2003年 第20卷 第5期
2003, 20(5): 1-9.
摘要:
通过模型和三点弯曲断裂SEM试验,详细研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展的细观机理。结果表明:混凝土断裂是一个复杂的不规则过程,存在明显的亚临界扩展现象。混凝土亚临界扩展路径是曲折的,并非经典断裂力学假定的平直路径,混凝土亚临界扩展和临界失稳扩展呈现分形特征。用起裂断裂韧性KICi和分形等效断裂韧性KICe,f来描述混凝土抵抗初裂和临界失稳扩展的能力。给出了考虑亚临界扩展弯折效应的混凝土亚临界扩展长度、混凝土起裂断裂韧性KICi和分形等效断裂韧性KICe,f的计算表达式。计算表明:混凝土失稳断裂时的分形等效断裂韧性KICe,f与混凝土亚临界扩展的分维数D成正比。
通过模型和三点弯曲断裂SEM试验,详细研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展的细观机理。结果表明:混凝土断裂是一个复杂的不规则过程,存在明显的亚临界扩展现象。混凝土亚临界扩展路径是曲折的,并非经典断裂力学假定的平直路径,混凝土亚临界扩展和临界失稳扩展呈现分形特征。用起裂断裂韧性KICi和分形等效断裂韧性KICe,f来描述混凝土抵抗初裂和临界失稳扩展的能力。给出了考虑亚临界扩展弯折效应的混凝土亚临界扩展长度、混凝土起裂断裂韧性KICi和分形等效断裂韧性KICe,f的计算表达式。计算表明:混凝土失稳断裂时的分形等效断裂韧性KICe,f与混凝土亚临界扩展的分维数D成正比。
2003, 20(5): 10-13.
摘要:
设计风荷载值的确定是抗风结构设计的重要因素,短期风速资料的概率模型及其数字特征难以合理选取。将人工神经网络用于基于短期风速资料的设计风速估计,以弥补短期资料风速样本不足的缺陷。计算结果表明神经网络有较好的估计精度。
设计风荷载值的确定是抗风结构设计的重要因素,短期风速资料的概率模型及其数字特征难以合理选取。将人工神经网络用于基于短期风速资料的设计风速估计,以弥补短期资料风速样本不足的缺陷。计算结果表明神经网络有较好的估计精度。
2003, 20(5): 14-17.
摘要:
用复变函数的保角映射法,采用可渗透边界条件,研究了含裂纹的无限大压电材料在平面内电场和反平面荷载作用下的耦合场,得到了精确的解和场强度因子以及能量释放率。结果表明,电场强度在裂尖没有奇异性,应变、应力、电位移具有1/2阶的奇异性,能量释放率总是正的。
用复变函数的保角映射法,采用可渗透边界条件,研究了含裂纹的无限大压电材料在平面内电场和反平面荷载作用下的耦合场,得到了精确的解和场强度因子以及能量释放率。结果表明,电场强度在裂尖没有奇异性,应变、应力、电位移具有1/2阶的奇异性,能量释放率总是正的。
2003, 20(5): 18-23.
摘要:
通过对11根三面加温(800℃)后单面加固的钢筋混凝土小偏心受压试件进行加载试验,分析了不同偏心距、不同强度混凝土加固试件的受力性能,包括试件的承载力、变形规律及破坏特征。结果表明,此类构件的受力性能与普通混凝土加固柱有着显著的差别。试验结果可为分析或设计火灾后增大截面法加固的混凝土结构提供依据。
通过对11根三面加温(800℃)后单面加固的钢筋混凝土小偏心受压试件进行加载试验,分析了不同偏心距、不同强度混凝土加固试件的受力性能,包括试件的承载力、变形规律及破坏特征。结果表明,此类构件的受力性能与普通混凝土加固柱有着显著的差别。试验结果可为分析或设计火灾后增大截面法加固的混凝土结构提供依据。
2003, 20(5): 24-31.
摘要:
分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构非弹性分析程序。基于柔度法的梁柱单元模型的特点在于以单元截面力插值函数作为出发点,在不考虑几何非线性的前提下,总能保证单元内部截面力场分布满足平衡条件。通过构造的数值算例及钢筋混凝土双向弯曲柱反复加载试验结果与两种方法模拟分析结果的对比,对柔度法与刚度法的分析效果进行了比较研究,并对纤维模型梁柱单元解决空间杆系结构非弹性分析的有效性进行了验证。结果表明:对于结构处于强非线性阶段,尤其是对于处理下降段(软化)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元;纤维模型梁柱单元是目前处理空间杆系双向弯曲与变轴力耦合问题最为实用有效的单元分析模型。
分别基于有限单元柔度法和有限单元刚度法理论,采用纤维模型梁柱单元编制了钢筋混凝土杆系结构非弹性分析程序。基于柔度法的梁柱单元模型的特点在于以单元截面力插值函数作为出发点,在不考虑几何非线性的前提下,总能保证单元内部截面力场分布满足平衡条件。通过构造的数值算例及钢筋混凝土双向弯曲柱反复加载试验结果与两种方法模拟分析结果的对比,对柔度法与刚度法的分析效果进行了比较研究,并对纤维模型梁柱单元解决空间杆系结构非弹性分析的有效性进行了验证。结果表明:对于结构处于强非线性阶段,尤其是对于处理下降段(软化)问题,基于柔度法的梁柱单元无论从计算效率还是计算效果上都明显优于基于刚度法的梁柱单元;纤维模型梁柱单元是目前处理空间杆系双向弯曲与变轴力耦合问题最为实用有效的单元分析模型。
2003, 20(5): 32-36.
摘要:
研究了RC框架在弹塑性状态下层间位移与构件变形之间的关系。引入塑性变形分布因子作为参数,建立了框架节的塑性变形分布因子与位移延性系数、强柱系数之间的关系,即χ-μδ-ηc关系;在此基础上,提出了RC框架弹塑性位移的解构规则,可用于求解构件的目标侧移角,从而实现了基于位移设计的关键一步。
研究了RC框架在弹塑性状态下层间位移与构件变形之间的关系。引入塑性变形分布因子作为参数,建立了框架节的塑性变形分布因子与位移延性系数、强柱系数之间的关系,即χ-μδ-ηc关系;在此基础上,提出了RC框架弹塑性位移的解构规则,可用于求解构件的目标侧移角,从而实现了基于位移设计的关键一步。
2003, 20(5): 37-41.
摘要:
利用直接数值模拟方法求解N-S方程来研究空间发展的圆管转捩,计算中雷诺数Re选定为3000。在局部壁面引入的周期性吹吸(PSB)扰动作用下,圆管中首先出现了塞流结构,并向下游迁移,同时有稳定的流向条带结构形成;在塞流结构离开计算域后,随着扰动的不断发展,流向条带结构逐渐破裂失稳,圆管流动出现了第二次转捩,这是一种新的转捩形式,我们称之为“二次转捩”。
利用直接数值模拟方法求解N-S方程来研究空间发展的圆管转捩,计算中雷诺数Re选定为3000。在局部壁面引入的周期性吹吸(PSB)扰动作用下,圆管中首先出现了塞流结构,并向下游迁移,同时有稳定的流向条带结构形成;在塞流结构离开计算域后,随着扰动的不断发展,流向条带结构逐渐破裂失稳,圆管流动出现了第二次转捩,这是一种新的转捩形式,我们称之为“二次转捩”。
2003, 20(5): 42-47.
摘要:
基于风洞模型试验的方法,对桅杆的风振响应进行了试验研究。研究表明:① 桅杆的自振频率相当密集,其风振响应亦具有明显的宽带特征;② 桅杆风振响应频谱随风速的增大由多频离散谱向连续谱转变,在大风条件下位移谱上的频率成份大量增多,振动显现出混沌特征,此时基于振型叠加法的分析结果误差较大;③ 桅杆动位移响应在风速较大时不宜采用零均值假设,但在可靠性分析中仍可采用按动位移均值平移后的Gauss分布假设;④ 桅杆横风振动主要源于顺、横风向振动间能量的转移,应通过在前两阶自振频率处增设VED或TSD装置加以控制。
基于风洞模型试验的方法,对桅杆的风振响应进行了试验研究。研究表明:① 桅杆的自振频率相当密集,其风振响应亦具有明显的宽带特征;② 桅杆风振响应频谱随风速的增大由多频离散谱向连续谱转变,在大风条件下位移谱上的频率成份大量增多,振动显现出混沌特征,此时基于振型叠加法的分析结果误差较大;③ 桅杆动位移响应在风速较大时不宜采用零均值假设,但在可靠性分析中仍可采用按动位移均值平移后的Gauss分布假设;④ 桅杆横风振动主要源于顺、横风向振动间能量的转移,应通过在前两阶自振频率处增设VED或TSD装置加以控制。
2003, 20(5): 48-52.
摘要:
在子域插值的基础上提出了分阶拟合直接配点无网格方法。该方法通过分阶拟合使近似函数在节点的残差达到最小,边界条件直接引入,然后使用直接配点法求解方程。与其它插值或拟合方法相比,分阶拟合避免了矩阵奇异产生的困难;与最小移动二乘法(MLS)相比,分阶拟合只需用六个点来构造二次基近似函数,减小了计算量;而与其它基于Galerkin法的无网格法相比,分阶拟合直接配点无网格法计算量小。
在子域插值的基础上提出了分阶拟合直接配点无网格方法。该方法通过分阶拟合使近似函数在节点的残差达到最小,边界条件直接引入,然后使用直接配点法求解方程。与其它插值或拟合方法相比,分阶拟合避免了矩阵奇异产生的困难;与最小移动二乘法(MLS)相比,分阶拟合只需用六个点来构造二次基近似函数,减小了计算量;而与其它基于Galerkin法的无网格法相比,分阶拟合直接配点无网格法计算量小。
2003, 20(5): 53-58.
摘要:
在TJ-1风洞中采用高频动态天平技术对两个形状相同的方形截面高层建筑模型间的横风向动力干扰效应进行了风洞实验研究。同时,对主模型采用气动弹性模型,在相同的配置下进行了实验。两种实验方法所得的结果比较一致。最后应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广,给出了横风向动力干扰因子的等值线图,可供规范参考。
在TJ-1风洞中采用高频动态天平技术对两个形状相同的方形截面高层建筑模型间的横风向动力干扰效应进行了风洞实验研究。同时,对主模型采用气动弹性模型,在相同的配置下进行了实验。两种实验方法所得的结果比较一致。最后应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广,给出了横风向动力干扰因子的等值线图,可供规范参考。
2003, 20(5): 59-62.
摘要:
基于高压水射流破岩过程的分析,运用连续损伤力学和细观损伤力学理论,建立了适用于水射流破岩两个阶段的岩石损伤模型以及两个阶段岩石损伤的耦合模式。依据所建立的损伤模型,利用非线性动力有限元方法,对高压水射流破岩的全过程进行了模拟,计算结果与试验规律基本一致。
基于高压水射流破岩过程的分析,运用连续损伤力学和细观损伤力学理论,建立了适用于水射流破岩两个阶段的岩石损伤模型以及两个阶段岩石损伤的耦合模式。依据所建立的损伤模型,利用非线性动力有限元方法,对高压水射流破岩的全过程进行了模拟,计算结果与试验规律基本一致。
2003, 20(5): 63-69.
摘要:
进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。
进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。
2003, 20(5): 70-75.
摘要:
讨论了对带有n个共线裂纹的薄板,在无穷远处加载电流实施止裂时板内的温度场和应力场。文中利用了复变函数的方法计算得到了电流场、温度场和应力场的分布状态。计算中考虑了材料热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化。作为算例,以带有两个共线裂纹、牌号为GH2132GH的高温合金制成的薄板进行了计算,给出了应力、温度与加载的电流密度及裂纹尺寸的关系;分析了导热系数随温度的变化对温度场数值的影响。
讨论了对带有n个共线裂纹的薄板,在无穷远处加载电流实施止裂时板内的温度场和应力场。文中利用了复变函数的方法计算得到了电流场、温度场和应力场的分布状态。计算中考虑了材料热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化。作为算例,以带有两个共线裂纹、牌号为GH2132GH的高温合金制成的薄板进行了计算,给出了应力、温度与加载的电流密度及裂纹尺寸的关系;分析了导热系数随温度的变化对温度场数值的影响。
2003, 20(5): 76-81.
摘要:
弹塑性结构在变值荷载作用下具有交变塑性和增量破坏两种可能的破坏型式,安定性分析就是要确定荷载变动的最大范围。确定安定荷载上限的机动型安定性定理之关键在于构造运动许可的塑性应变增量场,而在实际问题求解中这一数值实施过程往往是很困难的。为此,König放松了经典机动安定定理的某些条件,分别得到了在不发生交变塑性变形意义上的安定准则和在不发生累积塑性变形意义上的安定准则。本文以此为基础分别构造了相应的上限数值求解格式。并将其应用到土工安定性分析中,对海洋平台地基的安定性问题进行了数值分析。
弹塑性结构在变值荷载作用下具有交变塑性和增量破坏两种可能的破坏型式,安定性分析就是要确定荷载变动的最大范围。确定安定荷载上限的机动型安定性定理之关键在于构造运动许可的塑性应变增量场,而在实际问题求解中这一数值实施过程往往是很困难的。为此,König放松了经典机动安定定理的某些条件,分别得到了在不发生交变塑性变形意义上的安定准则和在不发生累积塑性变形意义上的安定准则。本文以此为基础分别构造了相应的上限数值求解格式。并将其应用到土工安定性分析中,对海洋平台地基的安定性问题进行了数值分析。
2003, 20(5): 82-86.
摘要:
精确分析ㄇ形梁在纵横向荷载共同作用下,其横断面上正应力分布规律对于计算其有效宽度有重要意义,应用力法原理,先将ㄇ形梁和翼板截开成矩形截面梁和平面应力板,在截面上代之以赘余的分布剪力,对于平面应力板,通过利用板变形的对称性来简化其边界条件,然后假设一个满足板的控制方程的Airy应力函数求得板的应力和位移,再利用Timoshenko梁理论求得梁的挠度和转角,根据截面上梁与板的纵向位移相等的变形协调条件便可最终确定截面上的分布剪力,给出的数值算例验证了方法的有效性,并与铜陵长江公路大桥主梁的模型有限元结果和试验结果作了对比,解析解法还可用来检验其他各种数值计算方法的精度,并可推广到其他多跨薄壁结构梁桥的膜应力分析中。
精确分析ㄇ形梁在纵横向荷载共同作用下,其横断面上正应力分布规律对于计算其有效宽度有重要意义,应用力法原理,先将ㄇ形梁和翼板截开成矩形截面梁和平面应力板,在截面上代之以赘余的分布剪力,对于平面应力板,通过利用板变形的对称性来简化其边界条件,然后假设一个满足板的控制方程的Airy应力函数求得板的应力和位移,再利用Timoshenko梁理论求得梁的挠度和转角,根据截面上梁与板的纵向位移相等的变形协调条件便可最终确定截面上的分布剪力,给出的数值算例验证了方法的有效性,并与铜陵长江公路大桥主梁的模型有限元结果和试验结果作了对比,解析解法还可用来检验其他各种数值计算方法的精度,并可推广到其他多跨薄壁结构梁桥的膜应力分析中。
2003, 20(5): 87-90.
摘要:
基于Laplace积分变换法和遗传算法,提出了一种混凝土一维瞬态导热反问题求解的新方法。运用Laplace变换将温度的求解表示为只与空间坐标及浇筑时间有关的函数,使得反问题的求解具有测点布置灵活的特点。运用遗传算法寻求非线性反演问题全局最优解,只需要若干点温度实测值便可实现多个热学参数的同时反演,算例对反演方法的反演精度及数值稳定性给出了满意的证明。
基于Laplace积分变换法和遗传算法,提出了一种混凝土一维瞬态导热反问题求解的新方法。运用Laplace变换将温度的求解表示为只与空间坐标及浇筑时间有关的函数,使得反问题的求解具有测点布置灵活的特点。运用遗传算法寻求非线性反演问题全局最优解,只需要若干点温度实测值便可实现多个热学参数的同时反演,算例对反演方法的反演精度及数值稳定性给出了满意的证明。
2003, 20(5): 91-94.
摘要:
采用新的小参数、将摄动法和有限元法相结合,研究了复合载荷作用下波纹管横向非线性弯曲的位移和应力分布。小参数为结构环向应变的均方根。将节点位移摄动展开,并以复合载荷的等效节点载荷为参考载荷,将其公共系数1摄动展开。由此划分载荷的级别、建立各级载荷和相应位移的关系,避免了常规的迭代运算。算例为一考虑自重的U型波纹管在注满水时的横向非线性弯曲问题。计算表明,波纹管的挠度和膜应力有非常显著的非线性效应;当最大挠度与壁厚之比达到5.1后本法将失效。本法在摄动小参数的选取和复合载荷的处理上有特色,能解决较大的挠度问题。
采用新的小参数、将摄动法和有限元法相结合,研究了复合载荷作用下波纹管横向非线性弯曲的位移和应力分布。小参数为结构环向应变的均方根。将节点位移摄动展开,并以复合载荷的等效节点载荷为参考载荷,将其公共系数1摄动展开。由此划分载荷的级别、建立各级载荷和相应位移的关系,避免了常规的迭代运算。算例为一考虑自重的U型波纹管在注满水时的横向非线性弯曲问题。计算表明,波纹管的挠度和膜应力有非常显著的非线性效应;当最大挠度与壁厚之比达到5.1后本法将失效。本法在摄动小参数的选取和复合载荷的处理上有特色,能解决较大的挠度问题。
2003, 20(5): 95-99.
摘要:
利用功的互等原理和局部坐标系下梁单元的刚度方程,推导建立了一种用矩阵位移法计算杆系结构指定截面内力影响线的简便而统一的方法。按照这种方法,只须在结构上施加一组虚拟荷载,进行一次静力求解即可得到指定截面的内力影响线。这种方法特别适用于大型杆系结构指定截面内力影响线的计算。
利用功的互等原理和局部坐标系下梁单元的刚度方程,推导建立了一种用矩阵位移法计算杆系结构指定截面内力影响线的简便而统一的方法。按照这种方法,只须在结构上施加一组虚拟荷载,进行一次静力求解即可得到指定截面的内力影响线。这种方法特别适用于大型杆系结构指定截面内力影响线的计算。
2003, 20(5): 100-105.
摘要:
采用了数值有限元和弹塑性理论解析方法,对某海洋平台结构受大型船舶冲撞的斜撑受损构件进行承载能力分析,同时对灌浆卡箍维修方案进行了理论分析与数值计算,分析评价了灌浆卡箍的修理方法。利用混凝土强度理论von Mises破坏准则,建立灌浆卡箍的轴向受拉、轴向受压和面内弯矩作用下的非线性有限元模型进行计算,与理论分析所得的承载能力设计值比较表明,灌浆卡箍的轴向抗拉、抗压承载能力要比原钢管强,但其抗弯承载能力不如原钢管。对照APIRP2A规范提供的设计值进行分析比较表明,其加固方案是安全的,用它进行海洋平台结构受损构件的承载能力及加固分析是可行的。
采用了数值有限元和弹塑性理论解析方法,对某海洋平台结构受大型船舶冲撞的斜撑受损构件进行承载能力分析,同时对灌浆卡箍维修方案进行了理论分析与数值计算,分析评价了灌浆卡箍的修理方法。利用混凝土强度理论von Mises破坏准则,建立灌浆卡箍的轴向受拉、轴向受压和面内弯矩作用下的非线性有限元模型进行计算,与理论分析所得的承载能力设计值比较表明,灌浆卡箍的轴向抗拉、抗压承载能力要比原钢管强,但其抗弯承载能力不如原钢管。对照APIRP2A规范提供的设计值进行分析比较表明,其加固方案是安全的,用它进行海洋平台结构受损构件的承载能力及加固分析是可行的。
2003, 20(5): 106-109.
摘要:
经典板壳单元是由板壳理论构造出来的,而经典的板壳理论是在空间弹性理论的基础上考虑板壳的基本假定得来的。在空间等参数单元的基础上,直接引入板壳的基本假定,修改空间等参数单元的弹性矩阵,从而构造出适合于厚薄板壳分析的20结点实体退化板单元,并将其应用于开口圆柱薄壳的静力分析和厚薄板的固有振动分析。数值算例表明,该单元收敛快,稳定性好,具有较高的精度。此外,该单元还可以用于曲边变厚度板、壳体及层合板的振动分析。
经典板壳单元是由板壳理论构造出来的,而经典的板壳理论是在空间弹性理论的基础上考虑板壳的基本假定得来的。在空间等参数单元的基础上,直接引入板壳的基本假定,修改空间等参数单元的弹性矩阵,从而构造出适合于厚薄板壳分析的20结点实体退化板单元,并将其应用于开口圆柱薄壳的静力分析和厚薄板的固有振动分析。数值算例表明,该单元收敛快,稳定性好,具有较高的精度。此外,该单元还可以用于曲边变厚度板、壳体及层合板的振动分析。
2003, 20(5): 110-113.
摘要:
提出了一种在铝合金构件应变疲劳分析中,计算局部应力和应变变程的新方法。这种方法称作应力功恒等法。采用这种新方法,计算了2024-T42铝合金试件在恒幅循环载荷作用下的疲劳寿命,并将疲劳寿命计算结果与试验结果进行了对比分析。对比分析结果表明,采用这种新方法计算构件应力集中处的局部应力和应变变程,具有较高的计算精度。
提出了一种在铝合金构件应变疲劳分析中,计算局部应力和应变变程的新方法。这种方法称作应力功恒等法。采用这种新方法,计算了2024-T42铝合金试件在恒幅循环载荷作用下的疲劳寿命,并将疲劳寿命计算结果与试验结果进行了对比分析。对比分析结果表明,采用这种新方法计算构件应力集中处的局部应力和应变变程,具有较高的计算精度。
2003, 20(5): 114-120.
摘要:
首次将Bayes参数估计理论引入大体积混凝土不稳定温度场热学参数随机反演问题,建立了可考虑时间累计效应的Bayes参数反演误差函数,并首次将优化理论中的变尺度法应用于该反演问题,推导了相应的计算公式,同时给出了热学参数反演的计算步骤,通过一典型分析得出了若干有益结论。
首次将Bayes参数估计理论引入大体积混凝土不稳定温度场热学参数随机反演问题,建立了可考虑时间累计效应的Bayes参数反演误差函数,并首次将优化理论中的变尺度法应用于该反演问题,推导了相应的计算公式,同时给出了热学参数反演的计算步骤,通过一典型分析得出了若干有益结论。
2003, 20(5): 121-123.
摘要:
圆筒形预应力结构的锚索间距s和单束锚索张拉力P如设计不当,往往会导致预应力轴向分布不均匀,预应力施加过程中会出现环向裂缝。对单束锚索作用下结构内力M、Q、w、q的计算方法进行了简单分析,提出了确定锚索间距的弹性力学叠加公式,并根据工程实例对锚索作用的影响范围和内力变化规律进行了对比验证。结果表明,理论分析成果和现场实测结果是比较吻合的,二者相差不超过5%。提出的叠加公式可用于实际工程的计算分析。
圆筒形预应力结构的锚索间距s和单束锚索张拉力P如设计不当,往往会导致预应力轴向分布不均匀,预应力施加过程中会出现环向裂缝。对单束锚索作用下结构内力M、Q、w、q的计算方法进行了简单分析,提出了确定锚索间距的弹性力学叠加公式,并根据工程实例对锚索作用的影响范围和内力变化规律进行了对比验证。结果表明,理论分析成果和现场实测结果是比较吻合的,二者相差不超过5%。提出的叠加公式可用于实际工程的计算分析。
2003, 20(5): 124-129.
摘要:
分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能,首次把支座和桥梁结构纳入至一个系统中,并考虑其相互影响和相互作用。利用大型通用结构分析软件(ANSYS),对采用铅芯橡胶支座(LRB)隔震的桥梁输入了多条实际地震波进行时程分析,系统地讨论了隔震桥梁的减震性能,得出了一些有意义的结论。
分别利用非线性水平和转动弹簧单元来模拟减隔震支座和桥墩延性塑性铰的非线性性能,首次把支座和桥梁结构纳入至一个系统中,并考虑其相互影响和相互作用。利用大型通用结构分析软件(ANSYS),对采用铅芯橡胶支座(LRB)隔震的桥梁输入了多条实际地震波进行时程分析,系统地讨论了隔震桥梁的减震性能,得出了一些有意义的结论。
2003, 20(5): 130-133.
摘要:
在假设岩体为各向同性的弹性体,只承受自重应力作用,并对其进行截头喇叭曲面开挖情况下,以喇叭曲面形边坡上环岩体为力学模型,分析其临界下滑时的应力状态,并以库仑准则作为环岩体的破坏准则,推导出了深凹边坡的稳定性坡角α与岩体的内摩擦角φ,内粘聚力C,容重γ,及边坡的水平半径r之间的联系关系式。该式表明了深凹边坡的稳定性坡角可随着开挖深度增加而增大的空间力学原理,它为采用减少深凹露天矿底部废石剥离量的凸曲线形边坡奠定了理论基础,也为确定其边坡的合理形状提供了初步方法。
在假设岩体为各向同性的弹性体,只承受自重应力作用,并对其进行截头喇叭曲面开挖情况下,以喇叭曲面形边坡上环岩体为力学模型,分析其临界下滑时的应力状态,并以库仑准则作为环岩体的破坏准则,推导出了深凹边坡的稳定性坡角α与岩体的内摩擦角φ,内粘聚力C,容重γ,及边坡的水平半径r之间的联系关系式。该式表明了深凹边坡的稳定性坡角可随着开挖深度增加而增大的空间力学原理,它为采用减少深凹露天矿底部废石剥离量的凸曲线形边坡奠定了理论基础,也为确定其边坡的合理形状提供了初步方法。
2003, 20(5): 134-138.
摘要:
构造了用于复合材料偏心加筋壳形结构大变形分析的任意加筋壳单元。在此模型中,肋骨连同壳的整体被视为一个单元偏心加筋壳单元。肋骨可放在壳单元内的任意位置和任意方向。所构造单元的特点是在网格划分时,可不必考虑肋骨的位置,这就给网格划分带来了很大的灵活性。在壳和肋骨的方程中,引用Von-Karman大变形理论计及几何非线性的影响,按照Mindlin-Reissner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。
构造了用于复合材料偏心加筋壳形结构大变形分析的任意加筋壳单元。在此模型中,肋骨连同壳的整体被视为一个单元偏心加筋壳单元。肋骨可放在壳单元内的任意位置和任意方向。所构造单元的特点是在网格划分时,可不必考虑肋骨的位置,这就给网格划分带来了很大的灵活性。在壳和肋骨的方程中,引用Von-Karman大变形理论计及几何非线性的影响,按照Mindlin-Reissner一阶剪切变形理论考虑横向剪切变形。
2003, 20(5): 139-143.
摘要:
数值模拟研究了在二维轴对称情形下,超音速等离子体射流喷射于常压环境中的湍流流动,其中考虑了等离子体物性随温度的大幅度变化,还考虑了粘性耗散。等离子体射流的数学模型采用了Navier-Stockes方程,对湍流的模拟采用了κ-ε方程。计算方法以SIMPLER方法为基础,引入密度修正,得到适用于可压缩流体的p＇方程和p＂方程。p＇方程用来更新现有压力场和密度场,p＂方程用来修正速度场以保证质量守恒。计算结果对常压下超音速等离子体射流的进一步研究有重要的参考价值
数值模拟研究了在二维轴对称情形下,超音速等离子体射流喷射于常压环境中的湍流流动,其中考虑了等离子体物性随温度的大幅度变化,还考虑了粘性耗散。等离子体射流的数学模型采用了Navier-Stockes方程,对湍流的模拟采用了κ-ε方程。计算方法以SIMPLER方法为基础,引入密度修正,得到适用于可压缩流体的p＇方程和p＂方程。p＇方程用来更新现有压力场和密度场,p＂方程用来修正速度场以保证质量守恒。计算结果对常压下超音速等离子体射流的进一步研究有重要的参考价值
2003, 20(5): 144-148.
摘要:
计算了层流状态下扭曲椭圆管内的流动与换热情况。在保持其它参数不变的情况下,管内的Nu随着Pr和Re的增大而增大,随着扭曲比S/B和椭圆的短轴与长轴之比B/A的增大而减小。并且在Re<500, Pr<200的范围内,强化换热效果非常明显。并且,Pr越大,η也就越大,表明扭曲椭圆管特别适用于大Pr和层流状态下的换热强化。从温度场和流场耦合的角度来看,层流状态下换热得以强化的原因在于扭曲管内的流体发生旋转,产生的二次流使得流体存在指向壁面的分速度,提高了壁面的温度梯度,增强了截面上的速度和温度分布的均匀性。
计算了层流状态下扭曲椭圆管内的流动与换热情况。在保持其它参数不变的情况下,管内的Nu随着Pr和Re的增大而增大,随着扭曲比S/B和椭圆的短轴与长轴之比B/A的增大而减小。并且在Re<500, Pr<200的范围内,强化换热效果非常明显。并且,Pr越大,η也就越大,表明扭曲椭圆管特别适用于大Pr和层流状态下的换热强化。从温度场和流场耦合的角度来看,层流状态下换热得以强化的原因在于扭曲管内的流体发生旋转,产生的二次流使得流体存在指向壁面的分速度,提高了壁面的温度梯度,增强了截面上的速度和温度分布的均匀性。
2003, 20(5): 149-154.
摘要:
研究了圆柱钢杆内导波的传播及其频散特性。通过实验验证了杆中“直达纵波”这一现象并对其进行了分析,同时利用所建立的实验系统,对2320mm长圆柱钢杆表面的人工缺陷进行了检测。结果表明,在特定频率处,选择L(0,1)模态的超声导波检测钢杆中的缺陷是可行的。
研究了圆柱钢杆内导波的传播及其频散特性。通过实验验证了杆中“直达纵波”这一现象并对其进行了分析,同时利用所建立的实验系统,对2320mm长圆柱钢杆表面的人工缺陷进行了检测。结果表明,在特定频率处,选择L(0,1)模态的超声导波检测钢杆中的缺陷是可行的。
2003, 20(5): 155-162.
摘要:
桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。近代非线性有限元技术为该问题的求解提供了有效的工具。简述了该技术的基本原理,并基于整船整桥模型对一艘4万吨实船与桥梁的碰撞过程进行了计算。仿真结果显示了船艏结构损坏、碰撞力演变、能量传递和桥墩内部应力变化的详细情景,讨论了船-桥碰撞的力学特征。演示的方法比传统的经验公式和简化解析法提供更为精确的结果。所提供的桥墩应力状态对桥梁的设计与碰撞后的损伤评估有重要参数价值。
桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。近代非线性有限元技术为该问题的求解提供了有效的工具。简述了该技术的基本原理,并基于整船整桥模型对一艘4万吨实船与桥梁的碰撞过程进行了计算。仿真结果显示了船艏结构损坏、碰撞力演变、能量传递和桥墩内部应力变化的详细情景,讨论了船-桥碰撞的力学特征。演示的方法比传统的经验公式和简化解析法提供更为精确的结果。所提供的桥墩应力状态对桥梁的设计与碰撞后的损伤评估有重要参数价值。
2003, 20(5): 163-169.
摘要:
根据水轮发电机现场振动测试实验数据,采用改进的遗传算法研究了水轮发电机运行过程中振动荷载反演问题。与传统的参数反演方法相比,遗传算法并不是基于对目标函数梯度方向搜索,而是在解的整个区域随机搜索.将遗传算法与模拟退火算法相结合,提高了种群在进化过程中个体多样性,可以有效地防止简单遗传算法早熟问题。同时,将遗传算法与梯度优化方法相结合,使得混合型遗传算法有效地解决了梯度算法局部极小问题和简单遗传算法的收敛速度慢问题。工程实际应用表明,采用本文所建立改进遗传算法所反演的水轮发电机振动荷载参数,预报其它振动观测点的位移具有较高的预报精度。
根据水轮发电机现场振动测试实验数据,采用改进的遗传算法研究了水轮发电机运行过程中振动荷载反演问题。与传统的参数反演方法相比,遗传算法并不是基于对目标函数梯度方向搜索,而是在解的整个区域随机搜索.将遗传算法与模拟退火算法相结合,提高了种群在进化过程中个体多样性,可以有效地防止简单遗传算法早熟问题。同时,将遗传算法与梯度优化方法相结合,使得混合型遗传算法有效地解决了梯度算法局部极小问题和简单遗传算法的收敛速度慢问题。工程实际应用表明,采用本文所建立改进遗传算法所反演的水轮发电机振动荷载参数,预报其它振动观测点的位移具有较高的预报精度。
2003, 20(5): 170-173.
摘要:
基于塑性损伤本构理论,将损伤变量作为内变量,在Drucker-Prager本构模型中引入损伤变量,考虑材料损伤引起的材料劲度的退化,基于非关联流动法则计算材料的塑性应变,根据材料的有效塑性应变计算损伤量,考虑到张开裂缝闭合时材料弹性劲度的恢复,推导了考虑塑性损伤的混凝土动态本构关系,并给出了内变量的计算步骤和动力方程的迭代格式。最后利用建立的动态本构模型对Koyna重力坝进行了非线性地震响应时程分析,并给出了关键时刻坝体最大受拉损伤分布,结果表明在坝颈和坝基处出现了较大的损伤,坝颈处的损伤最终形成由下游向上游的开裂破坏,这与该坝的实际震害较为一致。
基于塑性损伤本构理论,将损伤变量作为内变量,在Drucker-Prager本构模型中引入损伤变量,考虑材料损伤引起的材料劲度的退化,基于非关联流动法则计算材料的塑性应变,根据材料的有效塑性应变计算损伤量,考虑到张开裂缝闭合时材料弹性劲度的恢复,推导了考虑塑性损伤的混凝土动态本构关系,并给出了内变量的计算步骤和动力方程的迭代格式。最后利用建立的动态本构模型对Koyna重力坝进行了非线性地震响应时程分析,并给出了关键时刻坝体最大受拉损伤分布,结果表明在坝颈和坝基处出现了较大的损伤,坝颈处的损伤最终形成由下游向上游的开裂破坏,这与该坝的实际震害较为一致。
2003, 20(5): 174-178.
摘要:
在地面竖向简谐集中力作用下,利用轴对称有限元-无限元耦合模型计算了地表动力响应的相频特性,并由此系统地考察了由两点相位差确定R波速度的影响因素及其规律性。对匀质弹性地基的研究结果表明,为保证由不作P波和S波滤波处理的实测地表信号相位差求出的R波速度具有足够高的精度,点-源距和测点间距必须满足一定的要求;对高饱和度地基及当测点间距较小时,目前对振源和测点布置的常见做法会使检测结果出现较大的误差。结论对地基波速检测的面波法现场工作方法具有重要的指导意义。
在地面竖向简谐集中力作用下,利用轴对称有限元-无限元耦合模型计算了地表动力响应的相频特性,并由此系统地考察了由两点相位差确定R波速度的影响因素及其规律性。对匀质弹性地基的研究结果表明,为保证由不作P波和S波滤波处理的实测地表信号相位差求出的R波速度具有足够高的精度,点-源距和测点间距必须满足一定的要求;对高饱和度地基及当测点间距较小时,目前对振源和测点布置的常见做法会使检测结果出现较大的误差。结论对地基波速检测的面波法现场工作方法具有重要的指导意义。
2003, 20(5): 179-184.
摘要:
根据柱支承浅网壳预应力施工阶段的特点和要求,设计了一种施工阶段可滑移的层合板式橡胶支座,并提出了相应的有限单元模型。分析模型在水平方向上类似于考虑了滑移作用的接触单元。为方便非线性问题的编程计算,采用双曲正切函数对单元算式进行了连续化处理。文中结合具体工程进行了施工力学分析,计算结果与实测数据符合较好。
根据柱支承浅网壳预应力施工阶段的特点和要求,设计了一种施工阶段可滑移的层合板式橡胶支座,并提出了相应的有限单元模型。分析模型在水平方向上类似于考虑了滑移作用的接触单元。为方便非线性问题的编程计算,采用双曲正切函数对单元算式进行了连续化处理。文中结合具体工程进行了施工力学分析,计算结果与实测数据符合较好。
2003, 20(5): 185-189.
摘要:
为了解非局部模型在模拟应变软化现象时的客观性,文中首先介绍了几种常用的非局部模型,而后针对一个受拉杆问题,采用解析方法研究这些非局部模型能否解决进行应变软化问题数值模拟时存在的两个问题:网格依赖性和零能量消耗问题,得到了杆端位移关于应力、网格尺寸的表达式,并用图解表明这种关系。发现有的模型能够较好地解决这两个问题,而有些模型却不能克服这两个问题,解答也不能客观地反映结构的实际响应。因此有必要进一步深入研究非局部模型。
为了解非局部模型在模拟应变软化现象时的客观性,文中首先介绍了几种常用的非局部模型,而后针对一个受拉杆问题,采用解析方法研究这些非局部模型能否解决进行应变软化问题数值模拟时存在的两个问题:网格依赖性和零能量消耗问题,得到了杆端位移关于应力、网格尺寸的表达式,并用图解表明这种关系。发现有的模型能够较好地解决这两个问题,而有些模型却不能克服这两个问题,解答也不能客观地反映结构的实际响应。因此有必要进一步深入研究非局部模型。
2003, 20(5): 190-193.
摘要:
对二维平面应力问题,根据能量耗散等价假设,即当产生微裂纹所需能量等于形成损伤所需的能量时,细观损伤状态等价于宏观损伤状态,建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系。微裂纹扩展准则采用复合型准则。计算结果表明,混凝土双轴受拉发生破坏时的损伤值随横向拉应力的增大而增大。本文求得的有效弹性模量与细观力学的SCM结果吻合较好,与忽略相互作用的Taylor方法结果也基本吻合。
对二维平面应力问题,根据能量耗散等价假设,即当产生微裂纹所需能量等于形成损伤所需的能量时,细观损伤状态等价于宏观损伤状态,建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系。微裂纹扩展准则采用复合型准则。计算结果表明,混凝土双轴受拉发生破坏时的损伤值随横向拉应力的增大而增大。本文求得的有效弹性模量与细观力学的SCM结果吻合较好,与忽略相互作用的Taylor方法结果也基本吻合。
2003, 20(5): 194-199.
摘要:
在继承现有试验成果的基础上,将广义变分原理应用于铁路无缝道岔结构体系的分析,提出了一种新的铁路无缝道岔计算理论。建立了较为完善的计算模型,在假设钢轨纵向位移函数的基础上,计算了无缝道岔结构体系各部分的能量,通过广义变分法建立了结构体系的平衡方程,编制了计算程序,分析了固定辙叉无缝道岔钢轨温度力与位移。为无缝道岔计算理论和设计方法的研究开辟一条新途径。
在继承现有试验成果的基础上,将广义变分原理应用于铁路无缝道岔结构体系的分析,提出了一种新的铁路无缝道岔计算理论。建立了较为完善的计算模型,在假设钢轨纵向位移函数的基础上,计算了无缝道岔结构体系各部分的能量,通过广义变分法建立了结构体系的平衡方程,编制了计算程序,分析了固定辙叉无缝道岔钢轨温度力与位移。为无缝道岔计算理论和设计方法的研究开辟一条新途径。
2003, 20(5): 200-203.
摘要:
研究涡激振动的有限元计算。应用条带假设和在锁定响应时涡激作用力的Scanlan第二经验模型可以实现涡激作用力在时间和空间上的离散化;由于涡脱落激励中复杂的结构与尾流相互作用,使振动方程具有非线性的时间与频率混合项,为此本文推导了时频域混合变换的AFT方法计算涡激振动的时程响应。与传统的连续模型和随机振动理论计算涡激响应方法相比,具有更高的适应性。
研究涡激振动的有限元计算。应用条带假设和在锁定响应时涡激作用力的Scanlan第二经验模型可以实现涡激作用力在时间和空间上的离散化;由于涡脱落激励中复杂的结构与尾流相互作用,使振动方程具有非线性的时间与频率混合项,为此本文推导了时频域混合变换的AFT方法计算涡激振动的时程响应。与传统的连续模型和随机振动理论计算涡激响应方法相比,具有更高的适应性。
2003, 20(5): 204-208.
摘要:
采用解析方法,建立了纯粘土边坡(φ=0)圆弧滑裂时安全系数的解析表达式;利用函数取极值的条件,提出了通过求解一代数方程组来确定边坡的临界滑裂面和最小安全系数的方法;并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。
采用解析方法,建立了纯粘土边坡(φ=0)圆弧滑裂时安全系数的解析表达式;利用函数取极值的条件,提出了通过求解一代数方程组来确定边坡的临界滑裂面和最小安全系数的方法;并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。
