具有域内支承的中厚板的边界元法分析

本文借助简化的Reissner理论,利用边界元法对具有域内支承的中厚板进行了分析。建立了相应的边界积分方程,导出了各基本解,讨论了域内支承柱对板的支承情况,编制了计算程序并给出部分算例。     

易拉罐在轴-侧-扭-内压联合作用下的屈曲地貌

柱壳结构广泛应用于各个领域, 但由于其对初始缺陷较为敏感, 容易发生灾难性的屈曲失稳. 本文利用非线性有限元分析程序ABAQUS研究了柱壳屈曲问题, 并应用到了易拉罐的屈曲分析. 首先采用数值模拟的方法验证了Virot等学者的易拉罐屈曲试验结果, 然后为了获得屈曲的一些普适结果, 进一步考察了柱壳的屈曲表现. 对柱壳结构在不同载荷组合、不同几何参数作用下进行了细致分析. 为了讨论的直观, 本文绘制了柱壳结构在受到侧压-轴压载荷作用下外力-屈曲载荷-位移三维屈曲地貌图(称为landscape). 结果表明: 在侧压-轴压-扭转载荷作用下, 试件力-位移曲线出现了"cliff"(断崖)现象; 扭转载荷的施加不利于试件整体稳定性, 并造成了试件对初始缺陷的敏感性; 对于受到轴压-扭转载荷作用的试件, 本文定义承载力为零的平面为"sea level"(海平面)来区分试件破坏模式; 通过对不同边界条件的试件进行分析, 发现试件两端固定可以有效地增加结构的承载能力, 提高稳定性. 对柱壳结构内部充气可以大幅度提升结构的承载能力和稳定性, 减小对初始缺陷的敏感度.      

型钢再生混凝土组合柱水平承载力试验及计算方法研究

基于17个型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验,分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率以及剪跨比对组合柱水平承载力的影响规律。通过实测型钢腹板与翼缘,箍筋及纵筋的荷载-应变曲线,并结合组合柱的破坏形态特征,分析了型钢再生混凝土组合柱在水平荷载作用下的破坏机理。在此基础上,分别推导了型钢再生混凝土组合柱发生剪切斜压破坏和弯曲破坏时的理论计算公式。为了便于计算,本文提出了型钢再生混凝土组合柱水平承载力实用计算公式。结果表明,组合柱的计算水平承载力与试验值吻合较好,满足计算要求。上述研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。     

激波诱导环形SF6气柱演化的机理

基于可压缩多组分Navier-Stokes控制方程,结合5阶加权本质无振荡格式以及网格自适应加密技术和level-set方法,数值模拟了平面激波(Ma=1.23)与环形SF₆气柱(内外半径分别为8和17.5 mm)界面的相互作用过程。相比于之前的实验结果,数值模拟结果揭示了入射激波在界面内4次透射过程中的复杂波系结构,观察到透射激波在内部界面传播时形成自由前导折射结构并向自由前导冯诺依曼折射结构转换的波系演变过程;另外,界面内的复杂激波结构诱导内部下游界面上的涡量发生了3次反向;在界面演化后期,内部界面形成的“射流”结构与下游界面相互作用,诱导界面形成一对主涡、一对次级涡以及一个反向“射流”结构。定量分析了环形界面长度、宽度、位移、环量以及混合率的变化情况,结果表明,内部气柱的存在减弱了前期小涡结构合并形成大涡结构过程中对界面高度与长度的影响,同时提高了重质气体与环境气体的混合率。     

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。     

方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能非线性分析

在方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴心受压试验研究的基础上,选择合理的再生混凝土和钢材本构模型,结合现有结构非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件建立该组合短柱的有限元模型,并对该短柱轴压性能进行全过程非线性分析。主要研究其破坏形态、应力分布及荷载-应变关系曲线,分析再生骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度对该短柱轴压性能的影响规律,并将其与试验结果进行对比,同时对短柱进行有限元参数分析。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能;组合柱轴向承载力随再生骨料取代率的增加而有所降低,而随方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度的增加而增加。总体上看,该组合短柱承载力高,变形能力较好,研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的工程应用提供一定参考。     

正交交叉网架结构的最优支承反应

1.引言经验表明,当平板网架的结构类型和几何尺寸已定的情况下,网架的优化设计的效益并不显著。为此本文主要研究支承反力的合理分配,以求出改变支座的相对高差来调整各杆件的内力,使最大内力降低,以节省材料;使两向同部位的杆件内力相等,以统一构件和节点类型;使各支承反力相等,以利同步提升等目的。     

组合截面轴压短柱的非线性有限元分析

圆管或方管内填充另一种工程材料构成的组合截面构件（如钢管混凝土）在工程结构中得到了广泛的应用。本文借助商用有限元分析软件ABAQUS，利用软件子程序接口，引入应力场变量，来考虑两种材料本构关系的非线性以及受力过程中Poisson比、模量的变化等因素，建立了组合截面短柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型。并通过数值算例，计算了组合截面短柱在轴心压力作用下两种材料共同受力工作的荷载－变形曲线，与试验结果基本符合，同时得到了管材对核心材料约束的变化规律。     

关于规定荷载下柱截面设计方法的探讨

桁架和柱的设计中,常碰到压杆的稳定问题,这一问题在不知杆的截面尺寸情况下,是以试算的方法确定杆的临界力,然后确定截面尺寸.本文给出了常见型钢杆件、松元木杆件受压时稳定问题的图解法,设计者可依据其荷载、支承情况迅速地查出所需截面尺寸或型钢型号.     

北京国际俱乐部网球馆球型节点钢管网架结构

北京国际俱乐部网球馆是俱乐部的建筑之一。网球馆平面尺寸为40×40米,房屋高度约16米。屋盖采用平顶双向钢管网架,球型节点;网架结构为平面正交型式,斜向布置。为了便于屋面排水,网架中央起拱70厘米,上下弦同时起拱,网架高度为2.5米。整个网架置于间距为5米的32个钢筋混凝土柱头上。网架自重为25公斤/米~2。该屋盖结     

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将不同模量管材包裹下的轴压混凝土圆柱构件内部混凝土看作由骨料、砂浆骨料过渡层、砂浆组成的三相复合材料，利用骨料随机投放程序确定骨料在试件中的随机位置，并考虑各相材料的弹塑性性质，建立了构件的三维非线性细观分析模型。通过对不同模量管材(PE、HDPE、PVC、钢)包裹下的轴压混凝土圆柱的内部细观力学性能进行分析，探讨不同材料外包下轴压混凝土柱破坏的开展与其内部各种材料（如骨料、过渡层、砂浆等）及外部包裹材料的细观受力状况的关系。     

反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能研究

为研究反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能,对17个组合柱进行了拟静力试验。重点分析型钢翼缘应变分布特征,利用粘结应力计算公式获取型钢翼缘粘结应力大小及其分布规律。在此基础上,分析组合柱粘结破坏机理和位移荷载循环次数对其粘结应力的影响规律,并给出粘结应力退化率计算公式。研究结果表明:反复荷载作用下型钢再生混凝土组合柱粘结应力分布规律基本呈抛物线状;柱中部附近的粘结应力最大,柱上下端粘结应力分布复杂,需对这三个部位采取相应的措施以保证型钢与再生混凝土之间的粘结强度;位移循环荷载作用下粘结强度逐渐降低,出现粘结应力退化现象。研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供理论参考。     

Nonlinear effect in the torsion of a compressible cylindrical layer

We consider the finite deformation of a compressible composite elastic layer and investigate the nonlinear effect of the finite torsion of this layer, when it occupies an infinite region. Solving an equilibrium problem for this medium it is observed, using the complex variable method of elasticity, that the composite cylindrical layer experiences a reduction in radius when it is subjected to a torsion from the interior layer.     

Global bifurcation analysis of Rayleigh–Duffing oscillator through the composite cell coordinate system method

In this paper, a new conception of composite cell coordinate system is presented by dividing the continuous state space into the cell state space with different scales. For a dynamical system, attractors, basins of attraction, basin boundaries, saddles, and invariant manifolds can be easily obtained, and any region of the state space can be refined by this method. The global bifurcations, such as crisis and metamorphosis, of the Rayleigh?CDuffing oscillator are studied by the composite cell coordinate system method. According to the sudden changes in shapes of the chaotic attractor and the chaotic saddle, we find that three types of crises can all occur, including boundary crisis, interior crisis, and attractor emerging crisis. In addition, the basin boundary metamorphoses, such as fractal-Wada, Wada-Wada, and Wada-fractal, are analyzed through observing the shapes of basin boundaries. These results demonstrate the efficiency and validity of this method in analyzing dynamical systems.     

一种RCM有限元带宽优化改进算法

应用RCM(Reverse Cuthill-Mckee)算法进行带宽优化时存在优化结果不稳定的问题,通过对算法进行系统分析发现,正序排列过程中非完全依靠节点之间的拓扑关系是问题的关键。本文在考虑层、联结度判据基础上,通过新增列高和判据进行节点正序排列,解决了RCM算法存在的问题,通过实际结构算例验证了改进后的RCM算法的稳定性,并获得了列高和更小的优化方案,实现了节省计算机内存和提高运算效率的目的。     

一种快速稳健的并行多块结构动网格方法

为解决传统网格处理方法不能满足复杂外形在大设计空间内进行优化时对网格质量的要求的问题,提出了一种并行多块动网格方法,该方法基于初始外形的多块结构网格,根据优化过程中个体外形与初始外形拓扑结构相近的特性,利用体样条插值方法来拟合多块结构网格各块顶点的位移,得到几何外形变化后的拓扑结构,再利用无限插值方法并行地移动初始外形多块结构网格的边、面和块内的网格点,进行光顺处理后得到变形后几何外形的空间网格;该方法在保证网格质量的同时,可以极大地提高网格生成效率,本文以某翼身组合体为例结果表明,该方法在大设计空间的复杂外形设计问题中具有很强的实用性。     

Hybrid grid generation for viscous flow analysis

Cartesian grid with cut‐cell method has drawn attention of CFD researchers owing to its simplicity. However, it suffers from the accuracy near the boundary of objects especially when applied to viscous flow analysis. Hybrid grid consisting of Cartesian grid in the background, body‐fitted layer near the object, and transition layer connecting the two is an interesting alternative. In this paper, we propose a robust method to generate hybrid grid in two‐dimensional (2D) and three‐dimensional (3D) space for viscous flow analysis. In the first step, body‐fitted layer made of quadrangles (in 2D) or prisms (in 3D) is created near the object's boundary by extruding front nodes with a speed function depending on the minimum normal curvature obtained by quadric surface fitting. To solve global interferences effectively, a level set method is used to find candidates of colliding cells. Then, axis‐aligned Cartesian grid (quadtree in 2D or octree in 3D) is filled in the rest of the domain. Finally, the gap between body‐fitted layer and Cartesian grid is connected by transition layer composed of triangles (in 2D) or tetrahedrons (in 3D). Mesh in transition layer is initially generated by constrained Delaunay triangulation from sampled points based on size function and is further optimized to provide smooth connection. Our approach to automatic hybrid grid generation has been tested with many models including complex geometry and multi‐body cases, showing robust results in reasonable time. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Numerical computation of unsteady incompressible flow in complex geometry using a composite multigrid technique

This paper presents a composite multigrid method and its application to a geometrically complex flow. The treatment of the interior boundary conditions within a composite multigrid strategy is described in detail for a 1D model equation. For the Navier-Stokes equations a staggered grid technique is adopted for spatial discretization and a fractional step method is used for the time advance. Lid-driven cavity flows are used to demonstrate the effectiveness of the method.     

Theory of composite grid shells

The grid shells formed by a system of edges are currently used in structures of various destination. In the last years, geodesic grid structures manufactured of modern composite materials by the winding method find increasingly wider applications in rocket-space technology as rocket transfer modules, spacecraft bodies, and load-carrying components of space platforms which have the form of cylindrical or conic shells. Grid composite shells are considered as promising elements of the passenger aircraft wing, empennage, and fuselage structures of sufficiently irregular shapes. In the present paper, general equations of the theory of composite grid shells are derived and their possible simplifications are considered.