结构可靠性分析的多平面组合近似方法研究

应用AFOSM法获得最大可能概率失效点和最大可能失效区域,对最大可能失效区域边界进行了近似界定.采用超单位超球坐标构造搜索方向,利用黄金分割法快速求得线性化点,提出一种新的多近似平面的构造方法,避免了构造近似平面的盲目性和无序性.针对多近似平面组成系统的特性,提出基于AFOSM的逐次等效主近似平面方法计算结构的失效概率.算例结果表明,本方法可行有效且效率高,是一种精度较高的结构可靠性近似分析方法.     

基于等效路径的爆破地震波衰减规律

针对露天矿山台阶爆破地形和地质条件的复杂性, 分析了地形对爆破地震波传播路径的影响, 提出了等效路径及等效距离两个概念。同时考虑岩石波阻抗和岩体的完整性系数及最大一段装药量与炸药的定容爆热等因素的影响, 构建了露天台阶爆破地震波地表质点振速峰值随等效距离衰减的表达式。通过矿山爆破震动监测检验, 发现用该公式预测地表质点振速峰值, 能够适应实际地形和地质条件的变化, 预测结果的准确性显著高于萨氏公式, 表明该公式较好地反映了质点振速峰值沿等效路径衰减的基本规律, 为台阶爆破地震波质点振速峰值预测提供了一种新方法。     

基于递推-变换方法计算圆柱面网络的等效电阻及复阻抗

获得任意电阻网络等效电阻的解析解一直是科学和数学上的难题.本文采用递推-变换方法研究了一类任意m×n阶圆柱面网络的等效电阻及复阻抗问题.首先采用网络分析建立递推矩阵方程模型;其次构造对角化矩阵变换方法以便获得矩阵的特征值和特征向量,从而获得矩阵方程的通解;再次采用网络分析建立边界条件约束方程模型,进而获得矩阵方程的特解;最后利用矩阵逆变换给出支路电流的解析解,从而获得任意m×n阶圆柱面网络轴线上等效电阻的解析解,所得结果由特征根构成及单求和表达.作为公式的应用,给出了任意半无限和无限情形时的数个新的等效电阻公式,在与其他文献结论的对比研究中得到了一个有趣的新的三角函数恒等式.研究了圆柱面RLC网络的等效复阻抗问题,给出了精确的等效复阻抗公式.     

基于等效弹性模量的微裂纹-超声波非线性作用多阶段模型

提出了一种基于等效弹性模量的微裂纹-超声波非线性作用多阶段模型.该模型将微裂纹微观层面的界面几何特征和宏观层面的界面相对运动统一为介观单元弹性模量的变化,利用等效弹性模量表征损伤区域的"应力-应变",然后利用分段函数来描述微裂纹-超声波非线性相互作用,最后通过有限元仿真对波动方程进行求解,验证了模型的有效性,获得了超声波在经过微裂纹后传播的非线性波动规律.仿真结果表明本文提出的模型相比于双线性刚度模型、接触面模型,能更好地体现一个谐波周期内超声波经过微裂纹损伤区域时波形会发生畸变.同时,仿真实验还分析了裂纹倾角、裂纹长度和超声波激励幅值对超声波经过微裂纹后产生的二次和三次谐波的幅值的影响.最后,对比分析了该模型的仿真计算结果与实验测试结果,表明本文提出的多阶段模型与实验测试均能较好地体现微裂纹-超声波非线性作用产生的二次谐波信号,且结果基本一致,验证了模型的有效性.该模型为开展超声波非线性效应定量检测微裂纹提供了一种新的仿真手段.     

脉冲载荷下加筋圆板的各向同性快速等效方法

加筋板在爆炸与冲击防护中应用广泛,而其动力响应的快速求解一直是工程中关注的重点。对于径向均匀加筋的圆板,基于刚度叠加思想,提出了一种将其等效为各向同性平板的方法,用于分析其在脉冲载荷下弹性阶段的动力响应。结合理论推导与数值方法,显式地给出了简洁的等效平板厚度公式。经验证,提出的等效方法建立了加筋圆板与均质圆板间的内在联系,适用于多种加筋尺寸、材料及载荷形式。等效圆板与加筋圆板的最大挠度偏差不超过6%,低阶振动频率偏差不超过10%。相比于直接对加筋圆板进行计算,等效分析方法大大提高了求解效率,且保证了很高的计算精度,在冲击响应预测和结构优化等工程应用中具有重要意义。     

双金属复合管的静动态力学特性

对双金属复合管单位长度质量的等效截面抗弯曲、抗拉压、抗扭刚度进行了推导。分析了钢-铜、钢-铝双层、铜-钢-铜三层双金属复合管在不同结构和尺寸组合时,其各等效截面刚度与同规格单金属管各截面刚度之比随内层管与总管壁厚之比n的变化规律。获得了最优刚度性能的复合管最佳结构与尺寸组合,能节约贵金属材料。采用等效截面抗弯曲刚度、等效截面抗拉压刚度、等效质量法,推导出双金属复合管弯曲振动和轴向振动固有频率的计算模型;采用等效截面抗扭刚度、等效质量并结合等效转动惯量法,推导出其扭转振动固有频率计算模型。复合管前三阶固有频率的计算值与有限元值相比,最大误差为2.35%;与实测值相比,最大误差为3.15%。研究结果表明:内铝、外钢复合管在抗弯、抗扭方面(n=0.63时)存在最优结构。     

Lie Reduction and Conditional Symmetries of Some Variable Coefficient Nonlinear Wave Equations＊

Lie symmetry reduction of some truly ＂variable coefficient＂ wave equations which are singled out from a class of （1 ＋ 1）-dimensional variable coefficient nonlinear wave equations with respect to one and two-dimensional algebras is carried out. Some classes of exact solutions of the investigated equations are found by means of both the reductions and some modern techniques such as additional equivalent transformations and hidden symmetries and so on. Conditional symmetries are also discussed.     

电容提取的新摄动方程及小波边界元解法

提出一种解决含高电容率介质结构电容提取问题的新摄动方程,使计算时间减少一半.建立新摄动方程的快速小波Galerkin边界元解法.算例证明新摄动方程精度高且受介质电容率影响小;用小波Galerkin边界元求解的效率高,时间和内存消耗达到最优O(N)(N为未知量数目).     

考虑粒子分布特征的复合材料细观力学方法

研究了颗粒增强复合材料中颗粒增强体粒径分布对复合材料力学性能的影响,利用分形思想将增强粒子的概率分布特征考虑进来,对已有的复合材料细观力学等效夹杂方法进行修正,建立了一个考虑粒子统计分布的细观等效力方法.以混凝土为例,分析了颗粒增强体体积含量、夹杂与基体的模量比和分形结构的分辨率对复合材料力学性能的影响.结果表明,这种新方法能够适用于分析颗粒增强复合材料的细观结构对力学性能的影响.     

基于自适应网格的材料渗透系数设计

采用基于单元(结点)密度为设计变量进行结构和材料的拓扑优化设计时,有限元网格的密度对优化设计有很大影响. 在以渗透系数为目标进行材料微结构设计时,为了较好地描述单胞中的流固边界,需要将单胞划分为很小的网格,进一步增加了有限元计算和优化分析的规模. 为了降低计算规模, 研究了基于自适应网格的逆均匀化方法,以最大化各向同性等效渗透系数为目标,进行材料微结构设计. 优化迭代过程中,对单胞中流固界面处的网格进行自适应加密,降低优化问题的计算规模. 采用这一算法,对不同初始密度分布得到的单胞优化结果虽然不同,但具有相同的材料微结构,一定程度上说明了该方法的有效性.