基于能量的随机有限断层法研究

随机有限断层法目前被广泛应用于近场地震动的模拟。针对基于现有的随机有限断层法合成得到的加速度时程,其能量存在明显的低频"下沉"这种不合理现象,以美国北岭地震的近场基岩记录资料及震源模型资料为依据,通过计算并对比分析实际记录时程和基于现有随机有限断层法模拟时程的能量在频域的累积分布曲线,揭示模拟时程的能量在频域的分布规律与记录时程的差异性,提出一种基于能量的改进随机有限断层法。利用汶川地震的记录资料及震源模型资料,对所提改进方法进行了合理性和有效性的论证。经过对比分析表明:基于能量的改进随机有限断层法合成得到的加速度时程,无论是能量在频域的分布规律还是反应谱随周期的变化规律,均表现为比改进前的方法得到的时程的对应值要更为接近于记录值,说明所提的改进方法具有一定的合理性和有效性。     

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。     

长输埋地管道振动台试验传感器布置方案研究

在进行长输埋地管道振动台试验的过程中,针对数据信息的采集量测以及传感器的布置位置进行了研究。采用三维数值模拟的方法对管-土相互作用体系进行了地震反应分析,内容包括埋地管道结构纵、横向在非一致地震动作用下的地震响应及受力变形特征。根据计算结果确定了主观测断面及辅助观测断面的位置及观测断面上传感器布置的位置,在满足基本信息采集要求的前提下,对可供采用的信息采集通道进行了优化分配,由此确定本次试验的观测断面以及传感器的具体测量部位与数目。成果对试验获得成功起到了保障作用,可为同类试验提供参考。     

含孔层合板剩余强度估算的应力场强法工程简化模型

开孔的存在会显著地降低复合材料结构的强度。基于应力场强法的思想,提出了一个预测含圆孔复合材料层合板剩余强度的工程简化模型。采用大量试验数据,对本文提出的应力场强法模型与其他典型的特征距离法模型进行了评估分析。结果表明,应力场强法和平均应力准则法预测能力要优于点应力准则法和损伤区域准则法,应力场强法预测值与试验吻合程度略优于平均应力准则法。     

基础橡胶垫、滑移和混合隔震房屋的动力特性分析

为了对采用叠层橡胶隔震垫、滑移隔震垫和混合隔震垫的这三种基础隔震结构体系在隔震方面的作用和效果有一个综合的认识和理解，本文对这三种基础隔震垫分别建立了力学计算模型和运动微分方程，并且编制了相应的动力反应时程分析程序。通过工程算例，对比固定结构与隔震结构由于结构的支承条件不同所引起的不同的动力反应，由于隔震结构大大地降低了结构对地震动的反应，从而证实了隔震的有效性。同时，通过分析上述三类隔震结构在地震动下动力反应的基本特点，对比了 三类基础隔震结构在隔震作用方面的不同效果及其优劣性，从而为实际工程选择适合的隔震方式及其参数提供参考。     

电磁式双凸极电机的非线性电感建模

电磁式双凸极电机是一种新型交流调速电机。目前对其研究主要是在基于分段线性电感函数建立的模型基础上进行的。为了能更加准确地反映电机电磁特性，本文提出了另一种建模方法：非线性电感建模。该方法首先通过数值方法得到不同相电流及励磁电流下的非线性电感函数和曲线，在此基础上构建电机模型。并就这种非线性建模方法和分段线性电感建模方法对系统性能的影响进行了比较，最后进行了仿真验证。理论和仿真结果表明：非线性电感模型和分段线性电感模型反映的电流特性基本一致，电流闭环控制时两种模型反映的平均转矩相同。但转矩脉动特性有所不同。非线性电感模型较分段线性电感模型准确。因此非线性电感模型适用于分析电机的转矩脉动特性。     

软夹层场地隔震结构动力特性试验与数值计算对比分析

基于刚性地基和软夹层地基上基础隔震结构的振动台模型试验体系,建立了刚性地基和软夹层地基土-基础隔震结构动力相互作用的等尺寸三维有限元分析模型,对比分析了两者不同地基上模型结构体系的自振频率、加速度反应和模型地基的加速度反应规律。对比分析结果表明:数值模拟计算结果和模型试验结果虽然在数值上的差距较大,但两者反应的模型在地基地震反应特征、隔震层的隔震效果和模型隔震结构的地震反应等方面的规律基本一致。也就是说,采用振动台模型试验开展土-隔震结构动力相互作用的研究在定性规律的反应上是可行的,但在定量模拟方面还存在明显的不足。     

近似技术在遗传算法和结构优化设计中的应用

在传统结构优化设计中．基于近似技术和灵敏度分析的结构重分析技术可以显降低结构有限元分析的次数。本提出了一套适于遗传算法应用的近似模型——分段近似模型。该分段近似模型可以极大地降低结构有限元分析的次数，并且可以提高遗传算法的收敛性，从而提高遗传算法的计算效率。本通过两个实例验证了该分段近似模型的有效性。     

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.     

建筑物对污染物扩散影响的数值与风洞模拟研究

采用k-ε(RNG)与RSM湍流模型对处于方形建筑物不同位置污染源所排放污染物的扩散规律以及建筑物对流场的影响进行模拟,并且与相应的风洞试验结果进行了比较.流场分析结果表明:数值模拟能够较好地模拟建筑物前方迎风侧停滞回流、顶部回流以及后方空腔区等.浓度场分析结果表明:建筑物前方迎风侧以及顶部回流区污染物扩散的数值模拟结果与风洞试验结果基本相等,而在建筑物后方空腔区污染物的数值模拟结果略高于风洞试验结果.综合分析并与风洞试验结果相比较,RSM模型能够较好地模拟污染物浓度场以及建筑物周围流场的变化规律.     

单向联轴器折叠弹簧设计方法（英文）

目前国内普遍采用的单向联轴器压紧机构为传统的圆柱弹簧，其结构复杂、装配难度大，且使用过程中易出现偏载，降低联轴器可靠性。为提高单项联轴器可制造性和寿命，本文提出一种折叠弹簧，采用卡式第二定理推导出其等效刚度理论计算公式，并建立了刚柔耦合有限元模型，对弹簧的压缩过程进行数值模拟，研究分析了其分段线性的刚度特性。提出了折叠弹簧参数化设计方法，在给定工作载荷和工作长度的情况下，以等刚度假设为前提，压缩长度、工作段占比和长厚比为约束条件，能够实现弹簧结构参数的快速优化设计。最后，研制了折叠弹簧样件，进行弹簧刚度试验，验证了理论模型、仿真模型及设计方法的正确性。     

跨声速风洞翼型实验洞壁状态的鉴定方法

本文叙述了利用近洞壁处实测的两排静压分布,在不同马赫数和零迎角条件下,对沿轴向分段可变开闭比斜孔壁状态的鉴定方法。计算用小扰动压力方程,鉴定结果与实验分析一致。用两排实测近洞壁处静压分布对洞壁状态做鉴定计算,主要优点是不涉及模型附近的复杂流场,可以采用简单的数学模型;不需要实验模型的描述; 便于向三元推广。     

基于电容加载的UHF-RFID近场长天线设计

针对近场长天线的电流相位分布空间跨度大这一难点,设计了一款基于多电容加载的超高频(Ultra-high frequency,UHF)频段近场长天线。通过对长度为250mm微带传输线在间隔48.8mm处分段加载1.6pF电容,利用电容对电流的相位补偿作用改善了天线近场均匀性。在端口增加金属匹配枝节及负载电阻进行阻抗匹配。仿真及实测表明,该长天线回波损耗在918~933 MHz频段内低于-10dB,长天线正上方300mm处近场场强差值最大仅为3.2dB,天线正上方不同位置处最大读取距离差值波动不超过95mm,验证了该天线良好的近场均匀性。搭建射频识别(Radio frequency identification,RFID)系统并进行测试,进一步验证该款长天线在近距离RFID系统中的实用性。     

低速高湍流度90°弯管流动数值模拟

分析了曲率对弯曲管道流动的影响 ,给出了曲率修正的双层 k-ε湍流模型 ,并数值模拟了非均匀来流低速高湍流度 90°弯管内流动。文中比较了曲率修正双层 k- ε湍流模型的计算结果与实验结果 ,以及双层 k- ε湍流模型和逆压力梯度修正双层 k- ε湍流模型的计算结果。通过比较 ,发现经过曲率修正后的双层 k- ε湍流模型更好地模拟了非均匀来流低速高湍流度 90°弯管内流动。同时比较了壁面参数的插值方法 ,发现在弯曲管道流动模拟中对壁面参数进行一阶插值比零阶插值能更好地模拟真实流场     

k-ε(RNG)、LES模拟建筑物周围气流特征及湍流扩散的风洞试验验证

采用k-ε(RNG)与LES湍流模型在来流与建筑物迎风侧呈不同角度的情形下,模拟了位于立方体建筑物顶部污染源所排放污染物的流动和扩散规律,并与相应的风洞试验结果进行了比较.流场分析结果表明:数值模拟能够较好地模拟建筑物顶部回流、背风侧空腔区以及再附着点等.浓度场分析结果表明:来流与建筑物成45°时,建筑物顶部回流区与背风侧空腔区的数值模拟结果略低于风洞试验结果;来流与建筑物成90°时,建筑物顶部回流区数值模拟结果略高于风洞试验结果,而背风侧空腔区的数值模拟结果与风洞试验结果基本一致.综合分析表明:建筑物周围的流场影响浓度场的分布,LES、k-ε(RNG)模型都能够较好地模拟建筑物周围的流动和扩散规律,两种模型相比,LES模型与风洞试验吻合得更好.总之,风洞试验和数值模拟相结合能较好地研究建筑物对流动和扩散的影响.     

能量持时阈值的选取分析

依据不同阈值计算得到的70%能量持时的离散性大,造成了持时特性研究结果的不一致和持时的工程应用难以推广等影响。利用5·12汶川地震记录,对比分析5%~75%和15%~85%两种阈值对应的70%能量持时的差异,并探讨两者的空间变化规律,为确定70%能量持时提供设定合理阈值的依据。分析结果表明:15%~85%阈值对应的70%能量持时包含更多的非强震持时,而5%~75%阈值对应的70%能量持时对应地震动振动最强和最具破坏力的持时;两种阈值对应的70%能量持时均表现为随断层距的增加而增加;但5%~75%阈值定义的70%能量持时随断层距变化的拟合效果较15%~85%阈值的70%能量持时好。建议在确定70%能量持时前提下,取5%~75%作为阀值。     

疲劳缺口系数评述

对疲劳缺口系数Ｋｆ的定义和影响因素进行了全面综述，对目前已被普遍接受和广泛使用的一些典型Ｋｆ表达式作了系统的回顾和评述。按照不同的Ｋｆ表达式建立所作的基本假设可将Ｋｆ表达式大致分为平均应力模型、断裂力学模型和场强法模型三类。对以上三类模型的比较分析表明，平均应力模型是应力场强法模型的特例；断裂力学模型是建立在非扩展小裂纹基础上的，对应力集中系数较大的缺口较为合理；应力场强法模型是一个比较有前途的模型。     

金属热防护系统等效热传导及影响因素分析

针对金属热防护系统,分别建立了真实有限元模型和等效有限元模型,开展瞬态热传导分析,得到内外表面温度随时间的变化历程,并将这两种方法进行了对比分析,结果表明文中提出的等效模型能够准确地模拟真实模型。采用等效模拟方法,对影响金属热防护系统内外表面温度的主要因素进行分析,包括蜂窝芯固体热导率、蜂窝芯几何尺寸和上下面板辐射系数等,获得了各个因素的影响规律,为金属热防护系统结构方案设计提供一定的参考。     

复杂结构动态分析/试验/设计与计算仿真技术的进展与应用

本文对复杂结构动态分析／试验／设计技术近三十年来的进展,包括有限元建模与组合结构分析、动态特性测试、计算模型修正和振动控制,以及新兴的计算机仿真和计算模型精确度认证等新思想、新技术的进展,进行了综合评述,同时还给出这些新技术在运载火箭和航天器方面的工程应用实例。     

湍流边界层近壁区马蹄涡拟序结构的数值模拟与分析

采用大涡模拟对低雷诺数槽道湍流进行了数值模拟,进口边界条件采用了给定扰动波方法,经过短过渡段得到完全发展湍流.计算中采用了动态亚格子模型和预处理技术,进口采用的动量厚度雷诺数是670.大涡模拟对计算得到的平均速度剖面以及脉动分量与DNS解进行对比,验证了计算结果的可靠性.计算结果显示了湍流场中马蹄涡的形成及演化过程,其中包括形成单腿马蹄涡和形成对称涡腿的马蹄涡,同时发现流场中存在由亚谐波引起的拟序结构的交错现象,并在此基础上分析了湍流边界层近壁区马蹄涡结构的演化.