考虑参数分布特征的隧道围岩稳定失效概率计算

基于围岩变形破坏原理,建立了围岩稳定极限状态方程的普遍形式,研究了响应面方法求解该方程的过程,得出经典响应面方法仅仅适用于围岩物理力学参数随机分布曲线偏度系数为零的情况。针对围岩物理力学参数统计分布曲线的复杂性,利用统计矩参数对随机变量分布曲线形态特征的控制作用,提出了抽样样本修正方法和具体计算公式,归纳了修正后响应面算法的运行程序。以某公路隧道为例,分别采用经典算法和修正后算法计算了围岩稳定可靠度,然后与蒙特卡洛模拟结果进行了对照,经典方法计算结果与准精确解的绝对误差为1.017%,修正方法的计算结果与准精确解的绝对误差为0.388%。     

涡轮冷却叶片气动与传热设计优化

提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将多目标优化问题转化为单目标函数进行优化,以总压损失、叶片最高温度和平均温度最小为优化目标进行了自动优化,改善了叶片性能。     

一种改进的模型缩聚方法

提出了一种改进的模型缩聚方法．针对Guyan法缩聚技术的不足之处作出改进,推导了相关公式．以平面桁架结构为算例,比较了改进方法与Guyan方法的模态计算结果．结果表明,改进的方法比Guyan 方法提高了精度．     

近场动力学与有限元的混合建模方法

综述了近场动力学与有限元混合建模方法的研究进展,阐明了各种混合建模方法的基本原理与特点,并重点介绍本课题组在近场动力学与有限元方法混合建模方面的研究工作。现有近场动力学与有限元混合建模方法包括位移协调约束、力耦合、混合函数方法以及子模型方法等,除子模型方法外,都可归结为并行式多尺度分析方法,其基本思想是将计算结构划分为近场动力学子域、有限元子域以及两者的交界区域(或重叠区域、或界面单元、或过渡区域)。子模型方法可归结为显-显分析方法,先采用显式有限元进行整体分析,后采用近场动力学方法对重点区域进行分析。混合建模方法需要着重提高交界区域的计算精度,并且消除虚假力和虚假应力波问题。提出了通过力耦合的近场动力学与有限元混合建模的隐式分析方法,该方法不再设置重叠区,通过杆单元连接近场动力学子域与有限元子域,其中界面上的有限元结点不仅与其所在单元的其他结点发生作用,还通过杆单元与以其为圆心、一定半径的圆域内的其他物质点相互作用。研究表明,本文提出的混合模型和求解方法既能有效解决裂纹扩展等不连续问题,又可提高计算效率,为工程结构破坏问题的计算分析提供一种有效方法。     

杆系结构极限分析的惩罚线性规划法

本文较详细地介绍了惩罚线性规划的数学原理,建立了确定杆系结构的极限载荷与载荷的最佳分布的数学模型。根据以上原理与模型对桁架、刚架与扳架作了实例计算。计算结果与使用其它方法之结果完全一致。本文介绍的方法具有计算数据准备工作简单,计算时间较少等优点,为杆系结构极限分析提供了一个有效的方法。     

旋转壳的数值传递函数方法

应用数值传递函数方法建立一种用于分析旋转壳静力、动力响应的截锥壳单元,在本方法中,单元的位移在环向展开为Fourier级数的形式,应用薄壳理论可以得到解耦的微分方程,通过Laplace变换可以将方程转化为频域内的常微分方程,将其表示为状态空间形式后,可以应用数值传递函数方法求解,对复杂的系统可以应用与有限元类似的方法,划分多个单元组合求解,文中给出了几种旋转壳的动力、静力问题的数值算例,并与其它方法进行了比较,表明本文方法具有精度高,计算方便等特点。     

桁架结构拓扑优化设计的线性规划方法

本文提出了一种新的桁架结构拓扑优化设计方法,在该方法中,以杆件内力为设计变量,以由结构力学的基本方程构成的位移、应力等物理量为约束,构成了拓扑优化的线性规划模型。它克服了目前桁架结构拓扑优化的两大困难——预定设计位移场与在拓扑优化过程中无法考虑位移、应力等性态约束。文章最后给出了两个考题,说明了本方法的可行性与有效性。     

NONLINEAR LARGE DEFORMATION BENDING PROPERTIES OF THE TRACHEA1)

研究了人工气管和生物气管拉伸和弯曲的力学性能及仿真方法。根据气管拉伸实验数据,拟合建立了人工气管的线弹性和生物气管的非线性幂函数本构模型,其与实验的最大误差为18.8%。根据非线性弯曲理论,建立了气管大变形的弯曲变形方程,并得到了其解析解,计算的弯曲载荷与实验的最大误差为8.7%。基于显式有限元法提出了气管弯曲变形的有限元仿真方法,犬气管的弯曲角度的有限元计算结果与实验的误差为3%。     

复杂机构的控制与结构同步优化设计

本文研究了非线性机构控制与结构同步优化设计问题。提出了一种复杂系统敏度分析的数值求解方法,该方法首先通过滑模控制器将非线性动力学方程化简为一个线性微分方程;然后,利用Newmark积分法,获得系统对设计变量敏度的数值解;最后,以Stewart平台为例,介绍了该方法的应用过程。数值结果说明了方法的有效性。     

光纤力学性能的试验研究

埋入式光纤传感器中,光纤与复合材料之间的相互作用会影响整个结构的力学性能。根据材料表界面学知识,光纤埋入复合材料中,与复合材料结构形成界面,该界面对复合材料的性能产生影响,因此光纤与复合材料之间形成的界面强度的研究意义重大。为了从本质上研究光纤埋入复合材料后对复合材料结构产生的影响,可采用单丝模型法等微观力学方法对光纤与复合材料之间形成界面的强度进行研究。根据理论,界面的剪切强度与光纤自身的拉伸强度有关,因此首先需要对光纤的力学性能进行研究。研究时探讨了两种试验方法,第一种为将光纤两端埋入环氧树脂槽的方法,采用此试验方法可得到光纤的弹性模量约为15GPa,第二种为缠绕的方法。并自制了小型拉伸试验机,在此试验机上进行大量拉伸试验,得到光纤拉伸强度为4.07GPa。     

力学研究中"大数据"的启示、应用与挑战

大数据在全世界发展迅猛, 应用成效显著.大数据独特的思维和方法, 为科学研究与探索提供了全新的范式.力学研究中,高时空分辨率、多参数同步观测与高精度、大规模模拟手段的发展,为力学大数据的发展提供了契机,大数据、机器智能方法的应用正呈现快速上升趋势.本文旨在分析大数据思维方法在力学研究中的应用, 及其启示与挑战.首先从大数据资源、大数据科学及大数据技术3个层面分析了大数据的内涵及研究态势,概括了国内外政府及组织机构的大数据发展规划.而后对比分析了力学思维方法与大数据思维方法的特点,指出两者的本质区别在于数据使用方式的不同而带来的范式差异:大数据采用数据驱动模型替代力学中的偏微分方程组以描述问题,在复杂系统的分析、预测中优势显著.回顾了大数据方法在材料性能预测、材料本构建模、湍流建模、结构健康监测及试验力学等方面的最新研究进展,以及动态数据驱动与数字孪生等大数据驱动的建模模拟新范式.总结了大数据在力学研究中应用的3种方式, 即驱动已有模型改进,挖掘复杂隐含的规律, 以及替代已有的理论方法等. 最后,建议以力学研究为主体和牵引, 大数据与力学双驱动,推动大数据与力学交叉形成理论与方法突破、及学科发展新方向.      

气管的非线性弯曲力学性能研究

研究了人工气管和生物气管拉伸和弯曲的力学性能及仿真方法。根据气管拉伸实验数据,拟合建立了人工气管的线弹性和生物气管的非线性幂函数本构模型,其与实验的最大误差为18.8%。根据非线性弯曲理论,建立了气管大变形的弯曲变形方程,并得到了其解析解,计算的弯曲载荷与实验的最大误差为8.7%。基于显式有限元法提出了气管弯曲变形的有限元仿真方法,犬气管的弯曲角度的有限元计算结果与实验的误差为3%。     

区域稳定性的神经网络分区评价

以黄河黑山峡河段区域稳定性研究为例 ,本文系统地提出了区域稳定性的神经网络分区评价的程序与方法。结果表明 ,这一评价方法比其他方法更简洁 ,也更准确     

双周期圆截面纤维复合材料平面问题的解析法

结合双准周期Riemann边值问题理论与Eshelby等效夹杂原理，为双周期圆截面纤维复合材 料平面问题发展了一个实用有效的解析方法，获得了问题的全场级数解并与有限元结果进行 了比较. 该方法为非均匀材料的力学性质分析和复合材料等新材料的微结构设计提供了 一个有效的计算工具，也可用来评估有限元等数值与近似方法的精度.     

弹性力学的复变量无网格流形方法

为克服无网格流形方法配点过多、计算速度慢、容易形成病态方程组等缺点,将复变量移动最小二乘法与无网格流形方法相结合,提出了弹性力学的复变量无网格流形方法。分别采用线性基本与二次基进行计算,并与无网格流形方法相比。研究表明该方法计算量小、精度高。     

基于变转速条件下内燃机油抗磨试验方法研究

通过对内燃机油工作环境和润滑状态的研究,提出变转速试验方法来评定内燃机油的抗磨性能.该方法以四球机为试验平台,以Stribeck曲线和椭圆接触理论为依据,通过试验转速的改变来匹配不同的油膜厚度,从而在测试过程中模拟发动机的润滑状态.对11种油品的抗磨性能进行了测试,考察了变转速试验方法的相关性、重复性、区分性,并与标准方法SH/T 0189进行了比较.结果表明:变转速试验方法与SH/T 0189方法显著相关,其重复性及区分能力优于SH/T 0189方法,可用于内燃机油抗磨性能研究.     

材料破坏过程可视化实验教学方法研究

基于数字图像相关技术,提出材料破坏过程可视化的实验教学方法,并以混凝土材料为例,介绍该方法在劈拉与单轴压缩实验中的应用及其效果。通过监测混凝土劈拉与压缩破坏过程,分析了该材料破坏模式,揭示了混凝土材料劈拉与压缩破坏机理。应用数字图像相关方法获得试件表面应变场分布,验证了材料破坏机理,并提出适用的破坏强度理论。     

湿热环境下FRP加固RC构件耐久性实验方法研究

现有的耐久性实验方法没有体现环境与载荷的耦合作用,这与桥梁结构等主要承载构件的服役条件差异较大,会导致实验结果与实际构件的耐久性有较大的出入。为了能较真实地模拟桥梁的主要承载构件的服役状况,本文以在亚热带湿热环境下服役的钢筋混凝土(RC)桥梁为对象,探讨温度和湿度的周期变化规律、以及桥梁的活载(车辆载荷)的统计特性。初步提出了服役环境与载荷耦合作用的仿真及实验方法,构筑和集成了实验系统,为湿热环境与车辆荷载(随机载荷)耦合作用下构件的耐久性研究提供了初步的实验方法和平台。     

双向张弦梁找形的有限元法

根据双向张弦梁上弦压力和下弦拉力在节点产生的竖向分力与撑杆高度之间的关系推导了单元刚度矩阵,根据外荷载与上弦和下弦在节点产生的竖向分力相等的原则建立了以撑杆高度为未知数的双向张弦梁找形的线性有限元列式并编制了有限元程序,给出了张弦梁计算时下弦拉索初应变确定方法和张拉控制方法;通过对平屋顶和曲面屋顶双向张弦梁2个算例找形计算和受力分析验证了找形方法的正确性以及撑杆高度与屋面形状的无关性,本文给出的计算方法将撑杆高度作为未知量,考虑了上弦为曲面时拱的作用,计算方便、结果准确.     

THE VISUAL EXPERIMENTAL TEACHING METHOD FOR MATERIAL FAILURE1)

基于数字图像相关技术,提出材料破坏过程可视化的实验教学方法,并以混凝土材料为例,介绍该方法在劈拉与单轴压缩实验中的应用及其效果。通过监测混凝土劈拉与压缩破坏过程,分析了该材料破坏模式,揭示了混凝土材料劈拉与压缩破坏机理。应用数字图像相关方法获得试件表面应变场分布,验证了材料破坏机理,并提出适用的破坏强度理论。