2001年 第18卷 第5期
2001, 18(5): 1-7.
摘要:
提出了求解动力学方程的一个新型的逐步积分法。基于动力学方程的解析齐次解,构造出动力学方程解的一般积分表达式,借助于显式、自起动、预测-校正的单步四阶精度的积分算法,离散方程右端的等价荷载项,给出了一个新的解析逐步积分方法格式。如果用分块求解,其刚度阵、质量阵等将有较小的规模,将使计算效率更高。算例表明本文方法比中心差分法、Newmark、Wilson-θ、Houbolt法等有较高的精度,本文结果更接近解析解。本文方法也适用于非线性,因为本计算格式是显示,因此不需要迭代求解。
提出了求解动力学方程的一个新型的逐步积分法。基于动力学方程的解析齐次解,构造出动力学方程解的一般积分表达式,借助于显式、自起动、预测-校正的单步四阶精度的积分算法,离散方程右端的等价荷载项,给出了一个新的解析逐步积分方法格式。如果用分块求解,其刚度阵、质量阵等将有较小的规模,将使计算效率更高。算例表明本文方法比中心差分法、Newmark、Wilson-θ、Houbolt法等有较高的精度,本文结果更接近解析解。本文方法也适用于非线性,因为本计算格式是显示,因此不需要迭代求解。
2001, 18(5): 8-17,3.
摘要:
本文依据Maattanen的自激冰力模型,分析了冰和结构的各种参数对海冰作用下平台结构自激振动的影响；对不同动力特性的导管架平台结构简化模型,进行了海冰作用下结构自激振动响应的数值计算,发现了自激冰力和结构振动的一些特征,为进一步理解冰致平台结构自激振动现象,避免自激振动的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果。
本文依据Maattanen的自激冰力模型,分析了冰和结构的各种参数对海冰作用下平台结构自激振动的影响；对不同动力特性的导管架平台结构简化模型,进行了海冰作用下结构自激振动响应的数值计算,发现了自激冰力和结构振动的一些特征,为进一步理解冰致平台结构自激振动现象,避免自激振动的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果。
2001, 18(5): 18-28.
摘要:
在非线性有限元通用程序中,对叉型分岔问题,本文提出一个搜索分枝方向的方法,该方法不需计算切线刚度矩阵的导数,就能确定所有分枝方向。根据Lagrange-Dirichlet定理判别各平衡状态的稳定性。对四边夹支边界条件下、受面内压力作用的方板在后屈曲过程中的力学行为进行了大范围数值追踪,对各种平衡状态的稳定性进行了判别,其中稳定的平衡解可以模拟方板弹性突跳的整个过程,包括加载过程中的弹性突跳和卸载过程中的弹性突跳。计算结果和前人的实验结果进行了比较。本文第一部分讨论计算方法,给出计算方案；第二部分为方板在后屈曲过程中弹性突跳的计算结果。
在非线性有限元通用程序中,对叉型分岔问题,本文提出一个搜索分枝方向的方法,该方法不需计算切线刚度矩阵的导数,就能确定所有分枝方向。根据Lagrange-Dirichlet定理判别各平衡状态的稳定性。对四边夹支边界条件下、受面内压力作用的方板在后屈曲过程中的力学行为进行了大范围数值追踪,对各种平衡状态的稳定性进行了判别,其中稳定的平衡解可以模拟方板弹性突跳的整个过程,包括加载过程中的弹性突跳和卸载过程中的弹性突跳。计算结果和前人的实验结果进行了比较。本文第一部分讨论计算方法,给出计算方案；第二部分为方板在后屈曲过程中弹性突跳的计算结果。
2001, 18(5): 29-35.
摘要:
网络并行环境是近年来国际上并行环境的一个重要方向,PVM是当前最流行的支持异构或同构型网络并行计算的软件平台之一。本文采用子结构共轭梯度法研究了基于PVM的网络并行有限元,该方法将有限元网格划分为n个子结构,再将n个子结构的数据分送给网上n台可用微机,n台微机并行形成和组集n个子结构的劲度矩阵和荷载列阵,然后采用预条件共轭梯度法并行求解结点位移,最后n台微机并行对n个子结构进行应变和应力分析。该方法不需形成结构的总体劲度矩阵和荷载列阵,可同时迭代求出所有结点位移,且比一般的迭代法收敛要快。算例表明此种并行子结构共轭梯度法在网络上能获得较高的并行加速比。
网络并行环境是近年来国际上并行环境的一个重要方向,PVM是当前最流行的支持异构或同构型网络并行计算的软件平台之一。本文采用子结构共轭梯度法研究了基于PVM的网络并行有限元,该方法将有限元网格划分为n个子结构,再将n个子结构的数据分送给网上n台可用微机,n台微机并行形成和组集n个子结构的劲度矩阵和荷载列阵,然后采用预条件共轭梯度法并行求解结点位移,最后n台微机并行对n个子结构进行应变和应力分析。该方法不需形成结构的总体劲度矩阵和荷载列阵,可同时迭代求出所有结点位移,且比一般的迭代法收敛要快。算例表明此种并行子结构共轭梯度法在网络上能获得较高的并行加速比。
2001, 18(5): 36-42,4.
摘要:
本文简要介绍了高强混凝土和密筋高强混凝土受拉应力─应变全曲线的试验研究,以及为此设计和制造的2套试验装置。文中给出实测全曲线,分散性小,证明装置是可用的；最后给出全曲线的理论方程,并与实测曲线进行对比,表明符合很好。
本文简要介绍了高强混凝土和密筋高强混凝土受拉应力─应变全曲线的试验研究,以及为此设计和制造的2套试验装置。文中给出实测全曲线,分散性小,证明装置是可用的；最后给出全曲线的理论方程,并与实测曲线进行对比,表明符合很好。
2001, 18(5): 43-49.
摘要:
本研究利用“剪切梁”模型,研究了在定常侧压力和周期性的反平面剪切载荷共同作用下,层间界面的破坏规律。本文为本研究的第二部分。对应一个完整的载荷周期,解析地给出了界面层上剪应力及位移场在再加载过程中的分布规律及演化规律。计算结果表明,由于裂纹前方损伤过程区的存在,当再加载过程不能覆盖卸载过程造成的损伤区时,会产生新的“应力锁死”现象。文末对结构整体的载荷-位移行为的分析,揭示了周期载荷作用下的两种结构响应模式：1) 接触塑性安定；2) 增量破坏。
本研究利用“剪切梁”模型,研究了在定常侧压力和周期性的反平面剪切载荷共同作用下,层间界面的破坏规律。本文为本研究的第二部分。对应一个完整的载荷周期,解析地给出了界面层上剪应力及位移场在再加载过程中的分布规律及演化规律。计算结果表明,由于裂纹前方损伤过程区的存在,当再加载过程不能覆盖卸载过程造成的损伤区时,会产生新的“应力锁死”现象。文末对结构整体的载荷-位移行为的分析,揭示了周期载荷作用下的两种结构响应模式：1) 接触塑性安定；2) 增量破坏。
2001, 18(5): 50-63.
摘要:
文献[12]在平面问题基础上推导出附加非协调位移基本项的通用公式。依据这一公式,在构造新型非协调位移元时,可以主动地来选择基本项,减少了过去盲目试凑的现象。本文在文献[12]的基础上,推广至三维情况,分别推导出以等参坐标和直角坐标表述的附加非协调位移基本项通用公式。依据这些公式,本文分别以H8和H20单元为例,发展了两个新的非协调元,数值试验表明它们能够保证收敛,有较高精度,对畸变不敏感,从而证明了本文方法的可行性。
文献[12]在平面问题基础上推导出附加非协调位移基本项的通用公式。依据这一公式,在构造新型非协调位移元时,可以主动地来选择基本项,减少了过去盲目试凑的现象。本文在文献[12]的基础上,推广至三维情况,分别推导出以等参坐标和直角坐标表述的附加非协调位移基本项通用公式。依据这些公式,本文分别以H8和H20单元为例,发展了两个新的非协调元,数值试验表明它们能够保证收敛,有较高精度,对畸变不敏感,从而证明了本文方法的可行性。
2001, 18(5): 64-70.
摘要:
给出了将参数二次规划方法与精细积分方法相结合进行结构弹塑性动力响应分析的一条新途径。基于参变量变分原理与有限元参数二次规划方法建立了动力弹塑性问题的求解方程,方法对于关联与非关联问题的求解在算法上是完全一致的。对于动力非线性方程求解则进一步采用了被线性问题分析所广泛采用的精细积分方法,推导了方法在动力弹塑性问题求解上的算法列式。所给出的数值算例在验证本文理论与算法的同时,进一步证实了精细积分方法在动力学分析中所具有的各种良好性态。
给出了将参数二次规划方法与精细积分方法相结合进行结构弹塑性动力响应分析的一条新途径。基于参变量变分原理与有限元参数二次规划方法建立了动力弹塑性问题的求解方程,方法对于关联与非关联问题的求解在算法上是完全一致的。对于动力非线性方程求解则进一步采用了被线性问题分析所广泛采用的精细积分方法,推导了方法在动力弹塑性问题求解上的算法列式。所给出的数值算例在验证本文理论与算法的同时,进一步证实了精细积分方法在动力学分析中所具有的各种良好性态。
2001, 18(5): 71-76,1.
摘要:
本文建立在随机振动时域复模态分析的基础上,利用扩阶状态变量,将弹性-粘弹性复合结构系统的微分积分动力学方程变换成常规的状态方程,提出了一种分析弹性-粘弹性复合结构系统随机响应的方法,得到了弹性-粘弹性复合结构系统在平稳随机激励下响应相关函数矩阵的表达式,并对典型的平稳随机激励(平稳白噪声激励及平稳滤过白噪声激励)情形,进行了分析,得到了典型平稳随机激励下,弹性-粘弹性复合结构系统响应相关函数矩阵的复代数解析表达式。所提分析方法简便、易用,无论单自由度系统或多自由度系统均可适用。本文方法为粘弹性系统的随机响应分析提供了一条途径。
本文建立在随机振动时域复模态分析的基础上,利用扩阶状态变量,将弹性-粘弹性复合结构系统的微分积分动力学方程变换成常规的状态方程,提出了一种分析弹性-粘弹性复合结构系统随机响应的方法,得到了弹性-粘弹性复合结构系统在平稳随机激励下响应相关函数矩阵的表达式,并对典型的平稳随机激励(平稳白噪声激励及平稳滤过白噪声激励)情形,进行了分析,得到了典型平稳随机激励下,弹性-粘弹性复合结构系统响应相关函数矩阵的复代数解析表达式。所提分析方法简便、易用,无论单自由度系统或多自由度系统均可适用。本文方法为粘弹性系统的随机响应分析提供了一条途径。
2001, 18(5): 77-83.
摘要:
本文首先建立了下风侧附加翼板桥梁主梁截面的自激气动力模型。以某悬索桥设计方案为工程背景,应用多模态颤振分析方法,分析了该桥架设阶段颤振临界风速的发展趋势。以其中最危险的架设阶段为例,研究了主梁下风侧设置翼板这种控制措施对系统颤振的控制效果。分析表明,主梁下风侧附加翼板对于悬索桥架设阶段的颤振是一种有效的气动控制措施。
本文首先建立了下风侧附加翼板桥梁主梁截面的自激气动力模型。以某悬索桥设计方案为工程背景,应用多模态颤振分析方法,分析了该桥架设阶段颤振临界风速的发展趋势。以其中最危险的架设阶段为例,研究了主梁下风侧设置翼板这种控制措施对系统颤振的控制效果。分析表明,主梁下风侧附加翼板对于悬索桥架设阶段的颤振是一种有效的气动控制措施。
2001, 18(5): 84-94.
摘要:
本文采用车-桥系统计算模型,对高速铁路多种不同类型简支梁桥可能发生的竖向共振现象进行了研究,给出了各种不同类型简支梁桥发生竖向共振现象时所对应列车速度,分析了不同的跨度对桥梁竖向共振峰值的影响,并就高速铁路简支梁桥如何避免和抑制桥梁竖向共振现象的发生和发展进行了初步的分析。
本文采用车-桥系统计算模型,对高速铁路多种不同类型简支梁桥可能发生的竖向共振现象进行了研究,给出了各种不同类型简支梁桥发生竖向共振现象时所对应列车速度,分析了不同的跨度对桥梁竖向共振峰值的影响,并就高速铁路简支梁桥如何避免和抑制桥梁竖向共振现象的发生和发展进行了初步的分析。
2001, 18(5): 95-99.
摘要:
本文介绍了火炮多柔体系统动力学的自动建模技术,包括火炮多体系统拓扑结构的自动识别、坐标系及自由度的自动确定、运动学公式的自动推导、载荷的自动施加、运动微分方程的自动组集和自动求解等。建模过程的自动化避免了繁琐的人工推导,并且可实现模型的通用性,从而可在计算机上方便地对任意类型火炮的发射过程进行仿真,有效地用于火炮设计。
本文介绍了火炮多柔体系统动力学的自动建模技术,包括火炮多体系统拓扑结构的自动识别、坐标系及自由度的自动确定、运动学公式的自动推导、载荷的自动施加、运动微分方程的自动组集和自动求解等。建模过程的自动化避免了繁琐的人工推导,并且可实现模型的通用性,从而可在计算机上方便地对任意类型火炮的发射过程进行仿真,有效地用于火炮设计。
2001, 18(5): 100-107.
摘要:
基于欧拉梁模型,本文利用时域法和频时域法由桥梁响应识别桥面移动车载并重点讨论了几个主要参数对识别结果的影响。这些参数包括模态数、采样频率、车速、响应测点位置和测点数等。结果表明：车桥试验室模型是成功的,用时域法和频时域法均能得到满意的识别结果,但以时域法实用性更强、精度更高,可以直接用于桥面移动车载识别的现场试验。
基于欧拉梁模型,本文利用时域法和频时域法由桥梁响应识别桥面移动车载并重点讨论了几个主要参数对识别结果的影响。这些参数包括模态数、采样频率、车速、响应测点位置和测点数等。结果表明：车桥试验室模型是成功的,用时域法和频时域法均能得到满意的识别结果,但以时域法实用性更强、精度更高,可以直接用于桥面移动车载识别的现场试验。
2001, 18(5): 108-114.
摘要:
钢筋混凝土圆筒形和箱形井塔是煤矿中最重要的也是最常用的建筑结构。当研究它们的振动问题时,用解析法求解自振频率十分困难,而采用通用的有限元法求解自由度数目多,收敛也比较慢。本文将平板三角形广义协调元用于分析钢筋混凝土圆筒形和箱形井塔的自由振动,求出了前十阶自振频率,其结果与用SAP93的计算值和实测值基本接近,证明了本文理论推导及程序编制的正确性,表明广义协调元与有限元相比,其优点是自由度少。精度高。程序简便以及收敛快。
钢筋混凝土圆筒形和箱形井塔是煤矿中最重要的也是最常用的建筑结构。当研究它们的振动问题时,用解析法求解自振频率十分困难,而采用通用的有限元法求解自由度数目多,收敛也比较慢。本文将平板三角形广义协调元用于分析钢筋混凝土圆筒形和箱形井塔的自由振动,求出了前十阶自振频率,其结果与用SAP93的计算值和实测值基本接近,证明了本文理论推导及程序编制的正确性,表明广义协调元与有限元相比,其优点是自由度少。精度高。程序简便以及收敛快。
2001, 18(5): 115-118,.
摘要:
本文利用改装的直锥变截面式φ74mm大尺寸Hopkinson压杆对混凝土材料试件(φ72×36)进行了冲击压缩实验。为了避免这种装置加载波波头部分对混凝土材料实验数据精度的影响,在实验过程中还采用了予留间隙法。实验结果表明,混凝土材料不仅具有敏感的应变率效应,还具有十分明显的损伤软化效应。
本文利用改装的直锥变截面式φ74mm大尺寸Hopkinson压杆对混凝土材料试件(φ72×36)进行了冲击压缩实验。为了避免这种装置加载波波头部分对混凝土材料实验数据精度的影响,在实验过程中还采用了予留间隙法。实验结果表明,混凝土材料不仅具有敏感的应变率效应,还具有十分明显的损伤软化效应。
2001, 18(5): 119-126.
摘要:
将连续配筋混凝土路面视为粘弹性地基上正交各向异性板,运用三角级数和积分变换方法,对路面受局部冲击荷载作用时的动力响应做了分析,得到了路面的挠度、内力和应力的解析解,进行了数值计算分析,并和不考虑地基粘性时的静力、动力响应做了比较。最后,讨论了荷载冲击周期及地基粘性对动态响应的影响。
将连续配筋混凝土路面视为粘弹性地基上正交各向异性板,运用三角级数和积分变换方法,对路面受局部冲击荷载作用时的动力响应做了分析,得到了路面的挠度、内力和应力的解析解,进行了数值计算分析,并和不考虑地基粘性时的静力、动力响应做了比较。最后,讨论了荷载冲击周期及地基粘性对动态响应的影响。
2001, 18(5): 127-132,.
摘要:
由于脆性或准脆性材料内各类微缺陷的影响,材料的力学性能,如名义破坏应力, 刚度以及断裂韧性等随试件的大小而改变,具有明显的尺寸效应。通常情况下,描述材料尺寸效应的Bazant尺寸效应律是建立在一系列相似试件的基础上通过实验方法确定的。 本文提出了一种新的用含固定长度裂缝试件测定断裂韧性和有效断裂过程区大小的实验方法和计算公式。与相似试件测定方法相比,实验结果吻合很好。根据本文提出的定长裂缝试件实验方法,在保证与相似试件相同脆性指数范围的前提下,可以用小试件进行测量。
由于脆性或准脆性材料内各类微缺陷的影响,材料的力学性能,如名义破坏应力, 刚度以及断裂韧性等随试件的大小而改变,具有明显的尺寸效应。通常情况下,描述材料尺寸效应的Bazant尺寸效应律是建立在一系列相似试件的基础上通过实验方法确定的。 本文提出了一种新的用含固定长度裂缝试件测定断裂韧性和有效断裂过程区大小的实验方法和计算公式。与相似试件测定方法相比,实验结果吻合很好。根据本文提出的定长裂缝试件实验方法,在保证与相似试件相同脆性指数范围的前提下,可以用小试件进行测量。
2001, 18(5): 133-139,.
摘要:
本文基于对松质骨结构特征的观察,考虑固体骨质为横观各向同性多孔材料,引入了描述松质骨的流固两相多孔弹性模型。采用Galerkin加权残值法,通过在连续方程中引入压力p与罚参数β之比项,消去控制方程中的压力项,导出了松质骨在撞击载荷作用下的动力响应的罚有限元公式。用编制的有限元程序计算了松质骨平面问题的撞击动力响应。结果表明,由于松质骨中液体组分的扩散和流动,引起固体骨质和液态骨髓间的相互作用,使得松质骨呈现出一种强烈的表观粘弹性行为以及能量耗散性质。
本文基于对松质骨结构特征的观察,考虑固体骨质为横观各向同性多孔材料,引入了描述松质骨的流固两相多孔弹性模型。采用Galerkin加权残值法,通过在连续方程中引入压力p与罚参数β之比项,消去控制方程中的压力项,导出了松质骨在撞击载荷作用下的动力响应的罚有限元公式。用编制的有限元程序计算了松质骨平面问题的撞击动力响应。结果表明,由于松质骨中液体组分的扩散和流动,引起固体骨质和液态骨髓间的相互作用,使得松质骨呈现出一种强烈的表观粘弹性行为以及能量耗散性质。
2001, 18(5): 140-144.
摘要:
本文给出一个计算单向纤维增强复合材料纵向剪切模量的模型。该模型考虑了纤维截面的纵横比及基质在纤维周围的分布,对所有纵横比的情况都适用。算例表明,纵向剪切模量对纤维截面的纵横比是非常敏感的。通过与实验结果及其它数值结果的对比,说明了该模型是合理的,并具有较好的精度。
本文给出一个计算单向纤维增强复合材料纵向剪切模量的模型。该模型考虑了纤维截面的纵横比及基质在纤维周围的分布,对所有纵横比的情况都适用。算例表明,纵向剪切模量对纤维截面的纵横比是非常敏感的。通过与实验结果及其它数值结果的对比,说明了该模型是合理的,并具有较好的精度。
