2015年 第32卷 第11期
2015, 32(11): 1-8.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.ST08
摘要:
针对地震区重力式挡土墙地震后多数出现不稳定的现象和由于挡土墙工作条件改变产生失稳的事故,采用框架预应力锚杆柔性加固技术对失稳重力式挡土墙进行加固是一种非常有效的加固方法;但是,由于该加固方法系作者首先提出并在工程中使用,其稳定性分析方法,特别是地震动力稳定性分析方法是迫切需要解决问题。该文以极限平衡理论为基础,对柔性加固后重力式挡土墙进行整体静力稳定性分析,推导出挡土墙的抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性计算公式;通过分析给出了地震动力计算模型,分析了地震动力作用,采用振型分解法给出地震动力作用下地震作用和锚杆拉力计算公式,并采用极限平衡法给出动力稳定性计算公式。
针对地震区重力式挡土墙地震后多数出现不稳定的现象和由于挡土墙工作条件改变产生失稳的事故,采用框架预应力锚杆柔性加固技术对失稳重力式挡土墙进行加固是一种非常有效的加固方法;但是,由于该加固方法系作者首先提出并在工程中使用,其稳定性分析方法,特别是地震动力稳定性分析方法是迫切需要解决问题。该文以极限平衡理论为基础,对柔性加固后重力式挡土墙进行整体静力稳定性分析,推导出挡土墙的抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性计算公式;通过分析给出了地震动力计算模型,分析了地震动力作用,采用振型分解法给出地震动力作用下地震作用和锚杆拉力计算公式,并采用极限平衡法给出动力稳定性计算公式。
2015, 32(11): 9-17.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.ST09
摘要:
采用离散单元法对混凝土材料和混凝土结构破坏机理进行分析。在细观尺度上将混凝土材料视为由粗骨料、水泥砂浆及界面过渡区三相组成,建立了混凝土材料的离散元模型;在宏观尺度上将混凝土视为均质材料建立了混凝土结构离散单元模型。计算分析结果表明：细观尺度上的二维离散单元模型可以用来很好地模拟混凝土材料的单轴受力破坏过程,但不能很好地模拟复合受力状态下的混凝土材料的破坏;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟钢筋混凝土构件的破坏过程,但模拟结果对单元的形状有较大的依赖性;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟结构的倒塌过程,但计算效率有待提高。
采用离散单元法对混凝土材料和混凝土结构破坏机理进行分析。在细观尺度上将混凝土材料视为由粗骨料、水泥砂浆及界面过渡区三相组成,建立了混凝土材料的离散元模型;在宏观尺度上将混凝土视为均质材料建立了混凝土结构离散单元模型。计算分析结果表明：细观尺度上的二维离散单元模型可以用来很好地模拟混凝土材料的单轴受力破坏过程,但不能很好地模拟复合受力状态下的混凝土材料的破坏;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟钢筋混凝土构件的破坏过程,但模拟结果对单元的形状有较大的依赖性;宏观尺度上的离散单元模型可以很好地模拟结构的倒塌过程,但计算效率有待提高。
2015, 32(11): 18-26.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0335
摘要:
针对基于Updated-Lagrangian列式的能量方法存在：1) 由于位移模型的近似性而带来虚假节点力;2) 在分析节点空间转动效应上存在争议;3) 势能高阶项由于物理概念不明确给简化列式带来困难等问题,提出描述柔性梁构件有限位移过程受力状态变化的势能列式方法。根据连续介质力学极分解定理,将典型增量步内单元内力势能分解为刚体变位下初始节点力势能和自然变形中积累的初始节点力势能和应变能,推导了满足刚体运动检验和变形后节点受力平衡的空间梁单元几何刚度矩阵。建立全面反映构件非线性大位移行为的增量割线刚度矩阵显式列式。数值分析结果表明,势能列式能准确预测任意荷载作用下结构非线性平衡路径,物理概念清晰,适应工程实践对一般杆系结构非线性分析需求。
针对基于Updated-Lagrangian列式的能量方法存在：1) 由于位移模型的近似性而带来虚假节点力;2) 在分析节点空间转动效应上存在争议;3) 势能高阶项由于物理概念不明确给简化列式带来困难等问题,提出描述柔性梁构件有限位移过程受力状态变化的势能列式方法。根据连续介质力学极分解定理,将典型增量步内单元内力势能分解为刚体变位下初始节点力势能和自然变形中积累的初始节点力势能和应变能,推导了满足刚体运动检验和变形后节点受力平衡的空间梁单元几何刚度矩阵。建立全面反映构件非线性大位移行为的增量割线刚度矩阵显式列式。数值分析结果表明,势能列式能准确预测任意荷载作用下结构非线性平衡路径,物理概念清晰,适应工程实践对一般杆系结构非线性分析需求。
2015, 32(11): 27-32.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0320
摘要:
基于表面扩散和晶界扩散的经典理论及其弱解描述,对应力迁移、电迁移诱发表面扩散和晶界扩散下金属材料内部沿晶微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了扩散系数之比f、应力场Λ、电场χ 和形态比β 对沿晶微裂纹演化的影响。结果表明：多场下的沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势。f和χ 有助于沿晶 微裂纹扩展,而Λ阻碍沿晶微裂纹扩展。裂腔分节时间随着Λ的增大而逐渐减小,而随着β 的增大而增大。当![]()
时,随着χ 的增大,裂纹分节的时间显著减小,即χ 加速裂纹分节;当![]()
时,χ 对裂纹分节时间的影响不 明显。
基于表面扩散和晶界扩散的经典理论及其弱解描述,对应力迁移、电迁移诱发表面扩散和晶界扩散下金属材料内部沿晶微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了扩散系数之比f、应力场Λ、电场χ 和形态比β 对沿晶微裂纹演化的影响。结果表明：多场下的沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势。f和χ 有助于沿晶 微裂纹扩展,而Λ阻碍沿晶微裂纹扩展。裂腔分节时间随着Λ的增大而逐渐减小,而随着β 的增大而增大。当
2015, 32(11): 33-39.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0331
摘要:
航行体水下垂直发射出水时空泡的脱落能够影响溃灭的压力以至结构的设计载荷,因此研究发射条件对空泡脱落和空泡状态的影响具有重要的意义。该文首先从回转体空泡脱落的特征出发,确认回射流是导致空泡脱落的控制因素,进而通过对空泡脱落的影响分析,提出回射流运动时间和航行体运动时间的比值大小能够作为空泡脱落和空泡状态的判据;接着对不同深度发射工况流场与空泡演化过程开展了系统数值模拟并与典型试验结果对比分析,验证并给出了该判据其在典型发射工况下的量化表达式;进而讨论了空化数、弗劳德数、深度、发射速度、泡内压力等条件对空泡断裂脱落的影响,给出了出水空泡溃灭时产生较强随机性高压力脉冲的发射区间。
航行体水下垂直发射出水时空泡的脱落能够影响溃灭的压力以至结构的设计载荷,因此研究发射条件对空泡脱落和空泡状态的影响具有重要的意义。该文首先从回转体空泡脱落的特征出发,确认回射流是导致空泡脱落的控制因素,进而通过对空泡脱落的影响分析,提出回射流运动时间和航行体运动时间的比值大小能够作为空泡脱落和空泡状态的判据;接着对不同深度发射工况流场与空泡演化过程开展了系统数值模拟并与典型试验结果对比分析,验证并给出了该判据其在典型发射工况下的量化表达式;进而讨论了空化数、弗劳德数、深度、发射速度、泡内压力等条件对空泡断裂脱落的影响,给出了出水空泡溃灭时产生较强随机性高压力脉冲的发射区间。
2015, 32(11): 40-50.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.03.0196
摘要:
在无限域波动模拟中引入透射边界条件时,目前多将边界上的透射公式与内域的有限元法结合使用,其计算精度由有限元方法决定,而谱元法因结合有限元和频谱法的优势则比有限元空间域积分具有更高的计算精度。该文基于谱元法非等距网格划分特性,研究了内域的谱元法与边界上的透射公式结合的理论方法,给出了相应的透射公式使用方法,并基于建立的谱元法波动数值模型探讨了透射公式的稳定性问题。研究表明：空间域插值系数需控制在一个合理范围内,空间域插值方法相对于时间域插值方法更为稳定,高频失稳出现可能性相对较小;Gamma算子的使用可提高模拟的精度,采用Gamma算子后对于高阶透射公式仍可出现低频漂移现象,可结合降阶消漂的方式实现稳定精度高的透射边界应用。
在无限域波动模拟中引入透射边界条件时,目前多将边界上的透射公式与内域的有限元法结合使用,其计算精度由有限元方法决定,而谱元法因结合有限元和频谱法的优势则比有限元空间域积分具有更高的计算精度。该文基于谱元法非等距网格划分特性,研究了内域的谱元法与边界上的透射公式结合的理论方法,给出了相应的透射公式使用方法,并基于建立的谱元法波动数值模型探讨了透射公式的稳定性问题。研究表明：空间域插值系数需控制在一个合理范围内,空间域插值方法相对于时间域插值方法更为稳定,高频失稳出现可能性相对较小;Gamma算子的使用可提高模拟的精度,采用Gamma算子后对于高阶透射公式仍可出现低频漂移现象,可结合降阶消漂的方式实现稳定精度高的透射边界应用。
2015, 32(11): 51-62.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0474
摘要:
准脆性材料的结构及其细观组分的力学性质决定了材料的力学性质及破裂机制,在数值模型中尽可能准确的考虑材料的真实结构已成为了数值计算与数值模拟发展的一种趋势。该文以混凝土为研究对象,借助于先进的CT技术获取混凝土内部结构切片图像,利用数字图像处理技术实现了基于CT图像的混凝土材料结构的识别和表征,并针对CT图像具有颜色亮度不均并呈环状分布的特点,提出了环状分区与分割阈值自动识别相结合的CT图像分割算法;在此基础上,建立了基于位图矢量化理论的三维实体材料结构模型的重建方法和三维网格化材料结构模型重建方法,并将三维网格化方法建立的材料结构模型与三维岩石破裂过程分析系统RFPA3D结合进行了初步应用,对混凝土单轴压缩破裂过程进行了数值模拟。通过数值试验与物理实验结果对比发现,考虑混凝土骨料真实分布的数值实验结果与物理实验具有一定可比性,数值试验结果从得到的力学参数和破裂模式方面比较接近于物理实验结果,为深入研究混凝土、岩石、复合材料等力学特征提供了一种可行的研究思路。
准脆性材料的结构及其细观组分的力学性质决定了材料的力学性质及破裂机制,在数值模型中尽可能准确的考虑材料的真实结构已成为了数值计算与数值模拟发展的一种趋势。该文以混凝土为研究对象,借助于先进的CT技术获取混凝土内部结构切片图像,利用数字图像处理技术实现了基于CT图像的混凝土材料结构的识别和表征,并针对CT图像具有颜色亮度不均并呈环状分布的特点,提出了环状分区与分割阈值自动识别相结合的CT图像分割算法;在此基础上,建立了基于位图矢量化理论的三维实体材料结构模型的重建方法和三维网格化材料结构模型重建方法,并将三维网格化方法建立的材料结构模型与三维岩石破裂过程分析系统RFPA3D结合进行了初步应用,对混凝土单轴压缩破裂过程进行了数值模拟。通过数值试验与物理实验结果对比发现,考虑混凝土骨料真实分布的数值实验结果与物理实验具有一定可比性,数值试验结果从得到的力学参数和破裂模式方面比较接近于物理实验结果,为深入研究混凝土、岩石、复合材料等力学特征提供了一种可行的研究思路。
2015, 32(11): 63-70.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.08.0795
摘要:
该文以某大跨越格构式输电塔风致响应为例进行向量式有限元的应用分析,采用C++语言编写杆系结构向量式有限元的计算程序,获得输电塔的响应并与传统有限元结果进行比较,探讨阻尼处理方法和计算步长对计算结果的影响,最后针对输电塔进行风荷载作用下的倒塌分析。研究表明,两种方法算得的位移响应非常接近;向量式有限元法的计算效率比传统有限元高,该文算例中计算时间相差约20倍;计算步长对有限元计算结果有影响,建议计算时进行试算;向量式有限元可以用来求解输电塔的倒塌问题。
该文以某大跨越格构式输电塔风致响应为例进行向量式有限元的应用分析,采用C++语言编写杆系结构向量式有限元的计算程序,获得输电塔的响应并与传统有限元结果进行比较,探讨阻尼处理方法和计算步长对计算结果的影响,最后针对输电塔进行风荷载作用下的倒塌分析。研究表明,两种方法算得的位移响应非常接近;向量式有限元法的计算效率比传统有限元高,该文算例中计算时间相差约20倍;计算步长对有限元计算结果有影响,建议计算时进行试算;向量式有限元可以用来求解输电塔的倒塌问题。
2015, 32(11): 71-78.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0602
摘要:
进行了钢管混凝土哑铃形拱的面外受力性能试验,与钢管混凝土单圆管拱的面外试验进行了对比,采用经试验验证的有限元模型进行了面外极限承载力的参数分析。研究结果表明：模型拱面内以受压为主,而面外则是以跨中受面外弯矩为主,模型拱最后发生了整体面外失稳破坏,破坏时在跨中与拱脚截面材料进入塑性;模型拱的受力状态中,面外弯矩所占比重最大,约为71%~78%;其面外极限承载力小于面内极限承载力,下降的幅度与面内外荷载比、面外刚度以及截面类型有关;腹腔高度和宽度的增大引起哑铃形截面刚度和极限承载力增大,腹腔高度增大33%或宽度增大50%,模型拱的面外承载力增加约11%~17%或10%~14%;钢管混凝土哑铃形截面拱面外承载力计算方法的构筑中面外抗弯刚度是决定性参数,同时要综合考虑面内抗弯刚度和抗扭刚度的影响;而分支屈曲荷载与极限承载力的比值分析表明,实际工程中钢管混凝土哑铃形截面拱面外屈曲系数大于4是有安全保障的。
进行了钢管混凝土哑铃形拱的面外受力性能试验,与钢管混凝土单圆管拱的面外试验进行了对比,采用经试验验证的有限元模型进行了面外极限承载力的参数分析。研究结果表明：模型拱面内以受压为主,而面外则是以跨中受面外弯矩为主,模型拱最后发生了整体面外失稳破坏,破坏时在跨中与拱脚截面材料进入塑性;模型拱的受力状态中,面外弯矩所占比重最大,约为71%~78%;其面外极限承载力小于面内极限承载力,下降的幅度与面内外荷载比、面外刚度以及截面类型有关;腹腔高度和宽度的增大引起哑铃形截面刚度和极限承载力增大,腹腔高度增大33%或宽度增大50%,模型拱的面外承载力增加约11%~17%或10%~14%;钢管混凝土哑铃形截面拱面外承载力计算方法的构筑中面外抗弯刚度是决定性参数,同时要综合考虑面内抗弯刚度和抗扭刚度的影响;而分支屈曲荷载与极限承载力的比值分析表明,实际工程中钢管混凝土哑铃形截面拱面外屈曲系数大于4是有安全保障的。
2015, 32(11): 79-85.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.03.0244
摘要:
废旧轮胎用于岩土工程加筋,不但可以消纳、处理大量的废旧轮胎,减轻废旧轮胎造成的环境问题,而且可以为大量的加筋土工程提供质优价廉的加筋材料。该文通过加筋边坡模型试验,对废旧轮胎加筋路堤边坡的应力、变形特性以及影响因素等加筋机理进行了探讨。试验结果表明,轮胎加筋对于路堤边坡的应力演化有显著影响,加筋路堤破坏时相对素土边坡没有出现明显整体变形破坏,应力值没有出现陡降;轮胎加筋可显著降低靠近轮胎单元体正下方及其附近砂土承担的竖向附加应力,且顶层加筋轮胎与加载板距离越小,附加应力值减小越明显;轮胎加筋对减小路堤沉降量效果明显,且荷载越大效果越显著;加筋路堤中,顶部轮胎层距离加载板越近、轮胎加筋层间距越小,路堤模型沉降越小,初始密度较小时,路堤加筋效果较好;路堤边坡加筋前后破坏形态存在明显差异,对于路堤边坡剪出口位置的影响较大,顶部轮胎位置对于路堤边坡破坏形态作用较明显。
废旧轮胎用于岩土工程加筋,不但可以消纳、处理大量的废旧轮胎,减轻废旧轮胎造成的环境问题,而且可以为大量的加筋土工程提供质优价廉的加筋材料。该文通过加筋边坡模型试验,对废旧轮胎加筋路堤边坡的应力、变形特性以及影响因素等加筋机理进行了探讨。试验结果表明,轮胎加筋对于路堤边坡的应力演化有显著影响,加筋路堤破坏时相对素土边坡没有出现明显整体变形破坏,应力值没有出现陡降;轮胎加筋可显著降低靠近轮胎单元体正下方及其附近砂土承担的竖向附加应力,且顶层加筋轮胎与加载板距离越小,附加应力值减小越明显;轮胎加筋对减小路堤沉降量效果明显,且荷载越大效果越显著;加筋路堤中,顶部轮胎层距离加载板越近、轮胎加筋层间距越小,路堤模型沉降越小,初始密度较小时,路堤加筋效果较好;路堤边坡加筋前后破坏形态存在明显差异,对于路堤边坡剪出口位置的影响较大,顶部轮胎位置对于路堤边坡破坏形态作用较明显。
2015, 32(11): 86-93.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0294
摘要:
该文分别采用冲击射流模型和壁面射流模型作为下击暴流的风场模型,采用基于雷诺平均法(RANS)的RNG k-ε湍流模型进行数值模拟获得下击暴流的稳态风场。在数值模拟基础上,通过改变模型参数,如冲击射流模型中初始出流直径Djet、出流高度与出流直径比值(H/Djet)和出流速度Vjet;壁面射流中初始出流宽度Hjet和出流速度Vjet,分别计算得到多种情况下的下击暴流风剖面,详细分析了这些初始参数对下击暴流风剖面特征的影响。冲击射流与壁面射流风剖面的对比表明二者风速水平分量在径向各位置均吻合良好,都给出了下击暴流水平分量风剖面的主要特征;但二者的风速竖向分量在径向各位置差异较大。总体来说,在结构风工程领域中仅关心风速水平分量时,壁面射流模型也可以作为下击暴流风剖面模拟的模型。通过壁面射流模型把冲击射流的出流区域分离出来,可以在大气边界层风洞中实现大比例尺的下击暴流出流风的模拟。
该文分别采用冲击射流模型和壁面射流模型作为下击暴流的风场模型,采用基于雷诺平均法(RANS)的RNG k-ε湍流模型进行数值模拟获得下击暴流的稳态风场。在数值模拟基础上,通过改变模型参数,如冲击射流模型中初始出流直径Djet、出流高度与出流直径比值(H/Djet)和出流速度Vjet;壁面射流中初始出流宽度Hjet和出流速度Vjet,分别计算得到多种情况下的下击暴流风剖面,详细分析了这些初始参数对下击暴流风剖面特征的影响。冲击射流与壁面射流风剖面的对比表明二者风速水平分量在径向各位置均吻合良好,都给出了下击暴流水平分量风剖面的主要特征;但二者的风速竖向分量在径向各位置差异较大。总体来说,在结构风工程领域中仅关心风速水平分量时,壁面射流模型也可以作为下击暴流风剖面模拟的模型。通过壁面射流模型把冲击射流的出流区域分离出来,可以在大气边界层风洞中实现大比例尺的下击暴流出流风的模拟。
2015, 32(11): 94-99.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0336
摘要:
通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。
通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。
2015, 32(11): 100-106.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0342
摘要:
常温竖向荷载作用下平齐端板节点以承受剪力为主,高温下的大变形导致梁内产生巨大的悬链拉力,节点通常在拉剪共同作用下发生破坏。采用通用有限元软件ABAQUS建立平齐端板节点的三维实体分析模型,考虑材料的非线性及节点大变形的影响,模型建立了各部件间显式的接触关系。采用试验结果对模型进行验证分析,结果表明有限元方法可以准确地模拟出节点受力及变形,同时可以方便地得到节点整个破坏过程。螺栓受力分析表明,螺栓剪力越大则其极限抗拉承载力越小。对节点进行不同荷载组合的参数分析的结果表明：节点的临界温度随着拉力或剪力的增加而降低,且剪力的影响更为显著;在所研究的参数范围内,抗拉与抗剪相关承载力基本呈负的线性关系;增加端板厚度可以有效提高节点抗拉及抗剪承载力。
常温竖向荷载作用下平齐端板节点以承受剪力为主,高温下的大变形导致梁内产生巨大的悬链拉力,节点通常在拉剪共同作用下发生破坏。采用通用有限元软件ABAQUS建立平齐端板节点的三维实体分析模型,考虑材料的非线性及节点大变形的影响,模型建立了各部件间显式的接触关系。采用试验结果对模型进行验证分析,结果表明有限元方法可以准确地模拟出节点受力及变形,同时可以方便地得到节点整个破坏过程。螺栓受力分析表明,螺栓剪力越大则其极限抗拉承载力越小。对节点进行不同荷载组合的参数分析的结果表明：节点的临界温度随着拉力或剪力的增加而降低,且剪力的影响更为显著;在所研究的参数范围内,抗拉与抗剪相关承载力基本呈负的线性关系;增加端板厚度可以有效提高节点抗拉及抗剪承载力。
2015, 32(11): 107-114.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0354
摘要:
准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。为此该文提出了奥氏体不锈钢考虑循环强化作用的单轴滞回本构模型,包括骨架准则及滞回准则。建立数学模型描述奥氏体不锈钢在循环荷载作用下的受力性能。根据提出的理论模型并利用ABAQUS用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言二次开发了能够进行循环荷载下奥氏体不锈钢计算分析的程序。通过与试验结果进行对比,表明提出的模型能够准确描述奥氏体不锈钢材料的滞回行为,兼顾计算精度和效率,为奥氏体不锈钢结构体系强震分析提供有力工具。
准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。为此该文提出了奥氏体不锈钢考虑循环强化作用的单轴滞回本构模型,包括骨架准则及滞回准则。建立数学模型描述奥氏体不锈钢在循环荷载作用下的受力性能。根据提出的理论模型并利用ABAQUS用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言二次开发了能够进行循环荷载下奥氏体不锈钢计算分析的程序。通过与试验结果进行对比,表明提出的模型能够准确描述奥氏体不锈钢材料的滞回行为,兼顾计算精度和效率,为奥氏体不锈钢结构体系强震分析提供有力工具。
2015, 32(11): 115-122.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.10.0680
摘要:
采用复合材料连接型材的复合材料夹层结构连接节点具有轻质、防腐、无磁性等优点。该文试验研究复合材料夹层结构自插式平接胶结节点的受弯性能,重点考察连接型材的纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点荷载-变形关系、应变发展规律和破坏模式的影响。试验结果表明,自插式平接节点的破坏形式主要表现为三类：节点连接区域的纤维面层与芯材的剥离破坏、搭接胶层剥离破坏、插入端变截面处纤维面层与芯材剥离破坏;连接型材纤维布的铺设方法与层数、胶结搭接长度以及节点区域的构造措施是影响节点承载力的主要因素。论文对平接节点的破坏机理进行了分析,研究成果对复合材料夹层板结构平接胶结节点的设计具有参考价值。
采用复合材料连接型材的复合材料夹层结构连接节点具有轻质、防腐、无磁性等优点。该文试验研究复合材料夹层结构自插式平接胶结节点的受弯性能,重点考察连接型材的纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点荷载-变形关系、应变发展规律和破坏模式的影响。试验结果表明,自插式平接节点的破坏形式主要表现为三类：节点连接区域的纤维面层与芯材的剥离破坏、搭接胶层剥离破坏、插入端变截面处纤维面层与芯材剥离破坏;连接型材纤维布的铺设方法与层数、胶结搭接长度以及节点区域的构造措施是影响节点承载力的主要因素。论文对平接节点的破坏机理进行了分析,研究成果对复合材料夹层板结构平接胶结节点的设计具有参考价值。
2015, 32(11): 123-131.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0281
摘要:
为研究腹板开洞连续组合梁的受力性能,对5根腹板开洞连续组合梁和1根腹板无洞连续组合梁进行了试验对比研究。研究的重点为腹板开洞连续组合梁的塑性铰特性及内力重分布现象。试验结果表明：腹板开洞降低了连续组合梁的刚度和承载能力,洞口区域不再符合平截面假定。5根腹板开洞连续组合梁的破坏过程均为在洞口处形成剪力铰并最终形成破坏机构从而丧失承载能力。与腹板无洞连续组合梁相比,腹板开洞连续组合梁在按弹性计算时就已经存在“调幅”现象。另外,试验表明连续组合梁开洞后不仅存在弯矩重分布而且在带洞跨还存在混凝土板和钢梁之间的剪力重分布现象。
为研究腹板开洞连续组合梁的受力性能,对5根腹板开洞连续组合梁和1根腹板无洞连续组合梁进行了试验对比研究。研究的重点为腹板开洞连续组合梁的塑性铰特性及内力重分布现象。试验结果表明：腹板开洞降低了连续组合梁的刚度和承载能力,洞口区域不再符合平截面假定。5根腹板开洞连续组合梁的破坏过程均为在洞口处形成剪力铰并最终形成破坏机构从而丧失承载能力。与腹板无洞连续组合梁相比,腹板开洞连续组合梁在按弹性计算时就已经存在“调幅”现象。另外,试验表明连续组合梁开洞后不仅存在弯矩重分布而且在带洞跨还存在混凝土板和钢梁之间的剪力重分布现象。
2015, 32(11): 132-139.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0293
摘要:
对非均匀压应力作用下设置多道竖向闭口加劲肋的钢板剪力墙进行了有限元弹性屈曲分析,得到了屈曲临界应力随加劲肋加劲系数变化的曲线,以及各情况下的门槛刚度值。加劲肋门槛刚度随偏压系数增大而减小,随加劲肋数目增多而增大,随小区格宽高比增大而减小,随加劲肋扭弯比增大而减小。提出了竖向闭口加劲钢板剪力墙弹性屈曲加劲肋门槛刚度的近似计算公式,公式计算结果偏于安全。
对非均匀压应力作用下设置多道竖向闭口加劲肋的钢板剪力墙进行了有限元弹性屈曲分析,得到了屈曲临界应力随加劲肋加劲系数变化的曲线,以及各情况下的门槛刚度值。加劲肋门槛刚度随偏压系数增大而减小,随加劲肋数目增多而增大,随小区格宽高比增大而减小,随加劲肋扭弯比增大而减小。提出了竖向闭口加劲钢板剪力墙弹性屈曲加劲肋门槛刚度的近似计算公式,公式计算结果偏于安全。
2015, 32(11): 140-149.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0296
摘要:
对一般线性粘弹性阻尼器(含线性橡胶隔震支座)耗能结构的非正交振型叠加精确解法进行了系统研究。首先采用最一般的线性粘弹性阻尼器的积分型精确分析模型,用微分积分方程组实现一般粘弹性阻尼器耗能结构的时域非扩阶精确建模;然后采用传递矩阵法,直接在耗能结构原始空间上获得了一般线性粘弹性耗能变频结构在任意激励和非零初始条件下位移与速度时域瞬态响应的非正交振型叠加精确解;通过与3种典型结构的对比分析,验证了该精确解的正确性、简易性和普适性。该非扩阶精确解具有明确的物理意义,可视为现有比例粘滞阻尼定常结构的经典正交振型叠加精确解在一般线性粘弹性阻尼耗能变频结构的推广,能从本质上精确揭示耗能结构的振动机理,即尽管耗能结构的振型不具有正交性,但耗能结构响应仍然可精确分解为各振型响应的线性组合。此振动机理将为建立耗能结构精确的振型分解反应谱法提供分析路径,同时可将现有用于一般粘滞阻尼定常结构的参数识别、动力修改、最优控制及优化设计等方法推广到一般粘弹性阻尼变频非定常结构。
对一般线性粘弹性阻尼器(含线性橡胶隔震支座)耗能结构的非正交振型叠加精确解法进行了系统研究。首先采用最一般的线性粘弹性阻尼器的积分型精确分析模型,用微分积分方程组实现一般粘弹性阻尼器耗能结构的时域非扩阶精确建模;然后采用传递矩阵法,直接在耗能结构原始空间上获得了一般线性粘弹性耗能变频结构在任意激励和非零初始条件下位移与速度时域瞬态响应的非正交振型叠加精确解;通过与3种典型结构的对比分析,验证了该精确解的正确性、简易性和普适性。该非扩阶精确解具有明确的物理意义,可视为现有比例粘滞阻尼定常结构的经典正交振型叠加精确解在一般线性粘弹性阻尼耗能变频结构的推广,能从本质上精确揭示耗能结构的振动机理,即尽管耗能结构的振型不具有正交性,但耗能结构响应仍然可精确分解为各振型响应的线性组合。此振动机理将为建立耗能结构精确的振型分解反应谱法提供分析路径,同时可将现有用于一般粘滞阻尼定常结构的参数识别、动力修改、最优控制及优化设计等方法推广到一般粘弹性阻尼变频非定常结构。
2015, 32(11): 150-159.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.11.1023
摘要:
拱脚连接结构是系杆拱桥的关键局部结构,构造复杂且局部边界条件不明确,该文引入多尺度有限元建模方法研究其受力性能与传力特征,针对以往研究中采用传统局部精细有限元方法存在的不足,引入弹性边界的概念,将系杆拱桥整桥通过合理的连接方式统一到拱脚连接结构精细模型中以替代局部精细模型中的刚性边界条件假定,并通过全桥精细有限元进行验证。以大连某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,基于提出的系杆拱桥拱脚连接结构多尺度有限元建模方法,建立了多尺度模型。同时,根据传统局部精细及全桥精细有限元建模方法,分别建立了局部精细与全桥精细模型作为对比、验证模型。详细的对比研究表明,局部精细模型分析结果受失真区影响较显著,且失真区范围不能通过本模型定量确定,导致传统建模方法科学性降低、计算结果可信度下降,或通过精细有限元试算、全桥精细有限元检验确定失真区范围,带来繁重的精细有限元建模、计算、数据处理工作。应用弹性边界条件,该文提出的拱脚连接结构多尺度有限元建模方法可以较好地模拟局部结构的复杂边界条件,较精确地预测拱脚连接结构的受力行为,且不受失真区影响,计算结果与全桥精细有限元吻合良好。
拱脚连接结构是系杆拱桥的关键局部结构,构造复杂且局部边界条件不明确,该文引入多尺度有限元建模方法研究其受力性能与传力特征,针对以往研究中采用传统局部精细有限元方法存在的不足,引入弹性边界的概念,将系杆拱桥整桥通过合理的连接方式统一到拱脚连接结构精细模型中以替代局部精细模型中的刚性边界条件假定,并通过全桥精细有限元进行验证。以大连某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,基于提出的系杆拱桥拱脚连接结构多尺度有限元建模方法,建立了多尺度模型。同时,根据传统局部精细及全桥精细有限元建模方法,分别建立了局部精细与全桥精细模型作为对比、验证模型。详细的对比研究表明,局部精细模型分析结果受失真区影响较显著,且失真区范围不能通过本模型定量确定,导致传统建模方法科学性降低、计算结果可信度下降,或通过精细有限元试算、全桥精细有限元检验确定失真区范围,带来繁重的精细有限元建模、计算、数据处理工作。应用弹性边界条件,该文提出的拱脚连接结构多尺度有限元建模方法可以较好地模拟局部结构的复杂边界条件,较精确地预测拱脚连接结构的受力行为,且不受失真区影响,计算结果与全桥精细有限元吻合良好。
2015, 32(11): 160-169.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0300
摘要:
该文进行了8个大比例型钢混凝土柱试件温度场和火灾后抗震性能试验,研究了升降温作用下柱试件的温度场分布规律以及火灾后受低周反复荷载时破坏规律。同时,考虑受火时间、轴压比、栓钉、含钢率等参数的影响,对火灾后型钢混凝土柱试件的典型破坏形态、滞回曲线的形状、加卸载刚度、承载能力等特性进行了系统的试验研究。研究表明：火灾升降温作用下,试件内部升温呈现出较大滞后性;火灾后柱试件出现了塑性铰区的破坏,受火时间越长,塑性铰长度越长;滞回环总体上呈梭形,耗能能力较好,滞回环有轻微的捏拢效应;随受火时间增加,试件承载能力降低;随轴压比增加,承载能力增加,延性降低;栓钉对试件承载能力影响不大。
该文进行了8个大比例型钢混凝土柱试件温度场和火灾后抗震性能试验,研究了升降温作用下柱试件的温度场分布规律以及火灾后受低周反复荷载时破坏规律。同时,考虑受火时间、轴压比、栓钉、含钢率等参数的影响,对火灾后型钢混凝土柱试件的典型破坏形态、滞回曲线的形状、加卸载刚度、承载能力等特性进行了系统的试验研究。研究表明：火灾升降温作用下,试件内部升温呈现出较大滞后性;火灾后柱试件出现了塑性铰区的破坏,受火时间越长,塑性铰长度越长;滞回环总体上呈梭形,耗能能力较好,滞回环有轻微的捏拢效应;随受火时间增加,试件承载能力降低;随轴压比增加,承载能力增加,延性降低;栓钉对试件承载能力影响不大。
2015, 32(11): 170-179.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0303
摘要:
预测地震荷载下钢筋混凝土柱的力学性能,对评估震后混凝土结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于混凝土材料在受力过程中的复杂性,目前对钢筋混凝土结构力学性能的模拟主要依靠数值方法。已有的数值模拟方法大都基于有限元法,将混凝土视为连续体,通过人为定义参数来指定混凝土的滞回本构,因此存在一定的主观性与局限性。该文结合扩展有限元法与断裂准则,直接模拟混凝土裂缝的开展与闭合,并考虑钢筋和混凝土的粘结滑移作用,通过数值计算,直接再现了钢筋混凝土结构在低周反复荷载下的力学行为。模拟方法得到了试验的验证,与结果吻合较好。该文进一步分析了钢筋混凝土柱的滞回行为中混凝土、钢筋的各自作用和相互抵消行为,从细观的角度,在机理上揭示了捏拢效应出现的三个主要原因。
预测地震荷载下钢筋混凝土柱的力学性能,对评估震后混凝土结构的安全性和震害损失具有重要意义。由于混凝土材料在受力过程中的复杂性,目前对钢筋混凝土结构力学性能的模拟主要依靠数值方法。已有的数值模拟方法大都基于有限元法,将混凝土视为连续体,通过人为定义参数来指定混凝土的滞回本构,因此存在一定的主观性与局限性。该文结合扩展有限元法与断裂准则,直接模拟混凝土裂缝的开展与闭合,并考虑钢筋和混凝土的粘结滑移作用,通过数值计算,直接再现了钢筋混凝土结构在低周反复荷载下的力学行为。模拟方法得到了试验的验证,与结果吻合较好。该文进一步分析了钢筋混凝土柱的滞回行为中混凝土、钢筋的各自作用和相互抵消行为,从细观的角度,在机理上揭示了捏拢效应出现的三个主要原因。
2015, 32(11): 180-188.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0308
摘要:
考虑翼缘弹性转动约束的腹板在弯、剪应力单独作用下的临界屈曲应力表达式可通过里兹能量法进行推导,然而在运用里兹能量法求解弹性转动约束边界下弯、剪复合作用的腹板临界屈曲应力时,会出现难以求解的复杂偏微分式。为掌握边界弹性转动约束的组合梁腹板在弯、剪复合作用下的屈曲特性,该文建立了考虑翼缘弹性转动约束的腹板有限元模型,分析腹板上、下边界弹性转动约束系数χ、弯剪应力比η、弯曲荷载应力梯度λ、宽高比γ 等参数对腹板弯、剪复合屈曲的影响。根据有限元计算结果重新拟合弹性转动约束的弯、剪复合屈曲修正方程,与一个钢-混组合梁负弯矩区腹板屈曲试验结果比较,试验结果与修正曲线误差为2.5%。
考虑翼缘弹性转动约束的腹板在弯、剪应力单独作用下的临界屈曲应力表达式可通过里兹能量法进行推导,然而在运用里兹能量法求解弹性转动约束边界下弯、剪复合作用的腹板临界屈曲应力时,会出现难以求解的复杂偏微分式。为掌握边界弹性转动约束的组合梁腹板在弯、剪复合作用下的屈曲特性,该文建立了考虑翼缘弹性转动约束的腹板有限元模型,分析腹板上、下边界弹性转动约束系数χ、弯剪应力比η、弯曲荷载应力梯度λ、宽高比γ 等参数对腹板弯、剪复合屈曲的影响。根据有限元计算结果重新拟合弹性转动约束的弯、剪复合屈曲修正方程,与一个钢-混组合梁负弯矩区腹板屈曲试验结果比较,试验结果与修正曲线误差为2.5%。
2015, 32(11): 189-200.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0323
摘要:
基于Biot流体饱和多孔介质理论,求得层状饱和地基表面移动荷载的动力格林函数,进而建立2.5维间接边界元方法,研究了高速移动列车荷载作用下层状饱和地基-轨道耦合系统的动力响应。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算,分析了列车移动速度和饱和土层等对动力响应的影响。研究表明,层状饱和地基和均匀饱和地基对应的动力响应有着显著的差别;列车移动速度接近饱和地基的Rayleigh波速时,会引起饱和地基-轨道耦合系统的共振,产生较大的动力响应;饱和地基不透水情况下动力响应最大,饱和地基透水情况下动力响应次之,干土情况下动力响应最小。另外,饱和土孔隙率、饱和基岩与饱和土层刚度比、饱和土层厚度等也对动力响应具有重要影响。
基于Biot流体饱和多孔介质理论,求得层状饱和地基表面移动荷载的动力格林函数,进而建立2.5维间接边界元方法,研究了高速移动列车荷载作用下层状饱和地基-轨道耦合系统的动力响应。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算,分析了列车移动速度和饱和土层等对动力响应的影响。研究表明,层状饱和地基和均匀饱和地基对应的动力响应有着显著的差别;列车移动速度接近饱和地基的Rayleigh波速时,会引起饱和地基-轨道耦合系统的共振,产生较大的动力响应;饱和地基不透水情况下动力响应最大,饱和地基透水情况下动力响应次之,干土情况下动力响应最小。另外,饱和土孔隙率、饱和基岩与饱和土层刚度比、饱和土层厚度等也对动力响应具有重要影响。
2015, 32(11): 201-209.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0357
摘要:
该文以试验、有限元与理论相结合的方法研究CFRP(碳纤维)布加固轴心受压钢管短柱构件;以不同负载百分比、不同CFRP粘贴方式为对比参数,研究了加固后构件的受力性能。主要讨论了对于不同负载程度、CFRP粘贴方式对加固后构件极限承载力和破坏形态的影响。通过试验与有限元数值模拟及参数分析,得到随着负载百分比的增大,加固后构件极限承载力呈下降趋势,在极限状态下,构件的破坏形态主要为端部局部屈曲破坏;在构件端部粘贴CFRP的加固效果优于中部加固效果;随着CFRP加固层数的增大,构件极限承载力随之增大,但增大百分比在达到一定程度后呈现下降趋势;随着构件厚度的增大,负载百分比和CFRP层数对构件承载力的影响呈下降的趋势,通过理论与试验和有限元结果的对比分析,得出采用该文所推导的理论可以用于负载条件下加固构件的承载力计算。
该文以试验、有限元与理论相结合的方法研究CFRP(碳纤维)布加固轴心受压钢管短柱构件;以不同负载百分比、不同CFRP粘贴方式为对比参数,研究了加固后构件的受力性能。主要讨论了对于不同负载程度、CFRP粘贴方式对加固后构件极限承载力和破坏形态的影响。通过试验与有限元数值模拟及参数分析,得到随着负载百分比的增大,加固后构件极限承载力呈下降趋势,在极限状态下,构件的破坏形态主要为端部局部屈曲破坏;在构件端部粘贴CFRP的加固效果优于中部加固效果;随着CFRP加固层数的增大,构件极限承载力随之增大,但增大百分比在达到一定程度后呈现下降趋势;随着构件厚度的增大,负载百分比和CFRP层数对构件承载力的影响呈下降的趋势,通过理论与试验和有限元结果的对比分析,得出采用该文所推导的理论可以用于负载条件下加固构件的承载力计算。
2015, 32(11): 210-217.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0362
摘要:
贝叶斯理论具有充分利用模型信息和数据信息且考虑先验分布等优点,已被广泛应用于各个领域。通过贝叶斯多元线性参数估计方法,建立基于影响参数的钢筋混凝土深受弯构件贝叶斯概率抗剪模型。基于该模型和271组钢筋混凝土深受弯构件试验结果,完成了模型参数计算及基于贝叶斯理论的受剪承载力计算,同时,利用贝叶斯参数剔除法对抗剪模型进行简化,并与我国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果进行了对比分析。研究表明：利用贝叶斯方法建立的基于影响参数的深受弯构件抗剪模型计算结果与试验吻合良好,采用贝叶斯动态更新后结果较规范值更接近试验值,简化后模型能较为合理的进行深受弯构件受剪承载力计算。
贝叶斯理论具有充分利用模型信息和数据信息且考虑先验分布等优点,已被广泛应用于各个领域。通过贝叶斯多元线性参数估计方法,建立基于影响参数的钢筋混凝土深受弯构件贝叶斯概率抗剪模型。基于该模型和271组钢筋混凝土深受弯构件试验结果,完成了模型参数计算及基于贝叶斯理论的受剪承载力计算,同时,利用贝叶斯参数剔除法对抗剪模型进行简化,并与我国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果进行了对比分析。研究表明：利用贝叶斯方法建立的基于影响参数的深受弯构件抗剪模型计算结果与试验吻合良好,采用贝叶斯动态更新后结果较规范值更接近试验值,简化后模型能较为合理的进行深受弯构件受剪承载力计算。
2015, 32(11): 218-227.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0493
摘要:
根据傅里叶热传导理论,提出蒸发阶段水分修正函数,建立改进温度场模型;结合非线性板壳理论和热弹塑性本构关系,建立了火灾下钢筋混凝土双向板的数值模型,发展现有计算程序,通过计算结果与试验结果对比,验证了模型及程序的可靠性。在此基础上,分析了火灾工况、约束作用、骨料类型、板厚和保护层厚度等参数对混凝土双向板变形行为和耐火极限的影响规律。结果表明：火灾工况、骨料类型、板厚和保护层厚度对双向板火灾行为影响较大;双向板变形行为和破坏模式对约束作用非常敏感,力学机理较为复杂。
根据傅里叶热传导理论,提出蒸发阶段水分修正函数,建立改进温度场模型;结合非线性板壳理论和热弹塑性本构关系,建立了火灾下钢筋混凝土双向板的数值模型,发展现有计算程序,通过计算结果与试验结果对比,验证了模型及程序的可靠性。在此基础上,分析了火灾工况、约束作用、骨料类型、板厚和保护层厚度等参数对混凝土双向板变形行为和耐火极限的影响规律。结果表明：火灾工况、骨料类型、板厚和保护层厚度对双向板火灾行为影响较大;双向板变形行为和破坏模式对约束作用非常敏感,力学机理较为复杂。
2015, 32(11): 228-235.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.03.0148
摘要:
该文基于独立、连续、映射(independent continuous mapping, ICM)的拓扑优化方法,针对层合板结构频率约束下流固耦合的拓扑优化问题进行了建模与求解。利用格林公式与瑞利商,进行了优化模型频率约束的显式化,并基于泰勒线性近似的方法推导了设计灵敏公式,同时采用对偶序列二次规划求解了该模型。另外,通过引入修正的Heaviside函数对拓扑变量进行了离散化处理。利用PCL(Patran Command Language)二次开发平台对现有MSC.Patran软件进行二次开发,并通过MSC.Nastran软件求解器,实现了优化算法。数值算例证明了该文程序与算法的有效性与可行性。
该文基于独立、连续、映射(independent continuous mapping, ICM)的拓扑优化方法,针对层合板结构频率约束下流固耦合的拓扑优化问题进行了建模与求解。利用格林公式与瑞利商,进行了优化模型频率约束的显式化,并基于泰勒线性近似的方法推导了设计灵敏公式,同时采用对偶序列二次规划求解了该模型。另外,通过引入修正的Heaviside函数对拓扑变量进行了离散化处理。利用PCL(Patran Command Language)二次开发平台对现有MSC.Patran软件进行二次开发,并通过MSC.Nastran软件求解器,实现了优化算法。数值算例证明了该文程序与算法的有效性与可行性。
2015, 32(11): 236-242.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0359
摘要:
为避免风机叶片在强风作用下发生破坏,需对其采取停机保护措施。该文研究叶片处于非旋转状态时的挥舞摆振气弹失稳现象发生的条件。基于风力机叶片简化模型,采用迭代法求解叶片的自振频率及振型,建立了非旋转叶片挥舞摆振气弹效应响应的振型叠加法,该方法可以便捷地进行叶片多工况气动弹性响应分析。计算了在不同风速不同攻角条件下叶片的挥舞摆振气弹效应响应,得到了叶片挥舞摆振响应随风速和风攻角的变化规律以及不稳定风攻角的分布特征。结果表明：在某些风攻角下,风机叶片挥舞摆振失稳现象在风速较低的情况就有可能发生,其响应幅值与结构阻尼联系紧密。另外,挥舞摆振失稳会大大增加作用于叶片上的风荷载,并进一步造成叶片结构的损伤破坏。
为避免风机叶片在强风作用下发生破坏,需对其采取停机保护措施。该文研究叶片处于非旋转状态时的挥舞摆振气弹失稳现象发生的条件。基于风力机叶片简化模型,采用迭代法求解叶片的自振频率及振型,建立了非旋转叶片挥舞摆振气弹效应响应的振型叠加法,该方法可以便捷地进行叶片多工况气动弹性响应分析。计算了在不同风速不同攻角条件下叶片的挥舞摆振气弹效应响应,得到了叶片挥舞摆振响应随风速和风攻角的变化规律以及不稳定风攻角的分布特征。结果表明：在某些风攻角下,风机叶片挥舞摆振失稳现象在风速较低的情况就有可能发生,其响应幅值与结构阻尼联系紧密。另外,挥舞摆振失稳会大大增加作用于叶片上的风荷载,并进一步造成叶片结构的损伤破坏。
2015, 32(11): 243-250.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0348
摘要:
目前关于实钻井壁应力分布计算大都基于岩石的各向同性,在实际工况分析中存在误差。该文应用各向异性材料力学理论,将层状地层简化为横观各向同性岩石材料,建立了各向异性地层井孔周围应力计算模型。应用弹性力学广义平面应变问题的复变函数解法,结合井孔周围受力边界条件及相关坐标转换,得到横观各向同性地层斜井壁围岩应力解析解。对井壁围岩主应力影响因素的分析表明,层理面弹性参数、层理面倾角、水平原地应力比和井斜角方位角对井壁应力分布均会造成影响。在进行层理性地层井壁稳定分析时,应格外注意层理面倾角、原地应力比以及井斜参数的影响。该结果对现场施工设计有很好的指导意义。
目前关于实钻井壁应力分布计算大都基于岩石的各向同性,在实际工况分析中存在误差。该文应用各向异性材料力学理论,将层状地层简化为横观各向同性岩石材料,建立了各向异性地层井孔周围应力计算模型。应用弹性力学广义平面应变问题的复变函数解法,结合井孔周围受力边界条件及相关坐标转换,得到横观各向同性地层斜井壁围岩应力解析解。对井壁围岩主应力影响因素的分析表明,层理面弹性参数、层理面倾角、水平原地应力比和井斜角方位角对井壁应力分布均会造成影响。在进行层理性地层井壁稳定分析时,应格外注意层理面倾角、原地应力比以及井斜参数的影响。该结果对现场施工设计有很好的指导意义。
2015, 32(11): 251-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.04.0353
摘要:
利用Plackett Copula分别构造波高、风速及流速的二维及三维概率分布,并用单变量设计法、条件分布众值及均值法及三维联合重现期法获得三个荷载变量的不同组合,计算导管架平台的基底剪力,利用三维概率分布估计变量组合的联合重现期。对结果比较分析可知,单变量设计法所得剪力值远远大于其他方法所得剪力值,其独立分布所得重现期远远大于联合变量的重现期。条件分布所得剪力值的大小取决于主变量的选择。计算表明,波高对剪力的影响最大,当以波高为主值利用条件分布进行计算时,其剪力值最大。以风速、流速为主值的工况,所得平台基底剪力小。利用三维Plackett Copula构造三维联合分布进行平台设计参数的估计,考虑了变量之间的相关性,与传统的单变量法相比,所得设计环境条件数值减小,将使平台建设成本降低,适用于边际油田的开发。
利用Plackett Copula分别构造波高、风速及流速的二维及三维概率分布,并用单变量设计法、条件分布众值及均值法及三维联合重现期法获得三个荷载变量的不同组合,计算导管架平台的基底剪力,利用三维概率分布估计变量组合的联合重现期。对结果比较分析可知,单变量设计法所得剪力值远远大于其他方法所得剪力值,其独立分布所得重现期远远大于联合变量的重现期。条件分布所得剪力值的大小取决于主变量的选择。计算表明,波高对剪力的影响最大,当以波高为主值利用条件分布进行计算时,其剪力值最大。以风速、流速为主值的工况,所得平台基底剪力小。利用三维Plackett Copula构造三维联合分布进行平台设计参数的估计,考虑了变量之间的相关性,与传统的单变量法相比,所得设计环境条件数值减小,将使平台建设成本降低,适用于边际油田的开发。
