2004年 第21卷 第5期
2004, 21(5): 1-4,82.
摘要:
作为一种准脆性材料,混凝土在发生开裂后将表现一定的应变软化特性。基于Bazant提出的钝断裂带力学模型,将其扩展为三维旋转裂缝模型,并推导出相应的三维软化本构,应用于复杂应力路径下混凝土开裂扩展的三维数值模拟。通过对比四点剪切梁试验的数值模拟结果与试验结果,验证了该模型能较好地模拟混凝土混合型开裂行为。
作为一种准脆性材料,混凝土在发生开裂后将表现一定的应变软化特性。基于Bazant提出的钝断裂带力学模型,将其扩展为三维旋转裂缝模型,并推导出相应的三维软化本构,应用于复杂应力路径下混凝土开裂扩展的三维数值模拟。通过对比四点剪切梁试验的数值模拟结果与试验结果,验证了该模型能较好地模拟混凝土混合型开裂行为。
2004, 21(5): 5-10.
摘要:
服役桥梁的维修加固需要综合考虑安全和经济的问题,基于服役桥梁的动态可靠度,以后续服役期内收益期望值最大或损失期望值最小为目标函数,对服役桥梁的维修加固决策进行了探讨,利用实际检测数据修正抗力模型,对一座服役期为35年的钢筋混凝土梁桥动态可靠度进行了计算,同时,比较分析了汽车荷载等级的提高和采用不同维护加固措施对后续服役期内动态可靠度的影响。该方法结合工程实际,把失效损失与失效风险相结合,对桥梁结构的维修加固决策有一定的指导作用。
服役桥梁的维修加固需要综合考虑安全和经济的问题,基于服役桥梁的动态可靠度,以后续服役期内收益期望值最大或损失期望值最小为目标函数,对服役桥梁的维修加固决策进行了探讨,利用实际检测数据修正抗力模型,对一座服役期为35年的钢筋混凝土梁桥动态可靠度进行了计算,同时,比较分析了汽车荷载等级的提高和采用不同维护加固措施对后续服役期内动态可靠度的影响。该方法结合工程实际,把失效损失与失效风险相结合,对桥梁结构的维修加固决策有一定的指导作用。
2004, 21(5): 11-15,3.
摘要:
利用多体动力学分析软件ADAMS,直接从三维CAD模型中获取HT120点焊机器人的几何形状、质量分布和转动惯量等重要信息。在此基础上,适当添加约束、力和运动关系,建立了HT120点焊机器人的数字虚拟样机模型。然后进行了动力学仿真,并将机器人小臂等关键部件设为柔性体,利用有限元软件研究小臂动力学仿真过程中的应力分布情况,对造型设计,结构优化以及疲劳分析提供了参考。
利用多体动力学分析软件ADAMS,直接从三维CAD模型中获取HT120点焊机器人的几何形状、质量分布和转动惯量等重要信息。在此基础上,适当添加约束、力和运动关系,建立了HT120点焊机器人的数字虚拟样机模型。然后进行了动力学仿真,并将机器人小臂等关键部件设为柔性体,利用有限元软件研究小臂动力学仿真过程中的应力分布情况,对造型设计,结构优化以及疲劳分析提供了参考。
2004, 21(5): 16-24.
摘要:
基于俞茂宏统一强度理论,考虑岩土类材料的软化和剪胀特性,采用三线性材料软化模型,分析了有压隧洞围岩内的应力状态、围岩位移、洞壁位移及洞周所能承受的最大内压等。并且根据位移或内压力的大小给出围岩所处状态的判别式,已有的一些采用Mohr-Coulomb强度理论的解均为本文的特例。通过实例分析了剪胀、软化及不同强度模型对围岩状态、围岩内应力及位移和最大内压力的影响。
基于俞茂宏统一强度理论,考虑岩土类材料的软化和剪胀特性,采用三线性材料软化模型,分析了有压隧洞围岩内的应力状态、围岩位移、洞壁位移及洞周所能承受的最大内压等。并且根据位移或内压力的大小给出围岩所处状态的判别式,已有的一些采用Mohr-Coulomb强度理论的解均为本文的特例。通过实例分析了剪胀、软化及不同强度模型对围岩状态、围岩内应力及位移和最大内压力的影响。
2004, 21(5): 25-30.
摘要:
随着大跨度悬索、斜拉桥的增加,保障桥梁安全、降低维护费用成为交通管理以及政府部门关注的问题。针对损伤样本难以获得的实际情况,将桥梁状态监测问题作为模式识别中的“一类学习”问题处理。桥梁模式特征获取过程是“只有输出响应”的系统辨识问题,考虑到监测系统需要在线工作的特点,提出运用概念直观、结果可靠且便于自动实现的CMIF系统辨识方法作为获取模式特征的工具。为了获得足够敏感的异常报警判别函数,采用了基于支持向量机的一类学习算法,这种方法在得到很高灵敏性的同时,可以方便地权衡敏感性和泛化性能之间的矛盾。用香港汀九桥794小时实测数据对所采用的算法进行验证,证明了算法的有效性和实用性,其结果可供设计类似监测系统时参考。
随着大跨度悬索、斜拉桥的增加,保障桥梁安全、降低维护费用成为交通管理以及政府部门关注的问题。针对损伤样本难以获得的实际情况,将桥梁状态监测问题作为模式识别中的“一类学习”问题处理。桥梁模式特征获取过程是“只有输出响应”的系统辨识问题,考虑到监测系统需要在线工作的特点,提出运用概念直观、结果可靠且便于自动实现的CMIF系统辨识方法作为获取模式特征的工具。为了获得足够敏感的异常报警判别函数,采用了基于支持向量机的一类学习算法,这种方法在得到很高灵敏性的同时,可以方便地权衡敏感性和泛化性能之间的矛盾。用香港汀九桥794小时实测数据对所采用的算法进行验证,证明了算法的有效性和实用性,其结果可供设计类似监测系统时参考。
2004, 21(5): 31-35.
摘要:
以斜拉桥静载弯曲能量作为目标函数,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,并采用混合法求解系统方程,确定斜拉索成桥时的初始张拉力。以由此确定的斜拉桥初始状态作为施工非线性倒拆分析的初始状态,倒拆分析的过程中需要考虑相应阶段的混凝土收缩、徐变影响,倒拆分析的结果作为斜拉桥施工阶段的斜拉索张拉力,即斜拉桥施工阶段的最终优化结果。该方法经过算例验证,取得了较好的结果,为斜拉桥的施工控制提供了依据。
以斜拉桥静载弯曲能量作为目标函数,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,并采用混合法求解系统方程,确定斜拉索成桥时的初始张拉力。以由此确定的斜拉桥初始状态作为施工非线性倒拆分析的初始状态,倒拆分析的过程中需要考虑相应阶段的混凝土收缩、徐变影响,倒拆分析的结果作为斜拉桥施工阶段的斜拉索张拉力,即斜拉桥施工阶段的最终优化结果。该方法经过算例验证,取得了较好的结果,为斜拉桥的施工控制提供了依据。
2004, 21(5): 36-40.
摘要:
采用文克尔地基梁模型,在各分层土中建立单桩水平振动微分方程,利用各分层土之间桩的连续性条件和桩顶、桩底边界条件,求解单桩振动方程。结合单桩动力阻抗和相互作用因子求解群桩水平动力阻抗。根据能量守恒原则,利用桩的水平静载变形曲线求取分层土等效为均匀土层的参数,提出将分层土等效化为均匀土近似计算单桩和群桩水平动力阻抗的方法,通过算例分析,得到一些有意义的结论。
采用文克尔地基梁模型,在各分层土中建立单桩水平振动微分方程,利用各分层土之间桩的连续性条件和桩顶、桩底边界条件,求解单桩振动方程。结合单桩动力阻抗和相互作用因子求解群桩水平动力阻抗。根据能量守恒原则,利用桩的水平静载变形曲线求取分层土等效为均匀土层的参数,提出将分层土等效化为均匀土近似计算单桩和群桩水平动力阻抗的方法,通过算例分析,得到一些有意义的结论。
2004, 21(5): 41-45,7.
摘要:
首先将预应力混凝土桥梁中考虑收缩、徐变影响的任意时刻混凝土应力、应变关系在持荷时段内写成代数形式,引入内力平衡方程及变形协调条件后,提出了计入截面上钢筋位置、配筋率、预应力钢筋松弛、混凝土弹性模量随时间变化等影响的徐变效应分析的全量形式自动递进法,并建立了计算式,适用于任何形式的收缩、徐变特性表达式;基于建立的全量形式公式,可方便地求解任意时刻混凝土、钢筋的应力与应变和梁体竖向变形。理论分析与试验结果比较表明,公式可方便地控制计算精度,直至给出满意的结果。将计算式编程后极易与目前桥梁设计中常用的杆系有限元软件接口,进行可靠的徐变分析。
首先将预应力混凝土桥梁中考虑收缩、徐变影响的任意时刻混凝土应力、应变关系在持荷时段内写成代数形式,引入内力平衡方程及变形协调条件后,提出了计入截面上钢筋位置、配筋率、预应力钢筋松弛、混凝土弹性模量随时间变化等影响的徐变效应分析的全量形式自动递进法,并建立了计算式,适用于任何形式的收缩、徐变特性表达式;基于建立的全量形式公式,可方便地求解任意时刻混凝土、钢筋的应力与应变和梁体竖向变形。理论分析与试验结果比较表明,公式可方便地控制计算精度,直至给出满意的结果。将计算式编程后极易与目前桥梁设计中常用的杆系有限元软件接口,进行可靠的徐变分析。
2004, 21(5): 46-51.
摘要:
根据迟滞非线性系统随机振动的基本理论,在动力Winkler地基梁模型的基础上,提出了一个新的研究单桩横向非线性动力响应的一维简化分析模型。其中,桩周土对单桩的横向非线性作用力由连续分布的非线性退化迟滞弹簧模拟,而运动过程中的能量耗散,则由与非线性弹簧并联的、频率相关的粘壶表示。该模型能够反映单桩非线性行为的主要特征,并可以揭示各种非线性因素,如,桩周土的迟滞效应、桩周土力学性能的退化、桩周土的屈服、桩土界面分离等,对单桩动力响应的影响。该模型采用的计算参数,可以由实际桩土系统的物理参数、被广泛采用的设计规范和经验公式加以确定。计算结果表明,该模型可以较好地模拟各种单桩土系统的横向非线性动力学响应。
根据迟滞非线性系统随机振动的基本理论,在动力Winkler地基梁模型的基础上,提出了一个新的研究单桩横向非线性动力响应的一维简化分析模型。其中,桩周土对单桩的横向非线性作用力由连续分布的非线性退化迟滞弹簧模拟,而运动过程中的能量耗散,则由与非线性弹簧并联的、频率相关的粘壶表示。该模型能够反映单桩非线性行为的主要特征,并可以揭示各种非线性因素,如,桩周土的迟滞效应、桩周土力学性能的退化、桩周土的屈服、桩土界面分离等,对单桩动力响应的影响。该模型采用的计算参数,可以由实际桩土系统的物理参数、被广泛采用的设计规范和经验公式加以确定。计算结果表明,该模型可以较好地模拟各种单桩土系统的横向非线性动力学响应。
2004, 21(5): 52-56.
摘要:
采用两参数振子模型,考虑梯度风场中高耸结构的气-固耦合相互作用;运用片条理论和差分法,建立了烟囱涡激振动多自由度体系非线性方程。直接在时域中求解多自由度非线性涡振方程,准确地反映涡激振动的“锁定”和振幅峰值效应,并在时域中分析了烟囱结构发生涡致振动的响应幅值、临界风速范围及其影响因素。
采用两参数振子模型,考虑梯度风场中高耸结构的气-固耦合相互作用;运用片条理论和差分法,建立了烟囱涡激振动多自由度体系非线性方程。直接在时域中求解多自由度非线性涡振方程,准确地反映涡激振动的“锁定”和振幅峰值效应,并在时域中分析了烟囱结构发生涡致振动的响应幅值、临界风速范围及其影响因素。
2004, 21(5): 57-63.
摘要:
基于系统模型辨识的故障诊断技术有助于定量评估故障的严重程度,对故障诊断技术的发展具有重要的意义,而目前多故障系统的故障辨识理论有待更深层次的研究。从故障模型的可辨识性角度来探讨和丰富故障辨识理论,因为某些并发故障将会带来模型的可辨识性问题。提出了基于Fisher信息矩阵的模型可辨识性考察方法,以及如何改善模型可辨识性的方法,并以转子系统的质量偏心和轴初始弯曲辨识应用为例来说明。
基于系统模型辨识的故障诊断技术有助于定量评估故障的严重程度,对故障诊断技术的发展具有重要的意义,而目前多故障系统的故障辨识理论有待更深层次的研究。从故障模型的可辨识性角度来探讨和丰富故障辨识理论,因为某些并发故障将会带来模型的可辨识性问题。提出了基于Fisher信息矩阵的模型可辨识性考察方法,以及如何改善模型可辨识性的方法,并以转子系统的质量偏心和轴初始弯曲辨识应用为例来说明。
2004, 21(5): 64-71.
摘要:
首先,提出了一种在结构边界和孔洞周围附加人工材料的思路。在此基础上,结合ESO方法和应力灵敏度,建立了结构有限单元增、删的准则, 给出了一种新的拓扑优化算法。算例表明该方法能采用固定有限元网格中不同的初始优化结构就可获得优化拓扑。由于其概念上的简洁性和应用上的有效性,该方法具有一定的工程应用价值。
首先,提出了一种在结构边界和孔洞周围附加人工材料的思路。在此基础上,结合ESO方法和应力灵敏度,建立了结构有限单元增、删的准则, 给出了一种新的拓扑优化算法。算例表明该方法能采用固定有限元网格中不同的初始优化结构就可获得优化拓扑。由于其概念上的简洁性和应用上的有效性,该方法具有一定的工程应用价值。
2004, 21(5): 72-76.
摘要:
运用在半无限体内某一深度作用一水平集中力,体内任一点的竖向位移公式(Mindlin解),推导出加筋地基基础中心及端部的竖向位移公式,讨论加筋长度、加筋深度对加筋地基沉降的影响。计算结果表明加筋对基础端部沉降的减小效应较中心明显,加筋长度在一定范围时,加筋减小沉降的效果最好。建议第一层加筋深度不大于0.25b(b为基础宽度),以下各层加筋深度不大于1.0b,加筋长度取1.0～2.0b。给出的加筋参数与地基沉降的关系图表可为加筋工程的设计施工提供参考。
运用在半无限体内某一深度作用一水平集中力,体内任一点的竖向位移公式(Mindlin解),推导出加筋地基基础中心及端部的竖向位移公式,讨论加筋长度、加筋深度对加筋地基沉降的影响。计算结果表明加筋对基础端部沉降的减小效应较中心明显,加筋长度在一定范围时,加筋减小沉降的效果最好。建议第一层加筋深度不大于0.25b(b为基础宽度),以下各层加筋深度不大于1.0b,加筋长度取1.0～2.0b。给出的加筋参数与地基沉降的关系图表可为加筋工程的设计施工提供参考。
2004, 21(5): 77-82.
摘要:
基于边界面概念和损伤力学理论,建立了一向定侧压混凝土双轴压各向异性损伤模型。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合已有的试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。
基于边界面概念和损伤力学理论,建立了一向定侧压混凝土双轴压各向异性损伤模型。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合已有的试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。
2004, 21(5): 83-86.
摘要:
淳安南浦大桥为一净跨径308m中承式钢管混凝土桁式拱桥,宽跨比较小,该桥拱肋的横向稳定是桥梁安全性的关键,介绍了该桥整桥模型试验的主要过程,包括试验模型的设计、加载系统,给出了全桥、半跨、水平加载等六种工况下模型试验的主要结果,得出的结论可供该类桥梁设计和施工参考。
淳安南浦大桥为一净跨径308m中承式钢管混凝土桁式拱桥,宽跨比较小,该桥拱肋的横向稳定是桥梁安全性的关键,介绍了该桥整桥模型试验的主要过程,包括试验模型的设计、加载系统,给出了全桥、半跨、水平加载等六种工况下模型试验的主要结果,得出的结论可供该类桥梁设计和施工参考。
2004, 21(5): 87-93.
摘要:
现有的外贴纤维布加固柱的试验研究和理论分析大都针对轴心受压柱,对采用这种方法加固混凝土偏心受压柱的试验研究和理论分析都很少。但实际工程中的柱大多是偏心受压柱,需要对其采用外贴纤维布加固后的力学性能进行进一步的研究。考虑了偏心率、加固量、粘贴形式以及加载历史等因素的影响,对外粘单向连续玻璃纤维布加固后的10根足尺钢筋混凝土矩形柱进行了试验研究。在此基础上,提出了相应的分析方法和计算公式,试验结果与计算值基本吻合。
现有的外贴纤维布加固柱的试验研究和理论分析大都针对轴心受压柱,对采用这种方法加固混凝土偏心受压柱的试验研究和理论分析都很少。但实际工程中的柱大多是偏心受压柱,需要对其采用外贴纤维布加固后的力学性能进行进一步的研究。考虑了偏心率、加固量、粘贴形式以及加载历史等因素的影响,对外粘单向连续玻璃纤维布加固后的10根足尺钢筋混凝土矩形柱进行了试验研究。在此基础上,提出了相应的分析方法和计算公式,试验结果与计算值基本吻合。
2004, 21(5): 94-99.
摘要:
针对存在多种介质材料、断层、裂纹、孔洞、开挖区域等不连续面或多连通区域情况的复杂平面区域,提出了一种自动布点算法及此算法的优化方法,该算法对不规则区域适应能力强,无需人工干预,且兼具有实现简单,耗时少等特点。这些自动布置的离散结点可直接用于无网格数值计算,也可以进一步生成有限元分析所需的三角形和四边形网格。
针对存在多种介质材料、断层、裂纹、孔洞、开挖区域等不连续面或多连通区域情况的复杂平面区域,提出了一种自动布点算法及此算法的优化方法,该算法对不规则区域适应能力强,无需人工干预,且兼具有实现简单,耗时少等特点。这些自动布置的离散结点可直接用于无网格数值计算,也可以进一步生成有限元分析所需的三角形和四边形网格。
2004, 21(5): 100-102,.
摘要:
为研究列车振动在地表的传播规律,推导了轨道结构在移动荷载作用下动力响应的解析解形式。文中首先以Duhamel积分为基础,应用动力互等定理,得到了移动荷载作用下,半无限弹性空间体上任意点的动力响应的一般表达式;然后在该式的基础上,针对轨道结构的周期性特点,将荷载沿钢轨的移动问题转化为拾振点以L为周期向反方向跳跃式移动与荷载只在一个轨枕间距L内移动的组合移动问题。以此,将一个从-∞到+∞的积分问题转化为了任意点频域周期解析的叠加问题,从而得到了轨道结构在移动荷载作用下动力响应的新的解析解形式。
为研究列车振动在地表的传播规律,推导了轨道结构在移动荷载作用下动力响应的解析解形式。文中首先以Duhamel积分为基础,应用动力互等定理,得到了移动荷载作用下,半无限弹性空间体上任意点的动力响应的一般表达式;然后在该式的基础上,针对轨道结构的周期性特点,将荷载沿钢轨的移动问题转化为拾振点以L为周期向反方向跳跃式移动与荷载只在一个轨枕间距L内移动的组合移动问题。以此,将一个从-∞到+∞的积分问题转化为了任意点频域周期解析的叠加问题,从而得到了轨道结构在移动荷载作用下动力响应的新的解析解形式。
2004, 21(5): 103-108,.
摘要:
研究了在循环荷载作用下考虑土的流变特性时具有双面半透水边界的饱和粘土层的一维固结问题,根据瞬时加载条件下的解,通过积分的方法,得到了循环荷载条件下的解析解。并且根据解析解的结果,通过电算程序作出了几个主要影响因素对固结过程的影响曲线图,经过分析得出了一些重要的结论。
研究了在循环荷载作用下考虑土的流变特性时具有双面半透水边界的饱和粘土层的一维固结问题,根据瞬时加载条件下的解,通过积分的方法,得到了循环荷载条件下的解析解。并且根据解析解的结果,通过电算程序作出了几个主要影响因素对固结过程的影响曲线图,经过分析得出了一些重要的结论。
2004, 21(5): 109-115.
摘要:
已有的不少研究表明,地震地面运动的时频非平稳特性对结构响应有着很大的影响,对这种影响考虑的准确与否直接涉及结构分析的安全性。因此采用能反映时频非平稳特性的时变谱密度(即局部谱密度)来描述地震地面运动是非常必要的。首先从理论上比较了几种局部谱密度的估计方法,指出利用小波变换来估计局部谱密度在精度和速度方面有着相当的优势,有利于局部谱密度在地震动模型化、结构随机响应分析以及动力可靠度评价等方面的应用。然后通过具体算例,对理论分析进行了验证。
已有的不少研究表明,地震地面运动的时频非平稳特性对结构响应有着很大的影响,对这种影响考虑的准确与否直接涉及结构分析的安全性。因此采用能反映时频非平稳特性的时变谱密度(即局部谱密度)来描述地震地面运动是非常必要的。首先从理论上比较了几种局部谱密度的估计方法,指出利用小波变换来估计局部谱密度在精度和速度方面有着相当的优势,有利于局部谱密度在地震动模型化、结构随机响应分析以及动力可靠度评价等方面的应用。然后通过具体算例,对理论分析进行了验证。
2004, 21(5): 116-120,.
摘要:
受侧向荷载作用的金属膜常被用作压力装置的超压防护或实现某些特定的开关操作。其设计极限荷载必须满足苛刻的精度要求,但由于缺乏适当的计算方法,极限荷载的确定目前还严重依赖于实验。从薄膜曲率和壁厚对极顶处应力的影响出发,分析了2种近似解析方法的特点。在这基础上提出了一种计算极限荷载的半经验方法。通过与铝、铜、镍和不锈钢等多种材质及径厚比为86～910范围的19例试验结果比较,用这种方法来预测金属薄膜的极限荷载,具有较高的精度。其相对误差基本不超过5.0%,误差平均水平为2.07%。
受侧向荷载作用的金属膜常被用作压力装置的超压防护或实现某些特定的开关操作。其设计极限荷载必须满足苛刻的精度要求,但由于缺乏适当的计算方法,极限荷载的确定目前还严重依赖于实验。从薄膜曲率和壁厚对极顶处应力的影响出发,分析了2种近似解析方法的特点。在这基础上提出了一种计算极限荷载的半经验方法。通过与铝、铜、镍和不锈钢等多种材质及径厚比为86～910范围的19例试验结果比较,用这种方法来预测金属薄膜的极限荷载,具有较高的精度。其相对误差基本不超过5.0%,误差平均水平为2.07%。
2004, 21(5): 121-125,.
摘要:
采用基于紧支距离基函数近似的配点型无网格方法对波在各向异性层状介质中的传播规律进行了数值模拟,得到了应力波的传播历程,并与冲击载荷作用下的有限元计算结果值进行了比较。该方法所得到的结果与有限元计算的结果吻合较好。说明该方法可以有效地模拟波在各向异性材料中的传播过程。
采用基于紧支距离基函数近似的配点型无网格方法对波在各向异性层状介质中的传播规律进行了数值模拟,得到了应力波的传播历程,并与冲击载荷作用下的有限元计算结果值进行了比较。该方法所得到的结果与有限元计算的结果吻合较好。说明该方法可以有效地模拟波在各向异性材料中的传播过程。
2004, 21(5): 126-131.
摘要:
采用有限元数值方法分析微电子材料化学机械平坦化(CMP)工艺过程中材料的变形和去除机理,得到作用在磨料颗粒上的力与名义压力、磨粒含量以及垫板几何和力学特性之间的关系,进而建立起一个材料去除率(MRR)模型。利用该模型预测得到的材料去除率与悬浮液中磨料颗粒含量以及压力间的关系与已有的实验结果相吻合,合理解释了实验观察到的现象。
采用有限元数值方法分析微电子材料化学机械平坦化(CMP)工艺过程中材料的变形和去除机理,得到作用在磨料颗粒上的力与名义压力、磨粒含量以及垫板几何和力学特性之间的关系,进而建立起一个材料去除率(MRR)模型。利用该模型预测得到的材料去除率与悬浮液中磨料颗粒含量以及压力间的关系与已有的实验结果相吻合,合理解释了实验观察到的现象。
2004, 21(5): 132-138.
摘要:
基于Biot固结理论,采用渗流-力学耦合模型,研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质,隧道处于半封闭状态,边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答,运用拉普拉斯数值逆变换得到数值计算结果,分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律,讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。
基于Biot固结理论,采用渗流-力学耦合模型,研究分析了粘弹性饱和土体中因开挖深埋圆形隧道而引起的周围土体的应力和位移场。假设衬砌和土体均为多孔介质,隧道处于半封闭状态,边界半透水。在拉普拉斯变换域中得到的应力、位移场和孔隙水压力解答,运用拉普拉斯数值逆变换得到数值计算结果,分析了隧道周围土体中应力、位移场及孔隙水压力的消散规律,讨论了隧道边界的渗透特性和土体的流变性质对应力、位移场以及孔隙水压力消散的影响。
2004, 21(5): 139-143.
摘要:
基于含直裂纹问题的复应力函数解法,提出了用Dugdale模型分析和求解弹塑性条件下含中心裂纹的有限加筋板承载力问题的方法。通过将加筋板离散为筋、板的结构,将含裂纹有限加筋板的问题转化为边界受切向力作用的含裂纹有限板的问题进行求解。计算了筋、板相对刚度不同的情况下,含中心裂纹有限加筋板裂纹尖端开口位移CTOD(Crack Tip Opening Displacement)值随裂纹长度及承载力情况变化的系列值。
基于含直裂纹问题的复应力函数解法,提出了用Dugdale模型分析和求解弹塑性条件下含中心裂纹的有限加筋板承载力问题的方法。通过将加筋板离散为筋、板的结构,将含裂纹有限加筋板的问题转化为边界受切向力作用的含裂纹有限板的问题进行求解。计算了筋、板相对刚度不同的情况下,含中心裂纹有限加筋板裂纹尖端开口位移CTOD(Crack Tip Opening Displacement)值随裂纹长度及承载力情况变化的系列值。
2004, 21(5): 144-149.
摘要:
通过对不同结构构造的铅芯橡胶支座进行水平动态力学试验, 系统研究了铅芯橡胶支座动态力学性能与其结构构造及外加动载之间的关系。研究结果表明:铅芯橡胶支座动态力学性能(特征强度、水平方向耗能、初始刚度、屈服后刚度及硬化比)主要由其本身的几何构造及组成材料决定,且在往复加、卸载循环过程中具有较好的稳定性。对试验数据进行数学统计分析,建立了铅芯橡胶支座各水平动态力学参数与其几何构造及外加荷载特性之间的一系列回归关系式。从而为铅芯橡胶支座的设计提供参考依据,为应用铅芯橡胶支座的结构进行非线性动态分析时,确定其动力分析参数提供可供参考的计算方法。
通过对不同结构构造的铅芯橡胶支座进行水平动态力学试验, 系统研究了铅芯橡胶支座动态力学性能与其结构构造及外加动载之间的关系。研究结果表明:铅芯橡胶支座动态力学性能(特征强度、水平方向耗能、初始刚度、屈服后刚度及硬化比)主要由其本身的几何构造及组成材料决定,且在往复加、卸载循环过程中具有较好的稳定性。对试验数据进行数学统计分析,建立了铅芯橡胶支座各水平动态力学参数与其几何构造及外加荷载特性之间的一系列回归关系式。从而为铅芯橡胶支座的设计提供参考依据,为应用铅芯橡胶支座的结构进行非线性动态分析时,确定其动力分析参数提供可供参考的计算方法。
2004, 21(5): 150-156.
摘要:
碳纤维布加固混凝土结构中剥离破坏是一种重要的破坏形式,通过九根碳纤维布加固混凝土梁的模型试验,考察了剥离承载力及剥离模式。根据试验结果和力学理论知识,对碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏进行了极限应力分析,建立了极限状态的判据和相应的碳纤维布剥离承载力计算方法,在计算方法中考虑了粘结正应力与剪应力的综合作用以及U形箍的横向剪切变形,与试验结果的比较表明,方法具有较高的精度,完善了碳纤维布加固混凝土梁的设计理论。
碳纤维布加固混凝土结构中剥离破坏是一种重要的破坏形式,通过九根碳纤维布加固混凝土梁的模型试验,考察了剥离承载力及剥离模式。根据试验结果和力学理论知识,对碳纤维布加固混凝土梁的剥离破坏进行了极限应力分析,建立了极限状态的判据和相应的碳纤维布剥离承载力计算方法,在计算方法中考虑了粘结正应力与剪应力的综合作用以及U形箍的横向剪切变形,与试验结果的比较表明,方法具有较高的精度,完善了碳纤维布加固混凝土梁的设计理论。
2004, 21(5): 157-160,.
摘要:
利用UL法研究了开口薄壁曲线梁几何非线性分析问题。采用多项式插值函数表示位移场。考虑了翘曲自由度及曲率效应模拟开口薄壁曲梁的结构行为。所有位移参数定义于截面形心以便在弹性应变能中包括弯扭耦合项。利用修正的弧长法求解非线性方程,跟踪荷载位移曲线。用算例对提出的方法进行了验证,表明了薄壁曲梁的分析中翘曲变形不可忽略。
利用UL法研究了开口薄壁曲线梁几何非线性分析问题。采用多项式插值函数表示位移场。考虑了翘曲自由度及曲率效应模拟开口薄壁曲梁的结构行为。所有位移参数定义于截面形心以便在弹性应变能中包括弯扭耦合项。利用修正的弧长法求解非线性方程,跟踪荷载位移曲线。用算例对提出的方法进行了验证,表明了薄壁曲梁的分析中翘曲变形不可忽略。
2004, 21(5): 161-165.
摘要:
介绍了一种适用于钢结构塑性分析的新的双曲面本构关系模型,可有效地考虑加载历史的影响,对于非比例加载有良好的适用性,可用于钢结构在复杂动力荷载作用下的塑性分析,在分析中不会引起数值计算中的困难。计算实例证明,该模型是精确和可靠的。
介绍了一种适用于钢结构塑性分析的新的双曲面本构关系模型,可有效地考虑加载历史的影响,对于非比例加载有良好的适用性,可用于钢结构在复杂动力荷载作用下的塑性分析,在分析中不会引起数值计算中的困难。计算实例证明,该模型是精确和可靠的。
2004, 21(5): 166-171.
摘要:
依据Cosserat连续介质理论下非协调离散体系的能量相容性,导出了非协调位移的一个合理约束条件。根据这个条件构造了一个应变梯度平面4节点非协调单元。计算结果表明,该单元对可压缩和不可压缩状态的Cosserat类型的应变梯度材料均给出合理的数值结果,再现了材料的应变梯度效应。
依据Cosserat连续介质理论下非协调离散体系的能量相容性,导出了非协调位移的一个合理约束条件。根据这个条件构造了一个应变梯度平面4节点非协调单元。计算结果表明,该单元对可压缩和不可压缩状态的Cosserat类型的应变梯度材料均给出合理的数值结果,再现了材料的应变梯度效应。
2004, 21(5): 172-177.
摘要:
定义一种固粒击靶的有效冲击摩擦系数为粘着项与犁沟项的组合,其中包含表征剪切金属结合点的状态滑动或滚动的状态参数以及表征冲击物在击靶过程中产生犁沟效应的状态参数。研究表明,对于硬钢球斜冲击软钢靶情况,在连续滑移的情况下,只有在计及接触斑点的微粒间的相互作用的一定条件下,粘着项的值才可能接近0.05,这是Hutchings为使一系列数值计算的钢球反弹速度及角度与实验结果一致,在所有计算中所取的调节参数“摩擦系数”值。然而,研究表明,对于著名的Hutchings实验,如果连续犁沟发生,犁沟项则是冲击过程及初始冲击角的函数,就过程平均而言,其值大于0.05。由此,可认为,冲击过程中可滑移界面瞬间的滑移、滚动及犁沟状态的转化使Hutchings实验中的“摩擦系数”约为0.05;一般而言,这些状态的转化使固粒击靶的有效摩擦系数的过程平均值远小于低速简单滑移的摩擦系数。
定义一种固粒击靶的有效冲击摩擦系数为粘着项与犁沟项的组合,其中包含表征剪切金属结合点的状态滑动或滚动的状态参数以及表征冲击物在击靶过程中产生犁沟效应的状态参数。研究表明,对于硬钢球斜冲击软钢靶情况,在连续滑移的情况下,只有在计及接触斑点的微粒间的相互作用的一定条件下,粘着项的值才可能接近0.05,这是Hutchings为使一系列数值计算的钢球反弹速度及角度与实验结果一致,在所有计算中所取的调节参数“摩擦系数”值。然而,研究表明,对于著名的Hutchings实验,如果连续犁沟发生,犁沟项则是冲击过程及初始冲击角的函数,就过程平均而言,其值大于0.05。由此,可认为,冲击过程中可滑移界面瞬间的滑移、滚动及犁沟状态的转化使Hutchings实验中的“摩擦系数”约为0.05;一般而言,这些状态的转化使固粒击靶的有效摩擦系数的过程平均值远小于低速简单滑移的摩擦系数。
2004, 21(5): 178-182.
摘要:
提出一种动态特性调整的新方法以满足结构优化设计调整要求。该方法根据原结构模型的动态特性,利用与调整点自由度相关的频率特性函数,通过对无阻尼自由振动方程的推导,给出结构局部质量或刚度调整的通解。数值算例表明,应用通解计算值调整模型得到的动态特性可以满足预定的设计要求,1/2比例三层砌体模型实验显示了调整方法的实用性。
提出一种动态特性调整的新方法以满足结构优化设计调整要求。该方法根据原结构模型的动态特性,利用与调整点自由度相关的频率特性函数,通过对无阻尼自由振动方程的推导,给出结构局部质量或刚度调整的通解。数值算例表明,应用通解计算值调整模型得到的动态特性可以满足预定的设计要求,1/2比例三层砌体模型实验显示了调整方法的实用性。
2004, 21(5): 183-187,.
摘要:
针对水闸闸墩、渡槽槽壁、地涵边墙、船闸边墙和导流墙等水工墩墙型混凝土结构在施工期经常会防不胜防地出现裂缝的现象,在理论上探讨了这种裂缝产生和扩展的机理,认为墩墙混凝土的基础温差、内外温差和收缩变形是裂缝出现的主要原因,尤其是刚施工不久混凝土墩墙的裂缝主要是由结构内外温差应力和自生体积变形应力所致。因此,施工期采用冷却水管降低墩墙内部温度和减小内外温差是防止裂缝出现的极有效的积极的温控措施之一。借助于水管冷却混凝土温度场的理论严密算法,详细仿真计算分析了某个水闸闸墩施工期的现场水管冷却试验及其温控防裂效果,并给出某些应用水管冷却措施时的建议。
针对水闸闸墩、渡槽槽壁、地涵边墙、船闸边墙和导流墙等水工墩墙型混凝土结构在施工期经常会防不胜防地出现裂缝的现象,在理论上探讨了这种裂缝产生和扩展的机理,认为墩墙混凝土的基础温差、内外温差和收缩变形是裂缝出现的主要原因,尤其是刚施工不久混凝土墩墙的裂缝主要是由结构内外温差应力和自生体积变形应力所致。因此,施工期采用冷却水管降低墩墙内部温度和减小内外温差是防止裂缝出现的极有效的积极的温控措施之一。借助于水管冷却混凝土温度场的理论严密算法,详细仿真计算分析了某个水闸闸墩施工期的现场水管冷却试验及其温控防裂效果,并给出某些应用水管冷却措施时的建议。
2004, 21(5): 188-192.
摘要:
应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷计算公式,并且绘制了其极限载荷线图。在这些计算公式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果。应用其极限载荷线图,根据其承受的载荷大小,就能判断厚壁圆筒是否达到了屈服极限状态。绘制了在不同屈服准则下的极限载荷线图,以便对其差异进行比较。
应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷计算公式,并且绘制了其极限载荷线图。在这些计算公式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果。应用其极限载荷线图,根据其承受的载荷大小,就能判断厚壁圆筒是否达到了屈服极限状态。绘制了在不同屈服准则下的极限载荷线图,以便对其差异进行比较。
2004, 21(5): 193-197.
摘要:
为分析应变软化和由此带来的应变局部化问题,将梯度塑性理论引入裂纹带模型。以拉应变局部化区域代替裂纹带,在三点弯梁裂纹带(具有一定尺寸的带宽由特征长度确定)内部存在着不均匀分布的拉应变,这与实验结果相符。对拉应变进行积分,得到了拉应变局部化区域的张拉位移的理论表达式,结果表明:该位移与拉应力成线性规律,拉应变局部化区域的宽度越大,弹性模量越小或降模量越小,则该位移越大。此外,采用应力平衡条件、应变软化的本构关系及平截面假定,还得到了拉应变局部化区域的扩展规律,结果表明:下降模量越大、三点弯梁高度越小及弹性模量越小,则在相同的拉应力的情况下,拉应变局部化区扩展的长度越小;抗拉强度对拉应变局部化区扩展长度的最大值没有影响。此外,还研究了梁中部横截面内中性轴到具有最大承载能力的点的距离的变化规律。
为分析应变软化和由此带来的应变局部化问题,将梯度塑性理论引入裂纹带模型。以拉应变局部化区域代替裂纹带,在三点弯梁裂纹带(具有一定尺寸的带宽由特征长度确定)内部存在着不均匀分布的拉应变,这与实验结果相符。对拉应变进行积分,得到了拉应变局部化区域的张拉位移的理论表达式,结果表明:该位移与拉应力成线性规律,拉应变局部化区域的宽度越大,弹性模量越小或降模量越小,则该位移越大。此外,采用应力平衡条件、应变软化的本构关系及平截面假定,还得到了拉应变局部化区域的扩展规律,结果表明:下降模量越大、三点弯梁高度越小及弹性模量越小,则在相同的拉应力的情况下,拉应变局部化区扩展的长度越小;抗拉强度对拉应变局部化区扩展长度的最大值没有影响。此外,还研究了梁中部横截面内中性轴到具有最大承载能力的点的距离的变化规律。
2004, 21(5): 198-202.
摘要:
将损伤变量的概念从材料领域拓展到结构中,并用其作为损伤因子来表征结构的损伤程度。通过表示结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率引起的单元模态应变能的变化,导出结构每一单元的损伤因子的表达式。考虑到所测的结构模态是不完备的,应用完备模态空间理论将未测的结构高阶模态用等效高阶模态来代替从而消除模态截断误差的影响。最后,通过对一悬臂六跨平面桁架结构的数值算例分析的结果说明,该方法简便、有效,可同时定位结构的损伤和识别损伤的程度。
将损伤变量的概念从材料领域拓展到结构中,并用其作为损伤因子来表征结构的损伤程度。通过表示结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率引起的单元模态应变能的变化,导出结构每一单元的损伤因子的表达式。考虑到所测的结构模态是不完备的,应用完备模态空间理论将未测的结构高阶模态用等效高阶模态来代替从而消除模态截断误差的影响。最后,通过对一悬臂六跨平面桁架结构的数值算例分析的结果说明,该方法简便、有效,可同时定位结构的损伤和识别损伤的程度。
2004, 21(5): 203-208.
摘要:
基于大量弹道极限试验分析和高应变率下材料的简化热塑性本构关系,提出一种计算塑性金属靶板在刚性平头弹亚弹速冲击下冲塞剪切耗能的简化模型,建立了刚性平头弹穿透靶板所需最小能量(最小穿透能量)的无量纲表达式,得到一个计算低碳钢靶板最小穿透能量的半理论半经验公式。介绍并分析讨论了现有金属靶板最小穿透能量经验公式,得到一些有意义的结论。经分析比较,表明本文公式适用性较广、精度较好。
基于大量弹道极限试验分析和高应变率下材料的简化热塑性本构关系,提出一种计算塑性金属靶板在刚性平头弹亚弹速冲击下冲塞剪切耗能的简化模型,建立了刚性平头弹穿透靶板所需最小能量(最小穿透能量)的无量纲表达式,得到一个计算低碳钢靶板最小穿透能量的半理论半经验公式。介绍并分析讨论了现有金属靶板最小穿透能量经验公式,得到一些有意义的结论。经分析比较,表明本文公式适用性较广、精度较好。
2004, 21(5): 209-214.
摘要:
运用文献计量学的方法,通过对全国中文核心期刊——《工程力学》近10年(1994～2004年6月)所发论文引文(包括引文的数量,语种,类型分布),作者(包括作者的系统、地区、合作类型分布)及基金论文(包括基金论文的数量, 获基金资助的数量,资助机构分布)的定量分析,客观揭示该刊在我国学术界的整体水平及重要影响。
运用文献计量学的方法,通过对全国中文核心期刊——《工程力学》近10年(1994～2004年6月)所发论文引文(包括引文的数量,语种,类型分布),作者(包括作者的系统、地区、合作类型分布)及基金论文(包括基金论文的数量, 获基金资助的数量,资助机构分布)的定量分析,客观揭示该刊在我国学术界的整体水平及重要影响。
