基于Hilbert-Huang变换理论的结构振动主动变刚度频率控制

在主动变刚度(AVS)控制策略的基础上,提出一种新的结构振动控制主动变刚度频率控制算法。首先利用Hilbert-Huang变换理论将地震信号分解为有限数量的固有模态函数(IMF),再对这些IMF求解瞬时频率,进而获得信号的时频谱。由地震信号的瞬时频率与结构固有频率构造AVS控制切换准则,当两者频率接近时,AVS装置改变结构的刚度以抑制地震激励下的结构响应。选取两个建筑结构的Benchmark模型作为算例给出仿真分析,结果表明该方法能有效地控制受控结构的地震响应。     

一种确定均匀动脉壁面切应力的非线性方法

从Ling和Atabek提出的``局部流'理论出发，提出一种利用测量血液黏度、管轴上 的血流速度、压力和管径波形计算均匀动脉管壁切应力的非线性方法. 将这种方法与柳兆荣 等提出的利用测量血液黏度、管轴上的血流速度和平均管径计算切应力的线性方法比较，结 果表明，当管壁脉动幅度较小时，两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别较 小；而当管壁脉动幅度增大时，两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别增大. 对于小幅脉动均匀动脉，用线性方法计算管壁切应力有较高的精度；而对于大变形 均匀动脉，则需要考虑非线性因素对管壁切应力的影响. 由于作为输入量的血液黏度、轴心 血流速度、压力波形和管径波形可在活体上通过无损伤或微损伤的检测方法得到， 所提出的计算切应力的方法为在体或离体研究切应力与动脉重建的关系提供了方法学基础.     

人工粗糙壁面的水跃特性研究

根据已有文献对密排加糙壁面水跃共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度的试验结果,分析了密排加糙壁面水跃的共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度、壁面平均切应力随弗劳德数、跃前和跃后断面水深、壁面粗糙度的变化规律;给出了人工粗糙壁面水跃共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度、壁面阻力系数、壁面平均切应力的计算公式;通过已有文献的试验结果对公式进行了验证,得到了水跃共轭水深的平均误差为4.06%,水跃旋滚长度和水跃长度的平均误差分别为4.25%和7.16%。研究表明:人工粗糙壁面水跃的共轭水深和水跃长度随着跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着壁面粗糙度的增大而减小;壁面平均切应力随着壁面粗糙度和跃前断面弗劳德数的增大而增大,随着共轭水深比的增大而减小。     

壁面湍流流动中高分子减阻等效粘度模型的验证

近来在壁面湍流高分子减阻研究中,一种拉伸的高分子产生自相一致的等效粘度的理论提了出来,这个等效粘度随离开壁面的距离而增长。本文将此线性分布等效粘度置入Navier-Stokes方程,运用雷诺应力模型计算在壁面湍流中的减阻情况,检验这种等效粘度的可行性。可以发现,此模型可以得到湍流减阻的效果,所得到的减阻率随着等效粘度线...     

动脉分岔血管内膜增生过程的数值模拟

内膜增生从发生到阻塞血管是一个复杂的变化过程,在这个过程中,内膜的增生、血管腔体形状的改变和血流动力学之间是相互影响的。为了研究这些变化,本文提出一种单元填充方法数值模拟了三维颈动脉分岔血管在低切应力作用下血管内膜增生的过程。该方法既可以克服节点移动方法所不可避免的内膜增生的不连续性,也可以避免网格重划分的困难。结果发现,如果单纯以切应力阈值作为内膜增生的判据,低切应力的作用将无法导致血管完全阻塞,但内膜增生和血流动力学之间的相互影响是可以通过数值方法进行模拟的。在本数值模拟中,内膜增生的过程分为"增厚"(先)和"扩展"(后)两个阶段,最大狭窄率为34.4%,发生在距血管分岔5mm处动脉窦的外侧壁面。其发生位置和形状与临床观察吻合。     

基于模态振型和平稳小波变换的悬臂梁微小缺陷识别研究

结构损伤识别方法有很多种,通常结构振动模态振型对缺陷的损伤识别较为敏感,振型体现结构的固有属性及结构局部的特征,可以用于检测缺陷的存在及其位置。但是缺陷比较微小时,仅仅通过振型难以进行损伤识别。因此本文通过对振型进行平稳小波变换处理来检测悬臂梁的微小缺陷。通过有限元模态分析获得含不同缺陷深度、不同缺陷宽度、不同缺陷位置的悬臂梁模型的振型并利用平稳小波变换进行分析处理。结果表明:该方法可以准确判断缺陷的存在及其位置,并且平稳小波细节系数突变峰值随着缺陷深度增大而增大,随着缺陷宽度增大而增大;另外,该方法受振型节点影响,在工程实际应用时应综合前几阶次振型进行缺陷识别。     

Laplace变换法及其在粘弹性波中传播的应用

针对波传播分析理论的发展历程进行了简要的综述,详细介绍了几种处理粘弹性波传播问题的分析方法,重点讲解Laplace变换法以及Laplace变换在粘弹性波中的应用,对比分析几种方法在各自应用上的优劣,由于Laplace变换法能准确地描述应力波在任意时刻、任意点的波动情况,在处理大尺寸混凝土类构件中应力波传播问题时具有其独特的优势。     

移动随机荷载作用下梁桥非平稳随机振动的PEM-FFT方法

针对移动随机载荷作用下桥梁结构非平稳随机振动问题,建立了一种基于频域分析的虚拟激励-傅里叶变换方法(PEM-FFT)。与通常的非平稳随机振动的时频分析方法不同,提出的方法完全在频域上执行。其主要特色是能够给出随机输入与随机输出的频域关系,表明移动载荷作用下结构非平稳随机振动分析仅需对载荷的确定性移动函数项进行计算。数值算例考虑了等截面/变截面简支梁受移动随机载荷作用的问题,首先与通常的时频分析方法进行对比,验证了PEM-FFT方法的正确性和有效性,进一步讨论了不同结构形式以及不同载荷移动速度对响应演变统计量的影响。     

基于小波变换的爆破振动信号能量分布特征分析

为了深入研究爆破地震波特性,应用小波变换方法对具有短时非平稳特点的爆破振动信号进行了能量分布特征分析。根据小波变换的时-频特性和分层分解展开关系,将爆破振动时间历史信号用分层重构信号进行扫描,应用这些信号得到了不同频率带上爆破振动的相对能量分布和振动强度的时间变化规律。爆破振动信号实测结果分析表明,基于小波变换的能量分布特征分析可以更准确地给出爆破振动信号的细节信息。研究结果为分析爆破振动结构安全性提供了新的途径。     

非局部平面应变和平面应力问题界定及其精确性讨论

在非局部弹性理论框架下对平面应变和平面应力状态重新界定.首先,分别在其相应简化假设下推导控制方程,并与经典局部情况进行比较.然后,引入变形协调条件对两类非局部平面问题的精确性进行讨论.其中,对于非局部平面应力状态,通过应变协调方程的Fourier变换形式来进行研究,使问题得以简化.通过以上分析,最终得到一些有价值的结论.     

局部狭窄血管中血液振荡流的速度和切应力

本文建立一种分析局部缓慢狭窄血管中血液振荡流的数学模型，给出了血液的轴向流速，径向流速和切应力的包含压力梯度项的解析表达式，并讨论了血管内由局部狭窄引起的压力梯度沿轴向变化的规律。文章以局部余弦狭窄为例进行数值计算，详细讨论上游均匀管段压力梯度的定常部分和不同次谐波对狭窄管段内流速和切应力的影响。数值结果表明，与均匀管情况相比，在狭窄段内，血液振荡流轴向流速无论平均值还是脉动幅值均明显增大，且径向流速不再为零。但径向流速仍远小于轴向流速。同时，切应力也不再仅由轴向流速梯度提供，径向流速梯度也将产生切应力，但是在计算管壁切向上的切应力时，径向流速梯度的贡献仍相当大。与均匀管管壁切应力沿流运方向保持恒定不同。狭窄管管壁切应力（平均值和脉动值）将随着狭窄高度的增大而增大，在狭窄最大高度处达到最大，因而沿流动方向产生了较大的切应力梯度。     

具有切应力梯度的平行平板流动腔的构造

在近年来关于流体切应力与细胞力学行为之间关系的研究中,流体切应力梯度被认为是诱发动脉粥样硬化和内膜增生的重要因素之一.本文探讨如何利用常用的离体细胞力学实验工具--平行平板流动腔模拟具有梯度的定常流切应力环境.结果表明,根据Hele-Shaw流的原理和常用复势W(Z)=AZn(n＞1)的特性,可构造出具有各种切应力梯度分布的流动腔.与其它模拟切应力梯度的方法比较,本文的方法更加简洁、可行.     

刚性圆管中血液周期振荡流的切应力分布

本文通过求解圆管内血液振荡流的基本方程，求得圆管内血液流的压力梯度与切应力之间的关系式。在此基础上，详细讲座了圆管中轴向流速和切变率谐波的变化规律，指出流速谐波和切变率谐波的幅值都将随着谐波次数的增大而逐渐减小。为了使所得结果便于应用。文章通过管轴向中心线流速与压力梯度之间的关系式，进一步给出一种利用管轴向中心线流速计算管内切应力分布的简便方法。该方法用于检测活体血管内血液振荡流的切应力分布，具有操作简单，精度较高的优点。最后，以人体颈动脉为例，讨论血液周期振荡流的切应力的分布特性。发现在任意时刻，除了邻近管壁处切应力急剧增大到一定数值之外，沿管截面切应力分布相当均匀且接近于零，呈现出与定常流不同的切应力分布特征。     

水平旋转空腔环流的壁面应力

通过对典型的水平旋转内消能泄洪洞空腔环流的试验观测，研究了其壁面应力的变化规律。空腔环流的壁面压强在水平洞的起始段壁面压强急剧减小然后回升，具有过渡段的性质，沿程波状减小，符合对数变化规律，但不同的流态，对数律的参数的变化是不同的：内界面相对压强Po/Pwz。在淹沿流流态时，随(H-h)/h的变化率显著不同，在吸允流流态时却基本相同；壁面切应力沿z的变化规律为先急剧减小，随后缓慢减小至零，主要与环流特性有密切的关系。     

局部扩张动脉管血液振荡流的切应力分布

本文求解局部缓慢扩张动脉管中血液振荡流的基本方程，得到血管内血液的流速与压力梯度的关系。通过导出压力梯度沿局部扩张管轴向的变化特性。建立利用扩张段上游血管均匀段中心流速波形确定局部扩张管中血液流的速度和切应力分布的方法，文章以人体颈动脉余弦扩张为例进行分析。详细讨论了局部扩张对血管壁切应力及其梯度分布的影响。数值结果表明，在与刚性均匀管中管壁切应力沿轴向保持不变不同，在局部扩张段，管壁切应力将随着血管半径的增大而减小，因而管壁切应力梯度一般不为零，甚至在某些位置达到相当大的数值。另外，随着血管扩张程度的增加，管壁切应力还将进一步减小，而且管壁切应力梯度也将进一步增大，血管扩张导致管壁切应力的这些变化将直接影响血管壁的结构和功能，使其产生适应性的变化。     

三向应力Mohr圆的真实构成及剪应力作用方向的确定

三向应力Mohr圆的构成在传统上是借助公式推证而得，并以平面图形来表示，缺乏三维的真实感和直观性。在应力应变分析中，对于平面应力问题，可以通过平面应力摩尔圆确定过一点不同斜面上的应力分量及其作用方向。对于三维问题，利用摩尔圆图解法可以确定某一斜面上的正应力和剪应力的数值，但不能表示剪应力的作用方向。剪应力的作用方向需要通过另外的图解方法来确定。本文分别从坐标系旋转和数值计算的角度解释了三向应力Mohr圆的构成过程，形象地说明了Mohr圆的物理本质。针对三向应力Mohr圆不能表示剪应力作用方向的问题，通过矢量运算，给出了剪应力作用方向的确定公式。     

平行平板流动腔脉动流切应力的计算

高度远小于横向和纵向几何尺寸的矩形平行平板流动腔是人们用以体外研究细胞在切应力作用下力学行为的主要工具之一。大多数研究者主要对定常层流情进行研究。本文通过对矩形平行平板流动腔内的层流脉动流进行详细分析,给出腔内速和腔室底部切应力的准确计算公式。当Ｗｏｍｅｒｓｌｅｙ数较小时,准确公式简化为准定常公式。数值计算结果表明,在脉动流条件下,对于人们常用的流动腔几何尺寸,准定常公式具有相当高的精度。这为在脉     

定常流下动脉狭窄局部流场的有限元分析

本文利用有限元数值模拟对定常流下动脉狭窄的局部流场进行了系统研究。在数值模拟中求解非线性轴对称Navier-Stokes方程,并对不同狭窄率、不同雷诺数、不同狭窄形状下的流场速度分布、压力降分布和壁面剪应力分布进行了全面细致的分析和讨论。     

提高电化学法测试壁面剪应力精度的方法

应用电化学方法对流场壁面剪应力进行测试在生物力学中有着广泛的用途,静止极限电流在存在将影响壁面剪应力测试的精度,在测试时应根据具体的实验条件进行现场测试,实验表明在测试较低壁面剪应力时,静止极限电流的影响较大;在测试较高壁面剪应力时,则可忽略静止极限电流的影响,极化电压条件下测得极限电流是测试壁面剪应力的基础。为了测试的准确可靠,需对产生极化的外加电压进行实地测试,在测试时,对每个电极都需根据相应的测试条件进行系统标定。     

不对称入口速度剖面对两种类型颈动脉分又模型外侧壁切应力的影响

在定常流不对称人口速度剖面条件下,对健康型和致病型颈动脉分叉TF-AHCB模型进行实验和数值模拟研究,发现不对称人口速度剖面的形状对模型外侧壁的低切应力和切应力速度分布有明显影响。在50°模型窦前部的壁面切应力梯度比20°模型高出数倍,当人口速度剖面向颈内动脉偏斜时更可高出10倍以上。这些结果对认识导致动脉粥样硬化斑块的血流动力学因子的影响因素有重要参考价值。