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2022年  第39卷  第1期

2022-01期封面+目录
2022, 39(1): .
摘要:
综述
工程结构混合试验技术研究与应用进展
吴斌, 王贞, 许国山, 杨格, 王涛, 潘天林, 宁西占, 周惠蒙, 王尚长
2022, 39(1): 1-20. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.10.ST06
摘要:
工程结构混合试验,将物理试验与数值模拟在线地联系在一起,可充分发挥物理试验和数值模拟各自的优势,在土木、汽车、航天、通信等工程领域得到了越来越多的应用。该文综述了近年来混合试验方法与应用的主要进展,梳理了关键科学与应用问题。关键科学问题包括逐步积分算法的非线性稳定性问题、加载系统的控制问题、非完整边界条件问题,应用瓶颈主要体现在混合试验通用软件还不够完善。对混合试验研究和现状的分析表明:高效稳定的数值分析方法、在线模型更新技术、加载系统与试件相互作用与控制等科学问题值得进一步研究;不同领域中的工程应用是推动混合试验技术发展的决定力量,加强混合试验软件的通用性和容错性是降低应用门槛的关键。
基本方法
运动方程自适应步长求解的高性能Galerkin时程单元初探
袁驷, 袁全
2022, 39(1): 21-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.ST09
摘要:
该文以一阶运动方程为例,利用其非自伴随性质,构建了新型的凝聚检验函数,进而提出了一套高性能Galerkin有限单元——凝聚单元。该单元为无条件稳定的单步法单元,对于\begin{document}$ \bar m $\end{document}次多项式单元,其端结点位移和速度均可达到\begin{document}$ O({h^{2\bar m + 2}}) $\end{document}阶的超高收敛性,比常规Galerkin单元的结点精度高2阶。采用此单元,该文进而实现了无需额外的结点修正技术的自适应步长的高效算法。该文对这一研究进展做一简介,并给出初步算例验证了该法的可行性和有效性。
基于混合加点准则的代理模型优化设计方法
李正良, 彭思思, 王涛
2022, 39(1): 27-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0925
摘要:
在工程优化设计中,采用数值仿真模拟计算结构响应需耗费大量的时间和计算成本,给计算密集型的优化设计带来了巨大挑战,因此基于代理模型的序列优化设计方法得到了深入研究和广泛应用。对代理模型的序列优化方法框架进行了简要的概述;针对现有方法中存在的不足,发展了一类模型无关的混合加点准则,使优化循环过程中产生的新样本点分布在当前最小值邻域以及设计空间中交叉验证误差较大的区域,局部开发与全局搜索并行,能够更加准确地找到全局最优解;将发展的混合加点准则引入到代理模型优化框架中,并结合粒子群优化算法,提出了一种高效的代理模型优化设计方法;通过数学算例和工程算例对建议方法进行了验证。算例结果表明,与基于传统加点准则的代理模型优化设计方法比较,建议方法能够兼顾计算精度与效率,具有更好的全局寻优特性。
土木工程学科
基于粘结-滑移的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁裂缝宽度计算方法
孙艺嘉, 吴涛, 刘喜
2022, 39(1): 34-44, 90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0771
摘要:
将纤维增强筋(FRP筋)混凝土梁裂缝的开展过程视作FRP筋由两侧混凝土中拔出的过程,建立了基于粘结-滑移的FRP筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度微分方程。根据规范给出的裂缝宽度限值,合理确定滑移量上限,提出并引入了适用于梁正常使用阶段的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土“低滑移”阶段粘结-滑移本构模型。进而,在明确最大裂缝间距lmax、裂缝宽度放大系数h2/h1与裂缝截面纤维混凝土残余应力σfib等特征参数的基础上,利用迭代算法建立了FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算模型。基于正常使用阶段裂缝宽度实测数据对建议模型的适用性进行评估,结果表明:裂缝宽度限值0.5 mm内,建议模型能够准确预测FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁的最大裂缝宽度。
方钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱偏压性能研究
张向冈, 杨俊娜, 丁亚红, 薛建阳, 王兴国
2022, 39(1): 45-58. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0814
摘要:
为研究方钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱的偏压性能,以再生粗骨料取代率、玄武岩纤维掺量、再生混凝土强度等级、偏心距为变化参数,设计并制作8个短柱试件,进行偏压静力加载试验。观察了试件破坏过程及形态,获取了荷载-位移、荷载-应变等重要关系曲线。分析了设计参数对试件承载力的影响趋势,建立了试件偏心受压的有限元分析模型, 并建议了试件偏心受压承载力的设计计算方法。结果表明:方钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱受力过程均经历了弹性、弹塑性和塑性-下降阶段,所有试件荷载-柱中侧向挠度曲线形状较为相似,在达到峰值荷载之后,柱中侧向挠度增加较快;试件的峰值承载力随着取代率或偏心距的增加而减小,随着核心再生混凝土强度等级的增大而增大;该文所建立的方钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱有限元模型能够有效地对其偏压力学性能进行全过程分析。
扰流板对分离泡诱导下平屋盖表面风荷载的影响研究
董欣, 邹云峰
2022, 39(1): 59-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0872
摘要:
通过风洞测压试验,研究对比了设置扰流板前后,分离泡诱导下平屋盖表面风压特性的变化;基于此,分析了扰流板作用机理,并给出了扰流板的推荐倾角。研究了平屋盖表面风压分布及统计值的变化,结果表明:设置扰流板后,除迎风前缘附近,屋面平均和脉动风压均减小;分离区内风压偏度和峰度值显著降低,非高斯脉动特性减弱。探讨了扰流板对于顺风向和横风向风压相关特性的影响:顺风向风压相关性减弱;横风向风压相关性的减弱仅体现在迎风前缘附近。给出了平屋盖表面风荷载整体合力(矩)的变化,发现当扰流板倾角为0°、10°和20°时,整体合力均值分别减小6.3%、8.2%和6.6%;倾覆力矩均值分别减小18.2%、21.9%和23.3%。基于所得风荷载,对平屋盖整体结构进行静力响应分析,发现设置扰流板将减小主体结构柱底轴力、柱底弯矩和跨中位移,最大降幅分别为13.1%、15.6%和10.1%。综合风压统计值、风压相关性、整体合力和内力响应指标,指出分离泡诱导下,所考察工况范围内的平屋盖表面扰流板推荐倾角为10°。
设置剪切型消能装置钢柱脚抗震性能的参数分析
王刚, 崔瑶, 于新, 王岩岩, 许肖卓
2022, 39(1): 69-78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0875
摘要:
为研究设置剪切型消能装置钢柱脚的抗震性能,该文采用有限元分析软件ABAQUS对9个柱脚节点模型进行参数分析。首先将试验与有限元计算进行对比分析,验证有限元模型的准确性。利用有效的柱脚节点模型研究了剪切型消能装置截面面积、宽厚比及钢柱轴压比对其抗震性能(承载能力、初始刚度、耗能能力、自复位能力)的影响。研究表明:柱脚的承载力受宽厚比的影响较小;当消能装置削弱段截面面积增大1.1倍时,抗弯承载力可提高36%;当柱脚轴压比变为原来的4倍时,抗弯承载力增大约58%。柱脚节点的耗能能力受钢柱轴压比的影响较小;当消能装置削弱段截面面积变为原来的2.1倍左右,柱脚的耗能提高约79%;当剪切型消能装置宽厚比增大3.1倍时,柱脚节点耗能提高近20%。此外,柱脚的残余变形随消能装置的宽厚比的变化较小,当其削弱段截面面积增大1倍时,柱脚节点的残余位移角增大209%;当钢柱轴压比增大2倍时,柱脚残余位移角减小54%。综上所述,在轴压比恒定时,可增大剪切型消能装置截面面积或增大剪切型消能装置的宽厚比来提升钢柱脚的抗弯承载力和耗能能力。
钢筋混凝土剪力墙拉弯受力性能试验和模拟
程小卫, 纪晓东, 李易, 杜修力
2022, 39(1): 79-90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0878
摘要:
完成了4个剪跨比为2.0的钢筋混凝土(RC)墙在恒定轴拉力和往复水平力作用下的拟静力试验,研究了RC剪力墙在拉弯受力下的破坏模式、滞回性能、承载力、刚度、变形能力和耗能等。试验结果表明:RC墙试件出现了两种破坏模式,包括弯曲-滑移破坏(竖向钢筋平均拉应力比ns=0.23~0.63)和弯曲破坏(ns=0.91);轴拉力显著降低了RC墙的抗侧承载力、刚度和耗能能力,试件HSW4(ns=0.91)的承载力比试件HSW1(ns=0.23)的低41%;RC墙试件的极限位移角为1.3%~1.6%,大于GB 50010−2010规定的弹塑性位移角限值1/100。采用实测裂缝宽度和Vecchio-Collins公式计算了沿贯通裂面的抗滑移承载力退化曲线,揭示了试件弯曲-滑移破坏机理。采用有限元软件VecTor2建立了RC剪力墙拉弯受力分析的数值模型,分析结果与试验结果吻合良好,能准确预测试件的破坏模式、刚度和承载力。
地下空间结构对邻近地上结构地震反应影响振动台实验
程业, 潘旦光, 陈清军, 付相球, 李雪菊
2022, 39(1): 91-99. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0880
摘要:
大型地下空间结构影响地震波的传播使邻近地震动场发生变化。为研究地上结构地震响应受地下空间结构的影响程度,设计并开展了地下结构-土-地上结构体系(SSSI)和土-地上结构体系(SSI)振动台模型实验,对比研究了在6条不同卓越频率输入地震波下地上结构地震反应的变化规律。实验研究结果表明:地下空间结构影响邻近场地的动力特性,进而影响邻近结构的动力特性,导致SSSI体系的地上结构频率和场地基频均小于SSI体系。地下空间结构使运动相互作用增强而导致SSSI体系的箱基摇摆运动显著大于SSI体系。箱基的平动加速度、摇摆加速度和结构变形加速度分量的峰值并不同步。SSSI体系的结构变形反应最大可达到SSI体系变形反应的1.267倍。
框架—自复位墙结构弹性地震反应分析的简化方法
刘汉赋, 陆晨, 胡晓斌
2022, 39(1): 100-107, 117. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0882
摘要:
针对框架—自复位墙结构,将自复位墙假定为刚体,框架简化为多自由度体系,得到了“刚体—多自由度体系”简化分析模型,建立了地震激励下的运动方程,给出了相应的Simulink动态仿真模型。针对典型算例,在多条地震波激励下,分别采用该文提出的方法及ABAQUS有限元软件进行了弹性地震响应分析。总体上,二种方法得到的计算结果差别较小,表明该文所建立的简化分析模型具有较高的计算精度,同时具有很高的计算效率,能进一步应用于框架—自复位墙结构的抗震设计。
风速和持续时间对立方体周边风致积雪演化影响研究
马文勇, 崔子晗, 柴晓兵
2022, 39(1): 108-117. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0884
摘要:
建筑物周边风致积雪是冬季多雪大风地区最常见的自然灾害之一。由于风吹雪的机理复杂,虽然数值模拟方法近几年取得了丰硕的成果,但是仍缺乏在稳定风雪条件下的广泛验证,限制了其预测方法的进一步提升和推广。为了揭示风速和持续时间对立方体周边积雪演化过程的影响,该文在西北严寒地区的稳定吹雪条件下,对不同风速下立方体模型周边不同时刻的积雪深度进行实测。讨论了不同工况下堆积区域最大积雪深度、积雪剖面的变化以及立方体迎风区两侧的积雪堆积形态。结果表明:在不同工况下,立方体周边风致积雪均在迎风和背风壁面处堆积,在模型前缘和后方出现侵蚀,随着风速的变化,积雪深度、积雪范围、积雪堆积位置都会发生相应的改变;随着时间的变化,积雪最大深度位置也会转移。
钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计
金双双, 谢雨, 白久林, 李梦依
2022, 39(1): 118-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0885
摘要:
两边连接屈曲约束钢板剪力墙具有承载力高、耗能能力强、延性好等优点;而且在结构中布置灵活,能够减小对框架柱的作用力,避免框架柱过早发生破坏。为确定墙体在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计方法。设定结构预期的整体破坏模式和目标位移,基于能量平衡原理计算结构的设计基底剪力,采用剪力比将双重抗侧力结构体系离散为钢板剪力墙体系和框架体系并计算设计楼层剪力,进而完成钢板墙的截面设计。按照塑性内力分配机制和钢板墙屈服后的性能,计算框架结构梁、柱的内力需求,完成钢筋混凝土框架的截面设计。分别对5层和10层结构进行基于能量平衡的大震塑性设计,并采用时程分析法对结构进行非线性动力分析,对比研究了两个结构的损伤机制、最大层间位移角、楼层剪力比和残余位移。分析结果表明:所提出的设计方法能够实现结构预期的整体破坏模式,并满足结构大震抗震性能要求。
高温下不同比例钢筋混凝土柱力学性能相似性有限元分析
蔡新江, 夏玮超, 毛小勇, 田石柱
2022, 39(1): 129-138, 163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0890
摘要:
为研究高温下缩尺模型和足尺模型力学性能的相似性,力求通过缩尺模型结果反推得到足尺模型的耐火性能,设计12根钢筋混凝土柱的足尺模型,并基于相似理论建立对应的2/3、1/2和1/3缩尺模型,同时,根据缩尺比调整各组缩尺模型的实际升温曲线、轴力和位移加载速率,并基于ABAQUS软件对各组模型进行耐火性能分析,对比各组原型化的缩尺模型和足尺模型的高温力学性能。研究结果表明:通过调整结构相似关系、时间相似关系和温度场相似关系,经过原型化的缩尺模型和足尺模型的截面温度分布、柱顶轴向位移、耐火极限和极限承载力均具有较好的相似关系,即通过缩尺模型柱可以相对较为准确地反映足尺模型柱的耐火性能。
不等跨布置RC空间梁-板结构竖向倒塌能力数值研究
张有佳, 王冲, 杜轲
2022, 39(1): 139-150. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0891
摘要:
为研究不等跨布置下RC空间梁-板结构抗连续倒塌能力,利用有限元软件ABAQUS建立在关键柱失效下空间框架结构精细化模型,通过Pushdown分析方法对试验子结构进行数值模拟。分析关键柱失效位置、梁板参数、楼板的损伤性能以及梁端截面内力对倒塌能力的影响。分析结果显示:内柱失效工况下楼板能提供承载力的40%~50%,边柱失效工况下楼板能提供20%~30%的承载力,角柱失效工况下楼板能提供15%~25%的承载力;梁跨度越大,柱失效后结构承载力越低,等跨设计的结构较不等跨设计受力存在“滞后性”,且横向约束对无板结构承载力基本上没有影响;梁板参数对提高结构承载力以及延性有重要影响;小变形下楼板损伤性能可以反映楼板的屈服模式,从而可推测楼板裂缝分布;最后提出了不等跨布置下考虑楼板影响的承载力计算公式。
高强钢管UHSC轴压柱整体稳定性能研究
罗霞, 韦建刚, 杨艳, 陈宝春
2022, 39(1): 151-163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0901
摘要:
为了解高强材料组合结构的受力性能,开展了7根高强钢管超高强混凝土(UHSC)轴压柱的整体稳定性能试验,探讨了长径比对其破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-挠度曲线以及钢管应变等力学特征的影响。试验结果表明,长径比对高强钢管UHSC柱整体稳定性能的影响机理与普通钢管混凝土柱类似,但前者组成材料弹性比例高,更易发生突然的失稳弯曲。借助已验证的有限元模型,对稳定曲线开展截面参数分析。分析结果表明,以短柱轴压承载力为基准,对长细比进行正则化后,截面参数对稳定曲线的影响可以忽略不计。以此正则长细比为自变量提出的稳定系数计算方法,考虑了各材料组合的套箍效应差异,适用范围较广,可较准确地预测高强钢管UHSC轴压柱的稳定承载力。
正常固结非饱和黏性土的三剪弹塑性本构模型
胡小荣, 蔡晓锋, 李春博, 章志荣, 瞿鹏
2022, 39(1): 164-174. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0910
摘要:
基于临界状态土力学框架,采用单应力变量法和双应力变量法非饱和土三剪强度准则,将原饱和土屈服函数中的屈服应力和破坏应力比分别替换成能反映土体饱和度影响的屈服应力和三剪破坏应力比,采用等量代换法和坐标平移法的三剪屈服函数推导出4种三剪弹塑性本构模型。所提本构模型能反映非饱和土全应力状态下土的强度区间效应、拉压强度差及黏聚力的影响。以南昌非饱和黏性土为研究对象,对所提4种模型分别做了试验参数确定、常规固结排水三轴试验验证和真三轴数值模拟分析。常规三轴试验结果表明,采用双应力变量相对单应力变量法的数值模拟结果相对更接近试验结果,采用坐标平移法相对等量代换法的数值模拟结果相对更接近试验结果。真三轴数值模拟对比结果表明,采用双应力变量法相对单应力变量法所得剪应力和体应变也偏大。随着中间主应力影响系数b增大,4种本构模型的剪应力和体应变也会随之增大;其他条件不变时,基质吸力越大,剪应力也随之变大。
圆钢管混凝土在自由扭转作用下扭矩-应变理论模型
赵均海, 高伟琪, 樊军超
2022, 39(1): 175-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0911
摘要:
为研究圆钢管混凝土在自由扭转下的扭矩-应变关系,将圆钢管混凝土在自由扭转下的全过程分为混凝土开裂前、钢管屈服前和钢管屈服后三个阶段。通过对不同阶段的钢管和混凝土受力状态和相互作用分析,以统一强度理论为基础推导出钢材和混凝土的抗剪强度,结合切应变与正应变的关系,钢材采用理想弹塑性本构关系,混凝土采用考虑软化效应的本构关系,利用极限平衡理论推导出圆钢管混凝土在自由扭转下扭矩-应变分段式函数模型和抗扭承载力。理论模型和抗扭承载力与试验结果吻合良好,在此基础上分析了混凝土强度、钢材强度、含钢率和钢管直径对扭矩-应变关系曲线的影响,并提出应用建议。该文中的理论模型定量地阐述了钢管与混凝土之间的相互作用,能够适用于圆钢管混凝土在自由扭转下的分析和设计。
附加惯容器的层间隔震系统简化分析及地震响应研究
刘德稳, 招继炳, 周旺旺, 刘阳
2022, 39(1): 188-196, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0912
摘要:
层间隔震技术是一种新的减震控制方法。建立了附加惯容器的层间隔震混合控制系统分析模型,推导了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的动力特性公式,分析了模型计算参数对动力特性的影响。建立了基于反应谱的地震响应预测公式,并采用时程分析法进行验证;研究了附加惯容器的层间隔震混合控制系统的响应控制效果,对关键参数的影响进行了分析。研究结果表明:惯容器对层间隔震结构的地震响应具有一定的控制作用,所建立的分析方法能较好预测附加惯容器的层间隔震混合控制系统的地震响应,惯容器可实现对位移及加速度双控制的目标。研究结果可作为附加惯容器的层间隔震结构地震响应预测分析方法,并为层间隔震混合控制系统设计提供参考。
盾构隧道新型分布榫式管片结构的局部原型试验研究
刘迅, 封坤, 肖明清, 何川, 李策
2022, 39(1): 197-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0913
摘要:
大直径盾构隧道在穿越复杂地层或水下环境时,环间常设置加强措施以控制环间错动与张开变形。为探明环间设置分布式凹凸榫的新型分布榫式管片结构力学特性与破坏机理,针对佛莞城际狮子洋隧道所采用的环间分布四榫式原型管片,开展了考虑相邻环错缝拼装组合的局部原型试验,详述了结构变形、环缝错台、接缝张开的变化规律与特征,对裂缝发展规律与最终破坏形态进行了研究。研究结果表明:新型分布榫式管片结构变形可分为中间块内弧面钢筋处于弹性时的线性增加阶段和进入塑性后的非线性增加阶段;新型分布榫式管片结构环间变形首先表现为错台,环间作用由接触面摩擦提供,当分布式凸榫与凹槽接触后环间变形表现为转动张开,纵向螺栓受弯、凹凸榫构造受剪,环间作用最终转变为弯剪结合;管片结构初始裂缝出现在中间块拱顶边缘位置,其破坏机理为:管片结构内弧面混凝土开裂导致钢筋承受截面拉力、裂缝不断加深加宽,随后管片受拉侧钢筋进入塑性,结构最终失稳破坏。研究结果可为大直径盾构隧道的设计与分析提供参考。
机械工程学科
基于双死区设计的空气悬架高度滑模控制方法
尹航, 邬明宇, 李雪冰, 吕靖成, 杜永昌, 梁冠群, 危银涛
2022, 39(1): 209-218. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0892
摘要:
该文提出了一种双死区设计,运用滑模控制理论,对空气悬架的高度进行精确控制。创新点包括:区别于传统的气体多方变化假设模型,提出了基于热力学分析,利用温度-压强双控制方程建立的高精度非线性空气弹簧气室模型;提出空气悬架高度控制的双死区设置方法,通过大、小2个死区套合以提升控制精度,减少了单死区设置容易出现的振荡现象;运用滑模变结构控制理论,提出一种结合系统动力学特性、形式较简且受路面扰动和系统动力学参数变化影响较小的控制策略。通过MATLAB/Simulink仿真验证了高精度空气弹簧动力学模型和双死区设置的滑模控制策略的有效性。
基于虚拟激励法列车脱轨系数概率统计研究
周子骥, 张楠, 孙琪凯
2022, 39(1): 219-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0927
摘要:
为探讨高速铁路列车脱轨系数安全指标的随机特性,基于虚拟激励法与极值理论,采用多体动力学理论与有限元法建立车桥随机振动模型。采用垂向密贴、横向线性蠕滑轮轨关系建立车-桥耦合系统动力学方程;运用虚拟激励法将轨道不平顺转化为一系列频率点处简谐荷载的叠加,将非平稳问题转化为确定性的时间历程问题,通过分离迭代法求得轮轨力功率谱;基于调制函数,采用谐波叠加法在每一时刻求和得到轮轨力时程样本;通过极值理论探究脱轨系数最大值概率分布函数并求得其最大值。同时讨论了不同挠跨比情况下,轮轨力功率谱的平稳特性。基于该计算模型,以24.6 m混凝土简支梁为研究对象,研究不同车速下脱轨系数极值分布情况。研究结果表明:极值分布能很好的求得不同车速下的脱轨系数极值;速度越大,脱轨系数极值分布的离散型越强,对应的99.73%置信度脱轨系数值越大;置信度99.73%对应极值能较好的控制住时域样本最大值;就所研究的工况而言,桥梁变形对轮轨力功率谱平稳特性的影响很小。
其他工程学科
高超声速稀薄流场AUSM分裂式DSMC-IP方法研究
许啸, 马新建, 张军, 沈妍
2022, 39(1): 228-242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0869
摘要:
针对直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法统计耗散较大而传统的信息保存(DSMC-IP)方法难以有效模拟强激波的问题,采用对流迎风分裂(AUSM)通量计算格式对IP方法进行改造。以局部马赫数为标准重构控制方程中的关联项通量,使计算更加准确的符合激波两侧的流动特征,从而形成一种具有较高统计精度和高超声速流动模拟能力的新型DSMC-IP方法。采用该方法对超声速圆柱和带扩张角的喷管高超声速流动进行数值模拟,结果显示,该方法与DSMC方法的计算结果相比,其流场结构基本相符,而前者的统计耗散明显更低,且流动特征更清晰,表面特征系数与实验值或参考值相差在5.5%以内,证明了该方法在高超声速稀薄流场模拟中的准确性和有效性。
考虑磁场影响的磁性形状记忆合金分段线性化超弹性本构模型研究
陈超, 陈鑫, 刘涛, 孙勇, 还毅, 唐柏鉴
2022, 39(1): 243-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0870
摘要:
磁性形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy,MSMA)作为一种新型智能材料,同传统温控形状记忆合金一样具有形状记忆效应和超弹性效应。现有的MSMA本构模型大多存在理论性强、形式繁杂、参数较多等问题,不利于实际工程应用。为此,该文借助线性化方法,建立了超弹性MSMA分段线性化应力-应变关系;引入应力择优取向马氏体变体体积分数作为内变量,基于塑性理论框架,构建了MSMA分段线性化超弹性本构模型;提出了描述临界应力与环境磁场关系的Logistic关系函数,并基于试验数据拟合了关键参数;利用所建立的本构模型对考虑磁场影响下的MSMA超弹性进行了数值模拟,并从滞回曲线形状和滞回耗能两个方面与试验结果对比。结果表明:所提出的临界应力与环境磁场关系函数拟合优度可达0.993;材料本构模型预测曲线与试验结果较为接近,理论耗能能力与试验结果误差平均为11.9%。因此,模型能够较为准确地模拟MSMA的超弹性变形过程和耗能能力,为预测考虑磁场影响的MSMA超弹性特性提供了一种简便方法。