双平稳段地震动强度指标与框架结构地震响应位移的相关性分析

多断层破裂的大地震所产生的双平稳段地震动对建筑结构造成的震害比单平稳段地震动的震害要严重得多,以何种强度指标来更好地描述双平稳段地震动的特征,目前还不十分明确。以5.12汶川地震具有明显双平稳段特征的记录为数据基础,分析强度指标与框架结构最大响应位移间的相关性,根据强度指标与结构最大地震响应位移的线性回归方程的显著性大小,来选取能合理描述双平稳段地震动特征的强度指标。研究结果表明:在三类强度指标中,速度型强度指标与框架结构最大地震响应位移间的相关性最强,位移型强度指标对应的相关性最弱,加速度型强度指标与框架结构的最大地震响应位移的相关性则介于速度型和位移型两者之间;在速度型强度指标中,又以峰值速度对应的相关性最强;峰值速度与结构地震响应位移值的回归方程最为显著。建议选用峰值速度作为双平稳段地震动作用下工程结构抗震分析用强度指标。     

基于CFD/CSD大展弦比复合材料机翼的气动弹性分析

高空长航时无人机在飞行过程中受气动力的影响,机翼产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形将严重影响飞机的飞行性能和飞行安全,不能将这种飞机机翼当作传统的刚性机翼进行气动分析。针对一大展弦比复合材料机翼,采用气动/结构耦合的分析方法,利用计算流体力学(CFD)软件FLUENT和计算结构动力学(CSD)ABAQUS联合求解,研究了大展弦比复合材料机翼在不同攻角下和复合材料的各向异性对机翼气动特性的影响。结果表明,大展弦比复合材料机翼受载变形之后机翼的升力系数,升阻比都比刚性体机翼略小,但是随着攻角的增加,弹性体机翼升力系数增加较快,甚至会超过刚体机翼的升力系数。调整机翼蒙皮处的碳纤维铺层角,气动特性变化明显,当铺层角在±45°时机翼扭转刚度达到最大;升力系数和升阻比达到最大。     

压电智能桁架结构的位移最优控制

使压电智能桁架结构中待控制节点位移的最大值达到最小，以结构强度及作动器性态作为约束条件，以作动器电压作为控制变量，建立最优控制模型。对结构进行了机电耦合有限元分析，利用线性压电学原理，导出了结构节点位移及杆件应力与控制电压的关系。模型被转化为序列线性规划问题进行求解。用数值方法模拟了结构位移控制的效果，实例表明该方法在保证强度的同时，能有效控制结构的节点位移，并可处理任意工况多位移要求的情况，这是普通结构通过初始结构设计难以实现的。     

纤维金属层板层间应力理论模型及实验验证

探究并建立纤维金属层板中的金属与复合材料的热膨胀系数不匹配而导致的制件界面处产生的较大的层间应力的数学模型。首先通过控制简单非对称纤维金属层板三维各向尺度的变化,得到各向尺度变化对纤维金属层板层间应力的变化影响规律,并根据所得规律简化了纤维金属层板的力学结构模型。基于弹性力学和理论力学对设置的力学模型进行分析,得出了单向非对称铺层纤维金属层板层间应力的数学模型。然后通过分析非对称铺层与对称铺层制件之间的联系,将非对称铺层的纤维金属层板层间应力表达式推广到了标准对称铺层。光纤光栅传感器实测出的应力值与理论模型得出的应力值进行对比,最大误差不超过3.504%。验证了纤维金属层板层间应力理论模型的准确性。     

含压电传感器和驱动器的复合材料中厚板有限元分析

基于变分原理和一阶剪切理论，本建立了一种新的机电耦合矩形有限单元．该单元具有四个节点20个位移自由度．电自由度为单元中的压电铺层层数。通过静态控制方程推得的旋转位移表达式中含有横向位移的三次导数．从而该单元不仅能分析薄板的变形．而且还能分析中厚板在电载荷和外力载荷作用下的变形。然后．根据所建立的有限单元．结合相关方程．编写了有限元分析程序并对一些算例进行了数值模拟．通过将所得结果与有关献的结果进行对比．验证了本单元的有效性。最后对压电非均衡复合材料在电载荷作用下的变形进行了分析。结果表明．当复合材料中正的铺层角和对应的负铺层角的厚度比改变时。在相同电载荷作用下对结构的变形有较大的影响。     

夹杂黏弹性阻尼层的复合材料结构多目标优化设计

黏弹性阻尼层为黏弹性复合材料带来了良好的阻尼性能,但也降低了整个复合结构的强度,两者必须兼具方能满足实际需要。本研究运用高阶位移模式建立损耗因子和强度的计算模型,对黏弹性复合材料结构分别进行单目标和多目标优化。结果表明:改进的遗传算法能够运用于黏弹性复合材料结构的阻尼和强度性能优化中,且多目标优化可以综合考量评价复合结构的阻尼和强度性能。     

一种计算复合材料层合板面外应力的新型线性分析方法

复合材料层合板壳结构的面外应力对于层间分层的起始和扩展具有重要意义。首先简要地给出了经典的非协调位移有限元列式,然后基于修正的H-R变分原理导出了单元面外应力变量与位移变量的关系。面外应力的有限元线性系统为面外应力边界条件的引入提供了方便。同时,通过该线性系统可直接获得节点上唯一且连续的面外应力结果。与非协调位移有限元的结果比较,本文的方法可明显地提高数值结果的精度,且计算效率及资源要求均优于非协调辛元法和非协调广义混合元法。     

SSI效应对隔震结构地震响应的影响分析

通过对刚性地基和土性地基上隔震结构体系振动台模型试验的数据进行对比分析,研究了土-结构动力相互作用(SSI)对隔震结构地震响应的影响规律.研究结果表明:SSI效应对隔震结构基底地震动影响较大,隔震结构基底地震动的峰值小于自由场地震动的峰值,其频谱组成与自由场地震动不完全相同.SSI效应对隔震结构楼层加速度反应有明显影响,SSI效应使隔震结构楼层加速度放大倍数较刚性地基时增大.楼层加速度组成分量中隔震层转动引起的摆动分量是导致土性地基上隔震结构楼层加速度反应增大的主要因素之一.     

钢筋混凝土结构钢筋腐蚀全过程的力学分析

将钢筋、锈层及周围混凝土简化为多层空心厚壁圆筒模型,分别采用弹性和弹塑性方法分析了钢筋均匀腐蚀过程(钢筋腐蚀引起混凝土胀裂、完全开裂、裂缝达到一定宽度)。在理论上通过分析钢筋腐蚀率、锈胀力及混凝土保护层内边缘位移的关系,建立了钢筋早期腐蚀过程中混凝土内边缘位移与腐蚀率的线性关系。     

梁的三维空间大转动的有效处理方法

有限转动角的计算和迭加方法与线位移不同。为了能利用修正的Lagrangian法及带有动坐标的迭代法来分析三维空间大转动梁的受力和变形，研究了三维空间大转动梁的共轴转动机理，引入了伪矢量的概念．严格地应用数学和弹性力学理论导出了相关的公式，给出了迭代过程。解决了分析空间大转动梁的带有动坐标的迭代法所涉及到的有关有限转动的两个关键问题：(1)单元畸变中节点转角位移的计算；(2)迭代过程中新的一轮转角位移的确定。文中所给出的公式和迭代过程在计算机上易于操作，数值结果也证明了公式的正确性。     

弹性机翼刚度的静气弹敏感性研究

为保证大展弦比柔性机翼在巡航飞行时的气动性能够达到设计指标，需要在机翼气动外形设计阶段进行型架设计。机翼刚度对气动载荷有显著影响，是影响静气动弹性的重要因素之一。基于流固耦合方法开展变刚度型架外形设计鲁棒性分析研究，建立以机翼刚度为自变量的全机弹性气动导数评估模型，并以机翼扭转角及升力效率为约束，开展机翼刚度敏度分析。结果表明:垂直弯曲刚度、扭转刚度是影响机翼扭转角及全机升力效率的主要刚度特性；在机翼刚度变化不超过10%时可冻结型架外形；全机弹性气动导数与刚度比呈线性关系。研究结果可用于工程型号设计中的目标刚度静气动弹性评估。     

柔性飞机起落架改进设计

综合运用着陆响应模拟和优化设计方法以改进大柔性飞机起落架的设计.以弹性飞机的三质量块等效模型、油气缓冲器多方指数气体弹力模型、油气缓冲器速率平方油孔阻力模型和幂函数轮胎力模型模拟弹性飞机着陆动力学.考虑了大柔性飞机着陆撞击中的缓冲器最大行程、最大缓冲器力及机翼最大位移,对起落架参数进行优化设计.结果表明,大柔性飞机机体结构弹性对起落架参数设计有较大的影响,采用优化设计的油针式缓冲器可以改进起落架的着陆性能.     

复合材料层合板的动态非线性分析及优化设计

分别采用经典薄板理论、一阶剪切变形理论及高阶剪切变形理论对复合材料层合板进行动态非线性分析。根据位移场导出层合板的虚应变能、虚动能及虚功,由虚位移原理得出层合板的控制方程。结合Navier三角函数解求出四边简支层合板的固有频率;将纤维铺设角、跨厚比、弹性模量比对固有频率的影响进行比较分析;基于高阶剪切变形理论,用改进的适应度函数遗传算法对复合材料层合板的固有频率进行优化设计。结果表明:同经典薄板理论和一阶剪切变形理论相比,高阶剪切变形理论更能精确地预报结构的固有频率,优化后的层合板固有频率明显提高。     

多支点轴系中滚动轴承的拟静力学研究

提出了考虑轴的弹性变形对多支点轴系中若干滚动轴承联合进行拟静力学分析的模型。首先把一般多支点轴系中常见的阶梯轴等效转化为一理想的等截面轴，然后给出轴上任一轴承内圈处位移的表达式，列出整个轴系的平衡方程式。为了求解该轴系的基本方程，还提出了适合于求解大型非线性方程组的计算方法。该方法对初点要求低，且收敛性好。文中又以一对预紧的角接触球轴承支承的齿轮轴系为例，分析讨论了齿轮上轴向载荷和轴承径向间隙对两     

海上导管架平台结构隔振控制方案与减振效果分析

本文针对海上导管架平台结构的冰激振动问题提出了一种整体隔振方案，通过采用建筑抗震用叠层橡胶支座作为基础隔振元件，对以渤海的JZ20-2MUQ采油平台为基础而设计的1：25的模型试验平台进行数值仿真分析，模拟了模型平台采用隔振方案后的冰激振动响应。通过对隔振前后平台顶部层的振动位移和加速度的比较和分析，同时兼顾考虑了隔振层的最大相对位移，通过优化算法反过来为模型试验平台和隔振支座参数的设计提供理论指导。     

大挠度复合材料柔性梁的静力学分析与试验

提供了一种处理具有结构耦合的大挠度复合材料柔性梁的分析方法。在将三维弹性问题分解为二维线性剖面特性分析和一维非线性分析的基础上，采用有限元法计算梁的二维剖面刚度特性，编制了具有多个单元库的程序软件，它能有效地处理复杂剖面形状，对参考剖面点的翘曲位移未加任何限制；一维非线性分析时用Ｅｕｌｅｒ角描述梁的空间变形位置，建立的非线性微分方程组适用于任意大变形情况。文中给出了详细的分析与试验结果，并着重分析和试验了根部安装角分别为０°，４５°的两种情况，揭示了结构耦合对变形的影响，试验与分析具有良好的一致性，表明本文方法及处理简便、可行。     

风力机叶片顺风向风致振动研究

借鉴桥梁和高楼建筑上已经广泛应用的风工程方法,在考虑脉动风的随机性的条件下,从频域和时域两个角度讨论了风力机叶片极限位移的计算方法。文中采用了Shinozuka提出的谐波叠加法从脉动风功率谱得到一组脉动风的时程样本。风力机的叶片被简化为变截面梁来考虑。将选定的脉动风功率谱以及相应的里程样本作用在叶片上,运用频域和时域两套方法对叶片进行了计算和分析,得到叶片的顺风向振动的平均位移和极限位移结果。结果表明,频域和时域两套方法得到的结果基本一致。将所提出的方法用于工程应用中,分析了暴风停机状态下的叶片极限位移最不利情况。最后指出本文的方法是一般性的,可用于风力机叶片与塔架的耦合分析。     

多向层合板层间分层断裂韧性研究(英文)

在传统的柔度法和面积法的基础上 ,采用角度法对多向层合板层间分层断裂韧性进行了测试。该方法通过测量载荷与试验加载点处两子梁的夹角 ,不需要测量裂纹长度。同时对传统的柔度法进行了改进 ,改进后的柔度法可以用来测量两子梁刚度不等的 DCB试样。采用柔度法和角度法同时测试了碳纤维增强两种不同基体层合板 0 /θ(θ=0 ,30 ,6 0和 90°)层间分层断裂韧性 ,得出了分层断裂韧性随 θ的变化规律。这两种层合板分别为碳纤维增强脆性基体的 T30 0 / 4 2 1 1和碳纤维增强韧性基体的T30 0 / 32 6 1。结果发现 ,多向层合板层间分层断裂韧性与基体性能和分层界面处的铺层角有关     

厚壁圆筒热应力问题的传递函数方法

采用传递函数方法研究了厚壁圆筒的热应力问题.首先建立了厚壁圆筒的热弹性基本微分方程,然后运用传递函数方法求解了温度场作用下厚壁圆筒的位移与热应力,并给出其封闭形式解.数值算例表明计算结果与有限元方法的计算结果一致.该文方法还可应用于复合材料层合厚壁圆筒结构的热应力分析.     

基于APDL的圆截面舱段楔块连接结构全接触分析技术研究

楔块连接以其连接可靠、装卸方便、空间利用率高等优点,广泛应用于圆截面舱段对接结构。楔块强度校核一般参照键联连接工程校核方法,但是需要先获取楔块传递载荷。采用有限元方法可以模拟楔块与舱体之间的复杂传力关系,更为全面地获得整体结构应力分布,但是由于接触面多,计算收敛性差。基于ANSYS参数化设计语言(APDL)开发了典型圆截面舱段楔块连接结构全接触分析命令流,对结构尺寸、公差配合间隙、预紧力等进行了详细设计。根据理论分析结果和工程应用经验,楔块连接结构全接触分析模型将正楔、反楔和直楔作为整体进行建模,而通过热载荷模拟楔块初始预紧力;在楔块、内舱体和外舱体之间建立两两接触关系,真实地反映了结构传力状态。在各独立楔块之间建立弹性连接结构,对弹性连接结构施加附加位移约束,有效解决了计算发散问题;同时通过调节弹性连接结构刚度,将附加约束对本体结构的影响减小到工程可接受程度。