含MSD结构应力强度因子半解析数值算法研究

对典型多源损伤 ( Multiple Sites Damages,MSD)构型——有限宽板共线孔边随机多裂纹——应力强度因子计算进行了半解析数值算法的细节构造。对参考载荷作用形式下共线孔边单裂纹的组合法应力强度因子系数进行了拟合 ,使用有限元应力计算格式下的单裂纹权函数 ,配合交替迭代法 ,对复杂加载情况下多裂纹应力强度因子进行计算。

三塔悬索桥中塔适宜刚度数值解析算法

为实现三塔悬索桥在设计阶段中塔适宜刚度的精细化计算,提出一种数值解析算法。基于悬链线理论及索塔变形协调关系建立主缆迭代方程组,基于力学平衡条件建立加劲梁平衡方程组,基于主缆吊点与加劲梁吊点间变形后几何关系建立吊索变形协调方程组,根据吊索力与吊索倾斜角闭合条件为收敛准则,建立联合迭代计算方程组。最后,基于最不利活载作用下中塔索鞍抗滑性及加劲梁挠跨比规范要求分别迭代求解中塔刚度上下限值,并对主跨跨度、矢跨比及恒活载比对于中塔适宜刚度限值的影响进行对比分析。将所提算法与有限元法进行比较分析,结果表明:当主跨垂跨比为1/9时,中塔刚度上限计算值与有限元计算值分别为31.5、29.4 kN·mm^(-1),计算值相对误差为7.1%;中塔刚度下限计算值与有限元计算值分别为6.5、6.7 kN·mm^(-1),计算值相对误差为-3.0%,有限元模型中塔刚度计算限值较所提算法计算值偏保守。中塔适宜刚度上限值随着跨度增加而增加,而下限值随着跨度增加而降低;在合理的相同恒活载比条件下,中塔刚度上限值随着主跨矢跨比减小而增加,下限值变化幅度相对较小;设计阶段应选择适宜的主跨矢跨比并避免不合理的恒活载比值。所提算法可应用于多塔悬索桥索塔适宜刚度精细化计算及悬索桥静力分析计算。

悬索桥主缆线形确定的常用精确解析算法比较及电算高效实现方法研究

以悬索桥主缆线形确定的常用精确数值解析算法为研究对象,通过对它们的比较分析和公式推导发现:在主缆理想柔性、忽略泊松比效应的最基本假定下,主缆线形确定的精确数值解析法可归结为主缆自重集度按其有、无应力长度计算作为已知条件的两大类算法;并且证明了在每大类解析算法中的所有方法是完全等价的.研究还表明:第二类解析算法为"全精确解析算法",第一类为"准精确解析算法";在第一类算法中,主缆无应力长度公式的计算值偏小.仅就悬索桥主缆成桥态线形确定而言,主缆线形确定的两大类数值解析算法都具有很高的工程精度,但第二类算法的主缆自重集度的确定更为精确、更接近实际情况,实际计算时应优先使用它.另外,针对两类解析算法涉及到大量的超越方程求解和递推迭代计算的情况,提出了基于MATLAB软件的高精度电算实现方法.最后,给出一个超大跨径悬索桥的中跨主缆线形确定的验证算例.

变厚度多层介质结构的一种三维数值半解析方法

应用复合材料层合结构分层理论思维，建立起以样条函数、级数及插值相结合的新型三维数值半解析算法，以期解决复材层合变厚度结构的变形及内力分析，并作为该类型结构优化设计的高精度内核计算工具。本文方法克服了一般半解析方法对解析函数类型的过分依赖性；在原始数据准备、计算规模、数值精度、收敛特性及稳定性诸方面都较有限元方法有显著改善；特别对复材层合结构的变厚度区段，无需引入任何理论假设。

近场地震下深水桥墩响应特性及动水效应计算方法检验

动水效应是深水桥梁抗震设计中需要考虑的重要问题,而近场地震下深水桥墩的响应特性及合理计算方法亟待研究。以某典型深水桥梁为对象,基于可有效考虑墩-水流固耦合效应的完全数值计算方法,建立其等效单墩模型。首先讨论了水域范围对结构自振频率计算结果的影响,然后分析了不同水深下桥墩自振特性及脉冲型近场地震下的响应特征,并检验了几种代表性的解析-数值方法的准确性。研究结果表明:当水域宽度达到桥墩直径的10倍时,自振频率计算结果保持稳定;桥墩自振频率随水深增大而减小,桥墩完全被水淹没时前3阶自振频率分别比无水时减小了5.3%、12.2%和17.9%;不同方法下各阶频率的误差率随水深增大总体呈增大趋势,日本规范所得频率偏大,最大误差率超过20%,Morison方程法所得频率偏小,辐射波浪理论、中国铁路规范所得频率值与流固耦合数值法接近;近场地震下,桥墩弯矩、剪力和位移响应比无水时分别增大了22%、23%和20%,Morison方程法计算结果偏大,其最大误差率超过6%,日本规范计算结果偏小,最大误差率接近-5%,辐射波浪理论、中国铁路规范及李乔-杨万理简化公式所得结果与流固耦合完全数值法相吻合,5种方法均可适用于一般尺度深水桥梁的抗震设计。研究成果对于近断层区深水桥梁的抗震设计具有借鉴意义。

Unsteady 3D algebraically explicit analytical solutions for bio-heat transfer equations

Reasonable unsteady three-dimensional explicit analytical solutions are derived with different methods for the widely used bio-heat transfer equation–Pennes equation.The condition to decide temperature oscillation is obtained in this paper.In other cases the temperature would vary monotonously along geometric coordinates as time goes by.There have been very few open reports of explicit unsteady multidimensional exact analytical solutions published in literature.Besides its irreplaceable theoretical value,the analytical solution can also serve as standard solution to check numerical calculation,and therefore promote the development of numerical method of computational heat transfer.In addition,some new special methods have been given originally and deserved further attention.