基于节点构形度的自由曲面网壳结构形态优化研究

为获得形式自由且受力性能合理的自由曲面单层网壳结构形态,以单位力作用下的位移响应作为结构连接性能的衡量参数,同时为保证结构曲面的光顺性引入NURBS技术,基于考虑荷载作用的结构节点构形度评价指标,提出了相应的自由曲面结构形态优化方法。将结构控制点的坐标作为优化变量,节点构形度最小值的最大化作为优化目标,综合结构总用钢量、最大节点位移和构件长细比等约束条件,采用遗传算法对结构的曲面形态进行优化。结果表明,节点构形度可以准确反映节点的连接性能,采用遗传优化算法优化结构的曲面形态,可获得杆件以受轴压为主的结构形态,受力模式得到有效改善,受力合理,保证了结构极限承载力及其安全性。     

基于结构两相阻力分析的泥石流堆积形态研究

针对泥石流的结构两相阻力特征,采用结构两相阻力对泥石流的堆积形态进行了静力学分析,推导出在一般条件下泥石流堆积形态的公式,并讨论了在不同条件下泥石流堆积形态的特点。分析表明采用结构两相阻力对泥石流堆积形态分析可以较合理的模化阻力项,能够表现泥石流体复杂的成分结构组成,较真实的反映实际泥石流的堆积形态特征。在特定材料条件下,结构两相阻力项转化为单一材料阻力项,所得到的相应结论与已有对单一材料的分析结论一致。     

微循环表面网状形态对其润滑特性影响的研究

为研究微循环表面网状形态对其润滑特性影响,采用飞秒激光和数控加工方法,构建出不同滑动表面网格织构,并以此研究了其形态对润滑特性的影响.研究采用网格形态的参数化设计,并以无量纲长度Λ,无量纲宽度г和夹角α表征其结构特征,采用数值迭代求解和摩擦学试验相结合的方法,研究了不同形态的网格参数对其润滑的影响.研究结果表明:具有微循环网格形态的滑动表面可有效地改善其摩擦系数,当A大于0.45时会使得摩擦系数达到最佳优化值,而当Λ小于0.45时,则网格参数与摩擦系数的关系将变得较为复杂;较大的无量纲深度参数г和较小的夹角也可优化出改善润滑的最优组合;该研究可为滑动表面微循环网状织构优化设计提供了理论基础.     

翼型表面脊状结构减阻特性的数值仿真研究

对翼型表面脊状结构进行了数值仿真研究,初步发现了翼型表面脊状结构的减阻特性,并进一步研究了间隔对于翼型表面脊状结构减阻效果的影响规律。针对翼型表面脊状结构的特点,在数值计算过程中对其计算域、计算网格及流动参数进行了合理的处理。结果表明:脊状结构在翼型表面仍然具有很好的减阻效果,其表面边界层内湍流强度、湍动能明显低于光滑表面;有间隔的脊状结构减阻效果优于无间隔的脊状结构,间隔大小与脊状结构尺寸相当时,减阻效果最佳。     

多功能结构拓扑形态优化数值方法

对建筑结构设计的多功能要求,以平面问题为研究对象,对改进进化论方法进行了功能上的改进,增强了方法对复杂空间条件的适应性,提高了计算效率和所生成结构体的质量。针对建筑对空间的限制,将方法的允许空间拓展为自由边界允许空间,并引进临时允许空间的概念;针对结构功能需求,研究了能够适应支座改变、荷载组合等多工况情况的合理结构形态创构方法;考虑到材料的受力特性,研究了相应（如指定构件纯受压或纯受拉）的结构拓扑形态优化方法。文中还通过算例分析了方法的特点,探讨了方法所得到结构形态的一些力学特性。该方法所得结构为以均匀拉压应力形式来抵抗荷载,其形式可为结构概念设计提供参考。     

含能气体射流与液体相互作用的实验研究

为了研究整装式液体发射药的燃烧稳定性的控制方法,设计了点火喷射模拟装置及4种多级渐扩型观察室,利用数字高速摄像系统,观察含能气体射流在液体模拟工质中的扩展过程,并对实验中出现的喷孔壅塞现象进行了分析.结果表明:射流在渐扩型结构中扩展稳定,喷射压力、喷孔直径和渐扩结构对射流扩展形态和气液掺混过程有显著影响,通过合理调整这些参数,可以实现对射流扩展过程的有效控制;喷孔壅塞时射流扩展形态非对称,影响气液掺混,不利于控制射流的稳定性.     

三维气泡羽流建立区流动形态的观察

本文对三维气泡羽流(Bubble plume)建立区流动形态进行了实验研究,给出实验参数的确定、实验方法与装置以及所取得的结果。     

生物结构自适应性的力学研究及其应用

以生物的骨组织、竹子以及植物根系、动物血管等生物分枝系统为例, 从微观组织结构和宏观形态, 以力学的观点, 对生物形态组织结构的自适应性进行了分析研究, 并概括地介绍了这种自适应性在工程材料及工程结构设计中的应用, 如基于骨组织重建机理的自修复材料、基于生物分枝系统形态生成机理的薄板加强筋以及热传递系统中散热通道的分布设计等. 模拟生物结构和系统的工程材料和结构及其设计方法, 因具有与生物结构和系统相似的优越性能, 可突破传统产品和设计方法的一些局限性. 基于仿生技术的生物形态、材料与机能、强度等关系的进一步研究, 以及相关的理想工程材料和结构的设计与制造方法的研究, 将是当前和未来十分重要的研究课题.      

通气法控制超空泡流动的实验研究

在高速水洞中运用人工通气方法进行了航行体模型超空泡形态特性的系列实验研究.获得了不同通气流量、不同空化数和不同弗鲁德数下的空泡形态,建立了以弗鲁德数为参数的空泡几何特征参数与空化数的对应关系、空化数与通气流量系数之间的对应关系.验证了空化数是决定空泡尺度的主要无因次参数,通过改变通气流量可以有效地调控空化数,进而达到控制空泡形态的目的.文中同时给出了通气流量系数的实验曲线拟合公式,并与国外的相关实验和公式进行了比较,两者基本一致.所得结论对进一步的水下超高速航行体空泡形态控制技术研究具有参考价值.     

钢管混凝土K型相贯节点试验研究与数值模拟

从钢管混凝土格构式风电塔架原型中取出节点模型,对5个K型焊接相贯节点进行了试验研究和理论分析,研究了不同几何参数条件下节点的破坏过程和特征、荷载-变形关系和承载能力等。建立了有限元模型,分析了各研究参数对节点破坏形态和极限承载力的影响规律,得到了节点失效机制的判别参数与准则。试验结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点在丧失承载力前弦杆的宏观变形特征不明显,腹杆失效是主要破坏形态;与空心圆钢管相贯节点相比,刚度大大增加,相贯线周围应力集中程度也降低。有限元分析结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点的控制破坏形态包括腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制破坏类型的关键指标是腹杆与弦杆的壁厚比τ和夹角θ。为避免钢管混凝土格构式风电塔架出现节点失效,须限制参数τ、θ的取值。本文建议τ≤1,θ≤45°。     

金川露天矿高边坡的反射地震CT探测研究

高边坡的岩体结构和稳定性研究是工程地质研究的一个重要课题。本次探测使用高分辨率数字地震仪和反射地震CT方法,对金川露天矿高边坡的岩体结构进行了深入细致的探测与研究,清楚地揭示了边坡岩体中优势结构面的产状和组合关系,以及边坡表层松动带厚度分布,未发现顺坡软弱岩层。     

确定缓倾结构面渗透性参数的现场试验法

本文基于渗流的基本定律出发,考虑到现场试验的可行性,以溪洛渡水电站工程为例,提出了一种确定缓倾结构面渗透性参数的现场试验法。文章首先推导出确定缓倾结构面渗透性参数的计算公式,然后利用风钻对典型结构面单独成孔,作简易注水试验,求出结构面的透水性参数。     

一种在响应面法中选取样本点的新方法

响应面法中的样本点选取对拟合极限状态曲面的收敛速度及精度至关重要,文中提出了一种区别于通常以插值点为中心展开生成样本点组的新方法:在求解过程中,用插值点逐步替代初始样本点组中距离验算点较远的点,其目的是使所选取的样本点较集中于验算点附近,重新构成下一轮迭代所需的一组样本点,直至满足收敛条件。算例表明,采用新方法可使结构的分析次数显著减少,同时也改善了对于非线性程度很高的极限功能函数求解的收敛性。该方法用于大型复杂结构的可靠度分析中可进一步提高计算效率。     

利用大型岩质滑坡形成的环境条件及重力圧密原理分析滑面形态与强度参数

大型、特大型岩质滑坡,因其体积大,范围大,且多位于高山峡谷地区,用勘探方法虽能较准确的查明滑带的位置、形态,但因极恶劣的地形条件,绝大部分在初步研究阶段,由于缺少勘探资料而不能确定滑面位置,因而也难以获得滑面的强度参数。本文从大型岩质滑坡形成的初始环境地质条件：地形条件,地貌条件,岩性条件,构造条件,河流形态,斜坡坡体结构和变形破坏特征,结合滑坡形成后的形态特征,以反馈研究的方式,分析确定大型岩质滑坡滑面的位置及形态特征,在获得滑坡滑面位置的基础上,分析、计算滑面上覆岩体重量在滑面上产生的正应力（压应力）;在获取部分滑带土的基础上,用滑坡体重力在滑面上产生的正应力,以重力压密原理在室内开展相匹配的试验,进而获得各地段相应的物理指标,在室内开展相匹配的强度试验,获得强度参数,建立滑带土孔隙比、含水量与摩擦系数、内聚力的关系,用试验获得的关系式,结合重力压密试验得到的不同部位的含水量,去分析、研究滑面的强度参数,采用传递系数法、摩根斯坦法开展相应的稳定性分析,得到的稳定性系数均大于12,与滑坡当前的变形动态较吻合。     

The influence of distribution intensity form of heat flux on the temperature by the local quasi-stationary heating on external surface of the ring

The solution of the mixed quasi-stationary heat conduction problem for the ring has been obtained by using a finite Fourier transformation. The heating on the external side surface of the ring due to any locally distributed heat flux, as well as the convective cooling from internal side surface and from the end faces are considered. It has been proved that for some special geometrical and thermo-physical parameters of problem the received solution agrees with well known studies. The influence of some distribution intensity form of heat flux on the maximum temperature was studied.     

Structural relaxation and avalanche dynamics of particle piles under vertical vibration

Granular matter can exhibit solid or liquid behavior, which contains complex physical mechanisms. In this work, we experimentally investigated the structural relaxation and avalanche dynamics of particle piles under vertical vibration. The influence of vibration parameters on the avalanche process was studied. The morphological features of avalanches were recorded and classified using high-speed camera. The effects of vibration parameters and particle properties on the relaxation mode are obtained. It is found that the evolution of particle pile height with time can be described by an exponential decay function. The relaxation rate and avalanche characteristics of four types of particles with different sizes are discussed. At the same acceleration level, for two larger particles, a smaller amplitude (A = 0.025 mm) leads to a faster relaxation rate, while for two smaller particles, a large amplitude (A = 0.500 mm) leads to a faster relaxation rate. The analogy powder surface tension is introduced to address the cohesion and flowability evolution of particles under vibration.     

Effect of diffusion-induced bending on diffusion-induced stress near the end faces of an elastic hollow cylinder

Diffusion-induced stress plays an important role in determining structural integrity of mechanical structures used in lithium-ion batteries and microelectromechanical devices. Incorporating the diffusion-induced bending in the analysis of the diffusion-induced stress in an elastic hollow cylinder, analytical forms of the diffusion-induced resultant axial stress and hoop stress have been formulated for the traction-free condition and the built-in condition at the end faces of the cylinder. Using these results, the evolution of the diffusion-induced stress at the end faces of a hollow, elastic electrode due to the insertion of lithium is discussed under the potentiostatic operation. The end faces of the electrode experience compressive hoop stress through the thickness in contrast to the stress state in the hollow cylinder far away from the end faces. The magnitude of the resultant hoop stress decreases with increasing the diffusion time for the traction-free end faces; it increases with increasing the diffusion time near the inner surface for the built-in end faces.     

石质构件风化层内力学性能变化规律研究

石质构件风化层内力学参数随深度变化的规律是石质古建筑稳定性、耐久性和保护方案研究中重要的内容。本文针对古建筑石质构件风化层不便取样,风化岩样加工易破坏和室内试验只能得出试件整体的力学参数,不能反映风化层内力学参数由表及里逐渐变化的不足,综合运用现场声波测试和室内试验对义乌宋代古月桥(建于1213年)风化条石的抗压强度、弹性模量与深度的关系进行了研究。研究表明,风化层内岩石弹性模量、抗压强度与未风化区域的比值随深度呈较好的负指数关系。     

DYNAMICS ANALYSIS OF STOCHASTIC SPATIAL FLEXIBLE MULTIBODY SYSTEM 1)

轻质、高精度的柔性多体系统被广泛应用于实际工程领域中.由于实际设计公差、制造误差及环境温度等多种不确定因素的存在,使得柔性多体系统的结构参数(物理参数和几何参数)表现出随机性.具有随机结构参数的动力学模型能够客观地反映出真实系统的动力学行为,且结构参数的不确定性对空间柔性多体系统动力学响应的影响是不容忽视的.针对具有多个随机参数的空间柔性多体系统,提出了一种基于广义alpha算法的非侵入式随机柔性多体系统动力学计算方法.采用绝对节点坐标公式(absolute node coordinate formulation, ANCF)来描述柔性体, 推导建立多体系统动力学模型.利用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion, PCE)法构建系统随机动力学方程的代理模型,然后将随机响应面法(stochastic response surface method, SRSM)嵌入广义-alpha方法中,分别采用改进抽样的回归方法(regression method of improved sampling, RMIS)和单项求容积法则(Monte Carlo simulation, MCR)来确定样本点.将数值计算结果与蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation, MCS)结果进行对比, 验证了所提算法的有效性.在相同的定积分精度的条件下,根据单项求容积法则确定的样本点的计算结果稳定性更强, 且其计算效率更高.     

Hydroelastic analysis of gravity wave interaction with submerged horizontal flexible porous plate

The present study deals with the surface gravity wave interaction with submerged horizontal flexible porous plate under the assumption of small amplitude water wave theory and structural response. The flexible porous plate is modeled using the thin plate theory and wave past porous structure is based on the generalized porous wavemaker theory. The wave characteristics due to the interaction of gravity waves with submerged flexible porous structure are studied by analyzing the complex dispersion relation using contour plots. Three different problems such as (i) wave scattering by a submerged flexible porous plate, (ii) wave trapping by submerged flexible porous plate placed at a finite distance from a rigid wall and (iii) wave reflection by a rigid wall in the presence of a submerged flexible porous plate are analyzed. The role of flexible porous plate in attenuating wave height and creating a tranquility zone is studied by analyzing the reflection, transmission and dissipation coefficients for various wave and structural parameters such as angle of incidence, depth of submergence, plate length, compression force and structural flexibility. In the case of wave trapping, the optimum distance between the porous plate and rigid wall for wave reflection is analyzed in different cases. In addition, effects of various physical parameters on free surface elevation, plate deflection, wave load on the plate and rigid wall are studied. The present approach can be extended to deal with acoustic wave interaction with flexible porous plates.