冲击荷载作用下水中悬浮隧道的位移响应

建立冲击荷载作用下悬浮隧道的动力学模型,将悬浮隧道简化为等距离弹性支撑梁,通过Galerkin(伽辽金)法求解悬浮隧道的振动位移方程,数值模拟悬浮隧道跨中时程响应,分析张力腿竖向刚度、冲击物质量、冲击速度对悬浮隧道跨中位移的影响.结果表明:冲击荷载作用下,张力腿竖向刚度对悬浮隧道位移响应的影响显著,但具有极限性.其次,冲击物质量和冲击速度也会显著影响悬浮隧道的跨中振动位移.研究结论为未来悬浮隧道的研究和建设提供重要的理论参考.     

薄壁结构动力计算中若干问题

本文讨论薄板和薄壳之类的薄壁结构受冲击荷载作用时的动力计算问题.主要是求动力因数.在计算中考虑了冲击物和被冲击的薄壁结构系统质量的影响;用相当质量法将薄壁结构的分布质量转化为只有一个集中的相当质量,从而导出薄壁结构系统在冲击力作用下的动力因数,计算比较方便.     

复合多层介质在可变温度和集中荷载作用下的位移和应力

研究了多层介质中的热弹性位移和应力.多层介质具有不同厚度,各层又具有不同的弹性性质,最上层表面上作用热荷载和集中荷载.假设各层分别是均匀、各向同性弹性材料,各层相关的位移分量是轴对称的,对称轴为各层表面的垂线.因此,各层应力函数满足无体力的单一方程.利用积分变换法求解了该方程,对由任意多个层数构造的多层介质,给出了其相应层数基础热弹性位移和应力的解析表达式.并对3层介质和4层介质时的数值结果进行了比较.     

双向弹簧夹层假定的弹性地基上双层板的解

建立了轴对称条件下,层间有双向弹簧夹层的弹性地基上双层板力学模型,应用Hankel(汉克尔)变换法推演得到了任意轴对称荷载作用下的Winkler(文克勒)地基、双参数地基和弹性半空间体地基上无限大双层板的一般解析解,给出了双层板的挠度、弯矩、剪力,以及层间反力和位移的计算公式.进而,利用该力学模型的解,分析了层间条件对双层板挠度、弯矩的影响规律,计算了上、下层板的中性轴位置,讨论了层间双向弹簧系数的取值方法.结果表明:1)随着层间竖向弹簧参数增大,上层板挠度和弯曲应力减小,下层板挠度和弯曲应力增大;随着层间水平摩阻参数增大,上、下层板的挠度和弯矩均减小;2)当双层板的剪切和压缩效应系数分别取2/3,3/5时,双层板的剪切和压缩效应可较好地被考虑;3)上、下层板的中性轴位置是变化的,它随着距荷载圆中心点的距离增大而向上、下层板各自中面趋近.     

Hamilton力学下框筒结构剪滞翘曲位移模式研究北大核心CSCD

以等效连续化方法为基础,在Hamilton力学体系下进行框筒结构剪滞翘曲位移函数精度研究.选用不同类型的函数描述翼缘板的剪滞翘曲位移,考虑等效板的剪切变形以及纵向翘曲,得到不同位移函数下结构的总势能及对应的Lagrange函数.区别于传统变分法,该文在Hamilton力学体系下进行问题研究,导出框筒结构弯曲问题的Hamilton正则方程并利用精细积分法求解,进而计算出柱轴力并进行精度分析.算例验证结果表明:使用该方法分析框筒结构的剪力滞后效应是简单可行的;不同翘曲位移函数的选择对侧移计算结果影响不大,对轴力求解结果影响较大,二次抛物线最能反映等效翼缘板的实际翘曲位移;对比不同形式荷载作用下等效翼缘板中应力分布可知,随着外荷载合力作用点位置的升高,结构顶部负剪力滞后效应逐渐减弱至消失.     

Blast Damage Simulation With the Discontinuous Galerkin Finite Element Method of Bond⁃Based Peridynamics北大核心CSCD

近场动力学是一种积分型非局部的连续介质力学理论,已广泛应用于固体材料和结构的非连续变形与破坏分析中,其数值求解方法主要采用无网格粒子类的显式动力学方法.近年来,弱形式近场动力学方程的非连续Galerkin有限元法得到发展,该方法不仅可以描述考察体的非局部作用效应和非连续变形特性,还可以充分利用有限单元法高效求解的特点,并继承了有限元法能直接施加局部边界条件的优点,可有效避免近场动力学的表面效应问题.该文阐述了键型近场动力学的非连续Galerkin有限元法的基本原理,导出了计算列式,给出了具体算法流程和细节,计算模拟了脆性玻璃板动态开裂分叉问题,并对爆炸冲击荷载作用下混凝土板的毁伤过程进行了计算分析.研究结果表明,该方法能够再现爆炸冲击荷载作用下结构的复杂破裂模式和毁伤破坏过程,且具有较高的计算效率,是模拟结构爆炸冲击毁伤效应的一种有效方法.     

轻质热防护系统多层材料组合结构的热应力分析

提出了轻质热防护系统外面板使用多层结构的概念,设计了2种热防护材料组合构成的3种铺层方案．通过模拟飞行器再入大气层时受到的机械和热载荷条件,数值计算得到了层间剪切力、底部温度和y方向位移．计算结果发现,层间剪切力发生在边缘部位且呈反对称分布;选用高热导率和高热容材料能够减少材料内的温度梯度,进而有效地降低结构的热应力和热变形;在均匀温度场情况下,两种材料的热膨胀系数之差越小,则层间剪切力越小．该研究表明不同的材料组合和铺层次序的多层结构,可以满足不同设计要求,具有优化设计潜力．     

闭合圆柱壳在轴向冲击荷载下的某些动力计算问题

本文讨论了闭合圆柱形壳体在轴向冲击荷载作用下的某些动力计算问题,其中包括动应力的计算和稳定性问题.文中分析了冲击过程中动量及能量的变化,并计入冲击物和被冲击的闭合圆柱壳系统质量的影响;用相当质量法将整个圆柱形壳体的分布质量转化为只集中在壳体一端的“相当质量”,从而导出闭合圆柱形壳体在轴向冲击荷载作用下的动力因数,因而解决了在上述受力情况下计算动应力的问题和求出临界荷重的问题.     

不同模量弯压柱的解析解

依据不同模量弹性理论用流动坐标系及分段积分法导出复合荷载作用下弯压柱的解析解,建立了中性轴、应力、应变、位移的计算公式,并编制相应的有限元程序进行计算,与解析解进行误差对比．最后对不同模量计算结果与经典力学同模量计算结果进行分析对比,得出两种理论计算结果的差异,并提出对该类结构计算的合理建议．     

海洋内波和洋流联合作用下水中悬浮隧道的动力响应

基于势流函数理论建立层化海洋内波流场,采用Morison方法考虑内波和洋流联合作用力,建立悬浮隧道-流体相互作用非线性振动数学物理模型.运用Galerkin(伽辽金)法数值求解振动微分方程,研究海洋内波和洋流共同作用下水中悬浮隧道的多模态动力响应行为.通过对拟建隧道实例的计算分析,结果表明:第一阶模态对位移响应贡献最大,在内波、洋流联合作用下,海洋内波的作用不可忽视,使第一、三阶模态的幅值都有大幅度增加,且反映出强非线性.研究成果为悬浮隧道结构荷载分析及复杂环境下海洋工程结构物所受环境荷载的研究提供有益探讨.     

热冲击荷载作用下的含球形空腔的广义热弹性功能梯度球形各向同性体

在带两个松弛时间参数的广义热弹性线性理论(Green和Lindsay理论)意义上,研究含一个球形空腔的功能梯度球形各向同性无限大弹性介质中,热弹性位移、应力和温度的求解方法.空腔表面无应力,但承受一个随时间变化的热冲击荷载作用.在Laplace变换域中,给出了一组矢量-矩阵微分方程形式的基本方程,并用特征值方法求解.应用Bellman方法进行数值逆变换.计算了位移、应力和温度,并给出相应的图形.结果表明,材料热物理性质的变化,对荷载响应的影响非常强烈.并与对应的均匀材料进行了比较和分析.     

偏心冲击荷载作用下薄圆板动力学响应的保结构分析

关注动力学系统的局部几何性质,采用多辛分析方法研究了偏心冲击荷载作用下薄圆板振动特性.在探索偏心冲击荷载作用下薄圆板振动问题动力学控制方程的对称性和守恒律的对应关系基础上,对动力学控制方程在多辛体系下重新描述,并采用显式中点差分离散方法构造其多辛格式,通过对存在不同相对偏心距冲击荷载作用下的薄圆板振动过程的数值模拟,研究了相对偏心距对薄圆板振动特性的影响,同时,数值模拟结果也充分体现了多辛算法的良好保结构性能.该研究结果不仅为由于荷载作用位置误差带来的动力学响应偏差估计提供了依据,而且为偏心冲击动力学问题的研究提供了新的途径.     

非均匀切向荷载下弹性半空间二阶效应的实例计算*

继文[1],本文详细讨论了一个实例,对二阶弹性材料在Z方向的位移和应力作了数值计算,我们发现,二阶效应使Z方向位移减小而使应力t_rz的值在荷载作用圆内减小而在圆外却增加。     

圆柱壳的轴对称平面应变弹性动力学解

给出一种圆柱壳的轴对称平面应变弹性动力学问题的解析方法。首先通过引入一特定函数将非齐次边界条件化为齐次边界条件,然后利用分离变量法将位移减去特定函数的量展开为关于贝塞尔函数和时间函数乘积的级数,并由贝塞尔函数的正交性,导出时间函数的方程,容易求得此方程的解。将两者叠加可得弹性动力学问题的位移解。运用此方法,可以避免积分变换,并适宜于各种载荷。文中给出了各向同性和柱面各向同性圆柱壳内表面和实心圆柱外表面受冲击荷载作用以及内表面固定的柱面各向同性圆柱壳外表面受冲击荷载作用的数值结果。     

三维横向流体诱发直管振动的数值模拟

基于有限体积法和有限元法,结合动网格控制技术,建立了横向流体作用下三维弹性直管流致振动计算的数值模型,实现了计算结构动力学与计算流体力学之间的联合仿真．首先,通过对刚性管的静止绕流计算,研究了网格离散方式和不同湍流模型对圆柱类结构静止绕流流场特征的影响和预测能力,得到了适用于双向耦合分析的CFD模型;其次,利用基于双向流固耦合方法的流致振动模型,计算并分析了流体力与结构位移间的相位关系,指出流体力与位移间的相位差是由流体力引起的,同时对双向耦合和单向耦合进行了比较分析;最后通过对直管流致振动的数值计算,联合管表面压力、尾流区时均速度、分离角等时均量,分析了尾流区的流场特征.     

Hamilton体系下层合板弱粘接模型的应用

层合板的层间粘接模型对整个层合板的结构有重要影响．运用Hamilton正则方程对层合板层间的不同类型的粘接模型进行了分析．结合弹性材料修正后的Hellinger Reissner变分原理和插值函数,构建了直角坐标系下8节点层合板的每一层的线性方程;考虑到脱层板的连接界面处应力和位移的关系,改进了现有的常用弱粘接模型,建立不同粘接模型的控制方程;最后通过求解整个板的控制方程,得到层合板的层间应力和位移．数值算例验证了该模型的正确性,并研究了层间界面为线性和非线性时的问题．结果表明:应用改进后的弱粘接模型,能够更好地模拟层合板的弱界面失效过程．     

基于改进Chebyshev级数的层合结构-振动分析新理论

提出了一种基于改进Chebyshev级数的层合结构高阶分层建模理论.该理论位移场由线性位移场和高阶位移场组成，线性位移场控制位移场的总体分布趋势，高阶位移场进行局部修正.高阶位移场由具有统一表达式的改进Chebyshev级数表示，通过改变高阶截断阶数可实现高阶位移场快速配置，能够满足不同建模精度需求.采用该高阶分层理论和广义谱方法推导了层合结构的自由振动特征方程，研究了一般边界条件下层合梁、板、壳的自由振动特性，并将计算结果与其他文献数据对比.结果表明:基于改进Chebyshev级数的层合结构高阶分层理论具有较高的建模精度和计算效率.     

CFRP修复缺陷钢板应力解析模型

在使用碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)修复钢结构腐蚀缺陷的修复方式中,CFRP应力及胶层应力是确定碳纤维修复结构承载能力的关键。基于平截面假设,得到弯矩作用下应力与应变分布;基于胶层剪切模型,得到胶层剪应力与CFRP和钢板位移间的关系;基于力的平衡,得到CFRP和钢板的应力关系。结合得到的各种材料之间关系,推导出轴力和弯矩联合作用状态下CFRP双面修复钢板的CFRP与胶层应力分布解析解。采用数值分析对CFRP双侧粘贴修复缺陷钢板进行分析,分析结果与解析结果具有一致性,同时获得了CFRP双侧粘贴修复缺陷钢板的应力分布特点,以及构件可能发生破坏的位置,为计算构件极限承载力提供了基础。     

变温度荷载作用下半无限成层饱和介质的热固结分析

对半无限成层饱和多孔介质作用随时间变化的温度荷载的热固结问题进行解析求解．其中,热-水-力耦合线性弹性控制方程考虑了热渗效应和等温热流效应的影响．先采用Laplace变换求其在变换域上的解,然后用数值方法求逆变换．对半无限体表面作用呈指数衰减热荷载的双层体系进行研究,分析了两层介质热固结系数、弹性模量等的差异性对热固结特征的影响．研究表明:位移场和应力场对温度场的耦合作用可以忽略,而热渗效应对温度和孔压有显著影响．     

求解层间界面反平面剪切破坏的剪切梁模型(Ⅰ)——基本特性

在反平面剪切载荷及侧压力共同作用下引起的裂纹及裂纹扩展导致的层间界面失效,是岩土工程层间界面及砌体结构中界面层上典型的失效方式.运用弹性力学和断裂力学的理论原理,提出了能够反映上述层间界面断裂失效问题力学特性的剪切梁模型.文中采用具有应力软化特性的“粘性裂纹”(内聚力裂纹)模型来表述层间裂纹前方损伤过程区的本构行为.对通过粘性层结合在一起的两个弹性板,在反平面剪切载荷及侧压力共同作用下的力学行为作了解析分析计算,研究了层间界面裂纹扩展规律.