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  • 复合材料框架结构刚度几何双尺度优化设计 免费阅读 下载全文
  • 航空航天结构对超轻质大跨度框架类结构提出了迫切的需求,考虑纤维增强复合材料框架结构宏观与微观的可设计性,基于结构与材料一体化优化理念,研究了复合材料框架结构宏观拓扑与微观纤维铺层参数并发优化的双尺度优化问题。以宏观管件构件内半径与微观连续纤维缠绕角度为两类独立的设计变量,建立了以最小化结构柔顺性为目标函数、材料用量为约束的双尺度复合材料框架结构优化列式,给出了宏微观设计变量灵敏度信息的求解算法。讨论并对比了单尺度微观纤维缠绕角度优化、宏观截面拓扑优化与宏微观双尺度并发优化。数值算例表明,双尺度并发优化设计可进一步发掘结构与材料的承载潜力,实现既定性能下的结构轻量化设计。
  • 多种截面形状薄壁管轴向冲击吸能特性对比研究及优化设计 免费阅读 下载全文
  • 利用经过台车碰撞试验验证的铝合金薄壁管材料参数对比研究了方形、六边形、八边形和圆形的多种不同截面形状薄壁管在轴向动态冲击下的吸能特性。结合多目标优化算法对吸能特性较好的八边形多胞管进行了参数优化,并提出了一种新的优化设计方案。该方案将多胞管外管、肋板和内管的厚度分别作为优化设计变量,通过与将多胞管取统一厚度作为设计变量的传统方案进行对比发现,采用该方案对八边形多胞管进行优化后明显提高了其在相同压缩力峰值下的能量吸收效率。
  • 基于单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法 免费阅读 下载全文
  • 在渐进结构优化方法中,单元密度的进化步长是获得全局最优解的关键因素之一。为了提高渐进结构优化方法的全局寻优能力,提出一种基于单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法。该方法根据各单元对结构性能影响的权重系数,建立单元密度进化步长的控制模型以控制主/次要单元的删除速率和添加速率,减小灵敏度误差并抑制灰度单元的产生。在控制单元密度进化步长的基础上结合双向渐进结构优化方法中添加单元的特点,以避免由于误删单元导致优化失败。同时,采用灵敏度再分配技术抑制棋盘格式以获得更平滑的优化构形。最后,通过两个算例验证了本文方法能有效地通过控制单元密度进化步长提高全局寻优能力。
  • 基于链式贝叶斯网络的结构可靠性分析 免费阅读 下载全文
  • 将贝叶斯网络与传统可靠性方法结合,建立结构系统的可靠性贝叶斯网络模型,通过改进的分支限界法确定结构主要失效模式,并将贝叶斯网络链式化来提升计算效率。根据可靠性方法计算条件概率表;使用概率网络估算法来考虑主要失效模式之间的相关性,计算系统可靠性;当有新信息出现时,利用贝叶斯网络推理,对结构系统可靠性进行评估。以一桁架结构为研究对象,计算结构系统的可靠性,并在新信息出现的情况下对系统可靠性进行了更新。
  • 基于正交分解的多层小开口剪力墙洞口优化布置 免费阅读 下载全文
  • 洞口位置和宽高比对剪力墙的受力特性有着显著的影响,洞口的优化布置对开洞剪力墙的抗震设计是十分重要的。本文基于变形的正交分解与振型分解理论,以剪切变形为主区域最小为目标,以剪力墙侧移值、线刚度和洞口尺寸规范限值为约束条件,建立了多层小开口剪力墙优化模型;在开洞率一定的条件下,采用分步优化的方法,得到了规则小开口剪力墙洞口最优布置的一般解,即首先应尽量沿中线对称布置洞口,其次洞口的宽高比应尽量采用满足设计要求的下限值。
  • 基于迭代更新近似模型的车内噪声优化 免费阅读 下载全文
  • 基于声固耦合分析与迭代更新近似模型对车身板件进行了优化。首先通过板件声学贡献量分析,确定影响车内噪声的关键板件,将其厚度作为设计变量,在减少计算量的同时去除了无关变量的干扰。然后建立不同激励下驾驶员右耳处最大声压与关键板件厚度之间的组合近似模型,对其进行多目标优化并采用序列二次规划和K均值聚类算法对近似模型进行更新,使得采样样本逐渐靠近Pareto前沿,从而提高近似模型在Pareto前沿上的精度。优化结果表明,迭代更新近似模型能够有效优化车身结构,在保证轻量化的同时,降低了车内噪声。
  • 复合材料层合厚板锯齿理论及有限元分析 免费阅读 下载全文
  • 对于较厚复合材料弯曲问题,已有锯齿型厚板理论最大误差超过35%。为了合理地分析较厚复合材料弯曲问题,发展了准确高效的锯齿型厚板理论。此理论位移变量个数独立于层合板层数,其面内位移不含有横向位移一阶导数,构造有限元时仅需C0插值函数,故称此理论为C0型锯齿厚板理论。基于发展的锯齿理论,构造了六节点三角形单元并推导了复合材料层合/夹层板弯曲问题有限元列式。为验证C0型锯齿厚板理论性能,分析了复合材料层合/夹层厚板弯曲问题,并与已有C1型锯齿理论对比。结果表明,本文的C0型锯齿厚板理论最大误差〈15%,比已有锯齿型厚板理论准确高效。
  • 梁主共振情形下索梁结构1∶1内共振分析 免费阅读 下载全文
  • 研究梁产生主共振情形下索梁组合结构的1∶1内共振问题。基于斜拉桥中的索梁组合结构模型,忽略索梁纵向惯性力的影响,考虑弯曲刚度、几何非线性及垂度等因素,利用索梁连接处的变形协调条件,采用Hamilton变分原理建立了索梁结构面内耦合非线性偏微分方程,运用Galerkin离散和多尺度法研究了梁主共振情形下索梁的1∶1相互作用问题,获得了内共振时的平均方程和分叉响应曲线方程。以某斜拉桥中索梁结构参数为例,研究了内共振时索梁结构之间的相互影响及时程曲线。结果表明,索容易出现共振情形,并呈现出较强的非线性特点;梁振动对索振动影响显著,索振动对梁振动影响较小;索梁内共振时能量相互交换,索梁振幅呈现此消彼长的现象。
  • 螺旋侧板和水深对浮式风机动态响应的影响 免费阅读 下载全文
  • 为研究漂浮式风力机平台动态响应的优化措施,提出平台附加螺旋侧板的方式。建立基于Spar平台的5MW风力机整机模型,利用有限元软件进行水动力计算,得到不同水深条件下,风力机平台在风、浪、流载荷联合作用下的频域特性,通过与不附加螺旋侧板情况下的动态特性参数对比,探讨螺旋侧板是否对结构的频响特性起到提升作用。结果表明,附加螺旋侧板后,结构的垂荡和纵摇的运动幅值和所受波浪力均得到了显著抑制;与纵荡和纵摇相比,垂荡运动的幅值和所受波浪力所受影响更显著;水深变化对结构响应的幅值有着显著影响。
  • 基于输出的建筑结构分散滑模控制 免费阅读 下载全文
  • 大尺度结构分解为多个低阶子结构,子结构间的相互作用视为作用于子结构的有界扰动。本文提出了一种基于部分位移、速度输出反馈的建筑结构分散控制方法。分析了输出坐标下子结构稳定滑模的存在条件,得到输出坐标下子结构稳定滑模面方程。建立了基于输出的稳定分散控制格式,其中控制力非线性部分保证结构全局状态收敛至设计的滑模面,线性部分使建筑结构闭环子结构系统渐进稳定。以一20层钢结构基准模型在地震激励下的控制为例,验证了该分散控制的有效性。研究表明,使用部分位移、速度输出信号可以设计基于全局稳定的建筑结构分散滑模控制。所提控制方法有效抑制了大尺度建筑结构振动响应,避免了滑模设计所需的复杂坐标变换,简化了基于输出的稳定滑模设计。
  • 超高层建筑受大型高速飞行物撞击所致非连续性坍塌模拟与研究 免费阅读 下载全文
  • 为了解大型高速飞行物撞击超高层建筑后,建筑物塌落过程及其特征,使用基于颗粒流的PFC3D作为平台对坍塌过程进行模拟。所构建的超高层建筑为核心筒-框架结构,飞行物由较大的三个颗粒组成,其撞击速度为720km/h,撞击高度为建筑侧面250m和100m。研究了撞击物进入层间运动的特征,及在两种高度撞击后的坍塌过程。模拟结果表明,飞行物非直接撞击核心筒时建筑不会发生整体破坏,核心筒的受撞破坏是建筑坍塌破坏的关键。建筑高处受撞击后坍塌可分为两个阶段,其现象和原因各不相同。指出了建筑高处和低处受撞坍塌过程的三点不同。最后分析了撞击塌落后的地面影响范围及特征。
  • 基于三维离散元堆积碎石土细-宏观力学参数相关性研究 免费阅读 下载全文
  • 以室内三轴压缩试验为基础,运用PFC3D离散元软件生成含有不同形状碎石块的1∶1堆积碎石土数值模型,标定得到相应的细观参数(相对误差控制在10%以内)。改变细观参数,定量探讨其与宏观力学参数(粘聚力和内摩擦角)关系,得到细观参数与粘聚力、内摩擦角的细-宏观参数关系式,并对其可靠性进行了验证。研究发现,(1)粘聚力与接触粘结力、颗粒摩擦系数呈线性正相关;同时受粘结力比值M=σc/τc的影响,当M〈1时,粘聚力随着M的增加而线性增加;M≥4时,粘聚力趋于稳定。(2)内摩擦角与颗粒摩擦系数呈对数关系,与接触粘结力呈抛物线关系。(3)细-宏观参数关系式是在含水率为7%室内试验结果基础上研究得出,将关系式运用到含水率为9%和11%的室内试验结果进行标定验证:依据含水率为9%和11%室内试验得到的c和φ值,运用细-宏观参数关系式计算得到细观参数,经验证其数值-室内试验结果相对误差在10%以内,说明通过细-宏观力学关系式得到的细观参数符合精度要求,关系式可靠。为后续土石混合体数值试验研究者进行细观参数标定工作提供了参考依据。
  • 基于伪势格子Boltzmann模型修正PR状态方程 免费阅读 下载全文
  • 探讨势函数对伪势格子Boltzmann模型基于PR状态方程计算饱和水气液两相密度的影响,发现选取合适的势函数形式虽可使模拟结果与Maxwell理论解吻合良好,但其与实验值的差距却较大,需修正PR方程。基于伪势模型分析文献中的PR型状态方程发现,单独修正引力或斥力项,均无法同时兼顾计算精度和模型适用的温度范围。为此,本文基于该模型同时对PR方程的引、斥力项系数进行修正,得到了一个新的能够准确地描述饱和水气液两相性质的状态方程。
  • 插值矩阵法分析与复合材料界面相交的平面裂纹奇异应力场 免费阅读 下载全文
  • 提出了用插值矩阵法分析与各向异性材料界面相交的平面裂纹应力奇异性。基于V形切口尖端附近区域位移场渐近展开,将位移场的渐近展开式的典型项代入线弹性力学基本方程,得到关于平面内与复合材料界面相交的裂纹应力奇异性指数的一组非线性常微分方程的特征值问题,运用插值矩阵法求解,获得了平面内各向异性结合材料中与界面以任意角相交的裂纹尖端的应力奇异性指数随裂纹角的变化规律,数值计算结果与已有结果比较表明,本文方法具有很高的精度和效率。
  • 高速列车进入隧道诱发初始压缩波效应的数值模拟 免费阅读 下载全文
  • 高速列车进入隧道产生初始压缩波,该压缩波以当地声速向隧道出口传播并产生脉冲波,脉冲波足够大时,会产生音爆响声。采用有限体积方法和任意滑移界面动网格技术方法,基于PISO算法和SSTk-ω高雷诺数湍流模型求解了高速列车通过隧道引起的三维可压缩非定常的空气湍流流动,数值模拟研究了我国高速列车和隧道条件下初始压缩波的基本特性。研究表明,初始压缩波是由于列车头部进入隧道瞬间洞内空气流动空间受到限制所形成的,形成初期具有三维特性,在传播一定距离后变成一维平面波。此外,在相同高度下,离车体越近初始压缩波变化越明显;靠近车体一侧离地面越近初始压缩波变化越大,而远离车体一侧初始压缩波变化基本一致;初始压缩波的压力时间变化率峰值与车速的三次方近似成正比。
  • 涂层厚度对硬脆涂层结合强度的影响 免费阅读 下载全文
  • 应用有限元分析的方法分析二维模型涂层层数以及涂层厚度对涂层/基体结合强度的影响已得到广泛研究。然而二维模型相比三维模型未能考虑宽度方向应力应变的影响,导致求解精度低。因此对三维模型涂层层数以及厚度对涂层/基体结合强度影响的研究显得实为重要,但这方面研究比较少。本文建立有限元三维模型,通过比较有限元模拟结果与赫兹接触精确解析解验证了模型的可靠性,讨论了涂层厚度对涂层/基体界面最大剪切力影响关系。结果表明,剪应力最小值随着涂层厚度的增加逐渐减小,然而剪应力最大值却随着厚度的增加先减小后增大,在0.4mm时取得最小值;随着涂层厚度的增加,涂层/基体结合处剪应力Z方向突变减小,涂层内部剪应力Z方向突变增大,但是突变位置向涂层表面靠近,而且涂层/基体结合处X方向的剪应力变化随着涂层厚度增加趋于平缓。
  • 液滴撞击超疏水壁面反弹及破碎行为研究 免费阅读 下载全文
  • 液滴撞击壁面时,壁面亲水性对液滴撞击壁面后的变化历程具有重要的影响。利用相界面追踪的复合Level Set-VOF方法对液滴撞击超疏水壁面的运动进行了研究。研究结果表明,撞击速度较小时,液滴撞壁后发生反弹;撞击速度较大时,液滴撞壁后会发生破碎现象;初始粒径的增大和表面张力的减小,有利于液滴撞壁后产生铺展破碎现象;撞击角度对撞壁后的液滴行为具有较大的影响。通过数值模拟,给出了一定条件下液滴垂直及倾斜撞击超疏水壁面反弹及破碎的临界条件。
  • 基于GPU并行计算的浅水波运动数值模拟 免费阅读 下载全文
  • 利用有限体积法求解描述水流运动的二维浅水方程组,模拟洪水波运动传播过程,并通过GPU并行计算技术对程序进行加速,建立了浅水运动高效模拟方法。数值模拟结果表明,基于本文提出的GPU并行策略以及通用并行计算架构(CUDA)支持,能够实现相比CPU单核心最高112倍的加速比,为利用单机实现快速洪水预测以及防灾减灾决策提供有效支撑。此外,对基于GPU并行计算的浅水模拟计算精度进行了论证,并对并行性能优化进行了分析。利用所建模型模拟了溃坝洪水在三维障碍物间的传播过程。
  • 轴流泵参数化设计及应力与模态特征分析 免费阅读 下载全文
  • 以船用轴流式喷水推进泵为对象,探索了轴流泵参数化设计、水动力性能、静强度和结构声学特征分析的数值途径。轴流泵叶轮采用升力法设计,导叶采用流线法设计,叶片三维造型在NUMECA参数化设计平台中完成。轴流泵水动力性能校核由粘性CFD计算完成,CFD计算同时提取得到叶片分布式水动力载荷。叶片静强度校核由ANSYS有限元计算叶片应力和应变特征完成,应力分析时同时考虑水动力载荷、重力载荷和离心力载荷。叶片结构声学特征分析由NASTRAN有限元计算叶片模态振型和振型频率完成。计算结果表明,轴流泵扬程和功率满足设计指标,效率达87.13%;叶轮叶片形变相对于叶顶间隙来说为极小量,可忽略不计,叶片存在局部应力集中现象,最大应力小于许用应力,满足静强度要求;叶片前四阶振型特征与分析经验一致,且振型频率远离轴频、叶频及其谐频特征频率,能够避免共振产生。
  • 受损钢结构力学分析模型研究 免费阅读 下载全文
  • 通过对8组不同受损程度的Q235钢材进行力学性能实验研究,分析了不同损伤程度对钢材二次加载和卸载时加载弹性模量和卸载弹性模量的影响,提出了受损钢材的力学模型。基于受损截面的应力一应变关系,通过定义受损受弯构件截面的无损高度比K,推导了不同受损程度下构件截面的平均弹性模量和损伤指标的计算公式。用转动弹簧来模拟受损截面的力学性能,根据受损微段的应力一应变关系,推导了受损截面的弯矩一转角关系和截面转动刚度计算公式,提出了可用于受损钢结构力学分析的计算模型。算例分析表明,截面受损降低了结构的刚度,在实际工程应用时不容忽视。
  • 复合材料框架结构刚度几何双尺度优化设计(段尊义;阎军;张瑞;赵国忠)
    多种截面形状薄壁管轴向冲击吸能特性对比研究及优化设计(胡俊;王飞虎)
    基于单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法(匡兵;李应弟;刘夫云;刘娟)
    基于链式贝叶斯网络的结构可靠性分析(吴子燕;王其昂;孙鸿宾;阳盛锋)
    基于正交分解的多层小开口剪力墙洞口优化布置(王东炜;陈娜;孙攀旭)
    基于迭代更新近似模型的车内噪声优化(张博文;吴光强[1,2];黄焕军)
    复合材料层合厚板锯齿理论及有限元分析(隋晓东;任晓辉;秦政琪;吴振)
    梁主共振情形下索梁结构1∶1内共振分析(吕建根;康厚军;赵跃宇)
    螺旋侧板和水深对浮式风机动态响应的影响(叶舟[1,2];成欣;周国龙;李春[1,2])
    基于输出的建筑结构分散滑模控制(董钢;王建国)
    超高层建筑受大型高速飞行物撞击所致非连续性坍塌模拟与研究(崔铁军[1,2,3];马云东)
    基于三维离散元堆积碎石土细-宏观力学参数相关性研究(马石城;胡军霞;马一跃;董辉)
    基于伪势格子Boltzmann模型修正PR状态方程(曾建邦;蒋方明;胡安杰;李隆键)
    插值矩阵法分析与复合材料界面相交的平面裂纹奇异应力场(王静平;程长征;韩有民;张金轮;葛仁余)
    高速列车进入隧道诱发初始压缩波效应的数值模拟(梅元贵;王瑞丽;许建林;贾永兴;周朝晖)
    涂层厚度对硬脆涂层结合强度的影响(卞达;王永光;倪自辛;赵永武)
    液滴撞击超疏水壁面反弹及破碎行为研究(刘冬薇;宁智;吕明;阎凯;孙春华)
    基于GPU并行计算的浅水波运动数值模拟(许栋;徐彬;David PAyet;白玉川;及春宁)
    轴流泵参数化设计及应力与模态特征分析(彭敏;杨琼方;陈志敏;程辛)
    受损钢结构力学分析模型研究(胡习兵;杨雨薇[1,2])
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