闭合圆柱壳在冲击荷载下的动力计算

本文讨论闭合圆柱形壳体在冲击荷载作用下的动力计算.文中分析冲击过程各阶段的动量及能量的变化,并计入冲击物和被冲击的闭合圆柱壳系统质量的影响;用相当质量法将整个圆柱形壳体的分布质量转化为只有一个集中的“相当质量”,从而导出闭合圆柱形壳体在冲击力作用下的动力因数.本文的特点是具有实用价值,计算比较简便.     

闭合圆柱壳在轴向冲击荷载下的某些动力计算问题

本文讨论了闭合圆柱形壳体在轴向冲击荷载作用下的某些动力计算问题,其中包括动应力的计算和稳定性问题.文中分析了冲击过程中动量及能量的变化,并计入冲击物和被冲击的闭合圆柱壳系统质量的影响;用相当质量法将整个圆柱形壳体的分布质量转化为只集中在壳体一端的“相当质量”,从而导出闭合圆柱形壳体在轴向冲击荷载作用下的动力因数,因而解决了在上述受力情况下计算动应力的问题和求出临界荷重的问题.     

三维浮式结构的流固耦合动力特性分析

对于采用位移-压力有限元格式从流固耦合系统导出的大型非对称矩阵特征值问题,构造出了一种新格式的迭代Arnoldi方法进行非对称特征值分析来获得浮式结构的动力特性．该迭代格式在克服零频的移频技术中,可以高效地计算出Arnoldi向量．实例分析结果表明,流固耦合作用对水上大型薄壁浮式结构动力特性具有重要影响．     

用统一分析梁与有限节线法分析弹性薄壁截面构件

传统薄壁截面梁理论不仅与梁的长细比有关,还强烈地依赖于其横截面的形状和荷载的作用方式.为了解决任意长细比、任意形状弹性薄壁截面杆状类结构构件或结构体系受任意荷载作用的力学分析问题,提出了一种新的梁模型——统一分析梁,一种结构数值分析新方法——有限节线法.利用统一分析梁模型和有限节线法不仅可以分析任意弹性薄壁杆状类结构构件的力学行为,而且当问题的性质与传统梁理论的前提条件一致时,会得出同样精度的解答.算例计算结果证明了统一分析梁的合理性与有限节线法的正确性.     

地下结构变形速度在抗爆结构分析中的作用

在地下抗爆结构动力计算中,结构变形速度的作用是非常突出的.考虑结构变形速度的作用,所建立的结构体系运动微分方程可以真实地描述结构振动的实际情况.文中通过一维平面波理论,导出了作用在结构周边上的荷载表达式,给出了地下曲杆结构动力分析的广义变分原理,同时还进行了数值计算结构的对比分析.     

高层建筑结构空间静力、动力分析

本文采用JIGFEX程序系统,将高层建筑结构作为空间体系进行了较精确的空间静力、动力分析.对地震力和地震扭矩的计算提出了建议.为在中小型计算机上对大型复杂结构进行空间静力、动力分析提供了一个切实可行的计算途径.文内附有实际工程的计算结果和图表.     

爆炸和冲击载荷下金属材料及结构的动态失效仿真

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构具有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其中包括裂纹、剪切带等复杂失效模式的几何描述、动态失效准则的确定、塑性与损伤耦合演化的描述等问题.针对这些挑战性问题,基于能量变分建立描述金属动态失效过程的热弹塑性相场理论和计算模型,实现了断裂与剪切带失效模式的统一描述,并提出了其显式有限元高效求解策略.进一步将该模型应用于爆炸冲击载荷下金属脆韧失效模式转变、绝热剪切带（ASBs）自组织及冲击波作用下薄壁圆盘失效形式转变三个典型金属动态失效问题,验证了理论模型的准确性及计算模型的稳健性.该工作为后续开展基于仿真的爆炸冲击毁伤评估及防护结构设计研究奠定了基础.     

无约束平面框架结构冲击响应分析(Ⅰ)——公式推导

运用广义Fourier级数方法推导了无约束平面框架结构受运动刚体冲击时的瞬态动力响应公式,利用这些公式得到冲击系统动力响应解析解．在公式推导过程中得出结构系统中弹性响应的动量之和为零的结论．从公式推导可以看出,模态分析法同样可以用来解决此类冲击问题．     

应力协调迭代法在高速冲击动力有限元中的应用

在EPIC[2][3],NONSAP[4]等弹塑性撞击动力有限元程序中,有一个共同的弱点是都采取了静力有限元方法,把位移函数用线性插值表示.单元之间应力是非协调的.因此应用虚功原理的基础不合理.为了克服以上困难,本文引入一个新的方法,即协调应力迭代法.实例表明,这种方法在冲击动力有限元计算中是稳定和精确的,同时具有减小单元刚度的作用.     

独柱式桥塔在冲击作用下的弹塑性时程分析

建立了独柱式桥塔结构的弹塑性动力学模型,并选择了脉冲荷载对结构进行加载计算。计算结果表明,桥塔结构受冲击作用后,层间残余位移的分布情况与冲击荷载作用位置有关。桥塔各部位的层间位移对冲击荷载的敏感性不同。相比塔的中部,塔的顶部和底部的层间位移对冲击荷载的敏感性更高。     

基于 Fibonacci 序列寻优理论薄壁弯箱材料常数的 Powell 优化识别

对于薄壁弯箱结构,推导了材料常数的动态 Bayes 误差函数,提出步长的一维 Fibonacci 序列自动寻优方案后,利用 Powell 优化理论研究了薄壁弯箱材料常数的动态识别方法,同时给出了具体的计算步骤,并研制了相应的计算程序.算例分析表明,Powell 理论用于弯箱材料常数识别时表现出良好的数值稳定性和收敛性,在迭代过程中,Powell 理论不涉及有限元偏导数处理,与以往材料常数的梯度优化方法相比,计算效率较高;建立的动态 Bayes 误差函数能同时计入系统参数的随机性和系统响应的随机性;提出的 Fibonacci 序列寻优方案无需通过试算确定最优步长所在区间,有效地解决最优步长的一维自动寻优问题.     

海浪、地震对于轴对称海工建筑物的作用

当今海洋工程中广泛采用各种竖直轴对称结构,诸如贮油罐、采油平台等等。本文论述一种计算上述结构物与其周围的海洋相互作用的极其有效的计算方法,着重讨论如下几个问题的数值计算:1.作用在固定建筑物上的波浪荷载和爬高;2.作用在浮式建筑物上的附加质量、阻尼系数以及激荡力(扰动力);3.因地震荷载作用而产生的基面剪切力和转动力矩;4.浮式建筑物在波浪作用下的运动状态。本文所述方法是一种以轴对称格林函数为基础的边界单元法,并利用结构物本身的轴对称性提出了适用于小型计算机上进行快速有效计算的计算程序。最后,作者给出了不同荷载对于伸出水面的截圆锥式建筑物的作用的计算结果。     

基于多项式混沌展开的结构动力特性高阶统计矩计算

结构参数的不确定性会导致其动力特性的不确定性,量化动力特性的不确定性能为结构动力设计分析提供准确的动力信息.统计矩是表征结构动力特性不确定性非常重要的统计量,比如均值和方差.传统的Monte-Carlo(蒙特-卡洛)模拟方法需要大量次数的模型运算来保证结果的收敛,其用于复杂结构的动力特性统计矩计算因耗时太高而使用受限.该文采用多项式混沌展开替代模型来取代计算花费高的有限元模型,然后在替代模型框架下快速有效地计算结构动力特性的统计矩.该方法在建立替代模型之初只需要少量次数有限元分析,后续的统计矩计算无需有限元模型,因此从根本上解决了动力特性统计矩计算花费高的难题.该文的多项式混沌展开方法适用于参数服从任意概率分布,能够有效地计算高阶统计矩,为量化结构动力特性不确定性提供更多统计矩信息.最后通过平铝板算例验证了此方法的有效性.     

Blast Damage Simulation With the Discontinuous Galerkin Finite Element Method of Bond⁃Based Peridynamics北大核心CSCD

近场动力学是一种积分型非局部的连续介质力学理论,已广泛应用于固体材料和结构的非连续变形与破坏分析中,其数值求解方法主要采用无网格粒子类的显式动力学方法.近年来,弱形式近场动力学方程的非连续Galerkin有限元法得到发展,该方法不仅可以描述考察体的非局部作用效应和非连续变形特性,还可以充分利用有限单元法高效求解的特点,并继承了有限元法能直接施加局部边界条件的优点,可有效避免近场动力学的表面效应问题.该文阐述了键型近场动力学的非连续Galerkin有限元法的基本原理,导出了计算列式,给出了具体算法流程和细节,计算模拟了脆性玻璃板动态开裂分叉问题,并对爆炸冲击荷载作用下混凝土板的毁伤过程进行了计算分析.研究结果表明,该方法能够再现爆炸冲击荷载作用下结构的复杂破裂模式和毁伤破坏过程,且具有较高的计算效率,是模拟结构爆炸冲击毁伤效应的一种有效方法.     

基于动力系统特性和群理论的一维周期结构瞬态响应的高效算法

基于凝聚技术、周期结构的动力特性和群理论,提出了一种求解一维周期结构瞬态响应的高效数值算法.高效求解线性方程是动力响应求解过程中的关键问题.基于结构的周期特性和凝聚技术,减小结构对应线性方程的规模.利用周期结构动力系统中线性方程的特性,证明了在给定时间步长内,作用在某个单胞的外力只会对临近的有限个单胞产生影响.基于这个性质,一维周期结构动力响应的求解可转换为一系列小规模子结构的响应分析.进一步地,将小规模子结构的动力响应转化为循环周期结构的响应分析,而循环周期结构对应的线性方程可基于群理论高效求解.数值算例表明,该算法计算效率高且节省存储要求.     

An Asymptotic-Homogenization Explicit Time-Domain Method for Random Multiscale Vibration Analysis of Porous Material Structures北大核心CSCD

由于具有高比强、高比刚度等优点,多孔结构在土木工程、机械工程和航天航空工程等领域得到了广泛应用.在随机动力荷载作用下多孔结构的随机响应分析是值得关注的研究方向之一.采用多尺度渐近均匀化法,推导了周期性多孔结构动力问题的多尺度控制微分方程,并建立了多孔结构宏观和细观动力响应的时域显式表达式.在此基础上,结合结构随机振动时域显式法,实现了非平稳随机激励下多孔结构动力响应统计矩的计算.所提出的渐近均匀化-时域显式法,一方面可以发挥多尺度动力分析渐近均匀化法的计算优势,高效建立多孔结构宏观和细观动力响应的时域显式表达式;另一方面也可以利用随机振动时域显式法的计算特点,快速精确地求解非平稳随机激励下多孔结构的随机振动问题.通过数值算例,验证了所提方法在多孔结构非平稳随机振动问题求解中的计算精度和计算效率.     

有限元模型修正问题的不精确最速下降迭代解

在结构动力分析中,往往需利用结构振动测试所得的实际测量数据(如振动频率和振型),对结构分析模型进行最优修正,使之更能合理反映结构的实际性能,其实质即为计算数学中的特征值反问题.本文考虑有阻尼结构振动中的-类反问题,用一组不完备的模态测量数据修正系统质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵,通过等价正交投影思想将原问题转化成-个闭凸锥上的正交投影问题,构造-个不精确最速下降迭代法求解,并讨论了收敛性.算例表明算法是有效的.     

Dynamic Responses Analysis of Bridges With Uncertain Parameters Under Moving Loads北大核心CSCD

针对具有不确定参数桥梁在移动荷载作用下的动力响应分析,首次建立了移动荷载作用下桥梁响应分析的多项式维数分解法.将结构的不确定参数视为独立的随机变量,构造了结构动力响应关于不确定参数的随机函数;进而采用一组变量数目逐次增加的成员函数实现结构动力响应的维数分解,并利用Fourier多项式展开推导成员函数的近似显式表达.通过降维积分方法降低概率空间内的积分维度,高效地实现了展开系数的计算.在数值算例中,进行了具有不确定参数桥梁在移动荷载作用下的响应估计,并与Monte-Carlo模拟进行对比,验证了该文方法的精确性和效率.     

海上浮式风力机及其动力学问题

深水风资源更为丰富,随着科技进步风电场正逐步向水深百米及以上的海域发展．海上浮式风力机、浮式基础以及系泊系统作业时,受到风浪流等的联合作用．就不同海上浮式风力机形式及其典型结构对应的气动载荷、水动力载荷,浮式风力机系统与环境动力的耦合问题、处理方法和可能的发展方向作了简要的评述．充分考虑作业背景的环境流场和风力机尺度,针对不同的流动特征综合各种理论方法和计算手段,更为准确地进行空气动力学-水动力学-控制系统-结构耦合分析是研究的难点和发展方向.     

平台—群柱基础对浪流冲击的动力反应分析

本文研究平台-群柱基础系统对浪流冲击的动力反应分析.文中考虑了群柱基础与水流和地基土的动力相互作用,由解析法给出了系统对浪流力激励的动力响应分析,给出了算例的位移响应结果,并讨论了系统参数对动力特性的影响.