2005年 第22卷 第6期
2005, 22(6): 1-6.
摘要:
应用有限元法探讨了流体、固体接触界面由无限接触点对组成,并以接触点对的瞬态接触内力作为待定变量的流体固体动力耦合模型的数值求解方法.分析了流体、固体域插值函数的特点,用二维八节点等参元及流固接触面上的接触点对单元,对流固耦合系统进行了离散化处理;并采用变分原理推导了反映流体固体动力相互作用机理的接触约束矩阵(或称动力耦合矩阵),建立了有限元控制方程,给出了完整的数值计算方法, 研编了动力耦合系统的分析程序.数值计算结果与经典理论解误差很小,验证了动力耦合模型和有限元求解方法的正确性及其较高的计算精度.
应用有限元法探讨了流体、固体接触界面由无限接触点对组成,并以接触点对的瞬态接触内力作为待定变量的流体固体动力耦合模型的数值求解方法.分析了流体、固体域插值函数的特点,用二维八节点等参元及流固接触面上的接触点对单元,对流固耦合系统进行了离散化处理;并采用变分原理推导了反映流体固体动力相互作用机理的接触约束矩阵(或称动力耦合矩阵),建立了有限元控制方程,给出了完整的数值计算方法, 研编了动力耦合系统的分析程序.数值计算结果与经典理论解误差很小,验证了动力耦合模型和有限元求解方法的正确性及其较高的计算精度.
2005, 22(6): 7-14,2.
摘要:
首先对索杆杂交结构采用平衡矩阵理论进行了探讨.对于索杆杂交结构而言,可以根据平衡矩阵确定体系在初状态几何下的整体预应力分布和大小,但是必须考虑变形相容条件和本构关系即各个单元的柔度分布.只有满足体系柔度分布的杆件截面尺寸的结构才能最终施工张成给定的预应力分布和设计几何.由相容方程和平衡方程提出了包含局部超静定结构的索杆杂交结构的柔度分布确定方法和独立柔度分布模态这一概念.算例分析结果验证了方法的正确性.其次,对一索杆梁杂交空间结构的计算分析方法及其初步的静力及其稳定性进行了研究.基于局部分析法对索杆梁体系的预应力分布和大小进行了优化分析.在优化目标下,最优的预应力分布是外环预应力较大,中环、内环预应力要小很多.并以预应力作为整体自平衡的初始内力情况下对其进行了初步静力和稳定性分析.结果表明柔性体系和刚性体系的杂交实际上只能为刚性体系提供大变形的安全储备,而并不能有效的降低体系的挠度,但是预应力的存在却可以有效的改变梁单元轴力的性质和水平.相比单层网壳,索杆梁体系的稳定性能有了较大提高.
首先对索杆杂交结构采用平衡矩阵理论进行了探讨.对于索杆杂交结构而言,可以根据平衡矩阵确定体系在初状态几何下的整体预应力分布和大小,但是必须考虑变形相容条件和本构关系即各个单元的柔度分布.只有满足体系柔度分布的杆件截面尺寸的结构才能最终施工张成给定的预应力分布和设计几何.由相容方程和平衡方程提出了包含局部超静定结构的索杆杂交结构的柔度分布确定方法和独立柔度分布模态这一概念.算例分析结果验证了方法的正确性.其次,对一索杆梁杂交空间结构的计算分析方法及其初步的静力及其稳定性进行了研究.基于局部分析法对索杆梁体系的预应力分布和大小进行了优化分析.在优化目标下,最优的预应力分布是外环预应力较大,中环、内环预应力要小很多.并以预应力作为整体自平衡的初始内力情况下对其进行了初步静力和稳定性分析.结果表明柔性体系和刚性体系的杂交实际上只能为刚性体系提供大变形的安全储备,而并不能有效的降低体系的挠度,但是预应力的存在却可以有效的改变梁单元轴力的性质和水平.相比单层网壳,索杆梁体系的稳定性能有了较大提高.
2005, 22(6): 15-20.
摘要:
将四个屈服准则:Tresca准则、Mises准则、Mohr-Coulomb准则以及Drucker-Prager准则归类为剪切屈服准则.Tresca准则和Mohr-Coulomb准则是关于最不利截面的剪切屈服准则,而Mises准则和Drucker-Prager准则是关于各方向截面的剪应力和正应力的某种综合度量的八面体剪应力和八面体正应力的剪切屈服准则.从方向函数(ODF)的概念入手,将各方向截面的剪应力和正应力综合度量直接取为所有方向截面上的剪应力和正应力的平均.对各向同性材料,提出了平均剪切屈服度准则:当平均剪应力和平均正应力的组合达到某一极限值时,材料开始屈服.研究表明,平均剪切屈服准则与Drucker-Prager准则具有相同的形式,当不考虑平均正应力对屈服的影响时,它与Mises准则具有相同的形式.针对由各向异性损伤导致的材料各向异性强度问题,定义截面上的有效正应力和有效剪应力则分别为截面上的法向力和切向力与有效承载面积之比,基于截面上的有效应力提出了各向异性材料的平均剪切屈服准则.各向异性损伤引起的截面上有效应力放大系数为方向函数,可以采用二阶组构张量来近似表示,在任意坐标系中,各向异性屈服准则为应力分量的二次齐次式,导出了其中的系数与二阶组构张量之间的显式关系式.在二阶组构张量的主轴坐标系内,各向异性屈服准则与殷有泉的拓展Hill准则形式完全相同,当不考虑正应力对屈服的影响时,它与Hill准则具有相同的形式.
将四个屈服准则:Tresca准则、Mises准则、Mohr-Coulomb准则以及Drucker-Prager准则归类为剪切屈服准则.Tresca准则和Mohr-Coulomb准则是关于最不利截面的剪切屈服准则,而Mises准则和Drucker-Prager准则是关于各方向截面的剪应力和正应力的某种综合度量的八面体剪应力和八面体正应力的剪切屈服准则.从方向函数(ODF)的概念入手,将各方向截面的剪应力和正应力综合度量直接取为所有方向截面上的剪应力和正应力的平均.对各向同性材料,提出了平均剪切屈服度准则:当平均剪应力和平均正应力的组合达到某一极限值时,材料开始屈服.研究表明,平均剪切屈服准则与Drucker-Prager准则具有相同的形式,当不考虑平均正应力对屈服的影响时,它与Mises准则具有相同的形式.针对由各向异性损伤导致的材料各向异性强度问题,定义截面上的有效正应力和有效剪应力则分别为截面上的法向力和切向力与有效承载面积之比,基于截面上的有效应力提出了各向异性材料的平均剪切屈服准则.各向异性损伤引起的截面上有效应力放大系数为方向函数,可以采用二阶组构张量来近似表示,在任意坐标系中,各向异性屈服准则为应力分量的二次齐次式,导出了其中的系数与二阶组构张量之间的显式关系式.在二阶组构张量的主轴坐标系内,各向异性屈服准则与殷有泉的拓展Hill准则形式完全相同,当不考虑正应力对屈服的影响时,它与Hill准则具有相同的形式.
2005, 22(6): 21-27.
摘要:
钢筋混凝土框架结构正常使用期间是带裂缝工作的,合理的分析方法应考虑因开裂引起的非线性.在杆系结构有限元基础上,根据构件截面广义应力-应变关系,提出了空间框架结构非线性分析的简化数值方法--网格-等效截面法.该方法能考虑材料非线性,混凝土开裂导致构件有效刚度降低,混凝土徐变和加载历程等影响因素.给出了相应的实施步骤,并采用通用有限元软件ANSYS部分功能,自编主体计算程序的混合编程方法编制了程序.通过考题,程序编制方法正确,计算精度满足工程要求.最后,采用程序对荷载和温度作用下某超长框架结构进行了计算.
钢筋混凝土框架结构正常使用期间是带裂缝工作的,合理的分析方法应考虑因开裂引起的非线性.在杆系结构有限元基础上,根据构件截面广义应力-应变关系,提出了空间框架结构非线性分析的简化数值方法--网格-等效截面法.该方法能考虑材料非线性,混凝土开裂导致构件有效刚度降低,混凝土徐变和加载历程等影响因素.给出了相应的实施步骤,并采用通用有限元软件ANSYS部分功能,自编主体计算程序的混合编程方法编制了程序.通过考题,程序编制方法正确,计算精度满足工程要求.最后,采用程序对荷载和温度作用下某超长框架结构进行了计算.
2005, 22(6): 28-36.
摘要:
提出用变形性代替传统延性的概念以适应使用了新型材料(如纤维增强复合材料,即FRP)的受弯构件的荷载-变形关系的多样化.通过分析已有的性能指标,定义了设计目标状态和极限破坏状态作为构件的性能特征状态,并提出一组新的性能指标:变形性系数D、承载力系数S、变形能系数Y和综合性能系数F,用以全面地描述各种构件的性能和安全储备.参照传统构件,分析了5种受弯构件的数值计算结果,获得了各性能指标的取值范围及它们之间的关系,并提出可以通过提高构件承载能力来弥补其变形储备不足从而保证总体安全储备不变.建议用F指标来确定各种受弯构件的设计目标状态,从而获得合理且一致的安全性储备,并以8个试验构件为例进行了计算,验证了其合理性.包括变形性在内的性能指标的提出,为新型材料结构设计提供了参考.
提出用变形性代替传统延性的概念以适应使用了新型材料(如纤维增强复合材料,即FRP)的受弯构件的荷载-变形关系的多样化.通过分析已有的性能指标,定义了设计目标状态和极限破坏状态作为构件的性能特征状态,并提出一组新的性能指标:变形性系数D、承载力系数S、变形能系数Y和综合性能系数F,用以全面地描述各种构件的性能和安全储备.参照传统构件,分析了5种受弯构件的数值计算结果,获得了各性能指标的取值范围及它们之间的关系,并提出可以通过提高构件承载能力来弥补其变形储备不足从而保证总体安全储备不变.建议用F指标来确定各种受弯构件的设计目标状态,从而获得合理且一致的安全性储备,并以8个试验构件为例进行了计算,验证了其合理性.包括变形性在内的性能指标的提出,为新型材料结构设计提供了参考.
2005, 22(6): 37-40,6.
摘要:
利用弹性平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,推导了两个圆形奇异超级解析单元列式,这两个超级单元能够分别准确地描述Ⅰ型和Ⅱ型Dugdale模型平面裂纹尖端场.将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意几何形状和载荷的Ⅰ型或Ⅱ型裂纹基于Dugdale模型的裂纹尖端塑性区尺寸和裂纹尖端张开位移(CTOD)或裂纹尖端滑开位移(CTSD)的计算问题.对典型算例的计算结果表明方法简单有效,具有令人满意的精度.
利用弹性平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,推导了两个圆形奇异超级解析单元列式,这两个超级单元能够分别准确地描述Ⅰ型和Ⅱ型Dugdale模型平面裂纹尖端场.将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意几何形状和载荷的Ⅰ型或Ⅱ型裂纹基于Dugdale模型的裂纹尖端塑性区尺寸和裂纹尖端张开位移(CTOD)或裂纹尖端滑开位移(CTSD)的计算问题.对典型算例的计算结果表明方法简单有效,具有令人满意的精度.
2005, 22(6): 41-45,5.
摘要:
分析了功能梯度材料中币型裂纹扩展问题.该裂纹体受有与裂纹面成任意角度的张应力或压应力,裂纹垂直于无限域中功能梯度材料夹层.假定非均匀介质的功能梯度材料夹层与两个半无限域完全结合,其弹性模量沿厚度方向变化.利用已发表的裂纹应力强度因子数据和线弹性断裂力学的叠加原理,将应力强度因子耦合于最小应变能密度因子断裂判据,讨论了裂纹扩展的临界荷载;并讨论了荷载方向和材料性质对临界荷载的影响.
分析了功能梯度材料中币型裂纹扩展问题.该裂纹体受有与裂纹面成任意角度的张应力或压应力,裂纹垂直于无限域中功能梯度材料夹层.假定非均匀介质的功能梯度材料夹层与两个半无限域完全结合,其弹性模量沿厚度方向变化.利用已发表的裂纹应力强度因子数据和线弹性断裂力学的叠加原理,将应力强度因子耦合于最小应变能密度因子断裂判据,讨论了裂纹扩展的临界荷载;并讨论了荷载方向和材料性质对临界荷载的影响.
2005, 22(6): 46-51.
摘要:
应用弹性波动理论,发展了实现波动直接模拟的三维时域粘弹性人工边界.首先基于三维波动方程推导了三维粘弹性人工边界的法向与切向边界方程,然后研究了时域粘弹性人工边界的数值模拟技术,最后通过典型的波动问题算例证明了给出的三维人工边界具有较高精度,可以方便地应用于三维波动问题的模拟分析.
应用弹性波动理论,发展了实现波动直接模拟的三维时域粘弹性人工边界.首先基于三维波动方程推导了三维粘弹性人工边界的法向与切向边界方程,然后研究了时域粘弹性人工边界的数值模拟技术,最后通过典型的波动问题算例证明了给出的三维人工边界具有较高精度,可以方便地应用于三维波动问题的模拟分析.
2005, 22(6): 52-57.
摘要:
建立了有内导向瓣周边式对接机构的两空间飞行器对接捕获阶段的动力学模型,针对主动捕获环相对于整个飞行器来说质量很小的特点,建模过程中不考虑主动捕获环的质量和转动惯量,只考虑其几何形状特性.利用约束方程确定接触点作用力,通过仿真计算得到了对接机构的相对位移、速度和转角,以及缓冲系统的位移、转角和相互作用力等参数,从而较全面地了解对接动力学过程,对缓冲系统和对接机构的设计具有重要的参考价值.
建立了有内导向瓣周边式对接机构的两空间飞行器对接捕获阶段的动力学模型,针对主动捕获环相对于整个飞行器来说质量很小的特点,建模过程中不考虑主动捕获环的质量和转动惯量,只考虑其几何形状特性.利用约束方程确定接触点作用力,通过仿真计算得到了对接机构的相对位移、速度和转角,以及缓冲系统的位移、转角和相互作用力等参数,从而较全面地了解对接动力学过程,对缓冲系统和对接机构的设计具有重要的参考价值.
2005, 22(6): 58-62.
摘要:
基于SMAC(Simplified Marker and Cell)方法推导出直接求解二维非定常、不可压N-S方程的隐式数值方法.求解的基本方程是任意曲线坐标系中以逆变速度为变量的N-S方程和椭圆型的压力Poisson方程.采用该方法,对二维叶栅非定常分离流场进行了数值模拟,叶栅表面压力的计算结果与试验结果相比比较吻合,从而验证了这种方法的可靠性.同时对叶栅非定常流场的流场结构和流动机理做了初步的探讨.在均匀来流和定常边界条件下,叶栅内部流动表现出强烈的非定常性;在小冲角和高雷诺数时,叶栅尾部产生类似卡门涡街的周期性流动.
基于SMAC(Simplified Marker and Cell)方法推导出直接求解二维非定常、不可压N-S方程的隐式数值方法.求解的基本方程是任意曲线坐标系中以逆变速度为变量的N-S方程和椭圆型的压力Poisson方程.采用该方法,对二维叶栅非定常分离流场进行了数值模拟,叶栅表面压力的计算结果与试验结果相比比较吻合,从而验证了这种方法的可靠性.同时对叶栅非定常流场的流场结构和流动机理做了初步的探讨.在均匀来流和定常边界条件下,叶栅内部流动表现出强烈的非定常性;在小冲角和高雷诺数时,叶栅尾部产生类似卡门涡街的周期性流动.
2005, 22(6): 63-68.
摘要:
主要研究了由各向同性线弹性加强体和各向同性线粘弹性基体组成的复合材料的问题.在已有的线弹性多层材料的渐近均匀化方法的基础上,应用弹性-粘弹性对应原理,在Carson域中求解粘弹性问题,通过两次运用均匀化方法,得到一类单向强化复合材料的有效模量的表达式.反演可得到单向强化复合材料的有效松弛模量在时间域中的表达式,并且与其它结果进行了比较.
主要研究了由各向同性线弹性加强体和各向同性线粘弹性基体组成的复合材料的问题.在已有的线弹性多层材料的渐近均匀化方法的基础上,应用弹性-粘弹性对应原理,在Carson域中求解粘弹性问题,通过两次运用均匀化方法,得到一类单向强化复合材料的有效模量的表达式.反演可得到单向强化复合材料的有效松弛模量在时间域中的表达式,并且与其它结果进行了比较.
2005, 22(6): 69-75.
摘要:
提出一种由单元协调边界位移直接插值单元位移的特殊插值法,并用该方法构造出一种新型的12节点参数C1阶协调任意四边形薄板弯曲单元.该特殊插值法分离了薄板单元完备性条件和C1阶连续条件的相互影响,从而才能直接构造出C1阶连续协调且完备薄板单元.理论证明该薄板单元具有完备性和C1阶连续性,数值分析表明其性能明显优于非协调单元.
提出一种由单元协调边界位移直接插值单元位移的特殊插值法,并用该方法构造出一种新型的12节点参数C1阶协调任意四边形薄板弯曲单元.该特殊插值法分离了薄板单元完备性条件和C1阶连续条件的相互影响,从而才能直接构造出C1阶连续协调且完备薄板单元.理论证明该薄板单元具有完备性和C1阶连续性,数值分析表明其性能明显优于非协调单元.
2005, 22(6): 76-81.
摘要:
在一种等代数结构面网格剖分下,建立了求解三维弹性问题有限元方程的代数多重网格法及相应的预处理共轭梯度法,详细描述了代数多重网格方法中网格粗化技术与插值算子的构造,并将所构造的代数多重网格法应用于某些实际问题如非均匀介质、高应力梯度问题的数值求解.结果表明,建立的代数多重网格法对求解三维弹性问题是十分有效的,具有很好的鲁棒性,较直接解法和其它常用迭代方法具有明显的优越性.
在一种等代数结构面网格剖分下,建立了求解三维弹性问题有限元方程的代数多重网格法及相应的预处理共轭梯度法,详细描述了代数多重网格方法中网格粗化技术与插值算子的构造,并将所构造的代数多重网格法应用于某些实际问题如非均匀介质、高应力梯度问题的数值求解.结果表明,建立的代数多重网格法对求解三维弹性问题是十分有效的,具有很好的鲁棒性,较直接解法和其它常用迭代方法具有明显的优越性.
2005, 22(6): 82-86.
摘要:
通过数值计算和对37组18个试件的实验测试与分析,研究了四种缝合参数对缝合复合材料板面内刚度和强度的影响.结果表明:1) 缝合密度越大,缝合所产生的损伤就越大,对面内刚度的影响也就越大.几种常用缝合密度下的面内刚度差最大为纵向6%,横向11%,剪切9%;2) 缝合密度和缝合工艺水平对面内拉伸强度和剪切强度有很大影响,缝合引起的拉伸强度和剪切强度降低分别达14%和17%,而对面内压缩强度的影响很小,最大强度降不到4%.3) 当缝线方向与测试方向垂直时,可以得到较高的面内刚度值和较低的面内强度值.反之,当缝线方向与测试方向平行时,可以得到较低的面内刚度值和较高的面内强度值.最大变化幅值分别为21%和18%.
通过数值计算和对37组18个试件的实验测试与分析,研究了四种缝合参数对缝合复合材料板面内刚度和强度的影响.结果表明:1) 缝合密度越大,缝合所产生的损伤就越大,对面内刚度的影响也就越大.几种常用缝合密度下的面内刚度差最大为纵向6%,横向11%,剪切9%;2) 缝合密度和缝合工艺水平对面内拉伸强度和剪切强度有很大影响,缝合引起的拉伸强度和剪切强度降低分别达14%和17%,而对面内压缩强度的影响很小,最大强度降不到4%.3) 当缝线方向与测试方向垂直时,可以得到较高的面内刚度值和较低的面内强度值.反之,当缝线方向与测试方向平行时,可以得到较低的面内刚度值和较高的面内强度值.最大变化幅值分别为21%和18%.
2005, 22(6): 87-90.
摘要:
根据小幅晃动条件下利用速度势函数推导的计算液体晃动频率和内部Rayleigh阻尼的特征值方程,利用简化处理转化为一般的广义特征值问题,并针对这种非对称大型稀疏矩阵采用了Arnoldi迭代方法,求解得到晃动频率和内部阻尼.将利用Stokes边界层理论计算得到边界上的阻尼与内阻尼之和作为晃动的等效阻尼,通过两个算例比较计算结果接近实验结果.这种方法可以计算任意形状贮箱内液体的小幅晃动频率和晃动阻尼.
根据小幅晃动条件下利用速度势函数推导的计算液体晃动频率和内部Rayleigh阻尼的特征值方程,利用简化处理转化为一般的广义特征值问题,并针对这种非对称大型稀疏矩阵采用了Arnoldi迭代方法,求解得到晃动频率和内部阻尼.将利用Stokes边界层理论计算得到边界上的阻尼与内阻尼之和作为晃动的等效阻尼,通过两个算例比较计算结果接近实验结果.这种方法可以计算任意形状贮箱内液体的小幅晃动频率和晃动阻尼.
2005, 22(6): 91-96.
摘要:
基于Hsieh-Ting-Chen强度破坏准则的思想,提出由于求解混凝土各向同性损伤模量的等效应变.首先通过混凝土试件材料特性以及强度试验资料来确定四参数,然后求解出由多轴应力状态下的应变退化得到的等效应变以及相应的损伤模量.对一混凝土立方体试件进行有限元分析,计算结果表明:采用该等效应变计算所得的应力应变曲线与试验曲线吻合性较好,从而说明了该等效应变的合理性,并且可说明利用该等效应变的损伤模型不但可以描述单轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线,而且能描述多轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线.该等效应变形式单一,计算简单.
基于Hsieh-Ting-Chen强度破坏准则的思想,提出由于求解混凝土各向同性损伤模量的等效应变.首先通过混凝土试件材料特性以及强度试验资料来确定四参数,然后求解出由多轴应力状态下的应变退化得到的等效应变以及相应的损伤模量.对一混凝土立方体试件进行有限元分析,计算结果表明:采用该等效应变计算所得的应力应变曲线与试验曲线吻合性较好,从而说明了该等效应变的合理性,并且可说明利用该等效应变的损伤模型不但可以描述单轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线,而且能描述多轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线.该等效应变形式单一,计算简单.
2005, 22(6): 97-103,.
摘要:
回顾岩体结构面切向循环加载的力学试验和数值模型,并建立新的本构模型.在粘接状态下,结构面切向本构关系表示为由双曲线和直线段组成的滞回曲线.在接触状态由粘接变为滑移的过程中,峰值摩擦角以双曲线函数逐渐降低至残余摩擦角,体现出峰值剪切特性.考虑结构面切向与法向耦合的剪胀关系,建立相应的接触刚度矩阵,并引入初始剪胀角和残余剪胀角来建立分段抛物线形式的剪胀曲线.循环加载导致的磨损对结构面的摩擦和剪胀特性均产生影响,通过以切向塑性功指数函数表示摩擦角和剪胀角的磨损过程.模型在物理意义上反映了切向循环加载的特性,计算结果能较好地拟合试验曲线.
回顾岩体结构面切向循环加载的力学试验和数值模型,并建立新的本构模型.在粘接状态下,结构面切向本构关系表示为由双曲线和直线段组成的滞回曲线.在接触状态由粘接变为滑移的过程中,峰值摩擦角以双曲线函数逐渐降低至残余摩擦角,体现出峰值剪切特性.考虑结构面切向与法向耦合的剪胀关系,建立相应的接触刚度矩阵,并引入初始剪胀角和残余剪胀角来建立分段抛物线形式的剪胀曲线.循环加载导致的磨损对结构面的摩擦和剪胀特性均产生影响,通过以切向塑性功指数函数表示摩擦角和剪胀角的磨损过程.模型在物理意义上反映了切向循环加载的特性,计算结果能较好地拟合试验曲线.
2005, 22(6): 104-111.
摘要:
采用随机模拟方法研究钢筋混凝土桥墩截面的屈服曲率、极限曲率、屈服抗弯能力、极限抗弯能力、曲率延性、塑性转动能力以及抗剪能力的概率特性,得到:屈服曲率、屈服抗弯、极限抗弯和抗剪能力服从正态分布;极限曲率服从极值I型分布;曲率延性、塑性转角服从对数正态分布.分析了桥墩轴力(轴压比)变化对上述截面能力的概率分布及变异性的影响,表明:轴力变化基本上不影响它们的概率分布模型,但对其变异性影响较大;对截面的抗弯能力及截面的屈服曲率,其变异系数随轴力的增加而减小,对截面的极限曲率、曲率延性和塑性转角,其变异系数随轴力的增加而增大.
采用随机模拟方法研究钢筋混凝土桥墩截面的屈服曲率、极限曲率、屈服抗弯能力、极限抗弯能力、曲率延性、塑性转动能力以及抗剪能力的概率特性,得到:屈服曲率、屈服抗弯、极限抗弯和抗剪能力服从正态分布;极限曲率服从极值I型分布;曲率延性、塑性转角服从对数正态分布.分析了桥墩轴力(轴压比)变化对上述截面能力的概率分布及变异性的影响,表明:轴力变化基本上不影响它们的概率分布模型,但对其变异性影响较大;对截面的抗弯能力及截面的屈服曲率,其变异系数随轴力的增加而减小,对截面的极限曲率、曲率延性和塑性转角,其变异系数随轴力的增加而增大.
2005, 22(6): 112-116,.
摘要:
基于满应力设计思想,考虑桁架杆件在压力作用下的局部稳定约束,采用相似变换的方法,找出了惯性矩I与截面面积A的关系,根据压杆的临界应力分别导出大、中、小柔度的迭代公式,设计出压杆的截面积,解决了同时满足应力约束和局部稳定约束的桁架结构截面优化问题.在MSC/NASTRAN上利用PCL语言开发出了含局部稳定约束的桁架优化的更合理、更精确的优化软件.
基于满应力设计思想,考虑桁架杆件在压力作用下的局部稳定约束,采用相似变换的方法,找出了惯性矩I与截面面积A的关系,根据压杆的临界应力分别导出大、中、小柔度的迭代公式,设计出压杆的截面积,解决了同时满足应力约束和局部稳定约束的桁架结构截面优化问题.在MSC/NASTRAN上利用PCL语言开发出了含局部稳定约束的桁架优化的更合理、更精确的优化软件.
2005, 22(6): 117-121,.
摘要:
RC环梁连接的钢管混凝土柱-RC梁框架在竖向荷载和水平荷载作用下,在环梁一定高度范围内,环梁与柱之间会有很窄的缝隙.通过有限元分析研究了环梁连接的转角刚度和环梁区域框架梁等效宽度以及它们的影响因素,结果表明环梁宽度和框架梁宽度对转角刚度和等效宽度影响较大.框架内力、位移计算以及两层两跨框架结构的静力试验和拟动力试验表明,环梁连接的钢管混凝土柱-RC梁框架可以采用梁柱直接刚性连接的模型进行弹性分析.
RC环梁连接的钢管混凝土柱-RC梁框架在竖向荷载和水平荷载作用下,在环梁一定高度范围内,环梁与柱之间会有很窄的缝隙.通过有限元分析研究了环梁连接的转角刚度和环梁区域框架梁等效宽度以及它们的影响因素,结果表明环梁宽度和框架梁宽度对转角刚度和等效宽度影响较大.框架内力、位移计算以及两层两跨框架结构的静力试验和拟动力试验表明,环梁连接的钢管混凝土柱-RC梁框架可以采用梁柱直接刚性连接的模型进行弹性分析.
2005, 22(6): 122-126.
摘要:
用基于一次可靠度方法的可靠度随机有限元对一座现有的钢筋混凝土拱桥面内稳定性进行剩余可靠度计算,并对影响稳定性可靠度的主要参数进行了灵敏度分析.以随机变量和随机场表示现状荷载(汽车荷载、人群荷载、桥面二期恒载和结构自重)及结构参数(主拱圈弹性模量).用作者提出的基于线性回归的随机场离散方法离散上述随机场,以有限元稳定分析的解作为复杂结构的隐式功能函数.上述功能以及失稳特征值对基本变量的梯度计算均已包含在作者开发的可靠度随机有限元程序RESFEP中.分析给出此桥稳定性可靠度值.灵敏度分析表明:在各随机变量中,拱肋弹性模量随机场离散变量对拱桥可靠度指标影响最大,汽车荷载随机场离散变量次之;在各随机变量的均值和标准差中,拱肋弹性模量随机场离散变量均值和标准差对拱桥可靠度影响最大,汽车荷载随机场离散变量的均值和标准差次之.
用基于一次可靠度方法的可靠度随机有限元对一座现有的钢筋混凝土拱桥面内稳定性进行剩余可靠度计算,并对影响稳定性可靠度的主要参数进行了灵敏度分析.以随机变量和随机场表示现状荷载(汽车荷载、人群荷载、桥面二期恒载和结构自重)及结构参数(主拱圈弹性模量).用作者提出的基于线性回归的随机场离散方法离散上述随机场,以有限元稳定分析的解作为复杂结构的隐式功能函数.上述功能以及失稳特征值对基本变量的梯度计算均已包含在作者开发的可靠度随机有限元程序RESFEP中.分析给出此桥稳定性可靠度值.灵敏度分析表明:在各随机变量中,拱肋弹性模量随机场离散变量对拱桥可靠度指标影响最大,汽车荷载随机场离散变量次之;在各随机变量的均值和标准差中,拱肋弹性模量随机场离散变量均值和标准差对拱桥可靠度影响最大,汽车荷载随机场离散变量的均值和标准差次之.
2005, 22(6): 127-133.
摘要:
同时提出了基于桥梁节段模型强迫振动风洞实验的颤振导数时域识别法与频域识别法.开发了一套两自由度强迫振动装置,用它进行了三种节段模型的强迫振动法风洞试验.用这同一批实验数据作了两种方法的对比研究.采用两种或多种数据处理方法,可以提高颤振导数识别结果的可信度.频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动.
同时提出了基于桥梁节段模型强迫振动风洞实验的颤振导数时域识别法与频域识别法.开发了一套两自由度强迫振动装置,用它进行了三种节段模型的强迫振动法风洞试验.用这同一批实验数据作了两种方法的对比研究.采用两种或多种数据处理方法,可以提高颤振导数识别结果的可信度.频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动.
2005, 22(6): 134-141.
摘要:
进行了双向侧压作用下混凝土静态受拉与受拉疲劳试验.对静态受拉试验的极限抗拉强度、轴向拉伸应变和侧向压缩应变进行了比较分析,轴向拉伸应变因侧压的存在而快速增长,侧向压缩应变也因轴拉作用而增大,而极限抗拉强度则因侧压影响而降低;对受拉疲劳试验,则得到了S-N方程,应力应变曲线,应变、疲劳变形模量比与疲劳次数关系曲线,其特征表现为三阶段规律;并通过定义的对数线性变换把上述三阶段曲线转换为直线;反之,利用这种线性关系可以求得三阶段曲线关系.同时对静态受拉与受拉疲劳试验的相关物理量进行了比较分析,疲劳寿命和疲劳变形模量也因侧压的影响而有较大幅度的降低.
进行了双向侧压作用下混凝土静态受拉与受拉疲劳试验.对静态受拉试验的极限抗拉强度、轴向拉伸应变和侧向压缩应变进行了比较分析,轴向拉伸应变因侧压的存在而快速增长,侧向压缩应变也因轴拉作用而增大,而极限抗拉强度则因侧压影响而降低;对受拉疲劳试验,则得到了S-N方程,应力应变曲线,应变、疲劳变形模量比与疲劳次数关系曲线,其特征表现为三阶段规律;并通过定义的对数线性变换把上述三阶段曲线转换为直线;反之,利用这种线性关系可以求得三阶段曲线关系.同时对静态受拉与受拉疲劳试验的相关物理量进行了比较分析,疲劳寿命和疲劳变形模量也因侧压的影响而有较大幅度的降低.
2005, 22(6): 142-147.
摘要:
在已有的连续损伤理论基础上,研究综合考虑混凝土损伤、钢筋混凝土粘结滑移、以及受拉刚化效应等因素的钢筋混凝土拉伸本构模型,所提出的模型可以由其中各元件的本构特性推导出钢筋混凝土受拉损伤本构.该模型可以表征混凝土损伤、配筋等参数与钢筋混凝土试件受拉特性之间的量化关系,可以用于分析配筋受拉试件的初裂荷载、裂缝宽度等.通过与试验数据的对比得出了一些很有意义的计算与分析结果.
在已有的连续损伤理论基础上,研究综合考虑混凝土损伤、钢筋混凝土粘结滑移、以及受拉刚化效应等因素的钢筋混凝土拉伸本构模型,所提出的模型可以由其中各元件的本构特性推导出钢筋混凝土受拉损伤本构.该模型可以表征混凝土损伤、配筋等参数与钢筋混凝土试件受拉特性之间的量化关系,可以用于分析配筋受拉试件的初裂荷载、裂缝宽度等.通过与试验数据的对比得出了一些很有意义的计算与分析结果.
2005, 22(6): 148-154,.
摘要:
基于Biot理论,采用渗流-力学耦合模型研究分析了粘弹性饱和土体中深埋圆形隧道衬砌-土相互作用问题,并考虑了衬砌材料的徐变特性.假定衬砌和土体完全接触,运用积分变换理论在Laplace变换域中得到了衬砌和土体接触面上的应力、变形及衬砌的薄膜力和弯矩.利用Laplace数值逆变换得到时域中的解,并由此分析讨论了衬砌和土体的相对刚度、阻尼比、以及衬砌的相对厚度对隧道衬砌与土体相互作用的影响.数值结果同时也反映了应力、变形、薄膜力和弯矩的随时间变化过程.
基于Biot理论,采用渗流-力学耦合模型研究分析了粘弹性饱和土体中深埋圆形隧道衬砌-土相互作用问题,并考虑了衬砌材料的徐变特性.假定衬砌和土体完全接触,运用积分变换理论在Laplace变换域中得到了衬砌和土体接触面上的应力、变形及衬砌的薄膜力和弯矩.利用Laplace数值逆变换得到时域中的解,并由此分析讨论了衬砌和土体的相对刚度、阻尼比、以及衬砌的相对厚度对隧道衬砌与土体相互作用的影响.数值结果同时也反映了应力、变形、薄膜力和弯矩的随时间变化过程.
2005, 22(6): 155-158.
摘要:
根据上文所提出的钢筋混凝土简支深梁剪切强度的塑性分析理论,用运动学的方法,建立了钢筋混凝土简支深梁的2个剪切破坏机构的模型,通过对这2个破坏机构的计算分析,求出了与破坏机构对应的极限荷载.通过一个配置有水平和竖直腹筋的简支深梁的例子评估了这两个模型的正确性.收集到的131个试验梁的试验结果用来进一步验证这2种剪切破坏机构的合理性,并对计算结果进行了统计分析.结果表明:利用本文提出的钢筋混凝土简支深梁剪切强度计算方法得到的计算结果与试验结果吻合良好,证明了计算理论及方法是正确的.
根据上文所提出的钢筋混凝土简支深梁剪切强度的塑性分析理论,用运动学的方法,建立了钢筋混凝土简支深梁的2个剪切破坏机构的模型,通过对这2个破坏机构的计算分析,求出了与破坏机构对应的极限荷载.通过一个配置有水平和竖直腹筋的简支深梁的例子评估了这两个模型的正确性.收集到的131个试验梁的试验结果用来进一步验证这2种剪切破坏机构的合理性,并对计算结果进行了统计分析.结果表明:利用本文提出的钢筋混凝土简支深梁剪切强度计算方法得到的计算结果与试验结果吻合良好,证明了计算理论及方法是正确的.
2005, 22(6): 159-164.
摘要:
通过2根钢纤维高强混凝土柱在低周反复荷载作用下的压弯性能试验,研究了轴压比、钢纤维含量特征值、箍筋含量特征值、剪跨比和纵向配筋等因素对钢纤维高强混凝土柱延性性能的影响规律,结果表明:钢纤维对改善高强混凝土柱的脆性破坏性质并提高其延性具有明显效果,但钢纤维和箍筋对高强混凝土柱的延性提高作用机理不同,不能采用钢纤维等量(体积率相同)取代箍筋的方法使高强混凝土柱获得等同的延性性能.提出了钢纤维高强混凝土柱的位移延性系数计算公式,可供工程设计应用参考.
通过2根钢纤维高强混凝土柱在低周反复荷载作用下的压弯性能试验,研究了轴压比、钢纤维含量特征值、箍筋含量特征值、剪跨比和纵向配筋等因素对钢纤维高强混凝土柱延性性能的影响规律,结果表明:钢纤维对改善高强混凝土柱的脆性破坏性质并提高其延性具有明显效果,但钢纤维和箍筋对高强混凝土柱的延性提高作用机理不同,不能采用钢纤维等量(体积率相同)取代箍筋的方法使高强混凝土柱获得等同的延性性能.提出了钢纤维高强混凝土柱的位移延性系数计算公式,可供工程设计应用参考.
2005, 22(6): 165-169.
摘要:
根据混凝土的非线弹性性质、纤维端部应力和由于温度变化产生的温度应力对剪应力及纤维正应力的影响,对短纤维增强混凝土应力传递的剪滞理论进行改进.结合碳纤维增强混凝土分析了混凝土应变、纤维端部正应力系数和温度差对应力传递的影响.认为在混凝土弹性阶段剪应力和纤维正应力受应变影响较小,塑性阶段应变对应力传递影响较大;纤维端部应力系数对剪应力和纤维正应力表现为线性影响;剪应力与温度变化呈同方向变化,但纤维正应力不受温度影响.
根据混凝土的非线弹性性质、纤维端部应力和由于温度变化产生的温度应力对剪应力及纤维正应力的影响,对短纤维增强混凝土应力传递的剪滞理论进行改进.结合碳纤维增强混凝土分析了混凝土应变、纤维端部正应力系数和温度差对应力传递的影响.认为在混凝土弹性阶段剪应力和纤维正应力受应变影响较小,塑性阶段应变对应力传递影响较大;纤维端部应力系数对剪应力和纤维正应力表现为线性影响;剪应力与温度变化呈同方向变化,但纤维正应力不受温度影响.
2005, 22(6): 170-174.
摘要:
比较了地震地面运动作用下结构反应分析的位移输入模型和加速度输入模型,并对利用这两种模型进行时程分析的数值计算方法进行了讨论.数值计算结果表明,若采用相同的数值积分方法和积分步长,位移输入模型可获得比加速度输入模型更高的计算精度.没有得到某些文献中的结果,即直接利用地面运动位移作为激励会带来更多的误差,欲得到较好的计算精度需采用更小的激励步长和积分时间步长.位移输入模型不仅形式简单、计算方便,而且是分析地震地面运动作用下多点支承结构反应的有效模型.
比较了地震地面运动作用下结构反应分析的位移输入模型和加速度输入模型,并对利用这两种模型进行时程分析的数值计算方法进行了讨论.数值计算结果表明,若采用相同的数值积分方法和积分步长,位移输入模型可获得比加速度输入模型更高的计算精度.没有得到某些文献中的结果,即直接利用地面运动位移作为激励会带来更多的误差,欲得到较好的计算精度需采用更小的激励步长和积分时间步长.位移输入模型不仅形式简单、计算方便,而且是分析地震地面运动作用下多点支承结构反应的有效模型.
2005, 22(6): 175-180.
摘要:
提出三维虚拟分块破坏分析方法,通过对单元中已破坏的材料分块进行弹模缩减技术处理,并对各载荷步通过迭代不断修正计算模型直至收敛.在对组不同CFRP粘贴方式加固钢筋混凝土梁进行破坏加载试验研究的基础上,采用此法对结构从开裂直至完全破坏的受力-变形全过程和极限承载力进行了三维非线性分析,比较极限承载力的计算和试验结果表明,二者符合得令人满意.有关研究成果可为混凝土结构加固维修的施工和设计参考.
提出三维虚拟分块破坏分析方法,通过对单元中已破坏的材料分块进行弹模缩减技术处理,并对各载荷步通过迭代不断修正计算模型直至收敛.在对组不同CFRP粘贴方式加固钢筋混凝土梁进行破坏加载试验研究的基础上,采用此法对结构从开裂直至完全破坏的受力-变形全过程和极限承载力进行了三维非线性分析,比较极限承载力的计算和试验结果表明,二者符合得令人满意.有关研究成果可为混凝土结构加固维修的施工和设计参考.
2005, 22(6): 181-187.
摘要:
采用碳纤维布-钢构件搭接接头的单剪试验方法,深入研究了碳纤维布-钢构件的抗剪粘接性能.探讨了碳纤维布的粘接长度、层数、宽度比以及粘贴工艺等不同粘接参数对复合构件粘接性能的影响,初步描述了碳纤维布与钢构件的粘接机理.同时,采用解析方法对碳纤维布-钢构件的粘接界面受力性能进行了分析,取得了与试验较为吻合的结果,为碳纤维布加固修复钢构件提供了理论依据.
采用碳纤维布-钢构件搭接接头的单剪试验方法,深入研究了碳纤维布-钢构件的抗剪粘接性能.探讨了碳纤维布的粘接长度、层数、宽度比以及粘贴工艺等不同粘接参数对复合构件粘接性能的影响,初步描述了碳纤维布与钢构件的粘接机理.同时,采用解析方法对碳纤维布-钢构件的粘接界面受力性能进行了分析,取得了与试验较为吻合的结果,为碳纤维布加固修复钢构件提供了理论依据.
2005, 22(6): 188-191.
摘要:
讨论刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪控制和振动抑制问题.以双连杆刚柔性机械臂为例,建立了双连杆刚柔性机械臂的非线性动力学方程,运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法,使方程中关节角变量和弹性变量部分解耦.利用机械臂逆动力学方法和线性二次型(LQ)最优控制方法讨论刚柔性耦合机械臂的轨迹跟踪控制问题和消除残余振动的控制问题.通过数值仿真计算,表明文中方法的有效性.
讨论刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪控制和振动抑制问题.以双连杆刚柔性机械臂为例,建立了双连杆刚柔性机械臂的非线性动力学方程,运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法,使方程中关节角变量和弹性变量部分解耦.利用机械臂逆动力学方法和线性二次型(LQ)最优控制方法讨论刚柔性耦合机械臂的轨迹跟踪控制问题和消除残余振动的控制问题.通过数值仿真计算,表明文中方法的有效性.
2005, 22(6): 192-196.
摘要:
由于铁基形状记忆合金材料本身的特殊性能,由其制成的螺母所组成的螺栓联接中,不仅螺纹副之间的自锁摩擦力矩有所提高,而且轴向载荷在各螺纹齿间分布的均匀性也得以改善,从而有效地防止了螺纹联接松动、松脱及疲劳断裂等失效现象的发生.主要对这种新型螺母的防断机理进行了分析,建立了螺栓联接载荷分布的计算模型,并通过与普通螺栓联接的比较,对这种新型螺母的防断性能进行了评价.
由于铁基形状记忆合金材料本身的特殊性能,由其制成的螺母所组成的螺栓联接中,不仅螺纹副之间的自锁摩擦力矩有所提高,而且轴向载荷在各螺纹齿间分布的均匀性也得以改善,从而有效地防止了螺纹联接松动、松脱及疲劳断裂等失效现象的发生.主要对这种新型螺母的防断机理进行了分析,建立了螺栓联接载荷分布的计算模型,并通过与普通螺栓联接的比较,对这种新型螺母的防断性能进行了评价.
2005, 22(6): 197-201.
摘要:
L形圆管节点主要以受弯为主,不同于管桁架中的普通节点.采用简化理论方法对L形圆管节点的强度和刚度进行了分析,横向正应力的存在对节点域钢管具有"捏合"作用,从而降低了节点的刚度和承载能力,无加劲肋的L形管节点属于半刚性连接.影响横向正应力大小的主要因素是钢管的夹角、连接方法和构造措施.根据理论分析结果并结合工程实际提出了L形管节点的参考计算方法和设计建议,最后采用有限单元法对理论计算方法作了验证,取得了一致性的结论.
L形圆管节点主要以受弯为主,不同于管桁架中的普通节点.采用简化理论方法对L形圆管节点的强度和刚度进行了分析,横向正应力的存在对节点域钢管具有"捏合"作用,从而降低了节点的刚度和承载能力,无加劲肋的L形管节点属于半刚性连接.影响横向正应力大小的主要因素是钢管的夹角、连接方法和构造措施.根据理论分析结果并结合工程实际提出了L形管节点的参考计算方法和设计建议,最后采用有限单元法对理论计算方法作了验证,取得了一致性的结论.
2005, 22(6): 202-206.
摘要:
应用轴对称旋转扁壳的基本方程,研究了在任意载荷作用下各种边界条件的波纹膜片的非线性稳定问题.采用格林函数方法,将扁壳的非线性微分方程组化为非线性积分方程组.再使用展开法求出格林函数,即将格林函数展开成特征函数的级数形式,积分方程就成为具有退化核的形式,从而容易得到非线性代数方程组.应用牛顿法求解非线性代数方程组时,为了保证迭代的收敛性,选取位移作为控制参数,逐步增加位移,求得相应的载荷.作为算例,首先研究了带中心平台三波纹膜片的局部失稳现象,然后讨论了由于缺陷的存在,波纹膜片有可能出现的极值点失稳,这是一种类似扁球壳的总体失稳现象.解答可供波纹膜片的设计参考.
应用轴对称旋转扁壳的基本方程,研究了在任意载荷作用下各种边界条件的波纹膜片的非线性稳定问题.采用格林函数方法,将扁壳的非线性微分方程组化为非线性积分方程组.再使用展开法求出格林函数,即将格林函数展开成特征函数的级数形式,积分方程就成为具有退化核的形式,从而容易得到非线性代数方程组.应用牛顿法求解非线性代数方程组时,为了保证迭代的收敛性,选取位移作为控制参数,逐步增加位移,求得相应的载荷.作为算例,首先研究了带中心平台三波纹膜片的局部失稳现象,然后讨论了由于缺陷的存在,波纹膜片有可能出现的极值点失稳,这是一种类似扁球壳的总体失稳现象.解答可供波纹膜片的设计参考.
2005, 22(6): 207-211.
摘要:
磁流变液耗能器是新一代智能型耗能器,是实现半主动振动控制的理想元件.设计制作了基于土木结构振动控制的最大阻尼力约为180kN的足尺磁流变液耗能器,并试验研究了其阻尼力性能.试验表明,对于具有多励磁线圈的磁流变液耗能器,相邻线圈的电流异向时其最大电流下的阻尼力,远大于同向的情况.试验还表明,多线圈共同工作下耗能器所产生的最大阻尼力,远小于各线圈单独工作时阻尼器所产生的最大阻尼力的简单叠加,且线圈越多,减小的程度也越大.
磁流变液耗能器是新一代智能型耗能器,是实现半主动振动控制的理想元件.设计制作了基于土木结构振动控制的最大阻尼力约为180kN的足尺磁流变液耗能器,并试验研究了其阻尼力性能.试验表明,对于具有多励磁线圈的磁流变液耗能器,相邻线圈的电流异向时其最大电流下的阻尼力,远大于同向的情况.试验还表明,多线圈共同工作下耗能器所产生的最大阻尼力,远小于各线圈单独工作时阻尼器所产生的最大阻尼力的简单叠加,且线圈越多,减小的程度也越大.
2005, 22(6): 212-216.
摘要:
提出采用神经网络和遗传算法来优化设计复合材料层合板,建立了满足铺层结构稳定性的优化铺层体系,优化体系分两步进行优化,第一步,当给出总的铺层数时,由已建立的神经网络模型确定规定角度下的铺层数,确立基本的铺层结构,第二步,采用遗传算法优化这种铺层结构下的铺层顺序,最终在同样重量下获得了最佳的结构铺层.
提出采用神经网络和遗传算法来优化设计复合材料层合板,建立了满足铺层结构稳定性的优化铺层体系,优化体系分两步进行优化,第一步,当给出总的铺层数时,由已建立的神经网络模型确定规定角度下的铺层数,确立基本的铺层结构,第二步,采用遗传算法优化这种铺层结构下的铺层顺序,最终在同样重量下获得了最佳的结构铺层.
2005, 22(6): 217-223.
摘要:
首先利用Hamilton原理推导了分支电路压电阻尼减振系统分析模型的一般表达式.然后,分别研究了具有电阻型、电感型、电阻-电感并联型和电阻-电感串联型分支电路的压电阻尼单自由度系统减振问题的分析模型,进行了相应的幅频特性的数值仿真,讨论了它们的基本特性及电学和机械参数变化对系统响应的影响等问题.最后给出结论以及今后要研究的问题.
首先利用Hamilton原理推导了分支电路压电阻尼减振系统分析模型的一般表达式.然后,分别研究了具有电阻型、电感型、电阻-电感并联型和电阻-电感串联型分支电路的压电阻尼单自由度系统减振问题的分析模型,进行了相应的幅频特性的数值仿真,讨论了它们的基本特性及电学和机械参数变化对系统响应的影响等问题.最后给出结论以及今后要研究的问题.
2005, 22(6): 224-228.
摘要:
建立了高速客车非线性系统数学模型,模型中考虑了轨道的整体弹性和阻尼.基于常微分方程的一次近似理论和Hopf分叉理论,研究了高速客车在直线和大半径曲线轨道上蛇行运动的Hopf分叉情况.借助于DEPAR延续算法解决了圆曲线上车辆系统平衡位置难以确定的难题,分析了轨道整体刚度和阻尼、圆曲线半径和外轨超高及转向架悬挂参数等因素对高速客车Hopf分叉速度的影响.研究表明,高速客车在大半径曲线上也有可能出现Hopf分叉现象,并且曲线半径越大、外轨超高越大,车辆的Hopf分叉速度越高,但最大值不会超过车辆系统在直线上运行时的Hopf分叉速度.车辆系统在弹性轨道条件下的Hopf分叉速度高于刚性轨道条件下车辆系统对应的Hopf分叉速度.不论是刚性轨道还是弹性轨道,转向架悬挂参数对车辆系统Hopf分叉速度的影响趋势是一致的.
建立了高速客车非线性系统数学模型,模型中考虑了轨道的整体弹性和阻尼.基于常微分方程的一次近似理论和Hopf分叉理论,研究了高速客车在直线和大半径曲线轨道上蛇行运动的Hopf分叉情况.借助于DEPAR延续算法解决了圆曲线上车辆系统平衡位置难以确定的难题,分析了轨道整体刚度和阻尼、圆曲线半径和外轨超高及转向架悬挂参数等因素对高速客车Hopf分叉速度的影响.研究表明,高速客车在大半径曲线上也有可能出现Hopf分叉现象,并且曲线半径越大、外轨超高越大,车辆的Hopf分叉速度越高,但最大值不会超过车辆系统在直线上运行时的Hopf分叉速度.车辆系统在弹性轨道条件下的Hopf分叉速度高于刚性轨道条件下车辆系统对应的Hopf分叉速度.不论是刚性轨道还是弹性轨道,转向架悬挂参数对车辆系统Hopf分叉速度的影响趋势是一致的.
2005, 22(6): 229-233,.
摘要:
为寻求适用于大偏心率远距离航天器编队设计的方法,摒弃了简化航天器相对运动非线性微分方程的传统思路,致力于简化该微分方程的解析解.首先,在同周期假定前提下,由运动学得到了椭圆轨道航天器相对于圆轨道航天器运动的封闭解析解,然后将其展开成傅立叶级数,证明了在特定条件下,单倍频项是最主要的,从而导出了编队飞行设计的新公式.最后以空间圆形编队设计为例,阐明了利用新公式进行编队设计的步骤,并用精确的数值计算验证了设计结果的正确性.与C-W方法和一般轨道参数设计方法相比,推导过程中并未采用小偏心率近距离假定,因此导出的新公式可适用于大偏心率远距离航天器的编队设计.
为寻求适用于大偏心率远距离航天器编队设计的方法,摒弃了简化航天器相对运动非线性微分方程的传统思路,致力于简化该微分方程的解析解.首先,在同周期假定前提下,由运动学得到了椭圆轨道航天器相对于圆轨道航天器运动的封闭解析解,然后将其展开成傅立叶级数,证明了在特定条件下,单倍频项是最主要的,从而导出了编队飞行设计的新公式.最后以空间圆形编队设计为例,阐明了利用新公式进行编队设计的步骤,并用精确的数值计算验证了设计结果的正确性.与C-W方法和一般轨道参数设计方法相比,推导过程中并未采用小偏心率近距离假定,因此导出的新公式可适用于大偏心率远距离航天器的编队设计.
2005, 22(6): 234-240.
摘要:
波浪和内部重载荷滑动共同作用,使滚装船的横摇加剧.这是许多滚装船发生倾覆的重要原因之一.对由滚装船和滑动重载荷组成的浮基系统,取滚装船的横摇角和重载荷在甲板上的横向位移为此系统的两个自由度.考虑非线性恢复力矩和非线性阻尼力矩的影响,运用多体系统动力学方法,建立了浮基系统的动力学方程.以某型海峡滚装渡轮为例,对在若干重载荷同步滑动和波浪共同作用下的滚装船非线性横摇响应和重载荷位移响应进行了数值计算,并与线性响应进行了比较,从而得出了考虑非线性时横摇角显著偏大的结论.
波浪和内部重载荷滑动共同作用,使滚装船的横摇加剧.这是许多滚装船发生倾覆的重要原因之一.对由滚装船和滑动重载荷组成的浮基系统,取滚装船的横摇角和重载荷在甲板上的横向位移为此系统的两个自由度.考虑非线性恢复力矩和非线性阻尼力矩的影响,运用多体系统动力学方法,建立了浮基系统的动力学方程.以某型海峡滚装渡轮为例,对在若干重载荷同步滑动和波浪共同作用下的滚装船非线性横摇响应和重载荷位移响应进行了数值计算,并与线性响应进行了比较,从而得出了考虑非线性时横摇角显著偏大的结论.
