2014年 第31卷 第2期
2014, 31(2): 1-14.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST03
摘要:
作为一种典型的柔性张力体系, 膜结构的分析方法与刚性结构相比有许多不同之处, 形成一套独特的理论体系。首先阐述了膜结构分析理论的特点和一些需要特殊考虑的问题, 然后从初始形态分析、荷载效应分析和裁剪分析三个方面概要介绍了膜结构分析理论的发展过程, 以及一些具有代表性的方法;继而针对膜结构分析中的若干热点问题, 包括褶皱的数值模拟、考虑多目标的形态优化、基于裁剪-找形一体化思想的精确成形技术和考虑流固耦合的风振分析方法等的研究现状进行了评述, 最后对膜结构分析理论的进一步发展提出展望。
作为一种典型的柔性张力体系, 膜结构的分析方法与刚性结构相比有许多不同之处, 形成一套独特的理论体系。首先阐述了膜结构分析理论的特点和一些需要特殊考虑的问题, 然后从初始形态分析、荷载效应分析和裁剪分析三个方面概要介绍了膜结构分析理论的发展过程, 以及一些具有代表性的方法;继而针对膜结构分析中的若干热点问题, 包括褶皱的数值模拟、考虑多目标的形态优化、基于裁剪-找形一体化思想的精确成形技术和考虑流固耦合的风振分析方法等的研究现状进行了评述, 最后对膜结构分析理论的进一步发展提出展望。
2014, 31(2): 15-24.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0005
摘要:
与传统外围整体式防屈曲支撑不同的是, 装配式组合防屈曲支撑的外围构件由多个组件通过连接件拼装而成, 故外围连接的设计方法是此类防屈曲支撑构件设计理论的重要组成部分。针对一种四角钢组合约束型防屈曲支撑, 已有适用于单向弯曲状态的外围连接螺栓内力的简化计算方法。但上述方法的适用性尚需经过精细有限元数值分析加以验证, 并需进行适当修正, 使其具有足够的计算精度, 这是该文进行的研究工作之一。另外, 由于内核构件与外围构件之间间隙的存在, 防屈曲支撑构件更为常见的变形模式表现为双向弯曲变形, 所以该文还将在单向弯曲状态所得到的螺栓内力计算公式的基础上进行进一步的组合, 得到双向弯曲状态下的螺栓内力计算公式。该文最终给出了适用于四角钢组合约束型防屈曲支撑的外围螺栓连接的完整设计方法。
与传统外围整体式防屈曲支撑不同的是, 装配式组合防屈曲支撑的外围构件由多个组件通过连接件拼装而成, 故外围连接的设计方法是此类防屈曲支撑构件设计理论的重要组成部分。针对一种四角钢组合约束型防屈曲支撑, 已有适用于单向弯曲状态的外围连接螺栓内力的简化计算方法。但上述方法的适用性尚需经过精细有限元数值分析加以验证, 并需进行适当修正, 使其具有足够的计算精度, 这是该文进行的研究工作之一。另外, 由于内核构件与外围构件之间间隙的存在, 防屈曲支撑构件更为常见的变形模式表现为双向弯曲变形, 所以该文还将在单向弯曲状态所得到的螺栓内力计算公式的基础上进行进一步的组合, 得到双向弯曲状态下的螺栓内力计算公式。该文最终给出了适用于四角钢组合约束型防屈曲支撑的外围螺栓连接的完整设计方法。
2014, 31(2): 25-34.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST10
摘要:
简述了大型星载展开天线结构系统的结构概况、特点以及可靠性研究的必要性;分八个子专题对其可靠性方面的研究工作进行了梳理和综述;对大型星载展开天线结构系统提出了从发射运载、展开锁定到在轨服役三个阶段中应开展的全过程、多状态的综合可靠性研究内容和方法;最后对星载展开天线结构系统提出了未来可靠性研究中亟待解决的问题。
简述了大型星载展开天线结构系统的结构概况、特点以及可靠性研究的必要性;分八个子专题对其可靠性方面的研究工作进行了梳理和综述;对大型星载展开天线结构系统提出了从发射运载、展开锁定到在轨服役三个阶段中应开展的全过程、多状态的综合可靠性研究内容和方法;最后对星载展开天线结构系统提出了未来可靠性研究中亟待解决的问题。
2014, 31(2): 35-40.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0726
摘要:
设计了一种超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)阻尼器。在SMA丝的Graesser本构模型基础上, 建立了SMA阻尼器的常规力学模型, 进而提出了其简化力学模型。采用随机等价线性化法建立了单自由度SMA阻尼结构在高斯白噪声激励下的平稳随机振动分析公式。算例比较了随机等价线性化法和蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟法计算的结构振动响应, 证明了随机等价线性化法的有效性;比较了无控结构和SMA阻尼结构的动力特性和振动响应, 说明了SMA阻尼器能增加结构的刚度和阻尼比, 因而可有效抑制结构的振动。
设计了一种超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)阻尼器。在SMA丝的Graesser本构模型基础上, 建立了SMA阻尼器的常规力学模型, 进而提出了其简化力学模型。采用随机等价线性化法建立了单自由度SMA阻尼结构在高斯白噪声激励下的平稳随机振动分析公式。算例比较了随机等价线性化法和蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟法计算的结构振动响应, 证明了随机等价线性化法的有效性;比较了无控结构和SMA阻尼结构的动力特性和振动响应, 说明了SMA阻尼器能增加结构的刚度和阻尼比, 因而可有效抑制结构的振动。
2014, 31(2): 41-45.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0472
摘要:
考虑土和模具结构的动力相互作用, 在频率域内研究了深埋球形沼气池模具结构的动力特性。根据黏弹性理论, 通过引入势函数得到了黏弹性土体的位移、应力等的解析解。将模具结构等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体, 根据黏弹性理论推导了模具结构振动响应的完全解析解。根据界面连续性条件, 确定了待定系数的具体表达式。将不同类型的黏弹性模具结构动力响应进行了对比, 并考察了分数导数本构参数、土体和模具结构各参数对系统动力特性的影响。结果表明：模具结构的黏性对系统动力响应有显著影响。随着壁厚的增加, 模具结构振动响应幅值减小;随着阶数的增加, 系统共振效应逐渐减弱;随着材料参数比的增加, 系统响应幅值减小。
考虑土和模具结构的动力相互作用, 在频率域内研究了深埋球形沼气池模具结构的动力特性。根据黏弹性理论, 通过引入势函数得到了黏弹性土体的位移、应力等的解析解。将模具结构等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体, 根据黏弹性理论推导了模具结构振动响应的完全解析解。根据界面连续性条件, 确定了待定系数的具体表达式。将不同类型的黏弹性模具结构动力响应进行了对比, 并考察了分数导数本构参数、土体和模具结构各参数对系统动力特性的影响。结果表明：模具结构的黏性对系统动力响应有显著影响。随着壁厚的增加, 模具结构振动响应幅值减小;随着阶数的增加, 系统共振效应逐渐减弱;随着材料参数比的增加, 系统响应幅值减小。
2014, 31(2): 46-52.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0707
摘要:
总结和分析不同工况下索结构中拉索的受力特点, 将拉索行为归纳为已知原长和已知索力两种典型受力情况。利用悬链线拉索解析解的线性展开, 并引入适当的约束条件, 建立两种新型的拉索单元, 给出单元切线刚度矩阵的显式表达。提出索结构非线性静力分析的一般迭代算法, 算法中利用等效线自重考虑弹性变形对拉索静力状态的影响。以斜拉悬臂结构的多阶段安装为例, 分别采用该文方法和传统方法针对不同工况进行了索结构分析, 对比计算结果证明了该文新型单元和算法的效率和精度。
总结和分析不同工况下索结构中拉索的受力特点, 将拉索行为归纳为已知原长和已知索力两种典型受力情况。利用悬链线拉索解析解的线性展开, 并引入适当的约束条件, 建立两种新型的拉索单元, 给出单元切线刚度矩阵的显式表达。提出索结构非线性静力分析的一般迭代算法, 算法中利用等效线自重考虑弹性变形对拉索静力状态的影响。以斜拉悬臂结构的多阶段安装为例, 分别采用该文方法和传统方法针对不同工况进行了索结构分析, 对比计算结果证明了该文新型单元和算法的效率和精度。
2014, 31(2): 53-57.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0746
摘要:
随着油气资源勘探和开发活动不断向深海发展, 钢悬链线立管(SCRs)成为深海浮式生产系统油气输送的首选立管。该文在钢悬链线立管动力学模型研究中提出一种新模型：SCR刚体转动模型, 该模型基于SCR悬垂段大曲率的考虑, 假定立管为绕悬挂点与触地点连线形成的转动轴的刚体转动系统, 并将该转动效应以惯性力和水动力阻尼的形式与立管弯曲振动耦合, 进行立管的出平面运动分析。数值模拟算例表明, 刚体转动效应对钢悬链线立管的动力响应具有较大影响, 为立管动力分析中不可忽略的运动分量。
随着油气资源勘探和开发活动不断向深海发展, 钢悬链线立管(SCRs)成为深海浮式生产系统油气输送的首选立管。该文在钢悬链线立管动力学模型研究中提出一种新模型：SCR刚体转动模型, 该模型基于SCR悬垂段大曲率的考虑, 假定立管为绕悬挂点与触地点连线形成的转动轴的刚体转动系统, 并将该转动效应以惯性力和水动力阻尼的形式与立管弯曲振动耦合, 进行立管的出平面运动分析。数值模拟算例表明, 刚体转动效应对钢悬链线立管的动力响应具有较大影响, 为立管动力分析中不可忽略的运动分量。
2014, 31(2): 58-65.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0042
摘要:
土-结构相互作用(SSI)对软土地基上桥梁结构地震响应的影响不可忽略, 研究SSI效应对提高桥梁结构抗震安全性十分重要。通过对一座1∶10比例的三跨连续刚构桥模型的振动台阵试验, 系统分析了SSI效应对大跨度连续刚构桥地震响应的影响规律。研究表明：SSI效应使振动台台面地震动的峰值和频谱特性发生较大变化;剪切波速和上覆土层厚度是影响SSI效应的重要因素;SSI效应会增大桥梁结构的位移和应变响应, 其影响程度与地震动的频谱特性和桥梁结构-地基体系的固有特性密切相关;实时耦联动力子结构试验技术是进行桥梁结构考虑SSI效应的振动台试验的有效方法。
土-结构相互作用(SSI)对软土地基上桥梁结构地震响应的影响不可忽略, 研究SSI效应对提高桥梁结构抗震安全性十分重要。通过对一座1∶10比例的三跨连续刚构桥模型的振动台阵试验, 系统分析了SSI效应对大跨度连续刚构桥地震响应的影响规律。研究表明：SSI效应使振动台台面地震动的峰值和频谱特性发生较大变化;剪切波速和上覆土层厚度是影响SSI效应的重要因素;SSI效应会增大桥梁结构的位移和应变响应, 其影响程度与地震动的频谱特性和桥梁结构-地基体系的固有特性密切相关;实时耦联动力子结构试验技术是进行桥梁结构考虑SSI效应的振动台试验的有效方法。
2014, 31(2): 66-72.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0294
摘要:
火灾下建筑结构的倒塌是整体结构系统的力学行为。由于整体结构火灾试验难度较大, 数值模拟是研究整体结构火灾行为的重要手段。该文采用考虑高温作用的纤维梁和分层壳模型以及生死单元技术, 对一实际框支砌体结构的火灾倒塌事故进行了分析, 模拟了整体结构在火灾作用下的倒塌过程, 指出了引起结构火灾倒塌的关键原因, 并根据数值分析结果对火灾下抗连续倒塌设计提出了改进建议。
火灾下建筑结构的倒塌是整体结构系统的力学行为。由于整体结构火灾试验难度较大, 数值模拟是研究整体结构火灾行为的重要手段。该文采用考虑高温作用的纤维梁和分层壳模型以及生死单元技术, 对一实际框支砌体结构的火灾倒塌事故进行了分析, 模拟了整体结构在火灾作用下的倒塌过程, 指出了引起结构火灾倒塌的关键原因, 并根据数值分析结果对火灾下抗连续倒塌设计提出了改进建议。
2014, 31(2): 73-80.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0681
摘要:
该文在标准算子分解法(OS法)的基础上提出加速度附加假定, 使其变为考虑试件质量的动力子结构试验OS法。分析了动力子结构试验OS法的稳定性, 并进行了数值仿真分析。研究结果表明：1) 通过引入加速度附加假定, 使动力子结构试验OS法变为一种显式方法;2) 动力子结构试验OS法的稳定性分析结果表明, 对于纯质量试件, 当质量比不大于1时为条件稳定算法, 对于质量比大于1时为不稳定算法。
该文在标准算子分解法(OS法)的基础上提出加速度附加假定, 使其变为考虑试件质量的动力子结构试验OS法。分析了动力子结构试验OS法的稳定性, 并进行了数值仿真分析。研究结果表明：1) 通过引入加速度附加假定, 使动力子结构试验OS法变为一种显式方法;2) 动力子结构试验OS法的稳定性分析结果表明, 对于纯质量试件, 当质量比不大于1时为条件稳定算法, 对于质量比大于1时为不稳定算法。
2014, 31(2): 81-87.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.04.0300
摘要:
为评估实际楼板结构在可能承受的人行荷载作用下的振动性能, 运用动力测试和数值模拟相结合的方法对某实际楼板结构进行了动力特性及人行激励下的概率性响应分析。首先利用基于频响函数的冲击动力测试, 识别了楼板结构实际的模态参数。然后考虑各行人个体产生激励的差异性及随机的人行路径等因素, 构建了不同随机步态参数组合的单人及人群多分量荷载模型;基于动力测试所得的模态特性, 分别计算了在所构建的概率性荷载作用下的多模态响应;对得到的大量响应样本统计分析得到了单人及人群行走荷载下的响应分布以及某一振动水平发生的概率;结果表明人致振动响应服从近似的正态分布, 行人随机性的步态参数中步频对响应的分布起控制作用, 此外得到的响应分布特性可对实际楼板结构的人致振动进行概率性的评估。在人群荷载响应计算时, 对测得的人活动加速度响应进行自由衰减响应分析得到不同加速度水平时结构基本模态特性的变化, 结果表明频率随振动加速度幅值的变化相对较小, 而阻尼的变化相对较明显。该文研究可为类似工程的人致振动概率性评估提供参考。
为评估实际楼板结构在可能承受的人行荷载作用下的振动性能, 运用动力测试和数值模拟相结合的方法对某实际楼板结构进行了动力特性及人行激励下的概率性响应分析。首先利用基于频响函数的冲击动力测试, 识别了楼板结构实际的模态参数。然后考虑各行人个体产生激励的差异性及随机的人行路径等因素, 构建了不同随机步态参数组合的单人及人群多分量荷载模型;基于动力测试所得的模态特性, 分别计算了在所构建的概率性荷载作用下的多模态响应;对得到的大量响应样本统计分析得到了单人及人群行走荷载下的响应分布以及某一振动水平发生的概率;结果表明人致振动响应服从近似的正态分布, 行人随机性的步态参数中步频对响应的分布起控制作用, 此外得到的响应分布特性可对实际楼板结构的人致振动进行概率性的评估。在人群荷载响应计算时, 对测得的人活动加速度响应进行自由衰减响应分析得到不同加速度水平时结构基本模态特性的变化, 结果表明频率随振动加速度幅值的变化相对较小, 而阻尼的变化相对较明显。该文研究可为类似工程的人致振动概率性评估提供参考。
2014, 31(2): 88-95.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0572
摘要:
在试验研究的基础上, 采用通用有限元软件ABAQUS对空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在单调荷载作用下的受力机理进行了研究。计算和分析了该结构的水平荷载-位移骨架曲线;对结构整体及节点核心区等关键位置在加载结束时的变形进行分析, 并与试验结果进行对比。分析表明, 有限元计算曲线与试验实测曲线吻合较好, 结构有限元模拟的最终变形与试验结果较为一致, 验证了建立的有限元模型的合理性。对结构受力全过程典型时刻、典型位置处的混凝土及型钢截面应力分布和发展规律进行了分析, 揭示了空腹式SRC异形柱中框架的受力机理, 可为这类结构的设计及其工程应用提供参考。
在试验研究的基础上, 采用通用有限元软件ABAQUS对空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在单调荷载作用下的受力机理进行了研究。计算和分析了该结构的水平荷载-位移骨架曲线;对结构整体及节点核心区等关键位置在加载结束时的变形进行分析, 并与试验结果进行对比。分析表明, 有限元计算曲线与试验实测曲线吻合较好, 结构有限元模拟的最终变形与试验结果较为一致, 验证了建立的有限元模型的合理性。对结构受力全过程典型时刻、典型位置处的混凝土及型钢截面应力分布和发展规律进行了分析, 揭示了空腹式SRC异形柱中框架的受力机理, 可为这类结构的设计及其工程应用提供参考。
2014, 31(2): 96-102.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0685
摘要:
为准确分析既有病害条件下的混凝土结构长期变形及受力行为, 该文进行了混凝土材料非线性徐变计算方法研究。以非线性弹性徐变本构理论为基础, 利用Hongnestad模型推导出材料软化系数, 提出一种新的非线性徐变本构模型, 采用初应变法进行显式迭代, 实现混凝土材料非线性徐变分析。以混凝土徐变及开裂的线性耦合假定为基础, 模拟长期持载过程中裂缝的扩展。采用ADINA用户子程序二次开发实现了相关算法, 并通过混凝土非线性徐变经典试验的对比分析, 验证了计算方法的可靠性。
为准确分析既有病害条件下的混凝土结构长期变形及受力行为, 该文进行了混凝土材料非线性徐变计算方法研究。以非线性弹性徐变本构理论为基础, 利用Hongnestad模型推导出材料软化系数, 提出一种新的非线性徐变本构模型, 采用初应变法进行显式迭代, 实现混凝土材料非线性徐变分析。以混凝土徐变及开裂的线性耦合假定为基础, 模拟长期持载过程中裂缝的扩展。采用ADINA用户子程序二次开发实现了相关算法, 并通过混凝土非线性徐变经典试验的对比分析, 验证了计算方法的可靠性。
2014, 31(2): 103-109.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0686
摘要:
对某些低渗透性饱和粘土而言, 存在一起始水力坡降i0(即起始比降), 只有当土中某点的水力坡降大于i0时, 该点才会发生渗流。该文在传统竖井地基固结理论的基础上, 建立了能考虑起始比降影响的新固结计算模型, 并推导了能同时考虑起始比降和涂抹作用的竖井地基中渗流移动边界与时间的关系表达式及孔压和固结度的解析表达式。最后, 通过对比计算, 分析了起始比降、荷载及渗透系数等参数对竖井地基渗流移动边界及固结性状的影响。分析表明: 考虑起始比降i0的影响, 竖井地基土体中超静孔压不会完全消散, 存在残余孔压;竖井地基按孔压定义的最终固结度不会到达100%, 其大小与荷载q和起始比降i0有关, 而与s和kh/ks无关。
对某些低渗透性饱和粘土而言, 存在一起始水力坡降i0(即起始比降), 只有当土中某点的水力坡降大于i0时, 该点才会发生渗流。该文在传统竖井地基固结理论的基础上, 建立了能考虑起始比降影响的新固结计算模型, 并推导了能同时考虑起始比降和涂抹作用的竖井地基中渗流移动边界与时间的关系表达式及孔压和固结度的解析表达式。最后, 通过对比计算, 分析了起始比降、荷载及渗透系数等参数对竖井地基渗流移动边界及固结性状的影响。分析表明: 考虑起始比降i0的影响, 竖井地基土体中超静孔压不会完全消散, 存在残余孔压;竖井地基按孔压定义的最终固结度不会到达100%, 其大小与荷载q和起始比降i0有关, 而与s和kh/ks无关。
2014, 31(2): 110-116.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0687
摘要:
CRTSIII型板式无砟轨道底座板上设置限位凹槽与上部自密实混凝土凸台相结合, 以实现结构层之间的传力、限位功能。该文利用有限元软件建立了路基上CRTSIII型板式无砟轨道空间静力分析模型, 并利用自主开发的FOSYS动力分析程序建立了车辆-轨道耦合动力学模型, 对两种主要凹槽设置方案的轨道结构静、动力学特性进行了对比研究。结果表明：1) 温度、车辆、基础沉降荷载作用下, 两种方案的结构受力变形略有差异, 但均在合理范围内;2) 当自密实混凝土与底座板间土工布层摩擦作用不足时, 双槽方案结构横向稳定性明显强于单槽方案;3) 动力荷载作用下, 两方案的动力学指标均满足高速铁路设计规范要求, 凹槽设置方式对于轨道结构动力学特性影响较小。综上, 两种凹槽设置方案均具有一定可行性, 考虑长期使用条件下双槽方案横向稳定性更佳, 推荐使用双槽方案。
CRTSIII型板式无砟轨道底座板上设置限位凹槽与上部自密实混凝土凸台相结合, 以实现结构层之间的传力、限位功能。该文利用有限元软件建立了路基上CRTSIII型板式无砟轨道空间静力分析模型, 并利用自主开发的FOSYS动力分析程序建立了车辆-轨道耦合动力学模型, 对两种主要凹槽设置方案的轨道结构静、动力学特性进行了对比研究。结果表明：1) 温度、车辆、基础沉降荷载作用下, 两种方案的结构受力变形略有差异, 但均在合理范围内;2) 当自密实混凝土与底座板间土工布层摩擦作用不足时, 双槽方案结构横向稳定性明显强于单槽方案;3) 动力荷载作用下, 两方案的动力学指标均满足高速铁路设计规范要求, 凹槽设置方式对于轨道结构动力学特性影响较小。综上, 两种凹槽设置方案均具有一定可行性, 考虑长期使用条件下双槽方案横向稳定性更佳, 推荐使用双槽方案。
2014, 31(2): 117-124.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0691
摘要:
根据车辆荷载效应右截尾分布模型, 提出一种基于结构可靠度理论的中、小跨度桥梁限载分析方法。首先以规范规定的车辆荷载效应分布为原始分布, 构造右截尾的车辆荷载效应概率密度函数;然后, 假定抗力、恒载效应及车辆荷载效应为相互独立的随机变量, 建立了考虑车辆荷载效应右截尾分布特征的限载系数反演模型;继而, 通过分析车辆荷载效应均值变化对限载系数的影响规律, 提出了理想抗力桥梁条件限载系数的确定方法, 并讨论了条件限载系数对车辆荷载效应变异系数与分布类型的敏感程度;最后, 根据原桥梁规范受弯构件承载能力设计表达式, 计算了按原规范设计桥梁的条件限载系数。结果表明, 桥梁限载取值仅与设计荷载等级、容许失效概率以及设计采用的活恒载比值有关, 而与车辆荷载效应的统计参数关系不大。所提限载分析方法可为中、小跨径桥梁提供具有一致可靠度水平的限载取值。
根据车辆荷载效应右截尾分布模型, 提出一种基于结构可靠度理论的中、小跨度桥梁限载分析方法。首先以规范规定的车辆荷载效应分布为原始分布, 构造右截尾的车辆荷载效应概率密度函数;然后, 假定抗力、恒载效应及车辆荷载效应为相互独立的随机变量, 建立了考虑车辆荷载效应右截尾分布特征的限载系数反演模型;继而, 通过分析车辆荷载效应均值变化对限载系数的影响规律, 提出了理想抗力桥梁条件限载系数的确定方法, 并讨论了条件限载系数对车辆荷载效应变异系数与分布类型的敏感程度;最后, 根据原桥梁规范受弯构件承载能力设计表达式, 计算了按原规范设计桥梁的条件限载系数。结果表明, 桥梁限载取值仅与设计荷载等级、容许失效概率以及设计采用的活恒载比值有关, 而与车辆荷载效应的统计参数关系不大。所提限载分析方法可为中、小跨径桥梁提供具有一致可靠度水平的限载取值。
2014, 31(2): 125-130.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0698
摘要:
在按照我国现行规范设计的16榀PPC框架的Pushover抗震性能分析的基础上, 对PPC框架性能水准的量化指标及DDBD法中设计位移的可靠度问题进行了研究。提出了结构基本完好、生命安全和防止倒塌三个性能水准的划分定义和以裂缝宽度、承载力指标等作为各性能水准的量化参考指标, 并以量化参考指标对应的层间位移角作为其最终的量化指标。同时, 将量化指标层间位移角做为抗力, 预期风险水平地震下层间位移角反应作为效应, 提出了一种以我国现行规范隐含的各性能水准可靠度为基础的考虑可靠度问题的简化方法。在某一性能水准下, DDBD法最终计算所得可靠度值β可视为一个与现行规范隐含可靠度值相对大小的量, 极大避免了计算用变异系数取值差异带来的误差, 且能满足同一性能水准的不同设计要求。
在按照我国现行规范设计的16榀PPC框架的Pushover抗震性能分析的基础上, 对PPC框架性能水准的量化指标及DDBD法中设计位移的可靠度问题进行了研究。提出了结构基本完好、生命安全和防止倒塌三个性能水准的划分定义和以裂缝宽度、承载力指标等作为各性能水准的量化参考指标, 并以量化参考指标对应的层间位移角作为其最终的量化指标。同时, 将量化指标层间位移角做为抗力, 预期风险水平地震下层间位移角反应作为效应, 提出了一种以我国现行规范隐含的各性能水准可靠度为基础的考虑可靠度问题的简化方法。在某一性能水准下, DDBD法最终计算所得可靠度值β可视为一个与现行规范隐含可靠度值相对大小的量, 极大避免了计算用变异系数取值差异带来的误差, 且能满足同一性能水准的不同设计要求。
2014, 31(2): 131-138.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0699
摘要:
基于非线性Mohr-Coulomb强度准则, 根据相关联的流动法则, 构造出条形锚板上方土体破坏的机动许可场, 利用极限分析上限法, 结合变分原理, 推导出了水平浅埋条形锚板极限抗拔力的表达式与极限状态下对应的土体破裂机制, 讨论了不同锚板设计参数与土体强度参数, 对锚板极限抗拔力与土体破裂机制的影响, 并将该文计算结果与不同计算方法对应计算结果进行了对比。计算表明：随着锚板埋置深度、土体初始粘聚力与重度的增加, 锚板的极限抗拔力不断增大;该文提出的土体破裂机制, 与现有文献中的试验结果一致, 破裂曲面的形状主要取决于非线性系数m的大小, 而且非线性系数m对锚板极限抗拔力也有着显著的影响, 随着非线性系数m增加, 锚板抗拔力非线性不断降低, 土体破裂范围不断减小, 破裂曲面的曲率则不断增加, 当m=1.0时, 破裂曲面退化为一平直面。该文上限解计算结果与现有文献计算成果以及数值计算结果非常接近, 从而证明了该计算方法的有效性, 为条形锚板的设计提供一定参考。
基于非线性Mohr-Coulomb强度准则, 根据相关联的流动法则, 构造出条形锚板上方土体破坏的机动许可场, 利用极限分析上限法, 结合变分原理, 推导出了水平浅埋条形锚板极限抗拔力的表达式与极限状态下对应的土体破裂机制, 讨论了不同锚板设计参数与土体强度参数, 对锚板极限抗拔力与土体破裂机制的影响, 并将该文计算结果与不同计算方法对应计算结果进行了对比。计算表明：随着锚板埋置深度、土体初始粘聚力与重度的增加, 锚板的极限抗拔力不断增大;该文提出的土体破裂机制, 与现有文献中的试验结果一致, 破裂曲面的形状主要取决于非线性系数m的大小, 而且非线性系数m对锚板极限抗拔力也有着显著的影响, 随着非线性系数m增加, 锚板抗拔力非线性不断降低, 土体破裂范围不断减小, 破裂曲面的曲率则不断增加, 当m=1.0时, 破裂曲面退化为一平直面。该文上限解计算结果与现有文献计算成果以及数值计算结果非常接近, 从而证明了该计算方法的有效性, 为条形锚板的设计提供一定参考。
2014, 31(2): 139-145.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0701
摘要:
抛石潜堤在港口工程中得到广泛应用, 该文运用离散单元法中的二维颗粒流方法建立了抛石潜堤模型, 分析了刚度和摩擦系数两个细观参数对模型分析的影响。结合工程实例, 合理确定了抛石潜堤颗粒流模型的细观参数, 克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设, 形象而直观的模拟分析了抛石潜堤的动状稳定破坏。研究表明, 在波浪荷载作用下, 抛石重量是影响失稳的主要因素, 其次是堤顶宽度及断面坡度。抛石重量越大, 堤顶宽度越大, 断面坡度越缓, 则抛石潜堤的整体稳定性越好。应用此结论, 针对该工程, 对抛石潜堤进行了结构优化, 得到不同的抛石块体以及不同的断面形状的优化潜堤结构。
抛石潜堤在港口工程中得到广泛应用, 该文运用离散单元法中的二维颗粒流方法建立了抛石潜堤模型, 分析了刚度和摩擦系数两个细观参数对模型分析的影响。结合工程实例, 合理确定了抛石潜堤颗粒流模型的细观参数, 克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设, 形象而直观的模拟分析了抛石潜堤的动状稳定破坏。研究表明, 在波浪荷载作用下, 抛石重量是影响失稳的主要因素, 其次是堤顶宽度及断面坡度。抛石重量越大, 堤顶宽度越大, 断面坡度越缓, 则抛石潜堤的整体稳定性越好。应用此结论, 针对该工程, 对抛石潜堤进行了结构优化, 得到不同的抛石块体以及不同的断面形状的优化潜堤结构。
2014, 31(2): 146-150.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0702
摘要:
通过建立力学模型, 应用弹性力学中的半逆解法对水平荷载作用下钢板深梁应力与位移进行计算。推导出钢板深梁有关的应力分量与位移分量的解析计算公式。结果表明：非加劲钢板深梁计算所得结果与试验结果对比, 能够满足精度要求。对于两侧加劲钢板深梁, 随加劲肋与钢板的面积比的改变, 钢板深梁应力分布也发生改变。当面积比为0时, 所得解与非加劲钢板深梁解一致;随面积比增大时, 钢板深梁正应力减小, 最终近似为纯剪受力状态。所得解为构件设计和稳定性分析提供理论基础。
通过建立力学模型, 应用弹性力学中的半逆解法对水平荷载作用下钢板深梁应力与位移进行计算。推导出钢板深梁有关的应力分量与位移分量的解析计算公式。结果表明：非加劲钢板深梁计算所得结果与试验结果对比, 能够满足精度要求。对于两侧加劲钢板深梁, 随加劲肋与钢板的面积比的改变, 钢板深梁应力分布也发生改变。当面积比为0时, 所得解与非加劲钢板深梁解一致;随面积比增大时, 钢板深梁正应力减小, 最终近似为纯剪受力状态。所得解为构件设计和稳定性分析提供理论基础。
2014, 31(2): 151-157.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0704
摘要:
在风作用下大跨度斜拉-悬索体系具有明显的三维流动特点, 其风效应较为复杂, 同时斜拉-悬索体系跨度大、刚度小、对风作用较为敏感, 易产生风致振动。该文以空中客车系统为工程背景, 首先通过1∶1足尺节段模型风洞试验得到主缆和轨道的气动力系数, 然后在分析风、主缆、轨道三者相互作用的基础上, 对有限元分析软件ANSYS进行二次开发, 建立风、主缆、轨道非线性空间分析模型, 通过风荷载的自动加载, 实现风致静动力响应全过程仿真模拟, 从而得到主缆、轨道的静动力响应。计算结果表明, 结构整体表现较柔, 在设计风速下轨道和主缆横向位移较大, 结构横向总响应较竖向总响应要大得多, 结构总响应以横桥向为主。研究结论可为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供依据。
在风作用下大跨度斜拉-悬索体系具有明显的三维流动特点, 其风效应较为复杂, 同时斜拉-悬索体系跨度大、刚度小、对风作用较为敏感, 易产生风致振动。该文以空中客车系统为工程背景, 首先通过1∶1足尺节段模型风洞试验得到主缆和轨道的气动力系数, 然后在分析风、主缆、轨道三者相互作用的基础上, 对有限元分析软件ANSYS进行二次开发, 建立风、主缆、轨道非线性空间分析模型, 通过风荷载的自动加载, 实现风致静动力响应全过程仿真模拟, 从而得到主缆、轨道的静动力响应。计算结果表明, 结构整体表现较柔, 在设计风速下轨道和主缆横向位移较大, 结构横向总响应较竖向总响应要大得多, 结构总响应以横桥向为主。研究结论可为大跨度柔性斜拉-悬索体系的进一步优化设计提供依据。
2014, 31(2): 158-163.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0705
摘要:
该文提出了一种描述平稳地震地面运动过程随机特性的功率谱密度函数模型。假定基岩地震动为某种过滤白谱过程, 通过两个特定频率参数控制该过滤白谱的低频和高频含量, 从而实现对基岩地震动物理特性的模拟。利用金井清滤波器对基岩过滤白谱进行过滤, 得到地震地面加速度的谱密度模型。通过数学推导解释了该模型的物理机制, 选择汶川地震强震观测数据拟合模型中的相关参数, 给出了汶川地震场地相应的模型参数建议取值。该文模型在物理机制上可以认为是金井清谱模型的改进方案, 但修正了金井清谱模型在零频处奇异的缺陷。
该文提出了一种描述平稳地震地面运动过程随机特性的功率谱密度函数模型。假定基岩地震动为某种过滤白谱过程, 通过两个特定频率参数控制该过滤白谱的低频和高频含量, 从而实现对基岩地震动物理特性的模拟。利用金井清滤波器对基岩过滤白谱进行过滤, 得到地震地面加速度的谱密度模型。通过数学推导解释了该模型的物理机制, 选择汶川地震强震观测数据拟合模型中的相关参数, 给出了汶川地震场地相应的模型参数建议取值。该文模型在物理机制上可以认为是金井清谱模型的改进方案, 但修正了金井清谱模型在零频处奇异的缺陷。
2014, 31(2): 164-169.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0706
摘要:
为提高传统T形件连接的耗能能力, 在T形件之间设置两块矩形垫板使T形件翼缘在拉、压荷载作用下均能屈服耗能。设计制作了4个设置垫板的T形件连接试件和1个未设置垫板的试件, 进行往复拉压作用下的拟静力试验。结果表明：通过设置垫板提高T形件连接的耗能能力是可行的;设置垫板的试件滞回性能稳定、滞回环饱满, 在拉、压荷载作用下均能耗散能量, 耗能能力为相同构造不设置垫板试件的150%左右;设置垫板试件在拉力和压力作用下受力机理不同, 抗压承载力和刚度大于其抗拉承载力和刚度;随着垫板宽度的增加, 试件的抗压承载力和抗拉承载力均有所提高。
为提高传统T形件连接的耗能能力, 在T形件之间设置两块矩形垫板使T形件翼缘在拉、压荷载作用下均能屈服耗能。设计制作了4个设置垫板的T形件连接试件和1个未设置垫板的试件, 进行往复拉压作用下的拟静力试验。结果表明：通过设置垫板提高T形件连接的耗能能力是可行的;设置垫板的试件滞回性能稳定、滞回环饱满, 在拉、压荷载作用下均能耗散能量, 耗能能力为相同构造不设置垫板试件的150%左右;设置垫板试件在拉力和压力作用下受力机理不同, 抗压承载力和刚度大于其抗拉承载力和刚度;随着垫板宽度的增加, 试件的抗压承载力和抗拉承载力均有所提高。
2014, 31(2): 170-176.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0728
摘要:
为满足无粘结部分预应力混凝土(UPPC)梁正常使用极限状态的设计要求, 必须合理估算使用荷载下构件的挠度。由于预应力筋与其周围混凝土没有粘结, 加之部分预应力混凝土梁的中性轴随外荷载而动, 开裂截面形心轴及开裂截面惯性矩也跟着变, 这给UPPC梁的挠度计算带来了困难。该文建立了一个UPPC梁的开裂截面惯性矩计算方法, 在此基础上, 可以按Branson方法很容易地计算出截面有效惯性矩。该有效惯性矩与按《混凝土设计规范》(GB50010-2010)方法所得的有效惯性矩较接近, 前者与后者之比在0.89~1.10。计算挠度与3个不同研究者的试验对比表明所建立方法是正确的并具有较广泛的适用性, 可用于无粘结预应力筋为纤维复合材料的混凝土梁, 而目前的混凝土结构设计规范方法则无法应用于此类构件。
为满足无粘结部分预应力混凝土(UPPC)梁正常使用极限状态的设计要求, 必须合理估算使用荷载下构件的挠度。由于预应力筋与其周围混凝土没有粘结, 加之部分预应力混凝土梁的中性轴随外荷载而动, 开裂截面形心轴及开裂截面惯性矩也跟着变, 这给UPPC梁的挠度计算带来了困难。该文建立了一个UPPC梁的开裂截面惯性矩计算方法, 在此基础上, 可以按Branson方法很容易地计算出截面有效惯性矩。该有效惯性矩与按《混凝土设计规范》(GB50010-2010)方法所得的有效惯性矩较接近, 前者与后者之比在0.89~1.10。计算挠度与3个不同研究者的试验对比表明所建立方法是正确的并具有较广泛的适用性, 可用于无粘结预应力筋为纤维复合材料的混凝土梁, 而目前的混凝土结构设计规范方法则无法应用于此类构件。
2014, 31(2): 177-183.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.04.0248
摘要:
土石混合体是自然界中分布广泛的一种地质材料, 受组分多样性, 块石粒径大小不一和块石空间分布位置随机等因素的影响, 其物理力学性质十分复杂。在土石混合体边坡的稳定性分析中, 以往大多将其简化为均匀地质体结构而不考虑块石的影响。该文采用有限元强度折减法, 对土体和四种不同类型块石分布的土石混合体边坡分别在自重状态(准静态)和打桩作用(动态)下的稳定性进行了分析, 探讨了块石空间分布对剪切带和边坡稳定性的影响。计算结果表明, 土石混合体边坡内的剪切带具有明显的绕石效应, 位于土石混合体边坡内部不同位置处的块石对边坡稳定性产生的影响不同。
土石混合体是自然界中分布广泛的一种地质材料, 受组分多样性, 块石粒径大小不一和块石空间分布位置随机等因素的影响, 其物理力学性质十分复杂。在土石混合体边坡的稳定性分析中, 以往大多将其简化为均匀地质体结构而不考虑块石的影响。该文采用有限元强度折减法, 对土体和四种不同类型块石分布的土石混合体边坡分别在自重状态(准静态)和打桩作用(动态)下的稳定性进行了分析, 探讨了块石空间分布对剪切带和边坡稳定性的影响。计算结果表明, 土石混合体边坡内的剪切带具有明显的绕石效应, 位于土石混合体边坡内部不同位置处的块石对边坡稳定性产生的影响不同。
2014, 31(2): 184-189.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.07.0544
摘要:
为定量分析橡胶隔震支座的受拉性能, 该文建立了橡胶隔震支座双弹簧拉伸刚度简化分析模型, 根据支座的剪切和拉伸几何变形条件, 以及受力平衡条件, 推导了不同剪切变形下橡胶隔震支座拉伸刚度理论计算公式。根据推导结果对支座拉伸刚度变化规律进行了分析, 并与ABAQUS有限元数值模型及支座拉伸试验结果进行了对比, 结果表明, 该文计算公式可以较好地分析不同直径叠层橡胶隔震支座在剪切变形小于100%时拉伸刚度定量变化。
为定量分析橡胶隔震支座的受拉性能, 该文建立了橡胶隔震支座双弹簧拉伸刚度简化分析模型, 根据支座的剪切和拉伸几何变形条件, 以及受力平衡条件, 推导了不同剪切变形下橡胶隔震支座拉伸刚度理论计算公式。根据推导结果对支座拉伸刚度变化规律进行了分析, 并与ABAQUS有限元数值模型及支座拉伸试验结果进行了对比, 结果表明, 该文计算公式可以较好地分析不同直径叠层橡胶隔震支座在剪切变形小于100%时拉伸刚度定量变化。
2014, 31(2): 190-194.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0611
摘要:
对2根后张有粘结预应力混凝土简支梁分别进行单调加载和二级等幅值疲劳加载试验, 在各级加载后对试验梁进行动测得到自由振动加速度信号, 对加速度信号进行盲源分离并进行Hilbert变换, 得到各损伤状态下梁的频率-振幅曲线簇, 分析其非线性振动特性随损伤状态的变化规律。结合裂缝开展情况和钢绞线的应力变化, 探讨梁的非线性振动特性的变化与其损伤之间的关系。结果表明非线性振动特性适合于预应力混凝土梁的损伤 检测。
对2根后张有粘结预应力混凝土简支梁分别进行单调加载和二级等幅值疲劳加载试验, 在各级加载后对试验梁进行动测得到自由振动加速度信号, 对加速度信号进行盲源分离并进行Hilbert变换, 得到各损伤状态下梁的频率-振幅曲线簇, 分析其非线性振动特性随损伤状态的变化规律。结合裂缝开展情况和钢绞线的应力变化, 探讨梁的非线性振动特性的变化与其损伤之间的关系。结果表明非线性振动特性适合于预应力混凝土梁的损伤 检测。
2014, 31(2): 195-202.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0757
摘要:
该文利用具有良好小样本学习能力的支持向量机回归拟合结构响应的显式函数, 计算随机变量的灵敏度系数, 并结合蒙特卡洛法对结构响应的随机性进行分析。采用自适应混合粒子群法优化支持向量机相关参数取值, 提高了计算效率。通过两个工程算例验证了该方法的可行性, 并对比了训练样本抽样方法对计算精度的影响。算例结果表明：利用补充抽样方法抽取训练样本计算结构随机性得到的结果精度高, 拟合的概率密度分布曲线可以更好的反映真实情况;同时利用灵敏度系数研究了算例中不同随机变量对结构响应的敏感性。
该文利用具有良好小样本学习能力的支持向量机回归拟合结构响应的显式函数, 计算随机变量的灵敏度系数, 并结合蒙特卡洛法对结构响应的随机性进行分析。采用自适应混合粒子群法优化支持向量机相关参数取值, 提高了计算效率。通过两个工程算例验证了该方法的可行性, 并对比了训练样本抽样方法对计算精度的影响。算例结果表明：利用补充抽样方法抽取训练样本计算结构随机性得到的结果精度高, 拟合的概率密度分布曲线可以更好的反映真实情况;同时利用灵敏度系数研究了算例中不同随机变量对结构响应的敏感性。
2014, 31(2): 203-209.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0853
摘要:
采用截面组合法推导工字形或H形截面的屈服方程, 并在端部和跨内分别假想有一个零长度的弹簧考虑截面的刚度, 提出了有分布荷载作用的杆件仅使用一个单元就能准确模拟跨内塑性铰的钢框架高等分析方法。通过对引入的非节点自由度进行凝聚, 使得所提出的单元与常规单元具有相同的节点自由度。该方法还利用稳定函数考虑单元的剪切变形和几何非线性、初始屈服方程中考虑残余应力、折减弹性模量法考虑初始缺陷。算例结果表明, 采用所提出的方法可得到高效率和高精度的结果。
采用截面组合法推导工字形或H形截面的屈服方程, 并在端部和跨内分别假想有一个零长度的弹簧考虑截面的刚度, 提出了有分布荷载作用的杆件仅使用一个单元就能准确模拟跨内塑性铰的钢框架高等分析方法。通过对引入的非节点自由度进行凝聚, 使得所提出的单元与常规单元具有相同的节点自由度。该方法还利用稳定函数考虑单元的剪切变形和几何非线性、初始屈服方程中考虑残余应力、折减弹性模量法考虑初始缺陷。算例结果表明, 采用所提出的方法可得到高效率和高精度的结果。
2014, 31(2): 210-213.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0735
摘要:
采用基础流函数法对不同型线任意曲线凹模管材挤压过程进行力学建模、解析分析与数值求解, 得到了一种管材挤压力的计算方法及相应表达式, 并在MATLAB软件平台上编写了挤压力数值计算程序;经与工厂实测结果对比, 该文方法计算得到的挤压力与实测结果吻合良好, 最大相对误差仅为-5.4%, 计算精度优于主应力法和功平衡法;而且, 由于该方法避免了完备流函数法中未知系数的迭代求解, 其计算效率大大提高;综合表明, 该文基于基础流函数法的挤压力求解方法的计算精度和计算效率都能够更好地满足工程计算需要。
采用基础流函数法对不同型线任意曲线凹模管材挤压过程进行力学建模、解析分析与数值求解, 得到了一种管材挤压力的计算方法及相应表达式, 并在MATLAB软件平台上编写了挤压力数值计算程序;经与工厂实测结果对比, 该文方法计算得到的挤压力与实测结果吻合良好, 最大相对误差仅为-5.4%, 计算精度优于主应力法和功平衡法;而且, 由于该方法避免了完备流函数法中未知系数的迭代求解, 其计算效率大大提高;综合表明, 该文基于基础流函数法的挤压力求解方法的计算精度和计算效率都能够更好地满足工程计算需要。
2014, 31(2): 214-218.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0694
摘要:
近年来随着现代轧机装备水平的不断提高, 轧机振动问题显得更加突出和多样化, 成为轧制领域亟需解决的一个世界难题。经过对日本三菱公司的FTSR热连轧机组、德国西马克公司的CSP热连轧机组和中国鞍钢的ASP热连轧机组的振动测试, 发现某轧机扭振与轴向振动频率相同。为了解释轧机轴向振动这一现象, 利用ANSYS有限元谐响应分析模块进行了计算机仿真研究, 获得了在某种条件下轧机扭振与轴向振动会产生耦合振动现象的结论, 为轧机耦合动力学设计提供理论依据。
近年来随着现代轧机装备水平的不断提高, 轧机振动问题显得更加突出和多样化, 成为轧制领域亟需解决的一个世界难题。经过对日本三菱公司的FTSR热连轧机组、德国西马克公司的CSP热连轧机组和中国鞍钢的ASP热连轧机组的振动测试, 发现某轧机扭振与轴向振动频率相同。为了解释轧机轴向振动这一现象, 利用ANSYS有限元谐响应分析模块进行了计算机仿真研究, 获得了在某种条件下轧机扭振与轴向振动会产生耦合振动现象的结论, 为轧机耦合动力学设计提供理论依据。
2014, 31(2): 219-224.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0676
摘要:
将飞机结构设计的尽可能理想, 如重量轻、强度高、耐久性好等, 一直是飞机结构设计师的愿望。应用子模型分析技术, 从全局模型中提取感兴趣部位进行细节分析, 然后加入损伤容限约束条件, 对结构细节进行多目标优化设计。讨论了机身开口结构几何参数对结构寿命的影响, 结果显示加强结构附近剩余强度可能发生不减反增的现象, 裂纹扩展寿命对开口倒角半径并不很敏感, 增加带板厚度在一定范围内能够提高结构寿命。该文方法具有较好的精度和准确性, 同时为开口结构设计、优化和检修提供参考及指导。
将飞机结构设计的尽可能理想, 如重量轻、强度高、耐久性好等, 一直是飞机结构设计师的愿望。应用子模型分析技术, 从全局模型中提取感兴趣部位进行细节分析, 然后加入损伤容限约束条件, 对结构细节进行多目标优化设计。讨论了机身开口结构几何参数对结构寿命的影响, 结果显示加强结构附近剩余强度可能发生不减反增的现象, 裂纹扩展寿命对开口倒角半径并不很敏感, 增加带板厚度在一定范围内能够提高结构寿命。该文方法具有较好的精度和准确性, 同时为开口结构设计、优化和检修提供参考及指导。
2014, 31(2): 225-229.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0688
摘要:
功能梯度形状记忆合金(Functionally Graded Shape Memory Alloy, 简称FG-SMA)是一种新型功能梯度复合材料, 它兼备功能梯度材料和形状记忆合金(Shape Memory Alloy)两种材料的优异特性。该文根据细观力学的理论, 考虑材料的微观组成及相互作用, 建立了一个适合于描述FG-SMA材料力学性能的细观力学本构模型, 该模型可以准确的描述复杂载荷作用下FG-SMA的力学行为。应用这个模型, 该文详细分析了一个由弹性材料和SMA组成的FG-SMA梁在轴力和弯矩共同作用下的受力变形行为。由数值算例可知, 这种新型材料可显著减小载荷作用下的最大应力, 避免材料由于应力过大而导致的破坏。此外, FG-SMA还具有一些其它独特的性能, 可满足实际应用中一些特殊的需要。该文的研究结果可为该类材料的进一步研究提供基础, 为该类材料的应用提供依据。
功能梯度形状记忆合金(Functionally Graded Shape Memory Alloy, 简称FG-SMA)是一种新型功能梯度复合材料, 它兼备功能梯度材料和形状记忆合金(Shape Memory Alloy)两种材料的优异特性。该文根据细观力学的理论, 考虑材料的微观组成及相互作用, 建立了一个适合于描述FG-SMA材料力学性能的细观力学本构模型, 该模型可以准确的描述复杂载荷作用下FG-SMA的力学行为。应用这个模型, 该文详细分析了一个由弹性材料和SMA组成的FG-SMA梁在轴力和弯矩共同作用下的受力变形行为。由数值算例可知, 这种新型材料可显著减小载荷作用下的最大应力, 避免材料由于应力过大而导致的破坏。此外, FG-SMA还具有一些其它独特的性能, 可满足实际应用中一些特殊的需要。该文的研究结果可为该类材料的进一步研究提供基础, 为该类材料的应用提供依据。
2014, 31(2): 230-236.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0693
摘要:
为了进行复合材料层合板的冲击损伤识别研究, 设计了由小到大的14个等级的冲击能量, 对应由小到大的冲击损伤, 其中最小能量的冲击没有造成损伤, 最大能量的冲击造成穿透复合材料板的损伤。应用冲击过程中测试得到的应变响应进行损伤识别。基于冲击过程中获得的脉冲应变信号, 提出了10个新的冲击损伤识别指标：脉冲上升时间、下降时间、总时间、上升时间比下降时间、下降时间比上升时间;脉冲上升面积、下降面积、总面积、上升面积与下降面积之比、下降面积与上升面积之比。将提出的10个新冲击损伤识别指标与冲击能量的关系进行了对比研究。研究表明：脉冲下降时间、脉冲总时间、脉冲下降面积、脉冲总面积与冲击能量之间的关系大体上都是单调的, 这4个指标适合0.8J/mm到6.67J/mm的大范围的冲击损伤程度识别, 其余6个指标在一定的冲击能量范围内可以识别冲击损伤程度。应用脉冲下降面积、脉冲总面积指标进行了冲击定位识别研究, 研究表明, 这两个指标也可以识别冲击损伤的位置。
为了进行复合材料层合板的冲击损伤识别研究, 设计了由小到大的14个等级的冲击能量, 对应由小到大的冲击损伤, 其中最小能量的冲击没有造成损伤, 最大能量的冲击造成穿透复合材料板的损伤。应用冲击过程中测试得到的应变响应进行损伤识别。基于冲击过程中获得的脉冲应变信号, 提出了10个新的冲击损伤识别指标：脉冲上升时间、下降时间、总时间、上升时间比下降时间、下降时间比上升时间;脉冲上升面积、下降面积、总面积、上升面积与下降面积之比、下降面积与上升面积之比。将提出的10个新冲击损伤识别指标与冲击能量的关系进行了对比研究。研究表明：脉冲下降时间、脉冲总时间、脉冲下降面积、脉冲总面积与冲击能量之间的关系大体上都是单调的, 这4个指标适合0.8J/mm到6.67J/mm的大范围的冲击损伤程度识别, 其余6个指标在一定的冲击能量范围内可以识别冲击损伤程度。应用脉冲下降面积、脉冲总面积指标进行了冲击定位识别研究, 研究表明, 这两个指标也可以识别冲击损伤的位置。
2014, 31(2): 237-241.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0713
摘要:
基于区间有限元和矩阵摄动理论, 引入同伦技术, 建立了瞬态热传导不确定性区间参数反演识别的数值求解模式。利用测量信息和计算信息的区间残差构造同伦函数, 将反演识别问题转化为一个优化问题进行求解。时间域上, 引入时域精细算法进行离散, 空间上, 采用八节点等参元技术进行离散, 并结合区间有限元法, 建立了便于敏度分析的不确定性正反演数值模型。该模型不仅考虑了非均质和参数分布的影响, 而且也便于正演和反演问题的敏度分析, 可对导热系数和热边界条件等宗量的区间范围进行有效的单一和组合识别, 并给出了相关的数值算例。数值结果表明了所建数值模型的有效性和可行性, 并具有较高的计算精度。
基于区间有限元和矩阵摄动理论, 引入同伦技术, 建立了瞬态热传导不确定性区间参数反演识别的数值求解模式。利用测量信息和计算信息的区间残差构造同伦函数, 将反演识别问题转化为一个优化问题进行求解。时间域上, 引入时域精细算法进行离散, 空间上, 采用八节点等参元技术进行离散, 并结合区间有限元法, 建立了便于敏度分析的不确定性正反演数值模型。该模型不仅考虑了非均质和参数分布的影响, 而且也便于正演和反演问题的敏度分析, 可对导热系数和热边界条件等宗量的区间范围进行有效的单一和组合识别, 并给出了相关的数值算例。数值结果表明了所建数值模型的有效性和可行性, 并具有较高的计算精度。
2014, 31(2): 242-248.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0727
摘要:
原顶部凹陷膜片的波纹结构位于膜片球形旋转段下端时, 其翻转效率较差, 针对这一问题, 该文将波纹结构设置到临近顶端凹陷区域。利用有限元法, 数值计算原膜片与改进型膜片的屈曲与后屈曲状态。对这两种膜片的研究结果进行对比分析, 得出：改进型膜片的屈曲模态更利于膜片翻转, 且翻转效率更高;改进型膜片避免了易导致原膜片失效破坏的严重偏心与褶皱问题;改进型膜片的最大应力状态较原膜片有显著降低, 可防止膜片在翻转过程中达到材料的极限应力而发生破裂。
原顶部凹陷膜片的波纹结构位于膜片球形旋转段下端时, 其翻转效率较差, 针对这一问题, 该文将波纹结构设置到临近顶端凹陷区域。利用有限元法, 数值计算原膜片与改进型膜片的屈曲与后屈曲状态。对这两种膜片的研究结果进行对比分析, 得出：改进型膜片的屈曲模态更利于膜片翻转, 且翻转效率更高;改进型膜片避免了易导致原膜片失效破坏的严重偏心与褶皱问题;改进型膜片的最大应力状态较原膜片有显著降低, 可防止膜片在翻转过程中达到材料的极限应力而发生破裂。
2014, 31(2): 249-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0737
摘要:
为提高液体静压转台的动力学性能, 该文从N-S方程着手, 计算了液体静压油腔处的动压承载力。通过供油压力计算了同位置处的静压承载力, 利用动压承载力和静压承载力的相互叠加, 计算了液体静压导轨综合承载力, 继而推导了油膜刚度的计算公式。在此基础上, 建立了以综合承载力和油膜刚度为目标函数, 以液体静压转台的振动基频为约束的优化模型, 利用响应面方法和分层可行下降方向法对优化模型进行了求解, 并对优化后的设计进行了瞬态冲击载荷下加工精度的验证, 从而为工程设计提供了理论依据。
为提高液体静压转台的动力学性能, 该文从N-S方程着手, 计算了液体静压油腔处的动压承载力。通过供油压力计算了同位置处的静压承载力, 利用动压承载力和静压承载力的相互叠加, 计算了液体静压导轨综合承载力, 继而推导了油膜刚度的计算公式。在此基础上, 建立了以综合承载力和油膜刚度为目标函数, 以液体静压转台的振动基频为约束的优化模型, 利用响应面方法和分层可行下降方向法对优化模型进行了求解, 并对优化后的设计进行了瞬态冲击载荷下加工精度的验证, 从而为工程设计提供了理论依据。
