应变控制的热机械疲劳行为的数值模拟

根据高温合金材料的力学性能，以弹粘塑性本构模型为基础，用数值模拟方法研究材料的热机械疲劳循环特性，模型将应变分为弹性应变、温度应变和粘塑性应变三部分，认为材料在高温循环载荷下呈现明显的弹粘塑性特征，根据虚位移原理建立轴对称体的弹粘塑性计算有限元格式，对于循环机械载荷和循环温度载荷，程序中采用了增量法迭代求解，在非线性项中不仅考虑了机械载荷增量的影响，同时也考虑了温度增量的影响，根据应变控制热机械疲劳的特点，发展了应变增量法的有限元计算方法、通过数值模拟，得到材料在各种循环载荷下的应力—应变响应，数值模拟较好地反映了粘塑性变形过程以及温度变化的效应，所描述的不可逆系统在某一时刻的状态完全由当时的状态参数、内变量、承载时间及塑性应变累积量决定，对带缺口试件的模拟结果显示了程序对复杂轴对称结构进行热机械疲劳计算的有效性。     

金属正交波纹夹芯结构的动态压缩响应

通过理论和数值方法，对冲击载荷下金属正交波纹夹芯结构的动态压缩响应进行了研究。考虑材料应变率影响，建立了金属正交波纹夹芯结构动态响应的理论模型，同时对它的动态压缩响应进行了有限元模拟。结果表明，考虑材料应变率影响的理论模型的预测结果与有限元模拟结果吻合较好。进一步对多层正交波纹夹芯结构的动态压缩响应进行了数值模拟，获得了不同速度冲击下的变形模式，分析了层数对其动态响应的影响。研究发现，通过增加层数能够有效地增强结构的缓冲吸能能力，但层数超过4层以后增强效果不明显。     

横向爆炸载荷下薄壁圆管的动态响应

采用实验研究、理论分析和有限元模拟相结合的方法，研究了横向爆炸载荷作用下薄壁圆管的动态响应。利用弹道冲击摆锤系统，对圆管在爆炸载荷下的动力响应进行了实验研究，分析了薄壁圆管的变形模式；基于地基梁模型，建立了横向爆炸载荷作用下圆管跨中挠度的理论模型，并进行了无量纲化；通过有限元模拟，分析了圆管的几何参数对其变形模式和跨中挠度的影响，并与理论结果进行了对比。研究结果表明:随着TNT药量增加圆管的变形区域和跨中挠度增大；圆管的长径比、厚度及爆炸载荷参数对圆管的变形模式有较大影响；理论预测、有限元模拟结果与实验结果吻合较好。     

一类非线性系统载荷识别的组合迭代法

针对一类非线性系统提出了一种新的载荷识别方法,组合迭代法.该方法通过有限元方法和主动控制方法组合迭代来实现一类非线性系统的载荷识别.首先将非线性系统的有限元模型模态缩减成简化模型,由简化模型组成主动控制的被控对象;然后在选定的控制律下,设计控制调节器,使该系统监测点的响应功率谱密度达到预定谱,从而得到系统激励,即被识别的载荷;最后由非线性有限元响应验证载荷的合理性.对圆锥壳-包带组合系统载荷识别的数值研究表明了组合迭代法的有效性.该方法为导弹、宇宙飞船、航天飞机、火箭等航天航空结构振动试验的载荷识别提供指导作用,将促进航天航空事业的发展.     

区间参数结构平稳随机载荷识别方法

针对贫信息下不确定性结构的随机载荷识别问题,使用基于Taylor展开的区间分析方法,提出了一种不确定性结构随机载荷识别的非概率区间方法。该识别方法在频域中进行,识别时使用区间变量描述工程结构中的不确定性参数。基于测点的响应谱密度函数,首先对不确定性参数的名义值点进行随机载荷识别,其次计算载荷关于不确定性参数的灵敏度,最后基于区间扩张理论获得识别载荷谱的上下界值。算例结果表明,使用区间方法得到的不确定性结构的载荷谱识别区间界值都能完全包含载荷真值,此方法能够在结构设计时给出更为可靠的载荷工况。     

雨载作用下浮顶结构有限元分析的载荷修正法

浮顶结构的受力与变形之间存在着非线性的耦合关系,这给计算分析带来了很大的麻烦。为了解决这一问题,本文提出了单盘式浮顶结构在雨水载荷作用下有限元分析的载荷修正计算方法。通过对浮顶结构力学模型的分析,建立了浮顶结构载荷与单盘挠度之间的关系式,并基于这一关系式给出了浮顶结构有限元分析的载荷修正法和相应计算方案。载荷修正法的基本思想是,首先利用有限元方法对浮顶结构进行几何大变形非线性分析,然后通过迭代修正来调整载荷大小,使得计算得到的载荷与挠度满足给定关系式,最终获得浮顶结构的变形与受力情况。最后,将计算结果与试验结果进行了比较,验证了本文提出的计算方法的有效性和可靠性,为浮顶结构的进一步有限元分析打下基础。     

冲击载荷下不同荷电状态结构化锂离子电池负极响应分析

传统的锂离子电池研究多注重本身相关机理以及储能能力的提高，而结构化电池不仅能够储能，且可以作为结构本身承受一定载荷．本文设计了一种新型结构化电池石墨负极板，通过修正准静态下石墨的力学指标得到对应高应变率下的压缩应力-应变曲线、失效应变，采用数值分析方法对石墨负极板的承载能力进行了分析．同时，由于荷电状态(State of charge, SOC)会影响石墨的弹性模量、失效应变、厚度以及压缩应力-应变曲线等力学性能，因此在石墨的本构方程中考虑并修正了SOC产生的影响．通过有限元模拟了不同SOC下石墨负极板受到冲击后的响应，结果表明随着应变率或SOC增大，石墨负极板承载高速冲击的能力也随之降低．本文的研究成果可以为结构化电池负极的结构设计提供参考．     

随机振动载荷动力学等效的一种工程实现方法

利用实验室振动加载技术来等效模拟实际工况的随机振动载荷,以研究结构的振动环境适应性,是工程界通用的做法。文中讨论了随机振动载荷动力学等效的过程与方法,针对小阻尼稀疏模态结构,给出了基于结构振动响应等效的随机振动载荷等效关系的工程应用表达式和评价等效载荷对疲劳损伤影响的方法。简支梁数值模拟表明,通过文中方法设计的等效随机振动载荷,不仅可以获得变化不大的结构响应,而且疲劳损伤等效结果也可以满足工程应用精度要求。     

基于新息自适应卡尔曼滤波算法的多类型结构响应重构

为改善传统卡尔曼滤波KF(Kalman filter)算法在过程噪声方差和测量噪声方差未知的情况下响应重构精度降低甚至发散的问题，提出了一种基于新息自适应卡尔曼滤波IAKF(innovation-based adaptive Kalman filter)算法的多类型响应重构方法。首先根据新息统计特性对卡尔曼滤波增益和状态估计误差协方差矩阵进行实时自适应调整；然后利用有限测点的加速度传感器的测量数据，结合模态法对结构各个位置的加速度、速度、位移以及应变进行响应重构；最后对起重机桁架和简支梁分别进行数值模拟和试验分析。结果表明，该方法能够有效地调整过程噪声方差并估计测量噪声方差，未测点的重构响应时程曲线与计算响应或测量响应时程曲线吻合良好。     

复合材料多墙盒段弯扭耦合下的屈曲和后屈曲

针对复合材料典型多墙盒段，采用试验和有限元分析相结合的方法，研究了弯扭耦合载荷作用下的稳定性、承载能力及损伤起始、扩展情况．试验采用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)测量方法捕捉试验件屈曲模态的变化过程，通过载荷-应变曲线获得屈曲和后屈曲破坏载荷．数值仿真基于ABAQUS/Explicit模块，采用Hashin准则结合刚度降的VUSDFLD子程序模拟复合材料的屈曲和后屈曲行为．研究结果表明，多墙盒段在弯扭载荷组合作用下发生屈曲时，扭矩会改变屈曲模态的分布形式和对称性，屈曲鼓包依然保持波峰、波谷交替出现；多墙盒段后屈曲阶段历程较长，屈曲模态由一阶向高阶逐渐发展，直到结构发生过大变形，彻底破坏而失去承载能力．     

实验数据反演识别分析方法与力学表征

本文给出了两类基于实验(实测)数据的反演识别方法,简述了其在界面力学性能及工程实测数据分析中的应用.在粘接界面力学性能的反演识别实验研究中,基于不同加载速率的实验曲线,结合参数化界面力学模型,通过反演识别给出粘接界面力学性能参数,并对识别结果的适定性进行独立的实验验证;在基于工程实测数据的反演识别与力学建模方面,在分析盾构装备载荷特点的基础上,对海量的实测数据统计分类,提出了力学量纲分析的建模方法,并应用于盾构掘进载荷的反演识别研究.     

基于波传播系数构建填实爆炸下花岗岩中运动及变形场

为利用球面波实验测得的有限个粒子速度信息来分析地下爆炸下介质的运动及变形特性，基于黏弹性球面波理论和局部黏弹性等效假设，提出了一种构建地下爆炸运动及变形场的新方法。首先，利用0.125 g TNT填实爆炸下花岗岩中相邻测点的粒子速度频谱给出相应的频谱比；其次，结合黏弹性球面波理论给出的理论频谱比求解出相邻测点之间区域内等效的球面波传播系数；再次，利用局部黏弹性等效假设给出相邻测点之间任意一点的粒子速度频谱，再通过傅里叶逆变换给出粒子速度的时域波形；最后，利用运动场和变形场的物理关系，完成整个分析区域内运动场和变形场的构建。结果表明:由相邻测点反演得到的波传播系数，可高精度地构建相应测点之间区域内介质的运动及变形场；在半径15～50 mm区域内，径向压缩应变峰值约从1.7×10?2降为2.1×10?3，切向拉伸应变峰值约从4.7×10?3降为0.4×10?3，径向压缩应变率峰值约从5.1×104 s?1降为2.5×103 s?1，切向拉伸应变率峰值约从5.0×103 s?1降为1.4×102 s?1，涵盖了高应变（率）到中低应变（率）加、卸载的全过程。     

桥梁结构移动平稳随机荷载识别新方法

移动的平稳随机荷载对简支梁的作用,相当于固定的调制函数已知的非平稳随机荷载对简支梁结构的作用.本文以此为基础,研究了移动平稳随机荷载的识别问题.首先基于虚拟激励法的思想,利用特征值分解及奇异值分解技术,由虚拟位移响应反演虚拟广义坐标,有效地避免了矩阵求逆,得到高精度的广义坐标谱;同时利用Wiener-Khintchine关系及Duhamel积分,由广义坐标谱值反演得到平稳随机激励谱密度.仿真算例表明,只要适当地选取参振振型及测点位置,本文方法可以有效地识别桥梁结构的移动平稳随机荷载.     

结构动态载荷识别的精细逐步积分法

对比例阻尼系统给出了基于精细逐步积分法的动态载荷识别方法。首先将系统进行模态坐标变换得到无耦合运动方程 ,然后应用精细逐步积分法构造一种高效精确的载荷识别公式 ,再由量测到的结构动态响应求出动态力的时间历程。数值算例验证了本方法的识别精度是好的     

反求压电薄板智能结构荷载的有限元逆逼近方法

基于压电薄板智能结构提出一种有限元逆逼近反求结构荷载参量的方法，逼近目标函数以压电电荷响应为参量，迭代初值采用单位荷载预逼近方法；数值算例表明了该方法的有效性，可用于解决压电智能结构的荷载识别问题。     

基于独立分量分析的多源动态载荷识别方法

提出了基于独立分量分析的多源动态载荷识别方法, 解决了在结构系统未知的情况下载荷波形的识别问题. 该方法基于结构在多源动态载荷作用下, 其响应是载荷与对应的结构脉冲响应卷积的原理, 并假设载荷源相互统计独立. 与既有的载荷识别方法相比,该识别方法特点表现在: 结构质量, 刚度及阻尼等信息可以完全未知, 但以实际载荷间的独立性为优化目标; 用互信息来度量识别载荷间的独立性, 通过梯度下降算法取消识别载荷间的各阶相关性, 使识别载荷间基本满足相互独立; 从波形的角度来进行载荷识别.通过数值仿真表明: 该方法对测点, 噪声, 不同载荷形式及不同结构有较好的鲁棒性; 识别载荷与实际载荷在归一化条件下, 识别载荷与实际载荷相关性系数约为1.      

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从城市垃圾填埋场沉降的 机理出发,以经典力学中应力-应变之间的关系为基础,建立起城市垃圾填埋场在载荷、蠕变 和生物降解耦合作用下沉降的力学模型,并分别确定在载荷、蠕变和生物降解作用下屈服表 面应力增量的表达式. 通过填埋场沉降的实例计算,该模型得到了较为满意的预测结果.     

基于损伤一致性的动车组转向架载荷实验谱研究

动车组转向架构架载荷状况复杂, 实际运用条件下包含多个基本载荷系, 因此转向架构架局部位置的总损伤是若干载荷系在该位置相应损伤的累积; 转向架构架实验谱是考核动车组构架寿命的关键手段, 在没有实测载荷的条件下如何编制实验谱是本文的研究目标.本文首先对转向架构架承载系统的线性假设、稳定假设及典型假设进行了确认研究; 然后根据长期实测线路仅有的动应力数据, 将转向架构架典型应力分区域编制应力谱; 其次根据构架受力特点对构架建立载荷系, 在试验台中标定各个载荷系下的载荷应力传递关系, 并将区域典型测点的最大标定系数作为该区域的载荷应力传递系数; 然后基于损伤一致性原则建立优化函数, 并将获得的载荷应力传递系数矩阵代入优化函数, 得到一种适用于由线路实测动应力大数据推导出实验载荷谱的方法. 试验结果证明该方法具有较高的精度, 对构架关键部位的考核实现了典型区域全覆盖; 在中国线路运用工况下, 相比国际通用规范, 该方法对所有典型区域做到损伤再现, 所编制实验谱对转向架构架的考核更具有适用性.      

基于提升小波变换和互相关函数的梁式桥损伤检测

为了有效地提取梁式桥的损伤特征,提出了一种将提升小波变换与互相关函数幅值向量相结合的损伤识别的方法。首先利用提升小波变换将车载作用下梁桥结构的加速度响应分解到单阶模态上,再对提升重构后得到的第一阶响应进行互相关处理,利用提出的损伤指标来进行损伤定位。通过数值仿真和模拟实验,验证了方法的有效性,讨论了噪声及测点稀疏对识别结果的影响,结果表明该方法具有良好的噪声鲁棒性。另外,在综合考虑经济性和识别结果准确性的情况下,给出了合理的测点布置方式。