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2022年  第39卷  第4期

封面
2022-04期封面+目录
2022, 39(4): .
摘要:
综述
结构有机玻璃的工程应用与研究进展
王元清, 孙洲, 王综轶, 郑宝锋, 汤月生, 欧阳元文
2022, 39(4): 1-14. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.07.ST03
摘要:
有机玻璃是一种热塑性塑料,它在建筑和结构中的应用日渐增多。与普通玻璃相比,有机玻璃具有无自曝风险、可本体聚合、密度低等诸多优点,但是它也存在防火性能不佳、蠕变问题显著等缺点。该文介绍了一些国内外著名的有机玻璃建筑物或结构,以及学者们对有机玻璃材料和结构所作的相关研究。提出了目前有机玻璃结构设计中存在的问题,并且给出了有机玻璃结构设计的相关建议,为相关研究和设计人员提供参考。
悬浮隧道结构体系与动力响应研究进展
周泰翔, 贾军波, 邓扬, 李爱群
2022, 39(4): 15-28, 85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0044
摘要:
悬浮隧道是一种全浸入式新型跨越结构,在复杂海湾环境中有较高的应用前景。为了深入了解悬浮隧道在外界激励下的动力行为,整理了悬浮隧道动力学的研究假定,分别总结了悬浮隧道独立结构和整体结构在一般波流荷载、交通荷载以及偶然荷载作用下的数学模型与动力学研究进展,并归纳了影响结构动力响应的几何、环境和交通参数等因素。结果表明:管道计算模型普遍采用欧拉梁模型和离散弹性支承梁模型,锚索计算模型大多采用忽略了抗弯刚度并考虑初始构型的梁或者弦模型;在二维分析中梁模型具有较高精度,但少有学者进行三维空间下的讨论;物理实验需要考虑模型的适用性、环境的真实性和测量的准确性,着重针对结构相似、激励条件、测量手段、结构初始状态和整体系统固有动力参数进行测试;偶然荷载作用下地震动响应受到学者广泛关注,已有研究普遍表明:结构的地震响应一般在安全范围内,但是当考虑了由地震引起的动水压力之后,结构动力响应大大提高。
基本方法
时域稳定的基础频响连续有理近似参数识别方法
唐贞云, 王志宇, 杜修力
2022, 39(4): 29-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0108
摘要:
采用连续有理近似函数描述基础时域动力模型是土-结动力相互作用时程分析的重要方法。该近似函数的稳定性和精度决定了土-结相互作用系统时域分析的稳定性和精度。目前,连续时间有理近似函数的参数识别方法无法同时确保精度、稳定性和计算效率。该文基于线性系统控制理论,将有理近似函数分解为一系列一阶和二阶子系统的组合,并通过各子系统的稳定条件提出了被识别参数的理论稳定边界。基于此,利用遗传算法和序列二次规划算法建立了时域稳定的连续有理函数参数识别方法。不同基础频响函数数值仿真结果表明:对于简单函数,该文方法与既有方法均可保持高精度,但该文方法在确保稳定性的同时可以提高近35%的计算效率。对于复杂函数,采用高阶有理函数时,该文方法用时仅为既有方法的25%,同时精度大于95%。证明了该方法可以在保证函数稳定性与拟合精度的同时提高了计算效率,从而使得连续有理近似函数适用性更好。
考虑粘滑效应的核电站环行起重机地震瞬态响应分析
张欣刚, 王海明, 姚文莉, 齐朝晖, 何颖
2022, 39(4): 39-52. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0133
摘要:
核岛安全壳-吊车耦合体系在强震下的可维持性是影响核安全的关键因素之一。为揭示粘滑效应对体系抗震性能的影响,采用修正的LuGre模型描述驱动轮与轨道之间stick-slip行为;引入线性互补问题描述各叠放部件的非光滑接触,建立考虑多点摩擦接触的环行起重机刚柔耦合动力学模型;选取代表性的强震记录作为基岩地震动,对多工况下的地震瞬态响应进行分析,揭示耦合体系地震响应机理。研究结果表明:制动轮与轨道之间的摩擦力是将体系维持在既定位置的关键,动力学模型必须考虑粘滑效应;跳轨行为受三向地震共同影响,水平强震和竖向弱震亦可诱发跳轨;瞬时跳轨诱发瞬时冲击,峰值轮压可达静轮压的10倍,主钩峰值拉力达静拉力的2.5倍,须安装隔震装置避免钢丝绳破断。
土木工程学科
基础竖向多频参数激励下圆弧拱平面内动力失稳研究
钟子林, 刘爱荣
2022, 39(4): 53-64. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.07.ST06
摘要:
地震波、冲击波、环境振动激励会通过地基基础传递到拱上,致使拱发生动力失稳失去承载能力。为深入研究拱在基础竖向激励下的动力稳定性,该文基于能量法,建立了基础竖向激励下圆弧拱平面内动力稳定能量方程,利用哈密顿原理得到了拱面内径向和切向振动的耦合控制方程,求解了圆弧拱平面内失稳前的动轴力与动弯矩解析解。引入拱轴线不可压缩假设,解决了圆弧拱平面内动力控制方程的解耦问题。利用伽辽金法建立了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内二阶常微分动力稳定方程,运用多尺度法推导了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内动力失稳的临界激励频率解析公式,得到了圆弧拱同时发生一阶反对称参数共振和二阶正对称共振失稳的动力不稳定域,并利用有限元数值分析验证了理论解析解的正确性。进一步分析了拱矢跨比、长细比和圆心角对动力不稳定域的影响。
模块化装配式钢框架组合柱及其抗侧与抗震滞回性能
杨超, 徐亚冲, 欧进萍
2022, 39(4): 65-75. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0098
摘要:
模块化装配式钢框架形成模块柱-柱分离的框架结构柱,其竖向承重和水平抗侧不能很好地发挥模块柱共同工作的作用。因此,此类模块化装配式框架结构不能用于中高层建筑,是需要重点研究和发展的方面。该文针对角柱承重式模块化结构中的多柱组合形式,采用外包钢板将相邻模块柱联系起来,即通过外包钢板将模块柱形成组合柱。提出了外包钢板柱-柱组合的连接构造形式并进行了受力机理分析,建立了组合柱的精细化有限元模型,对其进行单向位移、循环往复加载模拟。结果表明:组合柱的水平抗侧刚度、承载力明显提升;提出的将外包钢板开孔后的组合柱改善了组合柱的抗震性能;外包钢板组合柱的滞回曲线更饱满、能量耗散系数更大,承载能力和耗能能力都得到了较好的提升,具有良好的抗震性能,是一种值得推广应用的构造方式。
基于加速度传感器的检定轻墩铁路桥梁横向位移新方法及振动台试验验证
陈令坤, 徐祥, 蒋丽忠, 张清华, 张楠, 李乔
2022, 39(4): 76-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0144
摘要:
截至2019年,全国铁路完成货物发送量43.89亿吨,且货运量年增长率保持在9%~10%。既有线路有很大比例的早期建设的轻型桥墩桥梁,由于其横向刚度较弱,在运营过程中常常出现横向位移较大的现象。随着既有线提速及货运量的增加,这一现象愈加明显。铁路运营期间,为防止列车脱轨,对于该类桥梁的位移变形的要求较高。因此需要一种能够适应恶劣的环境条件,可以实时持续可靠地监测桥梁位移的方法。当前测量桥梁位移的方法,通常基于昂贵的设备和复杂的模型,并且局限于良好的天气条件并不能满足在有限的成本下对桥梁进行持续高效的维护。该文提出一种基于加速度传感器的检定轻墩铁路桥梁横向位移的监测方法。其特点是,依靠低成本易操作的加速度传感器对桥梁高频动态位移和低频伪静态位移进行持续准确的监测检定,而不需要依靠良好的天气环境和架设条件。该研究设计一种巧妙的振动台试验,通过一系列的试验对该方法进行了验证。试验结果表明:加速度传感器能够准确的检定位移,与线性随动位移计相比,最大峰值误差只有11.80%,最大均值位移误差只有8.05%。
基于RVE单元的石砌体有效模量计算方法
蒋宇洪, 杨娜
2022, 39(4): 86-99, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0043
摘要:
石砌体结构的力学性能研究已经取得一定的成果,但很少有研究考虑构造的随机性对石砌体结构性能产生的影响。该文基于代表性体积单元(RVE单元),针对几何构造具有一定随机性的石砌体,提出了一种有效模量计算方法,并与文献的试验和数值模拟结果对比,证明了所得有效模量的准确性。分别根据该方法和有限尺度测试窗法,对比分析了藏式古建石砌体的有效模量,并探讨了RVE单元尺寸大小对有效模量的影响。最后提出了一个基于所得有效模量建立砌体整体式模型的建模方法,并与传统分离式建模和基于有限尺度窗口法的整体式建模进行对比分析。研究结果表明:该方法与有限尺度测试窗法所得有效模量的数值大小和变化趋势相近,但该方法弥补了有限尺度测试窗法不能获得泊松比的缺陷;RVE单元尺寸的增大,使得其组元分布逐渐向完整结构的组元分布接近,导致大部分的Voigt、Reuss有效模量分量呈现先快后慢的收敛趋势;单元尺寸变化对厚度方向的轴向模量几乎没有影响,对其他面外的模量分量影响较小,对面内的模量分量影响较大;基于该方法所建整体式模型,可以在节约计算成本的同时,较为精确复制分离式模型的宏观变形。
感应加热破碎型钢混凝土构件试验研究
许崇浩, 郑文忠, 胡明亮, 王英
2022, 39(4): 100-112. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0099
摘要:
感应加热破碎型钢混凝土(SRC)时,型钢直接被电磁感应加热,混凝土依靠型钢热传导被加热,型钢与混凝土之间产生温度差和变形差,为实现型钢与混凝土之间的分离提供可能。开展了6根无混凝土保护层和8根有混凝土保护层型钢混凝土试件的感应加热分离试验,试验结果表明:不同试件内型钢的温升曲线趋势基本相同,即型钢温度在450 ℃以下时,型钢升温较快,约为30 ℃/min~50 ℃/min;当型钢温度在450 ℃~700 ℃时,型钢温升变慢,约为20 ℃/min~30 ℃/min;当型钢温度达到700 ℃后,型钢温升平缓。当型钢温度不高于700 ℃时,随着型钢温度的升高,型钢与混凝土之间温度差及膨胀差基本呈线性增加。型钢与混凝土的膨胀差主要与型钢腹板高度相关,当型钢腹板高度为300 mm,膨胀差不小于1.80 mm时,可方便型钢与其所辖混凝土的分离;当型钢腹板高度为400 mm,膨胀差不小于2.12 mm时,可方便型钢与其所辖混凝土的分离。
考虑不均匀腐蚀影响的钢筋混凝土桥墩抗震性能研究
谷音, 戴向东, 李攀, 卓卫东
2022, 39(4): 113-122. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0153
摘要:
对于剪跨比较小的钢筋混凝土桥墩,近海环境下的腐蚀可能会改变结构破坏形态,研究箍筋纵筋同时腐蚀对抗震性能的影响十分必要。采用电化学加速腐蚀方法制备了4个剪跨比为2、不同腐蚀程度的桥墩,通过振动台试验研究腐蚀对桥墩抗震性能的影响。在地震激励作用下,对桥墩的破坏形态、自振周期、阻尼比、加速度和位移响应、累积残余位移及地震耗能能力等方面进行了分析。试验结果表明:随着地震强度的增大,腐蚀构件的耗能能力降低,抗震性能退化明显;无腐蚀桥墩的最终破坏形态是弯曲破坏,而腐蚀程度较为严重的桥墩在加载后期表现为纵筋过早屈服,部分箍筋无法为试件提供足够的抗剪承载能力,试件最终呈现出弯剪破坏形态。
水泥混凝土路面板早龄期徐变效应研究
胡昌斌, 孙增华, 王丽娟
2022, 39(4): 123-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0103
摘要:
基于微预应力-固结理论徐变模型,综合考虑材料、结构以及环境参数影响,建立三维路面板早龄期力学行为仿真程序,开展了路面板三维结构徐变效应研究。研究显示,徐变对路面板早龄期作用是一种松弛效应,显著降低了路面板早龄期翘曲和应力;徐变对路面板早龄期行为的影响量级与温度梯度、板边约束的影响相当;徐变效应受板边约束、温湿度梯度和整体温度条件显著影响,空间位置存在不均匀分布特性,徐变作用下应力最大松弛位置向受约束的板边中部靠近;路面板徐变松弛效应有显著经时特性,前7天徐变效应最为显著,60天后趋于稳定;面板温度梯度与整体温度提高,徐变松弛效应显著增加。理论比较显示,忽略温度对徐变的影响会低估高温、高估低温条件下的徐变效应,工程中可基于徐变效应设计降低路面板早龄期初始翘曲与初始应力。
矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点力学性能试验研究
张艳霞, 刘梓洋, 徐斌, 孙宇
2022, 39(4): 138-150. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0111
摘要:
针对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点在高层建筑工程中存在传力不直接,施工难度大,施工质量难以保证的问题,结合北京CBD核心区Z13地块超高层项目,提出了矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点,对不同配筋率的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点试件进行低周往复加载试验,研究节点的滞回性能、破坏形态、耗能能力和延性等力学性能。并与传统的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁焊接牛腿式连接节点和矩形钢管混凝土柱-混凝土梁套筒牛腿式连接节点进行性能对比。在试验基础上,对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点受力性能进行理论分析并推导适用的设计公式。结果表明:矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点与另外两种类型节点相比有较强的承载能力,能够满足“强节点,弱构件”及传递竖向荷载的结构设计要求,并且便于施工、质量可靠。在此基础上进行理论分析,提出节点受弯承载力设计公式并推荐型钢牛腿截面按照承担梁端剪力80%进行截面设计,为矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点设计提供技术支撑。
采用单侧角钢的梁柱可更换连接件抗震性能试验研究
孙东德, 杨勇, 马银科, 周会垚, 薛亦聪, 于云龙
2022, 39(4): 151-163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0122
摘要:
采用单侧角钢的可更换梁柱连接件是指在梁柱连接处设置钢连接件,连接件腹板设置摩擦耗能黄铜片,同时翼缘单侧通过可更换角钢连接,并在连接件及钢梁内部张拉预应力钢绞线。结合2个未设置可更换角钢试件、1个双侧设置可更换角钢试件及5单侧设置可更换角钢试件的低周反复加载拟静力试验,重点对单侧设置角钢的可更换梁柱连接件的破坏形态、承载能力、耗能能力、刚度退化等抗震性能及自复位能力开展了研究。研究结果表明:设置角钢对试件的抗震性能有较大提升,单、双侧设置角钢对连接件抗震性能的影响差距较小,且单侧设置角钢具有避免影响梁上楼板的布置与施工的优势;增厚连接段翼缘对试件抗震性能提升有限,通过在薄翼缘连接件上设置角钢能够达到与厚翼缘连接件相当的效果,其更加经济适用;单侧设置角钢的梁柱连接件震后可方便的更换受损角钢构件从而恢复试件的抗震性能,且震后更换更厚角钢可实现抗震性能的超越。该新型采用单侧角钢的可更换梁柱连接件经合理设计与控制,可以很好地实现“中震复位,大震更换”机制,为抗震设计提供参考。
形状记忆合金丝加固古建筑木结构直榫节点抗震性能研究
张锡成, 胡成明, 吴晨伟, 韩乙楠, 张玉涛
2022, 39(4): 164-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0123
摘要:
古建筑木结构中的半刚性榫卯节点在地震中往往先于梁柱等构件发生破坏,是加固保护的关键部位。设计了一种新型形状记忆合金(SMA)丝预防性加固装置,对采用该装置的5个直榫节点及1个未加固节点进行了低周反复荷载试验,研究了采用不同根数和不同预拉应变的SMA丝加固节点的破坏形态、弯矩-转角关系、强度退化、刚度退化、耗能性能、自复位能力以及变形能力,并提出了SMA丝加固直榫节点的抗弯承载力计算方法。结果表明:SMA丝加固节点的抗弯承载力均有不同程度的提升,加固节点的最大抗弯承载力为未加固节点的1.49倍;与未加固节点相比,加固节点的强度退化不严重,表明SMA丝可以在节点转角较大时,仍能持续为节点提供抗弯承载力;加固节点最大转动刚度是未加固节点的2.24倍;随着节点转角的增大,未加固节点的耗能能力逐渐减小,而加固节点的耗能能力先增大后减小;在相同的转角下,随着SMA丝根数和预拉应变的增加,节点相对残余变形均减小,自复位能力增强。研究成果可为古建筑木结构榫卯节点的预防性加固保护提供参考。
填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力分析
吴函恒, 隋璐, 聂少锋, 周天华, 袁涛涛
2022, 39(4): 177-186. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0126
摘要:
为研究填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力的计算方法,对2片空腔墙体和9片填充式墙体足尺试件进行低周往复加载试验,研究墙体在水平荷载作用下的破坏模式,结果表明:空腔墙体的破坏模式为墙面板与龙骨之间的螺钉连接破坏,进而导致墙面板蒙皮作用的失效;填充式墙体的失效模式分为两种:填充材料角部的受压破坏和冷弯型钢立柱的弯曲破坏。基于上述破坏模式,考虑墙面板蒙皮作用和填充材料支撑作用的影响,根据极限平衡理论,提出基于叠加法的受剪承载力计算模型,建立受剪承载力计算公式,该模型能反映自攻螺钉连接强度、填充材料强度和冷弯型钢龙骨强度对墙体受剪承载力的影响;理论计算值与试验值的比值在0.947~1.112,结果吻合较好。
基础摩擦滑移隔震结构起滑加速度研究
江云帆, 郭子雄, 刘阳
2022, 39(4): 187-196. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0132
摘要:
起滑条件是影响滑移隔震结构动力响应特性的重要参数,也是滑移隔震结构性能化设计研究的理论基础。采用两自由度模型模拟滑移隔震结构,基于动力时程分析方法,分析了隔震结构参数(包括自振周期、质量比和摩擦系数)和地震动参数(包括反应谱特征周期和近断层地震动脉冲)对隔震结构起滑加速度的影响。结果表明:结构参数比地震动参数对起滑加速度的影响更明显。隔震结构的起滑加速度-自振周期曲线分为下降、水平、上升和先上升后水平4段。所选地震动集激励下,当自振周期小于1.4 s时,相同自振周期结构的起滑加速度随质量比的增大而减小;大于7.8 s时,起滑加速度随质量比的增大而增大。起滑加速度随摩擦系数的增加而等比例增大。基于分析结果,采用分段拟合方法建立了起滑加速度计算公式,公式计算结果和多自由度结构算例的时程分析结果吻合良好。研究成果可为滑移隔震结构的起滑条件研究和结构设计提供参考。
基于双重网格的混凝土自适应宏细观协同有限元分析方法
徐磊, 崔姗姗, 姜磊, 任青文
2022, 39(4): 197-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.0610
摘要:
混凝土损伤开裂表现出明显的跨尺度特征,其演化过程与细观材料结构直接相关。如何在兼顾效率和精度前提下分析混凝土损伤开裂的跨尺度演化过程一直是比较棘手的问题。在假定处于弹性阶段的混凝土为宏观均匀材料和处于损伤开裂阶段的混凝土为细观非均匀材料的基础上,提出了一种基于双重网格的混凝土自适应宏细观协同有限元分析方法。该方法通过在分析域内布置宏细观双重网格分别建立宏观尺度和细观尺度有限元计算模型,通过宏观尺度至细观尺度的自适应转换在分析过程中动态确定宏细观协同分析的宏观区域和细观区域,通过基于形函数插值的多点位移约束实现宏细观协同有限元模型中的非协调重叠网格连接。算例分析表明,采用该文方法不仅可通过考虑损伤开裂区的细观材料结构保证模拟精度,亦可通过在分析中自适应确定细观尺度分析区域提高模拟效率。
机械工程学科
基于时间有限元的弹簧摆动力学新解法
陈德坤, 丁幸波, 温新婕, 刘曼兰, 兰朋
2022, 39(4): 209-218. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0124
摘要:
弹簧摆问题是一种刚柔耦合的非线性动力学问题,随着电力技术的发展,弹簧摆在高压电塔减震方面获得了大规模的应用,但其动力学仿真还存在很多不完善之处。对此该文提出了一种利用时间有限元与保辛递推算法求解弹簧摆问题的新方法。该方法通过对弹簧摆的非线性摆动问题进行了近似积分处理,并对作用量采用矩形和梯形积分的方法获得保辛递推的形式。在提高求解速度的同时,提高了长时间求解的数值稳定性。为了体现了该文方法在求解内共振系统上的速度和稳定性优势,同已有结果进行两次对比,显示本算法较传统算法的计算速度、时间稳定性与精度上均存在一定优势。最后初步讨论了采用该方法求解大摆角混沌问题的途径。
飞机机翼油箱晃振仿真与全尺寸试验验证
王东林, 安丽, 胡豪, 马松, 李明, 陈良斌
2022, 39(4): 219-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0130
摘要:
飞机飞行过程中,机翼油箱受晃振激励易发生结构破坏,造成经济损失和人员伤亡,因此,飞机适航审定有必要合理评估机翼油箱晃振响应。现行飞机适航审定基于全尺寸试验,经济代价高且费时;数值分析多考虑规则油箱开展趋势影响研究,无法有效反映非规则油箱的晃振响应。该文以某全复合材料机翼油箱为研究对象,基于VOF法和模态叠加法描述非规则油箱液体晃动和结构振动,考虑流固耦合和晃振解耦获取油箱壁面应变信息,采用最大应变准则进行机翼油箱复合材料壁面结构失效分析,开展机翼油箱全尺寸晃振试验验证数值仿真的有效性。该文给出油箱壁面应变幅值和分布随油箱载液量、晃动幅值与频率、振动幅值与频率变化的时域响应,指出晃动破坏多发生于油箱下蒙皮近翼梢侧,振动破坏多出现在油箱下蒙皮近翼根处,晃振响应由振动因素主导。该文验证了数值仿真代替全尺寸试验的可行性,并基于数值仿真和物理实验研究油箱壁面应变水平和载液量、晃动和振动激励的非线性关系,为飞机适航审定提供有效指导性意见。
其他工程学科
钠基、钙基蒙脱石低含水率状态下基质势能的多元动力学研究
江舒棋, 赵红华, 张超, 张大帅, 王小红
2022, 39(4): 230-237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0102
摘要:
基于分子动力学和元动力学(Metadynamics)的研究方法,探索了钠基蒙脱石和钙基蒙脱石在低含水率状态下的基质吸力,建立了含水率在5%~30%的土水特征曲线,通过曲线对比发现钠基蒙脱石与钙基蒙脱石的基质吸力均随含水率的升高而指数下降,并且在含水率小于20%时,钠基蒙脱石的基质吸力略小于钙基蒙脱石,含水率大于20%后钠基蒙脱石基质吸力略大于钙基蒙脱石。得到钠基蒙脱石在5%含水率时的基质吸力约为4.2 GPa,钙基蒙脱石在5%含水率时的基质吸力约为4.4 GPa。该研究结果为众多吸力测量的实验值和理论模型提出的预测值提供了参考。
高速长杆弹对有限直径金属厚靶的侵彻分析
王娟, 赵均海, 周媛, 孙珊珊, 吴赛
2022, 39(4): 238-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0127
摘要:
采用基于统一强度理论的有限柱形空腔膨胀理论,结合Tate磨蚀杆模型,考虑中间主应力、靶体侧面自由边界的影响及高速(1500 m/s~2200 m/s)侵彻弹体的变形和消蚀现象,推导线性硬化有限直径金属厚靶在长杆弹高速侵彻时的空腔壁径向应力,建立侵彻阻力和侵彻深度计算模型,并利用MATLAB软件编程求解,分析包括强度准则差异在内的弹道终点效应的一系列影响因素。结果表明:该文计算方法可以更好地描述弹靶的动态响应,还可以得到一系列基于不同强度准则的侵彻阻力和深度的解析解、对不同靶弹半径比的靶材侵彻深度的区间范围进行有效预测;强度参数、弹体撞击速度和靶体半径对有限直径金属靶体的抗侵彻性能均有较大的影响,其中强度参数值由1减小为0时,侵彻阻力可减小33.33%,侵彻深度可增加15.93%;当靶弹半径比小于等于20时,侵彻深度增大的程度显著,当靶弹半径比由19.88减小至4.9时,侵彻阻力减小了41.30%,侵彻深度增长了32.61%,此时靶体边界尺寸对侵彻性能的影响很大,不能继续按照半无限靶体进行计算。
温度影响下Winkler-Pasternak弹性地基上多孔FGM矩形板的自由振动分析
滕兆春, 王伟斌, 郑文达
2022, 39(4): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0152
摘要:
基于经典薄板理论和Hamilton原理研究温度影响下Winkler-Pasternak弹性地基上多孔功能梯度材料(FGM)矩形板的自由振动特性。采用Voigt混合幂率模型和孔隙任意分布模型来表征多孔FGM矩形板的材料属性,并考虑多孔FGM矩形板内部均匀温升和材料具有温度依赖特性;应用物理中面推导弹性地基上多孔FGM矩形板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化;采用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及其边界条件进行变换,引入典型的六种边界在MATLAB统一编程且保证计算精度一致,经过迭代收敛,求解出无量纲固有频率;通过算例研究了边界条件、梯度指数、升温、孔隙率、长宽比、边厚比、无量纲弹性刚度系数和无量纲剪切刚度系数对多孔FGM矩形板振动特性的影响。