三维流体固体动力耦合的有限元法研究

流体固体动力耦合是众多工程领域的重要问题。由于流体与固体动力特性的巨大差异，二者的耦合研究异常困难，尤其是三维领域的研究更加复杂。本文分析了三维流体、固体接触界面上的运动状态，提出并采用流体固体接触界面的无限点对模式，模拟流体固体的动力相互作用。并利用广义变分原理结合Lagrangian乘子法，引入流体固体接触面约束条件，建立了三维不可压缩流体与固体动力耦合统一分析的理论模型，继而推导了耦合后的动力有限元求解方程，首次将流体与固体动力耦合内力作为未知量求解，使耦合后的流体与固体域的瞬态动力响应从同一方程中解出。经典算例结果表明这种耦合模型的正确性，并具有较高的计算精度。液体储存箱的地震反应结果表明，固体变形的动力效应是显著的，应引起工程设计的注意。     

预拉力螺栓连接焊接T形件受力性能研究

为研究焊接T形件连接的力学性能,对10个焊接T形件连接进行了静力拉伸试验,采用欧洲规范EN 1993-1-8（EC3）方法预测了T形件连接的初始刚度和塑性承载力,研究了螺栓预拉力对T形件连接初始刚度的影响。研究结果表明：当T形件连接的承载力由螺栓强度控制时,塑性承载力随螺栓直径的增加而增大;提高螺栓强度等级,可以提高试件的初始刚度,最大增幅约为47.8%,但对塑性承载力影响较小;螺栓至腹板边的距离d对T形件连接的初始刚度和塑性承载力影响均较大;当螺栓边距大于1.5d后,可忽略其影响;EC3规范中承载力计算公式低估了T形件连接的塑性承载力,初始刚度计算公式中忽略了螺栓预拉力的贡献,当翼缘板受约束程度接近简支和固接时,计算误差较大;采用Faella模型计算初始刚度预测翼缘板边界条件接近固接约束情况的T形件连接初始刚度精度较高,对于接近简支的情况仍需改进。     

U形渡槽结构静动力分析

总结了渡槽结构分析方面的新进展，认为全面评价渡槽结构的静、动力特性应综合考虑槽内水体与槽壁的动力相互作用，桩、土和桩与结构的动力相互作用问题。提出了合理确定地震动参数的途径。以南水北调中线穿黄U形渡槽为例，进行分析研究，得出了可供工程单位参考应用的有益结论：渡槽槽身的静动位移和应力均在允许范围内，渡槽地基系统的主要受力部位在桩顶部，桩顶部为控制断面，应合理配筋。     

拱坝地震输入模型中黏弹性边界与黏性边界的比较

本文首先介绍了动力分析中无限地基数值模拟采用的各种方法，包括无穷元方法、边界元方法、无穷边界元方法。无限边界处理有叠加边界、黏性边界、黏弹性边界和人工透射边界。介绍了拱坝地震自由场输入模型。通过算例和实际工程计算，验证了黏性边界和黏弹性边界均有较好的吸能效果，且两种边界条件下，所得计算结果几乎一致。黏性边界或黏弹性边界均可作为拱坝地震自由场输入模型中的吸能边界。     

水工沥青混凝土直接拉伸力学性能试验研究北大核心CSCD

水工沥青混凝土的拉伸力学性能对深入研究高土石坝防渗体结构拉裂破坏等问题至关重要。针对现有水工沥青混凝土直接拉伸试验存在的问题,本文研发了可温控的直接拉伸试验装置,在-30~15℃环境中开展了直接拉伸力学性能试验研究;基于Mohr-Coulomb准则,分析了黏聚力和内摩擦角随温度变化的规律。试验结果表明:当温度小于0℃时,拉应力与应变大致呈线性关系,试件达到峰值应力随即断裂;当温度大于0℃时,试件达到峰值应力后经历了一定程度的塑性变形而后断裂,并随着温度的升高,塑性变形的范围越大。当温度由-30℃升高至15℃时,拉伸强度和黏聚力随温度的升高先增大后减小,温度为-20℃时,拉伸强度和黏聚力最大;拉伸模量随温度的升高而降低;峰值应变随温度的升高而增大;内摩擦角随温度的升高先减小后增大,温度为0℃时,内摩擦角最小;在拉伸荷载作用下,试件断裂面中骨料断裂的比例随温度的升高而减小。此外,本文提出的经验公式较好反映了拉伸强度、拉伸模量、峰值应变、黏聚力及内摩擦角随温度变化的规律,与试验结果吻合较好。     

基于设计地震动的覆盖层场地空间自由场构建

地震波在覆盖层场地的传播、透射及反射特性异常复杂,合理构建及表达覆盖层场地空间自由场是非一致地震动输入的关键。建立了覆盖层场地空间任一点地震动关于入射SV波、P波时程和入射角的表达式,基于地表水平和竖直两向设计地震动获得入射SV波和P波时间历程及入射角,考虑界面多次反射和土层阻尼引起的幅值衰减,构建了基岩-覆盖层场地空间自由场。与La Cienega场地实测台阵记录对比结果表明:不同深度的特征点两向地震动模拟值与实测记录符合良好,场地任意点水平和竖直地震动时程具有空间非一致性。该文提出的空间自由场构建方法为覆盖层-坝体系统非一致地震动输入提供基础。     

钢框架装配式再生混凝土墙结构抗震性能试验研究

为研究钢框架内填预制再生混凝土墙结构的抗震性能,对3榀单层单跨1∶3缩尺的模型试件进行了拟静力试验。通过对钢框架是否设置预制墙板及不同梁柱节点连接形式的对比,深入分析了钢框架内填预制再生混凝土墙结构的破坏形态、传力机理、承载力、延性及耗能能力等指标。结果表明:设置预制再生混凝土墙板后,结构的承载力和抗侧刚度明显提高,与纯框架相比,极限承载力提高1.44倍,抗侧刚度提高了3倍;结构位移延性系数在2.81~2.86,预制墙板的设置略微降低了结构的延性;当层间位移角为1/50时,结构承载力退化系数仍大于0.90,表明该结构具有较高的安全储备;两种梁柱连接节点下峰值荷载仅相差4%,说明梁柱节点刚度对结构承载力的影响很小;从破坏形态看,两试件均在预埋件与墙板连接处形成水平贯通裂缝,发生剪切破坏,设计中预埋件的连接构造应引起足够重视。     

倾斜入射地震波作用下成层场地动力反应的界面子波算法

为提高成层半空间自由波场的一维化时域方法的计算效率和精度,分析了SH波在层状介质中的传播方式、旅行时间和反射系数等问题,基于惠更斯–菲涅耳波动观点,将波阻抗界面看作次级子波源(简称为界面子波),提出了倾斜入射地震波作用下成层场地动力反应的界面子波算法,并通过模型试算验证了此方法的正确性。与常规数值法相比,此方法无需划分网络单元,也无需处理人工边界条件,从而极大地减少了计算工作量和节点之间的传递误差,具有速度快、精度高、稳定性好等特点,是一种计算成层场地动力反应的实用方法。     

大落差前轴精细制坯辊锻成形工艺研究

对大落差前轴的精细制坯辊锻成形工艺进行研究,设计出3种精细制坯辊锻件,模拟出最优精细制坯辊锻件,然后用逆推的方法设计出第二道次和第一道次制坯辊锻件,根据辊锻件的截面和长度,使用UG软件对三道次辊锻模进行三维造型。通过Deform 3D有限元软件的模拟,对各道次辊锻件的温度场、等效应变场进行分析,结果表明各道次辊锻件成形良好。     

水电机组轴系统实测振动分析及动态参数识别

对某实际水电站机组及其支承结构实测振动数据分析基础上,针对大型水电站机组连续运行,无法施加有效激振,油膜只在机组运行时存在等特点,基于多信号分类法,将模态参数时域识别引入到水电站机组轴系统的自振特性研究中;同时针对传统油膜动态特性参数识别方法的不足,提出了可以不受测点少,工况少等实际情况限制的遗传识别方法,对机组导轴承油膜动态特性参数进行了识别,为机组轴系统自振特性及振动响应的研究提供了基础。根据油膜动态特性识别结果进行了轴系统自振特性的有限元数值反馈计算,验证了两种识别方法及结果的正确性。