既有框架结构的新型等效简化动力模型构建方法

为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。

鱼骨柔性翼等效结构建模及其气动弹性特性分析

鱼骨柔性翼(Fish bone active camber,FishBAC)是一种依靠结构变形实现机翼弯度变化的结构形式,相较于传统的离散式控制面和增升装置,可以在实现机翼弯度变化的同时保持气动表面的连续与光滑。然而,其依靠结构弹性变形实现机翼变弯度的基本特征可能引发潜在气动弹性问题。针对柔性翼潜在的气动弹性问题,本文从结构特性和气动弹性特性两方面进行了研究。在结构特性方面,基于欧拉梁理论和逐段刚化法建立等效结构模型,经有限元验证发现简化模型在计算非均质梁结构保持精度的同时提高了计算效率。在气动弹性特性分析方面,基于等效刚柔耦合翼型模型和非定常气动理论完成了气动弹性特性分析。结果表明,FishBAC建模时需考虑结构柔性,忽略结构柔性会对气动弹性特性的预测存在一定偏差。在驱动力矩低于1.5 N·m时,本文简化的等效结构模型可较好地预测考虑静气动弹性特性的机翼结构形变。使用本文提出的翼型模型考虑结构存在刚柔耦合特性,并预测柔性段所发生的弯度颤振,简化模型与MSC Nastran相比在颤振速度预测上保持了一致性。

复杂系统目标易损性等效结构建模与毁伤律分析方法

研究复杂系统类目标的易损性等效结构及动能毁伤元作用下的毁伤律建模方法。针对装甲车辆、导弹和飞机三种典型复杂系统类目标以及破片、穿甲弹等典型毁伤元,提出依据毁伤元打击方向,将易损部件投影到呈现面的二维结构易损性等效结构建模方法,给出了目标毁伤律模型。以多发脱壳穿甲弹及破片打击三种典型目标为例进行了毁伤概率计算,结果表明,该方法可实现复杂系统类目标的易损性结构等效分析和条件毁伤概率的快速简化计算。

层状异性蠕变地层桩基沉降位移的理论解

考虑软土地层层状异性及流变特性,采用虚拟柱状结构等效流变模型,建立了桩基不同荷载条件和承载模式下沉降位移的理论解。研究了不同荷载等级条件下桩基沉降位移的空间分布特征及其时效特性。结果显示,软土地层中桩基承载模式随荷载增大呈动态演化。当桩基处于摩擦承载模式时,桩基沉降位移为桩体压缩瞬态弹性变形;当桩侧阻抗无法平衡桩顶荷载时,桩基承载模式转化为摩擦与桩端共同承载模式,桩基总位移为桩体变形和桩底土体沉降位移的叠加。同时,对于桩端承载状态,由于土体的流变特性,桩基总位移呈现显著的时效特性。随荷载增大,桩端位移的时效性更趋显著。

纳米尺寸膜厚标准样片的椭偏分析

针对膜厚标准样片的高精度测量问题,基于光谱型椭偏仪测量系统,提出对膜厚标准样片逐层分析的方法。利用相应的匹配算法,对比硅上二氧化硅模厚标准样片的等效结构模型和四相结构模型,实现对薄膜样片的厚度表征和椭偏分析。其次,通过对样片进行为期12周的测量考核,完成对薄膜样片表层分子吸附机理的分析。实验结果表明:针对研制的标称值为2~1 000 nm硅上二氧化硅膜厚标准样片,中间层的厚度存在先递减后递增的趋势。其中,在标称值为50~500 nm范围内,等效结构模型与四相结构模型测量结果的绝对误差在±0.2 nm以内,因此,可以采用等效结构模型的方法开展仪器的校准工作。另外,提出通过加热实现对标准样片解吸附的方案,有效解决超薄膜样片的储存问题。

流变性软土地层桩基沉降位移的粘弹性解析方法

考虑流变性软土地层桩基工程特性,并通过构建桩底土体虚拟柱状结构模型,建立了由桩体变形和桩底沉降时效特性的桩基沉降位移计算模型及其理论解。研究了桩基承载模式及其随荷载的演变规律、对应承载模式条件下桩基沉降位移及其时效特性。结果表明:软土地层中桩基荷载通过桩周阻抗自上而下传递,桩基承载模式随荷载增大存在摩擦承载模式、摩擦与桩端共同承载模式及其随荷载与环境条件逐步演化的动态关系;当桩基处于摩擦承载模式时,桩基沉降位移等于桩体压缩瞬态弹性变形;当桩基承载模式处于摩擦与桩端共同承载状态时,桩基总位移为桩体变形和桩底土体沉降位移的叠加,受土体的流变特性影响,桩基总位移呈现显著的时效特性,且随荷载增大桩端承载效果以及桩基位移的时效性愈加显著。

Design and Realization of CPW Circuits Using EC-ANN Models for CPW Discontinuities

Novel accurate and efficient equivalent circuit trained artificial neural-network （EC-ANN） models,which inherit and improve upon EC model and EM-ANN models＇ advantages,are developed for coplanar waveguide （CPW） discontinuities. Modeled discontinuities include ： CPW step, interdigital capacitor, symmetric cross junction, and spiral inductor, for which validation tests are performed. These models allow for circuit design, simulation, and optimization within a CAD simulator. Design and realization of a coplanar lumped element band pass filter on GaAs using the developed CPW EC-ANN models are demonstrated.

Nonlinear dynamic characteristics of magneto-rheological visco-elastomers

The smart magneto-rheological visco-elastomer (MRVE) has a promising application to vibration control.Its dynamic characteristics are described by complex moduli which are applicable to linear dynamics.However,experimental results show remarkable nonlinear relations between force and deformation for certain large deformations,and the nonlinear dynamic modeling needs to be developed.The present study focuses on the nonlinear dynamic characteristics of MRVE.The MRVE was fabricated and specimens were tested to show nonlinear mechanical properties and dynamic behaviors.The nonlinear effect induced by applied magnetic fields was investigated.A phenomenological model for the dynamic behaviors of MRVE was proposed to describe the nonlinear elasticity,linear damping and hysteretic effect,and the corresponding equivalent linear model in the frequency domain was also given for small deformations.The proposed model is applicable to the dynamics and control analysis of composite structures with MRVE.