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期刊信息

工程力学

Engineering Mechanics

(月刊,1984年创刊)

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国力学学会

主  编:陆新征

编辑出版:《工程力学》杂志社

ISSN 1000-4750CN 11-2595/O3

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  《工程力学》由中国科学技术协会主管,中国力学学会主办。1984年创刊,月刊。主要报导力学在工程及结构中的应用,刊登力学在科研、设计、施工、教学和生产方面具有学术水平、创造性和实用价值的论文,包括力学在土木建筑、水工港工、公路铁路、桥梁隧道、航海造船、航空航天、矿山冶金、机械化工、国防军工、防灾减灾、能源环保等工程中的应用且具有一定学术水平的研究成果。 更多>>
优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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2022年第10期, 刊出日期:2022-10-01
显示方式:
2022-10-封面+目录
2022, 39(10): .  
[摘要](15) [HTML全文](4) [PDF 1516KB](9)
摘要:
综述
填充墙对结构连续倒塌影响的研究进展
王浩然, 李爽, 翟长海
2022, 39(10): 1-16.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.0403
[摘要](276) [HTML全文](64) [PDF 5252KB](123)
摘要:
作为最常用的非结构构件之一,填充墙对结构抗震性能的影响已被普遍认知,并认为在分析和设计时忽视其存在不符合实际情况。对于结构的连续倒塌问题,目前仅获得了填充墙对结构抗连续倒塌性能影响的有限知识。填充墙的存在能够提高结构连续倒塌时的初始刚度和抵抗力,改变荷载的传递路径,最终导致结构的破坏模式和破坏位置改变。该文从试验研究、数值分析和设计方法三个方面系统综述了国内外关于填充墙对结构连续倒塌影响的研究现状。介绍了在现场和试验室两种不同场景下,基于拆除构件法的填充墙框架结构连续倒塌试验研究概况。总结了宏观模拟和精细化模拟两类填充墙框架结构连续倒塌的数值模拟方法。归纳了填充墙框架结构的抗连续倒塌设计方法。在此基础上,分析了该领域已有研究的不足并结合发展趋势对未来研究方向提出了建议。
基本方法
流固耦合问题的PD-SPH建模与分析
姚学昊, 黄丹
2022, 39(10): 17-25.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0418
[摘要](271) [HTML全文](124) [PDF 5707KB](116)
摘要:
针对涉及结构变形破坏的流固耦合(Fluid-structure interaction, FSI)问题,提出一种基于虚粒子和排斥力的近场动力学(Peridynamics, PD)-光滑粒子动力学(Smoothed particle hydrodynamics, SPH)耦合方法。结合PD方法求解不连续问题以及SPH方法在流体模拟方面的优势,分别采用PD方法与SPH方法求解固体域和流体域,并通过流体粒子-虚粒子接触算法处理流-固界面,既能利用粒子间排斥力有效防止粒子穿透现象发生,又能利用虚粒子修正流体粒子的边界缺陷,提高计算精度。采用PD-SPH耦合方法模拟静水压力作用下的铝板变形问题以及溃坝水流冲击弹性板问题,所得结果与解析解或其它数值结果吻合良好,验证了耦合方法的可行性和有效性。进一步应用耦合方法模拟了流体作用下的结构变形、破坏以及破坏后部分结构运动全过程,验证了PD-SPH耦合方法在流固耦合-结构破坏问题模拟方面的适用性。
波动谱元模拟中透射边界稳定性分析
章旭斌, 谢志南
2022, 39(10): 26-35.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0428
[摘要](95) [HTML全文](43) [PDF 5674KB](25)
摘要:
无限域波动数值模拟中,人工边界的稳定性是获得可靠模拟结果的前提。具有高阶精度的谱元法和透射边界两者结合的数值模拟方案显示出较好的模拟精度和数值稳定性,然而,仍然存在数值失稳现象,其失稳机理和稳定条件尚不明确,相应的理论分析极为欠缺。该文针对透射边界在高阶谱元法中的稳定性,依据高阶谱单元中非等间距节点的周期延拓特点,通过构建内域和边界数值格式的向量形式来分析人工边界反射系数。进而保证边界对谱元法中存在的真实模态和虚假模态的反射系数均小于等于1,从而得到透射边界的稳定条件,其表现为无量纲边界参数和谱元参数之间的关系,其含义为透射边界人工波速与介质物理波速的比值限定在一定范围内。同时揭示了透射边界引发高频失稳的机理,即边界对谱元法中虚假模态的反复反射放大所致。最后采用数值实验验证了透射边界稳定条件。
跨音速流中壁板流固耦合效应的形态演化分析
安效民, 冯家悦, 周悦, 孙伟
2022, 39(10): 36-47, 60.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0444
[摘要](102) [HTML全文](49) [PDF 10745KB](14)
摘要:
高速飞行器部件多采用轻质薄壁加筋结构,当飞行器长时间跨音速或低超音速飞行时,这种薄壁结构在非定常气动载荷的作用下会表现出强非线性的流固耦合特征,其中激波运动、边界层效应、流动分离等流场非线性与几何大变形等结构非线性相互耦合作用会使壁板产生失稳行为,引起结构疲劳或损毁。该文基于CFD/CSD耦合数值模拟技术,预测和判别壁板在跨音速气流中随马赫数变化过程中响应形态,发现在跨音速区内会出现明显的单模态颤振形式。随马赫数的增大,其形态演化次序为稳态收敛、第一模态极限环振荡、屈曲、稳态收敛、跨音速颤振、非共振型极限环振荡、共振型极限环振荡、高频周期振荡、高频非周期振荡、第一模态极限环振荡到稳态收敛的过程。当壁板厚度增加、来流密度减小,演化形态会发生变化。同时,当考虑非定常加速效应和粘性效应后,会出现一定的延迟和阻尼效应,对高频非周期振荡起到抑制作用,这对于降低结构的疲劳损伤有积极效果。
土木工程学科
卵石倾角对砂卵石地层隧道开挖影响的细观力学研究
张佩, 刘泽昊, 齐吉琳, 杜修力
2022, 39(10): 48-60.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0314
[摘要](151) [HTML全文](39) [PDF 6565KB](35)
摘要:
在实际工程中,椭圆形或亚圆形的卵石以不同角度在地层中层状分布。针对卵石倾角对砂卵石地层施工力学行为的影响,将地层材料视为由卵石和土体基质组成的混合材料,建立砂卵石地层二维细观有限元模型,开展不同卵石倾角下的隧道开挖数值计算。通过围岩应力模拟值和理论值的对比,对细观分析模型的适用性进行了验证。在此基础上,从围岩应力和围岩变形两个角度,对不同倾角下的隧道开挖围岩反应进行了分析。结果表明:当卵石倾角从0°增大至90°时,围岩塑性区的形态和范围均发生变化,且拱腰处的围岩竖向应力不断增大。在给定的计算条件下,地表沉降最大值以每10°相对增幅5.17%的速度线性增加,地表沉降槽宽度系数呈现出先增加后减小的趋势,在卵石倾角为30°时取得最大值;地中沉降最大值和地中沉降槽宽度系数随深度的变化关系均可以采用幂函数形式的公式进行描述。
基于iBeam3单元逆有限元法的冻土区管道变形研究
朱梦杰, 任亮, 李宏男, 王嘉健, 尤润州
2022, 39(10): 61-67.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.0334
[摘要](100) [HTML全文](47) [PDF 4847KB](30)
摘要:
形状传感技术结合了应变-形状算法,使测点的应变与空间位置对应。该技术能真实地反映待测物的空间姿态与形状变化,可实现动态实时监测。该文提出了一种基于iBeam3单元的逆有限元法来实现管道变形状况的实时监测。建立了基于iBeam3单元的逆有限元法的理论框架模型;试验验证了其合理性;设计了冻土区管道变形试验,结合应变传感器所测表面应变信息建立逆有限元分析模型;实现了在整个冻融循环过程中对管道形状的重建。试验结果表明:该方法不仅能实时监测管道随土体冻融循环的完整变形过程,而且可以保证精度。在解决寒区管道结构健康监测问题上潜力巨大。
钢管含粗骨料超高性能混凝土短柱轴压性能研究
曾彦钦, 徐礼华, 吴方红, 余敏, 池寅
2022, 39(10): 68-78.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.0354
[摘要](109) [HTML全文](96) [PDF 8009KB](49)
摘要:
考虑钢纤维掺量、粗骨料替代率和钢管厚度三个参数,设计制作了14根短柱试件。通过全截面轴心受压试验,考察了试件的破坏形态、荷载-变形曲线、荷载-应变曲线和极限承载力,分析了各参数对短柱轴心受压性能的影响规律。试验结果表明:当套箍系数0.217≤ ξ < 0.883时试件主要呈现剪切破坏形态;套箍系数0.883 ≤ ξ ≤1.431时试件主要呈现腰鼓破坏形态。在相同钢管厚度下,粗骨料的掺入能有效提高试件承载力。参考已有钢管混凝土规程,提出了CA-UHPCFST短柱轴心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。
城市高架桥拆除爆破振动信号的非线性特征分析
谢全民, 贾永胜, 姚颖康, 丁凯
2022, 39(10): 79-87.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.0395
[摘要](94) [HTML全文](71) [PDF 6223KB](29)
摘要:
为研究高架桥拆除爆破振动响应动力学机制,分析爆破振动、塌落振动时间序列的动力学因素,将拆除爆破振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数、Kolmogoro熵等核心参量计算,分析高架桥拆除爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,爆破振动及桥体塌落冲击作用下振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数、Kolmogoro熵均大于0。研究表明:高架桥拆除爆破振动信号具有典型的混沌特征,为混沌非线性理论引入爆破振动危害效应分析领域奠定了理论基础。
自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法研究
鲍泽华, 李建中, 李永兴, 钟学琦
2022, 39(10): 88-98, 119.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0425
[摘要](145) [HTML全文](80) [PDF 5169KB](40)
摘要:
自复位桥墩在地震作用下损伤较小,近年来受到了工程界的关注。无耗能装置的预应力摇摆墩耗能能力小,导致其在地震作用下产生较大的位移响应。为了增加无粘结预应力摇摆墩的耗能能力,通常会在墩底采用耗能钢筋。研究结果表明:增加耗能钢筋的用量,可以提高桥墩的耗能能力,但同时也会增加桥墩震后残余位移。然而,现有研究很少涉及耗能钢筋的合理配筋率问题。该文采用非线性时程分析方法,从自恢复指标λ对不同周期结构地震位移反应的影响入手,结合耗能钢筋配筋率ρ与自恢复指标λ的对应关系,提出了自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法。即不同周期自复位桥墩的耗能钢筋合理配筋率可通过其λ推荐值及ρ-λ关系得到。以一座四跨连续梁桥为例,验证所提耗能钢筋合理配筋率设计方法的合理性。研究结果表明:当结构周期比η<1.0时,λ推荐值为1.2;当结构周期比1.0\begin{document}$\leqslant $\end{document}η\begin{document}$\leqslant $\end{document}2.0时,λ推荐值为2.0;当结构周期比η>2.0时,该文推荐耗能钢筋配筋率为0.5%。
基于穷举搜索策略与逻辑回归算法的RC柱地震破坏模式判别模型
喻泽成, 李启明, 谢龙隆, 余波
2022, 39(10): 99-110.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0429
[摘要](126) [HTML全文](36) [PDF 4995KB](63)
摘要:
为了准确判别钢筋混凝土(RC)柱的地震破坏模式,基于穷举搜索策略和逻辑回归算法,提出了一种RC柱地震破坏模式判别的两阶段逻辑回归模型。基于穷举搜索策略,分别遴选了判别弯曲破坏与非弯曲破坏以及弯剪破坏与剪切破坏的最优特征参数;结合最优特征参数和逻辑回归算法,建立了RC柱地震破坏模式判别的两阶段逻辑回归模型;通过与传统方法进行对比分析,验证了该模型的有效性。分析结果表明:该模型不仅构建了特征参数与地震破坏模式之间的显式函数关系,克服了传统“黑盒”机器学习判别方法存在的预测结果解释性较差的缺陷,而且通过合理遴选最优特征参数,在保证判别精度的前提下合理简化了判别模型函数形式,解决了传统机器学习判别方法存在的判别模型复杂程度高、计算效率低的问题;对于RC柱的三种地震破坏模式,该文模型的总体判别准确率均达到90%以上,比经典逻辑回归算法提高5%左右,比传统经验判别方法提高20%左右。
基于主动学习Kriging模型的直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析
李正良, 王成, 王涛, 汪之松, 李佳鸿
2022, 39(10): 111-119.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0430
[摘要](154) [HTML全文](23) [PDF 4926KB](56)
摘要:
直立锁缝屋面系统由于自重轻、柔性大,在强风作用下常发生风揭破坏。为减少风揭破坏的发生,进行直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析极为必要。鉴于此,该文提出了基于主动学习Kriging模型的Monte Carlo法(AK-MCS)的直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析方法。建立直立锁缝屋面系统力学模型以分析其破坏模式,并推导其失效准则对应的极限状态函数;结合AK-MCS法和推导的极限状态函数建立了直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度分析方法;以典型实际工程的直立锁缝屋面系统为例进行了抗风揭可靠度分析。分析结果表明:该文方法兼顾精度与效率,与拉丁超立方抽样的Monte Carlo法(LHS-MCS)相比,其计算的可靠度指标的相对误差为3.74%,而计算成本仅为LHS-MCS法的25.1%;该文方法计算所得的直立锁缝屋面系统可靠度指标β=2.7703,相比规范要求的可靠度指标偏低,建议在支座与屋面板锁缝处采取相应的加强措施。
位移放大型转动摩擦阻尼器增强榫卯节点抗震性能试验研究
张锡成, 韩乙楠, 邱智豪, 吴晨伟, 胡成明, 齐振东
2022, 39(10): 120-130.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0434
[摘要](162) [HTML全文](63) [PDF 9716KB](30)
摘要:
古建木构中的榫卯节点属于典型的弱连接,地震作用时常常早于构件产生损坏,是预防性加固的关键节点。为提升榫卯节点的抗震性能,提出并设计了一种位移放大型转动摩擦阻尼器。通过对1组未设置阻尼器和3组设置阻尼器的足尺单向直榫节点进行了拟静力试验,得到并对比分析了加固和未加固节点的破坏状态、弯矩-转角关系、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线以及耗能能力,分析了阻尼器的位移放大效应和拔榫抑制能力。结果表明:相对于未加固节点,设置摩擦型阻尼器节点的抗弯承载力最高提升了2.3倍;摩擦阻尼器具有显著的位移放大作用,其最大转动角度为榫卯节点转角的4.5倍;在不显著提升节点刚度的同时大幅度提高了榫卯节点的滞回耗能能力,且提高程度随螺栓预拉应变的增大而增大,最大可提升3.9倍;所研发阻尼器可有效抑制节点拔榫量,且抑制作用随螺栓预拉应变的增大而显著提高。研究结果可为古建木构的科学加固提供技术借鉴。
剪切型金属阻尼器恢复力模型研究
卜海峰, 蒋欢军, 和留生
2022, 39(10): 131-139.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0435
[摘要](180) [HTML全文](59) [PDF 5653KB](58)
摘要:
剪切型金属阻尼器在新建工程及结构抗震加固工程中已得到了较广泛的应用,其恢复力模型是进行整体结构非线性地震反应分析的基础。为了更准确地描述剪切型金属阻尼器的剪力-变形滞回关系,提出了一种考虑性能退化的新型恢复力模型。通过独立参数控制恢复力模型,以考虑剪切型金属阻尼器在大变形下的强度退化、刚度退化、耗能能力退化等特征。根据所提模型,采用C++语言开发了能够用于剪切型金属阻尼器抗震分析的计算程序,并将其嵌入到结构通用分析软件OpenSees中。使用该模型对现有钢连梁和钢板剪力墙两类剪切型金属阻尼器进行了模拟。结果表明:该文建立的恢复力模型能较准确地模拟试验结果,能够反映剪切型金属阻尼器包括大变形阶段在内的整个变形阶段的滞回性能。该模型可用于安装了剪切型金属阻尼器的整体结构非线性地震反应分析。
基于因子分析的地震动特征提取及潜在破坏势评估
胡进军, 刘巴黎, 谢礼立
2022, 39(10): 140-151, 172.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0436
[摘要](148) [HTML全文](77) [PDF 5502KB](17)
摘要:
基于多种地震动强度指标,采用因子分析提取地震动强度指标的特征因子,将提取的主因子进行线性组合,构造地震动多元强度主因子。以不同恢复力模型的单自由度以及多自由度体系为研究对象,基于2766条地震动记录,选取9个基本强度指标并采用因子分析提取其特征,同时对构造的地震动多元强度主因子与不同结构损伤指标进行相关性分析。研究结果表明:不同场地类别下各地震动强度指标所属的主因子趋于稳定;通过因子分析提取的两个主因子具备较好的可解释性;场地类别、强度折减系数和恢复力模型对构造的地震动多元强度主因子与结构损伤指标的相关性影响较小;构造的地震动多元强度主因子考虑了更多地震动信息,保持了其与不同结构损伤指标稳定且良好的相关性。
基于非线性屈曲材料模型的张弦桁架连续倒塌分析
郑义凡, 曾滨, 周臻, 许庆
2022, 39(10): 152-160.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0437
[摘要](191) [HTML全文](106) [PDF 5500KB](43)
摘要:
在拉索失效等工况下,张弦桁架连续倒塌时主要破坏形式为压杆的受压屈曲和拉杆的受拉屈服。为考虑受压杆件的屈曲效应,目前分析研究一般采用将每根杆件划分为多个单元并施加初始几何缺陷的方法,分析效率低、耗时长。针对这一问题,在梁柱单元修正混合强化本构模型的基础上,结合梁柱单元非线性屈曲材料模型,提出了张弦桁架连续倒塌快速分析方法,并通过算例验证了材料模型的正确性。利用ANSYS/LS-DYNA编制了所提出材料模型的子程序,基于增量动力分析法,开展了张弦桁架在拉索失效工况下的连续倒塌分析。在此基础上,对三种加强方式的结构进行增量动力分析,研究了加强部分重要杆件对张弦桁架在拉索失效工况下抗连续倒塌能力的影响。开展了张弦桁架连续倒塌易损性研究,综合评估了张弦桁架抗连续倒塌能力。结果表明:快速分析方法比传统分析方法缩短计算耗时39.89%;在加强了部分跨中上弦杆、跨中下弦杆后,张弦桁架的极限承载力最多提高16.67%,达到两种形态所对应的荷载值也均有所提高;基于快速分析方法可有效评估张弦桁架的综合抗连续倒塌能力。
张弦双向网格型单层柱面网壳稳定性及可靠度分析
张中昊, 段皓鹏, 于艳春, 支旭东, 范峰
2022, 39(10): 161-172.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0438
[摘要](163) [HTML全文](29) [PDF 6357KB](37)
摘要:
在双向网格型单层柱面网壳面外布置弦杆和拉索形成张弦结构体系,有效地增强了结构的承载能力。该文针对40 m、50 m、60 m跨度网壳,分析了网壳随预应力、矢跨比、初始缺陷以及拉索强度等参数变化对结构静力稳定性能的影响,并结合100 m和120 m大跨度网壳算例,论证了该结构体系的实用性。基于ANSYS和MATLAB响应面法,分析了网壳在承载力失效和变形失效两种失效形式下的的可靠度,获得了失效概率、可靠指标及其灵敏度和相关性。结果表明,布置弦杆和拉索后结构稳定承载力最大可提高744%。100 m跨度网壳的稳定承载力的失效概率为1.026 54×10−1,其可靠度相对较低。跨度小于60 m网壳的稳定承载力和变形的失效概率极小。网壳中拉索强度是影响结构稳定承载力的主要因素,大跨度网壳中拉索的影响相对减弱。拉索强度及弦杆内、外径对结构变形均产生一定影响。
考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型及试验验证
杨杨, 徐赵东
2022, 39(10): 173-181.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0441
[摘要](127) [HTML全文](44) [PDF 4703KB](27)
摘要:
为了研究磁性颗粒在磁场作用下的不均匀分布对磁流变液力学性能的影响,通过卡方分布来模拟磁性颗粒的间距分布,对现有的磁流变液微观力学模型进行修正,并通过磁流变阻尼器的力学性能试验验证了模型的有效性。在磁流变液双链微观力学模型的基础上,修正相邻磁性颗粒的间距完全相等且不随磁感应强度而变化的假设,采用卡方分布来表征磁性颗粒间距的不均匀分布,并引入分布参数来描述磁性颗粒间距随磁感应强度的变化关系,推导了考虑磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型;基于修正的微观力学模型,分析了分布参数对磁流变液剪切屈服应力的影响;将该文提出的磁流变液修正微观力学模型带入到磁流变阻尼器的准静态模型中,可以得到不同电流下的阻尼器最大出力,并与磁流变阻尼器力学性能试验数据进行对比来验证所提模型的有效性。结果表明,考虑了磁性颗粒不均匀分布的磁流变液修正微观力学模型可以更加精确地预测磁流变液在不同磁感应强度下的剪切屈服应力,尤其是在低磁感应强度情况下可以改善现有微观力学模型放大了磁流变液剪切屈服应力的缺点。
装配式干式连接剪力墙的设计方法研究
沈绍冬, 苏宇坤, 潘鹏
2022, 39(10): 182-189, 199.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0446
[摘要](96) [HTML全文](40) [PDF 5077KB](38)
摘要:
近年来,装配式剪力墙在实际工程中得以广泛应用。在其施工过程中,水平向相邻的两块预制墙板通常通过预留的后浇带装配在一起。该方法仍然需要大量的现场浇筑作业。因此,干式连接成为了进一步提高装配式结构施工效率和抗震性能的优化方案之一。该文针对一种新型装配式干式连接剪力墙的数值模拟及其设计方法开展了研究。建立了单层装配式干式连接剪力墙的有限元模型,并对其模拟了与前序拟静力试验相同的加载方案。模拟结果与试验结果吻合较好,从而验证了模型的有效性。基于以上建模方法,建立了2个具有不同参数的10层干式连接剪力墙的有限元模型,开展了Pushover分析,优化了干式连接件在高层结构中的设计。根据数值分析结果,提出了装配式干式连接剪力墙在高层建筑结构中基于振型的设计公式。
内置有水平挡板的矩形储液器非线性晃动分析
钟文坤, 吴玖荣, 傅继阳, 孙连杨, 黄鹏
2022, 39(10): 190-199.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0449
[摘要](134) [HTML全文](27) [PDF 5348KB](29)
摘要:
该文以内置有水平挡板的矩形储液器为研究对象,对储液器的非线性晃动问题展开研究。利用势流理论和虚功原理,推导了由水平挡板引起的储液器非线性阻尼比(非线性体现于波高有关)的计算公式,同时考虑水平挡板对储液器晃动频率的影响而对非线性阻尼比计算公式进行了修正。结合液体晃动的非线性分析理论,研究了水平挡板处于不同位置、挡板长度不同时储液器的液面波高与晃动力变化情况。利用Fluent软件进行了数值模拟,并与理论模型分析的结果进行对比。结果表明:当水平挡板靠近储液器底部或长度较小时,储液器内液体的非线性晃动现象较明显,利用非线性三阶模态方程推导得到的波高、晃动力与数值模拟结果较接近,而仅考虑一阶线性响应会明显低估储液器液面波高,但其求解的晃动力却与考虑非线性值的状况基本一致;随着挡板到自由液面距离的变小或挡板长度的增大,储液器液面波高、晃动力幅值减小,液体晃动呈线性变化,说明水平挡板靠近自由液面或增大其长度时能够提高储液器的阻尼比,进而也更能抑制液体的非线性晃动。同时水平挡板逐渐靠近自由液面或长度逐渐增大时,储液器晃动频率逐渐减小,减小的幅度分别可达到5.7%~28%。
内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩抗震性能研究
江凯萍, 李海锋, 赵雪航, 郑双杰
2022, 39(10): 200-214.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0875
[摘要](106) [HTML全文](18) [PDF 7170KB](24)
摘要:
基于可恢复功能结构设计理念,提出一种新型内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩。开展了6榀门式箱型钢桥墩试件在变轴压和水平往复加载下的拟静力试验,通过分析试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化特征、强度退化系数和累积滞回耗能等性能指标,探讨了设置耗能钢板、轴压比和耗能钢板厚度等对新型门式钢桥墩抗震性能的影响规律。建立门式钢桥墩试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明:设置耗能钢板能够提升门式箱型钢桥墩的延性、变形能力和耗能能力,且能有效延缓壁板的屈曲变形和开裂。新型门式箱型钢桥墩根部壁板螺栓孔附近钢板易因应力集中而开裂,致使试件最大承载力迅速降低。随着轴压比的增大,试件的承载力、耗能能力和震后可恢复性能提高。可更换耗能钢板的厚度越小,试件的承载力越低、刚度退化越快,但其延性和耗能能力得到提升。轴压比和耗能钢板厚度对试件强度退化的影响相对较小。为便于新型门式钢桥墩的推广应用,基于试验研究结果提出内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩的延性评估简化公式和承载力的抗震设计公式。
基于离散元的钢筋混凝土梁极限承载力研究
黄平明, 潘旭鹏, 牛艳伟, 杜隆基, 王蒂
2022, 39(10): 215-226.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0042
[摘要](76) [HTML全文](18) [PDF 9354KB](31)
摘要:
通过PFC2D建立考虑骨料级配的钢筋混凝土梁离散元细观数值模型,开展钢筋混凝土梁极限承载力的研究。混凝土标准棱柱单轴压缩模拟验证了混凝土单元细观参数的准确性。通过修改平行黏结模型获得了适用于钢筋模拟的平行-强化黏结接触模型,钢筋单轴拉伸模拟验证了钢筋单元细观参数的准确性。建立了无缺口钢筋混凝土梁离散元数值模型,在此基础上生成预制缺口钢筋混凝土梁数值模型,根据缺口位置及倾角分为9种工况,分析了各工况下梁的裂缝扩展规律及极限承载力。结果表明:缺口位置对裂缝的扩展过程影响较大,一般起裂位置均位于缺口顶端;缺口倾角仅对裂缝扩展初期有影响,后期裂缝依然会沿竖向发展;缺口梁极限承载力约为无缺口梁极限承载力的95%~98%。
机械工程学科
半主动叶片式阻尼器的建模与实验研究
郭鑫星, 周瑾, 曹晓彦, 王运志
2022, 39(10): 227-237.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0451
[摘要](136) [HTML全文](72) [PDF 5478KB](34)
摘要:
叶片式阻尼器是一种新型的耗能装置,用于吸收能量和减小振动,以实现系统的结构保护。该文提出一种用于直升机操纵系统减振的半主动叶片式阻尼器,通过电机带动调整螺钉以改变阻尼间隙的大小,进而实现对阻尼力矩的控制。基于MTS试验机对该阻尼器进行示功试验并研究其动态特性。为准确地跟踪该阻尼器高度非线性的力学特性,提出一种改进的双曲正切模型,并采用修正的自适应遗传算法对模型进行参数辨识。通过仿真数据和试验数据之间的误差分析,得出结论:与其它两种现有模型相比,改进的双曲正切模型能够更精准地模拟阻尼器的出力特性;将模型参数与电机位置之间的关系用多项式整合后,模型在不同工况下仍能保持一定的精度,表明此模型可用于半主动控制。
其他工程学科
爆炸烧结块体铝材力学性能受泄压孔影响研究
王梓, 郭耸, 李晨晨, 张丹, 解立峰, 李斌
2022, 39(10): 238-248.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0417
[摘要](80) [HTML全文](20) [PDF 5388KB](6)
摘要:
采用爆炸烧结方法制备了力学性能良好的铝块。在泄压孔深度分别为10 mm、13 mm、16 mm的3组试验中,制得的铝块硬度相差较小,在HV146.88~HV155.14范围内;而在泄压孔深度为13 mm时,制得铝块硬度标准差最小,为HV6.89,是其他两组实验的50%左右;且此条件下制得的铝块抗压强度和弹性模量均为最大,分别为146.1 MPa和6.85 GPa;同时,此条件下制得铝块的密度也为最大(98.31%理论密度),且其标准差最小,为0.39%。经金相显微测试发现,泄压孔深度为10 mm和16 mm条件下制得样品表面有较长裂痕,这是由于,泄压孔深度不足时残留气体滞留于铝块样品内部,而泄压孔深度过大时底部铝粉冲入泄压孔造成样品局部松散。经定量对比评估,得出泄压孔深度为13 mm时制得铝块力学性能评分最高,为81.72分,表明该条件下制得的铝块力学性能最佳。
基于多种风险因素的矸石山边坡风险评价
杜岩, 白云飞, 张晓勇, 谢谟文, 马国星
2022, 39(10): 249-256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.06.0427
[摘要](113) [HTML全文](43) [PDF 4368KB](35)
摘要:
该研究应用可拓理论综合考虑影响矸石边坡稳定的8种风险指标,建立了一套新的矸石边坡稳定性风险评价模型。与传统可拓理论评价模型相比,新模型在可拓距计算方面进行改进,并采用主客观权重相结合的综合分析法对8种风险指标进行权重分析,降低了传统理论算法在边坡稳定性风险评价过程中的系统误差。选取王家岭矸石边坡为案例,经新的边坡稳定性风险评价模型得出,2020年7月7日−2020年8月14日的风险等级变量特征值由原有的1.284上升到2.263,风险等级由低风险上升至中低风险等级,实现了现场矸石山边坡风险的定量评价。通过多个矸石边坡案例应用研究,发现改进的稳定性风险评价模型所得风险等级变量特征可与现有的边坡稳定性评估技术结合使用,实现矿山边坡安全指标与风险指标的综合评价。此外,该方法可以分析现场的实时监测数据,为矿山边坡安全风险评价提供一种客观简便的分析方法,进而有效改变目前矿山边坡工程监测重采集、轻分析的现状。