2002年 第19卷 第4期
2002, 19(4): 1-6.
摘要:
大跨空间网格结构是频率密集性结构,按照模态分析法,尽管考虑多阶振型的影响有时也难以包含所有的主要贡献模态。从数值分析中可以发现,大跨空间网格结构风振分析中往往存在着一些高阶振型,它对风振响应的贡献比较大,但由于其频率高往往很容易被忽略。本文根据模态对系统应变能的贡献,提出了一种有效的选取主要贡献模态的方法,为了克服包含所有主要贡献模态的困难,本文提出了一种简单的方法来补偿由于高阶模态遗漏而产生的误差,并通过一个网壳的算例对所提出方法的有效性进行了验证。
大跨空间网格结构是频率密集性结构,按照模态分析法,尽管考虑多阶振型的影响有时也难以包含所有的主要贡献模态。从数值分析中可以发现,大跨空间网格结构风振分析中往往存在着一些高阶振型,它对风振响应的贡献比较大,但由于其频率高往往很容易被忽略。本文根据模态对系统应变能的贡献,提出了一种有效的选取主要贡献模态的方法,为了克服包含所有主要贡献模态的困难,本文提出了一种简单的方法来补偿由于高阶模态遗漏而产生的误差,并通过一个网壳的算例对所提出方法的有效性进行了验证。
2002, 19(4): 7-11.
摘要:
本文以结构的极限疲劳循环次数作为随机变量,基于可靠性理论提出了在役结构疲劳剩余寿命的预测方法,分析了多种工况下结构在未来服役期内的疲劳可靠性和疲劳剩余寿命。算例表明,通过对在役结构疲劳寿命及可靠性的分析,不仅可以预测在目标可靠度下的疲劳寿命,而且可以根据需要确定合适的交变荷载的频率、服役时间以及相应的疲劳可靠指标,从而为结构的合理利用起指导性作用。
本文以结构的极限疲劳循环次数作为随机变量,基于可靠性理论提出了在役结构疲劳剩余寿命的预测方法,分析了多种工况下结构在未来服役期内的疲劳可靠性和疲劳剩余寿命。算例表明,通过对在役结构疲劳寿命及可靠性的分析,不仅可以预测在目标可靠度下的疲劳寿命,而且可以根据需要确定合适的交变荷载的频率、服役时间以及相应的疲劳可靠指标,从而为结构的合理利用起指导性作用。
2002, 19(4): 12-16.
摘要:
本文构造三个广义协调四边形膜元。根据弹性力学平面问题的控制方程和艾雷应力函数,求出问题基本解析解,然后用其作为试函数来构造单元:ATF-Q4a、ATF-Q4b、ATF-Q4θ。数值算例表明,其中两个单元ATF-Q4a和ATF-Q4θ对网格畸变不敏感,显示出良好的性能。
本文构造三个广义协调四边形膜元。根据弹性力学平面问题的控制方程和艾雷应力函数,求出问题基本解析解,然后用其作为试函数来构造单元:ATF-Q4a、ATF-Q4b、ATF-Q4θ。数值算例表明,其中两个单元ATF-Q4a和ATF-Q4θ对网格畸变不敏感,显示出良好的性能。
2002, 19(4): 17-23.
摘要:
应用膜板比拟关系,可以避开c1连续性的困难,为板单元的构造提供了一种新的途径,并已成功地构造出一系列相应的板单元。本文提出了一个四节点十六自由度的平板壳单元,该单元由平面四节点理性元RQ4(膜部分)和由膜板比拟理论构造的一个四节点八自由度的板单元(弯曲部分)构成。该单元构造简单,自由度少,数值结果表明具有良好的收敛性和精度。
应用膜板比拟关系,可以避开c1连续性的困难,为板单元的构造提供了一种新的途径,并已成功地构造出一系列相应的板单元。本文提出了一个四节点十六自由度的平板壳单元,该单元由平面四节点理性元RQ4(膜部分)和由膜板比拟理论构造的一个四节点八自由度的板单元(弯曲部分)构成。该单元构造简单,自由度少,数值结果表明具有良好的收敛性和精度。
2002, 19(4): 24-28.
摘要:
圆球土样固结是发现Mandel-Cryer效应的一个著名例子。本文采用将圆球土样的Biot固结解分解为弹性静力学解和渗流拟动态解叠加的方法,利用球Bessel函数的正交性质,给出了定量分析这一著名例子的封闭级数解,并具体分析了Mandel-Cryer效应产生的原因和影响Mandel-Cryer效应的因素。
圆球土样固结是发现Mandel-Cryer效应的一个著名例子。本文采用将圆球土样的Biot固结解分解为弹性静力学解和渗流拟动态解叠加的方法,利用球Bessel函数的正交性质,给出了定量分析这一著名例子的封闭级数解,并具体分析了Mandel-Cryer效应产生的原因和影响Mandel-Cryer效应的因素。
2002, 19(4): 29-32.
摘要:
本文采用交替解法对地震条件下储液容器的动态响应问题进行了实例分析和计算。首先推导出流固耦合系统在地震条件下的有限元模型。然后,对在水平地震激励条件下的圆柱形储液容器,采用交替解法进行了计算,并将其与整体解法进行了比较。结果表明交替解法具有更好的计算效率。
本文采用交替解法对地震条件下储液容器的动态响应问题进行了实例分析和计算。首先推导出流固耦合系统在地震条件下的有限元模型。然后,对在水平地震激励条件下的圆柱形储液容器,采用交替解法进行了计算,并将其与整体解法进行了比较。结果表明交替解法具有更好的计算效率。
2002, 19(4): 33-36,2.
摘要:
为探讨组合梁在负弯矩作用下钢梁与混凝土板之间的滑移效应以及混凝土与纵向钢筋之间的粘结滑移对截面刚度的影响,建立了考虑以上两种滑移效应的组合梁受力模型,并结合试验进行了理论推导和对比分析。结果表明,即便按照完全剪力连接设计的组合梁,滑移效应仍在一定程度上产生了附加曲率,使组合梁的截面刚度比按照换算截面法得到的刚度降低(10%～20%左右),在设计时不可忽略。本文同时推导了计算悬臂组合梁挠度的公式,并为有关连续组合梁刚度的进一步试验研究提供了依据。
为探讨组合梁在负弯矩作用下钢梁与混凝土板之间的滑移效应以及混凝土与纵向钢筋之间的粘结滑移对截面刚度的影响,建立了考虑以上两种滑移效应的组合梁受力模型,并结合试验进行了理论推导和对比分析。结果表明,即便按照完全剪力连接设计的组合梁,滑移效应仍在一定程度上产生了附加曲率,使组合梁的截面刚度比按照换算截面法得到的刚度降低(10%～20%左右),在设计时不可忽略。本文同时推导了计算悬臂组合梁挠度的公式,并为有关连续组合梁刚度的进一步试验研究提供了依据。
2002, 19(4): 37-41.
摘要:
本文通过对10根承受集中荷载作用下带后浇段的矩形截面钢筋混凝土约束梁的试验结果与已有的普通矩形截面钢筋混凝土约束梁的试验和理论计算结果的对比,发现了带后浇段的约束梁在集中力作用下抗剪强度与普通约束梁的差别,分析了后浇段对抗剪承载力的影响。
本文通过对10根承受集中荷载作用下带后浇段的矩形截面钢筋混凝土约束梁的试验结果与已有的普通矩形截面钢筋混凝土约束梁的试验和理论计算结果的对比,发现了带后浇段的约束梁在集中力作用下抗剪强度与普通约束梁的差别,分析了后浇段对抗剪承载力的影响。
2002, 19(4): 42-45.
摘要:
本文研究了层合梁的脱层现象对其自振频率的影响。文中详细分析了脱层对层合梁振动频率的敏感性及相互关系,特别对在不同边界条件下,脱层的特征对前8阶自振频率的影响进行了研究。计算与分析结果表明,脱层现象对第1、2阶自振频率具有较大的影响,其影响程度依赖于边界条件。而第3阶以后的频率则对脱层的敏感性较低。本文给出的关于层合梁自振频率变化规律和边界效应关系的结果,将对结构动力设计和无损检测提供理论依据和重要参考。
本文研究了层合梁的脱层现象对其自振频率的影响。文中详细分析了脱层对层合梁振动频率的敏感性及相互关系,特别对在不同边界条件下,脱层的特征对前8阶自振频率的影响进行了研究。计算与分析结果表明,脱层现象对第1、2阶自振频率具有较大的影响,其影响程度依赖于边界条件。而第3阶以后的频率则对脱层的敏感性较低。本文给出的关于层合梁自振频率变化规律和边界效应关系的结果,将对结构动力设计和无损检测提供理论依据和重要参考。
2002, 19(4): 46-49.
摘要:
为了从大型悬索桥的脉动实验结果得出精确的结构动力特性,以便进行结构的抗风、抗震研究和实时监测,本文利用随机子空间系统识别方法对虎门悬索桥进行了模态分析。这种时域识别方法基于状态空间模型,仅利用结构输出反应,避免了传统的人工识别和迭代过程,但必须利用稳定图形确定模型阶数。同有限元数值计算结果作比较后可看出,该法能识别出10个频率在0.5Hz以下的自振频率,并且可得到较好的结构阻尼,说明随机子空间系统识别方法是分析大型桥梁脉动实验特征参数的有力工具。
为了从大型悬索桥的脉动实验结果得出精确的结构动力特性,以便进行结构的抗风、抗震研究和实时监测,本文利用随机子空间系统识别方法对虎门悬索桥进行了模态分析。这种时域识别方法基于状态空间模型,仅利用结构输出反应,避免了传统的人工识别和迭代过程,但必须利用稳定图形确定模型阶数。同有限元数值计算结果作比较后可看出,该法能识别出10个频率在0.5Hz以下的自振频率,并且可得到较好的结构阻尼,说明随机子空间系统识别方法是分析大型桥梁脉动实验特征参数的有力工具。
2002, 19(4): 50-54.
摘要:
本文用等效线弹簧模型计算裂纹转轴的动力稳定性问题。研究结果表明,本文所建立的裂纹转轴动力学模型具有足够的精度,方法直观,便于求解。文中还讨论了裂纹深度、裂纹所处的位置对系统动力不稳定区域的影响,且与有关文献的结果作出了比较。
本文用等效线弹簧模型计算裂纹转轴的动力稳定性问题。研究结果表明,本文所建立的裂纹转轴动力学模型具有足够的精度,方法直观,便于求解。文中还讨论了裂纹深度、裂纹所处的位置对系统动力不稳定区域的影响,且与有关文献的结果作出了比较。
2002, 19(4): 55-60.
摘要:
在构造非协调元的过程中,必须遵守一定的构造规律。本文从基本力学观点出发,提出并证明了两个定理。定理一、如果某种类型的有限单元共有n个独立参与整体刚度运算的自由度,则该单元最多只能精确模拟n种弹性力学基本解。该定理说明了单元的精度从根本上受自身自由度限制的,并指出了现有的四边形四结点单元发展空间不大,而四边形八结点Q8单元以及三维八结点H8单元仍然具有较大的发展余地。定理二则认为四边形四结点内参型非协调元如果能够通过小片试验,则不可能在任意畸变状态下精确表示纯弯场。该定理表明了畸变问题的尝试是有限制的。以上的结论虽然是针对非协调元的构造来提出的,但从论证过程看,应对其它类型的有限单元也适用。定理一和定理二对于今后新型有限元的发展可以起到一定的指导作用。
在构造非协调元的过程中,必须遵守一定的构造规律。本文从基本力学观点出发,提出并证明了两个定理。定理一、如果某种类型的有限单元共有n个独立参与整体刚度运算的自由度,则该单元最多只能精确模拟n种弹性力学基本解。该定理说明了单元的精度从根本上受自身自由度限制的,并指出了现有的四边形四结点单元发展空间不大,而四边形八结点Q8单元以及三维八结点H8单元仍然具有较大的发展余地。定理二则认为四边形四结点内参型非协调元如果能够通过小片试验,则不可能在任意畸变状态下精确表示纯弯场。该定理表明了畸变问题的尝试是有限制的。以上的结论虽然是针对非协调元的构造来提出的,但从论证过程看,应对其它类型的有限单元也适用。定理一和定理二对于今后新型有限元的发展可以起到一定的指导作用。
2002, 19(4): 61-66.
摘要:
应用几何非线性有限元理论,考虑大位移和轴力对刚度的影响,采用广义增量法,建立杆、梁、特殊梁(一端刚接一端铰接)组合适宜局部双层网壳构造特点的数值分析方法。对带肋局部双层网壳的稳定性状进行了深入分析,研究了刚度矩阵特征值、增广平衡矩阵最小奇异值、广义载荷等结构特征参数在第一临界点和后屈曲路径的变化特点,同时分析了结构参数、边界条件、解析模型的影响。根据分析结果,可得到对工程应用有指导意义的结论。
应用几何非线性有限元理论,考虑大位移和轴力对刚度的影响,采用广义增量法,建立杆、梁、特殊梁(一端刚接一端铰接)组合适宜局部双层网壳构造特点的数值分析方法。对带肋局部双层网壳的稳定性状进行了深入分析,研究了刚度矩阵特征值、增广平衡矩阵最小奇异值、广义载荷等结构特征参数在第一临界点和后屈曲路径的变化特点,同时分析了结构参数、边界条件、解析模型的影响。根据分析结果,可得到对工程应用有指导意义的结论。
2002, 19(4): 67-70,8.
摘要:
本文给出了一种可用于时变结构参数辨识的子空间跟踪方法。子空间方法运用特征分析理论,通过矩阵分解来得到信号子空间。首先将要跟踪的矩阵变换为一种适合在线跟踪的格式,将新的数据信息组合成一个维数不变的矩阵,通过对该矩阵的奇异值分解来更新上一步的信号子空间。这样就避免了对一个不断增长的Hankle阵做奇异值分解,有效的缩减了计算量。将该方法用于机械臂系统,通过施加一个随时间变化的力来改变机械臂的固有频率。选择合适的遗忘因子以协调跟踪能力和辨识仿真结果证实了算法跟踪时变参数的能力。
本文给出了一种可用于时变结构参数辨识的子空间跟踪方法。子空间方法运用特征分析理论,通过矩阵分解来得到信号子空间。首先将要跟踪的矩阵变换为一种适合在线跟踪的格式,将新的数据信息组合成一个维数不变的矩阵,通过对该矩阵的奇异值分解来更新上一步的信号子空间。这样就避免了对一个不断增长的Hankle阵做奇异值分解,有效的缩减了计算量。将该方法用于机械臂系统,通过施加一个随时间变化的力来改变机械臂的固有频率。选择合适的遗忘因子以协调跟踪能力和辨识仿真结果证实了算法跟踪时变参数的能力。
2002, 19(4): 71-74.
摘要:
本文研究工程中某些索状柔系结构在任意铰节点荷栽作用下的稳定平衡形状和张力计算问题。利用虚功原理,导出了描述其稳定平衡形状的状态递推方程式并给出了数值解的迭代计算步骤。若干算例表明:利用本文介绍的理论和计算方法对求解这类问题具有计算精度高、收敛速度快、稳定性好和适应性强的优点,对本文讨论的问题,计算工作量要比有限元法少。
本文研究工程中某些索状柔系结构在任意铰节点荷栽作用下的稳定平衡形状和张力计算问题。利用虚功原理,导出了描述其稳定平衡形状的状态递推方程式并给出了数值解的迭代计算步骤。若干算例表明:利用本文介绍的理论和计算方法对求解这类问题具有计算精度高、收敛速度快、稳定性好和适应性强的优点,对本文讨论的问题,计算工作量要比有限元法少。
2002, 19(4): 75-80.
摘要:
本文详细讨论了含环向表面裂纹管道的SC.ENG1和SC.ENG2 J积分估算方法,建立了含环向表面裂纹管道的有限元模型,对上述方法的有效性进行了考察。采用三维弹塑性有限元方法分析和讨论了表面裂纹前缘的J积分的分布规律;及具有不同长度屈服平台的管道材料对J积分的影响,对该估算方法对于具有屈服平台的国内管道用钢的适用性和有效性进行了讨论。
本文详细讨论了含环向表面裂纹管道的SC.ENG1和SC.ENG2 J积分估算方法,建立了含环向表面裂纹管道的有限元模型,对上述方法的有效性进行了考察。采用三维弹塑性有限元方法分析和讨论了表面裂纹前缘的J积分的分布规律;及具有不同长度屈服平台的管道材料对J积分的影响,对该估算方法对于具有屈服平台的国内管道用钢的适用性和有效性进行了讨论。
2002, 19(4): 81-84.
摘要:
采用振动分析方法,对冲击载荷作用下三点弯曲试样的动态响应进行了研究。通过对试样刚度的求解,把转动惯性和剪切变形的影响引入到动应力强度因子的计算中。动态有限元的分析结果表明,本文建立的动应力强度因子公式具有较好的计算精度。
采用振动分析方法,对冲击载荷作用下三点弯曲试样的动态响应进行了研究。通过对试样刚度的求解,把转动惯性和剪切变形的影响引入到动应力强度因子的计算中。动态有限元的分析结果表明,本文建立的动应力强度因子公式具有较好的计算精度。
2002, 19(4): 85-89.
摘要:
本文以最小势能原理为基础,考虑剪力滞后效应和翘曲扭转(包括二次翘曲剪切)的影响提出了一种用于分析单室或多室曲线薄壁箱型梁桥力学特性的曲梁单元,推导了单元刚度矩阵、等效节点荷载列阵。作为验证,在算例中对一双室曲线薄壁箱型梁模型的静力特性进行了分析,并将本文数值结果与试验结果和板壳有限元方法所得结果进行比较后证明了本文方法是有效的。
本文以最小势能原理为基础,考虑剪力滞后效应和翘曲扭转(包括二次翘曲剪切)的影响提出了一种用于分析单室或多室曲线薄壁箱型梁桥力学特性的曲梁单元,推导了单元刚度矩阵、等效节点荷载列阵。作为验证,在算例中对一双室曲线薄壁箱型梁模型的静力特性进行了分析,并将本文数值结果与试验结果和板壳有限元方法所得结果进行比较后证明了本文方法是有效的。
2002, 19(4): 90-93,1.
摘要:
运用带有调整因子的修正Bingham模型,通过数值方法对圆桶电流变离合器在突加电场情况下的动力学特性进行分析.研究表明电流变液屈服应力公式中参数β对离合器动力学特性具有很大影响,β以2.0为界,当β>2.0时未屈服区粘附于内桶壁,屈服边界始于内桶壁,并逐渐向外桶壁方向移动;当β<2.0时情况完全相反.突加电场情况下,随β取值不同,离合器狭缝中流场角速度剖面随时间的变化规律不同.在电场作用下,内、外桶所受力矩明显增大,且力矩随时间变化规律与β取值有关.
运用带有调整因子的修正Bingham模型,通过数值方法对圆桶电流变离合器在突加电场情况下的动力学特性进行分析.研究表明电流变液屈服应力公式中参数β对离合器动力学特性具有很大影响,β以2.0为界,当β>2.0时未屈服区粘附于内桶壁,屈服边界始于内桶壁,并逐渐向外桶壁方向移动;当β<2.0时情况完全相反.突加电场情况下,随β取值不同,离合器狭缝中流场角速度剖面随时间的变化规律不同.在电场作用下,内、外桶所受力矩明显增大,且力矩随时间变化规律与β取值有关.
2002, 19(4): 94-98.
摘要:
实际工程的结构中,裂纹多处于复合型状态,因此复合型裂纹断裂的理论研究有着更为重要的理论意义和实用价值。本文以Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为研究对象,将偏应力张量的第二不变量J2作为判定依据,预测了裂纹起裂的角度以及开裂荷载,并与一些实验数据进行了比较,符合得也较好。计算结果进一步表明了在裂纹起裂引起的应变能转化过程中,起主要作用的是形状改变比能这一事实,由此得出了另一个结论是在裂纹尖端,平行于裂纹方向的应力级数展开式中非奇异项对裂纹的开裂角度以及开裂荷载是有影响的。
实际工程的结构中,裂纹多处于复合型状态,因此复合型裂纹断裂的理论研究有着更为重要的理论意义和实用价值。本文以Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为研究对象,将偏应力张量的第二不变量J2作为判定依据,预测了裂纹起裂的角度以及开裂荷载,并与一些实验数据进行了比较,符合得也较好。计算结果进一步表明了在裂纹起裂引起的应变能转化过程中,起主要作用的是形状改变比能这一事实,由此得出了另一个结论是在裂纹尖端,平行于裂纹方向的应力级数展开式中非奇异项对裂纹的开裂角度以及开裂荷载是有影响的。
2002, 19(4): 99-103.
摘要:
本文研究了在形状和应力约束下的连续体结构拓扑优化问题,采用满应力法求解保证了应力约束的满足;根据对形状的要求,固定部分单元不被删除,强迫最优拓扑满足设计要求。对框架结构进行了计算,结果表明了算法的正确性。
本文研究了在形状和应力约束下的连续体结构拓扑优化问题,采用满应力法求解保证了应力约束的满足;根据对形状的要求,固定部分单元不被删除,强迫最优拓扑满足设计要求。对框架结构进行了计算,结果表明了算法的正确性。
2002, 19(4): 104-108.
摘要:
机械手关节通常包括径向转动关节﹑止推转动关节﹑径向止推转动关节和滑移关节这四种类型。本文针对机械手各类关节的结构特征,分别建立了与之相应的关节库仑摩擦和粘性摩擦的数学模型,并将这些模型应用于机械手逆动力学问题的研究中,给出了既考虑关节库仑摩擦又考虑粘性摩擦的机械手逆动力学问题的算法。最后,以STANFORD机械手为算例,分别计算了计入摩擦和不计入摩擦两种情形下的关节驱动力矩(或驱动力)的时间历程。计算结果表明两种情形下得到的关节驱动力矩(或驱动力)之间存在着明显的差异。
机械手关节通常包括径向转动关节﹑止推转动关节﹑径向止推转动关节和滑移关节这四种类型。本文针对机械手各类关节的结构特征,分别建立了与之相应的关节库仑摩擦和粘性摩擦的数学模型,并将这些模型应用于机械手逆动力学问题的研究中,给出了既考虑关节库仑摩擦又考虑粘性摩擦的机械手逆动力学问题的算法。最后,以STANFORD机械手为算例,分别计算了计入摩擦和不计入摩擦两种情形下的关节驱动力矩(或驱动力)的时间历程。计算结果表明两种情形下得到的关节驱动力矩(或驱动力)之间存在着明显的差异。
2002, 19(4): 109-112,.
摘要:
本文详细阐述了拱的非线性屈曲的两种形式,即极值点屈曲和二次分叉屈曲;建立了一种简捷的计算二次分叉屈曲的方法,并且通过例题证实了其可靠性;通过对拱屈曲前后荷载--位移曲线的全过程分析,研究了矢跨比下拱的各种屈曲性能;提出的索--拱杂交结构能显著地提高拱的承载力并能有效地防止二次分叉屈曲的发生,计算结果对拱的设计有参考价值。
本文详细阐述了拱的非线性屈曲的两种形式,即极值点屈曲和二次分叉屈曲;建立了一种简捷的计算二次分叉屈曲的方法,并且通过例题证实了其可靠性;通过对拱屈曲前后荷载--位移曲线的全过程分析,研究了矢跨比下拱的各种屈曲性能;提出的索--拱杂交结构能显著地提高拱的承载力并能有效地防止二次分叉屈曲的发生,计算结果对拱的设计有参考价值。
2002, 19(4): 113-117.
摘要:
本文推导了T型截面梁的弯矩-轴力-曲率关系,提出了分析大偏心体外预应力筋的应力增量和梁弯曲性能的通用方法。在本方法中,体外筋的效应表示为作用在转向座和锚具处的等效荷载,梁(不含体外筋)的内力是由外荷载和等效荷载共同引起的。把静定梁的变形曲线简化为由单元节点位移所组成的多边形,把P△效应的附加弯矩转化为节点上的集中力,较方便地考虑了这一效应。比较荷载作用前后,转向座和锚具的变形差,计算出体外筋的应变和应力。因此这一方法考虑了体外筋的变形协调条件,同时自动地考虑了体外筋偏心距的损失。计算结果与文献[2,4]相吻合。
本文推导了T型截面梁的弯矩-轴力-曲率关系,提出了分析大偏心体外预应力筋的应力增量和梁弯曲性能的通用方法。在本方法中,体外筋的效应表示为作用在转向座和锚具处的等效荷载,梁(不含体外筋)的内力是由外荷载和等效荷载共同引起的。把静定梁的变形曲线简化为由单元节点位移所组成的多边形,把P△效应的附加弯矩转化为节点上的集中力,较方便地考虑了这一效应。比较荷载作用前后,转向座和锚具的变形差,计算出体外筋的应变和应力。因此这一方法考虑了体外筋的变形协调条件,同时自动地考虑了体外筋偏心距的损失。计算结果与文献[2,4]相吻合。
2002, 19(4): 118-122.
摘要:
本文采用非均匀等参有限元的方法研究了薄膜梯度涂层/均匀基材中的界面裂纹问题,并与双材料界面裂纹情况进行了对比计算。研究表明:在均匀基材上采用梯度涂层,与双材料相比可以有效地降低裂尖场应力强度因子;同时还分析了涂层厚度与梯度参数对界面应力强度因子的影响。结果表明:当薄膜厚度大于或等于裂纹长度时,应力强度因子(KI、KⅡ)对其尺度的变化显得不敏感;对梯度参数的影响而言,当材料性能曲线的幂指数m大于1时,裂尖场的应力强度因子KⅡ相对KI很小且基本不随m变化,因此裂尖场与均匀材料情况类似;当m小于1时,应力强度因子KⅡ随m减小而急剧增大,裂尖场由KI及KⅡ控制,断裂趋于混合型。
本文采用非均匀等参有限元的方法研究了薄膜梯度涂层/均匀基材中的界面裂纹问题,并与双材料界面裂纹情况进行了对比计算。研究表明:在均匀基材上采用梯度涂层,与双材料相比可以有效地降低裂尖场应力强度因子;同时还分析了涂层厚度与梯度参数对界面应力强度因子的影响。结果表明:当薄膜厚度大于或等于裂纹长度时,应力强度因子(KI、KⅡ)对其尺度的变化显得不敏感;对梯度参数的影响而言,当材料性能曲线的幂指数m大于1时,裂尖场的应力强度因子KⅡ相对KI很小且基本不随m变化,因此裂尖场与均匀材料情况类似;当m小于1时,应力强度因子KⅡ随m减小而急剧增大,裂尖场由KI及KⅡ控制,断裂趋于混合型。
2002, 19(4): 123-126.
摘要:
大多数金属材料在承载时产生了各向异性强化的特点,因此,对这一类材料特性的深入研究显得十分必要,正确建立及分析理论模型将对在实际工程中的应用提供很好的理论依据。本文在R.Hill屈服准则下提出了无量纲化的解析应力解,讨论了屈服参数h>2时,正交异性材料平面应力问题的应力场及应力特征场,利用应力微分平衡方程得到了决定特征曲线特征的参数。结果说明特征线一般互不正交。特别地分析了平头冲压边界附近的情况,得到了各应力状态不同区域的应力特征场,应用数值分析的方法对过渡区进行了计算。
大多数金属材料在承载时产生了各向异性强化的特点,因此,对这一类材料特性的深入研究显得十分必要,正确建立及分析理论模型将对在实际工程中的应用提供很好的理论依据。本文在R.Hill屈服准则下提出了无量纲化的解析应力解,讨论了屈服参数h>2时,正交异性材料平面应力问题的应力场及应力特征场,利用应力微分平衡方程得到了决定特征曲线特征的参数。结果说明特征线一般互不正交。特别地分析了平头冲压边界附近的情况,得到了各应力状态不同区域的应力特征场,应用数值分析的方法对过渡区进行了计算。
2002, 19(4): 127-129.
摘要:
夹杂对工程材料特别是复合材料的断裂行为有着重要的影响。从固体非均匀相的观点看,当片状嵌入物的弹性模量比基质材料的弹性模量大得多时,可以将其看成刚性线夹杂,它将引起严重的应力集中。本文研究了双周期刚性线的纵向剪切问题,利用椭圆函数的保角变换和Riemann-Schwarz对称原理,求出了问题严格的闭合解。从本文解答的特殊情况,可直接得到已有的一些结果。
夹杂对工程材料特别是复合材料的断裂行为有着重要的影响。从固体非均匀相的观点看,当片状嵌入物的弹性模量比基质材料的弹性模量大得多时,可以将其看成刚性线夹杂,它将引起严重的应力集中。本文研究了双周期刚性线的纵向剪切问题,利用椭圆函数的保角变换和Riemann-Schwarz对称原理,求出了问题严格的闭合解。从本文解答的特殊情况,可直接得到已有的一些结果。
2002, 19(4): 130-134.
摘要:
基于广义Biot理论,采用Kelvin-Voigt模型描述海床土骨架的应力应变时间的本构关系,从Galerkin加权余量法出发建立以土骨架位移u和孔隙流体全位移U表达的u～U形式的有限元边值方程,采用Newmark逐步积分法求解时域内动力方程。数值计算表明土骨架和孔隙流体的加速度对粘弹性海床动力响应的影响极小。当土的粘滞系数的数值小于其弹性剪切模量的大小时,体粘滞系数和偏粘滞系数的变化对超静孔压幅值的影响较小,但对有效应力幅值的影响相对显著。对于粘滞系数较大的海床,波浪荷载可能导致其变形在很短的时间内单调迅速增长至破坏。
基于广义Biot理论,采用Kelvin-Voigt模型描述海床土骨架的应力应变时间的本构关系,从Galerkin加权余量法出发建立以土骨架位移u和孔隙流体全位移U表达的u～U形式的有限元边值方程,采用Newmark逐步积分法求解时域内动力方程。数值计算表明土骨架和孔隙流体的加速度对粘弹性海床动力响应的影响极小。当土的粘滞系数的数值小于其弹性剪切模量的大小时,体粘滞系数和偏粘滞系数的变化对超静孔压幅值的影响较小,但对有效应力幅值的影响相对显著。对于粘滞系数较大的海床,波浪荷载可能导致其变形在很短的时间内单调迅速增长至破坏。
2002, 19(4): 135-140.
摘要:
本文发展了一种新的分析涂层结构(平板、梁)热残余应力的模型,可以研究骤冷过程(Quenching)和冷却过程(Cooling)在涂层结构内引发的残余应力分布。与以往模型相比,其优势在于:它可以考虑源于喷涂过程的涂层孔隙率、温度梯度等因素对于涂层和基底内残余应力的影响。其中孔隙率和温度分布由计算机模拟涂层沉积过程得到。另外,当基底的材料和几何参数被固定时,我们分析了诸如涂层的理想模量、厚度、热膨胀系数等参数,对于涂层结构中最终残余应力分布的改变机理。
本文发展了一种新的分析涂层结构(平板、梁)热残余应力的模型,可以研究骤冷过程(Quenching)和冷却过程(Cooling)在涂层结构内引发的残余应力分布。与以往模型相比,其优势在于:它可以考虑源于喷涂过程的涂层孔隙率、温度梯度等因素对于涂层和基底内残余应力的影响。其中孔隙率和温度分布由计算机模拟涂层沉积过程得到。另外,当基底的材料和几何参数被固定时,我们分析了诸如涂层的理想模量、厚度、热膨胀系数等参数,对于涂层结构中最终残余应力分布的改变机理。
2002, 19(4): 141-148.
摘要:
本文简要分析了目前普遍采用的小波变换法,指出其尚不能满足地震工程信号分析的要求,由此提出一种直接变换法的改进方法,经详细的考查,证明该方法精度高、速度快,能够满足地震工程信号分析的要求。
本文简要分析了目前普遍采用的小波变换法,指出其尚不能满足地震工程信号分析的要求,由此提出一种直接变换法的改进方法,经详细的考查,证明该方法精度高、速度快,能够满足地震工程信号分析的要求。
2002, 19(4): 149-154.
摘要:
混凝土裂缝扩展的双K断裂准则,用于描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。其相应的双K断裂参数KICini、KICun可通过简便的实验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定。已取得的研究结果表明,起裂韧度KICini的解析解与所确定的混凝土软化本构关系有关。对于简单实用的双线性软化本构曲线而言,参数σs、ws、w0的取值直接影响软化本构关系的确定。根据本课题组新近所做楔入劈拉实验,经分析对比得到了与实测结果相符合、为确定双K断裂参数所使用的双线性软化本构曲线的相应参数。
混凝土裂缝扩展的双K断裂准则,用于描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。其相应的双K断裂参数KICini、KICun可通过简便的实验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定。已取得的研究结果表明,起裂韧度KICini的解析解与所确定的混凝土软化本构关系有关。对于简单实用的双线性软化本构曲线而言,参数σs、ws、w0的取值直接影响软化本构关系的确定。根据本课题组新近所做楔入劈拉实验,经分析对比得到了与实测结果相符合、为确定双K断裂参数所使用的双线性软化本构曲线的相应参数。
2002, 19(4): 155-159.
摘要:
流体诱发振动是关系到核反应堆结构设计的安全性和可靠性的重要问题。本文综述了流体诱发振动问题的国内外研究状况,按照湍流激振、流体弹性不稳定、旋涡脱落、声共振以及轴向流等不同的激振机理,介绍了流体诱发振动的分析方法、经验公式和将来要解决的问题。
流体诱发振动是关系到核反应堆结构设计的安全性和可靠性的重要问题。本文综述了流体诱发振动问题的国内外研究状况,按照湍流激振、流体弹性不稳定、旋涡脱落、声共振以及轴向流等不同的激振机理,介绍了流体诱发振动的分析方法、经验公式和将来要解决的问题。
2002, 19(4): 160-165.
摘要:
基于ESO (Evolutionary Structural Optimization)的拓扑优化方法,本文提出了一种适应于桥梁结构的拓扑优化方法。引进了两种性能指标公式来确定最佳拓扑设计。另外,为了更有效地尝试改进最终设计的细节,而又不进行更精细有限元网格的完整分析,这里提出了一种精细网络设计方案。再者,结合细啃技术,完成了考虑应力、位移、频率约束的斜拉桥优化设计。通过几种桥梁的设计优化,表明该方法的可应用性、简洁性和有效性。
基于ESO (Evolutionary Structural Optimization)的拓扑优化方法,本文提出了一种适应于桥梁结构的拓扑优化方法。引进了两种性能指标公式来确定最佳拓扑设计。另外,为了更有效地尝试改进最终设计的细节,而又不进行更精细有限元网格的完整分析,这里提出了一种精细网络设计方案。再者,结合细啃技术,完成了考虑应力、位移、频率约束的斜拉桥优化设计。通过几种桥梁的设计优化,表明该方法的可应用性、简洁性和有效性。
2002, 19(4): 166-170.
摘要:
根据复合材料宏观有效模量的定义,本文通过在复合材料细观模型的边界施加六组特定形式的均匀边界条件,以三维有限元作为数值分析手段,对各种细观模型及增强相力学特性,可一次性全部解出复合材料的所有弹性系数。通过计算典型代表体元细观模型,验证了本文数值方法的准确性和优越性。
根据复合材料宏观有效模量的定义,本文通过在复合材料细观模型的边界施加六组特定形式的均匀边界条件,以三维有限元作为数值分析手段,对各种细观模型及增强相力学特性,可一次性全部解出复合材料的所有弹性系数。通过计算典型代表体元细观模型,验证了本文数值方法的准确性和优越性。
