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2019年  第36卷  第9期

综述
第二代基于性能地震工程中的地震易损性模型及正逆概率风险分析
吕大刚, 刘洋, 于晓辉
2019, 36(9): 1-11,24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.ST08
摘要:
第二代基于性能地震工程理论中的地震易损性主要是指结构构件以及非结构构件的抗震能力,与传统地震风险理论中的地震易损性定义和内涵并不相同。为了澄清二者的不一致性,首先介绍传统地震风险理论中地震易损性的定义和概率模型,然后指出第二代基于性能地震工程理论存在五个层次的地震易损性模型:地震需求易损性模型、抗震能力易损性模型、地震损伤易损性模型、地震损失易损性模型和抗震决策易损性模型,指出了这五种模型的区别及其相互关系,推导得到了地震需求易损性模型和地震损伤易损性模型分布参数的解析表达式。在此基础上,根据不同的不确定性传递路径,提出了正向PBEE和逆向PBEE的概念,以通过不同方式求解第二代基于性能地震工程理论的风险积分公式。基于地震危险性函数的近似表达式以及地震易损性模型及其分布参数的解析表达式,通过正向PBEE和逆向PBEE方法,分别得到了具有相同表达形式的工程需求参数EDP、地震损伤DM和决策变量DV三个层次的概率地震风险表达式。通过该文的研究,将传统地震风险分析理论与第二代基于性能地震工程理论统一在一致的理论框架之中。
摇摆结构刚体模型研究综述
赵子翔, 苏小卒
2019, 36(9): 12-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0454
摘要:
合理的理论模型对于结构分析至关重要,摇摆结构理论研究中应用最为广泛的模型是摇摆刚体模型。该文对摇摆结构刚体模型进行了较为系统考察与总结,对摇摆刚体模型的研究起源与研究现状进行了介绍,针对经典摇摆刚体模型、其他典型摇摆刚体模型、相关试验研究、有限元模拟及其在结构体系中的应用进行了探讨,指出了已有模型的优点与局限性,提出摇摆结构刚体模型未来研究的关键问题,为建立更完善实用的摇摆结构刚体模型及应用于摇摆结构分析提供了参考。
基本方法
基于XFEM和改进人工蜂群算法的结构内部缺陷反演
王佳萍, 杜成斌, 王翔, 江守燕
2019, 36(9): 25-31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0874
摘要:
将扩展有限元法与智能优化算法相结合,基于结构的实际响应值反演出结构内部缺陷信息。传统人工蜂群算法在一定程度上朝着任意的方向搜索,为了避免出现搜索的局部最优现象,该文在传统人工蜂群算法中嵌入了加权平均数突变和交叉算子,将这种改进算法用于单个圆形、椭圆形缺陷和两个不规则缺陷的反演分析,并研究了该算法在测得值有误差情况下的适应性。研究得到:这种改进人工蜂群算法能准确反演出结构的真实缺陷信息;改进人工蜂群算法相比于传统人工蜂群算法收敛速度更快且不易出现局部最优,且定位准确,鲁棒性较强。
湿-热-机-弹耦合FGM梁的稳定性及振动特性
蒲育, 周凤玺
2019, 36(9): 32-39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0443
摘要:
研究了初始轴向机械载荷作用下Winkler-Pasternak弹性地基上功能梯度材料(FGM)梁在湿-热环境中的稳定性及振动特性。假设温度和湿度沿梁厚度方向稳态分布,材料的物性依赖于温度且按Voigt混合幂律模型连续分布。首先,基于一种扩展的n阶广义梁理论,应用Hamilton原理,统一建立了以轴向位移、弯曲变形项挠度及剪切变形项挠度为基本未知函数FGM梁的屈曲及自由振动方程,采用Navier解法获得了FGM简支梁静动态响应的精确解。其次,通过算例验证并给出了该广义梁理论阶次n的理想取值,丰富梁理论的同时,可供验证或改进其他各种剪切变形梁理论。最后,着重探讨了3种湿-热分布下湿度与温度增加、初始轴向机械载荷、跨厚比、地基刚度、梯度指标等诸多参数对FGM梁稳定性和振动特性的影响。
基于隔离非线性的实体单元模型与计算效率分析
李佳龙, 李钢, 李宏男
2019, 36(9): 40-49,59. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0383
摘要:
实体有限元模型计算中往往需要较多的计算单元与结点数量,且这些单元状态判定以及大规模的刚度矩阵分解将消耗大量的计算资源,计算效率低。该文基于隔离非线性法理论建立了线性四面体与六面体等参单元分析模型,采用直接积分格式的6积分点替代六面体等参单元的8高斯点作为非线性应变插值点,能够在保证计算精度的同时提高单元状态判定效率。控制方程采用Woodbury公式与组合近似法联合求解,使得整个求解过程只有矩阵回代以及矩阵与向量的乘积,进一步提高了求解效率。基于时间复杂度的计算效率分析表明:随着结点自由度数目的增加,该文方法的计算效率相对传统变刚度法显著提高,数值算例验证了实体单元模型的正确性以及算法的高效性。
土木工程学科
超高韧性水泥基复合材料动态压缩力学性能的数值模拟研究
徐世烺, 陈超, 李庆华, 赵昕
2019, 36(9): 50-59. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0147
摘要:
该文基于HJC本构模型,采用分离式霍普金森杆(SHPB)压杆系统,对掺有聚乙烯醇(PVA)纤维的超高韧性水泥基复合材料(PVA-UHTCC)的动态压缩力学性能进行了数值模拟研究。首先,通过系统分析确定了21项HJC本构参数,并验证了模拟的正确性。基于此,通过分析5组应变率下材料的动态压缩应力-应变曲线讨论了峰值应力动态增强因子DIF的应变率效应,并通过LS-DYNA软件探讨了破坏过程、破坏形态与应变率的关系。模拟结果表明:随着应变率的增加,PVA-UHTCC材料的动态压缩应力-应变曲线呈现由应变硬化主导向着损伤软化主导的转变趋势;此外,PVA-UHTCC峰值应力动态增强因子DIF具有明显的应变率效应,其值随着应变率增加而增加,且在不同应变率区间呈现不同敏感性;通过量化DIF这种分区敏感性,提出了适用于PVA-UHTCC材料的DIF与应变率对数lgε分段函数式;同时,通过对比钢纤维增强水泥基材料(SFRCC)和普通混凝土材料,发现PVA-UHTCC材料的DIF应变率敏感性较低。最后,通过LS-DYNA软件模拟试件裂缝扩展和压碎破坏过程,更好地理解了PVA-UHTCC材料动态压缩破坏行为。
摩擦摆支座在地下地铁车站结构中的减震效果研究
杜修力, 许紫刚, 许成顺, 蒋家卫
2019, 36(9): 60-67,88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0225
摘要:
基于阪神地震中大开地铁车站的破坏模式与成灾机理,借鉴地面建筑结构的减隔震设计理念,提出在地铁车站中柱顶部设置摩擦摆支座形成新型减震结构体系。通过建立土-地下结构整体二维数值分析模型,运用整体动力时程分析方法对比研究了摩擦摆支座不同滑道半径和不同摩擦系数工况下减震结构与原型结构在结构变形和截面内力等动力响应的差异。结果表明:柱端设置摩擦摆支座使得结构整体抗侧刚度减小,结构的水平变形呈现小幅增大趋势。当摩擦摆支座的滑道半径越大、摩擦系数越小时,中柱变形、剪力和弯矩值较原型结构均有大幅的减小。
局部采用高延性混凝土装配式框架梁-柱节点抗震性能试验研究
邓明科, 马福栋, 叶旺, 殷鹏飞
2019, 36(9): 68-78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0263
摘要:
为了提高装配式梁柱节点的变形及耗能能力,同时简化节点核心区构造避免节点核心区钢筋拥挤而导致的施工困难,在节点局部采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了5个局部采用HDC的装配式梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)装配式梁柱节点的拟静力试验,分析了其破坏形态、滞回特性、变形能力、刚度退化、耗能能力和节点核心区剪切变形。结果表明:节点核心区采用HDC,破坏由节点核心区转移到梁端,实现了强节点设计原则,有效提高了框架节点的变形能力和耗能能力;节点核心区和梁端均采用HDC,梁柱节点的破坏转移到柱端,需对柱端适当加强;节点核心区采用HDC的装配式梁柱节点,可以减少甚至免去箍筋的用量。
连续排水边界条件下土体一维流变固结解析解
宗梦繁, 吴文兵, 梅国雄, 梁荣柱, 田乙
2019, 36(9): 79-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0349
摘要:
基于四元件流变模型,通过引入连续排水边界条件研究了单级加载下的土体一维流变固结问题。利用分离变量法和Laplace变换技术得到瞬时荷载下的解析解,进而通过积分的方法得到单级加载下的解析解。随后对排水边界和流变模型进行了退化,得到Terzaghi边界下及三元件流变模型下的一维流变固结解答,通过与现有解答对比初步验证了该文解答的正确性。最后,对不同界面参数、流变参数以及加载速率对土体固结特性的影响进行了分析。结果表明:基于连续排水边界得到的固结解答与基于Terzaghi双面排水得到的固结解答的差异主要在固结前期,且两者的差异随界面参数α、β取值变大而减小。流变固结与线弹性固结差异主要在固结后期,流变固结需要更长时间土体才能完全固结。此外,土体固结速率随加载速率增大而增大。
地震作用下基础隔震框剪结构竖向连续倒塌可靠度分析
黄小宁, 王宁, 杜永峰
2019, 36(9): 89-94,127. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0389
摘要:
在引入隔震支座地震损伤模型的基础上,运用整体可靠度理论对基础隔震框剪结构进行竖向连续倒塌可靠度分析。首先,利用隔震支座的地震损伤模型,得到罕遇地震作用下最易失效的隔震支座;然后,在考虑损伤结构不确定性参数的基础上,利用竖向随机动力增量分析(IDA)方法,得到损伤结构竖向连续倒塌荷载系数;以荷载系数为整体性能指标,进行易损性分析;利用基于最大熵原理的二次四阶矩法,计算损伤结构发生倒塌的概率,最后,以一基础隔震框剪结构为例,利用该方法计算损伤结构竖向连续倒塌的可靠度指标及失效概率。研究表明,该方法可直观地得到结构抗竖向连续倒塌的能力,为评估结构在地震作用下产生损伤提供量化依据。
免拆UHPC模板RC梁受弯性能试验及承载力分析
梁兴文, 汪萍, 徐明雪, 于婧, 李林
2019, 36(9): 95-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0402
摘要:
对4根免拆超高性能混凝土(UHPC)模板钢筋混凝土(RC)梁和2根RC梁进行了受弯性能试验,试件变化参数为配筋率和保护层厚度,重点研究免拆UHPC模板RC梁的受力性能以及模板与后浇混凝土的剥离情况。结果表明:从开始加载到峰值荷载点,免拆UHPC模板与后浇混凝土界面没有发生任何滑移及剥离;峰值荷载后至构件破坏时,预制UHPC模板与后浇混凝土界面出现轻微剥离;免拆UHPC模板RC梁的开裂荷载较普通RC梁提高了近50%,屈服荷载、极限荷载提高约为10%。基于截面平衡条件、平截面假定以及UHPC、混凝土、钢筋的本构关系,建立了免拆UHPC模板RC梁的受弯承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合较好。
带栓钉波形钢板混凝土组合构件粘结滑移性能与承载力试验研究
王威, 赵春雷, 苏三庆, 任坦, 刘格炜, 董晨阳
2019, 36(9): 108-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0411
摘要:
通过11个带栓钉的波形钢板混凝土组合构件在单调荷载下的推出试验和1个自然粘结构件的对比试验,研究带栓钉波形钢板混凝土组合构件的破坏形态、裂缝模式、荷载-滑移特性、波形钢板应变分布和承载力等。结果表明:带栓钉波形钢板混凝土组合试件的破坏形态以混凝土劈裂为主。试件的荷载-滑移曲线由上升阶段、下降阶段、残余阶段三个部分组成。由于混凝土和栓钉的组合作用,波形钢板自由端存在受拉区,产生过零点现象。带栓钉波形钢板混凝土组合试件的抗剪承载力随栓钉直径、数量的增长呈线性增长,而在一定条件下,栓钉长度、钢板厚度对抗剪承载力影响不大,另外在200 mm范围内适当增大栓钉间距对抗剪承载力也有提高。基于试验结果和力的扩散原则,分别提出了考虑栓钉影响的波形钢板混凝土界面粘结滑移本构模型以及带栓钉的波形钢板混凝土推出试件的承载力计算公式,所提模型与试验结果吻合良好,承载力公式计算结果与试验结果总体相符且偏于安全。
大型结构自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制研究
潘兆东, 刘良坤, 谭平, 周福霖
2019, 36(9): 120-127. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0429
摘要:
为了有效处理土木工程结构分散振动控制中子系统间相互影响力和外界荷载不确定性的影响,提出了自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制算法(DALRBFSMC)。首先利用Lyapunov稳定性理论设计了仅依赖于子系统位移和速度响应反馈信息的滑模分散控制律,在此基础上,结合RBF神经网络理论和经典梯度下降法,引入Lyapunov函数,推导了调整RBF网络权值的自适应学习率,进而得到能实时调节滑模分散控制律切换增益项的自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制算法(DALRBFSMC)。同时,针对子系统不同划分方式及子控制器之间存在重叠,提出了多种分散控制设计策略。对ASCE 9层Benchmark模型进行多种分散控制和集中控制设计。仿真分析结果表明,该分散控制算法适用于不同的分散控制策略,重叠分散控制策略较传统集中控制策略而言有更好的控制效果;同时能使分散控制系统内各作动器均处于功效最大状态。
蜂窝三撑杆型索穹顶结构构形和预应力态分析研究
董石麟, 陈伟刚, 涂源, 郑晓清
2019, 36(9): 128-135. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0438
摘要:
该文详细研讨了一种新颖的蜂窝三撑杆型索穹顶,索穹顶结构的上弦索平面投影为蜂窝状网格,与下弦节点相连的有三根撑杆。不采用上下弦只有一根垂直水平面撑杆的"拉索海洋和压杆孤岛"传统张拉整体Fuller构想。这种新型蜂窝三撑杆型索穹顶的提出,即减少了环索与斜索用量,又提高了撑杆及结构的整体稳定性。该文对索穹顶预应力态采用节点平衡方程,详细推导和建立了蜂窝三撑杆型索穹顶索杆内力的一般性计算公式,对若干参数的索穹顶给出了索杆预应力的计算用表和大量的算例分析,以诠释索穹顶预应力态的分布规律和受力特性。该文的研究为索穹顶结构的选型和设计提供了一种新方案、新形体。
双曲壳结构非均匀风压作用局部稳定验算
田敏, 赵林, 焦双健, 葛耀君
2019, 36(9): 136-142,153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0444
摘要:
风荷载条件大型双曲旋转壳体结构局部稳定性为结构设计关键控制因素。为考虑双曲旋转壳体结构在风载荷作用下的局部稳定性问题,现行国内外水工规范多采用20世纪70年代提出的基于环向均匀荷载加载试验方案的Mungan局部稳定验算公式(亦称为Buckling Stress State(BSS)方法)。首先,以Mungan提出的静水压力试验为基础,基于结构有限元分析算法,构建了早期壳体物理试验模型的有限元模型,分析了双曲旋转壳体在环向均布平均风压作用下的稳定性与试验结果的差异,验证了早期试验在特定条件下的正确性。为进一步评价该算法应用于以超大型冷却塔为代表的壳体结构设计的适用性和合理性,计算了水工规范(GB/T 50102-2003)中21种线型的双曲旋转壳体在环向非均布风压作用下的极限荷载,探讨了Mungan局部稳定验算公式有待改进的方向,提出了适用于非均布荷载作用下环向应力临界荷载计算公式,拟合得到改进的局部稳定验算公式。研究表明:水工规范建议的双曲旋转壳体结构局部稳定验算公式难于描述壳体实际情况下的非均布风压变化受力特征,推荐适用于非均匀风压分布变化的更新局部稳定验算公式,可以兼顾结构设计过程的便捷性与合理性。
新型泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体抗剪承载力计算方法研究
田稳苓, 温晓东, 彭佳斌, 徐丽丽, 李子祥
2019, 36(9): 143-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0448
摘要:
为获得轻钢龙骨蒙皮板复合墙体和新型泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体抗剪承载力的实用计算方法,该文对1:1的四片墙体DD-1、DD-2、DD-1(D-300)、DD-2(D-400)进行单调加载,对1:1的两片墙体DZ-1(D-300)、DZ-2(D-400)进行低周反复加载。在试验基础上,确定了基于轻钢龙骨蒙皮板复合墙体螺钉群破坏模型的抗剪承载力计算方法,并分别采用轻钢轻混凝土模型与strut-and-tie模型对新型泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体进行简化,从而推导出抗剪承载力实用计算公式。根据试验结果对抗剪承载力公式进行修正,修正后的计算结果与试验值吻合较好,其中轻钢轻混凝土模型具有更高的吻合度。研究结果可供结构设计和施工参考。
基于格子Boltzmann方法非饱和土体水热耦合模型研究
李腾风, 王志良, 申林方, 徐则民
2019, 36(9): 154-160,196. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0449
摘要:
考虑热源作用下非饱和土体水热耦合作用机制,基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别描述温度场及水分场的演化过程,建立了相应的水热耦合模型。同时,编制了计算程序,并结合半无限空间的水热耦合算例,验证了该计算模型的正确性。最后考虑水热耦合作用模式、热源温度以及土体孔隙率等因素的影响,讨论了非饱和土体温度场及水分场的演化规律。研究结果表明:传统的单向耦合模式无法表征水分迁移对土体导热特性的影响,从而导致温度场的演化规律有所偏差,而所提出的双向耦合模式更具合理性。在恒温热源作用下,不同热源温度对土体温度场及水分场的演化均会产生较大影响,且在非饱和土体温度升高速率较快的位置,体积含水率也相应的变化较快。在相同热源作用下,当初始体积含水率一定时,孔隙率较小的土体,温度升高速度较快,但总体差别不大,从而使得体积含水率分布也较为接近。
基于输入能量的地震动时程强度包络函数研究
王德才, 华贝, 种迅, 蒋庆, 叶献国
2019, 36(9): 161-168. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0452
摘要:
结构随机振动分析和人工合成地震动记录均需要将反应谱转换为功率谱,地震动强度包络函数对转换结果有着重要影响。为合理地确定强度包络函数模型中各参数的取值,依据输入能量谱与傅里叶幅值谱的精确转换关系,建立了由非平稳地震动功率谱计算输入能量谱的方法,并分析了各参数取值对功率谱与能量谱的影响。以匹配设计谱的天然地震动记录样本的平均输入能量谱作为参考依据,通过与设计谱转换得到的输入能量谱进行对比分析,确定了各类场地设计谱转换为功率谱时,强度包络函数模型的各参数取值。通过人工合成地震动记录的输入能量谱分析,验证了各参数取值的合理性。
考虑频率参数协调的频率相关等效线性化方法
王笃国, 赵成刚
2019, 36(9): 169-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0471
摘要:
基于土动力试验呈现出的土体动参数频率相关特性,结合一维等效线性化理论,建立了能够考虑动三轴或共振柱测试频率Rf和波速测试频率fvs)相协调的频率相关等效线性化方法。首先,基于国内外不同学者的试验结果,回归建立了土体剪切模量-频率和阻尼比-频率关系式,推导得到了规准化频率相关土体剪切模量比和阻尼比随剪应变变化关系式;其次,对频率无关等效线性化方法进行了改进,传递函数采用频率相关的剪切模量和阻尼比,建立了频率相关的等效线性化方法;最后,采用频率相关和频率无关等效线性化方法,分别对单层覆盖层均质线性场地和单层覆盖层非线性场地进行了不同工况下的土层地震反应分析计算,计算结果表明:1)试验室土动力性能参数测试频率Rf对地震响应影响较大,波速测试频率fvs)影响较小;2)采用动三轴试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果略低于频率无关方法结果。采用共振柱试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果大幅高于频率无关方法结果。
未知地震激励下结构恢复力及质量非参数化识别
许斌, 李靖
2019, 36(9): 180-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0473
摘要:
地震作用过程中结构恢复力是描述结构损伤发生发展过程定量描述的基础,更有助于描述结构在地震中破坏模式的演化。该文研究地震激励下结构部分质量及动力响应信息未知时,结构非线性恢复力、质量以及未知加速度时程的非参数化识别方法。首先,根据部分已知动力响应测量和质量信息,识别地震加速度时程。随后,利用记忆衰退全局加权迭代扩展卡尔曼滤波算法,引入幂级数多项式表征结构恢复力,实现了结构质量与非线性恢复力的非参数化识别。将具有非线性恢复力的磁流变阻尼器中引入到一个剪切型多自由度结构构成非线性系统,考虑测量噪声的影响,通过数值模拟验证了在噪声及较大质量初始误差情况下该方法识别结构质量、非线性恢复力及地震动加速度时程的识别效果。
成层混凝土的剪切强度和Ⅱ型断裂韧度
覃茜, 徐千军
2019, 36(9): 188-196. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0468
摘要:
该文对成层混凝土的层间结合性能进行研究,通过直接剪切试验和双边缺口单边加载断裂试验测得混凝土层间的抗剪强度参数和Ⅱ型断裂韧度,研究了混凝土浇筑的层间间隔时间对成层混凝土层间结合性能的影响。试验结果表明:Ⅱ型断裂韧度Kc与粘聚力c具有较好的线性相关性,而其与摩擦系数f不具有明显相关性。同时根据Ⅱ型断裂的定义假定断裂时满足摩尔库伦准则,推导出Kcc具有线性相关性。因此Ⅱ型断裂韧度可根据粘聚力直接估计出,避免了进行复杂而难以控制试验要素的Ⅱ型断裂试验。此方法为成层混凝土日后的断裂力学研究,提供了可参考的参数。
基于抗规和隔规的RC框架隔震结构设计对比
尹传印, 解琳琳, 李爱群, 曾德民, 陈曦, 閤东东, 杨参天
2019, 36(9): 197-204,212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.02.0044
摘要:
未来我国隔震设计将存在两个依据,包括抗规(《建筑抗震设计规范》)和隔规(《建筑隔震设计标准》),两种规范的设计方法和关键设计指标存在显著差别,而关于两种规范的设计对比研究还相对较少。该文以RC框架隔震结构为基本研究对象,基于两种规范设计了具有不同结构高度的3组6个案例,明确了基于隔规设计的控制因素,对比分析了基于两种规范设计的结构的地震响应和经济性差别。该文研究结果表明基于隔规设计的控制因素为底部剪力比。相比于抗规,基于隔规设计时上部结构可采用更柔的设计方案,上部结构地震作用存在15%~20%左右的降低,但由于上部结构刚度降低程度大于地震作用降低程度,导致上部结构最大层间位移角增大。随着结构高度的增加,最大层间位移角增大程度显著增加。在材料用量方面,基于隔规设计时混凝土用量存在7.7%~12.1%的减小,钢筋用量则存在11.02%~26.29%的增加;随着结构高度的增加,混凝土用量减少程度逐渐增大,而钢筋用量增大程度逐渐减小。该文的研究成果可为RC框架隔震结构的设计提供重要参考。
机械工程学科
动力总成悬置系统影响车内噪声的试验研究
范让林, 费振南, 屈少举, 邵炯炀, 宋鹏俊
2019, 36(9): 205-212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0469
摘要:
以某乘用车加速工况车内噪声为研究对象,以悬置主动端支架模态频率和悬置动刚度为变量,系统性地试验研究了支架和悬置对车内噪声的影响规律。首先,设计并试制高、中、低三套模态频率不同的悬置支架并装车对比试验,结果表明,车内噪声水平主要由低频段噪声分量决定,中频段次之,高频段噪声分量的贡献可忽略;支架对车内噪声的影响在于其共振诱发的中频段噪声,一阶模态大于700 Hz的高频支架方案可有效降低中频段噪声。其次,液压悬置充、放液对比试验表明,悬置刚度主要影响低频段噪声,因而也决定着车内噪声水平。在此基础上,综合采用高频支架和倒置液压悬置的组合方案,有效改善了低频段和中频段车内噪声,进一步验证了前述结论。
复合材料支撑机翼撑杆位置与结构综合优化设计
肖志鹏, 仇翯辰, 周磊
2019, 36(9): 213-220. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0476
摘要:
针对复合材料支撑机翼,发展了一种撑杆位置和结构综合优化设计的方法。在两种严重设计载荷状态下,考虑气动弹性效应和复合材料铺层结构的不确定性,以结构质量最小化为目标,以翼尖垂直变形、翼尖扭角、撑杆屈曲稳定性、颤振速度和强度要求为约束,在一个优化过程中实现了撑杆位置和结构参数的同步优化设计和鲁棒优化设计。结果表明,翼尖垂直变形和颤振速度要求对于撑杆位置影响明显,最优的撑杆展向位置都靠近翼根一侧,同时撑杆的总体稳定性成为同步优化设计的关键约束。鲁棒优化设计得到的撑杆位置和结构参数的最优组合对铺层结构的不确定性摄动具有良好的抗干扰性,鲁棒优化得到的最优撑杆位置会随着设计变量摄动范围而变化,翼尖垂直变形成为鲁棒优化设计的关键约束。
其他工程学科
海湾与变水深细长港的耦合振荡研究
郑振钧, 马小舟, 董雨进, 董国海
2019, 36(9): 221-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0413
摘要:
采用拓展型缓坡方程有限元模型模拟了变水深细长港和半圆形常水深海湾联结而成的耦合港池的港湾振荡现象。数值模拟结果表明,半圆形海湾的存在改变了入射波况和细长港的辐射阻尼,从而影响了细长港的共振特性。相关性分析表明,当海湾与细长港水体体积之比远大于2.5时,海湾在耦合振荡中占主导地位,联结处和细长港的响应曲线在强度和变化趋势上都有明显的正相关关系。反之,细长港和海湾在耦合振荡中处于平等地位,响应曲线之间只在强度上表现出正相关关系。
基于统计能量理论的飞行器壁板高频声振疲劳寿命预报及参数设计
乔扬, 陈海波, 许泽银, 王磊
2019, 36(9): 230-236,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0432
摘要:
为研究高速飞行器受高频脉动噪声载荷激励下的结构声疲劳问题,讨论了基于应力谱的频域疲劳损伤计算方法。该文提出了一种基于统计能量理论(SEA)的结构高频随机振动疲劳寿命计算方法。在该方法中,首先采用SEA计算子系统的均方应力,然后引入模态间隔的Rayleigh和Poisson分布假设,生成飞行器壁板的随机模态空间并构建危险点的应力谱曲线,进而结合频域疲劳寿命分析方法,采用Monte Carlo模拟求解壁板的疲劳寿命。验证分析表明,基于SEA和Monte Carlo模拟的结构高频声振疲劳寿命分析方法计算精度高,是高速飞行器强度设计的一种可靠方法。在此基础上,考察了壁板厚度和结构阻尼参数对壁板声振疲劳寿命的影响,计算结果表明,当输入声压谱一定时,存在局部最优解,采用该局部最优解作为壁板的设计参数可明显降低结构质量。
空心圆柱低速垂直入水试验研究
侯宇, 黄振贵, 陈志华, 罗驭川
2019, 36(9): 237-246. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0440
摘要:
为获得空心圆柱垂直入水空泡演化规律和运动特性,利用高速摄像技术对其低速垂直入水过程进行了试验研究。通过对空心圆柱体入水空泡的演化过程的观察和运动参数的测量,讨论分析空心结构对空泡形态演变的影响和不同入水速度下空泡演化过程和模型运动阻力变化。结果表明:空心结构诱发通孔射流使深闭合下的空泡壁由点分离形式变为线分离,出现新的空泡壁收缩形式,运动体尾部出现环状空泡,稳定状态空泡出现气泡分阶段脱落和"云化"现象;入水速度的增加使入水空泡由深闭合变为面闭合,空泡体积随入水速度变化较为明显,尾部气泡因空泡稳定状态的不同呈现不同脱落形式;通孔射流顶部存在小气泡,顶端液滴近似落体运动,表面张力对射流整体运动影响较小;孔中内流的产生有助于物体运动的稳定,物体水中阻力因入水速度不同短时间内产生两类变化,速度增高阻力曲线拐点增多。
潜堤上孤立波传播的格子Boltzmann法数值模拟
韩新宇, 董胜, 崔俊男
2019, 36(9): 247-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0482
摘要:
基于格子Boltzmann法建立求解不可压缩的Navier-Stokes方程的数学模型,对孤立波与矩形潜堤和半圆形潜堤的相互作用过程进行了研究。通过建立二维数值水槽,采用Rayleigh推板造波,模拟了孤立波越过潜堤的过程。通过模拟速度场和自由表面,证明该模型能很好地模拟流动的分离和涡流的产生,结果与已有实验数据吻合。研究表明该模型能够模拟孤立波与潜堤相互作用中的水流分离、涡流产生、波浪破碎和传播等非线性现象。所得结论对于潜堤工程设计具有参考价值。