钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载计算的等效柱法

在双重非线性有限元分析的基础上,进行了钢管混凝土纯压拱失稳临界荷载的简化计算方法——等效柱法的研究,提出了等效柱法中考虑矢跨比影响的稳定系数K₁ 以及考虑初始几何缺陷影响的折减系数K₂及其与现有规范相对应的计算公式。与有限元计算结果的对比表明,采用考虑矢跨比因素的稳定系数的等效柱法能较精确地估算钢管混凝土纯压拱的非线性失稳临界荷载,且计算精度受含钢率和钢材种类变化的影响较小。     

集中载荷作用下圆拱梁的静分叉问题

采用有限元法中的伪弧长算法研究了集中载荷作用下圆拱的大范围非线性问题,给出了临界载荷与圆心角间的关系曲缄以及极值分叉与简单分叉的分界点,并对屈曲后的变形进行了追踪,文中首先简述伪弧长算法,然后给出了计算结果。     

索拱组合结构1:1内共振及其参数影响

研究土木工程中索拱组合结构的1:1内共振及其参数影响,可为拱桥施工中振动控制提供依据。利用索拱连接条件和边界条件,忽略索拱纵向振动,考虑索拱的几何非线性,运用Hamilton变分原理研究了拱出现主共振情形下索拱的1:1内共振问题,并建立了索拱的面内耦合非线性振动方程。运用Galerkin和多尺度摄动,以某拱桥施工中的结构为例,研究了索拱相互作用时的能量转换过程,数值模拟分析了索、拱主要参数对索拱幅频响应的影响。研究结果表明:结构体系产生内共振时,索拱的时程曲线呈现此消彼长的现象,能量在索拱之间相互转换,拱对索的振动影响更为明显;索、拱参数对索的非线性振动特性影响显著,对拱的振动影响很小。     

考虑夹杂相互作用的复合陶瓷夹杂界面的断裂分析

复合材料中夹杂含量较高时,夹杂间的相互作用能显著改变材料细观应力应变场分布,基体和夹杂中的平均应力应变水平也会发生较大变化,导致复合材料强度等力学性能发生显著变化. 为修正单一夹杂模型运用在实际材料中的误差,基于相互作用直推估计法,建立一种考虑含夹杂相互作用的夹杂界面裂纹开裂模型. 首先根据相互作用直推估计法,得到残余应力和外载应力共同作用下夹杂中的平均应力,再计算无限大基体中相同的夹杂达到相同应力场时的等效加载应力,将此加载应力作为含界面裂纹夹杂的等效应力边界条件,在此边界条件下求得界面裂纹尖端的应力强度因子,进而得到界面裂纹开裂的极限加载条件,并分析了夹杂弹性性能、含量、热残余应力、夹杂尺寸等因素对界面裂纹开裂条件的影响. 结果表明,方法能够有效修正单夹杂模型运用在实际材料中的误差,较大的残余应力对界面裂纹开裂有重要的影响,夹杂刚度的影响并非单调且比较复杂;在残余应力较小时,降低柔性夹杂刚度或者增大刚性夹杂刚度都有利于提高材料强度;扩大夹杂尺寸将导致裂纹开裂极限应力显著降低,从而降低材料强度.      

SCATTERING OF CIRCULAR CAVITY IN RIGHT-ANGLE PLANAR SPACE TO STEADY SH-WAVE

Complex function method and multi-polar coordinate transformation technology are used here to study scattering of circular cavity in right-angle planar space to SH-wave with out-of-plane loading on the horizontal straight boundary. At first, Green function of right-angle planar space which has no circular cavity is constructed; then the scattering solution which satisfies the free stress conditions of the two right-angle boundaries with the circular cavity existing in the space is formulated. Therefore, the total displacement field can be constructed using overlapping principle. An infinite algebraic equations of unknown coefficients existing in the scattering solution field can be gained using multi-polar coordinate and the free stress condition at the boundary of the circular cavity. It can be solved by using limit items in the infinite series which can give a high computation precision. An example is given to illustrate the variations of the tangential stress at the boundary of the circular cavity due to different dimensionless wave numbers, the location of the circular cavity, the loading center and the distributing range of the out-of-plane loading. The results show the efficiency and effectiveness of the method introduced here.     

ANALYTICAL EVALUATION OF PERMANENT DEFLECTION OF A THIN CIRCULAR PLATE STRUCK NORMALLY AT ITS CENTER BY A PROJECTILE

The permanent deflection of a thin circular plate struck normally at its center by a projectile is studied by an approximate theoretical analysis,FEM simulation and experiment.The plate made of rate sensitive and strain-hardening material undergoes serious local deformation but is not perforated during the impact.The theoretical analysis is based on an energy approach, in which the Cowper-Symonds equation is used for the consideration of strain rate sensitive effects and the parameters involved are determined with the aid of experimental data.The maximum permanent deflections predicted by the theoretical model are compared with those of FEM sim- ulation and published papers obtained both by theory and experiment,and good agreement is achieved for a wide range of thickness of the plates and initial impact velocities.     

压电激励圆形曲梁的静态响应及位移控制

研究压电激励圆形曲梁的静态位移响应及位移控制的参数特性。将压电夹层圆形曲梁等效为单层结构,基于一维小曲率曲梁理论,建立其控制方程。在集中弯矩和径向集中力以及电载荷作用下,分析了带压电激励器的圆形悬臂曲梁的静态响应。与有限元结果比较表明:本文的理论模型能够模拟压电激励的小曲率圆形曲梁的静态响应。压电夹层圆形曲梁在任意位置的径向集中力载荷作用下,控制其自由端径向位移响应为零,求得控制电压的解析表达,数值分析表明:随着集中力载荷的位置变化和梁长的变化,最优控制电压将出现峰值和反号。     

准饱和土体中圆形衬砌对弹性波的散射

采用Vardoulakis和Beskos提出的准饱和土体的波动控制方程,根据Helmholtz矢量分解定理,得到了准饱和土中P1波(快压缩波)、P2波(慢压缩波)和S波(剪切波)的波数的势函数表达式.将准饱和土体和圆形衬砌视为各向同性的均质体,运用波函数展开法将入射波、散射波和折射波的势函数展开成Fourier-Bessel函数的级数形式,根据准饱和土体与衬砌边界处应力和位移连续及衬砌内完全自由的边界条件,得到了平面P1波入射下,准饱和土体内深埋圆形衬砌的散射系数和折射系数的理论解,通过数值计算分析了饱和度对准饱和土体和衬砌的DSCF(动应力集中因子)及准饱和土体的PPCF(孔压集中因子)的影响规律,结果表明:准饱和土体的DSCF随着饱和度的增大而减小,衬砌的DSCF基本不受饱和度的影响,而准饱和土体的PPCF则随着饱和度的增大而增大.     

二维直角平面内固定圆形夹杂对稳态入射反平面剪切波的散射

利用复变函数法、多极坐标及傅立叶级数展开技术求解了二维直角平面内固定圆形夹杂对稳态入射反平面剪切（shearing horizontal, SH）波的散射问题。首先构造出介质内不存在夹杂时的入射波场和反射波场,然后建立介质内存在夹杂时由夹杂边界产生的能够自动满足直角边应力自由条件的散射波解,从而利用叠加原理写出介质内的总波场。利用夹杂边界处位移条件和傅立叶级数展开方法列出求解散射波中未知系数的无穷代数方程组,在满足计算精度的前提下通过有限项截断,得到相应有限代数方程组的解,最后通过算例具体讨论了二维直角平面水平边界点的位移幅度比和相位随量纲一波数、入射波入射角及夹杂位置的不同而变化的情况,结果表明了算法的有效实用性。