2004年 第21卷 第4期
2004, 21(4): 1-5.
摘要:
将薄板哈密顿变分原理及其泛函∏H(w,Mx,Ψx,Vx)推广为含两个可选参数η1和η2的薄板哈密顿含参变分原理及其含参泛函∏Hη1η2(w,Mx,Ψx,Vx).其推导过程为:首先将薄板Hellinger-Reissner变分原理及其泛函∏HR(w,{M})推广为含可选参数的薄板Hellinger-Reissner含参变分原理及其含参泛函∏HRη1(w,{M}).然后采用消元法(消去变量My和Mxy)和换元乘子法(增加变量Ψx和Vx)由含参泛函∏HRη1(w,{M})导出含两个可选参数的薄板哈密顿含参泛函∏Hη1η2(w,Mx,Ψx,Vx).含参变分原理是多种变分原理的组合形式,并使多种变分原理之间得到沟通和融合.通过对参数η1和η2的合理选取和赋值,可以得到含参泛函的多种退化形式,为建立多种有限元模型创造条件.
将薄板哈密顿变分原理及其泛函∏H(w,Mx,Ψx,Vx)推广为含两个可选参数η1和η2的薄板哈密顿含参变分原理及其含参泛函∏Hη1η2(w,Mx,Ψx,Vx).其推导过程为:首先将薄板Hellinger-Reissner变分原理及其泛函∏HR(w,{M})推广为含可选参数的薄板Hellinger-Reissner含参变分原理及其含参泛函∏HRη1(w,{M}).然后采用消元法(消去变量My和Mxy)和换元乘子法(增加变量Ψx和Vx)由含参泛函∏HRη1(w,{M})导出含两个可选参数的薄板哈密顿含参泛函∏Hη1η2(w,Mx,Ψx,Vx).含参变分原理是多种变分原理的组合形式,并使多种变分原理之间得到沟通和融合.通过对参数η1和η2的合理选取和赋值,可以得到含参泛函的多种退化形式,为建立多种有限元模型创造条件.
2004, 21(4): 6-12,5.
摘要:
利用复模量阻尼理论研究粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器与斜撑串联的复合阻尼元件对结构减振效果的参数影响及耗能减振体系反应分析的简化计算方法.首先,采用复模量方法对两类阻尼器与斜撑串联的复合元件阻尼特性进行了分析;然后确定了影响阻尼器减振效果的复模量参数,得到了耗能减振系统中阻尼器实际发挥作用的参数影响量化关系式;第三,建立了阻尼器与斜撑串联的复合元件等效模型,提出了速度相关型耗能减振体系反应分析的简化方法;最后,通过对单自由度耗能减振体系的地震反应进行数值计算,验证了简化分析方法具有良好的计算精度.
利用复模量阻尼理论研究粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器与斜撑串联的复合阻尼元件对结构减振效果的参数影响及耗能减振体系反应分析的简化计算方法.首先,采用复模量方法对两类阻尼器与斜撑串联的复合元件阻尼特性进行了分析;然后确定了影响阻尼器减振效果的复模量参数,得到了耗能减振系统中阻尼器实际发挥作用的参数影响量化关系式;第三,建立了阻尼器与斜撑串联的复合元件等效模型,提出了速度相关型耗能减振体系反应分析的简化方法;最后,通过对单自由度耗能减振体系的地震反应进行数值计算,验证了简化分析方法具有良好的计算精度.
2004, 21(4): 13-16.
摘要:
对线性定常结构动力系统提出的精细积分方法,能够得到在数值上逼近于精确解的结果,但是对于非齐次动力方程涉及到矩阵求逆的困难,计算精度取决于非齐次项的拟合精度等问题.提出将高斯积分方法与精细积分方法中的指数矩阵运算技巧结合起来,在实施精细积分过程中不必进行矩阵求逆,整个积分方法的精度取决于所选高斯积分点的数量.这种方法理论上可实现任意高精度,而且计算效率较高,数值例题显示了方法的有效性.
对线性定常结构动力系统提出的精细积分方法,能够得到在数值上逼近于精确解的结果,但是对于非齐次动力方程涉及到矩阵求逆的困难,计算精度取决于非齐次项的拟合精度等问题.提出将高斯积分方法与精细积分方法中的指数矩阵运算技巧结合起来,在实施精细积分过程中不必进行矩阵求逆,整个积分方法的精度取决于所选高斯积分点的数量.这种方法理论上可实现任意高精度,而且计算效率较高,数值例题显示了方法的有效性.
2004, 21(4): 17-21.
摘要:
金泉林等提出的超塑性本构关系考虑了三种微观变形机制和晶粒生长过程,但单纯依靠实验很难准确的测定该本构关系的材料参数.应用遗传算法和Levenberg-Marquardt算法,以Ti-6Al-4V为例,识别该超塑性本构关系中的材料参数.计算结果和实验结果符合的很好.最后讨论了各种微观变形机制的体积分数与应变、应变率和晶粒尺寸之间的关系,发现在大部分情况下扩散蠕变机制对超塑变形的贡献可以忽略.
金泉林等提出的超塑性本构关系考虑了三种微观变形机制和晶粒生长过程,但单纯依靠实验很难准确的测定该本构关系的材料参数.应用遗传算法和Levenberg-Marquardt算法,以Ti-6Al-4V为例,识别该超塑性本构关系中的材料参数.计算结果和实验结果符合的很好.最后讨论了各种微观变形机制的体积分数与应变、应变率和晶粒尺寸之间的关系,发现在大部分情况下扩散蠕变机制对超塑变形的贡献可以忽略.
2004, 21(4): 22-27.
摘要:
通过12根加固钢筋混凝土方柱的轴心受压试验和有限元分析的结果,确定了碳纤维布约束混凝土方柱在轴心受压作用下的计算模型,并提出两种碳纤维布约束混凝土方柱的承载力计算方法,两种方法的计算结果与试验结果吻合的较好,研究结果可供工程应用参考.
通过12根加固钢筋混凝土方柱的轴心受压试验和有限元分析的结果,确定了碳纤维布约束混凝土方柱在轴心受压作用下的计算模型,并提出两种碳纤维布约束混凝土方柱的承载力计算方法,两种方法的计算结果与试验结果吻合的较好,研究结果可供工程应用参考.
2004, 21(4): 28-33.
摘要:
结合优化技术和边界元分析,针对正交各向异性孔板进行了材料参数的识别.材料参数识别的问题转化为极小化目标函数的问题,其中目标函数定义为测量位移与边界元计算相应的位移之差的平方和.采用Levenberg-Marquardt方法解极小化目标函数的问题,其中灵敏度的计算是基于离散的边界元代数矩阵方程对识别材料参数的求导.数值算例中,首先把边界元计算正交各向异性圆孔方板位移的结果与解析解进行比较,两者符合良好;然后采用本文提出的方法识别正交各向异性圆孔方板的材料参数.数值算例表明本文提出的方法是有效的.
结合优化技术和边界元分析,针对正交各向异性孔板进行了材料参数的识别.材料参数识别的问题转化为极小化目标函数的问题,其中目标函数定义为测量位移与边界元计算相应的位移之差的平方和.采用Levenberg-Marquardt方法解极小化目标函数的问题,其中灵敏度的计算是基于离散的边界元代数矩阵方程对识别材料参数的求导.数值算例中,首先把边界元计算正交各向异性圆孔方板位移的结果与解析解进行比较,两者符合良好;然后采用本文提出的方法识别正交各向异性圆孔方板的材料参数.数值算例表明本文提出的方法是有效的.
2004, 21(4): 34-38.
摘要:
由于中国国家大剧院结构体量大,针对其中的钢管混凝土柱进行了有限元简化分析,根据等侧向刚度原则,用等效的普通钢筋混凝土柱代替钢管混凝土柱进行单元简化,然后采用有限元法与公式计算进行对比,证明了钢管混凝土柱有限元简化方法是精确可靠的,该法有效地控制了结构的总自由度数,保证了整体分析的精度及整个结构分析工作的顺利进行.结论对今后进行类似大型结构分析工作具有一定的指导意义.
由于中国国家大剧院结构体量大,针对其中的钢管混凝土柱进行了有限元简化分析,根据等侧向刚度原则,用等效的普通钢筋混凝土柱代替钢管混凝土柱进行单元简化,然后采用有限元法与公式计算进行对比,证明了钢管混凝土柱有限元简化方法是精确可靠的,该法有效地控制了结构的总自由度数,保证了整体分析的精度及整个结构分析工作的顺利进行.结论对今后进行类似大型结构分析工作具有一定的指导意义.
2004, 21(4): 39-44.
摘要:
现浇钢筋混凝土结构施工期间,新浇楼板的混凝土自重荷载和施工活荷载,由模板支撑体系与早龄期钢筋混凝土结构组成的临时承载体系,即时变结构体系承担.对其受力性能的认识不足,设计分析理论的欠缺,导致施工期工程质量事故和倒塌事故频繁发生.基于施工时变结构体系中的早龄期钢筋混凝土结构是建筑结构设计产品的早期形态,不可能因施工而更改永久构件的观点,提出了早龄期钢筋混凝土结构验算与模板支撑系统设计相结合的钢筋混凝土结构施工短暂状况设计分析原则.基于理论分析和现场实测以及对模板支撑施工误差和时变结构体系承担施工荷载的随机性的认识,建立了钢筋混凝土结构施工期设计分析方法,并用钢筋混凝土结构施工期设计分析的实例加以说明.
现浇钢筋混凝土结构施工期间,新浇楼板的混凝土自重荷载和施工活荷载,由模板支撑体系与早龄期钢筋混凝土结构组成的临时承载体系,即时变结构体系承担.对其受力性能的认识不足,设计分析理论的欠缺,导致施工期工程质量事故和倒塌事故频繁发生.基于施工时变结构体系中的早龄期钢筋混凝土结构是建筑结构设计产品的早期形态,不可能因施工而更改永久构件的观点,提出了早龄期钢筋混凝土结构验算与模板支撑系统设计相结合的钢筋混凝土结构施工短暂状况设计分析原则.基于理论分析和现场实测以及对模板支撑施工误差和时变结构体系承担施工荷载的随机性的认识,建立了钢筋混凝土结构施工期设计分析方法,并用钢筋混凝土结构施工期设计分析的实例加以说明.
2004, 21(4): 45-50.
摘要:
借鉴结构可靠度分析方法,给出了供水管网抗震功能可靠度分析的一次二阶矩方法.将渗漏面积作为供水管网管线震害的量化参数,使得震后供水管网的功能能够通过带渗漏供水管网的水力分析结果加以反映.通过引入供水管网系统随机水力模型,建立了渗漏面积为随机参数时管网节点水压的均值及方差计算格式.应用一次二阶矩方法,得到供水管网系统的抗震功能可靠度.通过实例分析反映了随机参数的相关系数对管网抗震可靠度的影响,并且比较了均值一次二阶矩法和改进一次二阶矩法的计算结果.
借鉴结构可靠度分析方法,给出了供水管网抗震功能可靠度分析的一次二阶矩方法.将渗漏面积作为供水管网管线震害的量化参数,使得震后供水管网的功能能够通过带渗漏供水管网的水力分析结果加以反映.通过引入供水管网系统随机水力模型,建立了渗漏面积为随机参数时管网节点水压的均值及方差计算格式.应用一次二阶矩方法,得到供水管网系统的抗震功能可靠度.通过实例分析反映了随机参数的相关系数对管网抗震可靠度的影响,并且比较了均值一次二阶矩法和改进一次二阶矩法的计算结果.
2004, 21(4): 51-56.
摘要:
回转窑运行中由于轴线偏移,支承载荷分配严重不均,托轮轴疲劳断裂现象频繁.本文通过对回转窑托轮轴进行力学分析,导出托轮轴危险截面等效应力幅的计算方法;结合现场实例分析表明,托轮轴疲劳强度主要受对应载荷的影响,等效应力幅与所受载荷成良好的线性关系;从而根据支承系统载荷分配与运行轴线偏差的关系,得到支承系统疲劳强度与轴线偏差的线性关系式,对关系式进一步分析,得出一些有益的结论.
回转窑运行中由于轴线偏移,支承载荷分配严重不均,托轮轴疲劳断裂现象频繁.本文通过对回转窑托轮轴进行力学分析,导出托轮轴危险截面等效应力幅的计算方法;结合现场实例分析表明,托轮轴疲劳强度主要受对应载荷的影响,等效应力幅与所受载荷成良好的线性关系;从而根据支承系统载荷分配与运行轴线偏差的关系,得到支承系统疲劳强度与轴线偏差的线性关系式,对关系式进一步分析,得出一些有益的结论.
2004, 21(4): 57-65.
摘要:
将动态断裂力学的基本原理、基本方法和止裂判据与壳体动力学的有限元方法相结合,形成了求解输气管道裂纹扩展问题的数值分析方法.对于高韧性钢,塑性功卸载引起的热耗散不可忽略.为此根据瞬态裂纹扩展条件下的整体能量平衡方程,在有限元中构造了求解瞬时速度的迭代算法.其中以材料的热耗散比率为主要构成的动态断裂韧性由实验测得,在计算中作为裂纹扩展速度的函数代入,形成韧性减速机理.为了给出计算需要的参数,推导了双试件DWTT法测定热耗散比率的公式.
将动态断裂力学的基本原理、基本方法和止裂判据与壳体动力学的有限元方法相结合,形成了求解输气管道裂纹扩展问题的数值分析方法.对于高韧性钢,塑性功卸载引起的热耗散不可忽略.为此根据瞬态裂纹扩展条件下的整体能量平衡方程,在有限元中构造了求解瞬时速度的迭代算法.其中以材料的热耗散比率为主要构成的动态断裂韧性由实验测得,在计算中作为裂纹扩展速度的函数代入,形成韧性减速机理.为了给出计算需要的参数,推导了双试件DWTT法测定热耗散比率的公式.
2004, 21(4): 66-74.
摘要:
针对由不同特性物体所组成的多体系统,探讨了能够涵盖各种变形状态和运动形式的广义有限单元模式及其插值函数形式.对于多体接触问题,发展了能够合理描述界面特性的接触力元模型,即采用某种应力插值函数将界面上的相互作用力由接触对上的接触应力来表达,并将接触对上的接触应力当作需满足界面上屈服准则与流动法则等状态控制条件的参变量,将其作为约束条件加入系统控制方程.根据非连续变形系统的分区参变量最小势能变分原理,联立变分驻值条件与参变量的状态控制条件建立了多体系统非连续变形计算力学分析的基本控制方程,将问题最终归结为一个含有自由变量和等式约束条件的线性互补问题,对此发展了数值解法,并进行了多个算例的数值分析.计算结果表明该模型不仅能够对多体系统进行静、动力耦合分析,而且还能够模拟多体系统的变形与应力及接触界面上的接触应力和相对运动等复杂的非线性过程.
针对由不同特性物体所组成的多体系统,探讨了能够涵盖各种变形状态和运动形式的广义有限单元模式及其插值函数形式.对于多体接触问题,发展了能够合理描述界面特性的接触力元模型,即采用某种应力插值函数将界面上的相互作用力由接触对上的接触应力来表达,并将接触对上的接触应力当作需满足界面上屈服准则与流动法则等状态控制条件的参变量,将其作为约束条件加入系统控制方程.根据非连续变形系统的分区参变量最小势能变分原理,联立变分驻值条件与参变量的状态控制条件建立了多体系统非连续变形计算力学分析的基本控制方程,将问题最终归结为一个含有自由变量和等式约束条件的线性互补问题,对此发展了数值解法,并进行了多个算例的数值分析.计算结果表明该模型不仅能够对多体系统进行静、动力耦合分析,而且还能够模拟多体系统的变形与应力及接触界面上的接触应力和相对运动等复杂的非线性过程.
2004, 21(4): 75-80.
摘要:
基于共同作用理论,在导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程的基础上,利用桩-桩动力相互作用因子法获取了群桩的动力阻抗,对水平地震作用下群桩-土-上部结构的反应特性进行了较全面的分析.着重讨论并估计了群桩抽桩布置于体系动力反应的影响,通过数值计算分析,取得了一些有价值的认识,并认为受水平地震力作用桩承结构也可借鉴考虑竖向上、下部共同作用沉降优化的理念和思想来进行抽桩设计.
基于共同作用理论,在导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程的基础上,利用桩-桩动力相互作用因子法获取了群桩的动力阻抗,对水平地震作用下群桩-土-上部结构的反应特性进行了较全面的分析.着重讨论并估计了群桩抽桩布置于体系动力反应的影响,通过数值计算分析,取得了一些有价值的认识,并认为受水平地震力作用桩承结构也可借鉴考虑竖向上、下部共同作用沉降优化的理念和思想来进行抽桩设计.
2004, 21(4): 81-85,4.
摘要:
在基于直杆共轴碰撞理论建立的桥梁地震反应邻梁碰撞分析模型基础上,结合动量守恒定律和能量守恒定律,给出了与之等效的刚体碰撞模型,所定义的等效恢复系数r由l2/l1邻梁长度比和碰撞弹簧刚度比唯一决定.一座实际桥梁地震反应邻梁碰撞效应分析表明,等效刚体碰撞模型可以得到与弹性杆碰撞模型几乎一致的结果.
在基于直杆共轴碰撞理论建立的桥梁地震反应邻梁碰撞分析模型基础上,结合动量守恒定律和能量守恒定律,给出了与之等效的刚体碰撞模型,所定义的等效恢复系数r由l2/l1邻梁长度比和碰撞弹簧刚度比唯一决定.一座实际桥梁地震反应邻梁碰撞效应分析表明,等效刚体碰撞模型可以得到与弹性杆碰撞模型几乎一致的结果.
2004, 21(4): 86-90.
摘要:
从Helmholt自由能出发,建立了SMA材料在复杂应力状态下的热力学本构关系,并由此推导出SMA耗能弹簧的热力学本构关系;在Brinson相变发展方程的基础上,引入等效应力的概念后,建立了内变量马氏体百分数的发展方程.利用上述理论,结合普通金属弹簧的设计方法,建立了SMA耗能弹簧的设计方法;利用MATLAB编写的计算机程序进行了仿真计算.研究结果表明SMA耗能弹簧具有较好的耗能能力.本文建立的计算理论较好地吻合了其他学者的研究结果,适用于实际工程问题的理论分析,具有较大的适用价值.
从Helmholt自由能出发,建立了SMA材料在复杂应力状态下的热力学本构关系,并由此推导出SMA耗能弹簧的热力学本构关系;在Brinson相变发展方程的基础上,引入等效应力的概念后,建立了内变量马氏体百分数的发展方程.利用上述理论,结合普通金属弹簧的设计方法,建立了SMA耗能弹簧的设计方法;利用MATLAB编写的计算机程序进行了仿真计算.研究结果表明SMA耗能弹簧具有较好的耗能能力.本文建立的计算理论较好地吻合了其他学者的研究结果,适用于实际工程问题的理论分析,具有较大的适用价值.
2004, 21(4): 91-96.
摘要:
通过直接求解均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元自由振动的控制运动微分方程,推导了其精确的动态传递矩阵.采用Bernoulli-Euler弯扭耦合梁理论,假定梁横截面没有任何对称性,考虑了薄壁梁在两个方向的弯曲振动及翘曲刚度的影响.动态传递矩阵可以用于计算非对称薄壁梁及其集合体的精确固有频率和模态形状.针对具体的算例,给出了各种边界条件下固有频率的数值结果并与文献中已有的结果进行了比较,还讨论了翘曲刚度对固有频率和模态形状的影响,结果表明如果忽略翘曲刚度的影响,可能得到毫无意义的结果.
通过直接求解均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元自由振动的控制运动微分方程,推导了其精确的动态传递矩阵.采用Bernoulli-Euler弯扭耦合梁理论,假定梁横截面没有任何对称性,考虑了薄壁梁在两个方向的弯曲振动及翘曲刚度的影响.动态传递矩阵可以用于计算非对称薄壁梁及其集合体的精确固有频率和模态形状.针对具体的算例,给出了各种边界条件下固有频率的数值结果并与文献中已有的结果进行了比较,还讨论了翘曲刚度对固有频率和模态形状的影响,结果表明如果忽略翘曲刚度的影响,可能得到毫无意义的结果.
2004, 21(4): 97-100,.
摘要:
采用旅行时线性/二次联合插值射线追踪算法(QLTI算法)对包括直达波、折射波、透射波在内的多种射线进行追踪,得到井间层析成像的旅行时,它的突出优点是精度高.反演则引入了小生境遗传算法,对每个种群内的速度个体进行QLTI射线追踪后,通过目标函数的反馈信息,采用自适应控制交配概率和变异概率,搜索最优速度分布,最终得到若干个全局峰或局部峰,然后利用先验知识进行判断,得到满意解.数值模拟显示,这种方法可以处理复杂的介质模型,而且在复杂情况下反演解的稳定性、可靠性强.
采用旅行时线性/二次联合插值射线追踪算法(QLTI算法)对包括直达波、折射波、透射波在内的多种射线进行追踪,得到井间层析成像的旅行时,它的突出优点是精度高.反演则引入了小生境遗传算法,对每个种群内的速度个体进行QLTI射线追踪后,通过目标函数的反馈信息,采用自适应控制交配概率和变异概率,搜索最优速度分布,最终得到若干个全局峰或局部峰,然后利用先验知识进行判断,得到满意解.数值模拟显示,这种方法可以处理复杂的介质模型,而且在复杂情况下反演解的稳定性、可靠性强.
2004, 21(4): 101-105.
摘要:
介绍了Rosenbrock方法用于结构动力响应求解步骤,提出了一个新的单步Houbolt直接积分类方法,给出了这两种算法的理论分析,理论分析结果表明这两种算法都是有二阶精度、无条件稳定的单步方法,而且两种方法都有很强的稳定性(即L-稳定)、良好的超调特性,Rosenbrock方法还有好的耗散特性和弥散特性,而且算法步骤还很容易用于非线性问题.最后,对推荐的两种算法通过仿真大系统的两自由度问题、弹性杆的冲击问题和弹簧摆的非线性问题进行了数值分析,验证了理论分析结果,数值分析结果表明所推荐的两种方法适合于刚性、非线性结构动力学问题的分析.
介绍了Rosenbrock方法用于结构动力响应求解步骤,提出了一个新的单步Houbolt直接积分类方法,给出了这两种算法的理论分析,理论分析结果表明这两种算法都是有二阶精度、无条件稳定的单步方法,而且两种方法都有很强的稳定性(即L-稳定)、良好的超调特性,Rosenbrock方法还有好的耗散特性和弥散特性,而且算法步骤还很容易用于非线性问题.最后,对推荐的两种算法通过仿真大系统的两自由度问题、弹性杆的冲击问题和弹簧摆的非线性问题进行了数值分析,验证了理论分析结果,数值分析结果表明所推荐的两种方法适合于刚性、非线性结构动力学问题的分析.
2004, 21(4): 106-111.
摘要:
多体系统动力学方程分为两类形式,即微分方程和微分-代数方程.这两类方程都是针对大位移系统,并且方程呈强非线性.为研究多体系统小位移或振动问题,从多体系统动力学方程出发,讨论微分-代数方程线性化计算机代数问题.利用完全笛卡尔坐标描述多刚体系统,建立多刚体系统动力学微分-代数方程.利用逐步线性化方法和计算机代数,分别对多体系统微分-代数方程的广义质量阵,约束方程和广义力阵在平衡位置附近进行Taylor展开.给出一种基于完全笛卡尔坐标的多体系统动力学微分-代数方程符号线性化方法.最后通过两个算例验证该方法的有效性.
多体系统动力学方程分为两类形式,即微分方程和微分-代数方程.这两类方程都是针对大位移系统,并且方程呈强非线性.为研究多体系统小位移或振动问题,从多体系统动力学方程出发,讨论微分-代数方程线性化计算机代数问题.利用完全笛卡尔坐标描述多刚体系统,建立多刚体系统动力学微分-代数方程.利用逐步线性化方法和计算机代数,分别对多体系统微分-代数方程的广义质量阵,约束方程和广义力阵在平衡位置附近进行Taylor展开.给出一种基于完全笛卡尔坐标的多体系统动力学微分-代数方程符号线性化方法.最后通过两个算例验证该方法的有效性.
2004, 21(4): 112-117.
摘要:
研究当压电条同时与两个不同材料的弹性条粘接在一起,在反平面机械载荷及面内电载荷联合作用下,长度不变的有限Griffith 界面裂纹沿加层压电条界面以常速稳态扩展时裂尖的动态断裂问题.应用Fourier积分变换将问题化为以第二类Fredholm积分方程表示的对偶积分方程,导出了相应的动应力强度因子表达式.给出了动应力强度因子与裂纹传播速度、裂纹长度、压电条及弹性条厚度、电荷载大小及方向的关系曲线.研究结果对结构设计及结构失效的预防具有理论和应用价值.
研究当压电条同时与两个不同材料的弹性条粘接在一起,在反平面机械载荷及面内电载荷联合作用下,长度不变的有限Griffith 界面裂纹沿加层压电条界面以常速稳态扩展时裂尖的动态断裂问题.应用Fourier积分变换将问题化为以第二类Fredholm积分方程表示的对偶积分方程,导出了相应的动应力强度因子表达式.给出了动应力强度因子与裂纹传播速度、裂纹长度、压电条及弹性条厚度、电荷载大小及方向的关系曲线.研究结果对结构设计及结构失效的预防具有理论和应用价值.
2004, 21(4): 118-122.
摘要:
基于弹-粘塑性有限元方法,探讨了通过反分析来确定P. Perzyna粘塑性本构模型中反映岩体粘塑性变形的流动系数和屈服函数的函数的方法,并用实测数据检验了这一反分析方法的可行性.
基于弹-粘塑性有限元方法,探讨了通过反分析来确定P. Perzyna粘塑性本构模型中反映岩体粘塑性变形的流动系数和屈服函数的函数的方法,并用实测数据检验了这一反分析方法的可行性.
2004, 21(4): 123-127.
摘要:
完成了飞机结构铝合金LC4CS的2、4、8和14mm四种不同厚度试样在Ⅰ+Ⅱ复合加载条件下的复合型断裂实验,系统分析了厚度和复合载荷对裂纹起裂角的影响,揭示了常用复合型断裂准则的厚度适用范围,用三维断裂理论对结果进行了讨论.结果表明:复合型裂纹起裂角具有明显的厚度效应;最大周向应力准则能够准确预测薄试样和厚试样(厚度为2 mm 和14 mm)在各种复合加载条件下的起裂方向,但是不适用于中间厚度的试样,尤其是8 mm厚度的情况.最大三轴应力准则试图考虑裂纹尖端三维约束对裂纹起裂的影响,但是结果并不理想.最小应变能密度因子理论的预测结果与最大周向应力准则的预测结果非常接近,但同样不能预测8mm厚度试样的起裂方向.非常有必要建立一个普遍适用的三维复合型断裂准则.
完成了飞机结构铝合金LC4CS的2、4、8和14mm四种不同厚度试样在Ⅰ+Ⅱ复合加载条件下的复合型断裂实验,系统分析了厚度和复合载荷对裂纹起裂角的影响,揭示了常用复合型断裂准则的厚度适用范围,用三维断裂理论对结果进行了讨论.结果表明:复合型裂纹起裂角具有明显的厚度效应;最大周向应力准则能够准确预测薄试样和厚试样(厚度为2 mm 和14 mm)在各种复合加载条件下的起裂方向,但是不适用于中间厚度的试样,尤其是8 mm厚度的情况.最大三轴应力准则试图考虑裂纹尖端三维约束对裂纹起裂的影响,但是结果并不理想.最小应变能密度因子理论的预测结果与最大周向应力准则的预测结果非常接近,但同样不能预测8mm厚度试样的起裂方向.非常有必要建立一个普遍适用的三维复合型断裂准则.
2004, 21(4): 128-132.
摘要:
利用Φ74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变率效应.入射的压缩波通过压杆透入试件并反射成拉伸波而形成层裂.实验中采取在试件上多点贴应变片,讨论了应力波在混凝土试件中传播的波形弥散和幅值衰减,并在考虑了损伤演化影响的基础上确定了试件材料的层裂强度.对某种普通混凝土在不同应变率下的测试显示层裂强度受应变率影响明显.结果表明,本文提出了一种测定混凝土层裂强度的有效方法.
利用Φ74大尺寸Hopkinson压杆和混凝土长杆试件研究了混凝土材料的层裂强度及其应变率效应.入射的压缩波通过压杆透入试件并反射成拉伸波而形成层裂.实验中采取在试件上多点贴应变片,讨论了应力波在混凝土试件中传播的波形弥散和幅值衰减,并在考虑了损伤演化影响的基础上确定了试件材料的层裂强度.对某种普通混凝土在不同应变率下的测试显示层裂强度受应变率影响明显.结果表明,本文提出了一种测定混凝土层裂强度的有效方法.
2004, 21(4): 133-138.
摘要:
对先粘结后高温与先高温后粘结两种类型的129块Z形新旧混凝土粘结试件进行了直剪试验,主要考察了温度(常温到900℃)、冷却方式、界面粗糙度和界面剂对粘结面剪切性能的影响.在此基础上,得到了粘结面的剪切滑移曲线,给出了相应的统一计算公式,并建立了先高温后粘结类型的神经网络预测模型,较为系统地对高温后新旧混凝土粘结面的剪切性能进行了研究,以供工程参考.
对先粘结后高温与先高温后粘结两种类型的129块Z形新旧混凝土粘结试件进行了直剪试验,主要考察了温度(常温到900℃)、冷却方式、界面粗糙度和界面剂对粘结面剪切性能的影响.在此基础上,得到了粘结面的剪切滑移曲线,给出了相应的统一计算公式,并建立了先高温后粘结类型的神经网络预测模型,较为系统地对高温后新旧混凝土粘结面的剪切性能进行了研究,以供工程参考.
2004, 21(4): 139-143,.
摘要:
以三参数Weibull概型为基础,结合大量C15混凝土试件的试验和某混凝土重力坝的原型观测反演结果,建立了描述高应力水平区域的混凝土在较低损伤量下低周疲劳强度的置信限分析模型,得到了具有给定置信度的疲劳强度、疲劳寿命和疲劳损伤三者间的关系曲线,γ-P-S-N 和γ-P-S-D 曲线.利用本文方法可方便地在给定置信限内计算混凝土在给定应力水平条件下的疲劳寿命、损伤量和剩余强度, 对混凝土做考虑损伤的可靠度设计,以及对已建结构进行可靠度评价.
以三参数Weibull概型为基础,结合大量C15混凝土试件的试验和某混凝土重力坝的原型观测反演结果,建立了描述高应力水平区域的混凝土在较低损伤量下低周疲劳强度的置信限分析模型,得到了具有给定置信度的疲劳强度、疲劳寿命和疲劳损伤三者间的关系曲线,γ-P-S-N 和γ-P-S-D 曲线.利用本文方法可方便地在给定置信限内计算混凝土在给定应力水平条件下的疲劳寿命、损伤量和剩余强度, 对混凝土做考虑损伤的可靠度设计,以及对已建结构进行可靠度评价.
2004, 21(4): 144-149.
摘要:
以德国Transrapid磁浮列车系统为基础,采用现有的磁浮车辆垂向模型,建立了有限元轨道梁模型、磁浮车轨垂向耦合系统模型及其振动微分方程.在此基础上,针对德国在上海的磁浮项目,主要就轨道梁的型式(简支和连续)、支承刚度及轨面不平顺波长对磁浮车辆-轨道耦合系统动力响应的影响等进行了分析.
以德国Transrapid磁浮列车系统为基础,采用现有的磁浮车辆垂向模型,建立了有限元轨道梁模型、磁浮车轨垂向耦合系统模型及其振动微分方程.在此基础上,针对德国在上海的磁浮项目,主要就轨道梁的型式(简支和连续)、支承刚度及轨面不平顺波长对磁浮车辆-轨道耦合系统动力响应的影响等进行了分析.
2004, 21(4): 150-155.
摘要:
由于制动振动噪声问题的重要性和复杂性,许多研究者对此问题从各方面进行了研究.以近期的研究工作为重点对制动振动噪声的研究工作进行了较为系统的回顾.重点阐述了各种制动噪声机理研究以及对制动噪声的理论建模和分析工作;对各种机理解释、理论分析方法及其他相关问题进行了分析和评述;最后,进行了总结并对未来的研究工作提出了一些展望与建议.
由于制动振动噪声问题的重要性和复杂性,许多研究者对此问题从各方面进行了研究.以近期的研究工作为重点对制动振动噪声的研究工作进行了较为系统的回顾.重点阐述了各种制动噪声机理研究以及对制动噪声的理论建模和分析工作;对各种机理解释、理论分析方法及其他相关问题进行了分析和评述;最后,进行了总结并对未来的研究工作提出了一些展望与建议.
2004, 21(4): 156-161.
摘要:
依据Hoff型夹层板理论以及纤维增强型复合材料和压电致动器的本构关系,首次建立了每个结点具有7个位移自由度的含压电致动器的四结点矩形复合材料夹层板单元.数值算例表明,方法具有良好的计算精度.
依据Hoff型夹层板理论以及纤维增强型复合材料和压电致动器的本构关系,首次建立了每个结点具有7个位移自由度的含压电致动器的四结点矩形复合材料夹层板单元.数值算例表明,方法具有良好的计算精度.
2004, 21(4): 162-166.
摘要:
基于按龄期调整的有效模量法,提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下收缩徐变分析的简化有限元模型,并通过建立特殊的剪力连接件单元刚度矩阵和利用Newton-Raphson迭代方法考虑滑移效应,同时考虑了负弯矩区混凝土板开裂对组合梁刚度和强度的影响.利用该模型计算了连续组合梁在长期荷载作用下的挠度、应力、滑移量,计算结果与已有的理论计算结果和实验结果吻合,证明本模型用于分析钢-混凝土组合梁收缩徐变是可靠的.
基于按龄期调整的有效模量法,提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下收缩徐变分析的简化有限元模型,并通过建立特殊的剪力连接件单元刚度矩阵和利用Newton-Raphson迭代方法考虑滑移效应,同时考虑了负弯矩区混凝土板开裂对组合梁刚度和强度的影响.利用该模型计算了连续组合梁在长期荷载作用下的挠度、应力、滑移量,计算结果与已有的理论计算结果和实验结果吻合,证明本模型用于分析钢-混凝土组合梁收缩徐变是可靠的.
2004, 21(4): 167-171.
摘要:
数学上,最小曲面指的是(在给定边界条件下的)面积最小曲面.而在索膜结构分析中,最小曲面指的是具有某种力学特征的能量最小曲面.推导了等应力膜索网分析模型的应变、应力关系,对索膜结构的能量最小曲面进行了分析.根据曲面的能量函数,论文分析比较了对应相同能量极值的两种曲面(等力密度曲面与等拉力曲面)的力学特性以及两种曲面存在时对应的不同边界条件.
数学上,最小曲面指的是(在给定边界条件下的)面积最小曲面.而在索膜结构分析中,最小曲面指的是具有某种力学特征的能量最小曲面.推导了等应力膜索网分析模型的应变、应力关系,对索膜结构的能量最小曲面进行了分析.根据曲面的能量函数,论文分析比较了对应相同能量极值的两种曲面(等力密度曲面与等拉力曲面)的力学特性以及两种曲面存在时对应的不同边界条件.
2004, 21(4): 172-178.
摘要:
进行了6根碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁和2根对比混凝土梁的抗弯性能试验研究,分析了碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁的破坏机理,研究了荷载历史对加固梁极限荷载的影响.试验结果表明,粘贴碳纤维布可以有效地提高加固梁的抗弯承载能力.无论荷载历史如何,只要梁承受的初始荷载相同,梁破坏时的极限荷载基本相同.梁端锚固对加固梁的极限荷载影响不明显.根据不同的破坏模式,提出了碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁的承载力计算方法,给出了工程实用计算公式.
进行了6根碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁和2根对比混凝土梁的抗弯性能试验研究,分析了碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁的破坏机理,研究了荷载历史对加固梁极限荷载的影响.试验结果表明,粘贴碳纤维布可以有效地提高加固梁的抗弯承载能力.无论荷载历史如何,只要梁承受的初始荷载相同,梁破坏时的极限荷载基本相同.梁端锚固对加固梁的极限荷载影响不明显.根据不同的破坏模式,提出了碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁的承载力计算方法,给出了工程实用计算公式.
2004, 21(4): 179-183.
摘要:
通过用数字散斑相关方法(DSCM)对碳纤维布加固混凝土梁的实验,研究了碳布加固混凝土梁的承载力及变形行为.确定了碳纤维布加固混凝土梁在不同加载条件下的强度特征.并且用数字散斑相关方法实时记录了加载过程中反映试件变形信息的光学散斑图,确定了一些局部的变形特征,分析了其断裂机理.
通过用数字散斑相关方法(DSCM)对碳纤维布加固混凝土梁的实验,研究了碳布加固混凝土梁的承载力及变形行为.确定了碳纤维布加固混凝土梁在不同加载条件下的强度特征.并且用数字散斑相关方法实时记录了加载过程中反映试件变形信息的光学散斑图,确定了一些局部的变形特征,分析了其断裂机理.
2004, 21(4): 184-188.
摘要:
三塔斜拉桥较为柔性,振动模态较为密集,对风更为敏感.以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景,基于多模态耦合振动分析理论,对三塔斜拉桥抖振的耦合性能进行了研究.分别采用多模态耦合抖振分析方法和非耦合的单模态SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法对结构在设计风速下的抖振响应进行了分析,将两种分析方法所得抖振响应的均方根及功率谱密度函数进行比较.为明确模态间的耦合关系,进一步分析了结构抖振响应随参与分析模态数的变化情况.分析结果表明:三塔斜拉桥抖振响应存在明显的多模态耦合效应,模态间的耦合作用将增大结构的抖振响应.对于大跨度桥梁的精细化分析,抖振的耦合行为不容忽视.
三塔斜拉桥较为柔性,振动模态较为密集,对风更为敏感.以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景,基于多模态耦合振动分析理论,对三塔斜拉桥抖振的耦合性能进行了研究.分别采用多模态耦合抖振分析方法和非耦合的单模态SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法对结构在设计风速下的抖振响应进行了分析,将两种分析方法所得抖振响应的均方根及功率谱密度函数进行比较.为明确模态间的耦合关系,进一步分析了结构抖振响应随参与分析模态数的变化情况.分析结果表明:三塔斜拉桥抖振响应存在明显的多模态耦合效应,模态间的耦合作用将增大结构的抖振响应.对于大跨度桥梁的精细化分析,抖振的耦合行为不容忽视.
2004, 21(4): 189-193,.
摘要:
基于能量变分原理,考虑板的横向剪切和地基耦合效应,建立了双参数地基上弹性中厚板的非线性控制方程.应用伽辽金法对双参数地基上四边自由矩形中厚板的非线性弯曲问题进行了探讨.数值计算中考虑了系统各种参数变化对弯曲问题的影响.
基于能量变分原理,考虑板的横向剪切和地基耦合效应,建立了双参数地基上弹性中厚板的非线性控制方程.应用伽辽金法对双参数地基上四边自由矩形中厚板的非线性弯曲问题进行了探讨.数值计算中考虑了系统各种参数变化对弯曲问题的影响.
2004, 21(4): 194-198.
摘要:
研究弹性地基上输液管的稳定性.首先推导出该类管的控制方程.借助初参数法的思路,建立管两端位移、内力向量间的关系.由传递矩阵法得到中间有任意弹性支承输液管的特征方程,解此方程就可求得管的临界流速.由于特征方程为二阶矩阵方程,数值算例表明本文方法计算量小、精度高.通过计算还得到了地基刚性系数对临界流速的影响规律.
研究弹性地基上输液管的稳定性.首先推导出该类管的控制方程.借助初参数法的思路,建立管两端位移、内力向量间的关系.由传递矩阵法得到中间有任意弹性支承输液管的特征方程,解此方程就可求得管的临界流速.由于特征方程为二阶矩阵方程,数值算例表明本文方法计算量小、精度高.通过计算还得到了地基刚性系数对临界流速的影响规律.
2004, 21(4): 199-203.
摘要:
从三维粘弹性本构关系出发,导出了具有多个点弹性支承的Kelvin型粘弹性矩形薄板的运动微分方程.针对方程中出现的二维广义δ函数,采用积分方程法导出了具有多个点弹性支承的四边简支Kelvin型粘弹性矩形薄板自由振动的复特征方程,分析了材料的无量纲延滞时间、点弹性支承的弹性系数和支承位置对矩形薄板的固有频率的影响.
从三维粘弹性本构关系出发,导出了具有多个点弹性支承的Kelvin型粘弹性矩形薄板的运动微分方程.针对方程中出现的二维广义δ函数,采用积分方程法导出了具有多个点弹性支承的四边简支Kelvin型粘弹性矩形薄板自由振动的复特征方程,分析了材料的无量纲延滞时间、点弹性支承的弹性系数和支承位置对矩形薄板的固有频率的影响.
2004, 21(4): 204-208.
摘要:
利用积分变换和传递矩阵的方法推导了动荷载作用下路基路面层状弹性体超孔隙水压力轴对称问题的解析解.该方法概念清晰,公式简洁,易于应用.利用Laplace逆变换的数值方法,对层状弹性体的超孔隙水压力进行了分析与研究.
利用积分变换和传递矩阵的方法推导了动荷载作用下路基路面层状弹性体超孔隙水压力轴对称问题的解析解.该方法概念清晰,公式简洁,易于应用.利用Laplace逆变换的数值方法,对层状弹性体的超孔隙水压力进行了分析与研究.
