2000年 第17卷 第6期
2000, 17(6): 1-5.
摘要:
为了研究水压作用下的加肋柱壳的后屈曲状况,并且能考虑到肋骨的实际截面形状和分布情况,本文将复合有限条方法应用于环加肋圆柱壳的后屈曲分析。在对后屈曲路径的跟踪过程中,使用了正交弧长法。算例表明,复合有限条方法同纯粹的有限元方法相比在速度上能提高10倍以上,并且方程阶数与壳体尺寸无关,是一种分析加肋板壳结构的理想方法;实际应用的加肋圆柱壳在水压下的后屈曲路径一般来说不存在分叉点,在后屈曲阶段,随着变形的增加常常要求压力有所增加。
为了研究水压作用下的加肋柱壳的后屈曲状况,并且能考虑到肋骨的实际截面形状和分布情况,本文将复合有限条方法应用于环加肋圆柱壳的后屈曲分析。在对后屈曲路径的跟踪过程中,使用了正交弧长法。算例表明,复合有限条方法同纯粹的有限元方法相比在速度上能提高10倍以上,并且方程阶数与壳体尺寸无关,是一种分析加肋板壳结构的理想方法;实际应用的加肋圆柱壳在水压下的后屈曲路径一般来说不存在分叉点,在后屈曲阶段,随着变形的增加常常要求压力有所增加。
2000, 17(6): 6-13.
摘要:
在材料不可压缩或胀/缩塑性流动情况下,传统低阶单元有体积闭锁问题。以摩尔－库仑模型为例,推导了塑性剪切应变和塑性体积应变的关系,揭示闭锁产生的原因。分析8节点等参元、Wilson非协调元、EAS单元和14节点单元的闭锁性态,表明8节点单元有严重闭锁性,Wilson非协调元也有闭锁性,EAS单元和采用降阶积分的14节点单元能克服闭锁。单元测试和方形基础的承载力计算两个数值算例证实了分析的结果,为土体三维分析中选择有效可靠的单元提供依据。
在材料不可压缩或胀/缩塑性流动情况下,传统低阶单元有体积闭锁问题。以摩尔－库仑模型为例,推导了塑性剪切应变和塑性体积应变的关系,揭示闭锁产生的原因。分析8节点等参元、Wilson非协调元、EAS单元和14节点单元的闭锁性态,表明8节点单元有严重闭锁性,Wilson非协调元也有闭锁性,EAS单元和采用降阶积分的14节点单元能克服闭锁。单元测试和方形基础的承载力计算两个数值算例证实了分析的结果,为土体三维分析中选择有效可靠的单元提供依据。
2000, 17(6): 14-19.
摘要:
本文提出了相对刚度参数及其衍生参数的概念,它们可以揭示和反映杆系结构全过程跟踪分析中结构刚度的变化规律。根据这两个参数的特性,文中提出了确定自动荷载增量参数的新方法,较好地解决了稳定分析中全过程跟踪技术中的疑难问题。文中通过实例来说明相对刚度参数的确定和应用,表明本文分析方法是正确的和有效的。
本文提出了相对刚度参数及其衍生参数的概念,它们可以揭示和反映杆系结构全过程跟踪分析中结构刚度的变化规律。根据这两个参数的特性,文中提出了确定自动荷载增量参数的新方法,较好地解决了稳定分析中全过程跟踪技术中的疑难问题。文中通过实例来说明相对刚度参数的确定和应用,表明本文分析方法是正确的和有效的。
2000, 17(6): 20-25.
摘要:
将河谷地震动随机场半解析展开为正交函数随机过程及采用简化的地基模型,应用振型分解法可直接求得拱坝－地基－库水系统的各种随机响应及功率谱密度。本文方法不仅考虑地震动的空间随机性,山体放大作用及行波效应,而且考虑非比例阻尼的拱坝振型之间的相关性;地震动随机场只须分解一次,计算过程简单,是大型拱坝结构随机分析的一种有效方法。
将河谷地震动随机场半解析展开为正交函数随机过程及采用简化的地基模型,应用振型分解法可直接求得拱坝－地基－库水系统的各种随机响应及功率谱密度。本文方法不仅考虑地震动的空间随机性,山体放大作用及行波效应,而且考虑非比例阻尼的拱坝振型之间的相关性;地震动随机场只须分解一次,计算过程简单,是大型拱坝结构随机分析的一种有效方法。
2000, 17(6): 26-31.
摘要:
借助于Eshelby等效夹杂法,本文推导了含椭球形短纤维复合材料热膨胀系数及短纤维体内外应力场的计算方法。计算了温度变化ΔT时,短纤维附近的应力值及复合材料热膨胀系数的变化情况,数值计算结果说明,长椭球形纤维导致复合材料热—机参数呈非线性变化,而扁椭球纤维所导致的热——机参数呈近似线性规律变化。
借助于Eshelby等效夹杂法,本文推导了含椭球形短纤维复合材料热膨胀系数及短纤维体内外应力场的计算方法。计算了温度变化ΔT时,短纤维附近的应力值及复合材料热膨胀系数的变化情况,数值计算结果说明,长椭球形纤维导致复合材料热—机参数呈非线性变化,而扁椭球纤维所导致的热——机参数呈近似线性规律变化。
2000, 17(6): 32-40.
摘要:
本文将弯曲井眼中的底部钻具组合(英文名称为Bottom Hole Assembly,简称BHA)作为空间梁来处理,在考虑几何非线性因素的基础上,导出了相应的有限元切向刚度矩阵。然后,利用“施加”与“放松”约束的方法处理了钻柱与井壁之间的接触非线性问题,并且考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上,建立了对大曲率弯曲井眼中的钻柱进行二重非线性有限元分析的基本方程,以及相应的牛顿－拉斐逊迭代求解技术。最后,通过数值算例和工程算例证明了本文方法的可靠性,所得结果为大曲率井眼轨迹控制提供了参考依据。
本文将弯曲井眼中的底部钻具组合(英文名称为Bottom Hole Assembly,简称BHA)作为空间梁来处理,在考虑几何非线性因素的基础上,导出了相应的有限元切向刚度矩阵。然后,利用“施加”与“放松”约束的方法处理了钻柱与井壁之间的接触非线性问题,并且考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上,建立了对大曲率弯曲井眼中的钻柱进行二重非线性有限元分析的基本方程,以及相应的牛顿－拉斐逊迭代求解技术。最后,通过数值算例和工程算例证明了本文方法的可靠性,所得结果为大曲率井眼轨迹控制提供了参考依据。
2000, 17(6): 41-46.
摘要:
本文提出了变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的设想,进行了足尺隔震装置滑动摩擦、滚动摩擦两种方案的伪静力试验,结果表明本文装置具有较好的耗能能力、延性及变刚度特性,能够在中小震时起到较好的隔震效果,在大震时避免隔震层产生过大位移及隔震元件失稳现象的发生。
本文提出了变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的设想,进行了足尺隔震装置滑动摩擦、滚动摩擦两种方案的伪静力试验,结果表明本文装置具有较好的耗能能力、延性及变刚度特性,能够在中小震时起到较好的隔震效果,在大震时避免隔震层产生过大位移及隔震元件失稳现象的发生。
2000, 17(6): 47-52.
摘要:
本文以薄圆柱壳大开孔应力集中问题的理论解为基础,利用保角映射方法对圆柱壳非圆大开孔的应力集中问题进行研究。在给出映射函数的基础上,对承受不同外部载荷下开椭圆大孔圆柱壳孔边应力集中系数进行了数值计算,并与相应的圆柱壳小开孔理论解进行了比较。结果表明:大开孔解答更具有合理性。
本文以薄圆柱壳大开孔应力集中问题的理论解为基础,利用保角映射方法对圆柱壳非圆大开孔的应力集中问题进行研究。在给出映射函数的基础上,对承受不同外部载荷下开椭圆大孔圆柱壳孔边应力集中系数进行了数值计算,并与相应的圆柱壳小开孔理论解进行了比较。结果表明:大开孔解答更具有合理性。
2000, 17(6): 53-58.
摘要:
三场耦合系统问题,即应力场、渗流场、流场耦合问题,是实际工程中经常会遇到的问题,至今还没有得到很好地解决。本文参照Sandhu和钱伟长的成果,建立三场耦合问题的分析方法。该分析方法是解决三场耦合系统问题的一般性理论方法,为该问题的解决提供了理论基础。
三场耦合系统问题,即应力场、渗流场、流场耦合问题,是实际工程中经常会遇到的问题,至今还没有得到很好地解决。本文参照Sandhu和钱伟长的成果,建立三场耦合问题的分析方法。该分析方法是解决三场耦合系统问题的一般性理论方法,为该问题的解决提供了理论基础。
2000, 17(6): 59-64.
摘要:
将微分求积方法推广到输液曲管的稳定性分析,这是一个新的尝试。与其它数值方法相比,该法极易处理具有弹性边界的输液曲管,另外,由于避免了一系列数值积分的计算,故计算量较少,精度令人满意。在此基础上,本文还研究了若干参数对其临界流速的影响。
将微分求积方法推广到输液曲管的稳定性分析,这是一个新的尝试。与其它数值方法相比,该法极易处理具有弹性边界的输液曲管,另外,由于避免了一系列数值积分的计算,故计算量较少,精度令人满意。在此基础上,本文还研究了若干参数对其临界流速的影响。
2000, 17(6): 65-72.
摘要:
提出了能模拟不同颗粒形状的微颗粒组合体的椭球状散体元模型,从理论上解决了椭球单元的接触判断及运动学、动力学问题。采用该模型对NOPD复合阻尼结构进行了动力学计算,计算结果与实验结果具有很好的一致性,为进一步研究NOPD的阻尼机理提供了一种理论分析方法。
提出了能模拟不同颗粒形状的微颗粒组合体的椭球状散体元模型,从理论上解决了椭球单元的接触判断及运动学、动力学问题。采用该模型对NOPD复合阻尼结构进行了动力学计算,计算结果与实验结果具有很好的一致性,为进一步研究NOPD的阻尼机理提供了一种理论分析方法。
2000, 17(6): 73-81.
摘要:
在符拉索夫开口簿壁杆件理论平面假定的基础上,本文针对核筒,采用三次B样条有限条方法构造连续化模型,并分别计算其动、势能。针对悬挂部分,分别应用杆系有限元和悬吊体系理论,计算其动、势能。然后,由拉格朗日公式,得到悬挂结构体系的动力方程,并用wilson-θ法求解。最后,结合算例得到了具有实际意义的结论。
在符拉索夫开口簿壁杆件理论平面假定的基础上,本文针对核筒,采用三次B样条有限条方法构造连续化模型,并分别计算其动、势能。针对悬挂部分,分别应用杆系有限元和悬吊体系理论,计算其动、势能。然后,由拉格朗日公式,得到悬挂结构体系的动力方程,并用wilson-θ法求解。最后,结合算例得到了具有实际意义的结论。
2000, 17(6): 82-86.
摘要:
针对目前在强夯法中求解接触面动应力问题方面存在的缺陷,本文作者首次提出了采用单位脉冲荷载法来解决动力接触问题,并编制了三维有限元程序进行动力计算。相对于其他的解决方法,本文方法的计算结果比较符合工程实际情况。
针对目前在强夯法中求解接触面动应力问题方面存在的缺陷,本文作者首次提出了采用单位脉冲荷载法来解决动力接触问题,并编制了三维有限元程序进行动力计算。相对于其他的解决方法,本文方法的计算结果比较符合工程实际情况。
2000, 17(6): 87-91.
摘要:
本文推导了在任意荷载激励下梁单元局部效应的修正公式,在不同荷载激励下对结构进行动力响应分析,计算结果表明,考虑局部效应可以使动内力计算结果更为精确。在进行大型复杂结构的动力响应分析时,通过考虑局部效应,可在计算模型大大简化的同时,获得较为精确的计算结果。
本文推导了在任意荷载激励下梁单元局部效应的修正公式,在不同荷载激励下对结构进行动力响应分析,计算结果表明,考虑局部效应可以使动内力计算结果更为精确。在进行大型复杂结构的动力响应分析时,通过考虑局部效应,可在计算模型大大简化的同时,获得较为精确的计算结果。
2000, 17(6): 92-97.
摘要:
在受拉区表面粘贴加强片是加固混凝土梁的一种有效方法。本文在弹性理论的基础上,推导了受任意线性分布荷载作用下的混凝土梁采用粘贴加强片加固时,加强片端部粘结剪应力和最大粘结剪应力的计算公式。本文方法和有限元方法基本吻合。结果表明,最大锚固剪应力不但和粘胶层厚度、弹性模量有关,还和加强片厚度、弹性模量及长度有关。采用本文方法可以对加强片端部最大锚固剪应力进行验算,防止混凝土梁出现局部受拉破坏。本文研究结果将为进一步完善我国有关规范提供重要的参考资料。
在受拉区表面粘贴加强片是加固混凝土梁的一种有效方法。本文在弹性理论的基础上,推导了受任意线性分布荷载作用下的混凝土梁采用粘贴加强片加固时,加强片端部粘结剪应力和最大粘结剪应力的计算公式。本文方法和有限元方法基本吻合。结果表明,最大锚固剪应力不但和粘胶层厚度、弹性模量有关,还和加强片厚度、弹性模量及长度有关。采用本文方法可以对加强片端部最大锚固剪应力进行验算,防止混凝土梁出现局部受拉破坏。本文研究结果将为进一步完善我国有关规范提供重要的参考资料。
2000, 17(6): 98-103.
摘要:
武汉世界贸易大厦工程采用了两端固结超静定无粘结预应力混凝土变截面楼板结构,高跨比达1/52。这种楼板结构可以使弯矩分布合理,并可减轻楼板结构的重量,增大开间。本文简要介绍了该工程楼板结构的局部模型试验研究,建立了无粘结预应力混凝土变截面楼板结构的弹塑性全过程分析方法,计算结果与试验结果吻合较好。
武汉世界贸易大厦工程采用了两端固结超静定无粘结预应力混凝土变截面楼板结构,高跨比达1/52。这种楼板结构可以使弯矩分布合理,并可减轻楼板结构的重量,增大开间。本文简要介绍了该工程楼板结构的局部模型试验研究,建立了无粘结预应力混凝土变截面楼板结构的弹塑性全过程分析方法,计算结果与试验结果吻合较好。
2000, 17(6): 104-109.
摘要:
本文对采油井架钢结构进行了非线性有限元分析。采用空间梁单元,通过包含单元几何刚度阵和变形刚度阵的增量切线刚度法考虑大变形问题;用杆端集中塑性法来简化材料非线性;采用弧长法迭代计算,最终可得到考虑几何和材料双重非线性情况下,井架钢结构的极限承载力。文中最后给出了A型采油井架的算例。
本文对采油井架钢结构进行了非线性有限元分析。采用空间梁单元,通过包含单元几何刚度阵和变形刚度阵的增量切线刚度法考虑大变形问题;用杆端集中塑性法来简化材料非线性;采用弧长法迭代计算,最终可得到考虑几何和材料双重非线性情况下,井架钢结构的极限承载力。文中最后给出了A型采油井架的算例。
2000, 17(6): 110-116.
摘要:
本文引进形状改变比能的概念,对平面裂纹起裂扩展问题进行了讨论,给出一个与路径无关的J*积分,通过I型裂纹的应用,其结果与现行公开发表的文献或手册结果一致。
本文引进形状改变比能的概念,对平面裂纹起裂扩展问题进行了讨论,给出一个与路径无关的J*积分,通过I型裂纹的应用,其结果与现行公开发表的文献或手册结果一致。
2000, 17(6): 117-120.
摘要:
复合材料大多由纤维和基体组成,宏观是各向异性的。产生裂纹后,其纤维处形成“桥连”。至今人们研究大多是桥连的静力学问题[1]。本文建立一种桥连动力学模型,将桥连处用载荷代替,当裂纹扩展时,纤维也连续的开裂。文中首次求得了正交异性体中扩展裂纹受运动的集中力Pt/x作用问题的解析解,并利用这一解,通过迭加最终求得了该模型的解。
复合材料大多由纤维和基体组成,宏观是各向异性的。产生裂纹后,其纤维处形成“桥连”。至今人们研究大多是桥连的静力学问题[1]。本文建立一种桥连动力学模型,将桥连处用载荷代替,当裂纹扩展时,纤维也连续的开裂。文中首次求得了正交异性体中扩展裂纹受运动的集中力Pt/x作用问题的解析解,并利用这一解,通过迭加最终求得了该模型的解。
2000, 17(6): 121-129.
摘要:
随着钻井技术的进步,以控制井眼轨道为目的的下部钻具组合发展迅速。在原来的普通增斜、降斜和稳斜钻具的基础上,发展了多种类型的导向钻具、带偏心弯接头的防斜钻具、带柔性接头防斜钻具和两稳定器间变刚度的增斜钻具等多种新型下部钻具组合。为了更好地应用这些新钻具,建立了适用于对普通下部钻具、导向钻具、带偏心弯接头和柔性接头的下部钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型,包括(1)微分方程,(2)钻头、稳定器、弯角、变截面、切点和井壁的边界条件,(3)钻头的侧向力和钻头转角。用该理论编写了应用软件。作为软件的部分功能,对几套钻具进行了增斜率随井斜角变化的预测, 并进行了初步分析。
随着钻井技术的进步,以控制井眼轨道为目的的下部钻具组合发展迅速。在原来的普通增斜、降斜和稳斜钻具的基础上,发展了多种类型的导向钻具、带偏心弯接头的防斜钻具、带柔性接头防斜钻具和两稳定器间变刚度的增斜钻具等多种新型下部钻具组合。为了更好地应用这些新钻具,建立了适用于对普通下部钻具、导向钻具、带偏心弯接头和柔性接头的下部钻具进行三维小挠度静力学分析的数学模型,包括(1)微分方程,(2)钻头、稳定器、弯角、变截面、切点和井壁的边界条件,(3)钻头的侧向力和钻头转角。用该理论编写了应用软件。作为软件的部分功能,对几套钻具进行了增斜率随井斜角变化的预测, 并进行了初步分析。
2000, 17(6): 130-134.
摘要:
为探讨斜拉桥拉索发生大幅参数振动的条件,以及在振动过程中拉索的振幅和张力波动的特点,本文利用作者建立的几何非线性结构非一致激励响应分析方法,进行了斜拉索的参数振动有限元分析。分析表明:桥面的面内激励易使斜拉索的振动包含面外对称振型,从而出现组合振动现象;而桥面的面外激励只激起面外对称振动,不易引起斜拉索的面内振动;增加斜拉索的阻尼可抑制其振幅,缩小其发生大幅振动的频率范围,但其张力波幅却相应增加。所得结果与以往研究者的解析结果及实验观测现象相一致。
为探讨斜拉桥拉索发生大幅参数振动的条件,以及在振动过程中拉索的振幅和张力波动的特点,本文利用作者建立的几何非线性结构非一致激励响应分析方法,进行了斜拉索的参数振动有限元分析。分析表明:桥面的面内激励易使斜拉索的振动包含面外对称振型,从而出现组合振动现象;而桥面的面外激励只激起面外对称振动,不易引起斜拉索的面内振动;增加斜拉索的阻尼可抑制其振幅,缩小其发生大幅振动的频率范围,但其张力波幅却相应增加。所得结果与以往研究者的解析结果及实验观测现象相一致。
2000, 17(6): 135-139.
摘要:
以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,借助于边界条件和初始条件,推得了在向含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板内通入电流的瞬时,裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上,得到了裂纹尖端区域处温度和应力的具体表达式。算例表明,在电流所产生的焦耳热源的作用下,裂尖区域处的温度将瞬时升高,并伴有压应力的产生,从而可达到阻止裂纹扩展的目的。
以导电弹性体的麦克斯威尔方程为出发点,借助于边界条件和初始条件,推得了在向含半无限长直线裂纹的无限大导电薄板内通入电流的瞬时,裂纹尖端附近电流密度的表达式。在此基础上,得到了裂纹尖端区域处温度和应力的具体表达式。算例表明,在电流所产生的焦耳热源的作用下,裂尖区域处的温度将瞬时升高,并伴有压应力的产生,从而可达到阻止裂纹扩展的目的。
2000, 17(6): 140-144.
摘要:
本文通过计算机仿真,观测和研究了Mises桁架的全局分岔和混沌特性。结果表明,对于调和外激励的某一频率和幅值,存在着周期或非周期的特性。混沌对初始条件和参数具有敏感依赖性。
本文通过计算机仿真,观测和研究了Mises桁架的全局分岔和混沌特性。结果表明,对于调和外激励的某一频率和幅值,存在着周期或非周期的特性。混沌对初始条件和参数具有敏感依赖性。
