框架-分布双段摇摆芯筒-核心筒体系调谐减震机理及性能研究

为了减小传统框架-核心筒(FCT)结构体系筒体围合面积,进一步提高结构的经济性,提出框架-分布芯筒-核心筒(FDCT)高层结构体系;将分布芯筒与摇摆体系相结合形成框架-分布摇摆芯筒-核心筒(FDRCT)结构体系,旨在控制结构的变形模式。为了降低高阶振型对高层结构的不利影响,进一步提出具有调谐减震性能的框架-分布双段摇摆芯筒-核心筒(FDBRCT)结构体系。建立各结构的动力学模型和方程,并进行平稳随机振动分析,初步证明FDBRCT结构可以更为有效地降低结构的动力响应。对比FCT,FDCT,FDRCT以及FDBRCT结构的时程分析结果,FDCT结构由于刚度被削弱导致抗震能力下降,FDRCT改善了结构变形的不均匀程度,上部楼层加速度有所减小但顶层位移会增大。相较于FDRCT结构,FDBRCT结构的层间位移角最大值明显减小,变形更加均匀,适当降低了顶层位移响应以及内力需求,具备调谐能力的分布双段摇摆芯筒使FDBRCT结构在提高经济性的同时兼具更为优越的抗震、减震性能。

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.

波浪力计算中高阶边界元的改进方法

针对波浪与结构物作用问题,提出了一个取入射速度势作为辅助势求解简单线性方程组,从而得到主对角元素的新高阶边界元方法(HOBEM).较之Teng和Eatock Taylor的方法,不必引入满足刚性水面和海底条件的无穷级数形式格林函数,避免了数值计算的复杂性.应用本方法对均匀圆柱和截断圆柱进行了计算,其计算时间和Teng和Eatock Tay-lor的方法几乎相同,计算结果较之更为精确,而且有着相同的收敛速度,此方法为计算波浪与结构物作用的计算开辟了一条新的途径.

基于高阶位移场理论的多孔金属圆柱壳结构响应研究

基于高阶位移场理论研究了简支条件棱镜型圆柱壳体在内压力作用下的结构响应。首先,建立承受内压圆柱壳体的平衡方程,计算在该载荷作用下的各项同性材料的响应,与弹性力学理论解进行对比,验证所得平衡方程的正确性。采用均匀化方法,将正方形,三角形和Kagome 3种多孔金属圆柱壳体等效为正交各向异性的材料,计算了在内压下的结构响应,并与有限元计算结果进行对比,结果表明文中方法所得结果与有限元的结果非常接近,计算得到的径向位移和轴向应变与有限元的计算基本相同,径向应力,环向应力和径向应变等结构响应时误差也较小。3种构型的计算结果与有限元计算结果的比值变化趋势基本相同,其中三角形和Kagome构型的计算结果较正方形构型的计算结果较为准确。通过对所得结果进行分析,可以发现该高阶位移场理论在计算圆柱壳体结构响应时有效、准确,可以作为预测该类结构响应的计算方法。

基于高阶叠层型基函数的微波管慢波结构的三维有限元模拟

采用基于二阶叠层基函数的矢量有限元法对微波管慢波电路进行了三维数值模拟,从而准确求出其高频参数。为了提高慢波电路有限元仿真效率,提出了一种方便快速去除慢波电路有限元仿真中伪直流模式的方法,同时利用一种p-型乘法的多重网格预处理隐式重启Arnoldi法快速求解最后的大型广义本征矩阵。在此基础上开发了一个微波管高频电路模拟器的子模块—多重网格本征求解器。通过仿真实际的慢波电路,模拟器的计算精度得到验证,同时显示了其优越的计算性能。

用高阶有限单元法分析高层建筑筒体结构

横向水平荷载作用下高层建筑筒体结构的内力分析是建筑设计中确定柱子截面的关键。本文提出了一种14节点56自由度的高效高阶平面应力单元列式,并用FORTRAN语言编制了一个相应的结构分析程序,分析了高层建筑墙体和筒体结构在横向水平荷载作用下的内力,获得了满意的高精度结果,表明本文提出的高效高阶单元列式正确,程序可靠,可十分方便地应用于高层建筑筒体结构的高精度工程分析问题。

二维驳船结构在规则波作用下的高频共振响应研究

基于势流理论建立二维完全非线性数值波浪水槽模型,利用该模型对二维驳船结构在非线性规则波作用下的高频共振响应进行了研究.采用高阶边界元方法解决边界值问题,应用混合欧拉-拉格朗日方法和四阶龙格库塔法模拟结构物与波浪的相互作用,引入虚拟函数法耦合求解波浪载荷与物体运动.计算了浮动驳船结构在规则波作用下的运动,并将数值结果与实验值进行了对比验证.当入射波浪的3倍频等于物体横摇方向固有频率时,物体横摇运动发生的高频共振现象,并分析了其影响因素.基于完全非线性数值波浪水槽模型探究了高频共振响应现象的发生机理,为今后海洋工程结构物的高频共振响应问题做有益探索.

考虑截面形变的伸缩臂臂架动力学特性研究

针对伸缩臂臂架动力学模型过程繁琐、求解复杂和精度不高等问题,通过引入用于表示截面翘曲和畸变的高阶特征形变,提出了一种考虑截面变形模式的伸缩臂臂架动力学模型及其求解方法。首先,依据哈密顿原理和有限单元法,完成了对臂节模型的建模和求解;然后,分析了臂架连接处的截面位移连续性条件,在两节臂架于连接处位移场差值最小条件下,建立了臂架的位移场转换矩阵,构建了伸缩臂的动力学模型;最后,将模型计算出的臂架固有频率与ANSYS分析结果进行了对比分析,对不同几何参数、不同边界条件的臂架进行了数值计算。研究结果表明:模型计算结果与ANSYS分析结果吻合良好,误差在1.2%内;当模态阶数大于2时,不能忽略高阶特征形变对于臂架模态的影响,由此造成的误差最高可达10%。

复合材料夹芯结构褶皱增强理论和有限元方法

复合材料软核夹芯结构承受面内载荷,面板可能出现褶皱。一旦面板出现褶皱,夹芯结构将失去承载能力。因此,需要发展准确的理论模型预测软核夹芯结构褶皱行为。夹芯结构褶皱是典型三维(3D)问题,鲜有高阶模型能准确预测此类问题。为此,提出考虑局部形变和三维效应的增强型高阶模型。基于此理论,推导了梁单元公式,并分析了不同边界条件复合材料夹芯结构的起皱行为。通过与准三维弹性解和三维有限元解对比,提出方法的准确性得到验证。为了提高夹芯结构抗起皱能力,尝试使用复合材料面板代替金属面板。数值分析结果表明,发展的增强型高阶模型可以准确分析复合材料夹芯结构褶皱行为,并且使用复合材料面板可有效提升夹芯结构抗起皱能力。

基于速度势分离法的波物相互作用完全非线性数值模拟

该文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了开敞水域波浪与三维物体相互作用的完全非线性数值模型。采用速度势分离技术,将总速度势分离成入射势和散射势,入射势通过理论解给定。采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,引进虚拟函数耦合求解波浪力和运动方程,自由水面网格仅在初始时刻生成一次,随后采用弹簧近似法在不改变网格节点排列的情况下对瞬时水面进行网格重构。利用所建立模型模拟完全非线性波浪对固定圆柱的绕射作用,并对规则浪三倍频作用下漂浮圆柱的共振响应进行了研究。