弹性撞击作用下弯扭耦合梁的动力响应

对于质量块以一定初速度撞击悬臂梁端部问题,基于弯扭耦合Timoshenko梁模型,把质量块与悬臂梁作为一个整体振动,动力响应以Duhamel积分表示,使用模态叠加法给出动力响应与撞击力的结果.对于悬臂梁受质量块撞击的算例,分别分析了弯扭耦合梁、弯扭耦合系数很小的梁和各向同性Timoshenko梁,对比讨论了撞击力结果.     

确定性载荷作用下Timoshenko薄壁梁的弯扭耦合动力响应

建立了一种普遍的解析理论用于求解确定性载荷作用下Timoshenko薄壁梁的弯扭耦合动力响应。首先通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程，给出了计算其自由振动的精确方法，并导出了Timoshenko弯扭耦合薄壁梁自由振动主模态的正交条件。然后利用简正模态法研究了确定性载荷作用下单对称Timoshenko薄壁梁的弯扭耦合动力响应，该弯扭耦合梁所受到的荷载可以是集中载荷或沿着梁长度分布的分布载荷。最后假定确定性载荷是谐波变化的，得到了各种激励下封闭形式的解，并对动力弯曲位移和扭转位移的数值结果进行了讨论。     

冻土水热力耦合作用的数学模型及数值模拟

将冻土体视为空间弹性体,提出了土体在冻结过程中水分场、温度场、应力场三场耦合的一般数学模型,并给出了相应的离散方程及其解法,最后给出了数值算例,并与实测值比较,证明了该模型和算法的正确性。     

传统Spar平台垂荡主共振时非线性耦合响应的研究

考虑瞬时波面影响,建立了Spar平台垂荡-纵摇运动的参数激励耦合运动方程,应用多尺度法导出了波浪频率接近垂荡固有频率时响应方程的一阶摄动解并做数值验证。计算结果显示:当波浪高度达到一定值时,纵摇运动中出现大量的亚谐频率成分;随着波浪高度进一步增大,纵摇运动将出现明显的幅值跳跃现象。研究结果表明,能量渗透现象是纵摇运动失稳的主要原因,波浪激励力矩对于纵摇本身的贡献很小。由于垂荡模态存在能量饱和现象,多余的垂荡能量将会向纵摇模态转移,导致出现大幅值的纵摇运动。     

煤矿瓦斯爆炸事故中矿车激励效应的数值模拟

基于矿井生产环境,构建了相应的物理模型、数学模型,进行了数值模拟。模拟过程中,考虑了化 学反应,将爆炸热力学过程和基元反应耦合,采用TVD格式进行数值离散。结果揭示巷道中设置1~3辆矿 车时,瓦斯爆炸冲击波及其火焰波的结构和参数变化特征。数值模拟与实验结果对比分析表明,单一矿车和 多辆矿车在激励效应存在明显不同,矿车数量增加,激励效应更加显著。     

人内耳前庭系统膜迷路流固耦合数值模拟

基于健康志愿者右侧颞骨完整的组织切片数据,将人内耳前庭系统膜迷路内内淋巴液描述成不可压缩牛顿流体,将位于膜迷路壶腹端的平衡感受器壶腹嵴视为大变形线弹性材料,数值模拟人在立位转身、回顾时膜迷路内复杂的流固耦合作用,建立了内耳前庭系统膜迷路的三维有限元生物力学模型,分别得到不同旋转速度激励内淋巴液的压强场和壶腹嵴的位移场. 研究结果有助于从生物力学的角度定量分析人在旋转时前庭膜迷路内内淋巴液和壶腹嵴相互作用的力学特性.      

地球内外动力耦合作用与重大地质灾害的成因初探

提出了用以解释若干重大地质灾害的成因的地球内外动力耦合作用理论。在以往的自然灾害分类及研究中 ,常将内动力地质灾害和外动力地质灾害区分为两种类型 ,而注意两者的联系显然不够。本文则论证了在我国大部分地壳运动活跃地区内外动力耦合作用常是重大地质灾害的总体成因。     

大型复杂松散堆积体形成机制的内外动力耦合作用初 探

在我国西部山区广泛发育和分布第四纪大型复杂松散堆积体,这是一套介于土、岩之间的过渡类型的地质体;其成因复杂,主要包括残坡积物、崩滑堆积体、冲洪积物、冰碛物和冰水沉积物等两种或多种组合混杂堆积,明显区别于东部平原区的单一成因类型。本文通过资料对比分析,对大型复杂松散堆积体的一般特征、主要类型和区域分布规律进行了系统总结,最后从"耦合"的角度来探讨其成因机制,并提出河谷型松散堆积体的内外动力耦合概念模型,研究认为大型复杂松散堆积体属于典型的内外动力耦合作用产生的多期次、成因复杂的复合地质体。     

考虑人体耦合作用的结构竖向隔振研究

结构在环境振动或地震作用下的竖向振动不容忽略,有必要采取竖向隔振装置进行减振控制。考虑人体与结构耦合作用后不仅使隔振动力模型更加真实,还可以直接获得人体的动力响应。采用碟形弹簧支座对结构进行基础竖向隔振,并根据国际标准ISO5982规定的不同姿势下的人体动力模型,建立了考虑具有非经典阻尼的人与隔振结构耦合运动方程,利用复模态分析实现了方程的解耦,通过算例分析了竖向隔振以及人体作用对结构响应的影响。结果表明:对于一般的质量和刚度分布均匀的结构,人体对结构具有微弱的减振作用。碟形弹簧支座可以显著地降低结构的竖向振动并改善居住舒适度。     

考虑塔梁影响的斜拉索随机激励参数振动分析

为了揭示随机激励下斜拉索参数振动特性,考虑塔、梁协同振动的影响,建立了高斯白噪声激励下斜拉索-桥塔-桥面梁耦合振动微分方程,推导了耦合体系的伊藤状态方程组,采用Milstein-Platen法构造了斜拉索振动时程求解迭代格式,研究了斜拉索振动的时程、统计和频域特性,分析了桥塔侧向扶正作用、激励强度和索塔梁初始位移对拉索振幅产生的影响．结果表明：随机激励下斜拉索振动呈现出双“拍”振现象,“拍”幅值和周期具有随机性;拉索随机位移均值、均方差在振动初期具有长时间的非平稳特性;拉索响应幅值对应的频率和拉索功率峰值对应的频率基本一致,但随机激励下的拉索幅值和功率峰值更大;拉索振动概率密度曲线满足高斯分布和马尔科夫性质;桥塔侧向扶正作用越强,拉索振幅越小;激励强度越小,拉索振幅越小;各结构初始位移越大,拉索振幅越大,且对桥面梁初始位移越敏感．     

An ISPH simulation of coupled structure interaction with free surface flows

An incompressible smoothed particle hydrodynamics (ISPH) model is developed for the simulation of fluid–structure coupling problems, especially for moving structures. The mirror particle method is employed in the model for a moving boundary. The surface force integration and force-motion algorithms are presented to solve the body translation and rotation. An additional free surface criterion is introduced with the consideration of both the particle number density and the local particle symmetry. A series of numerical experiments are conducted to verify the applicability of the model for simulations of fluid interaction with various types of moving structures. These problems include the fluid motion by a moving body with a prescribed trajectory, such as liquid sloshing in a moving tank. Water entry problems in which the body motions are coupled with the fluid forces are also studied. In all of the cases, there is good agreement when the numerical results are compared with the available analytical, experimental and other numerical data found in the literature.     

Numerical simulation of viscous flow interaction with an elastic membrane

A numerical fluid–structure interaction model is developed for the analysis of viscous flow over elastic membrane structures. The Navier–Stokes equations are discretized on a moving body‐fitted unstructured triangular grid using the finite volume method, taking into account grid non‐orthogonality, and implementing the SIMPLE algorithm for pressure solution, power law implicit differencing and Rhie–Chow explicit mass flux interpolations. The membrane is discretized as a set of links that coincide with a subset of the fluid mesh edges. A new model is introduced to distribute local and global elastic effects to aid stability of the structure model and damping effects are also included. A pseudo‐structural approach using a balance of mesh edge spring tensions and cell internal pressures controls the motion of fluid mesh nodes based on the displacements of the membrane. Following initial validation, the model is applied to the case of a two‐dimensional membrane pinned at both ends at an angle of attack of 4° to the oncoming flow, at a Reynolds number based on the chord length of 4 × 10³. A series of tests on membranes of different elastic stiffness investigates their unsteady movements over time. The membranes of higher elastic stiffness adopt a stable equilibrium shape, while the membrane of lowest elastic stiffness demonstrates unstable interactions between its inflated shape and the resulting unsteady wake. These unstable effects are shown to be significantly magnified by the flexible nature of the membrane compared with a rigid surface of the same average shape. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Numerical simulation of blast wave interaction with structure columns

Accurate estimation of blast loads on structures is essential for reliable predictions of structural response and damage. Current practice in blast effect analysis and design estimates blast loads primarily based on empirical formulae obtained from field blast tests. Due to the limited availability of test data, those empirical formulae are usually applicable to the case that the reflection surface of the structure is big enough so that no wave diffraction around the structure exists. They will overestimate the blast loads on structure columns without infill walls around them, which are very common in the modern buildings, especially for the ground floor columns. For a standalone column, the initial reflected pressure may be quickly relieved at the edge of the column, and the column will be engulfed with the blast wave due to diffraction. Therefore, the interaction between the blast wave and structure is important for such columns. The blast loads on such columns will be different from those obtained in field blasting tests on walls. There is no method in the open literature to estimate blast loads on standalone columns. In the present study, interactions between blast waves and structure columns are simulated using AUTODYN 3D. The influence of the scaled distance of the blast, column stiffness, ratio of the supported mass to the column mass, and column dimension and geometry, on the blast wave–column interaction is investigated. Based on the numerical simulation results, some formulae are proposed to estimate the blast pressure, impulse, and the reflected pressure time history on standalone structure columns.      

爆炸波作用下地下防护结构与围岩的非线性动力相互作用分析

针对实际地下工程中普遍存在的材料非线性以及半无限介质域的处理问题,给出了基于时间有关基本解的时域边界元法与非线性动力有限元法的耦合方法,应用该耦合方法计算了一马蹄形截面地下防护结构与围岩受爆炸冲击波作用下非线性相互作用的时间历程,并与线弹性情况进行了比较分析。结果表明:本文的方法具有较高精度,真实地再现了波在弹性层中传播以及反射的全过程。     

高耸筒形结构爆破拆除的数值模拟

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,通过比较分析塔体缺口中间有切缝与无切缝设计2种方案,对典型高耸筒形结构冷却塔爆破拆除过程进行了三维数值模拟。对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析,共节点分离式模型可以体现混凝土和钢筋材料的力学性能差异;采取切缝设计可减小结构倒塌过程中的下坐与后坐倾向,促使塔体后部严重扭曲变形,使塔身解体比较完全,缩短整体倒塌时间,减小爆堆范围。     

准高速铁路路基动力响应数值模拟

为了研究高速铁路路基的动力响应,这里模拟秦沈客运专线的路基条件,采用有限元分析方法,计算分析了铁路路基的动力响应(位移)在列车荷载作用下的分布规律,分析了影响路基位移值的各种因素,提出了路基动力响应(位移)随车速变化的双峰现象并分析其成因,最后将数值模拟结果与秦沈客运专线现场动力测试试验数据进行了对比,得出模拟和试验结果规律性一致的结论。     

聚氨酯/钢夹芯结构爆炸载荷下动力学响应的数值模拟

聚氨酯泡沫具有良好的缓冲和吸能性能,以硬质聚氨酯泡沫作为芯体,钢作为面板的夹芯结构在工程中用途广泛。为了研究聚氨酯/钢夹芯结构在爆炸载荷作用下的抗爆性能,利用Ansys/Autodyn非线性有限元程序对聚氨酯/钢夹芯结构在爆炸载荷作用下的动力学响应进行数值模拟分析,并与相同面密度的钢板进行对比。结果表明,加入聚氨酯芯体后,结构的吸收能量为相同面密度钢板的1.49倍,整体结构的抗爆性能得到很大的提高。     

大型正交异性结构动力学分析的空间-时域多尺度方法及应用

为了更加精确、快速地求解大型正交异性结构整体及局部动力响应,提出了基于有限元模态分析和参数优化的等效及多尺度建模方法,在等效建模时可以充分考虑结构细节对整体动力学属性的影响,在时域内采用基于显式中心差分子循环算法求解系统方程,可以减小局部精细建模带来的求解时间惩罚。通过大型盾构隧道地震响应以及船-桥碰撞过程仿真计算验证了方法的有效性和实用性,仿真得到的响应规律可为相关结构设计提供参考。     

地震作用下水库坝体与水体相互作用数值模拟

地震作用下水库坝体受迫振动,推动坝后水体波动,造成水体动压作用于坝体,形成坝-水耦合作用,影响坝体安全.为了评估坝体振动引起的水面波动及坝体所受动水荷载作用,建立坝体动边界条件下的不可压水体运动数学模型,模拟了地震波作用下的坝后水体波动和动力荷载.结果 表明,在忽略坝体自身弹性变形的条件下,地震作用下坝体激发的水体表面...