组合梁的理论计算与实验

大专院校的材料力学实验课中引进了矩形梁的弯曲应力及变形实验,多年教学实践证明,这类实验对于学生的理论学习有一定的作用,但不能启发学生去思考问题,不能调动同学学习的积极性和培养学生解决问题的能力.在生产实践中,梁往往不是简单的矩形梁,如工厂用桥式吊车就大都是组合结构;吊车轨道梁则是钢筋混凝土梁上辅有钢轨,共同支撑起吊的重量;汽车板簧是由多层弯曲的钢板重叠组合而成的等等.     

正常使用极限状态下半刚性连接组合梁框架侧移的简化计算

对于无支撑半刚性连接框架而言,仅依靠梁柱本身的抗弯刚度为整个结构提供必需的水平抗侧移刚度,在满足正常使用要求的极限情况下,很有可能是框架的侧移控制设计而不是其承载力,为了充分理解半刚性连接组合梁框架在水平荷载下的侧移特性,本文采用等效刚度梁的概念,将半刚性连接的框架简化为等效的刚接框架,通过等效刚接框架与实际半刚性连接框架有限元分析结果的比较,表明采用等效刚接框架法能准确预测半刚性连接框架的侧移.半刚性连接组合梁框架中的有关参数对其侧移具有不同的影响,半刚性连接组合梁框架的侧移计算可用等效刚接框架进行简化计算,通过算例验证了建议的简化方法不仅可以使计算大大简化,而且具有工程设计可接受的精度.     

炮孔堵塞长度的计算与实验研究

炮孔堵塞是爆破施工中的一个必要环节,它对爆破质量有着直接的影响.首先分析了炮孔堵塞作用机理及堵塞物的整体运动,分析了在不同装药结构条件下的爆生气体压力的变化规律.然后从牛顿第二定律入手推导出了堵塞物长度与堵塞物在炮孔中整体运动时间的关系式,令岩体破碎成块所用时间等于堵塞物在炮孔中整体运动时间,建立了计算堵塞物最优长度的计算模型,该模型考虑了众多影响因素,符合实际情况.最后在南宁市阳光新城岩体地基爆破开挖现场进行了不同堵塞长度的爆破效果实验,实验结果表明:在堵塞长度为0.4米时,爆破效果是最好的,而在实验的爆破条件下通过理论模型计算出最优堵塞长度是0.35米,理论值与实验值比较接近,证明了理论模型具有一定的正确性,所建立的模型可为爆破施工提供理论指导.     

拱脚结构的模型实验与有限元分析

本文应用环氧树脂材料浇铸成某大跨度桥梁预应力拱脚模型,采用精密铸造成型方法做出模型中的四条索道孔。用自行研制的传感器施加四条模拟钢索的索力,通过专门设计的加载装置,使用精确的滑轮导向,在5个截面上分别施加剪力Q、弯矩M和轴力N,并考虑自重载荷,进行了电测模型实验。应用ANSYS软件对拱脚实际结构进行了有限元分析,根据模型实验时索与索道孔壁的接触情况建立了力的边界条件,使有限元计算与真实情况接近,计算误差大为减小。同时将实验与有限元分析结果进行了比较,变化规律一致,数值较为接近。对拱脚的优化设计提供了重要的参考依据。     

磁电复合材料的力学实验与理论研究进展

磁电复合材料同时具备铁磁、铁电性,并且具有磁电耦合效应,在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储等领域有着广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点.论文对磁电复合材料在力电磁多场耦合下的力学行为研究的最新进展进行总结和回顾.着重介绍磁电复合材料的磁电耦合效应实验以及多场耦合微纳米力学实验仪器的研制和表征方法.同时,也阐述了磁电复合材料在多场耦合本构理论、失效断裂理论以及多尺度计算方面的研究进展.最后,总结已有研究存在的不足,就目前有待解决科学问题的进一步研究提出建议.     

开设实验结构力学课程的设想

首先指出了目前结构力学教学的现状与不足,接着论述了目前教学、设计和科研中存在的两个问题. 为弥补其不足并提升结构力学的教学质量,提出了开设实验结构力学课程的设想,说明了开设此课程的已有条件、实验内容和预期达到的目的.     

第九届国际实验力学学术会议简介

１会议概况 国际实验力学学术会议（ＳＥＭ）是国际实验力学领域规模最大、涵盖领域最广、人数最多的国际性学术会议．该会议由国际实验力学学会主办,每４年举行一次．今年是第九届,于２０００年６月５日～８日在美国的佛罗里达的奥兰多 Ｆｌｏｒｉｄａ Ｏｒｌａｎｄｏ举行．参会人数３００多人,来自１５个国家,与会论文２５０多篇．我国留美学者和学生参会人数较多,我国学者参会人数为２人． 为了达到促进力学学科与工程学科和新兴学科的结合,促进力学学科的工程应用以及力学领域内的理论与实验相结合,本次实验力学会议同时还有两个…     

含有初始凹陷圆柱壳稳定承载能力的实验研究与数值计算

对含有初始轴对称凹陷的圆柱壳在轴向载荷作用下的稳定承载能力进行了研究。首先,通过实验研究,得到了不同凹陷参数及不同壳长条件下的临界载荷。同时,不考虑凹陷成形过程,仅把凹陷部分当做结构的不规则变化时,对含有凹陷圆柱壳建立三维有限元模型进行稳定性分析。在分析中考虑了初始缺陷(圆柱壳成形加工中的不平直度、椭圆度、初始弯曲等因素引起)幅值f0=0.1t和f0=0.2t(t为壳体壁厚),得到了不同凹陷参数及不同壳长的临界载荷。结果表明:含有凹陷圆柱壳稳定承载能力对初始缺陷不太敏感,即:初始缺陷与凹陷相比,对稳定承载能力的影响极小。数值计算结果与实验结果吻合较好,共同给出了含有初始轴对称凹陷圆柱壳的承载能力随凹陷幅值、长度及圆柱壳长度的变化而改变的规律。     

半穿甲弹丸对加筋靶板侵彻的终点弹道的实验和理论研究

以舰船典型筋板结构为目标,设计了带加强筋的结构靶,并用模拟实验弹体,对单层带加强筋的结构靶进行了斜侵彻实验,通过天幕靶和高速运动分析系统的测量,得到了两种倾斜着靶条件下不同着靶位置的靶前、靶后弹道参数;通过对靶板破坏结果的分析,得到实验弹靶条件下加强筋结构靶的破坏模式。在现有弹丸侵彻均质靶板理论的基础上和一定假设条件下,得到弹丸对加筋结构靶侵彻的终点弹道理论计算模型,弹丸过靶后剩余速度的理论计算结果与实验结果基本一致。     

最优控制与计算结构力学的模拟理论

控制理论和计算力学原来是两个互不相关,独立发展的领域,各有自己的一套理论体系。最近发现,控制理论与结构力学之间存在着一一对应的模拟关系。这一相似性原理的发现使得这两个领域里的成果可以互相促进,特别是用计算结构力学解决最优控制问题已显示出独特的优越性。由此产生了一门模拟理论。本文简要介绍该理论的进展。     

中柱失效工况下单层组合框架受力理论分析

基于已有试验，本文提出了轴向弹簧和转动弹簧约束的组合框架简化计算模型，推导了在集中荷载作用下刚性、半刚性连接平面组合梁双跨钢框架移除中柱后的荷载-跨中挠度曲线计算公式，考虑了压拱效应和连接刚度的影响，将公式计算结果与试验结果进行对比证明了推导过程和计算公式的可靠性．在对比结果的基础上，根据已有试验和模拟结果对已有悬索阶段的计算公式进行修正，修正后的公式与试验结果吻合较好．     

球形容器内甲烷-空气爆炸特性分析与理论计算

为研究甲烷-空气混合物在密闭球形容器内的爆炸特性,首先利用化学平衡计算软件确定合适的燃烧产物与化学平衡温度,估算甲烷-空气混合物的最大爆炸压力。然后基于火焰增长模型,用MATLAB编辑循环语句程序,计算了甲烷-空气混合气体爆炸的压力时程曲线,通过与实验数据对比,验证了化学平衡软件计算方法与火焰增长模型的可行性,并分析了误差的产生原因。进而利用火焰增长模型推出的经验公式计算爆燃指数,发现在当量比附近与实验结果拟合程度较好。     

柔性板的时滞H∞控制的理论与实验研究

以柔性板为对象, 开展时滞H∞控制的理论与实验研究. 首先给出柔性板的时滞动力学方程; 然后利用Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法, 推导了闭环时滞系统渐近稳定的矩阵不等式;进而根据该矩阵不等式采用参数调节法及遗传算法, 研究了如下两类控制设计问题: 已知控制律求解最大稳定时滞量, 已知最大稳定时滞量求解H∞控制律; 最后对理论研究成果进行了数值仿真和实验验证. 结果显示, 获得的H∞控制律能够有效地抑制板的弹性振动, 所确定出的保证系统稳定性的时滞区间更接近实际情况.      

基于热老化实验的螺杆马达定子橡胶本构模型研究

随着我国油气资源勘探开发向深部地层迈进,螺杆钻具定子橡胶井下高温热老化问题日益凸显,导致螺杆钻具输出性能衰减,严重影响钻进效率,迫切需要揭示热老化对螺杆钻具定子橡胶力学性能的影响,以在设计之初提出可减小螺杆钻具输出性能衰退的综合方案。本文开展了螺杆马达定子橡胶在不同温度下的热老化实验,通过拉伸实验得出应力应变数据并拟合出Mooney-Rivlin模型常数和Yeoh模型常数;再对所得实验数据及所求得的模型常数数据进行分析;最后,使用确定了基本常数的模型开展了数值计算。计算结果表明,随着温度的上升,Mooney-Rivlin模型常数C_1增大、C_2减小,C_1和C_2呈明显相反变化的趋势,Yeoh模型常数C_(10)和C_(20)增大,C_(30)减小;通过模型计算结果与室内实验测定结果的对比,证明了Mooney-Rivlin模型较Yeoh模型更适合于螺杆马达定子橡胶的力学分析。不考虑环境温度热老化和考虑环境温度热老化,螺杆钻具定子衬套的计算结果存在很大差别,研究工作不仅证明了螺杆钻具定子橡胶热老化研究的必要性,更为螺杆钻具定子橡胶的线型设计和过盈量选取提供了参考。     

用微机计算柴油机零部件的变形与应力

本文利用微机对我国几种机车柴油机的曲轴、连杆、活塞、气缸盖、气缸套和机体等主要零部件进行了计算,讨论了计算模型的建立以及边界条件和载荷的处理办法。     

考虑结构整体的组合梁极限抗火性能分析

随着对钢结构整体抗火能力的深入理解,人们意识到单个构件的抗火能力与处于结构整体中的构件抗火能力具有很大不同。实际结构是一个高次超静定体系,在火灾下能够进行承载路径的改变和承载方式的调整,从而具有比单个构件更高的抗火能力,同时,处于结构整体中的构件在火灾下的温度膨胀应力对其抗火能力的影响是不可忽视的因素之一。文章推导了组合梁的轴力——弯矩相关曲线,绐出了考虑结构整体性的平板式组合梁结构抗火极限分析方法,并与有限元分析结果进行了对比,为考虑结构整体性的平板式组合梁抗火设计提供了依据。     

力学实验与实验力学

阐述了在实验在力学发展中的作用与实验力学学科产生过程,介绍了力学中的实验与实验力学之间的区别。力学中的实验与力学问题研究紧密相连。而实验力学包括了力学中的实验,但又不局限于此,它与其它学科交叉广泛,与工程应用结合紧密,是一门技术性科学。     

外包钢-砼组合梁纯扭作用下抗扭刚度的实验及数值模拟

为了研究新型外包钢-砼T形截面组合梁在纯扭作用下的变形性能,设计了5根不同配箍率的的足尺悬臂组合梁。通过对5根悬臂梁的抗扭性能的实验研究,得到了组合梁的扭矩-扭率关系曲线。利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的抗扭性能进行了非线性有限元分析,得到了混凝土与外包钢在极限阶段的应力云图。根据实验以及有限元结果分析了组合梁在整个加载过程中扭转刚度的变化。基于现行砼结构设计规范,提出了组合梁从开裂到极限阶段抗扭刚度的计算公式,可供组合梁受扭设计参考。把有限元模型和公式的计算结果与实验结果进行比较,三者吻合较好。     

混合式CRP面元法计算对比

目前,对于混合式CRP(contra-rotating propeller)的数值研究大部分是基于黏流方法,这主要是由于混合式CRP组成构件较多,运用势流方法求解存在一定的困难.但势流方法求解效率较高,在混合式CRP的设计方面,具有独特的优势.为建立混合式CRP的高效数值分析方法,从而为混合式CRP的设计工作奠定基础,研究首先将混合式CRP分成前桨和吊舱推进器两部分,以单个螺旋桨面元法和吊舱推进器整体面元法为基础,建立了混合式CRP的迭代面元法.随后对混合式CRP的几何结构以及桨叶面元奇点强度的变化特点进行分析,提出了将混合式CRP各构件进行整体计算的面元法,推导了整体面元法的计算公式.编译完成迭代面元法以及整体面元法的计算程序,并对混合式CRP的敞水性能进行了计算分析,两种面元法的计算结果与试验值的对比表明;迭代面元法与整体面元法计算得到的推力、扭矩系数相对误差均能控制在5%以内,但整体面元法的计算时间比迭代面元法节约1/3左右,同时整体面元法省去了迭代步骤,适宜于混合式CRP的设计.最后对研究中所建立的整体面元法的理论误差进行了分析.     

气液两相管流水力瞬变的数值计算及实验研究

由气液两相管流的基本方程出发,通过引入矢通量分裂,对传统的特征线差分做了较大的改进,形成了基于矢通量分裂的特征线差分解法。该法首先将控制方程组的特征值分解成正、负两部分,进而将控制方程中的矢通量雅可比矩阵分裂成两个亚矢量矩阵,对其按各自的迎风格式差分,从而建立了稳定的差分求解格式。该计算法适合于计算声速变化较大且计及液流速度的气液管流的瞬变。计算求解得到的各种不同初始空隙比的压力变化曲线、声速曲线、波速变化曲线、空隙比变化曲线及气体释放影响曲线,通过与不同初始空隙比时气液管流水力瞬变的实验结果对比分析,结果表明两者吻合较好,说明本文方法对于低空隙比的气液两相管流具有较普遍的适用性。