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当期目录

    2016年, 第50卷, 第01期 刊出日期:2016-01-29 上一期    下一期
    基坑变形数值分析中土体力学参数的确定方法
    赵香山, 陈锦剑, 黄忠辉, 王建华
    2016,50 (01):  1-7.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.01.001
    摘要 ( 861 )   HTML ( 193 )   PDF(1064KB) ( 323 )  

    依托上海地区地铁车站基坑,提出了结合有限元的多目标反分析参数确定理论与算法,以不同开挖工况中的围护墙体水平位移和临近地表沉降作为目标,分析确定典型软土层的修正剑桥模型参数.对基坑开挖施工过程用ABAQUS进行有限元模拟,同时选取AMALGAM算法,利用Matlab对基坑工程中的土体参数进行反分析.结果发现,根据基坑开挖前一步实测变形确定的计算参数能够有效预测下一步开挖变形,开挖到一定深度时所确定的土体参数能够准确地预测后续步开挖的影响.证实了多目标反分析对后续施工步预测的精确度,并且得到了长寿路车站基坑第2~6步的9个土体参数反分析结果,可作为基坑工程的借鉴.

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    饱和土体固结3D比例边界有限元法分析
    徐斌, 徐满清, 王建华
    2016,50 (01):  8-16.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.01.002
    摘要 ( 843 )   HTML ( 17 )   PDF(744KB) ( 220 )  

    基于饱和土体Biot固结理论,考虑土体体力与表面作用力,结合饱和土体中土骨架动力平衡方程与孔隙流体的连续方程,在计算域内采用Galerkin加权余量法,推导了3D无限、有限域全耦合饱和土体固结的比例边界有限元方程.理论推导表明:与单相弹性土体不同的是,由于孔隙水的存在,饱和土体固结比例边界有限元法方程中不仅有位移、应力矩阵,而且还存在孔隙水压力的影响耦合矩阵;该方程不仅能够满足无限域无穷远边界辐射条件,而且在径向(与饱和土体-结构接触面垂直方向,指向无限远)上具有严格的精确性,环向上(与饱和土体-结构接触面平行方向)具有有限元单元无限收敛的准确性.

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    隧道工程基于实测环境变形的土体参数确定方法
    任瑛楠, 陈锦剑, 黄忠辉, 王建华
    2016,50 (01):  17-21,29.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.01.003
    摘要 ( 174 )   HTML ( 169 )   PDF(1000KB) ( 88 )  

    结合有限元数值模拟,以盾构隧道施工过程中环境变形的实测数据为基础,通过引入AMALGAM作为遗传算法,依据Pareto最优理论为评价标准,采用均方根误差进行误差校准,提出了一种基于实测数据得到准确土体参数的方法.针对上海市长江西路越江隧道工程试验段的工程案例,以周围土体侧移和隧道上方地面沉降为目标,以关键土层参数为分析对象进行多目标反分析,并对最优解和实测结果进行验证比较,结果证明多目标反分析精确度优于单目标反分析,并且更接近实际工况.应用基于实测环境变形确定的土体参数分析预测盾构施工对临近桩基础的影响,与测试结果的比较验证了计算方法和参数的可靠性,为隧道工程的环境影响分析提供参考.

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    建筑科学
    架空碟形空间结构风场数值模拟和抗风优化
    洪荣华, 汪汛, 周岱, 李芳菲, 陈怡然
    2016,50 (01):  21-29. 
    摘要 ( 747 )  
    摘要: 基于计算流体动力学方法,利用FLUENT软件对架空碟形空间结构的风场绕流特性和表面风压分布进行数值模拟,获得不同风向角下结构风压分布,分析了支撑柱高度、上碟面和下碟面矢跨比对风载体型系数分布和结构风致整体合力的影响.结果表明,支撑柱高度的选择既要有利于空气泄流,又要防止因高度过高引起风致整体合力的增大.研究发现,随着上下碟面矢跨比增加,迎风面正风压显著增大,背风面涡旋作用更加明显,结构风致整体合力呈增大趋势,碟面扁平化可明显改善结构抗风特性.给出的架空碟形空间结构抗风优化建议,可为该类结构抗风设计提供参考.
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    夹胶建筑玻璃板后破坏强度分析
    季清, 杨健, 周岱
    2016,50 (01):  30-34. 
    摘要 ( 844 )  
    摘要: 根据玻璃及胶层材料的物理特性,将塑性绞线理论引入到三阶段模型中,提出了一种计算夹胶玻璃后破坏强度的方法,并运用该方法研究了不同设计参数对夹胶玻璃后破坏强度大小的影响.结果表明: 夹胶玻璃板后破坏强度随着玻璃的胶材厚度增加而增加,随着玻
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    圆锥齿切削破岩的切削力估算
    欧阳义平, 杨启
    2016,50 (01):  35-40. 
    摘要 ( 691 )  
    摘要: 通过分析现有切削破岩峰值切削力计算公式和实验数据,进一步明确了切削力与岩石性质及切削厚度之间的关系,得到形式简单、适用性广、误差低的切削力估算公式.分析多组独立的、分别改变切削厚度和岩样进行实验得到的实验结果,并结合现有切削力计算理论拟合实验数据.结果发现:峰值切削力与切削厚度的幂次方成正比,幂指数在1.1~1.5,切削力与岩石的单轴抗压强度的关系最为密切.将研究得到的关系转化为数学计算公式,并通过实验对其进行验证,结果证实它比现有的计算公式精度更高,与实验值更吻合.
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    纤维增强复合材料管约束矩形截面混凝土柱轴心受压强度预测模型
    梁本亮
    2016,50 (01):  41-46. 
    摘要 ( 518 )  
    摘要: 纤维增强复合材料(FRP)管约束下的矩形截面混凝土短柱在轴向受压条件下,由于FRP管与混凝土间的黏结使得FRP管同时受到拉、压双向受力状态;核心混凝土由于FRP管的约束而受到3向应力作用.以TsaiWu屈服准则为基础,进行FRP管双向受力分析,利用双剪强度准则对核心混凝土进行3向受力分析,推导轴心受压条件下FRP管约束矩形截面混凝土短柱的受压强度计算方法,为极限承载力的计算提供一种有效的方法和参考.
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    基于界面分子动力学的双壳微纳胶囊热湿传递模拟
    尚建丽,熊磊,张浩
    2016,50 (01):  47-51. 
    摘要 ( 648 )  
    摘要: 为了进一步研究双壳微纳相变胶囊掺入建筑石膏中对多孔材料热湿传递的影响,提出了含有相变胶囊的多孔墙体热湿耦合模型.考虑相变微纳胶囊发生相变过程由表及里的特征,利用界面分子动力学中的对势和多体势,给出了胶囊界面模型的热性能参数的计算方法,同时考虑到双壳微纳胶囊外壳亲水性质及石膏孔隙对水分的吸附/解吸的热湿耦合作用,提出了胶囊界面湿参数的模型,对掺与不掺相变微胶囊模型进行了实测模拟,并应用计算机软件对方程进行了求解.结果表明:该模型可用于模拟含有相变胶囊墙体材料的热湿传递过程.
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    杆系结构静/动力学计算的直接方法
    周俊a,饶柱石b,塔娜a
    2016,50 (01):  52-58. 
    摘要 ( 678 )  
    摘要: 针对有限单元法计算精度受网格密度制约的问题,提出一种求任意复杂杆系静、动力学问题精确解的方法.该方法基于节点分析法,逐个节点列位移相容方程和内力平衡方程,以谱系数作为未知数,杆件变形和截面内力则采用相应问题的精确解来描述.用代数符号化的方式,对方程系数矩阵的组建过程进行了详细描述,为通用程序编制提供依据.对建模过程中的分布式载荷和铰接接头的处理方法进行了探讨并给出处理方法.通过平面钢架屈曲分析和空间管路谐响应分析,证实所提方法具有计算精度高、划分单元数少的特点,特别适合于需要精确解的场合.
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    大跨度张弦桁架雨棚结构等效静风荷载数值模拟
    乔帅斌1,汪汛1,王子通1,周岱1,2
    2016,50 (01):  59-64. 
    摘要 ( 686 )  
    摘要: 基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程;采用ANSYS建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程,计算分析结构风致动力效应;给出风振动力放大因子定义,将其与基于特定时刻的结构瞬时风压分布相结合,进而提出等效静风荷载新内涵.运用数值模拟分析,给出了基于结构立柱基底竖向反力和桁架跨间位移的等效静风荷载.
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    机场航站楼金属屋面敞开式檩条风荷载分布
    艾辉林1,周志勇2
    2016,50 (01):  65-71. 
    摘要 ( 707 )  
    摘要: 基于缩尺比模型的风洞试验不易直接测试细小构件上的风荷载,借助数值风洞技术,通过建立建筑及其屋面檩条的空间模型,精细划分局部网格,获得不同风向角下屋顶敞开式檩条构件的风荷载分布.结果表明,敞开式屋面檩条构件受斜风作用更为不利,同时水平向的切向力比垂直向吸力更为显著,是构件抗风计算中不可忽略的重要部分.屋顶檩条风荷载分布具有明显的规律性,在屋面的尖角区域最大,因为该区域屋面曲线弧度最大,气流在该位置产生了较强分离对流,从而形成了较强的垂直向风吸力和水平切向力;在屋面的外侧区域风荷载也较大,与建筑边缘区的气流分离直接相关;在屋面的内侧区域明显较小且分布较为均匀.通过增加将檩条底部封闭的气动措施可以有效地减小屋面外侧区域檩条极值风荷载20%以上,但对屋面内侧区域的檩条效果不明显,建议将初始檩条底部敞开设计方案优化为在建筑边缘区域檩条底部封闭.
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    氟化乙丙烯薄膜单轴拉伸力学性能试验
    李纯,陈务军,何世赞
    2016,50 (01):  72-77. 
    摘要 ( 459 )  
    摘要: 对150 μm厚氟化乙丙烯(FEP)薄膜沿MD和TD方向裁取的试样进行4种拉伸速度的单轴拉伸试验,得到相应的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率,并给出以应变速率为变量的线性拟合公式;进行3种拉伸应力的循环拉伸试验,得到每循环割线模量及残余应变;进行3种应力水平下的徐变试验,分析徐变发展趋势.结果表明:FEP薄膜的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率都随着应变速率的增大而增大;随着循环次数的增加,循环割线模量及残余应变趋于稳定;拉伸应力9 MPa时材料产生明显徐变.试验结果对FEP薄膜工程设计应用具有参考价值. 关键词: 氟化乙丙烯薄膜; 拉伸试验; 循环拉伸; 徐变试验 中图分类号: TU 502.6文献标志码: A
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    不同卸荷速率下变质石英砂岩力学性质试验分析
    郭喜峰1,2,尹健民1,晏鄂川2,张利洁1,2
    2016,50 (01):  78-83. 
    摘要 ( 656 )  
    摘要: 为研究不同卸荷速率下岩石力学特性,以锦屏一级大奔流沟料场特高边坡变质石英细砂岩为例,开展不同卸荷速率和不同围压下的卸荷试验,得到了应力应变曲线,重点分析了卸荷速率对应力应变关系、破坏特征、破坏应力差、强度参数的影响规律.结果表明:卸荷作用对岩石脆性破坏特征明显;常规加载试验为压剪破坏,卸荷试验为张剪破坏;随着围压的降低,弹性模量不断降低,卸荷速率越快,非线性关系越明显;卸荷速率越快,泊松比增加越慢;卸荷条件下岩石的黏聚力减小,内摩擦角增大.
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    SPH法数值仿真三维切削破岩和切削力估算
    欧阳义平,杨启
    2016,50 (01):  84-90. 
    摘要 ( 664 )  
    摘要: 以MohrCoulomb模型描述岩石,在LSDYNA中用SPH(Smootheed Particle Hydrodynamics)法模拟三维刀齿切削破岩,探讨切削参数和岩石性质对切削力的影响.基于切削力随各切削参数和岩石性质的变化规律,建立切削力估算公式.用所得公式计算切削力,并与实验值进行比较.仿真结果表明:切削厚度、切削前角、切削宽度、岩石的内聚力和内摩擦角对切削力影响显著,切削速度在较低范围内变化时对切削力影响非常小.三维切削仿真能够较好地反映刀齿两侧岩石颗粒对切削的影响,比二维理论模型更接近实际.所得切削力估算公式能准确计算仿真中的平均切向力,且其计算值能与实验吻合较好.验证了基于SPH法的数值仿真用于研究刀齿切削破岩的可靠性.
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    交通运输
    船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响
    刘承江1,王永生1,古成中2
    2016,50 (01):  91-97. 
    摘要 ( 768 )  
    摘要: 为研究喷水推进船快速性预报中船体与喷水推进器相互作用机理,借助于计算流体力学(CFD)方法研究船泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响.通过计算由kε湍流模型封闭的RANS方程,分别得到敞水条件下和考虑船体斜升角、纵倾等因素影响的装船后喷水推进器的三维黏性流场,敞水条件下计算结果与试验数据的良好吻合验证了数值模型和方法的可信性.不同斜升角和纵倾模型计算结果表明:船体斜升角和横倾对喷水推进器推进性能影响很小;船体尾升角和纵倾角的变化改变了船体边界层,对喷水推进器推进性能和作用因子影响很大;纵倾角由正变负,喷水推进器对船体边界层的利用增强,使流量变小,功率、推力和扬程变大;进流动量系数、进流能量系数、动量作用效率和能量作用效率均减小.喷水推进器也反作用于船体,产生使船体纵倾角减小的力矩.
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    大规模输水隧道水锤效应三维数值模拟
    王小庆a,b,金先龙a,b,曹源a
    2016,50 (01):  98-102. 
    摘要 ( 606 )  
    摘要: 为研究大型输水隧道的水锤效应,提出基于任意拉格朗日欧拉(ALE) 流固耦合技术的三维水锤分析方法,并通过算例与实验结果进行相互对比,验证了该仿真方法的有效性.基于多尺度仿真技术,建立了某大型输水隧道土体结构水体三维耦合非线性有限元模型,并利用所述分析方法,结合混合显式积分算法及其并行技术完成三维水锤效应的模拟计算.结果表明,水锤压力随阀门关闭时间延长及隧道长度减少而减小;隧道结构受水锤影响最大的部分出现在靠近出口处.
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    基于Helmholtz速度分解的黏势流耦合方法
    赵骥,朱仁传,缪国平
    2016,50 (01):  103-109. 
    摘要 ( 759 )  
    摘要: 针对NavierStokes(NS)方程,根据Helmholtz速度分解,将流场速度分解为势流部分和非势流部分,剥离势流部分后得到黏势流耦合的变形NS方程.变形NS方程求解的是非势流部分速度分量,其在远场的影响较弱,故较传统计算流体动力学(CFD)方法求解NS方程计算区域小,计算效率较高.以圆柱绕流为例,势流部分速度分量采用解析解,并在OpenFOAM平台内实现了变形NS方程的黏势流耦合计算.对不同雷诺数下圆柱绕流进行了计算模拟,并将耦合方法计算获得的流场中的速度、压力,与文献中的试验及传统CFD等计算的结果进行仔细比较和分析,相关结果吻合良好.研究表明,该方法适用于层流和湍流模型的计算模拟,为改善黏流计算效率提供了新的途径.
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    基于下潜超深风险的潜艇耐压船体结构设计方法
    白旭
    2016,50 (01):  110-114. 
    摘要 ( 726 )  
    摘要: 针对潜艇耐压船体结构在下潜过程中存在的下潜超深风险问题,探讨了基于风险的结构设计方法;提出了基于风险的结构设计思想.对下潜超深风险进行了定义,并依据个人、社会、经济以及环境对风险的态度,制定了基于风险的结构设计准则.采用极值I型分布分析计算了不同下潜超深的风险发生概率,结合基于风险的结构设计准则,建立了耐压船体的可靠性优化设计模型并进行计算,绘制了随着设计载荷增加耐压船体结构重量变化曲线,依据成本效益准则对耐压船体结构的设计方案进行了决策.
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    限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟
    刘晗a,马宁a,b*,邵闯a,顾解忡a,b
    2016,50 (01):  115-122. 
    摘要 ( 1030 )  
    摘要: 为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线
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    模糊需求车辆路径优化及实时调整
    张晓楠,范厚明
    2016,50 (01):  123-130. 
    摘要 ( 1037 )  
    摘要: 针对模糊需求车辆路径问题,在需求未明的预优化阶段,基于可信性测度理论建立预优化模型,设计混合分散搜索和变邻域搜索的变邻域分散搜索算法求解;在获知实际需求的实时调整阶段,提出一种新的实时调整策略,采用随机模拟算法模拟可能场景的实际需求.算例仿真结果表明,变邻域分散搜索算法是求解该类问题的较好算法,新策略能实现较优的实时调整. 关键词: 车辆路径问题; 模糊需求; 实时调整; 分散搜索; 变邻域搜索 中图分类号: U 113; F 253.4文献标志码: A
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    基于引力搜索算法的船舶舱室布置方法
    王宇,黄胜,廖全蜜,杨放青
    2016,50 (01):  131-139. 
    摘要 ( 742 )  
    摘要: 针对某一段船体多层甲板内的舱室布置问题,在设计规范、统计规律、设计经验及相关理论知识的基础上,借助效用函数理论,建立了舱室布置设计的数学模型,并将基于小生境技术改进的引力搜索算法引入到该多峰优化模型中,形成一套船舶舱室布置设计方法.将噪音、面积等所需要的参数作为输入,通过寻优即可得到设计方案.通过算例进行多次优化计算试验,结果显示所提出的设计方法得出的方案能较好地符合算例的要求,被改进的引力搜索算法也具有稳定的多峰搜索能力.
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    基于骑浪/横甩薄弱性衡准的船舶航行安全性分析
    张宝吉1,鲁江2,顾民2
    2016,50 (01):  140-144. 
    摘要 ( 822 )  
    摘要: 为了使船舶在风浪中航行更安全,国际海事组织制定了评估船舶是否发生骑浪/横甩的薄弱性衡准.以日本学者在 IMO SLF55/INF.15会议上提出的船舶骑浪/横甩第2层薄弱性衡准提案为基础,对其进行分析研究.利用MAPLE数学工具编制相应的计算程序,以集装箱船、油船和渔政船为例,进行薄弱性衡准计算,并判断该船型发生横甩的概率,以此验证该衡准通用性和所编程序的适用性,为修订第2代完整稳性奠定基础. 关键词: 中图分类号: 文献标志码: A
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    航空、航天
    空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验
    蔡祈耀1,陈务军1,张大旭1,彭福军2,房光强2
    2016,50 (01):  145-151. 
    摘要 ( 876 )  
    摘要: 空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.
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    其他
    非结构化网格嵌套波浪数值模拟
    朱志夏
    2016,50 (01):  152-157. 
    摘要 ( 742 )  
    摘要: 为了准确模拟射阳河口航道和港池水域的波浪传播,基于非结构化三角网格的第3代波浪模型SWAN(Simulation Waves Nearshore),采用非结构化网格嵌套技术,建立了大区域和浅海工程海域嵌套波浪数学模型;进行了大、小计算域波浪数值模型的验证,结果计算值与实测值吻合良好;计算了各种方案情况下港池及航道的波浪要素,可作为工程设计的科学依据.研究结果表明,通过应用网格嵌套技术,一方面在充分发挥非结构化网格波浪数学模型优势的基础上,大大减小了计算域中网格的数量,提高了计算速度;另一方面可以布置更加精细的计算网格,适应复杂的地形、曲折的岸线边界,提高计算结果的准确性.
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    后张法预应力混凝土大直径管桩耐久性退化分析
    吴锋1,2,汪冬冬2,时蓓铃2,龚景海1,富坤2
    2016,50 (01):  158-164. 
    摘要 ( 747 )  
    摘要: 通过室内试验获得后张法预应力混凝土大直径管桩耐久性退化的初始边界条件.通过现场取样获得耐久性退化状态信息,对在役1~17 a的大管桩开展现场调研和桩身取样,测试取样混凝土的氯离子浓度剖面曲线.通过Fick第二定律数学公式建立了大管桩耐久性退化模型.根据对大量数据统计分析得到在役大管桩氯离子扩散系数等腐蚀参数,对比分析了桩身与桩帽混凝土氯离子渗透情况,给出了港口工程中大管桩耐久性退化规律,对大管桩耐久性设计、使用和维护提供理论与试验依据.
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