钢箱梁受压板肋加劲板弹性屈曲性能研究

为了研究钢箱梁板肋加劲板的受压弹性屈曲性能,按规范要求设计了板肋加劲板算例,分别采用有限元方法与经典理论公式对板肋加劲板的受压弹性稳定性能进行分析与比较。结果表明,当最佳刚度比大于板肋与盖板刚度之比,数值分析结果与经典理论公式的计算结果吻合良好;当最佳刚度比小于板肋与盖板刚度之比后,由于加劲板的实际屈曲失稳形态与经典理论公式的推导假定不再相同,计算结果差异随二者刚度之比的增大而迅速增大;对于钢箱梁中常用的板肋加劲板,盖板长宽比在0~1.5范围内变化,加劲板屈曲应力随比值增大而急速减小;盖板长宽比大于1.5后,加劲板屈曲应力曲线趋于平稳。     

弹性基底上受非均匀荷载加劲板的局部屈曲特性

针对弹性基底上板的局部稳定问题,应用能量法推导了非均匀荷载作用下矩形加劲板的局部屈曲非线性特征方程,建立了考虑弹性基底接触和纵向加劲肋作用的屈曲板迦辽金表达式;基于牛顿迭代法,建立了局部屈曲的非线性特征方程的增量迭代格式与屈曲荷载特征值的附加迭代方程。分析结果表明:屈曲系数计算结果与有限元分析结果误差小于2%,并且避免了有限元模拟的接触分析过程,计算效率较高;当荷载梯度为1时,设置加劲肋的偏心构件的局部稳定性明显增强,临界屈曲系数增加到51.1,是普通板件的2.5倍;加劲板件的纵向鼓曲波的长宽比约为0.6,鼓曲波纵向排列相对密集,而普通板件每个鼓曲波的长宽比约为1.0;在不增加加劲肋材料用量的前提下,设置纵向加劲肋的最优位置为距离板件受压侧边缘的2/5板宽处,临界屈曲系数增加为78.9,是普通板件的4倍;加劲肋的设置可将矩形钢管混凝土壁板的宽厚比增加到172,将界限值提高2倍以上。可见,在矩形钢管混凝土管壁设置纵向加劲肋能够有效提高偏压作用下管壁的局部稳定性,改善矩形钢管混凝土的截面尺寸。     

线分布激励下功能梯度材料矩形板声辐射研究

根据Rayleigh公式,建立了预测功能梯度矩形板在无限障板中的声辐射模型并进行了理论研究.求解时,根据功能梯度复合材料矩形板的基本动力方程,首先利用模态叠加法求出线分布激励载荷作用下功能梯度板横向振动位移,然后对振动位移进行傅里叶变换,根据Rayleigh公式求解,最终得到远场声压近似解析解.通过数值仿真计算了不同阻尼、板厚、板宽和梯度指数下功能梯度板的辐射声压.对近场声辐射亦进行了数值积分分析.     

基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟

跨海大桥基础施工可能面临水深、浪大和流急等恶劣海况,波流力甚至可能成为围堰施工的主要控制荷载. 为研究跨海桥梁施工期围堰波流力,采用垂向多层σ坐标变换模型追踪三维波流自由液面,添加浸没边界法（IBM）处理不规则结构物界面,建立了基于LES的三维波流与结构物相互作用的数值模型,利用所建立并验证的三维数值模型模拟不同长宽比的矩形围堰与斜向波流的相互作用. 分析结果表明:所建立的三维数值模型能够较好地模拟矩形结构波流力;长宽比为1.0时,由于结构的对称性,波流入射角对围堰总波流力影响很小,增幅均在5%以内;随着长宽比的增加,波流入射角对围堰总波流力的影响增大;如长宽比为2.0时,波流沿纵桥向入射时（90°）结构的总波流力约为沿横桥向入射时（0°）总波流力的2.48倍. 与纯波情况相比,矩形围堰波流力普遍比纯波力偏大,但入射角对结构纯波力或波流力的影响系数较为接近.      

不同支承条件下岩石板体断裂破坏的实验研究

通过对不同支承条件下不同厚度、加荷位置和长宽比的大理岩岩石板体进行断裂破坏实验发现:在相同尺寸和厚度条件下,CFFF,CSFF,CCFF,SFSF,CFSF及CFCF板的破坏荷载依次增加.CFFF板角边破坏荷载最小,从板角向板中逐渐增加;CFCF板荷载施加位置对破坏荷载的影响不明显;CFSF和SFSF板从板中心点向板自由边边界逐渐降低;CSFF和CCFF板角点破坏荷载最小,沿对角线向内逐渐增大.CFCF,CFSF,SFSF和CFFF板在长宽比为1.0时破坏荷载达到最大,CCFF和CSFF板则变化不明显.在不同支承条件下,石板的断裂破坏形态与加载位置和石板颗粒的胶结状态等因素有关.     

基于背门约束系统的车内低频轰鸣声控制

汽车背门一般通过铰链、锁销、缓冲块等约束系统安装和固定在车身上,其刚体模态振动与车内声腔声压耦合,是导致低频轰鸣声的主要原因.本文建立了背门振动-乘员舱声压的一维板-腔耦合声学解析模型,分析研究了边界约束刚度对板件振动速度响应及腔内耦合声压的影响规律,并进行了实车实验验证;通过调节锁销相对位移和缓冲块相对高度,解决了某车型低频敲鼓声问题.分析结果表明：在板件刚体模态振动下,腔内耦合声压幅值沿远离板件方向逐渐增大,且在声腔底部位置最大;板件振动速度相应及腔内耦合声压峰值幅值随边界约束系统刚度减小而降低;在低频轰鸣发生的20～30 Hz频率范围内,乘员舱前排位置声压峰值幅值比中排及后排位置大约8 dB(A),验证了理论分析结果的正确性;乘员舱内耦合声压峰值幅值随着锁销相对位置的增大和缓冲块相对高度的减小而降低,锁销相对车身向车尾方向增大2 mm或者缓冲块相对高度减小2 mm,可以使背门振动速度减小约0.002～0.003 m/s,前排声压峰值幅值降低3.5～14.8 dB(A).     

DQ法求解FGM Levinson梁的静态弯曲问题

基于高阶剪切变形理论,采用微分求积法（DQM）研究了功能梯度材料Levinson梁的静态弯曲解,并与Timoshenko梁的弯曲解进行了比较。考虑功能梯度梁的材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,建立了梁的无量纲控制方程,给出了均布载荷作用下,长细比为10时,相同尺寸的梁在3种常见的边界条件下功能梯度Levinson梁的无量纲挠度随梯度指数 p的变化规律以及不同边界条件下功能梯度材料Levinson梁的无量纲挠度随长细比的变化规律。     

矩形薄膜的横向自由振动研究

本文通过研究静止状态下,受双向拉力作用的矩形薄膜的横向自由振动问题,运用Hamilton原理,采用伽辽金无网格法,并直接给位移边界引入罚函数,建立了矩形薄膜横向自由振动的运动方程。     

不同长宽比矩形高层建筑的分离再附流动特性

为研究边界层紊流特性、断面长宽比和空间位置等因素与矩形高层建筑分离再附流动特性之间的关联,通过不同长宽比矩形建筑模型的同步测压试验,获取不同工况下的表面风压实测数据;分析了影响矩形建筑三维分离再附流动和分离区长度演化规律的多种因素,探讨了大尺度紊流下矩形高层建筑的非定常气动力与分离再附流动特性的内在关联;定量给出了平均分离区长度在竖向的分布规律. 研究结果表明:紊流风场的积分尺度与建筑特征尺寸的比值关系会影响分离再附流动和气动力特性的试验精准度,最大偏差可达约24%;边界层紊流的干扰导致分离剪切层曲率增大,加强了对分离区的卷夹作用,稳定再附将发生在长宽比为2时;平均分离区长度在竖向方向逐渐增大,并依据试验结果给出了高层建筑侧面风压取值的修正建议.      

粘弹性地基上考虑耦合效应四边自由矩形薄板的非线性自由振动分析

基于Hamilton能量变分原理和薄板的基本假设,考虑地基阻尼的影响,建立了双参数粘弹性地基上考虑耦合效应的四边自由矩形薄板的非线性自由振动方程以及板域外的控制方程.应用瑞利-里兹法及循环迭代对方程进行求解,探讨了地基阻尼、地基弹性模量以及板的结构参数对双参数粘弹性地基上四边自由矩形薄板的非线性自由振动特性的影响,得出...     

水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究

研究了径向简谐集中力激励下的水中功能梯度复合材料有限长圆柱壳的振动和声辐射问题。从有限长功能梯度材料振动方程出发,利用模态叠加法,推导出了圆柱壳在径向集中力激励下,平面振动平均振速和声辐射效率表达式。通过数值仿真计算了不同梯度指数下圆柱壳的平均振速、辐射功率和辐射效率。为功能梯度材料圆柱壳声辐射的研究提供了一种有效方法。     

Unified approach for vibration analyses of annular sector and annular plates with general boundary conditions

This paper presents a unified approach for predicting the free and forced (steady-state and transient) vibration analyses of annular sector and annular plates with various combinations of classical and non-classical boundary supports. In spite of the types of the boundary restraints and the shapes of the plates, the admissible displacement function is described as a modified trigonometric series expansion, and four sine terms are introduced to overcome all the relevant discontinuities or jumps of elastic boundary conditions. Mathematically, the unification of various boundary value problems for annular sector and annular plates is physically realized by setting a set of coupling springs to ensure appropriate continuity conditions along the radial edges of concern. Numerous examples are presented for the free vibration analyses of annular sector and annular plates with different boundary restraints. With regard to the forced vibration analysis, annular sector and annular plates with different external excitations are examined. The accuracy, convergence and numerical robustness of the current approach are extensively demonstrated and verified through numerical examples which involve plates with various shapes and boundary conditions.     

功能梯度输流管在弹性基体中的热弹性振动分析

为了研究嵌入弹性基体功能梯度输流管的流固耦合振动问题，首先根据欧拉梁模型理论推导得到功能梯度输流管道的振动控制方程，然后采用微分求积法对振动控制方程进行求解，最后根据计算结果详细讨论了材料组分的体积分数、温度、长细比及弹性基体的弹性系数对系统的固有频率及临界流速的影响. 研究结果表明:（1） 内部材料组分的体积分数增大会使系统的无量纲固有频率增大，临界流速减小（指数n由0增大到10，流速为0时的固有频率增大约13%，临界流速减小约6%）；（2） 随着温度的升高，系统的固有频率和其临界流速都会降低（长径比为100时，温度升高30 K，流速为0时的固有频率减小约4%，临界流速减小约14%），减小长径比会使得系统的固有频率明显下降（长径比为100、50和20时，系统的固有频率分别为160、41.1和11.87.）；（3） 系统的固有频率随着管道外径的增大而降低，管壁越薄变化越快，管壁越厚变化越慢（外径由0.1 m增大到0.11 m时，其固有频率的下降幅度约为外径由0.19 m增大到0.2 m时的100倍）；（4） 弹性基体弹性系数k增大会提高系统的固有频率（k增大3倍，系统的固有频率提高了约74%）.      

Application of method of fundamental solutions in solving potential flow problems for ship motion prediction

A novel panel-free approach based on the method of fundamental solutions (MFS) is proposed to solve the potential flow for predicting ship motion responses in the frequency domain according to strip theory. Compared with the conventional boundary element method (BEM), MFS is a desingularized, panel-free and integration-free approach. As a result, it is mathematically simple and easy for programming. The velocity potential is described by radial basis function (RBF) approximations and any degree of continuity of the velocity potential gradient can be obtained. Desingularization is achieved through collating singularities on a pseudo boundary outside the real fluid domain. Practical implementation and numerical characteristics of the MFS for solving the potential flow problem concerning ship hydrodynamics are elaborated through the computation of a 2D rectangular section. Then, the current method is further integrated with frequency domain strip theory to predict the heave and pitch responses of a containership and a very large crude carrier (VLCC) in regular head waves. The results of both ships agree well with the 3D frequency domain panel method and experimental data. Thus, the correctness and usefulness of the proposed approach are proved. We hope that this paper will serve as a motivation for other researchers to apply the MFS to various challenging problems in the field of ship hydrodynamics.     

矩形钢管混凝土柱局部屈曲分析

在矩形钢管混凝土柱中采用薄壁钢板将引起局部屈曲,局部屈曲会降低钢管混凝土柱的强度、延性和抗弯刚度。主要分析在偏心荷载作用下,矩形钢管混凝土柱局部临界屈曲应力σcr的变化情况。因此,通过引入应力梯度系数φ来描述偏心距,并应用伽辽金法推导出了矩形钢管混凝土柱局部屈曲的临界应力公式。从公式可知,随着应力梯度系数φ的增加,矩形钢管混凝土柱中外包钢板的局部屈曲应力会减小。另外,完全的轴心压力对矩形钢管混凝土柱的局部屈曲是不利的。     

折板理论在箱梁动力分析中的应用

本文应用折板理论对箱梁的固有振动进行了探讨，推导出箱梁自由振动运动方程及确定箱梁固有频率的特征方程，经算例验证，结果表明，折板法计算简便，结果可靠，有相当高的精度。     

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。