近十年来岩石(工程)强度理论的发展

判断材料或工程结构物的组成体在荷载所产生的应力作用下是否具有足够的强度或抗变形能力,这是强度理论的主要任务.古典的力学强度理论,由于其所依据的是一些简单试验的结果和某些简化的假定,往往使得它们的应用具有某些局限性.现代测试技术的巨大进步,特别是关于材料破坏机理所作的大量试验研究工作,使得人们对材料破坏状态的认识进一步深化,深感过去那些单独考虑变形和应力或应力的组合而建立的强度条件具有太多的不充分性和局限性,于是提出了一些描述破坏的新观点,这些工作丰富和发展了传统的力学强度理论.这些理论的崭新的观点,广阔的探索领域以及良好的实践效果吸引着许多人的兴趣.本文的目的即是从工程应用的角度,对岩石强度理论的新发展作概括性的评述.     

基于模糊事件概率理论的模糊可靠性分析通用方法

讨论了从已知的模糊信息的隶属函数，确定模糊失效事件的隶属函数的方法，以便能利用模糊事件概率理论进行模糊可靠性分析，给出模糊可靠性分析通用而统一的方法；并给出了强度为几种常用模糊分布时，所确定的模糊失效事件的隶属函数的具体表达式，分析了模糊失效事件的隶属函数的曲线特性。由于获得的模糊失效事件的隶属函数的形式比较复杂，用模糊事件概率理论进行模糊可靠性分析时，不可能得到计算模糊失效事件概率的解析式，因此通过仿真所确定的模糊失效事件的隶属函数的数学期望的方法，估计模糊失效事件的发生概率。本文讨论的通过确定模糊事件的隶属函数，用模糊事件概率理论进行模糊可靠性分析的方法具有普遍意义。     

任意截面的弯曲进气道内流场的近似计算

本文应用摄动法给出了任意截面的弯曲进气道内流场的近似计算方法.进气道内的气体假设是可压缩的无粘性有势流动.进气道的轴线假设是任意的平面曲线,而且截面的形状也可以是任意的.同时还要求进气道的几何形状是细长的,即横截面方向的尺度要比其轴线的曲率半径小得多,而且截面积的大小及形状沿轴线方向的变化是缓慢的.近似解的结果表明,截面积形心处的轴向速度等于按一元流关系算出的值,而非形心处的轴向速度则和该点至轴线曲率中心处的距离成反比.横截面上的速度分量可分解为代表截面积的大小变化和形状变化的两部分,其中代表面积大小变化部分的速度分量由文中的简单公式给出,求形状变化部分的速度分量相当于求解一个平面调和函数的Neumann边值问题.     

用能量最大准则确定VITA法的平均周期

引入了子波变换的方法来确定检测壁湍流猝发事件的VITA法的短时间平均周期T。为了确定VITA法的短时间平均周期T,用子波变换对热膜测速仪测量得到的湍流边界层近壁区域的流向脉动速度的时间序列进行了分解,分解在时域和频域同时进行,根据每一个尺度的子波系数的模的平方在时域的积分得到壁湍流每一个尺度的脉动动能随尺度的分布,用能量最大准则确定与壁湍流猝发事件的时间尺度对应的能量最大的尺度,该尺度也就是VITA法的短时间平均周期T。     

应用于弹性问题的重心坐标有限元法

通过几何的方法构造了在任意多边形上的具有重心型格式的平均值插值函数,并利用Galerkin法提出了应用于弹性问题的重心坐标有限元法.重心坐标有限元法的插值函数在多边形单元间是协调的,能够方便的施加本质边界条件.重心坐标有限元法的插值函数对于不同边数的多边形单元具有统一的表达形式,编程实现简便易行,能够方便的应用于复杂几何区域的求解.通过重心坐标有限元法分别进行了小片试验、悬臂梁和复合材料的有效模量的数值模拟.小片试验的计算精度达到了机器精度;悬臂梁的计算结果与解析解的吻合程度较高;复合材料的有效模量的数值模拟结果与传统有限元和解析解吻合得较好,变化趋势合理.     

基于拓扑优化的均匀磁场励磁结构设计方法

在一定限度的空间内设计励磁结构以使在所需要的区域内产生足够强度和均匀度的磁场,是实现重要的医学诊断设备设计的关键。本文基于拓扑优化方法,建立了能够产生均匀磁场的核磁共振成像仪器中超导励磁线圈空间排布形式的优化设计方法。以励磁线圈在给定区域内的分布参数为设计变量,以在所需区域内磁场的均方差为均匀性描述指标,建立了包含线圈体积和磁场强度要求的均匀磁场设计优化问题的数学模型。基于所建立的优化模型,给出了具体的均匀磁场的励磁结构设计方案。该设计方案的仿真分析,验证了磁场的均匀性以及所建立的方法的有效性。     

根据爆轰产物的微观描述预估凝聚炸药的爆轰压力

40年代以来,从凝聚炸药的化学成分和密度直接计算它的爆轰性质有几种不同的方法,它们的共同点都是采用稳定流动的守恒定律和在爆轰的不连续面上的CJ条件,不同点在于对爆轰产物这样的非常稠密的气体和固体的混合物用什么样的状态方程来描述,本文综述几种状态方程的特点和它们所预估的爆轰压力值之间的差异。     

PTFE基复合材料磨损机理的研究

通过用几种无机物及不同硬度的金属网填充的聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料的磨损性能研究,认为填料减磨的主要机理是由其在摩擦界面上支承载荷的结果。对金属对偶表面上转移膜的俄歇(AES)深度剖析表明,不锈钢丝网填充PTFE基复合材料形成的转移膜的厚度要比用铜网填充的复合材料形成的薄得多。用不锈钢网和无机物共同填充的复合材料的磨损比纯无机物填充的复合材料的低得多。还根据电子显微镜观察结果对磨屑的形成过程进行了探讨。     

马尔可夫链在冗余系统可靠度求解中的应用

求解了单支光纤陀螺失效率取不同值时系统可靠度随时间的变化曲线,并分析了冗余系统可靠度曲线的意义,为光纤陀螺惯性测量冗余系统的可靠性研究提供了重要的信息,并为冗余系统的费效比计算提供了可信的依据。对组成系统的器件进行冗余是提高系统可靠性的一种常用方法,定量研究复杂冗余系统的冗余关系和求解系统的可靠度是极其困难的,马尔可夫模型是一种有效的方法。分析和确定了一个复杂的光纤陀螺惯性测量冗余系统的冗余关系,介绍了马尔可夫模型的基本原理,讨论了冗余系统应用马尔可夫模型的条件,应用马尔可夫模型建立了冗余系统的状态转移图和状态转移矩阵,最后给出了冗余系统可靠度的解析表达式,定量求解了冗余系统的可靠度。     

90年代的复合材料

复合材料有两种本质上不同的类型。①为得到独特的综合性能(通常为力学性能)而制造的复合材料;②为易于制造而形成的复合材料.①的原型是纤维复合材料或层合复合材料.本文将综述可得到的性能,讨论组分的尺寸所引起的有趣效应,其中值得注意的是裂纹止裂和薄膜效应.②的例子是聚合物-聚合物复合材料以及形成陶瓷和高强金属的某些工艺.①和②的共同的例子是控制了热导率的复合材料.     

大型桩基础动力特性及地震反应分析

本文针对大型桩基础的地震反应问题,以上海“东方明珠”广播电视塔桩基础为工程背景,采用梁单元模拟桩的运动,用8节点块体单元对土体进行离散,通过凝聚法消去桩（梁）节点的转动自由度,建立了“东方明珠”电视塔中央部位桩基础的三维有限元分析模型,对桩基础的动力特性进行了计算与分析。在此基础上,以文献[1]根据地震危险性分析和土层反应分析后获得的桩尖处加速度时程作为输入,对桩基础的动力反应进行时程分析,探讨了桩－土动力相互作用和上部结构等因素对地震地面运动和桩承台反应的影响,得到了一些有应用价值的结果。     

黑龙江电视塔设计中的温度效应研究

本文通过对高寒地区建筑结构的调查研究,提出了多功能钢结构电视塔中温度效应较为显著的几个方面的问题。同时结合筹建中的黑龙江电视塔,通过计算就温度效应对钢塔的影响作一定性分析,得出一系列结论和建议供参考。     

三种典型子午线型大型冷却塔风致响应分析

为研究大型双曲冷却塔不同子午线型对其在风荷载作用下强度和稳定的影响,根据某实际工程建立有限元模型,分析了不同子午线型对冷却塔动力特性的影响,比较了规范静风载荷作用下不同线型冷却塔塔筒和支柱风致响应的差异,探讨了线型变化对冷却塔稳定性的影响.结果表明:子午线型的优化在冷却塔结构设计中是十分必要的, "矮胖"型冷却塔基频更高,但其抗风承载性能和稳定性比"高瘦"型塔弱,风致内力和位移响应也较大.     

砖石古塔模型振动台试验的离散元模拟分析

砖石古塔块体间黏结强度较低,受地震作用易产生裂缝后发生破坏,为研究砖石古塔在地震作用下开裂及裂缝发展机制,以玄奘塔1/8缩尺模型结构为对象,建立离散元模型,计算了地震波激励下结构的加速度及位移反应,与振动台试验结果进行对比,分析了塔体开裂破坏全过程。结果表明,数值计算所得结构的加速度及位移反应与振动台试验结果一致,当地震烈度较低时,两者顶层位移变化曲线基本一致;烈度提高后,塔体开裂导致结构动力响应的计算值与试验结果出现差异,但两者的变化规律相同。在地震波激励下,塔体首层先开裂,随地震烈度的提高延伸至中部塔层,块体第2层出现阶梯状错动,模型损伤过程与试验裂缝发展状况基本吻合。研究结果为砖石古塔地震损伤及破坏过程分析提供了参考。     

天津电视塔塔楼风作用风洞模拟实验

通过风洞实验,给出了天津电视塔塔楼表面的平均风压系数、脉动风压系数分布及风压系数变化范围,同时给出了塔楼空气调节系统进排风口附近的环境风压,包括无进排风状态和有进排风状态,还对排风均压室结构的改变对环境的影响进行了试验.     

基于BP神经网络的风电机组钢混组合式塔架结构频率预测

风电机组塔架结构固有频率设计是风力发电结构体系设计的基础。针对风电机组新型钢混组合式塔架（“混塔”）结构固有频率传统理论计算和有限元法计算的不足,提出了基于BP神经网络算法进行频率预测的新方法。首先,利用有限元计算和分析,确定了训练模型的特征量和标签;然后,利用32个有限元计算样本,基于BP神经网络算法训练了可用于混塔结构频率分析的模型。经验证,该方法对混塔的一阶频率预测误差仅约为0.1%,具有很高的准确性;利用不同的样本集训练的模型也能快速准确预测混塔一阶频率,说明算法具有高度的稳定性;该方法还可用于预测混塔的多阶频率,结果仍显示出高度的准确性。此外,与基于有限元的频率计算相比,该方法具有突出的计算效率。整体上,本文提出的基于BP神经网络的混塔结构固有频率预测新方法,具有高度的可行性、精准性和高效性,可为风力发电机组塔架结构体系设计提供重要的指导。     

Elastic cables–rigid body coupled dynamics: asymptotic modeling and analysis

An elastic cables–rigid body coupled model is proposed for investigating dynamic interactions between cables’ nonlinear transversal vibrations and boundary tower’s torsional dynamics, arising in large transmission line–tower systems and suspended cable–bridge tower systems. By introducing a weak torsion assumption and a large moment of inertia for the tower, an asymptotic expansion of cables–tower coupled dynamics is conducted in a weakly nonlinear framework, and a cables–tower reduced coupled model is eventually established. After model’s validations using direct numerical simulations, two distinct kinds of coupled dynamics are fully investigated. The first is that an external torque is applied to the tower and the two cables would both be indirectly excited, asymmetrically, by the torsional/oscillating tower. The two cables’ responses are the same in this case. The second is that only one of the two cables, i.e., the leader cable, is directly excited, and the other cable, i.e., the follower one, is only indirectly excited through cables–tower dynamic interactions. In such kind of leader–follower dynamics, the leader cable is quite different from the follower one. Nonlinear coupled frequency response diagrams for both systems are constructed using numerical continuation algorithms, mainly focused on the coupled steady solutions’ stabilities and bifurcations. Furthermore, the dynamic effects of tower’s moment of inertia, wing span and damping are thoroughly investigated.

     

台风过境下大型单桩式海上风机结构动力特性研究

风机大型化是我国海上风电技术发展的重要方向. 东南沿海是我国海上风电发展的重要基地, 这一区域频繁发生的台风对海上风机的影响不可忽略. 台风风场与常规大风风场有不同的湍流特性, 同时台风期间较高的风速会引起巨大的台风浪. 本文考虑台风经过期间独特的风场及波浪场, 开展风浪联合作用对大型单桩海上风机影响的研究. 基于DTU 10 MW大型单桩风机, 运用一体化分析软件SIMA建立风浪联合作用下大型单桩风机的耦合数值模型, 研究台风经过不同阶段大型风力机的动力响应特性. 计算结果显示, 叶片变桨能有效降低台风经过时风机叶片所受风载荷, 变桨状态下单桩风机所受风载荷主要来源于塔筒. 在台风经过的不同阶段, 大型单桩海上风机结构表现出不同的动力特性. 台风全过程塔筒运动均受波浪激发一阶频率控制, 塔基上方结构动力载荷以惯性载荷为主, FOVS至FEWS阶段及BOVS阶段至BEWS阶段塔筒运动一阶频率处响应能量增长较小, 响应能量向低频及波频转移. 塔基下方泥面线处剪力响应受波频控制, 弯矩响应受一阶频率控制.      

钢结构电视塔的MTMD风振控制研究及设计

在风荷载作用下，ＭＴＭＤ（ＭｕｔｉｐｌｅＴｕｎｅｄＭａｓＤａｍｐｅｒｓ）能有效地控制结构的风振反应，本文考察了ＭＴＭＤ的基本动力特性及其主要参数变化对风振控制效果的影响。数值分析表明，ＭＴＭＤ在控制结构反应有效性和稳定性方面均好于经优化设计的ＳＴＭＤ（ＳｉｎｇｅＴｕｎｅｄＭａｓｓＤａｍｐｅｒ）。最后，以洛阳电视塔为工程背景，阐述了ＭＴＭＤ的设计方法。     

Dynamic analysis of wind turbine tower structures in complex ocean environment

Studying and analyzing the dynamic behavior of offshore wind turbines are of great importance to ensure the safety and improve the efficiency of such expensive equipments. In this work, a tapered beam model is proposed to investigate the dynamic response of an offshore wind turbine tower on the monopile foundation assembled with rotating blades in the complex ocean environment. Several environment factors like wind,wave, current, and soil resistance are taken into account. The proposed model is analytically solved with the Galerkin method. Based on the numerical results, the effects of various structure parameters including the taper angle, the height and thickness of the tower, the depth, and the diameter and the cement filler of the monopile on the fundamental natural frequency of the wind turbine tower system are investigated in detail. It is found that the fundamental natural frequency decreases with the increase in the taper angle and the height and thickness of the tower, and increases with the increase in the diameter of the monopile. Moreover, filling cement into the monopile can effectively improve the fundamental natural frequency of the wind turbine tower system, but there is a critical value of the amount of cement maximizing the property of the monopile. This research may be helpful in the design and safety evaluation of offshore wind turbines.