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2022年  第39卷  第5期

封面
2022-05期封面+目录
2022, 39(5).
摘要:
综述
建筑结构抗震“体系能力设计法”综述
叶列平, 金鑫磊, 田源, 陆新征, 缪志伟, 曲哲, 林旭川, 卢啸
2022, 39(5): 1-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0173
摘要:
建筑结构是由不同力学单元组合形成的复杂系统,从系统层次控制结构在强震下的动力响应与损伤过程对结构抗震设计具有重要意义。为使建筑结构具有“稳定、有序、渐进、可控”的地震损伤机制与破坏模式,预先设计明确的损伤机制和提高结构整体屈服后刚度是有效途径。在此背景下,“体系能力设计法”得以提出和发展。体系能力设计法通过在体系层次设置主、次结构,使结构的弹塑性动力响应受控于抗震能力较高的主结构,从而实现性态控制。该文综述了体系能力设计法中的关键科学问题在近年来的重要发展,并探讨了体系能力设计法的工程指导意义与未来发展方向。
高层建筑抗风优化设计和风振控制相关问题研究
傅继阳, 吴玖荣, 徐安
2022, 39(5): 13-33, 43. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.ST07
摘要:
高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。该文在对高层建筑抗风优化设计和风振控制研究现状做简要介绍的基础上,首先根据风荷载的特点,着重研究了考虑风速风向联合概率分布和基于可靠度及性能化的高层建筑抗风设计方法,采用最优准则法,以结构的总重或总造价为目标函数,以顶部位移、层间侧移以及顶部风致加速度为约束条件,对高层建筑结构杆件截面抗风优化设计的相关问题进行了研究。同时为提高基因遗传智能优化算法的收敛速度和获得最可能优化解,该文提出了传统基因遗传的改进算法(如基于改进罚函数及分级遗传算法)用于结构抗风优化设计。在结构拓扑抗风优化方面,则主要引入分层优化的概念,对变密度法和改进动态进化率的双向渐进拓扑优化方法,应用于抗风结构的拓扑构型优化算法进行了相关研究。通过实例分析验证了上述结构抗风优化算法的高效和正确性。在风振控制方面,该文结合摩擦摆系统和调谐质量阻尼器各自的优点,提出了摩擦摆调谐质量阻尼器(FPS-TMD)被动控制系统,对其力学和动力特性,以及高层建筑顶部带FPS-TMD系统的风振控制理论,进行了相关研究。以结构控制第三代Benchmark模型为实例,研究顶部带FPS-TMD系统的高层建筑风振控制效果,同时结合该文开发的基于小型电振动台的实时混合实验测试平台,采用风振控制实时混合实验结果与理论模拟计算结果的对比,验证了该文提出的FPS-TMD被动控制系统,应用于高层建筑风振控制的有效性。
基本方法
考虑剪切和扭转变形的有限质点法纤维梁单元研究
林贤宏, 罗尧治, 唐敬哲, 汪伟, 郑延丰, 杨超
2022, 39(5): 34-43. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0184
摘要:
为提高有限质点法分析结构弹塑性问题的精度,该文将纤维梁模型融入有限质点法的计算求解框架中,推导了考虑剪切变形和扭转变形的有限质点法纤维梁单元的质点内力求解公式。该单元采用Timoshenko梁理论描述梁截面变形状态,以单元纯变形分量表示截面上任一点的位移,并结合纤维材料的三维本构关系以考虑弯曲、剪切和扭转变形之间的耦合作用。数值算例的分析结果表明,该纤维梁单元能够有效地模拟结构弹塑性行为,相较于塑性铰法具有更高的精度。
土木工程学科
基于空间位形的在役索膜结构有限元模型修正与安全评估
丁一凡, 刘宇飞, 樊健生, 刘家豪
2022, 39(5): 44-54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.ST08
摘要:
索膜结构的内力分布与空间位形相互关联,受施工阶段的几何找形与服役阶段的结构损伤、性能退化等影响,在役索膜结构的实际位形与设计状态有所差异,结构的服役性态未知,工程上的安全评估难以操作且并无可靠方法借鉴。该文提出了一种基于空间位形指标的在役索膜结构有限元模型修正方法,以模型中拉索的初始预应力作为优化参数、以结构关键节点坐标的匹配作为模型修正目标函数,通过构建基于结构特征点空间位置信息的目标函数来反映有限元模型与实际结构的吻合度,设计ABAQUS与MATLAB联合仿真优化程序,利用全局搜索和局部优化实现模型修正。现场试验采用三维激光扫描获取在役索膜结构空间位形信息,基于实测数据对有限元模型进行修正。修正后模型与实际结构受力状况更为接近,与索力的实测结果对比表明,有限元模型的索力由修正前最大偏差10%~30%降低至10%以下,验证了方法的有效性与准确度。利用修正后的有限元模型实现了在役索膜结构的安全评估。
竖向成层介质中标量波传播问题的高精度人工边界条件
李会芳, 赵密, 杜修力
2022, 39(5): 55-64. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0112
摘要:
为了实现含竖向成层介质以及表面不规则地形场地中标量波传播问题的高效且高精度求解,该文基于连分式展开和扩展的一致边界,建立了一种频域下折线形高精度人工边界条件。通过在每个竖向地层内引入独立的斜角坐标变换,新的人工边界条件可以用于多起伏地表地形条件。新的折线形人工边界在频域下推导,仅含有连分式阶数一个待定实参数,用于调整计算精度,该参数不随外行波的频率和传播角度改变。人工边界条件可以与内域有限元方程无缝耦合,应用简单方便。由于新边界条件的高精度,内域尺寸可以取较小甚至可以直接将人工边界加在结构周围或者地表,从而极大提高计算效率。通过典型数值算例,将人工边界计算模型与有限元大模型的解进行了对比分析,验证了该文提出的折线形人工边界条件的有效性和高精度。
钢-混凝土交界面法向粘结性能研究
薛翔, 胡少伟, 齐浩, 单常喜
2022, 39(5): 65-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0182
摘要:
考虑到钢-混凝土交界面的特殊性,提出了三个用于评价交界面法向粘结性能的参数指标,包括法向粘结刚度、法向粘结强度和法向极限张开位移,使用断裂力学理论推导了参数的计算方法,设计并进行了钢-混凝土交界面法向粘结参数测定试验。试验结果表明:在交界面粘结力的作用下,试验荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线初始上升段会经历线性段、过渡段和平台段三个阶段;随着钢板粗糙度的增加,交界面法向粘结强度的增幅要远大于法向粘结刚度和法向极限张开位移的增幅;单位粗糙度交界面各个法向粘结性能参数的增量随着钢板粗糙度的增加而减小,其中法向极限张开位移值的增量降低最多;在钢板足够粗糙的情况下,交界面的法向粘结性能应趋近于交界面处砂浆的力学性能。将理论计算结果与有限元分析结果进行对比,两者吻合度很好,表明理论分析方法和试验方法的正确性,计算得到的交界面法向粘结参数值可用于实际工程分析。
琼州海峡海床地震反应特性的一维非线性分析
陈国兴, 夏高旭, 王彦臻, 金丹丹
2022, 39(5): 75-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0167
摘要:
深软海床上修建跨海通道并确保其地震安全是一项重大的工程挑战。选取拟建琼州海峡海底隧道沿线4个典型钻孔剖面进行一维非线性地震反应分析,研究了输入地震动特性、土体动力本构模型的选取对海床非线性地震反应特性的影响。结果表明:与MKZ模型相比,DCZ模型能更好地模拟地震动的某些高频和中-长周期分量在海床土层中的传播;海床35 m以浅和80 m~160 m深土层对0.6 Hz~1.1 Hz地震波传播的放大效应显著。对于0.2 g基岩地震动水平,海床地表峰值加速度达0.297 g,相当于地震烈度Ⅷ度水平,这与历史最大影响烈度是一致的;依据海床场地效应特征,累积绝对速度CAV是一个更合适的地震动强度指标。在周期0.05 s~0.5 s范围内,依据《中国地震动参数区划图》反应谱设计跨海通道将偏于不安全。
钢渣粗骨料混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究
薛刚, 赵玉杰, 周海峰, 孙立所
2022, 39(5): 86-95. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0053
摘要:
为探究钢渣粗骨料混凝土稳定性及其应力-应变关系全曲线,该文对包头某钢铁公司的钢渣粗骨料进行了浸水膨胀率试验及压蒸粉化率试验并测其f-CaO含量;完成了6组不同钢渣替代率下的立方体抗压试验及棱柱体单轴受压试验,分析其破坏形态及受力变形特征,建立钢渣粗骨料混凝土本构关系模型。研究表明:该文所选钢渣的f-CaO含量、浸水膨胀率、压蒸粉化率均符合现行规范规定,稳定性良好;钢渣粗骨料混凝土单轴抗压强度随钢渣掺量的增加而提高,并高于普通混凝土抗压强度,破坏呈现的脆性特征也更为显著;钢渣粗骨料混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值相较于普通混凝土更高。根据过镇海本构模型及Wee模型,并引入钢渣粗骨料含量的修正系数,对钢渣粗骨料混凝土应力-应变关系采用分段式表达。该文提出应力-应变模型与试验结果拟合程度较好,可以更加全面的描述钢渣粗骨料混凝土的单轴受压力学行为。
缺陷可检修型半灌浆套筒连接高应力反复拉压性能试验研究
解琳琳, 钟勃健, 苗启松, 陈曦, 孙海林, 杨参天, 冯雪
2022, 39(5): 96-104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0054
摘要:
为解决灌浆套筒饱满度缺陷引起的连接性能不可靠问题,研究团队前期提出了一种缺陷可检修型半灌浆套筒连接。为明确高应力反复拉压荷载下该套筒的连接性能,该研究考虑2种钢筋直径、4种灌浆缺陷率和2种修补方式影响,制作了26个试件进行高应力反复拉压试验,对比分析无缺陷、不同缺陷和缺陷修补套筒连接的破坏形态、承载力和变形能力的异同。结果表明:反复拉压荷载对较高缺陷率试件影响显著,当缺陷率达到一定阈值时,试件出现钢筋滑移破坏,承载力和变形能力显著低于无缺陷构件,该阈值随着钢筋直径的增大而减小;对于直径为20 mm、缺陷率为60%的试件,在钢筋尚未屈服前即发生粘结滑移破坏;无缺陷和缺陷修补试件破坏模式则均为钢筋拉断,且承载力和变形能力基本一致,采用灌浆料和植筋胶修补均可满足规范要求,验证了新型套筒修补的合理性和可靠性。
角柱失效下钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌能力研究
王景玄, 杨永, 周侃, 李秋颖
2022, 39(5): 105-118. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0147
摘要:
为研究角柱失效工况下钢管混凝土组合框架的抗连续倒塌性能,该文设计了1/4缩尺比例的两层两跨钢管混凝土柱-组合梁平面框架试件,对拆除角柱构件的剩余结构进行单调静力加载,获得该类结构的荷载-位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变曲线;在此基础上,采用能量等效原理分析该类结构的倒塌等效动力效应,并对该类结构的抗倒塌能力进行简要评估。研究结果表明:角柱失效工况下,钢管混凝土柱-组合梁框架受力过程主要经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、内力重分布阶段和破坏阶段;试件整体破坏主要集中于失效跨,破坏特征主要以钢梁断裂和扭曲变形为主,且二层钢梁先于一层钢梁发生破坏;压型钢板组合板受力过程中与钢梁发生局部分离,部分栓钉拔断;失效跨二层钢梁翼缘开裂时,框架内力通过相邻柱向一层钢梁传递。基于试验结果和能量平衡原理的结构动力响应简化评估方法,发现角柱失效工况下该类结构仍具有15.3%的抗连续倒塌剩余能力。
基于三维能量屈服准则的新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算方法
林拥军, 徐文强, 杨敏润, 奉鑫, 余国菲
2022, 39(5): 119-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0149
摘要:
已有新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度的计算方法分为考虑正应力和不考虑正应力2类,两类方法不仅存在理论依据不充分的问题,而且计算精度也有待提高,能够考虑正应力以及正应力为0的统一计算公式还未见报道。根据剪切试验破坏特征、机理,分析新老混凝土无锚筋结合面破坏机构,基于三维能量屈服准则、虚功原理和塑性极限分析理论,详细推导新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度理论计算公式。引入考虑正应力和粗糙度的综合影响系数,基于已有剪切试验数据并借助三维曲线拟合技术对理论公式进行修正,得到新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算公式。采用不同方法对27个新老混凝土无锚筋结合面压(拉)剪复合受力试验试件以及30个新老混凝土无锚筋结合面纯剪试验试件进行抗剪强度计算,对比分析结果表明:统一计算方法理论依据充分、计算简便,既可用于压(拉)剪复合受力构件,也可应用于纯剪受力构件;对于压(拉)剪复合受力试验试件,该文方法计算值与试验值的偏差率大都在±15%以内,统一计算公式的计算精度高于已有考虑正应力的计算方法;对于纯剪试验试件,该文方法计算值的偏差率大都在±20%以内,除计算低强度混凝土试件偏差率较大之外,统一计算公式的计算精度明显高于已有不考虑正应力的计算方法。
内置加劲环K型管节点抗冲击性能研究
王庆凡, 曲慧, 李伟, 高康, 赵光明
2022, 39(5): 133-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0151
摘要:
为揭示内置加劲环K型钢管节点在冲击荷载作用下的抗冲击工作机理,采用高性能落锤冲击试验机进行了4个内置加劲环和1个未加强K型管节点的抗冲击性能试验,得到节点的破坏模态并分析了冲击力时程曲线。建立内置加劲环K型管节点有限元数值分析模型,与试验结果对比验证模型可靠性。分析加劲环几何参数对节点冲击性能指标的影响和冲击能量的耗散机理。研究结果表明:内置加劲环可以增强节点的刚度和强度,加劲环宽度和厚度的增加均使K型管节点抵抗冲击荷载的能力有所提高,且加劲环厚度增大对提高节点抗冲击性能的效果要强于宽度;加劲环先于主管耗能,随着加劲环耗能能力达到峰值,主管开始逐步耗能并成为主要耗能构件;设置加劲环可增大K型管节点的耗能能力,加劲环宽度、厚度越大,节点的耗能量越大,主管的耗能量越少。基于K型管节点在静力荷载作用下的承载力计算公式,通过数值模拟分析得出带有加劲环节点的动力放大系数R,提出内置加劲环K型管节点抗冲击承载力计算公式,并验证公式的有效性。
竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥极限承载能力与失效模式分析
吕文高, 何政
2022, 39(5): 145-158. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0159
摘要:
提出采用塑性极限分析法研究竖向荷载作用下大跨飘浮体系斜拉桥的极限承载力和失效模式。基于塑性极限分析的相关假定并结合基本机构证明了该方法应用于斜拉桥失效分析的可行性,结合飘浮体系单塔斜拉桥推导了极限承载力计算公式并分析对应的失效模式,通过优化方法-内点法获得斜拉桥塑性极限荷载及其对应失效模式,并与OpenSEES有限元分析结果进行了对比分析。结果表明:竖向荷载作用下,主梁在拉索屈服强度较小时为整体性破坏,反之则为局部性破坏;相比拉索而言,主梁屈服强度对斜拉桥破坏的影响则正相反;拉索锈蚀在降低斜拉桥极限载荷系数的同时也改变其倒塌失效模式;相比于有限元法,塑性极限分析法简便且易操作,可用于研究竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥的极限承载能力与失效模式,且能够快速有效评估结构参数变化对其失效行为的影响。
引气混凝土在自然条件下的吸水模型研究
杨琦, 李克非
2022, 39(5): 159-166, 176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0165
摘要:
引气混凝土在自然环境下中的冻融损伤源于外部环境水分的侵入、混凝土的毛细孔-气孔系统的不断饱和。通过对气体分子扩散过程的讨论,修正了基于Fagerlund经典长期吸水理论的气孔饱水度变化预测模型,并采用引气砂浆的吸水实验结果证明了修正模型优于传统模型。结合自然条件下的干湿交替过程,提出了引气混凝土在自然条件下的吸水模型,包括两个阶段:自然环境中孔隙饱水度随环境干燥和降水作用而变化,以及外部侵入水分对毛细孔-气孔系统的饱和过程。前者利用干湿交替作用下混凝土表面湿润深度与平衡时间比的概念建立了自然条件吸水过程与连续吸水过程的联系,后者使用修正的气孔饱水度模型计算气泡持续饱水过程。将两阶段使用寿命模型应用于某大型铁路基建工程,结合当地气象数据与预设混凝土特性,得到了满足工程使用寿命的冻融耐久性关键设计参数。
基于加固效费比的砌体结构抗震加固方案优选方法研究
吴小宾, 陈鹏, 高峰
2022, 39(5): 167-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0166
摘要:
综合考虑砌体结构层数、既有结构材料强度、震损程度、结构加固抗震能力提升及对应修复加固费用,建立了针对砌体结构的加固效费比模型。以砌体结构加固效费比模型为基础,兼顾施工工期、施工技术、耐久性和对使用功能影响等因素,结合理想点法建立了一套多目标的砌体结构抗震加固方案优选新方法。有针对性地分析了结构层数、既有材料强度、震损程度等因素对加固方案决策影响。结果表明:提出的优选方法能客观地反映既有结构基本信息对方案决策的影响;针对一般砌体加固工程,可结合主观意愿和客观条件,科学、高效地给出优选加固方案,为加固设计实施提供参考依据。
ALE方法在沉箱码头地震液化分析的应用
刘顺, 唐小微, 栾一晓
2022, 39(5): 177-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0176
摘要:
沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用于饱和砂土液化大变形分析的ALE有限元方法并将其用于两种地基处理形式的沉箱码头在三种地震荷载作用下的地震液化分析。结果表明:强震作用下,ALE方法能够提供精度可靠的沉箱码头地震响应并保证整体的网格质量;沉箱的残余位移与地震荷载峰值近似呈线性关系,且对低频地震荷载较为敏感;在置换区和回填区存在高孔压连通区,可能会加大沉箱码头的残余位移,可考虑设置阻断置换区和回填区孔压转移的措施。
人行桥人致横向振动的新型模型—IP-K模型
贾布裕, 茅思奕, 陈扬文, 颜全胜, 余晓琳
2022, 39(5): 188-203. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0178
摘要:
目前关于人行桥人致横向振动机理仍不明确,在这个领域依旧存在争议和不足。有两种主要模型被用于解释人行桥人致大幅横向振动:同步锁定模型和倒摆模型。同步锁定模型认为桥上人群会受桥梁振动影响而逐渐调整步频和桥梁发生同步现象,导致桥梁发生大幅横向振动。而倒摆模型却认为人群调整步频产生的同步现象并不是桥梁大幅横向振动产生的前提条件,认为:即使行人不进行步频调整,其人-桥相互作用引起的自激力同样足够引起振动失稳。目前倒摆模型被认为更具普适性,但仍存在一个质疑:采用倒摆模型得到的行人正常步频下的速度同相自激力分量系数 \begin{document}${c_{\rm p}}$\end{document} 远小于实测值。产生这个问题的原因极有可能是倒摆模型忽视了实际中真实存在的同步效应。鉴于此,该研究提出了一种新型的人行桥人致横向振动模型:IP-K(inverted pendulum - Kuramoto)模型。其主要原理为:以倒摆模型为核心框架,同时,将Kuramoto生物同步模型引入倒摆模型,使其能考虑人群和桥梁振动之间的同步效应,以此使倒摆模型更合理、更接近实际。所提模型被应用于千禧桥北跨,验证了其有效性;同时,讨论了行人步频分布参数、行人数量、行人对桥梁振幅的敏感系数等一系列关键参数对 \begin{document}${c_{\rm p}}$\end{document} 的影响;并建立了一般线性非稳定/稳定的判定依据。该研究所提方法将为人行桥人致横向振动的机理的揭示提供有力的理论依据。
刚性挡土墙粘性填土被动土压力简化计算
彭俊国, 朱彦鹏
2022, 39(5): 204-209, 223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0183
摘要:
利用水平条分法计算刚性挡土墙粘性填土的被动土压力,得到了刚性挡土墙粘性填土时被动土压力的非线性分布表达式且计算模型满足切应力互等定理。根据摩尔-库仑准则得到侧压力系数的计算公式,并且得到了被动土压力合力的简便公式。通过两种计算模型讨论了土条带间切应力增量对被动土压力影响。将计算结果与现有经典理论进行对比分析,结果表明:当挡土墙墙背光滑且无均布荷载时该文计算公式退化为Rankine公式,当填土为无粘性土时,该文方法所得结果与考虑土拱效应的经典文献结论趋于一致,并且与现有的试验结论保持一致。
消能限位型钢支撑抗震性能试验研究及结构地震易损性分析
刘春阳, 孙鹏, 赵兴权
2022, 39(5): 210-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0196
摘要:
该文提出一种消能限位型钢支撑以期改善建筑结构抗震性能,设计了5个钢支撑,设计参数为限位位移、限位块数量、钢芯截面尺寸及长度。通过低周往复加载试验对5个钢支撑的破坏特征、滞回特性、骨架曲线和刚度等抗震性能进行了研究。基于IDA分析评估了含钢支撑框架结构模型的抗地震倒塌性能。结果表明:该钢支撑构造合理,滞回性能稳定;增设限位块后可发挥限位作用,并可提供较大的附加刚度;限位块数量和截面尺寸以及其与支撑工作段连接面焊缝的刚度影响附加刚度的提升程度;该文提出的钢支撑各阶段刚度计算公式所得结果与试验值符合较好,可为钢支撑设计提供参考;设置含有限位块的消能限位型钢支撑结构的倒塌储备系数提高,有利于改善底层柔性结构的抗倒塌能力。
机械工程学科
悬臂方向对TLV空化抑制效果的影响及其机理
程怀玉, 季斌, 龙新平, 槐文信
2022, 39(5): 224-232. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0171
摘要:
该文综合利用实验及数值模拟方法细致研究了悬臂式沟槽叶顶间隙泄漏涡(tip-leakage vortex, TLV)空化抑制器的悬臂凸出方向对抑制TLV空化效果的影响,并对其原因进行了深入讨论。研究表明:相比于原始水翼叶顶处的TLV空化,无论悬臂凸出方向指向水翼的吸力面还是压力面,悬臂式沟槽TLV空化抑制器在各个间隙大小下均能产生显著的抑制效果。相对而言,当所采用的悬臂凸出方向为压力面时,该装置对TLV空化的抑制效果更为显著,且可更有效地抑制TLV空化体积脉动。测量结果表明:悬臂凸出方向对水翼升、阻力系数影响均很小。数值结果则进一步表明:当采用悬臂凸出方向为指向压力面时,悬臂式沟槽TLV空化抑制器能更好地抑制流体从压力面流向吸力面,干扰TLV的生长,进而可以更加有效地抑制TLV空化的发展。
毛坯开槽方式中零件加工变形的演变机理与控制方法
王华敏, 陶江, 秦国华, 林锋, 吴铁军, 郑许
2022, 39(5): 233-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0172
摘要:
广泛用作飞机薄壁整体结构件毛坯的铝合金厚板,在制造过程中出现的塑性变形不均匀性将导致残余应力的产生。高速铣削过程中残余应力的释放将引起飞机薄壁整体结构件的加工变形,这严重影响加工质量。因此,建立了毛坯释放变形后零件铣削的有限元仿真方法,挠度解析法的计算结果和实验测量的数据均验证了有限元仿真值无论是在趋势上还是变形量上均高度吻合。利用有限元方法揭示了开槽方式对毛坯释放变形的影响规律,分析了零件加工变形与毛坯释放变形之间的关系。结果表明:毛坯释放多大变形量,零件就能减小多大的变形量。在建立毛坯释放变形预测模型的基础上,提出了开槽方式的遗传算法优化方法,随机测试集表明神经网络的预测精度高达95%左右,而三框件在最佳开槽方式下能减小34.5%的变形。
其他工程学科
自适应变阻力特征加油稳定伞设计及气动特性研究
黄霞, 吴金华, 刘志涛, 郭林亮
2022, 39(5): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0195
摘要:
该文基于骨架弹簧片原理,提出了一种新型自适应变阻力特征加油稳定伞设计方法,以实现稳定伞的阻力特征面积随飞行速度变化自适应发生改变,在一定速度范围内保持阻力值基本恒定,使得加油稳定伞与加油机的相对位置基本固定。为了验证该设计方法的正确性,充分了解弹簧片弹性模量和厚度参数对稳定伞气动特性的影响规律,该文通过风洞测力试验和变形测量技术研究了四套弹簧片自适应变阻稳定伞的气动特性,并对数据结果的拓展应用进行了分析,提炼出了工程估算模型。结果表明:该文所提出的自适应变阻力特征稳定伞设计方法正确合理,风速变化时骨架弹簧片发生自适应弹性变形,使得阻力特征面积能够自适应调整,起到稳定阻力大小的作用;弹簧片抗弯刚度越小,变形越大,在试验风速范围内,1.0 mm钢弹簧片稳定伞的自适应特性最优;与传统恒定阻力特征加油稳定伞相比,自适应变阻稳定伞的稳定性能更好,气动载荷动态测量结果波动更小;所获得的研究结果以及工程估算模型能为工程适用的自适应变阻稳定伞设计提供重要的数据支撑。