第十八届美国理论与应用力学大会总结

正1会议概况2018年6月5—9日,第18届美国理论与应用力学大会(18th U.S. National Congress of Theoretical and Applied Mechanics, USNCTAM2018)在美国芝加哥召开.本次大会由美国力学国家委员会和中国力学学会联合主办,旨在探讨和交流近四年世界范围内在理论和应用力学领域的基础研究、创新技术的最新进展,吸引了来自世界各地的近千名专家学者     

基于经验包络法的非线性系统参数识别

基于平均法导出了Van der Pol-Duffing类振子响应时程瞬时特性与系统参数间的函数关系,在此基础上提出一种高效的非线性系统参数识别方法。借助经验包络法EE（Empirical Envelope Method）求解了响应时程瞬时特性,验证了EE相对传统Hilbert变换HT（Hilbert Transform）方法在求解瞬时频率上的优势。通过数值算例验证了本文方法的识别精度。分析了信号长度、初始条件、采样频率和噪声比例四种因素对识别精度的影响。结果表明,线性参数识别精度不受上述因素影响,非线性刚度项系数识别精度受各因素影响较为明显;本文方法具有良好的抗噪声性能,即使系统响应受到10%的噪声污染,本文方法也具有很好的识别精度。     

结构-地基系统静-动力联合分析模型

以有限区域模拟无限区域的动力计算必须考虑边界上波的传播效应,应不使波在边界上发生反射再返回到计算域中,并且应考虑初始静力场对其动力反应的影响。因此,基于无限元的静、动力特性提出静-动力统一无限元,通过算例验证无限元静-动力统一人工边界在静-动力联合分析模型中的精度和稳定性。结果表明:无限元静-动力统一人工边界在静力、动力及静-动力联合分析模型中具有很高的精度和良好的稳定性,突破了传统动力人工边界不能兼顾静力效应的局限。     

改善平板风致静力的定常吸气方法

采用基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的数值方法研究了定常吸气方法对平板风致静力的影响。研究对象选为一处于均匀来流风场中的平板模型,在该平板靠近来流端设置定常吸气入口,通过改变定常吸气系数和吸气模式计算该平板模型的风致静力三分力,进而获取定常吸气对平板风致静力作用的影响。风场数值模拟采用RSM(Reynolds Stress Equation Model)湍流模型。计算结果表明,在定常吸气作用下平板的阻力系数显著降低,扭矩系数增大;平板迎风端面的压力随着吸气能量的增强而减小,背风端面的压力基本不变。数值结果表明:定常吸气可以有效地改善平板绕流边界层结构,降低风致阻力。     

基于流场定常化的桥梁颤振分析简化数值方法

基于数值方法实现快速有效地分析评价大跨桥梁颤振稳定性.针对强迫振动法识别颤振导数试验中的大跨桥梁二维节段模型.利用RNG κ-ε湍流模型并采用有限体积法求解桥梁模型绕流二维不可压缩流体Navier-Stokes方程.通过计算桥梁断面模型在周期运动中少数离散时刻的气动力,利用最小二乘法计算颤振导数,采用SCANLAN方法求解颤振临界风速,最终进行颤振稳定性分析.通过该方法计算出了丹麦Great Belt East桥和我国虎门大桥的颠振临界风速.计算结果与已有试验结果十分接近,进而验证了该数值方法的有效性和可靠性.     

四边固支矩形弹性薄板的精确解析解

利用辛几何方法本文推导出了四边固支矩形弹性薄板弯曲问题的精确解析解.由于在求解过程中不需要事先人为的选取挠度函数,而是从弹性薄板的基本方程出发,首先将矩形薄板弯曲问题表示成Hamilton正则方程,然后利用分离变量和本征函数展开的方法求出可以完全满足四边固支边界条件的精确解析解.本文中所采用的方法突破了传统的半逆法的限制,使得问题的求解更加合理化.文中还给出了计算实例来证明推导结果的正确性.     

弯梁斜跨拱桥合理恒载状态研究

弯梁桥和拱桥相互协作形成的弯梁斜跨拱桥,充分结合了弯梁桥的行车舒适性与拱桥易于布索的特点,大幅度提高了弯梁的跨越能力。本文首先综合斜拉桥索力调整和拱桥合理拱轴线设计方面的经验,研究弯梁斜跨拱桥合理恒载状态的实用设计方法;然后提出了约束松弛的二次规划算法和基于刚度矩阵减少重分析的策略,提高计算的收敛性和求解速度;最后经实桥分析指出设计中应注意的问题,为弯梁斜跨拱桥的应用提供依据。     

基于局部模态的约束子结构模型修正法

针对局部子结构为修正对象的情况提出了约束子结构修正法,实现只利用整体结构模态中对应子结构部分的模态即可以修正子结构模型.由脉冲响应结合特征系统实现法识别出子结构的低阶模态;结合识别的模态和整体结构理论模型的高阶模态构造整体结构对应子结构位置的柔度矩阵;利用柔度矩阵的物理意义,在子结构的边界上施加数值支座,把子结构从整体结构中隔离出来成为约束子结构,同时构造出约束子结构的柔度矩阵;利用灵敏度的方法根据构造出的约束子结构柔度矩阵,优化修正约束子结构,即间接等效地修正子结构模型.通过一个平面桁架结构验证了约束子结构模型修正法的可行性与有效性,即使在5%或10%的噪声影响下,仍能得到满意的修正结果.     

含冰率影响下冻结道砟集料的三点弯曲试验研究

寒区有砟轨道中碎石道床在低温冰冻条件下的力学性能与常温明显不同，道砟颗粒间的冻结强度是影响道床动力学特性的一个重要参数。为进一步探究级配碎石在冻结条件下的弯曲力学性能，设计并制备了不同含冰率的冻结碎石集料试样，通过开展室内低温三点弯曲试验，研究了含冰率对冻结试样加载力-挠度曲线及弯曲强度的影响，并分析了冻结试样的断裂行为及断裂耗能情况。试验结果表明，试样的弯曲断裂失效过程可以分为脆性断裂和峰后应变软化型断裂两部分，加载力-挠度全曲线在脆性断裂时出现明显加载力跌落现象，而在应变软化型断裂过程中曲线下降趋势平缓。含冰率的提高显著增大了试样的弯曲强度，含冰率与弯曲强度之间的关系可近似线性表示。高含冰率试样弯曲脆性断裂时试样中部下方可观察到明显的受拉裂纹，并沿着道砟接触面向上不断扩展。含冰率较低时，试样脆性断裂耗能略高于应变软化型断裂耗能，其耗能占总消耗能量的70%以上，试样以脆性断裂为主；随着含冰率增大，试样脆性断裂能占比急速下降，应变软化型断裂逐渐占主体且不容忽视。