界推导了考虑任意荷载作用的连续排水边界条件,并在此基础上建立了一维均质地基固结模型,求得其无量纲化的一般解答。将梯形循环荷载的傅里叶级数展开式的各项分别代入固结一般解答中,最后运用叠加原理将所求得的固结解答叠加,即是连续排水边界下梯形循环荷载作用的一维固结解析解。将本文梯形循环荷载退化为骤加荷载,并和已有文献进行对比,验证了所求解析解的合理性。通过参数分析,研究了界面参数和梯形循环荷载对固结性状的影响。
基于CFRP加固的钢混排架厂房全寿命周期地震成本研究
朱健, 赵均海, 谭平, 金建敏
2019, 36(2): 141-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0930
摘要:
采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)对坐落于我国西部具体地区的单层钢混排架工业厂房基于碳纤维布(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固前后的地震损伤和全寿命周期地震成本进行对比计算分析,研究中参考了中国抗震规范和美国太平洋地震工程研究中心(PEER)强震数据库后拟合建立了与分析地区地质场地条件接近的当地地震风险度概率模型。采用多参数混合加权推导计算出CFRP加固钢混排架柱厂房结构全寿命周期地震损失成本统计值,计算过程中的结构尺寸、材料强度、地震荷载等相关参数变量采用蒙特卡洛(MonteCarlo Sampling,MCS)随机样本法予以考虑,研究结果显示该地区CFRP加固单层钢混排架厂房结构全寿命周期地震成本统计中位值在5.75元/(年·m2),扣除加固材料成本及加工费用后较同类型未加固普通厂房全寿命期地震成本费用综合节省约16.5%,显示厂房采用CFRP加固技术后具有良好的全寿命周期地震成本经济性,同时CFRP加固后的厂房结构地震年平均成本直接费CoV统计偏差在1.35%~1.36%。
基于钢板屈曲分析的双钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算方法
韦芳芳, 郑泽军, 喻君, 王永泉
2019, 36(2): 154-164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0938
摘要:
为了考虑钢板屈曲对双钢板-混凝土组合(DSCC)剪力墙的轴压承载力的影响,该文首先以4个组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立DSCC剪力墙的有限元模型。模型中混凝土采用实体单元,钢板采用壳单元,剪力连接件采用非线性弹簧单元SpringA,并考虑了材料非线性和钢板初始缺陷。在验证有限元模型后,研究了不同参数对钢板屈曲的影响,得到了钢板屈曲应力的计算公式。分析结果表明:当钢板出现局部横向贯通屈曲时,破坏模式为屈曲位置的混凝土压碎;当钢板未发生屈曲时,破坏模式为钢板屈服;墙侧面钢板宽度较小时,侧面钢板不会发生屈曲。最后,基于钢板屈曲分析以及构件极限状态下的应力状态分析,提出了新的DSCC剪力墙的轴压承载力计算方法,引入了钢板屈曲的影响。结构表明:对比规范JGJ/T 380―2015采用的计算公式,该文提出的计算方法具有更高的精度和稳定性,可用于DSCC剪力墙的深入研究以及工程设计。
锈蚀和疲劳耦合作用下梁桥时变承载力评估
杨慧, 何浩祥, 闫维明
2019, 36(2): 165-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0940
摘要:
钢筋混凝土桥梁在环境和荷载双重作用下将出现锈蚀、粘结退化和疲劳损伤,现有承载力计算方法不能同时考虑三者的综合影响。根据已有成果系统阐述锈蚀、粘结退化和疲劳损伤对承载力的影响,分析锈蚀和疲劳耦合作用下的钢筋面积退化情况。根据锈蚀钢筋与混凝土界面间的变形协调关系推导多因素影响下截面协同工作系数的表达式,提出同时考虑锈蚀、粘结退化和疲劳损伤的承载力计算方法。以钢筋混凝土简支梁为例,对其承载力退化过程进行理论分析和数值模拟。结果表明:所提出的承载力评估方法可以合理准确地反映桥梁在疲劳和锈蚀耦合作用下的承载力退化过程,可为计算锈蚀和疲劳耦合作用下桥梁承载力评估提供参考。
设备-结构-土体系振动台实时子结构试验方法探讨
姜忻良, 张崇祥, 姜南, 罗兰芳
2019, 36(2): 177-185,223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0943
摘要:
该文探讨了设备-结构-土体系振动台实时子结构试验方法的可行性,将设备-结构体系作为由振动台加载控制的试验子结构,同时将自由度缩减后的土体作为由仿真软件计算的数值子结构,试验时两者之间进行数据实时交互。首先基于分支模态子结构方法推导了设备-结构-线性土体系运动方程,并对各体系运动方程进行了变换,将其应用于设备-结构-线性土体系振动台实时子结构试验。然后结合土体在强震作用下并非全部进入非线性阶段的特点,提出采用局部非线性土模型作为数值子结构参与振动台实时子结构试验的思路,并应用分支模态子结构法与线性-非线性混合约束模态子结构法推导了设备-结构-局部非线性土体系的运动方程。设计了设备-结构-土相互作用缩尺模型,进行了各地震动作用下的设备-结构-线性土体系振动台实时子结构试验。通过比较振动台实时子结构试验结果与数值计算结果,发现两者之间吻合良好,证明该试验方法是可靠有效的。
桥梁结构动应变监测的温度效应实时分离与动荷载识别
孙雅琼, 赵作周
2019, 36(2): 186-194. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0954
摘要:
应变指标是对桥梁结构进行健康监测和状态评估的一项主要内容。但在实际工程中,应变监测值往往受到温度效应的极大影响,使得由动荷载引起的应变监测值湮没在温度效应中,同时导致监测系统中预先设置的固定预警指标无法实现有效预警。该文以合肥某斜拉桥的动应变及温度监测数据为实际工程背景,研究了一种从应变监测值中实时分离温度效应的工程方法。首先对斜拉桥主梁的温度监测数据分布情况进行了分析,提出了桥梁监测中的温度传感器布点建议;之后通过对实测应变监测数据的分析,提出采用时变的平均值法得到温度效应时程曲线,并将其应用于桥梁在线监测系统中监测数据的实时温度修正和动态预警阈值的设置。最后,以经该方法处理后的应变监测值为基础进行了动荷载识别。
蜂窝夹层铝建筑模板的几何优化与试验研究
肖潭, 胡森, 吴伟, 熊慧芳
2019, 36(2): 195-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0895
摘要:
建筑模板技术的创新对混凝土工程具有重要意义。该文对铝建筑模板采用蜂窝夹层结构的可行性进行计算分析与实验研究。首先根据Gibson理论计算蜂窝夹心结构的等效弹性参数,然后参考Reissner模型计算蜂窝夹层模板在均布荷载作用下的应力与变形,再按照铝建筑模板行业标准要求控制模板的变形条件和约束条件,对该模板蜂窝夹层结构的几何参数进行了优化。最后进行蜂窝夹层铝模板的弯曲试验,使用数字摄影测量系统获得了铝模板试件在不同载荷条件下的三维全场变形数据,试验结果与理论计算结果吻合较好。研究结果表明,采用蜂窝夹层结构可将铝建筑模板的质量降低60%以上。
基于波数-频率联合演变功率谱的一维空间非均匀脉动风场模拟
宋玉鹏, 陈建兵, 彭勇波
2019, 36(2): 205-214. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0892
摘要:
在高层建筑、大跨桥梁和大型风力发电系统等大型工程中,风荷载对结构的安全性至关重要、甚至是起控制作用的要素。因此,脉动风速场的模拟具有重要意义。谱表达方法得到了广泛的应用。但经典的谱表达方法需要对互功率谱矩阵的逐个频率点进行Cholesky分解或本征正交分解(POD),当模拟的空间点数较多时,分解效率非常低下、甚至可能出现矩阵奇异而难以实现。基于波数-频率联合功率谱或联合演变谱,不需要Cholesky分解或POD,可以方便地实现均匀或非均匀脉动风场的模拟。当模拟点为等间距点时,该方法能够使用FFT技术提高模拟效率,而当模拟点为非等间距点、不能使用FFT技术时,模拟效率依然有待提高。鉴于此,该文引入“结构化”非均匀离散方法和“舍选法”思想,建议了二维波数-频率域的非均匀离散策略,显著地提高了模拟效率。以某桥塔的一维空间非均匀脉动风场的数值模拟为例,验证了该方法的有效性。
不锈钢T形件螺栓连接承载性能试验研究
袁焕鑫, 胡松, 杜新喜, 程晓燕
2019, 36(2): 215-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0986
摘要:
通过开展14组不锈钢T形件螺栓连接试件的单调拉伸试验,得到了各试件的极限承载力、破坏模式和撬力发展规律,分析翼缘厚度、翼缘材料、螺栓直径和螺栓预拉力等因素对不锈钢T形件承载性能的影响。结果表明:螺栓预拉力对试件的极限承载力没有明显影响,但会提高试件的初始刚度; T形件的破坏模式取决于翼缘和螺栓的相对关系,与螺栓预拉力无明显关系;撬力值随着翼缘厚度和螺栓直径的减小而增大,但极限承载力对应的撬力值与螺栓预拉力无关。将试验结果与现行欧洲、美国和中国规范的计算结果进行比较,表明现行国内外规范的相关计算公式均较保守,其中美国规范由于翼缘采用极限抗拉强度,计算结果与试验值最为接近。
机械工程学科
空气弹簧多变过程的有限元模拟
李雪冰, 曹金凤, 危银涛
2019, 36(2): 224-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0925
摘要:
由于当前的有限元软件无法计算空气多变过程,导致空气弹簧垂向刚度预测偏差较大。为了解决这个问题,该文提出了空气弹簧多变过程有限元模拟的解决方案。基于虚功原理,推导了充气结构的有限元方程;基于理想气体状态方程,通过引入多变指数得到多变过程的气体弹性常数,并使用ABAQUS软件的用户自定义单元二次开发程序接口UEL开发了多变空气单元。通过与实验对比,发现该文提出的多变空气单元可以精确预测空气弹簧在不同频率、不同载荷和不同附加气室情况下的垂向刚度,从而验证了该文方法的有效性。
基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计
庞辉, 杨军杰, 刘雪
2019, 36(2): 229-238,248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0903
摘要:
针对主动悬架系统的质量参数不确定性以及作动器出现的随机故障对车辆行驶平顺性和控制稳定性带来的重要影响,该文提出一种基于T-S模糊模型的主动悬架滑模容错控制器设计方法。为了描述悬架参数不确定性,基于T-S模糊模型建立1/4车辆的非线性模型,利用故障调节因子表示作动器故障的大小,进而获得考虑悬架系统质量不确定性和作动器故障的车辆主动悬架控制模型。接着,将滑模控制与自适应理论结合,设计合适的滑模面函数和滑模容错控制律,以达到故障悬架系统的容错控制目的;并基于Lyapunov稳定性理论,对所提出控制器稳定性和悬架系统安全约束性能进行了分析。最后,给出一个仿真算例,验证了所设计控制器的有效性和适用性。
其他工程学科
球囊扩张式血管支架介入对弯曲血管的生物力学损伤研究
江旭东, 李鹏飞, 刘铮, 滕晓艳
2019, 36(2): 239-248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0979
摘要:
构建了球囊扩张式血管支架介入系统的非线性有限元模型,考虑了血管斑块类型对其本构模型的影响,分析了A型与B型血管支架在血管狭窄率-24%、40%、50%,曲率半径-6 mm、10 mm、20 mm,狭窄血管的壁面应力分布规律,研究了血管支架构型、狭窄血管几何参数和血管生物力学损伤的关系。数值分析结果表明,血管壁面应力随着狭窄率的增加而显著升高,随着血管曲率半径的增加而下降相对平缓;但是,扩张加载阶段的血管壁面应力显著高于卸载阶段,易于引起血管斑块的脆性断裂引起血管生物力学损伤。由于A型血管支架相对于B型血管支架具有纵向柔顺性更优的联接筋构型,导致A型血管支架引起的血管壁面应力低于B型支架,因而降低了A型血管支架对于血管的生物力学损伤。
纸夹芯和泡沫复合层状结构的静态缓冲吸能特性研究
潘丹, 郭彦峰, 付云岗, 王行宁, 唐唯高
2019, 36(2): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0888
摘要:
针对由发泡聚乙烯(EPE)、瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合层状结构的包装防护作用,通过实验对比分析了这类结构的横向静态压缩变形特征和缓冲吸能特性。结果表明,这类结构在压缩初始阶段和最后阶段主要表现为EPE的力学性能,而在中间阶段为瓦楞纸板、蜂窝纸板的力学性能。复合层状结构的弹性模量、总吸能、行程利用率均高于EPE,而单位体积变形能则由于试样厚度增加幅值不同,并未表现出与总吸能一致的变化规律。比吸能随着压缩应变增大而增加,几乎不受压缩速度的影响,其中EPE与蜂窝纸板复合层状结构的比吸能均大于EPE与瓦楞纸板复合结构。在应力水平较小时,EPE与瓦楞纸板复合层状结构的能量吸收效率大,然而在应力水平较大时,EPE与蜂窝纸板复合的能量吸收效率大。