超空泡运动体圆柱薄壳的非线性动力屈曲分析

超空泡运动体的动力屈曲失稳具有隐蔽性、突发性和危险性, 因而必须研究清楚运动体的失稳区域边界及失稳振幅. 将超空泡运动体模拟成受轴向周期载荷作用的细长圆柱薄壳, 给出非线性几何方程、物理方程和平衡方程, 建立细长圆柱薄壳带有非线性项的动力屈曲微分方程组; 依据非线性项的形式, 给出合理的非线性位移表达式, 得到具有周期性系数的非线性横向振动微分方程; 采用伽辽金变分法和和鲍洛金方法, 获得带有周期性系数和非线性项的马奇耶方程; 求解非线性马奇耶方程, 得到第一、第二阶不稳定区域内的定态振动振幅的解析表达式; 绘制超空泡运动体的非线性参数共振曲线, 分析航行速度、载荷比例系数、轴向载荷频率和振型对参数共振曲线的影响. 以上研究为建立基于参数共振的圆柱薄壳动力失稳的可靠性分析及基于参数共振可靠性的结构动力优化设计的奠定了理论基础.      

横向冲击作用下高桥墩的几何非线性动力稳定性

考虑大变形的影响,建立了高桥墩在横向冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了不同冲击荷载作用下不同柔度高桥墩的位移响应曲线以及其从产生横向振动到失稳的全过程,得到了横向冲击时高桥墩失稳的临界冲击荷载和失稳时刻;通过数值算例比较了三角形和矩形冲击荷载作用下高桥墩的荷载-位移响应曲线;分析了横向冲击力幅值、冲击区域大小、冲击持续时间、高桥墩柔度、桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界冲击荷载、失稳时刻的影响。结果表明:无论是在矩形还是三角形形式横向冲击作用下,随着冲击区域的增大高桥墩的振动幅值变大;桥面简化质量越大,高桥墩失稳的临界冲击载荷越小;柔度越大时,高桥墩失稳的临界冲击荷载幅值越小;对于矩形冲击,当冲击持续时间大于1s后,冲击持续时间的增加对高桥墩的稳定性无明显影响;对于三角形冲击荷载,随着冲击持续时间的增大高桥墩的振动幅值变大。     

扰动法在结构分枝失稳分析中的应用

对结构进行平衡路径的跟踪分析，是全面了解该结构的受力性能所必须进行的一项工作。目前的结构非线性稳定分析技术一般仅对极值点失稳型问题较为有效，而对分枝点失稳型问题则困难较多。对于具有缺陷敏感性的结构，如拱结构、壳体等，在普通荷载作用下，其失稳路径常包含分枝点。文献[1]提出并认为位移扰动法和力扰动法在分析结构分枝失稳时具有很好的效果。本文采用多个不同类型的算例，对扰动法在结构分枝失稳问题中的应用进行了分析比较，表明该方法具有较强的跟踪能力。最后，就扰动法在结构分枝失稳问题中的应用提出几点建议。     

地基水平运动时高桥墩的动力屈曲

考虑大变形的影响,建立了高桥墩在地震波冲击下引起的地基水平运动时的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程;得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度acr和失稳时刻。通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度、桥面质量大小对位移幅值响应、临界地震加速度、失稳时刻等参数的影响。算例表明当发生7.5级以上地震时,桥墩会有较大程度的破坏。     

基于模态缺陷的受压球壳屈曲特性研究

针对受压球壳非线性屈曲过程,对含初始缺陷受压球壳的稳定性进行研究。根据EN1993-1-6(2007)规范,给出不同制造等级壳体的等效缺陷值计算方法;基于线性特征值分析的模态构型给出初始缺陷的分布。利用非线性有限元弧长法对球壳受压失稳过程进行数值模拟,得到屈曲前后球壳变形情况及全过程载荷-位移曲线。计算一致缺陷模态法和N阶缺陷模态法对应的球壳屈曲临界载荷,结果表明,受压球壳对缺陷较敏感,承载能力随缺陷值增大而降低;一致缺陷模态法计算便捷,在工程应用上具有合理性,N阶缺陷模态法考虑高阶模态缺陷构型,结果更加全面,可以为工程中缺陷结构稳定性设计提供参考。     

非线性粘弹性板的失稳条件

研究了给定面内周期激励作用下简支各向同性均匀粘弹性板平衡失稀问题,板的材料特性由Leaderman非线性本构关系描述,将板的动力学方程进行（Galerkin截断得到简化数学模型为弱非线性系统,采用平均法得到系统的平均化方程,对平均化方程进行稳定性分析得到了板平衡失稳的解析条件,对原系统用数值仿真进行研究,数值结果表明,随着激励幅值的增加或粘弹性材料系数的减少,系统平衡点推失稳,激励幅值和粘弹性材料系数的临界值均与解析结果接近。     

基于模态缺陷的受压球壳屈曲特性研究

针对受压球壳非线性屈曲过程，对含初始缺陷受压球壳的稳定性进行研究。根据EN1993-1-6（2007）规范，给出不同制造等级壳体的等效缺陷值计算方法；基于线性特征值分析的模态构型给出初始缺陷的分布。利用非线性有限元弧长法对球壳受压失稳过程进行数值模拟，得到屈曲前后球壳变形情况及全过程载荷-位移曲线。计算一致缺陷模态法和N阶缺陷模态法对应的球壳屈曲临界载荷，结果表明，受压球壳对缺陷较敏感，承载能力随缺陷值增大而降低；一致缺陷模态法计算便捷，在工程应用上具有合理性，N阶缺陷模态法考虑高阶模态缺陷构型，结果更加全面，可以为工程中缺陷结构稳定性设计提供参考。     

基于弧长法的受压球壳稳定性分析

对受压球壳进行特征值屈曲分析,得到了前6阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷;采用弧长法进行非线性有限元分析,对理想球壳施加初始扰动,通过2次扰动值折半的方法求得引起结构屈曲的最小扰动值,追踪到了屈曲分支点和全过程载荷-位移路线。基于前6阶屈曲模态位移,在受压球壳中分别引入2.5mm和1mm两种缺陷值,分析缺陷对球壳屈曲特性的影响。结果表明:取壳厚的0.5%即0.05mm时,得最小扰动值,近似模型与完善结构极值载荷的差值为0.93%;球壳是缺陷敏感性结构,缺陷的幅值和分布都对其极限载荷有影响,缺陷幅值与厚度比为0.1时,缺陷球壳承载力相对理想结构下降了约11%,缺陷幅值与厚度比为0.25时,承载力相对下降了约30%,说明提高球壳稳定性需要提高球壳加工精度。     

求解预定位移水平的改进弧长法

为了在使用弧长法进行结构非线性分析时能够收敛到指定的位移,基于广义弧长的概念,对传统弧长法进行改进。改进后的方法不仅能够自动跟踪结构非线性平衡路径,同时能求得位于结构平衡路径的任意区段的任意预定位移时的受力状态。数值算例表明本文计算方法的精确度、效率以及可靠性较好。     

黏弹性板的大挠度蠕变屈曲

研究了具有初始小挠度受轴向压载黏弹性板的蠕变屈曲问题，在建立控制方程时，利用了von Karman非线性应变-位移关系，并考虑了初始挠度，用标准线性固体模型描述材料的黏弹性特性，在求解非线性积分方程时，利用梯形公式计算记忆积分式，将非线性积分方程化为非线性代数方程进行数值求解，得到了结构的蠕变变形过程，又将问题退化到小挠度情况进行研究，得到了挠度随时间扩展的解析解，分析了瞬时失稳临界载荷、持久临界载荷的物理意义，讨论了考虑几何非线性对黏弹性板蠕变屈曲的影响。     

Direct Extraction of Cohesive Fracture Properties from Digital Image Correlation: A Hybrid Inverse Technique

The accuracy of an adopted cohesive zone model (CZM) can affect the simulated fracture response significantly. The CZM has been usually obtained using global experimental response, e.g., load versus either crack opening displacement or load-line displacement. Apparently, deduction of a local material property from a global response does not provide full confidence of the adopted model. The difficulties are: (1) fundamentally, stress cannot be measured directly and the cohesive stress distribution is non-uniform; (2) accurate measurement of the full crack profile (crack opening displacement at every point) is experimentally difficult to obtain. An attractive feature of digital image correlation (DIC) is that it allows relatively accurate measurement of the whole displacement field on a flat surface. It has been utilized to measure the mode I traction-separation relation. A hybrid inverse method based on combined use of DIC and finite element method is used in this study to compute the cohesive properties of a ductile adhesive, Devcon Plastic Welder II, and a quasi-brittle plastic, G-10/FR4 Garolite. Fracture tests were conducted on single edge-notched beam specimens (SENB) under four-point bending. A full-field DIC algorithm was employed to compute the smooth and continuous displacement field, which is then used as input to a finite element model for inverse analysis through an optimization procedure. The unknown CZM is constructed using a flexible B-spline without any “a priori” assumption on the shape. The inversely computed CZMs for both materials yield consistent results. Finally, the computed CZMs are verified through fracture simulation, which shows good experimental agreement.     

基于数值模拟的混凝土系列有效断裂判据

基于ANSYS平台,对某系列混凝土断裂破坏试验的加载过程进行有限元数值模拟,获得了荷载-加力 点位移曲线.利用获得的曲线,在线性渐进叠加假定的基础上,确定了试件在失稳断裂时的临界有效裂缝长度.将模拟峰值荷载和临界有效裂缝长度代入由LEFM推导出的公式计算了考虑断裂过程区影响的有效断裂韧度.最后,通过对系列试验有效断裂韧...     

加筋材料的格形模型和统计数值方法

本文采用格形化方法和统计技术建立加筋复合材料有限元力学模型，使用自动选取载荷步长方法和非平衡迭代技术，对加筋复合材料的宏观等效模量和破坏全过程进行了数值模拟，分析了材料分布的非均匀程度，相对体积比和横截面加筋分布方式对加筋复合材料整体宏观等效模量和承载力的影响。     

Residual stiffness assessment of structurally failed reinforced concrete structure by dynamic testing and finite element model updating

When an under-reinforced concrete beam structure has been loaded to the point where reinforcing steel on the tension side has yielded, it is deemed to have structurally failed and the full load capacity and stiffness can no longer be developed. When unloaded from the point of failure, the residual stiffness of the structure is difficult to estimate. There is a need to establish the serviceability of the structure and ultimately establish the levels of further loading that can be sustained before total collapse. In this paper we present a method for assessing residual stiffness of such a “failed” reinforced concrete structure, through the application of dynamic testing and finite element (FE) model updating. In an experimental study, failed zones in a beam structure were simulated in a FE model. Through a procedure of sensitivity-based updating using the measured modal properties, the stiffness distribution along the failed beam structure was identified.     

THE APPLICATION OF VARIATIONAL MULTISCALE METHOD ON A ONE-DIMENSIONAL MECHANICAL MODEL

将变分多尺度方法应用于一维缆索模型,导出受力缆索的宏观有限元模型并求得细观位移解析解,总结出变分多尺度方法应用于具体模型的关键点和缺陷. 假定刚度为常值,数值模拟一定边界和受力下的缆索,得到宏观和细观位移. 将细观与宏观位移叠加,相比于精确位移得出：细观位移可视为常规有限元模型的后验误差. 变分多尺度方法在一维力学模型中的成功应用,推进了其实用性,为其在更多力学及工程问题中的运用和发展提供了参考.     

弯曲及拉伸荷载作用下的钢管抗压溃性能研究

钢管在海洋油气资源开发中应用广泛,一般依据在位应用时的荷载进行设计,设计理论较为成熟。但在某些安装工况中的拉伸和弯曲荷载与在位荷载具有相同的量级,此时钢管的设计需要考虑安装荷载的影响。本文针对钢管在承受拉伸和弯曲荷载下的抗外压压溃性能开展研究。基于商业软件ABAQUS建立有限元模型,开展钢管压溃实验与带有弯曲荷载下的钢管压溃实验验证有限元模型的正确性,进而利用验证后的数值模型讨论拉伸、弯曲荷载和两者联合作用下对管道抗外压压溃性能的影响。结果表明,弯曲荷载是影响抗压溃性能的重要因素,弯曲荷载的增加都会使极限压溃值显著下降。管道所受拉伸荷载对抗压溃性能有一定的影响,但影响很小,在两者共同作用下极限压溃值随弯曲荷载的增加都出现先增大后减小的现象,而且极值的位置与拉伸荷载的大小和弯曲荷载有关。因此,在抗压溃设计中应重点考虑弯曲荷载对压溃的影响,可忽略拉伸荷载的影响。本文可为海洋管道的安装起到指导作用。     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力研究

为了研究哑铃型钢管混凝土拱肋的力学性能,基于统一强度理论和等效梁柱法,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了其极限承载力的新公式。采用梁单元建立哑铃型钢管混凝土拱肋的有限元模型,对其受力全过程进行双重非线性分析。将理论分析结果和数值计算结果与相关文献的试验结果进行比较,吻合良好,验证了本文理论分析方法和有限元计算方法的正确性。采用有限元方法,对荷载工况、长细比、矢跨比、截面形式和腹腔混凝土等参数的影响特性进行分析,研究结果表明,荷载工况对哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力影响显著,荷载越对称、均匀,拱肋的极限承载力越高,竖向变形越小;拱肋的极限承载力随长细比的增大而显著降低,随矢跨比的增大先提高后略有降低;截面形式对拱肋的强度和刚度均有较大影响,而腹腔混凝土对其强度和刚度几乎没有影响。     

挖掘机工作载荷谱识别方法研究

为了快速准确地识别挖掘机等工程机械的工作载荷谱，基于时域内动应变响应与载荷的关系，提出一种新的工作载荷谱识别方法．首先，采集工作中的挖掘机结构上若干测点工作应变谱；其次建立有限元模型，通过有限元方法计算挖掘机在各种可能外载的单位载荷下的应变；最后，建立实测响应与数值模拟测点单位应变之间的关系，通过时间迭代求解结构响应与载荷间关系的线性方程组得到工作载荷谱．为说明方法的实用性和有效性，通过在结构上选择的7个基底测点的假设应变谱和数值模拟单位应变，获得挖掘机样机的工作载荷谱．文章最后讨论了在本文所提方法基础之上求解结构关键位置疲劳应力的方法．     

张拉结构非线性分析两节点曲线单元有限元法

提出适合张拉结构几何非线性分析的两节点曲线单元有限元方法．假定索元的初始形状呈二次抛物线,根据单索的平衡条件、几何和物理关系建立了索元的位移函数;由拉格朗日应变的定义建立了可以考虑任意次高阶位移影响的索元轴向应变的精确表达式,并基于拉格明日描述方法和虚功原理得到了索元的非线性平衡方程与切线刚度矩阵．采用荷载增量法与Newton－Raphson法相结合的混合法进行了实例计算,结果表明：本文方法的精度明显优于两节点直线索单元,适合于大跨度索阿、索穹顶等张拉结构的几何非线性分析．     

Investigation of displacement fields in an abrasive waterjet drilling process: Part 2. Numerical analysis

In this paper, the displacement fields associated with the abrasive waterjet (AWJ) drilling process were simulated using the finite element method. A threedimensional finite element model was established, and justifiable pressure loads were used in the numerical model to simulate the AWJ drilling process. It was assumed that the pressure load in the AWJ could be resolved into three components, such as impact jet pressure, shear and normal pressure. The effect of these three pressure loads and their magnitudes on the surface displacement were investigated as a function of the jet penetration depth through numerical modeling. Using the hybrid experimental-numerical stress analysis approach, the transient state of stress and strain associated with the notch crest of the jet-induced hole at the impingement zone of the target material during AWJ piercing can be modeled numerically. It was found that the shear contributed the most in shaping the displacement contour patterns and that the jet pressure did not play a dominant role in determining theu field displacement. The jet pressure and shear had the most effect on thev field displacement contour pattern. It was demonstrated that the principal stresses at the bottom of the cavity increase as the depth of the hole increases.