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2021年  第38卷  第11期

2021-11期封面+目录
2021, 38(11): 1-9.
摘要:
基本方法
静动力弹塑性分析的杆系离散单元计算理论研究
许玲玲, 叶继红
2021, 38(11): 1-11. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0768
摘要:
杆系离散单元法的现有研究成果均假定接触本构模型的切向弹簧仅用于描述剪力引起的纯剪切变形,这与弯曲梁理论下剪力引起的变形情况不相符。该文针对该问题重新定义了切向弹簧,并根据能量等效原理系统推导了不考虑或考虑剪切变形工况接触本构模型的切向接触刚度系数计算公式。在此基础上,提出了杆系离散单元精细塑性铰法以描述结构的塑性开展问题,推导了颗粒间的弹塑性接触本构模型。采用自编程序对两个大型网壳结构分别进行了静、动力弹塑性行为分析,验证了接触本构模型正确性和精细塑性铰法的适用性。该文将杆系离散单元法的基本计算理论系统化,并补充了杆系离散单元法的弹塑性计算理论,为结构静、动力分析提供了新思路。
考虑数值积分算法的实时子结构试验稳定性研究
李宁, 鲁旭杰, 周子豪, 李忠献
2021, 38(11): 12-22. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0767
摘要:
实时子结构试验是研究动载荷下结构行为和性能的高效试验方法之一,持续受到国内外学者的青睐。稳定性是保证实时子结构试验顺利进行的必要条件,该文对实时子结构稳定性研究进展进行了分析介绍。以单自由度实时子结构试验为例,使用z变换将单自由度结构运动方程离散后引入CR积分算法,用闭环传递函数的极点分布情况对结构的稳定性进行判断,并得到系统的稳定域。对该文方法和已有的连续稳定性分析方法,研究了子结构划分和阻尼比对试验稳定性的影响,并对比了两种方法的结果。同时使用数值模拟和试验证明了该文方法的正确性和可靠性。研究结果表明:结构的质量比、刚度比对实时子结构试验系统的稳定性起决定性作用。增大结构的阻尼比可以改善系统稳定性。对CR法而言,当积分算法的步长小于0.01 s时,两种方法绘制的稳定域基本相同,此时可以直接使用连续方法进行稳定性分析。反之,当积分步长大于0.01 s后,就必须考虑积分算法对系统稳定性造成的改变,此时建议使用该文方法进行稳定性分析,结合时滞考虑实际积分算法的影响。
基于自适应伸缩因子的变论域模糊PID振动控制方法
蒋伟, 刘纲, 王涛, 高凯
2021, 38(11): 23-32. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0786
摘要:
针对传统变论域模糊PID控制算法(VUFP)伸缩因子无法自适应调整的问题,建立了基于自适应伸缩因子的变论域模糊PID振动控制方法,从而进一步提升振动控制效果。在传统VUFP算法的基础上,将系统误差及误差变化率作为输入,伸缩因子参数作为输出,提出了伸缩因子自适应调整函数;从非零性、对偶性、单调性、正规性、协调性入手,通过理论证明了所提自适应调整函数的合理性;基于VUFP算法,利用系统误差及误差变化率实现了自适应调整函数参数的实时自适应调整,从而避免了VUFP算法中伸缩因子缺乏模糊规则导致控制效果降低的问题。3层框架理论模型和实验结构的振动控制结果表明:所提控制方法能实现函数型伸缩因子参数的自适应调整,针对框架结构加速度、速度及位移的控制效果均优于PID和VUFP控制算法,为建筑结构振动控制提供了一种新的控制算法。
土木工程学科
基于综合管廊功能极限状态的接口转角限值研究
钟紫蓝, 王晓静, 杜修力, 胡正一, 李立云
2021, 38(11): 33-42, 65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0757
摘要:
针对地下综合管廊受邻近工程施工扰动时的功能完整性问题,基于管廊接口附近节段发生刚体转动假定,针对典型综合管廊接口止水失效模式建立了管廊接口转角与细部尺寸的几何关系式,初步探究不同横截面尺寸管廊在正常使用极限状态下接口止水失效所对应的管廊接口转角限值。以廊内管线极限拉伸和压缩应变量为依据,给出管廊内不同直径的管线达到承载能力极限状态时所对应的管廊转角限值。分析结果表明:管廊接口止水失效对应的转角限值与接口密封形式及管廊横截面几何尺寸有关;廊内管线破坏时的管廊接口转角限值主要受管廊横截面宽度和管线直径影响;当管廊横截面宽度小于10 m、廊内管线直径小于公称直径DN500时,管廊接口止水失效对管廊功能完整性能起控制作用;当管廊截面宽度大于10 m且内部管线直径大于DN500管径,廊内管线破坏先于管廊接口止水失效。综合考虑管廊接口止水失效和廊内管线破坏两种失效模式所给出的管廊接口转角限值,可为管廊接口防水及结构安全设计提供参考。
波形钢腹板组合箱梁带栓钉埋入式抗剪连接件承载力推出试验及有限元模拟分析研究
胡锋, 刘晓东, 袁阳光, 韩万水, 许昕, 王俊峰
2021, 38(11): 43-56. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0695
摘要:
针对一座波形钢腹板组合箱梁部分斜拉桥的受力需求,设计了带栓钉埋入式抗剪连接件。为研究其抗剪承载力,设计并开展了推出试验并进行了试验全过程的有限元模拟,对试验过程中试件的破坏及受力机理进行分析;随后根据该类型连接件的承载机理及受力特点,建立了承载力的近似计算方法。结果发现:对于该带栓钉埋入式抗剪连接件,当栓钉焊接在连接件波形板的直板外侧时,其承载力高于在内侧焊接的情形;当开孔位置位于直板、上折板与下折板时,其承载力依次降低;连接件波形板的上折板荷载-位移曲线存在明显的强化阶段,而下折板几乎不存在强化阶段,直板处荷载-位移曲线特征介于二者之间;另外,该类连接件混凝土开裂及主裂缝均在荷载水平达到0.8倍极限承载力以后形成发展的。所建立的推出试验全过程有限元模拟方法能够准确模拟试验过程中试件的受力行为,并能够诠释栓钉焊接位置、开孔位置对抗剪承载力的影响以及试件破坏机理;基于推出试验与有限元模拟分析,分析可得该类连接件承载力主要由波形板包裹的混凝土与约束钢筋所形成的块连接件、开孔内混凝土剪力销以及栓钉提供,随之建立的抗剪承载力近似计算方法分析结果与试验结果相对误差不超过8.93%,与有限元模拟结果相对误差不超过5.47%,具有良好的适用性。
柔性框架结构动力非线性分析的刚体准则法
陈朝晖, 陶宇宸, 何敏
2021, 38(11): 57-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0731
摘要:
大跨、高层等柔性结构,其动力响应往往表现出大位移、大转动等非线性特征。动力非线性问题的分析关键在于运动方程的高效稳定求解,以及单元大转动产生的结点力增量的有效计算。动力时程分析通常采用直接积分法,但对于强非线性动力问题,直接积分法难以兼顾计算精度与稳定性。该文基于几何非线性分析的刚体准则,针对杆件结构大转动小应变的非线性问题,提出了一种新型空间杆系结构动力非线性分析的刚体准则法。该方法采用满足刚体准则的空间非线性梁单元,结合HHT-α法求解结构运动方程,并将刚体准则植入动力增量方程的迭代求解过程以计算结点力增量。通过典型柔性框架算例结果表明,该文方法可以有效分析柔性框架结构的强动力非线性行为。与高精度单元相比,该文采用的单元刚度矩阵构造简明,计算过程简洁;与商业软件所用方法相比,单元数和迭代步少,精度高,适于工程应用。
强台风下带挑檐双坡低矮房屋风荷载特性大涡模拟方法适用性研究
闫渤文, 马晨燕, 赵乐, 杨庆山
2021, 38(11): 66-78, 133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0738
摘要:
该文基于相关现场实测和风洞试验结果,对强台风下带挑檐低矮双坡房屋气动荷载特性进行了大涡模拟(Large-eddy simulation, LES)研究。研究了台风脉动风场人工合成方法、近壁区网格划分策略及壁面边界条件等模拟参数对带挑檐双坡低矮房屋风荷载特性影响,定量分析利用大涡模拟预测强台风下低矮房屋屋面风压特性的可靠性,并基于大涡模拟全流场信息分析了低矮房屋周边钝体绕流瞬态特征。研究结果表明:基于CDRFG(Consistent discretizing random flow generation) 人工合成湍流方法可以准确模拟具有高湍流度特性的台风风场,并通过先验的网格划分策略可以实现来流湍流自保持性。大涡模拟能够得到与现场实测及风洞试验较一致的平均和脉动风压系数,且极值风压系数在30%误差范围的可靠度达85%以上。迎风挑檐会导致屋面前缘流动分离提前发生,但对迎风前缘屋面风压分布规律影响较小。挑檐下缘形成的分离泡产生较大脉动吸力,挑檐局部净风压系数未显著增大。该文有助于进一步提升强台风下低矮房屋风荷载模拟的有效性,更加深入的掌握低矮房屋的风致破坏机理,为低矮房屋的抗风设计及抗风性能优化提供重要参考。
不同轴压比下榫卯接缝装配整体式剪力墙受弯性能试验研究
刘继良, 王宝民, 初明进, 王博, 张鹏飞, 安宁, 李祥宾
2021, 38(11): 79-87. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0740
摘要:
设计了4个榫卯接缝装配整体式剪力墙试件,通过拟静力试验研究了轴压比对墙体受力性能的影响,研究结果表明,墙体均发生弯曲破坏,榫卯接缝横向凸起根部预制混凝土剥落,减弱了墙体根部混凝土压溃区域,避免突然丧失承载力。榫卯接缝整体性良好,开裂时墙体位移角为1/780~1/560。随着轴压比的提高,榫卯接缝横向凸起根部预制混凝土剥落区域增加,但墙体根部混凝土压溃区域并未增加;试验轴压比达到0.30(设计轴压比0.54),破坏状态时根部混凝土未发生压溃现象,墙体在高轴压比下表现出良好的变形能力。提高轴压比,有助于提高墙体的刚度和承载力;但峰值荷载后刚度退化速率加快;位移延性系数降低。
穿越非均匀土体埋地管道地震离心实验研究
张宏涛, 赵宇飞, 高明旭, 高建岭
2021, 38(11): 88-94. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0747
摘要:
穿越非均匀土体经历不同地震作用的埋地管线的变形和残余强度严重影响着管道的安全。该文采用离心振动台分别平行于埋地管道长度方向输入0.6 g和0.3 g峰值地面加速度地震波,研究了埋地管道在一系列地震作用和不均匀土体变形共同作用下的响应,得到了PVC和铝合金两种埋地管道穿越软土/硬土土体的地震响应规律。地震引起不均匀土体的瞬时变形,导致埋地管道最大应变发生在土体分界面和软土中,管道拉伸应变幅值软土要大于硬土,而压缩应变幅值正好相反,硬土中管道拉伸应变幅值小于压缩应变幅值,硬土中管道压缩应变幅值受地震烈度影响比软土大。地震引起的土体永久变形对埋地管道残余变形影响很大,硬土中的管道残余应变为压应变,软土中管道的残余应变为拉压应变交替分布。
基于坡面卸荷的土质边坡应力状态及稳定性分析
杨奎斌, 朱彦鹏
2021, 38(11): 95-104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0753
摘要:
边坡稳定性分析中极限平衡法难以考虑土体应力状态,坡体滑面应力计算又长期停留在数值方法上。为解决这一问题,提出坡面卸荷应力等效思路,将坡面按半无限边界考虑后利用弹性理论求解坡体应力,并根据滑面应力进行稳定性安全系数计算,最后结合多个算例将潜在滑动面位置、滑面应力分布、安全系数与已有理论进行比较。研究结果表明:坡面卸荷应力等效思路概念清晰,符合边坡受力特征,且通过该思路求得的滑面应力与有限元分计算结果基本一致,搜索得到的潜在滑动面位置,以及对应的稳定性安全系数与有限元强度折减法、极限平衡法计算结果十分接近。此外,该计算方法还能有效与支护结构预应力结合,体现预应力的加固作用。
一种新型分缝耗能砌体填充墙的抗震性能试验与有限元分析
卢啸, 查淑敏
2021, 38(11): 105-113. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0776
摘要:
震害显示填充墙的破坏不仅会造成严重的经济损失,还会影响建筑的使用功能,阻碍震后的救援工作,因此,增强填充墙的抗震性能对提升建筑结构整体的抗震韧性有重要意义。提出了一种分缝耗能的低损伤砌体填充墙,通过在墙内合理设置竖缝和连接件,来减轻墙体在地震作用下的损伤;开展了足尺分缝耗能填充墙的低周往复加载试验,对其损伤演化机理和滞回特性进行了研究;并建立了分缝耗能填充墙的精细有限元模型,对其滞回性能进行模拟。研究结果表明:该文提出的分缝耗能砌体填充墙有效可行,相比于普通砌体填充墙,变形能力提升了约1.6倍,在相同位移下的损伤程度明显减轻,层间位移角1/200时,分缝耗能填充墙仍处于轻微损伤状态,层间位移角达到1/100时,分缝耗能填充墙处于中等损伤状态。
正交钢丝环链网片顶压力学行为薄膜等效方法
金云涛, 余志祥, 骆丽茹, 郭立平, 张丽君, 廖林绪
2021, 38(11): 114-121. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0777
摘要:
正交钢丝环链网片广泛应用于落石防护工程,具有复杂的非线性力学行为,针对目前常用的离散接触态环梁单元模型计算效率低的问题,提出了一种薄膜等效模拟方法。开展了网片加载试验,研究了试件的P-Δ特性,分析并揭示了网片的正交化受力特征及正交拉力带的形成机制。基于最短传力路径原理构建了薄膜面外加载的正交拉力带解析模型,推导了等效薄膜的应力-应变关系,建立了薄膜顶压有限元模型。研究表明:采用指数强化弹塑性本构的薄膜能够在数值模拟中准确反演网片面外加载的宏观力学行为,模拟得到的顶破力、顶破位移和耗能能力与试验相比误差均小于10%。同时,采用该文方法建立的冲击力学模型求解得到的冲击响应与既有文献的试验结果吻合较好,加速度峰值误差4.3%。最后基于冲击模型,对比了等效模型与环梁模型的计算效率,等效方法的计算效率可提高10倍以上。
钢筋混凝土框架柱延性破坏准则研究
付国, 何斌, 刘伯权
2021, 38(11): 122-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0780
摘要:
现有框架柱破坏准则多为构件塑形变形程度的定性描述,未考虑变形能力强弱对构件性能退化和破坏的影响。该文研究钢筋混凝土框架柱延性大小、轴压比、配箍率等参数与抗震性能退化之间的量化关系,提出了一种改进的延性破坏准则,采用统计分析方法并借鉴阿伦尼乌斯公式提出了破坏指数计算式。结果表明,提出的延性准则较好地实现了柱破坏的量化表征,105个低周反复加载试件和9个单调加载试件在4种情况下破坏指数平均值均接近1.0,标准差在0.2~0.4,考虑配箍率和承载力退化后的破坏指数可更好地定义构件破坏。综合29根框架柱的试验现象、破坏特点和破坏指数统计结果,给出了延性准则对应的破坏标准,研究成果可为混凝土柱抗震性能评估提供参考。
有缺陷的装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究
曹子健, 李全旺
2021, 38(11): 134-146, 159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0788
摘要:
为了明确装配式混凝土框架结构节点缺陷对于节点抗震性能的影响,该文考虑了三种典型装配式梁柱节点核心区缺陷,对5个装配式混凝土梁柱节点和1个全现浇混凝土梁柱节点进行了拟静力试验,分析了其对破坏形态、滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等性能的影响。采用OpenSees非线性有限元分析程序模拟钢筋粘结滑移关系和节点区域剪切性能,讨论了装配式混凝土梁柱节点钢筋粘结削弱的影响。结果表明:核心区内部混凝土浇筑缺陷将使得钢筋过早出现滑移现象,对节点的强度及耗能能力产生影响;粗糙面的缺陷及柱底接缝灌浆层缺陷对于节点抗震性能的影响较小;有限元模型通过考虑节点域的钢筋粘结滑移关系,可以有效模拟装配式节点钢筋粘结削弱效应,从而为进一步研究装配式节点抗震性能不确定性,并进行地震易损性分析奠定基础。
主余震序列作用下结构增量损伤比研究
周洲, 于晓辉, 吕大刚
2021, 38(11): 147-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0791
摘要:
该文以非线性单自由度体系为研究对象,挑选了662条真实主余震序列作为地震动输入,采用Park和Ang提出的损伤指数作为结构损伤指标,对主余震序列作用下的结构主震损伤、余震增量损伤和主余震累积损伤在结构全周期范围内进行了分析。提出了增量损伤比参数(余震增量损伤/主震损伤),开展了增量损伤比与主余震强度比(余震强度/主震强度)的相关性分析,建立了以结构周期与主余震强度比为参数的增量损伤比预测模型,并对模型的预测精度及其受滞回模型的影响进行了讨论。结果表明:增量损伤比与主余震强度比之间存在较高的对数线性相关性,该文提出的增量损伤比预测模型精度较高,滞回模型对增量损伤比预测模型的精度影响较大。
基于深度学习的RC梁集中塑性铰模型参数研究
韩小雷, 冯润平, 季静, 吴梓楠
2021, 38(11): 160-169. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0793
摘要:
集中塑性铰模型常被用于基于构件的结构弹塑性分析,计算精度依赖于模型参数的选取,但经验公式难以表征构件受力特性与模型参数的复杂非线性关系。该研究收集低周往复加载RC梁试验数据。建立构件试验数据库,采用捏拢型(pinch Ibarra-Medina-Krawinkler,Pinch-IMK)本构建立基于深度学习的RC梁构件集中塑性铰模型参数预测模型。基于试验数据对三折线骨架特征点参数、本构滞回参数进行参数辨识,得到182组骨架特征点参数数据和91组滞回参数数据;以构件特征参数为输入,以骨架特征点参数、滞回参数为输出,建立Pinch-IMK集中塑性铰RC梁构件参数深度学习预测模型HDLM。将HDLM预测骨架特征点参数与截面分析及现有经验公式等方法的计算结果作对比,可见HDLM预测结果有更高的精度;将基于HDLM预测参数计算的滞回曲线与基于经验公式的IMK模型计算结果进行对比,可见HDLM预测滞回曲线更为准确,能够较好地表现RC梁的强度退化、刚度退化和捏拢效应。
轴向往复荷载作用下圆钢管混凝土柱恢复力模型研究
蔡文哲, 史庆轩, 王斌
2021, 38(11): 170-179, 198. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0796
摘要:
为研究钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,设计制作了8个钢管混凝土柱试件并对其进行轴向往复加载,分析其受力机理和恢复力特性。基于试验结果,选用退化三线型模型,建立了钢管混凝土柱无量纲骨架曲线模型,并提出其轴拉与轴压方向的峰值承载力和位移的计算方法。鉴于钢管混凝土试件在轴拉与轴压方向受力机理的差异,对滞回曲线的正负向选用不同的滞回规则,建立了相应的卸载刚度函数。据此提出了钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,并与试验滞回曲线进行对比,验证了恢复力模型的合理性,所建立的恢复力模型可为斜交网格结构体系的弹塑性分析提供依据。
考虑参数不确定性的列车-桥梁垂向耦合振动的PC-ARMAX代理模型研究
韩旭, 向活跃, 李永乐
2021, 38(11): 180-188. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0812
摘要:
车-桥耦合系统不可避免的受到系统参数不确定性的影响,为了研究车-桥耦合系统参数随机性的影响,提出了可考虑动态时变系统参数不确定性的PC-ARMAX (Polynomial Chaos expansions and AutoRegressive Moving-Average with eXogenous inputs) 模型。该模型采用ARMAX模型建立了不同系统参数条件下的代理模型,针对不同系统参数条件下代理模型的参数进行混沌多项式展开。在不考虑随机轨道不平顺影响的条件下,分析了车体质量、二系刚度和阻尼等参数随机性对车-桥响应的影响。研究了轨道不平顺随机性和参数不确定性共同作用的影响。结果表明:该模型的预测结果和蒙特卡洛模拟(MCS)的结果吻合,最大误差仅为2%,计算效率较MCS提高了2个~3个数量级;车体质量参数随机对车辆响应的影响最大,系统参数随机性的影响在车-桥耦合振动分析中是不可忽略,且同时考虑参数不确定性和激励随机性的影响是必要的。
台风作用下风-浪-潮三维环境等值面模型
魏凯, 钟茜, 沈忠辉, 秦顺全
2021, 38(11): 189-198. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0831
摘要:
台风登陆时常伴随强风、巨浪和风暴潮,如何获取台风下的风、浪、潮数据并确定给定重现期下的环境参数成为制约跨海桥梁设计的关键科学问题。以跨海桥梁众多的舟山海域为例,采用SWAN+ADCIRC耦合模型,对过去32年间影响该海域的49次台风过程依次开展数值模拟,利用模拟出的台风作用下风、浪、潮参数建立100年重现期下的环境等值面,讨论了环境参数选取方法对环境等值面模型的影响。研究表明:该文建立的数值模型能为后期构建联合概率及环境等值面模型提供可靠的数据来源;三维嵌套Frank Copula能较好拟合风-浪-潮三维联合概率分布;给定重现期的环境等值面形状受数据选取时刻影响较大,其中风暴潮增水最大值对选取方法最为敏感。
考虑实际分布形式的水平受荷桩桩周土抗力分析方法
江杰, 付臣志, 王顺苇, 欧孝夺
2021, 38(11): 199-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0842
摘要:
p-y曲线法被广泛应用于水平受荷桩荷载位移响应的分析中,但该方法无法准确地反映出桩周土抗力的实际分布形式。鉴于此,该文考虑了桩-土实际相互作用,假定随着径向位移的增加,桩的被动侧径向土压力呈双曲线形式增大,主动侧径向土压力呈线性减小,从而建立了桩周径向土压力与径向位移的关系;在此基础上,对摩阻力的初始刚度进行修正,引入双曲线荷载传递模型求解了桩周环向摩阻力;最后提出了考虑实际分布形式的桩周土抗力分析方法,并通过2个算例验证了正确性。通过参数分析表明:径向土压力和环向摩阻力对土抗力的贡献程度与水平位移有关;极限状态下,传统的桩侧环向摩阻力水平分量不均匀分布的形状系数偏大,该文给出了建议的取值;对径向土压力水平分量和环向摩阻力水平分量进行归一化分析,得到了拟合曲线公式,可为后续分析提供参考。
机械工程学科
考虑车钩垂向约束的机车轴重转移计算方法研究
张志超, 李谷, 储高峰, 祖宏林
2021, 38(11): 212-219. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0810
摘要:
机车牵引时,连挂车钩钩头接触面在拉钩力作用下产生的垂向约束作用会对机车轴重转移产生影响。该文将机车后端连挂车钩的垂向约束作用简化为线性弹簧约束,通过车体和构架的受力平衡分析推导得到了考虑车钩垂向约束作用的机车轴重转移计算方程,提出了基于系统刚度矩阵的简便准确且具有通用性的机车轴重转移计算方法,采用该方法分别分析了车钩垂向约束作用、机车悬挂参数对其轴重转移的影响规律。结果表明:车钩垂向约束作用会对机车轴重转移产生明显影响,根据某HX系列机车自由端车钩抬升量实际测定值可确定该车钩尾等效约束刚度的控制值;减小机车一系垂向刚度、增大二系垂向刚度以及降低牵引点高度均可减弱机车牵引时的轴重转移。
其他工程学科
基于总场公式的水下冲击结构响应分析方法
张浩, 赵梓斌, 李上明
2021, 38(11): 220-228, 247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0737
摘要:
针对无限水域下的结构冲击响应问题,建立了基于PWA(平面波近似)总场公式和SBFEM(比例边界有限元)总场公式与FEM(有限元)耦合的结构响应分析方法。该方法分别采用PWA总场公式和SBFEM总场公式模拟无限域,FEM方程模拟水下结构。通过将其耦合,建立了PWA-FEM总场公式和SBFEM-FEM总场公式。通过数值算例,讨论了环向单元数量、无限域截断边界大小和形状对总场公式计算准确度的影响,比较了PWA-FEM总场公式和SBFEM-FEM总场公式的计算准确度。数值结果表明了总场公式用于模拟无限水域下结构冲击响应问题的可行性和准确性,且SBFEM-FEM总场公式模拟无限域时,可有效减小有限域离散范围,并对截断边界形状要求不高,适用范围更广,为水下冲击结构响应问题提供了一种有效可行的求解方法。
功能梯度压电压磁圆柱轴对称的静力学响应
谢军, 李星, 汪文帅
2021, 38(11): 229-239. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0754
摘要:
针对无限长功能梯度压电压磁空心圆柱,研究轴对称空心圆柱电磁弹耦合静力学问题。在柱坐标系下,假定材料参数沿径向为幂函数分布,推导出在外激励作用下空心圆柱体中位移、应力、电势以及磁势等物理场的解析解。数值讨论中,针对BaTiO3-CoFeO4复合材料空心柱体,在不同边界条件下得到了不同梯度参数及不同厚度下空心圆柱应力、电势和磁势的分布规律。结果表明,对于功能梯度压电压磁空心圆柱,材料的失效主要是由于环向应力引起的,且圆柱厚度对环向应力有着显著影响。此外,梯度参数强烈影响功能梯度压电压磁传感器/制动器的电/磁输出和力学性能。结果对压电压磁圆柱型传感器/制动器的设计和分析具有一定的指导作用。
连续式高速风洞液氮降温供配气系统设计与实现
李峰, 高超
2021, 38(11): 240-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0755
摘要:
研制低温高雷诺数风洞对我国国防工业的发展具有重要战略意义和工程应用价值。通过喷注液氮的方式,建成了国内第一套适用于连续式高速风洞的降温系统。介绍了NF-6连续式高速风洞降温系统的总体方案和主要技术指标,重点论述了其中供配气系统结构和技术原理,并给出了运行调试结果。测试结果表明:NF-6风洞降温系统的液氮需求量计算方法正确,液氮存储装置工作稳定,液氮存储量和驱动气源的能力满足降温实验要求;配气系统设计合理,预增压装置工作稳定,喷前压和挤推压控制平稳;供配气系统与整体降温系统匹配良好,总温、总压、马赫数及运行时间等关键指标达到设计要求,风洞实验雷诺数提高近50%。
多体组合式无人机飞行力学稳定性分析及增稳控制研究
安朝, 谢长川, 孟杨, 刘东旭, 杨超
2021, 38(11): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0820
摘要:
多体组合式无人机是一种新概念飞行器,由多个小型无人机以翼尖铰接连接组成,该概念飞行器能够融合小型无人机与高空长航时无人机两类飞行平台的性能和任务优势,发展潜力巨大。基于Newton-Euler方程及升力线方法建立多体组合式无人机飞行力学模型,针对允许相对滚转运动自由度的双机组合式无人机系统进行配平及稳定性分析。结果表明,不同于传统构型飞行器,多体组合式无人机系统具有不稳定复合运动飞行模态,该复合模态由相对滚转运动主导,在无控状态下该构型飞行器无法稳定飞行。在完成动力学建模的基础上,基于PID控制方法,为每个单体飞行器单独设计增稳控制回路以达到增稳控制目的,仿真结果表明该控制思路有效,可以快速镇定发散的飞行力学系统。