聚焦波与超大型浮体作用的非线性数值模拟

利用高阶边界元方法建立模拟聚焦波浪与弹性浮板作用的完全非线性二维时域数值水槽模型,其中指定2阶Stokes速度解析解产生聚焦波;采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体和结构表面变化,再利用梁自由振动的自然模态函数近似流固交界面的瞬时位移;使用4阶Runge-Kutta法更新水面及浮板位移和速度势.对比发现,该数学模型可以准确地模拟浮板在波浪作用下的水弹性响应和所期望的聚焦波浪.并进一步研究了浮板摆放条件、浮板厚度、聚焦波频率带宽和入射波幅对浮板水弹性响应的影响.     

频时域混合法求多浮体系统的不规则波运动响应

介绍了一种用于预报多浮体结构在波浪中的运动响应的频、时域混合法。根据确定不规则波的跨零经,用频域法求解浮体的水动力系数,并适时求解非线性描力等外力,方程求解时引入动力有限元中的增量平衡方程,利用本方法预报了由６个单体组成的中空浮动结构对波浪的运动响应,并与试验结果进行了比较,数值结果与试验数据具有较好的吻合程度。     

非线性弹性薄膜表面效应的尺寸相关性研究

在Mindlin假设的前提下，考虑了几何非线性条件及表面效应的影响，建立了纳米尺度下尺寸相关的板状各向同性弹性薄膜模型；从哈密尔顿变分原理出发，导出了薄膜的控制方程，用公式明确阐述了由表面张力引起的符合经典板理论且与薄膜变形相关的残余膜力和弯矩；通过微小尺寸薄膜弯曲的算例，说明了表面效应与薄膜厚度的相关性，当薄膜厚度等于或者小于其内禀尺度时，表面效应对薄膜厚度表现出很强的敏感性。     

超大浮体在二维不均匀底部上的水弹性响应

为了研究不均匀的海底环境因素对超大浮体结构响应的影响，分别用线性长波理论和薄板理论来模拟波浪场和结构物的位移响应，建立耦合的运动响应方程，同时求解二维波浪场和板条梁的位移响应。以斜坡、椭圆面和正弦变化曲面等3种不同的二维底部形状为例，计算了二维不均匀的底部上超大型浮式结构物水弹性响应，并通过与底部平坦时的结构响应相比较，讨论了不均匀的底部对结构响应的影响。实例结果显示了当底部升高和底部下降时关于位移响应变化的一致性规律。     

双参数弹性地基上中厚矩形筏板的静力分析

在三广义位移平板弯曲理论的基础上,考虑横向伸缩广义位移Φ3,提出了具有四个广义位移的中厚矩形筏板的弯曲方程,并用变分法求解控制微分方程后,得到双参数弹性地基上四边自由中厚度矩形筏板的静力弯曲解答。     

波浪作用下的海床响应及其对建筑物稳定性的影响

应用动弹性固结有限元法,求解了随机波浪作用下饱和海床土体中的孔隙水压力、有效应力和位移的瞬态响应,并对海洋建筑物的稳定性进行分析。建立的有限元计算模型中采用了动弹性固结理论和线性渗流理论,海床可为具有任意边界条件的分层分块弹性多孔介质;利用简单条分法对海床和建筑物进行稳定性分析,在滑动面上考虑波浪附加应力的影响。孔隙水压力响应的理论计算结果与模型实验的量测值吻合的较好。计算表明,近海工程中考虑海床土体受到的波浪附加应力时,海床和建筑物的整体稳定安全系数将降低,降低幅度主要与海床面上的波浪压力、海床的渗透性有关。     

复合材料耦合热弹性问题的多尺度方法

考虑周期复合材料耦合热弹性问题,此问题含有瞬态位移场的动态热弹性方程和瞬态温度场的动态热传导方程,在求解时需考虑动态耦合的温度场和位移场. 用构造性的多尺度分析方法定义了周期复合材料瞬态耦合热弹性问题的一阶多尺度渐近解,并证明了此多尺度渐近解的逼近阶为O(ε).     

非线性弹性地基上具有传力杆的中厚矩形板的非线性静力分析

以非线性弹性地基上中厚矩形板为研究对象,探讨了非线性弹性地基上具有传力杆的四边自由中厚矩形板的非线性静力特性．根据Reissner中厚板理论,建立了非线性弹性地基上具有传力杆的四边自由中厚矩形板的非线性静力控制方程,构造了一组满足全部边界条件的试探函数,并运用伽辽金法求解该组非性方程．根据数值计算的结果,讨论了中厚矩形板结构参数、地基参数及传力杆参数对非线性弹性地基上具有传力杆的中厚矩形板的非线性静力特性的影响．     

细长轴对称体的水弹性振动特性分析

以在水中做纵向平面内运动的细长轴对称体为研究对象.在建立描述流体-结构耦合振动系统的计算模型时,对固体采用位移（包括刚体运动位移和弹性Euler梁振动位移）,对流体采用压力作为基本变量,首先建立了考虑流体作用力的结构动力学方程,推导了考虑结构运动的流体压力表达式,分析了水动力载荷的特征：包括水动压力的来源、组成、分布形式与影响范围等.在此基础上给出了描述水中运动物体的位移（结构）-压力（流体）格式的流固耦合系统模型.然后利用有限元数值方法（FEM）对方程进行了求解,克服了解析解对研究对象外形的限制,同时避免了流固耦合直接数值模拟中CFD＋FEM的复杂性,对于典型的工程结构非常适用.最后,通过算例给出了水中运动物体的水弹性频率和模态,并将计算结果与试验结果进行了对比,证明了本文计算模型的有效性.     

损伤黏弹性层合中等厚板的非线性动力学行为

研究了考虑横向剪切变形和损伤缺陷的黏弹性复合材料层合板在横向周期激励下,损伤对黏弹性板非线性动力学行为的影响．基于一阶剪切变形理论、Boltzmann线性叠加原理和Galerkin技术,建立了反对称正交铺设损伤黏弹性复合材料层合板的非线性控制方程,具体讨论了损伤对黏弹性板非线性动力学行为的影响。     

考虑地基水平变形的弹性基础板有限元分析

用任意四边形板单元离散弹性基础板,将基础板按平面问题加薄板弯曲问题进行描述．假设地基与板之间在板单元中心处通过链杆连接,且各链杆作用在地基表面上的力均匀分布在与板相对应的地基表面单元上．用高斯积分法建立了各链杆处的位移与所有地基反力(包括垂直方向和水平方向)之间的关系式,并对该式求逆获得了地基的柔度矩阵．在此基础上根据板与地基之间的位移协调条件和静力平衡条件建立了考虑板与地基相互作用以板的节点位移为未知量的有限元方程．通过算例说明了考虑地基水平变形对地基反力的影响,并验证了计算方法的正确性。     

移动载荷作用下非线性连接浮桥的动力响应

以非线性有限元方法为基础,考虑桥节间非线性连接的影响,建立了浮桥三维动力响应分析控制方程,并采用超单元方法对系统的运动方程进行缩减;然后用Newmark直接积分和New-ton-Raphson迭代方法求解系统的非线性运动方程,研究了移动载荷作用下非线性连接浮桥的三维非线性动力响应特性.研究表明,桥节之间连接的非线性特性和间隙的大小对于浮桥的动力响应影响很大,必须加以考虑.     

预应力对基座振动特性的影响分析

设备安装引起的预应力会影响基座的振动特性。基座主要由梁板结构组成,该文首先从理论推导出发分析了预应力对简支梁、板固有频率及导纳的影响,并验证了有限元方法计算预应力结构振动特性的准确性;然后利用有限元方法计算了预应力对加筋板结构振动特性的影响,最后分别计算分析了设备安装对刚性台架上的淡水泵基座以及对实艇浮筏基座振动特性的影响。结果表明预加载荷对梁板结构低频振动特性影响较为显著;设备安装对刚性台架上的淡水泵基座低频导纳峰值频率处的影响较为明显,尤其是跨点导纳;设备安装对实艇浮筏基座导纳的影响可以忽略。     

方钢管混凝土柱的抗震性能分析

方钢管混凝土柱的抗震性能与钢管的局部屈曲有关,柱端设置约束拉杆可以提高钢管的局部稳定,从而增强方形钢管混凝土柱抗震性能．采用三维有限元法,分析方钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下的抗侧力一位移关系,有限元分析的结果得到试验结果验证．利用有限元模型分析轴压比、钢板宽厚比,以及内填混凝土抗压强度对方钢管混凝土柱抗震性能的影响．完成柱端设置约束拉杆的方形钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下三维有限元分析,与试验结果相比较并作分析．     

锚泊浮船坞的水动力性能

提出了一种浮船坞锚泊系统响应分析的数值计算模型,运动方程在时域内求解．三维混合积分方程法用于计算浮船坞在频域内的水动力系数和波浪扰动力,并消除了不规则频率的影响．假想作用力法用于模拟锚泊线的作用,考虑了锚泊线的弹性和流力作用．计算和实验证明,在锚链中设置块重能减小浮船坞的最大运动幅值及锚链张力峰值．由于波频运动的影响,交叉锚泊系统其锚链所受的张力幅值比开式锚泊系统大,从而使得交叉锚泊系统锚链的疲劳寿命比开式系统短．     

连续斜交梁桥地震下碰撞效应分析

从连续斜交梁桥震后普遍的落梁震害和平面旋转现象出发,提出一种带碰撞单元并考虑竖向、水平及扭转刚度的单梁简化模型.以一座3m×30m连续斜交梁桥为工程背景,通过动力特性分析和地震下考虑碰撞效应的非线性时程分析,将简化模型的计算结果与精细化板单元有限元模型的结果进行对比.研究结果表明:该简化模型不仅能较准确地计算结构的动力特性,还能较准确计算斜交梁桥在碰撞下的非线性位移,反应碰撞后桥面的平面旋转现象;碰撞刚度在一定范围内对非线性位移不敏感,可采用主梁轴向刚度为碰撞刚度,但梁端截面最外缘的碰撞单元对非线性位移较敏感,需保证在梁端截面最外缘处设置碰撞单元.     

系泊多浮体系统波浪运动响应的动力学分析

首先介绍了用势流理论和刚体动力学方程 ,分析系泊单浮体波浪运动响应的频域理论。对于铰联结系泊多浮体系统 ,将其作为铰联结无根树系统 ,用多刚体力学 Huston方法进行了运动学分析。选定广义速率后用其表达出多浮体系统的各种有关运动量。进而使用多刚体力学的 Kane方程 ,并补充以必要的运动学约束关系 ,导出了求解系泊多浮体系统各浮体质心位移和摇荡角位移的动力学方程组。最后归结为可求解各项位移、角位移幅值和相位的复数线性代数方程组。     

两级星型齿轮传动静力学系统基本浮动构件浮动量分析

建立星型齿轮传动静力学系统基本浮动构件浮动位移分析的弹簧-质量模型；采用静力学分析的方法，考虑系统的误差、工况条件、构件的弹性变形等条件对系统浮动位移的影响；计算系统基本浮动构件浮动位移；分析系统主要设计参数对各构件浮动位移的影响，为星型齿轮传动系统浮动机构的设计提供依据。结果表明：中心轮的浮动位移随系统输入功率增大而增大，随系统转速增大而减小；中心轮的浮动位移随系统星轮个数的增加而减小，随系统构件误差值的增大而增大，各构件的误差值对中心轮浮动位移的影响有累加作用。系统的工况条件、构件的弹性变形等方面均影响系统的浮动位移，在实际计算中要予以考虑。     

基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法

为提高大跨径斜拉桥索力测量的工作效率,提出了一种基于微波干涉雷达的斜拉桥索力测量方法,并将其测量结果与 DaspBCF手持式索力测量仪和JMM-268接触式索力动测仪的索力测量结果进行了对比检验。该方法采用IBIS-S微波干涉雷达系统提取桥梁斜拉索动态位移信息,通过快速傅里叶变换对斜拉索位移信号进行频谱分析,获取斜拉索振动基频后基于振动频率法计算斜拉索索力。实桥试验结果表明:微波干涉雷达测量索力可同时测量多根索的动态信息,测量效率高;自下而上发射雷达波束的方法可有效规避噪声影响;该方法得到的索力与传统加速度计测得的索力相对误差在2.2%以内,测量结果可靠,并具有高效率、易操作的特点,具有很好的应用价值。