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    期刊信息

    工程力學

    Engineering Mechanics

    (月刊,1984年創刊)

    主管單位:中國科學技術協會

    主辦單位:中國力學學會

    主  編:陸新征

    編輯出版:《工程力學》雜志社

    ISSN 1000-4750CN 11-2595/O3

    官方二維碼

      《工程力學》由中國科學技術協會主管,中國力學學會主辦。1984年創刊,月刊。主要報導力學在工程及結構中的應用,刊登力學在科研、設計、施工、教學和生產方面具有學術水平、創造性和實用價值的論文,包括力學在土木建筑、水工港工、公路鐵路、橋梁隧道、航海造船、航空航天、礦山冶金、機械化工、國防軍工、防災減災、能源環保等工程中的應用且具有一定學術水平的研究成果。 更多>>
    優先發表欄目展示本刊經同行評議確定正式錄用的文章,這些文章目前處在編校過程,尚未確定卷期及頁碼,但可以根據DOI進行引用。
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    2020年第12期, 刊出日期:2020-12-10
    顯示方式:
    2020-12期封面+目錄
    2020, 37(12).  
    [摘要](2) [PDF 987KB](1)
    摘要:
    基本方法
    變截面變曲率梁振型的有限元超收斂拼片恢復解和網格自適應分析
    王永亮
    2020, 37(12): 1-8.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0065
    [摘要](77) [HTML全文](14) [PDF 1037KB](9)
    摘要:
    該文提出變截面變曲率梁振型的有限元后處理超收斂拼片恢復方法,建立各階振型的超收斂解,并基于振型超收斂解進行變截面曲梁面內和面外自由振動的自適應分析。在位移型有限元后處理階段,引入超收斂拼片恢復方法和高階形函數插值技術,得到振型(位移)的超收斂解。利用振型超收斂解估計當前網格下振型有限元解的能量模形式下的誤差,并指導網格進行自適應細分加密分析,獲得優化的網格和滿足預設誤差限的高精度解答。數值算例表明該算法適于求解不同曲線形態、多類邊界條件、變截面、變曲率形式的曲梁面內和面外自由振動連續階頻率和振型,解答精確、分析過程高效可靠。
    基于鍵基近場動力學理論的單裂紋圓孔板沖擊破壞研究
    劉寧, 胡夢凡, 周飛
    2020, 37(12): 9-17.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0076
    [摘要](28) [HTML全文](7) [PDF 1357KB](5)
    摘要:
    基于鍵基近場動力學理論,建立分離式霍普金森桿沖擊單裂紋圓孔板動力學模型,其中霍普金森桿用一維PD模型、單裂紋圓孔板用二維PD模型描述,采用短程斥力模型描述碰撞過程,模擬沖擊壓縮條件下單裂紋圓孔板動態破壞行為。通過試樣端面受力分析得到端面載荷的V形分布規律,解決了傳統實驗-數值研究法在端面加載上的局限性。研究不同入射速度下試件裂紋的擴展過程和破壞模式,準確捕獲了裂紋起裂、止裂及二次起裂時間。根據鍵基近場動力學理論下材料動態應力強度因子計算方法,求得裂紋的起裂韌度,為材料動態斷裂韌度計算提供了新的途徑。
    土木工程學科
    芯筒式雙法蘭剛性連接平面及減震框架試驗對比分析
    張愛林, 王慶博, 張艷霞, 上官廣浩, 劉安然
    2020, 37(12): 18-33.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0032
    [摘要](67) [HTML全文](9) [PDF 3446KB](17)
    摘要:
    該文提出一種芯筒式雙法蘭剛性連接平面鋼框架及其減震框架,設計并完成了兩種框架的子結構擬動力試驗,通過對比分析兩榀框架的滯回性能、典型部位應變變化、抗側剛度、耗能能力等指標,研究該類框架的抗震性能。結果表明:在8度多遇及設防地震作用下,中間柱型摩擦阻尼器可以提供剛度,控制層間位移角,減輕甚至避免結構塑性損傷;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中間柱型摩擦阻尼器進行滑移摩擦耗能,耗能能力穩定,有效延緩結構塑性損傷,減震框架結構剛度、耗能能力均優于平面框架,平面框架和減震框架芯筒式雙法蘭剛性連接節點抗震性能良好且減震框架節點抗震性能優于平面框架。
    WCFT柱-鋼梁節點抗震性能試驗研究
    黃育琪, 郝際平, 樊春雷, 薛強, 王立軍, 孫曉嶺, 劉瀚超
    2020, 37(12): 34-42.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0092
    [摘要](51) [HTML全文](18) [PDF 3849KB](23)
    摘要:
    提出了壁式鋼管混凝土(WCFT)柱與鋼梁連接的側板式節點。為研究其抗震性能,設計了3個側板式節點足尺試件進行擬靜力試驗,分析試件的破壞形態、滯回曲線、骨架曲線、延性、耗能能力、剛度退化和節點域應變。試驗結果表明:3個節點試件的節點域均處于彈性階段,滿足側板水平及豎向強度比的側板式節點試件破壞形態為梁端塑性鉸破壞,發生梁端塑性鉸破壞的節點試件具有較好的變形和耗能能力;側板水平或豎向強度比不足100%的側板式節點試件呈現脆性破壞特征。在試驗研究的基礎上,結合梁端內力傳導機制提出了側板式節點在節點域外的三種破壞模式及相應判別公式,與試驗結果基本吻合,從而為工程設計提供參考。
    P波斜入射下非基巖場地中核島結構地震響應規律研究
    趙密, 王鑫, 鐘紫藍, 杜修力
    2020, 37(12): 43-51, 77.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0744
    [摘要](66) [HTML全文](27) [PDF 3525KB](9)
    摘要:
    隨著我國核電產業飛速發展,核電站廠址的選擇將不可避免地遇到非基巖場地。針對地震動斜入射下非基巖場地中核電結構抗震問題,建立了包括CAP1400核島結構和巖土場地的土-結構系統三維有限元模型,基于黏彈性人工邊界和斜入射地震動輸入方法,研究了P波斜入射角度和非基巖分層場地對核島結構地震響應的影響規律。研究表明:非基巖場地將增大核島結構加速度響應和樓層反應譜,多數條件下也將增大樓層相對位移;P波入射角度增大,核島結構豎向響應減小、水平響應增大,樓層反應譜的頻譜特性發生改變。
    震損鋼筋混凝土柱剩余能力的數值模型
    李磊, 羅光喜, 王卓涵, 鄭山鎖
    2020, 37(12): 52-67.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0789
    [摘要](99) [HTML全文](28) [PDF 3034KB](15)
    摘要:
    基于PEER數據庫中公開的鋼筋混凝土(RC)框架柱試驗資料和已有地震損傷指數模型,總結了RC框架柱在產生不同損傷等級時對應的破壞特征,提出了相應的損傷等級評定標準。研究了RC框架柱在地震損傷過程中混凝土和鋼筋的損傷演化規律,分別建立了震損RC框架柱損傷區不同位置處混凝土和鋼筋的損傷演化方程,提出了考慮震損RC框架柱初始損傷的混凝土模型和鋼筋模型?;贠penSEES平臺和纖維模型,建立了一種直接基于材料本構關系的震損RC框架柱的數值模型,該模型考慮了損傷區不同位置處截面材料的損傷差異以及同一截面不同位置處材料的損傷差異。任意選取已有的13根RC框架柱試驗資料對震損RC框架柱的數值模型計算結果進行校驗。結果表明該文模型能夠較為準確的預測震損RC框架柱的剩余抗震能力。研究結果為震后RC結構的性能評估和加固決策提供分析模型。
    基于數字圖像相關技術測量刨花板材料力學參數
    陳州, 杜新喜, 張慎, 袁煥鑫
    2020, 37(12): 68-77.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0014
    [摘要](48) [HTML全文](8) [PDF 1417KB](15)
    摘要:
    刨花板作為一種人造板材,其表面多孔性致使應變片的粘貼過程十分困難,且涂膠量的多少會直接影響測量的精度?;趯悠纷冃吻昂髨D像分析的數字圖像相關(Digital Image Correlation,DIC)技術被用于測量刨花板的力學參數。相比于傳統的貼應變片法,該技術具有高精度、非接觸性及全場測量等優勢?!皺M觀各向同性”模型被考慮用來模擬刨花板的力學行為。于是,表征材料力學性能的彈性張量取決于5個獨立的彈性參數:縱向、橫向彈性模量EL、ET,縱向、橫向泊松比νL、νT及縱向剪切模量GL。為了實現這一測量過程,刨花板被切割成一批梁樣品,隨后被應用于三點彎曲試驗。通過比較感興趣區域(Region Of Interest,ROI)內網格節點位移的測量值與鐵木辛柯梁理論解析解,及有限元模型修正(Finite Element Model Updating,FEMU)方法的應用,4個彈性參數ET、GL、ELνL被成功測量。對比相關文獻,該文的測量方法簡單易行,測量結果準確,可應用于刨花板材料并推廣至各向異性材料的彈性參數測量之中。
    簡化三階矩擬正態變換及其在結構可靠度分析中的應用
    秦琪, 張玄一, 盧朝輝, 趙衍剛
    2020, 37(12): 78-86, 113.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0015
    [摘要](53) [HTML全文](17) [PDF 1191KB](13)
    摘要:
    針對三階矩擬正態變換理論公式系數形式復雜及現有相關系數的轉換公式適用范圍未明確的問題,通過對公式系數進行簡化和對相關系數的討論,提出了獨立隨機變量和相關隨機變量的簡化三階矩擬正態變換模型,并給出了相關系數轉換公式的簡明適用范圍。通過將提出的簡化三階矩擬正態變換模型與一階可靠度分析方法(FORM)結合,發展了隨機變量分布未知條件下的可靠度分析方法,并采用數值算例驗證了該方法的準確性和適用性。研究結果表明,所提出的簡化三階矩擬正態變換模型具有較高的準確性和適用性,能夠與FORM分析方法結合,實現隨機變量分布未知條件下的結構可靠度分析。
    雙軸受壓狀態下的高延性纖維增強水泥基復合材料本構模型
    陳善富, 陳靜芬, 楊鳳祥, 劉志明
    2020, 37(12): 87-98.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0018
    [摘要](126) [HTML全文](13) [PDF 1172KB](29)
    摘要:
    基于Darwin和Pecknold考慮混凝土雙軸力學行為的方法,建立一個同時考慮雙軸受壓狀態下非線性力學行為和抗壓強度變化的高延性纖維增強水泥基復合材料(ECC)二維正交各向異性本構模型。在因雙軸加載而產生的正交各向異性的2個方向上引入等效單軸應變,建立非線性應力-等效單軸應變關系以考慮ECC的雙軸非線性行為,并采用一條雙軸強度包絡線確定2個方向上的抗壓強度。推導模型的顯式數值算法,編寫包含該算法的用戶自定義材料子程序UMAT,并嵌于有限元計算程序ABAQUS v6.14中。通過對兩組不同配合比的ECC試件在不同應力比下的雙軸受壓加載試驗進行數值分析驗證本模型的有效性。數值計算得到的主壓應力方向上的應力-應變曲線及預測的抗壓強度與試驗結果吻合較好,表明該文提出的本構模型能夠有效地預測ECC在雙軸受壓狀態下的非線性力學行為和破壞強度。
    場地校正的地表PGA放大系數概率模型研究
    唐川, 陳龍偉
    2020, 37(12): 99-113.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0023
    [摘要](72) [HTML全文](12) [PDF 2337KB](18)
    摘要:
    地表峰值加速度PGA是抗震設計規范和地震預警系統中重要的參數指標,場地PGA估計是工程抗震的必要基礎。該文選取日本具有地表和井下記錄KiK-net臺網的40個臺站,研究場地PGA放大系數fPGA的概率分布特征,指出fPGA在給定地震動強度輸入情況下基本服從對數正態分布,其概率分布參數(即均值和標準差)與場地土層特征相關;fPGA的概率分布參數與單獨的場地工程參數Vs30、Vs20以及場地覆蓋層厚度D的相關性較小,但與這些特征參數的線性組合具有一定相關性;通過數據挖掘,建立fPGA概率分布參數與Vs30、Vs20以及D線性組合之間的關聯性;采用fPGA概率模型,可以給出多概率水平下地表PGA的預測,實測數據檢驗了提出的PGA概率預測模型的可靠性。通過該文建立的地表PGA概率預測方法,可為地震預警及烈度速報技術中,地表PGA概率預測的場地校正技術提供一種可行的途徑。
    工字型鋼框架極限承載力分析的通用廣義屈服函數
    楊綠峰, 譚夏墉, 韓晶晶
    2020, 37(12): 114-123, 137.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0025
    [摘要](43) [HTML全文](11) [PDF 3005KB](12)
    摘要:
    工字型鋼構件空間受力下的精確廣義屈服函數為隱式函數,不便使用,而現有的近似顯式函數不能全面考慮截面幾何參數的影響,在適用性和精度方面普遍存在問題。為此,通過合理選擇工字型截面幾何參數,研究建立了具有廣泛適用性的工字型截面齊次廣義屈服函數,據此提出了平面和空間受力下框架結構極限承載力分析的高效線彈性迭代方法。研究了工字型截面幾何參數對廣義屈服函數計算精度的影響;選擇腹板面積與單翼緣面積之比γ1和翼緣寬度與腹板厚度之比γ2作為截面幾何參數,通過回歸分析建立了同時適用于平面和空間受力,且能夠全面反映工字型截面幾何特征的通用齊次廣義屈服函數;通過有策略地縮減高承載單元的彈性模量,建立了工字型截面框架結構極限承載力分析的高效高精度線彈性迭代方法。通過對比分析驗證了該方法具有良好的計算精度和效率以及較強的適用性。
    確定混凝土開裂與拉伸強度及雙K斷裂參數
    管俊峰, 劉澤鵬, 姚賢華, 李列列, 何雙華, 張敏
    2020, 37(12): 124-137.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0084
    [摘要](84) [HTML全文](28) [PDF 2065KB](20)
    摘要:
    該文考慮混凝土材料的非均質特性,發展了確定無尺寸效應的混凝土開裂強度與起裂韌度、拉伸強度與斷裂韌度等材料參數的斷裂理論與相應方法?;谌c彎曲、楔入劈拉、四點彎曲等不同類型混凝土試件的斷裂試驗,確定出對應的開裂強度與起裂韌度、拉伸強度與斷裂韌度等材料參數,并與試驗強度值及由雙K斷裂模型確定的雙K斷裂參數進行了比較,從而驗證了所提模型與方法的合理性與適用性?;诖_定的材料參數,分別建立了混凝土起裂與斷裂破壞的全曲線,給出了確定無尺寸效應起裂韌度的混凝土試件最小理論尺寸。建立了起裂荷載與起裂韌度之間的解析公式,對三點彎曲、楔入劈拉、四點彎曲等不同類型混凝土試件的起裂荷載,以及不同混凝土的起裂韌度進行了成功預測。
    小跨高比混凝土三點彎曲梁雙K斷裂參數研究
    尹陽陽, 胡少偉
    2020, 37(12): 138-146, 170.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0031
    [摘要](37) [HTML全文](7) [PDF 773KB](8)
    摘要:
    采用小跨高比三點彎曲梁研究了混凝土的斷裂性能?;趯绺弑葹?.5和4的三點彎曲梁斷裂參數計算公式的線性插值,給出了計算小跨高比三點彎曲梁斷裂參數的公式。通過開展3種小跨高比三點彎曲梁試驗及文獻中的試驗數據對該文公式進行了驗證,結果表明:隨試件高度從100 mm增大至200 mm,基于小跨高比三點彎曲梁所得的起裂斷裂韌度基本保持不變,而失穩斷裂韌度則逐漸增大,但增幅較小。該文所給公式計算所得的雙K斷裂參數與文獻中已有方法所得結果基本相同。解析法得到的起裂斷裂韌度與試驗法所得結果吻合較好。通過對文獻中的試驗數據的分析,進一步驗證了該文所給的方法可以用于研究小跨高比三點彎曲梁的斷裂性能。
    自復位全鋼型防屈曲支撐的工作原理與滯回特性研究
    徐龍河, 陳鵬
    2020, 37(12): 147-156.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0034
    [摘要](43) [HTML全文](5) [PDF 1896KB](30)
    摘要:
    該文提出一種新型自復位全鋼型防屈曲支撐(SC-SBRB),主要由防屈曲耗能系統和預壓組合碟簧自復位系統并聯組成。對其基本構造和工作原理進行了介紹,建立了能夠準確描述支撐滯回特性的恢復力模型。采用ABAQUS有限元軟件建立了具有不同設計參數的4個SC-SBRB實體模型,研究了支撐在低周往復荷載作用下的滯回特性及復位性能,并與恢復力模型計算結果進行了對比分析。結果表明,低周往復荷載作用下,SC-SBRB的滯回響應呈現穩定飽滿的類“旗形”特征,建立的恢復力模型能夠準確地預測支撐各階段的力學性能。SC-SBRB的自復位性能隨碟簧初始預壓力的增大而逐漸得到發揮,殘余變形同步減小。當復位率達到1.0時,支撐最大殘余變形率為0.039%,復位性能和耗能能力匹配合理。
    單軸對稱十字型鋼混凝土短柱軸壓性能試驗研究
    周天華, 余吉鵬, 李亞鵬, 張鈺
    2020, 37(12): 157-170.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0050
    [摘要](48) [HTML全文](12) [PDF 2894KB](15)
    摘要:
    為研究單軸對稱十字型鋼混凝土柱軸壓性能,對9根短柱進行軸壓試驗,試驗參數為十字型鋼偏心率、混凝土強度、含鋼率和配箍率。試驗得到試件破壞形態、荷載-變形曲線、應變變化規律,分析了組合柱受力機理及各參數對其軸壓性能的影響,基于Mander本構模型,通過劃分不同的混凝土約束區,提出該組合柱軸壓承載力計算方法。結果表明:試件破壞集中在縱向H型鋼偏心方向遠側;型鋼、縱筋、箍筋及混凝土協同工作,各種材料強度充分利用;試件軸壓承載力和延性隨十字型鋼偏心率和箍筋間距增大而降低;混凝土強度和含鋼率提高,試件軸壓承載力提高,但試件延性隨混凝土強度提高而顯著降低;采用中國JGJ138-2016、歐洲EC4和美國ACI318-14計算的試件軸壓承載力均偏低,該文提出的軸壓承載力計算方法計算值與試驗值吻合良好。
    基于雙變量降維模型和Kriging近似的統計矩點估計法
    范文亮, 袁滿, 劉潤宇, 楊曉陽, 李正良
    2020, 37(12): 171-179.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0096
    [摘要](29) [HTML全文](13) [PDF 732KB](4)
    摘要:
    對復雜隨機系統進行統計矩分析時,雙變量降維近似模型一定程度上可以緩解“維數災難”。但當系統維數較高時,雙變量分量函數較多,計算量仍然較大。為此,該文將降維近似和Kriging代理模型有機結合起來,提出了一類高效、合理的改進點估計法。充分考慮函數逼近和數值積分中積分點的特點,提出了“米”字形的選點策略,并基于此發展了雙變量分量函數的Kriging近似模型;將此近似模型用于原函數和矩函數的雙變量降維近似模型中雙變量分量函數的近似,分別建立了基于原函數近似和矩函數近似的統計矩改進點估計法;通過多個算例對該文提出方法進行了效率和精度的分析。算例分析結果表明:基于“米”字形選點策略的雙變量分量函數的Kriging近似具有較高的精度;相比于已有的基于雙變量降維近似模型的統計矩點估計法,建議方法僅需較少的結構分析即可達到與已有方法相當的精度,能更好地體現精度和效率的平衡。
    基于三維形貌和剪脹效應的軟-硬節理抗剪強度模型
    金磊磊, 魏玉峰
    2020, 37(12): 180-190.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0109
    [摘要](34) [HTML全文](1) [PDF 1219KB](16)
    摘要:
    上、下盤抗壓強度不一致的軟-硬節理的抗剪強度難以準確獲取,應用Barton模型等常用的巖石節理抗剪強度模型也不能準確表征這類特殊節理的抗剪強度。借助三維激光掃描和3D打印技術,澆筑了具有自然節理形貌上下盤抗壓強度相同以及上下盤抗壓強度不同的人工節理試樣,并對其進行常法向應力下的剪切試驗。分析了法向應力、三維形貌特征以及節理強度比對軟-硬節理的抗剪強度和剪脹角的影響。試驗結果表明:節理抗剪強度與法向應力、節理強度比和節理粗糙度呈正相關;剪脹角與法向應力呈負相關,與節理強度比和節理粗糙度呈正相關。通過研究剪脹角在剪切過程中隨法向應力和節理強度比的演化規律,建立了含有三維形貌參數和節理強度比的巖石節理抗剪強度模型。通過與Barton模型的對比分析,驗證了所提出模型的可靠性。采用該文模型計算云南某水電站庫區內不穩定斜坡平硐內出現的軟-硬節理的抗剪強度,計算結果和試驗值較為接近,論證了該模型的適用性。
    高強度結構鋼系列的疲勞裂紋擴展速率試驗研究
    童樂為, 任珍珍, 景爽, 牛立超
    2020, 37(12): 191-201, 212.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0246
    [摘要](25) [HTML全文](1) [PDF 1110KB](6)
    摘要:
    為研究高強度結構鋼的疲勞性能,對Q460C、Q550D、Q690D和Q960D四種國產高強鋼母材進行了疲勞裂紋擴展速率試驗。每種鋼材均取3個10 mm厚的C(T)緊湊拉伸試樣,在應力比R=0.1的條件下施加恒幅疲勞荷載,利用顯微鏡目測記錄每個試樣的裂紋擴展長度a和對應的循環次數N。對每個試樣的試驗結果,分別采用七點遞增多項式法、Smith法和割線法進行處理,計算裂紋擴展速率和應力強度因子幅值數據組,得到對應于Paris公式中的參數,比較不同方法擬合結果的優劣性并分析原因。再將同種鋼材三個試樣的數據合成一組,同樣采用三種方法計算,并與單試樣數據的結果作對比。最后給出了四種鋼材Pairs公式中的疲勞裂紋擴展速率參數,并與其他文獻中各種結構鋼疲勞裂紋擴展速率的參數值進行對比評價。研究表明該文高強度結構鋼的疲勞裂紋擴展速率會隨著強度的提高而降低,并且這四種高強鋼的疲勞裂紋擴展速率都比BS7910中針對普通強度結構鋼推薦的疲勞裂紋擴展速率要低。
    機械工程學科
    含彈簧阻尼裝置空間機器人捕獲衛星操作力學分析及緩沖、柔順控制
    朱安, 陳力
    2020, 37(12): 202-212.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0038
    [摘要](37) [HTML全文](8) [PDF 2211KB](9)
    摘要:
    為了在空間機器人捕獲衛星操作過程中保護關節不受沖擊破壞,在電機與機械臂之間加入了一種彈簧阻尼裝置(SDD)。該裝置不僅能夠吸收、消耗沖擊能量,還能配合柔順策略將沖擊力矩限制在安全范圍內。分別利用含耗散力Lagrange方程法與Newton-Euler法建立了碰撞前的分體系統動力學方程;基于位置、速度約束與牛頓第三定律導出了碰撞后的混合體系統動力學方程,且對碰撞沖擊效應與碰撞力進行了計算;針對捕獲操作碰撞時間短、數據源少的問題提出了一種基于Barrier-Lyapunov函數的自適應積分強化學習控制方案;通過Lyapunov定理證明了系統的穩定性,通過數值仿真表明了SDD的抗沖擊性能與柔順策略的有效性。
    重載機車車輪擦傷下的輪軌動態響應
    楊逸凡, 凌亮, 楊云帆, 王開云
    2020, 37(12): 213-219.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0033
    [摘要](57) [HTML全文](47) [PDF 1189KB](12)
    摘要:
    車輪踏面擦傷會造成劇烈的輪軌沖擊作用,加劇車輛和軌道結構部件的疲勞破壞。為揭示實際車輪擦傷狀態下的重載機車-軌道耦合振動響應特征,基于車輪擦傷的現場實測數據,擬合出了車輪擦傷模型。采用重載機車-軌道耦合動力學模型,詳細考慮了鋼軌墊層與扣件彈條相互作用,分別從時域和頻域角度仿真計算了機車車輪擦傷引起的輪軌動態響應。研究結果表明:實際車輪擦傷呈不對稱的幾何形狀;車輪擦傷激起的沖擊力對軌道部件影響較大;車輪擦傷可能引發鋼軌與扣件系統的短暫分離。研究結果可為踏面損傷識別、軌道部件檢修提供理論參考。
    膠質阻尼隔振器的力學模型及隔振性能研究
    余慕春, 趙鵬, 牛智玲, 李炳蔚, 南宮自軍
    2020, 37(12): 220-227.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0119
    [摘要](37) [HTML全文](25) [PDF 1431KB](11)
    摘要:
    膠質阻尼(Colloidal damper)是由水和布滿納米微孔的疏水材料混合而成的新型隔振材料,以膠質阻尼為工作介質即可形成膠質阻尼隔振器。該文通過準靜態和動態加載試驗研究了膠質阻尼的遲滯特性,分析了加載頻率、振幅對遲滯曲線的影響;之后建立了包含三次非線性剛度、粘性阻尼特性和干摩擦阻尼特性的膠質阻尼隔振器力學模型,以實測動態加載遲滯曲線為基礎開展了模型參數識別;最后完成了膠質阻尼隔振器的隔振性能評估。研究表明,膠質阻尼隔振器具有良好的低頻隔振性能和大阻尼特性,在設備減振領域具有良好的應用前景。
    基于等幾何方法的壓電功能梯度板動力學及主動振動控制分析
    劉濤, 汪超, 劉慶運, 胡文鋒, 胡曉磊
    2020, 37(12): 228-242.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0266
    [摘要](37) [HTML全文](7) [PDF 4777KB](11)
    摘要:
    針對表面粘貼有壓電層的功能梯度板的動力學及主動振動控制問題,建立了一種基于三階剪切變形理論的等幾何分析求解方法。其中,功能梯度板的材料屬性為板厚方向的冪函數分布,并假設電勢沿著壓電層的厚度方向呈線性變化。利用線性壓電本構方程以及哈密頓變分原理,推導了壓電功能梯度板的相關等幾何分析有限元方程。通過分析壓電智能結構的靜態彎曲行為驗證了該方法的有效性與精確性。運用模態疊加技術與Newmark-β直接積分法分析了兩種不同結構的壓電功能梯度板的動力學響應與主動振動控制問題。在主動振動控制分析中,引入了物理中面的概念避免當傳感器與驅動器分別粘貼于功能梯度的上、下表面時,由拉伸-耦合效應引起的控制不穩定的問題,并著重分析了振動控制過程中兩種結構傳感器層和驅動器層的電壓響應。
    其他工程學科
    新冠肺炎疫情臨時醫院排風的環境影響快速模擬方法
    顧棟煉, 張銀安, 劉華斌, 馬友才, 曹曉慶, 呂中一, 解琳琳, 許鎮, 徐永嘉, 鄭哲, 楊參天, 陸新征
    2020, 37(12): 243-249.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0047
    [摘要](115) [HTML全文](14) [PDF 697KB](18)
    摘要:
    2019年末爆發的新型冠狀病毒肺炎疫情對現有醫療系統造成了巨大壓力,各地開始建設新型冠狀病毒肺炎的集中治療臨時醫院。臨時醫院排風口排出的氣體可能對臨時醫院新風口或者周圍環境造成污染。由于臨時醫院的設計和建造周期只有6 d~10 d,因此排風環境影響分析一般需要在幾小時內完成?;谏鲜霰尘?,該研究提出了一個臨時醫院排風環境影響的快速模擬方法。該方法以開源流體力學計算軟件FDS為基礎,實現了臨時醫院建筑的快速建模、基于云計算平臺的分布式計算、以及有害空氣流動的監測和可視化,為臨時醫院設計階段的快速分析提供了專門工具。并以武漢雷神山醫院為案例,說明了該方法在此次肺炎疫情防疫工作中的應用價值。
    水中高速運動體內置測速渦輪裝置空化特性研究
    陳勇, 丁文政, 卞榮
    2020, 37(12): 250-256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0389
    [摘要](18) [HTML全文](2) [PDF 993KB](2)
    摘要:
    水中運動體高速下會發生空化而改變流場結構,研究測速渦輪裝置空化特性對提升運動體自主環境感知能力具有重要意義。該文基于內置測速渦輪的防空化結構設計,針對水流速度為10 m/s下的不同空化數、有無偏角情況,利用空化水洞實驗和數值仿真模擬對測速渦輪裝置的空化情況、渦輪轉動情況和渦輪裝置的空化特性進行了研究。結果表明:與無渦輪裝置樣機相比,空化區域發生了明顯變化,云狀空化團脫落明顯加快,云狀脫落范圍更小。同時,該渦輪裝置具有隔離外部空化的能力,在外界空化數高于臨界空化數(σCr=0.4)的情況下,能夠保證渦輪裝置位于線性測量范圍。
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