关于结构刚度方程病态问题的疑难分析

本文围绕矩阵位移法求解结构位移的误差,讨论了结构刚度矩阵的病态问题,指出了计算上的病态常常是结构刚度分布和结构拓扑的不合理,而不一定是计算本身的问题。首先,文章依据误差界的概念和范数的性质推导了衡量结构刚度矩阵病态程度的条件数的公式。然后,阐明了基于不同范数的条件数在衡量矩阵病态程度上的等价性。最后,通过两个具有代表性的算例,分别从结构构件的刚度差异和结构几何拓扑两方面,计算和分析了结构刚度矩阵的病态程度随结构本身性质的改变而改变的规律。在特定的算例中,还有使结构刚度矩阵的病态程度降到最低的最佳刚度分布。     

任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析

在刚度可靠性设计理论与灵敏度分析方法的基础上,研究了任意分布参数的梁结构刚度可靠性灵敏度分析问题,提出了刚度可靠性灵敏度分析的计算方法,给出了可靠性灵敏度的变化规律,研究了设计参数的改变对梁结构刚度可靠性的影响,为任意分布参数的梁结构刚度可靠性设计提供了理论依据。     

一维随机排列非均质颗粒材料结构刚度系数解析式

针对一维情况下随机排列非均质颗粒材料组成的结构,推导了该结构的刚度系数的解析表达式。颗粒材料由随机算法根据颗粒尺寸分布和结构尺寸生成。通过引入相对破碎参数,将颗粒破碎现象定量体现在颗粒尺寸分布函数的变化上,从而使本文提出的解析表达式能够计及颗粒破碎。数值结果说明本文提出表达式的有效性,并体现了颗粒破碎对颗粒结构刚度系数的影响。     

某简支组合梁桥荷载试验研究

以某简支组合梁桥为工程背景,基于现场荷载试验方法,对该桥加固后的实际承载力进行了研究。首先,详细介绍了试验过程中应变和挠度测点的布置方式;然后,利用荷载效应等效原则,结合组合简支梁桥结构的内力分布特点,确定了现场荷载试验中典型截面的最不利荷载工况。最后,将试验结果与理论计算结果进行了对比分析。研究结果表明,静载试验的应变实测值和挠度实测值均小于理论计算值,满足相关规范要求;桥梁结构整体强度和刚度满足设计荷载及正常使用的要求;该桥的跨中横向分布系数分布不均匀,且其横向传递剪力能力较弱。     

某简支组合梁桥荷载试验研究

以某简支组合梁桥为工程背景,基于现场荷载试验方法,对该桥加固后的实际承载力进行了研究。首先,详细介绍了试验过程中应变和挠度测点的布置方式;然后,利用荷载效应等效原则,结合组合简支梁桥结构的内力分布特点,确定了现场荷载试验中典型截面的最不利荷载工况。最后,将试验结果与理论计算结果进行了对比分析。研究结果表明,静载试验的应变实测值和挠度实测值均小于理论计算值,满足相关规范要求;桥梁结构整体强度和刚度满足设计荷载及正常使用的要求;该桥的跨中横向分布系数分布不均匀,且其横向传递剪力能力较弱。     

混凝土框架结构随机模拟分析研究

本文在双层双跨框架钢筋混凝土结构低周反复荷载下的试验研究的基础上，编制了有限元非线性分析程序。首先利用结构的均值参数对结构进行了确定性的计算分析，分析结果与试验结果的对比表明程序具有相当的正确性。然后在此基础上，利用结构随机模拟的思想，采用分层抽样和两重随机模拟技术对结构进行了最优模拟结果的计算分析。计算结果表明：虽然结构参数只有较小的变异，但最优模拟结果如结构的内力反应与均值参数模拟结果将会出现较大的变异。这一结果说明：结构的非线性力学性能及损伤演化与结构物理参数的变异性存在显著关联。总体强度及刚度分布相似的结构，由于物理参数分布的随机性差异，会导致结构非线性内力分布产生显著变化。     

预应力锚固结构锚具与垫板切向刚度识别研究

在分析了工程广泛应用的预应力锚固结构传力特征基础上,基于粗糙面接触的法向应力与切向刚度存在正比增加的规律,视预应力锚固结构的预应力筋、锚具、非张拉锚固端相对锚垫板为一个广义质量系统;视锚具与锚垫板的切向联系为切向刚度的弹簧,建立了预应力锚固结构接触面广义质量单自由度模型,建造了与实际预应力锚固结构尺寸一致、锚固对象为混凝土的试验模型,获得了预应力锚固结构锚具相对锚垫板接触面切向振动信号。以建立的单自由度模型为依据,最小二乘法识别切向刚度,所识别的切向刚度与静载试验变化规律、量值基本一致,为有效检测锚固结构锚固力、仪器研发、标准制定提供了理论与试验依据。     

螺栓剪切刚度可靠性试验技术

本文在总结以往螺栓剪切刚度试验技术的基础上,设计出一种新的螺栓剪切刚度试验件． 并通过一组同一尺寸单个螺栓连接件的试验,得出一簇刚度曲线（即Ｐ－ δ曲线,Ｐ为剪切力,δ为变形）;通过可靠性分析方法,得出该种连接件螺栓刚度的分布区间,为连接件的可靠性内力分析提供技术基础．     

缝合复合材料泡沫夹芯结构剪切刚度预报

针对复合材料泡沫夹芯结构的缝合工艺采用代表体元法,通过建立有限元模型,对这种新型复合材料结构的剪切刚度性能进行了预测.考察了缝合对材料弹性常数的影响,给出了弹性常数的计算方法,并着重探讨了纤维弯曲、富树脂区以及缝线刚度、缝线等效直径对结构剪切刚度的影响.对比发现:结构的面内剪切刚度与缝线直径成反比,与缝线的剪切刚度成正比;面外剪切刚度与缝线直径成正比,与缝线的剪切刚度成正比.数值分析结果与试验结果比较吻合.     

多用途浮箱的静力结构试验研究

介绍多用途浮箱的静力结构试验方案,结果表明浮箱具有足够的刚度和结构强度.试验验证并改进了相应的计算理论.     

一种新的结构损伤识别试验方法研究

提出在构件上增设附加质量来模拟结构损伤的试验方法,证明了质量增加与刚度降低的等价关系.以简支梁为例,给出了采用附加沙袋法、悬挂质量法两种附加质量方式模拟结构损伤的具体试验方案,完成了多工况下简支梁附加质量模拟结构损伤的动测试验.通过试验验证了本文所提方法的正确性,得出了在梁构件上采用附加沙袋法可准确模拟出不同损伤位置、...     

拓扑优化在变压器吊耳设计中的应用

将拓扑优化中的ICM(独立、连续、映射)方法引入到变压器吊耳设计中; 推导了吊耳孔边缘载荷的分布公式,并依据两种吊耳结构的有限元分析与拓扑优化结果,提 出了两种新的结构设计方案. 数值试验结果表明, 改进后的新结构能够满足强度、刚度的要 求,同时减轻了重量.     

层板复合材料的疲劳剩余刚度统计分布模型

在分析现有关于层板复合材料疲劳剩余刚度衰退模型的基础上，根据层板复合材料在疲劳载荷作用下刚度衰退变化的现象，研究了疲劳载荷对层板复合材料刚度衰退的影响，建立了一个新的、更为合理的用于描述层板复合材料在常幅疲劳载荷作用下的刚度衰退模型，导出了剩余刚度统计分布的表达式，给出了确定模型参数的方法。为验证该模型，设计了几组测试实验，并利用试验结果对模型参数进行了估计。利用该统计分布模型，可以预报层板复合材料在给定应力水平的疲劳载荷作用下循环指定周次时剩余刚度的统计分布。实验数据表明，理论预报和实验结果符合得是很好的。     

OPTIMIZATION OF FUSELAGE OPENING ZONE OF CIVIL AIRCRAFT

在民用飞机机身上通常布置较多舱门开口,导致机身结构刚度发生急剧变化。为了保证飞机结构刚度以及载荷的传递,本文对机身开口结构的刚度及强度进行了深入研究,明确了开口结构刚度的影响因素,并对开口角度大小及加强结构尺寸进行了优化。以上研究对机身开口结构设计及加强提供了方向和方法,可以用于飞机机身开口结构初步设计阶段。     

民用飞机机身开口区优化分析研究

在民用飞机机身上通常布置较多舱门开口,导致机身结构刚度发生急剧变化。为了保证飞机结构刚度以及载荷的传递,本文对机身开口结构的刚度及强度进行了深入研究,明确了开口结构刚度的影响因素,并对开口角度大小及加强结构尺寸进行了优化。以上研究对机身开口结构设计及加强提供了方向和方法,可以用于飞机机身开口结构初步设计阶段。     

变截面含筋夹层复合材料悬臂结构刚度特性规律研究

含筋夹层复合材料悬臂结构现已在舰船工程应用中得到关注,然而因为变量众多,在方案设计阶段对弯曲刚度特性的把握往往较为困难.对此,首先基于典型结构应用背景需求,建立了变截面含筋夹层复合材料梁弯曲刚度理论计算模型;进而制作结构模型,开展刚度特性试验研究,通过试验与计算结果的对比,验证了计算方法的有效性;最后探讨了各主要构件材料参数、面板混杂纤维含量、面腹板截面分配以及腹板铺层比例对刚度的影响规律,所得结论可为变截面含筋夹层复合材料悬臂结构方案设计提供参考.     

飞机转顶基座及支架结构静力试验技术研究

根据飞机空中试验用转顶基座及金属支架结构静力试验技术需求,研制了一套试验系统,解决了转顶基座及金属支架结构支持模拟、加载边界模拟等关键问题。对载荷进行等效处理,设计加载假件,采用载荷偏移与力偶施加相结合的方法施加力矩,分别完成了五级风载荷下4种工况的设计载荷试验和极限载荷试验,以及八级风载荷下其中第4工况的极限载荷试验。考核了结构的危险部位应力值及结构安全余量。试验结果表明,该试验系统工作稳定可靠,转顶基座及金属支架在设计载荷试验工况下未发生有害塑性变形,其强度、刚度满足设计要求。上述试验结果可作为该结构强度、刚度性能的评定依据,同时为后续结构研究的有限元建模提供数据支持。     

飞行器板筋结构优化设计的试验验证及分析

针对国内在结构拓扑优化上理论研究多、实验验证少的现状, 采用"敏度阈值" 等优化手段获得"创新结构", 并重点开展了传统与创新结构的试验对比与分析工作. 试验结果与数值仿真不仅具有良好的一致性, 而且还得到创新结构比传统结构刚度大(10%~30%), 应力低(10%~20%) 的结果, 运用"结构能量" 概念和能量原理给出了合理的解释. 对比试验不仅验证了敏度阈值等优化技术可以获得创新结构, 也为结构拓扑优化推广应用提供了宝贵的试验支撑.     

利用REDUCE语言识别结构系统的支承刚度

本文提出一种识别结构系统支承刚度的新方法，该方法以传递矩阵法为基础，利用ＲＥＤＵＣＥ计算机代数语言推导以刚度参数为未知数的非线性方程组，进而解此方程组识别结构系统的支承刚度。模态试验及计算实例验证了该方法的有效性和正确性。     

热耗散下螺旋槽干气密封气膜刚度的计算与分析

通过二阶非线性滑移边界条件下的雷诺方程并用PH线性化方法和迭代法求得螺旋槽内的气膜推力和气膜压力,并推导了其气膜厚度,得到二阶非线性滑移边界条件下气膜刚度的近似解析式,推导出考虑热耗散下的气膜能量微分方程;利用气膜的压力、能量方程、二阶非线性滑移边界条件下气膜刚度的近似解析式,通过Matlab软件求得螺旋槽内气膜刚度在不同压力、转速、槽深、螺旋角下的分布。结果表明:随着压力、转速、槽深的增大,气膜刚度随之增大,并在槽根部附近达到最大值,且气膜刚度的变化呈非线性;在槽深为6μm、介质压力为0.4MPa、转速为8700r·min-1、环境压力为101.3k Pa的工况下,螺旋角为75°左右时,气膜刚度最大。通过本文设计的在不同介质压力下的试验表明,通过能量微分方程计算所得的考虑热耗散下的气膜刚度数值比不考虑热耗散的气膜刚度数值更接近试验值。本文结果对优化干气密封结构参数、提升干气密封性能十分重要。