Effect of elastic constitutive laws on the deformation of two-dimensional red blood cell

Deformation of two-dimensional red blood cell in linear shear flow is simulated using the immersed boundary method, in which the cell is modeled as a force source instead of a real body. The effect of three constitutive laws, i.e. Hookean, Neo-Hookean and Skalak elasticity, on the deformation is studied by simulating the cell movement in two linear shear flows. The results show that the effect of the constitutive laws gets more obvious as the shear rate increases. Both the aspect ratio and the inclination of the steady shapes get bigger, and the differences between the periods of the cell tank-treading motion become larger. For the same shear flow, the period with Hookean elasticity is less than the period with Neo-Hookean elasticity and bigger than the period with Skalak elasticity.     

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响,采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线,各构件弯曲变形满足平截面假定,基于最小势能原理,推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解;基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数,并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限;采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性. 研究结果表明:所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强,可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.      

考虑轴力和剪切效应的盾构隧道纵向变形分析

采用傅立叶级数法研究了不同荷载作用下轴力和剪切效应对盾构隧道变形的影响.?计及剪切变形所产生的地基反力,建立了弯曲变形的控制微分方程,推导了剪切变形的计算公式;采用与既有理论解对比的方法,验证了级数解的正确性;通过对比计算,分析了截面形式、端承条件、荷载形式、长高比以及有无弹性地基对盾构隧道剪切变形的影响,剪切刚度对弯...     

解析型Timoshenko梁有限单元

为提高深梁结构内力及变形的计算精度和效率,以Timoshenko梁理论为基础,建立了深梁位移控制方程,进而构造了深梁挠度、截面弯曲转角和剪切角的解析位移形函数. 采用势能原理建立了深梁的势能泛函,利用势能变分原理得到了解析型单元列式,进而给出了解析型单元总刚度矩阵,将其与理论解、插值多项式深梁单元进行对比分析. 结果表明:构造的解析型单元只需划分为一个单元即可保证计算的深梁挠度和转角与理论解一致,采用插值多项式单元确定的挠度和转角与理论解的相对误差最大可达到19.785%. 同时,为验证剪切变形对深梁位移影响,将构造的单元与Euler梁单元的计算结果进行对比. 对比表明:对于承受均布荷载作用的悬臂梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到50%;对于承受端部集中弯矩作用的简支梁,基于Euler梁计算的位移与基于Timoshenko梁理论构造的解析型单元计算的位移偏差可达到10.769%. 本文构造的单元满足了高精度、高效率的要求;该解析型梁单元可适用于浅梁分析,且不存在剪切闭锁的问题.      

四边简支压电层合厚板的一阶理论解析解

基于一阶剪切变形板壳理论和压电理论,推导了压电层合板结构的基本方程。对四边简支的压电层合板在四边接地、上下表面受外加电压及无外加电压作用时进行了解析求解,求得了电势和位移的表达式,给出了压电层和基体的挠度及电势分布图。     

剪切变形对单层单跨框架稳定的影响

根据Timoshenko二广义位移梁理论,导出了考虑剪切变形影响压弯构件的解析解和弯矩-转角位移方程.利用位移法分析了单层单跨框架柱下端分别为铰接或固结时的对称与反对称失稳问题,建立了失稳时关于计算长度系数的超越方程.在此基础上,计算了单层单跨框架不同剪弯刚度比的计算长度系数,并与不考虑剪切变形影响的结果进行了比较,得出了剪切变形显著影响无侧移失稳框架的计算长度系数,但不影响有侧移失稳框架的计算长度系数,且得到现行的不考虑剪切变形影响的计算长度系数法偏不安全等结论,指出本研究所用方法可推广至多层多跨框架稳定分析中.     

偏心荷载作用下多室宽箱梁弯扭特性分析

通过建立不同箱室数量和宽跨比的单箱多室宽箱梁的有限元模型,分析了宽箱梁在扭转荷栽和偏心荷载作用下的剪力流和竖向位移分布。研究结果表明：多室宽箱梁整体扭转刚度大,扭转荷载作用下主要呈整体扭转变形;偏心荷栽作用下,多室宽箱梁弯扭效应由整体的竖向弯曲和整体扭转两部分组成;由于箱室宽度较大,偏心荷载作用下扭转剪力流效应明显．应重视各腹板剪力的不均匀分布。     

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响,采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究. 沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土,模型缩尺比为1∶30,采用层叠剪切箱装填砂土构成场地,采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析. 研究结果表明:在同一深度土层,柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道;当土层发生液化时,其加速度放大系数小于1;当沉管隧道接头剪切刚度（G）减小为0.10G和0.01G时,隧道截面剪应力减小20%和33%,截面轴应力峰值最大值减小16%和30%,截面剪应变峰值分别增加了60%和140%;上覆水使场地加速度放大系数变小,是由于水的存在加大了土层表面的阻尼;在P波作用下,上覆水水深从10 m增长到40 m时,沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.      

组合梁挠度计算的新方法——有效刚度法

要精确计算弹性剪切连接时组合梁的挠度较为复杂,因而很难得到任意荷载作用下的解析解,一些常用荷载作用下的解析解冗长,计算繁琐.为此,GB 50017—2003《钢结构规范》中提供了一种较为简便的计算方法——抗弯刚度折减法,但用该方法计算时,精度不高,适用范围有局限.为此,提出了组合梁挠度计算的一种新方法——有效刚度法.该方法计算简便、力学概念清晰,且计算精度很高,与精确解析解的误差不超过1.0%;此外,还能给出组合系数的值,能非常直观地评价组合梁组合作用的大小;该方法对剪切连接件的刚度无任何限制,其变化范围可以从趋近于0到无穷大.     

波形钢腹板PC组合箱梁桥的挠度计算与分析

为研究箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC箱梁桥挠度的影响,基于能量变分法对该桥型的挠度计算进行了分析.首先,从箱梁翼板的面内剪切变形和弯曲剪力流的分布规律出发,在理论上推得可同时考虑箱梁剪力滞效应和钢腹板剪切变形的纵向位移函数;其次,以所得的纵向位移函数为基础,运用能量法推导出该桥型的挠度计算公式,并用模型试验及有限元法对公式的正确性进行了验证;最后,分析在箱梁宽跨比和钢腹板高度变化时,在不同荷载类型作用下,箱梁剪力滞效应和腹板剪切变形分别对波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥挠度的影响.研究结果表明:当宽跨比为0.108~0.650时,在集中荷载作用下,剪力滞效应和钢腹板剪切变形对波形钢腹板PC连续箱梁桥的挠度影响较大,不可忽略;当宽跨比为0.108~0.650时,在均布荷载作用下,波形钢腹板PC简支和连续箱梁桥仅需考虑波形钢腹板剪切变形对其挠度的影响,只有在特定的宽跨比和特定的波形钢腹板截面高度下,才需要考虑剪力滞效应对其挠度的影响.      

基于Reddy理论的新型波形钢腹板组合箱梁挠度计算

为准确计算新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁的挠度,基于Reddy高阶剪切变形理论,考虑钢-混接触面滑移变形和全截面高阶剪切变形效应,以形函数作为单元内高度变化的插值函数,利用最小势能原理推出新型CSW组合箱梁等参有限元行列式;以一根8.0 m新型波形钢腹板简支组合箱型试验梁为例,基于本文理论编制了相应的计算程序,计算了集中、均布荷载作用下该梁的竖向挠度,并通过模型试验和有限元模拟验证了本文解析计算方法的可靠性;最后分析了剪力键剪切刚度、波形腹板型号、子梁高度比、跨高比等参数对新型CSW组合箱梁挠度的影响程度. 研究结果表明:考虑新型CSW组合箱梁全截面剪切变形效应后的挠度值较初等梁理论值增大约10%,较Timoshenko理论值增大约1.87%. 全截面剪切变形效应对挠度贡献随跨高比逐渐增大而减小. 跨高比和剪力键剪切刚度越小或子梁高度比越大,剪切变形效应对结构竖向挠度的影响越发显著,而波形钢腹板型号对箱梁挠度影响较小.      

血液在低压差下作管形定常层流流动其表观粘度与红细胞可逆性聚集的关系

目的　探讨血瘀症的流变学机理。方法　自制流变仪 ,在压差、管径、流态等方面接近人体静脉血流的仿生条件下 ,观察红细胞可逆性聚集与低压差粘度的关系。并与旋转式粘度计测量的结果相比较。结果　在管形定常层流流动中 ,当 τW<7.67× 1 0 -5N/cm2时 ,无论是红细胞本身硬化 ,还是血浆中缺乏使红细胞发生生理性聚集的有效成分 ,只要红细胞丧失了正常的聚集功能 ,低压差粘度均明显高于正常。此与旋转式粘度计测量的低切粘度相反。说明低压差粘度与低切粘度之间无正相关性。结论　流态不同 (片形、管形 ) ,血液的流变特性不同。在管形定常层流流动中 ,红细胞丧失了正常的聚集功能是低压差粘度增高的主要原因。它使静脉血回流阻力增大 ,微循环流出不畅 ,进而造成血液淤滞     

微流体对中心开孔圆盘的阻尼特性

由缝隙流和挤压流动控制方程得到了滑流边界条件下的粘性修正的流动解．分析了圆盘的运动阻尼与缝隙大小、中心孔径以及圆盘厚度的关系，给出了设计滑膜和压膜合成阻尼的解析表达式．微流体对圆盘的阻尼与圆盘面的表面特性相关．通过修正动量协调系数可得到合适的等效粘度，以计算微流体对运动物体的阻尼力．算例表明，用本文中提出的解析方法得到的结果与有限元方法的数值解吻合．     

薄壁箱梁挠度的一种简化分析方法

为寻求考虑剪切变形影响的薄壁箱梁挠度计算简化方法,以单位力法为基础分析薄壁箱梁的挠曲变形. 首先,通过对薄壁箱梁挠曲剪应力分布模式的分析获取组成箱梁各壁板的剪切影响系数表达式,基于该剪切影响系数,利用Timoshenko梁理论导出简单箱梁挠度的解析表达式;其次,利用卡式第二定律推导出箱梁的梁段单元分析模型,编制了求解变截面箱梁等复杂结构的电算程序;最后,对等截面及变截面箱梁的算例模型进行了分析. 数值算例结果表明:程序计算的挠度与实测值及ANSYS空间有限元结果误差在3%以内;针对数值算例,剪切变形使箱梁挠度增大20%以上;随着宽高比的增大,翼板剪切产生的附加挠度会增大,而腹板情况与之相反.      

不可缩球绕流的Navier-Stokes方程的解

一百多年来 ,流体力学虽然发展很快 ,但一直未找到它的基本动力学方程 Navier- Stokes方程的任何真正解 (非简化解 ) ,本文利用自己特有的平衡——待定系数法解决了这一问题 ,证明了其解的存在性。另外 ,在牛顿流体的情况下 ,压强 p不可能为负值 ,但此方程的解适合于整个实数域 ,因此 ,必须对 p的值域进行限制 ( p>0 ) ,这就是本文提出的以分离流动为依据的边界约束条件。此解法是一种通用解法 ,它适合于其它坐标系和比球面边界更复杂的边界条件 ,也可以推广到 3、4维可压缩的粘性流动的研究中。     

曲轴动压滑动轴承非线性油膜力解析方法

基于分离变量法、Sturm-Liouville理论与下游Reynolds边界条件, 提出了一种求解曲轴动压滑动轴承非线性油膜力的解析方法; 将轴承不可压缩流体动压润滑Reynolds方程的压力分布表示为特解加通解的形式; 运用分离变量法, 将油膜压力分布的特解和通解分别表示为周向分离函数和轴向分离函数相加和相乘的形式; 为了便于求解, 对油膜压力特解的周向分离函数进行Sommerfeld变换, 通过连续性条件确定油膜的终止位置角; 由于油膜压力通解的周向分离函数没有直接解的形式, 通过油膜厚度的逼近函数将油膜压力通解的周向分离函数转化为Sturm-Liouville型方程, 根据边界条件求得本征值和本征函数系, 通过三角函数的无穷级数展开表示油膜压力通解的周向分离函数; 采用含本征值的双曲正切函数表示油膜压力通解的轴向分离函数; 在润滑油膜的完备区域, 对油膜压力分布的解析表达式进行积分, 求得曲轴轴承的非线性油膜力。分析结果表明: 采用解析方法计算的非线性油膜力与有限差分法的计算结果吻合较好, 偏心率较小时非线性油膜力仅相差约5%;当轴承偏心率由0.2增大到0.6时, 油膜终止位置角的最大值减小了13.5%;当量纲为1的速度扰动由0增大到0.03时, 油膜终止位置角变化了3.3%;当本征值的个数不小于20时, 量纲为1的径向、切向通解油膜力的变化较小, 取值分别保持在-2.8、4.6附近。由此可见: 采用解析方法能够准确求解曲轴动压滑动轴承的非线性油膜力; 轴承偏心率对油膜破裂的影响较大, 且偏心率较大时油膜易破裂; 相对于轴承偏心率而言, 速度扰动对油膜破裂的影响较小; 当本征值的个数不小于20时, 油膜压力通解的计算精度较高, 能够满足工程需要。      

高温和重载对DCLR改性沥青混合料抗变形能力的影响

为了评价煤直接液化残渣(DCLR) 和复合DCLR改性沥青混合料在高温和重载下的抗变形能力, 对级配为AC-20的2种沥青混合料进行多温度(50℃、60℃、70℃)、多荷载(0.7、0.8、0.9、1.0 MPa) 条件下的三轴重复荷载试验, 并对试验数据进行非线性拟合, 提出了能够在高温和重载条件下评价2种沥青混合料抗变形能力的指标, 并利用方差分析法研究了温度和荷载对沥青混合料抗变形能力的显著性影响。研究结果表明: 2种沥青混合料的永久变形随温度和荷载的增大而增大, 流动数、非线性拟合指数分别与温度和荷载呈负相关与正相关, 说明流动数和非线性拟合指数均能反映沥青混合料的抗变形能力, 但2种沥青混合料的流动数的三维曲面在温度为65℃~70℃和荷载为1.0 MPa处有交叉, 说明流动数在高温和重载条件下不能有效区分DCLR和复合DCLR改性沥青混合料的抗变形能力; 在0.05显著性水平下, 2种沥青混合料的抗变形能力对温度的敏感性均高于荷载, 因此, 温度为影响2种沥青混合料抗变形能力的主要因素, 荷载为次要因素; 温度和荷载的非线性拟合指数、流动数分别在0.013和0.113显著性水平下对2种沥青混合料的抗变形能力有显著性影响, 因此, 在试验温度和荷载范围内非线性拟合指数比流动数更适合作为评价DCLR与复合DCLR改性沥青混合料抗变形能力的指标。      

波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率,根据能量变分原理,推导了振动频率公式,得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试,得到了实际自振频率,并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明:剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大,考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低,且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加,因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。     

一种分析曲线箱梁剪力滞效应的传递矩阵法

基于能量泛函变分原理及箱梁翼板的剪力滞翘曲位移函数,导出了曲线箱梁的弹性控制微分方程、边界条件并运用消元法求得其闭合解。基于多跨曲线桥跨界的静力平衡及连续条件,给出了跨间矩阵和节点矩阵,建立了变形和内力的传递矩阵,提出了一种计算曲线箱梁剪力滞的传递矩阵法。算例表明了该方法的有效性。     

垮塌区隐患资源爆破开挖变形响应的DDA法

针对地下金属矿山垮塌区隐患资源开采的安全问题,应用非连续变形分析法（DDA）研究垮塌区隐患资源在爆破动荷载作用下的变形响应. 通过势能极小化原理和平面应变假设探讨DDA法的计算过程,在DDA模型中引入自由场边界和设置边界单元体的法向与切向自由阻尼器来模拟垮塌区边缘采场的爆破开挖,讨论了注浆加固后的垮塌区滑移面附近区域在爆破动荷载作用下的变形特征. 研究结果表明:DDA模型中的输入波表现出明显的滞后性,根据输入波的滞后性计算波的传播速度与现场实测结果非常接近;爆破开挖后垮塌区滑移线下部区域的变形明显小于上部区域,与实际开挖后现场的监测结果相符合;距离爆源越远的监测点,速度放大系数越大,在DDA法中引入自由场边界和边界单元的自由阻尼器来研究垮塌区边缘采场在爆破动荷载作用下的变形响应是可靠的.