基于Python的平面杆系结构有限元分析

基于Python程序,将杆单元位移不连续、理想刚杆两种力学对象关联统一,开展平面杆系结构有限元模型分析,并实现一种基于“变量标记”的自由度集中处理的计算模式.基于虚功原理引入并推证刚体荷载传递定理,表明耦合单元、刚杆及忽略某一自由度的有限元内置算法处理过程中,实质是将单元刚度矩阵进行“刚化”处理.算例分析表明,“变量标记”的计算模式与单元刚度矩阵的“刚化”处理,具有力学模型的普适性和统一性、编程的可行性以及结果的可靠性等特点,能解决平面任意杆系结构的建模问题.研究结果表明,“主从结点”、“刚杆”等建模方法,对于进一步开展有限元二次开发、大变形以及非线性等功能性扩展等有重要的参加价值,证明将Python程序应用于结构有限元分析的可行性.

对偶τ-Rickart模

设τ=(T,F)表示遗传挠理论,引入了对偶τ-Rickart模的概念.称M是对偶τ-Rickart模,如果对任意ψ∈End(M),π^(-1)_(τ)(Im^(-)ψ)=Imψ+τ(M)是M的直和因子.研究了对偶τ-Rickart模的性质,给出了对偶τ-Rickart模的等价刻画.进而,证明了M是τ-Rickart模并且M/τ(M)具有C_(2)条件当且仅当M是对偶τ-Rickart模并且M/τ(M)具有D_(2)条件.

热环境中多孔功能梯度材料转动Timoshenko梁的自由振动特性分析

对于孔隙均匀分布的多孔功能梯度材料梁模型,考虑材料的温度依赖性质并确定梁的物理中面,利用Hamilton原理导出多孔功能梯度材料Timoshenko梁在热环境中转动时横向自由振动的控制微分方程并进行无量纲化处理.应用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及其边界条件进行变换,得到包含无量纲固有频率的等价代数特征方程.计算出热环境中多孔功能梯度材料转动Timoshenko梁在固支-固支(C-C)、固支-简支(C-S)、简支-简支(S-S)和固支-自由(C-F)四种边界条件下横向自由振动的固有频率.将其退化所得无量纲固有频率与已有文献的计算结果进行对照,验证了有效性和正确性.分析了边界条件、孔隙率、转速、温度、细长比和梯度指数对转动多孔功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响.

基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布.将Gumbel,Frechet和Weibull分布函数线性化的基础上,利用最小二乘法拟合各分布函数参数,根据参数拟合结果推算各地区10,50和100年重现期的极值风速,并和各地区最大基本风速规范建议值进行对比.研究结果表明,考虑风速风向概率影响的基本风速更加符合实际情况,最大基本风速规范建议值偏于保守.

基坑开挖对周边环境的影响分析

为探究基坑降水开挖过程中基坑及周边环境的响应,以西北某实际基坑工程为背景,通过Plaxis 3D软件建立模型,分析了基坑开挖过程中基坑及周边环境产生的变形和围护结构锚杆上力的变化.结果表明:基坑开挖产生的土体变形是一个三维问题,剖面土体的变形受基坑阴、阳角的影响,这种影响的强弱与剖面距基坑阴、阳角的距离有关;在基坑围护结构中,锚杆锚固效果比土钉好30%左右,桩锚支护效果比复合土钉墙好20%左右;下排锚杆比上排锚杆承担更多的主动土压力,其自由段轴力比上排锚杆大;位于复合土钉墙支护段附近的道路受基坑开挖影响,其倾斜方向由最开始的朝坑外倾斜转变为朝坑内倾斜;位于桩锚支护段附近的既有建筑变形均在相关规范允许范围内,周边既有建筑处于安全状态.

Winkler-Pasternak地基上四边受压FGM矩形板的自由振动与屈曲特性

基于经典薄板理论,利用广义Hamilton原理推导相应的控制微分方程并对方程进行无量纲化;采用微分变换法(DTM)计算不同边界条件下方程的前三阶无量纲固有频率和屈曲载荷,并将方程的求解退化为无地基功能梯度板和有地基普通材料板两种情形,将其DTM解与已有文献的解进行对比,结果一致,表明DTM的适用性和精确性;分析了边界条件、梯度指数、地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比等因素对FGM矩形板无量纲固有频率以及临界屈曲载荷的影响.结果表明:在几种边界条件下,边界约束越强,无量纲固有频率越大;地基弹性刚度系数、地基剪切刚度系数、长宽比的增大也会导致无量纲固有频率增大;面内压载荷的增大会导致无量纲固有频率减小;长宽比越大,临界屈曲载荷越小;梯度指数越大临界屈曲载荷越小.

埋地管道静载试验水平边界约束影响的数值分析

基于模型试验结果,通过有限元数值模拟软件研究静载作用下模型尺寸对埋地管道力学性能与形变性能的影响.数值分析结果表明:模型箱水平边界在距管壁20D以内变化时,随着模型尺寸逐渐增大,土体极限承载力不断增加,并且相同荷载水平下加载板沉降与管道径向变形比也随之变大,而管周土压力、管周径向和环向应力均随之减小,边界对管道的约束作用逐渐减弱;模型尺寸不同时,管道径向变形比在加载过程中的变化规律差异明显;地表静载作用下,管道以环向受压为主,并且由于管顶产生土拱效应,管周土压力中管侧处最大,管顶处次之,管底处最小;当模型箱外壁水平向扩展超出20D时,管道上方土体承载力、管道受力和形变规律基本一致.表明为减少或消除水平边界效应,模型箱外壁水平向扩展边界选20D为宜.

关林子隧道下穿既有道路爆破振动影响

在下穿既有道路的新建隧道爆破施工中,爆破振动极易引起上部路面结构的损伤和破坏.以宝汉高速新建下穿316国道的关林子隧道为例,采用有限元法模拟路面关键点峰值振速、路面应力以及路面位移,并结合现场爆破振动与振速监测结果,对比分析爆破振动对既有道路的影响.主要研究结论如下:10个关键点爆破峰值振速均发生在掏槽眼爆破时,既有道路的应力以及路面位移均较小,不足以引起既有道路的破坏;根据数值模拟和现场测试结果,下穿段地表质点振速的合速度峰值不超过0.035 m/s时可保证既有道路安全.

广义Motzkin序列的Hankel行列式

基于经典的Motzkin路引入一类新的加权Motzkin路的定义.用这种路给出一类Riordan矩阵组合解释,并得到Riordan矩阵首列元素(广义Motzkin序列)的加法公式.利用此加法公式和Riordan矩阵的生成矩阵将广义Motzkin序列的Hankel矩阵进行分解,从而得到广义Motzkin序列的Hankel行列式的一般公式.通过将Motzkin路的权特殊化,得到一些组合序列的Hankel行列式.

体外预应力简支加固技术鲁棒性分析

以均匀设计法、正交设计法以及PKPM结构设计软件为依据,对多高层混凝土结构的梁柱应用体外预应力简支加固技术的影响因素进行排序,对主要因素的影响规律进行分析.研究表明,从梁、柱单独来看,其主要影响因素有差异.比如,原混凝土强度等级高、由不设防到6度设防时梁加固技术的鲁棒性好,而原混凝土强度等级低、由6度设防到7度设防时柱加固技术的鲁棒性好;从梁柱综合来看,其主要的影响因素为抗震设防烈度、场地类别、设计板厚、结构纵跨数、设计混凝土强度及结构层数等6类.对6类影响因素组合后的鲁棒性进行排序,其中,Ⅰ1类场地、结构纵跨数为11、设计板厚90 mm、结构层数为10、设计混凝土强度等级C30的建筑结构从7度抗震设防提高到8度时,体外预应力简支加固技术鲁棒性最好.该研究为体外预应力简支加固技术的应用决策提供了理论依据.

黄芪废渣活性炭的制备及其对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附特性

以黄芪废渣(AS)为原料,用KOH为活化剂制备黄芪废渣活性炭(ASC)并用于对水溶液中Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附.考察了KOH质量浓度、活化时间、活化温度和浸渍比(活化剂体积(mL):黄芪废渣质量(g))等因素对黄芪废渣活性炭碘吸附值和得率的影响;通过扫描电子显微镜、比表面积测定和X射线衍射等方法对黄芪废渣活性炭进行表征.结果表明,在KOH质量浓度为20%,浸渍比3∶1,温度为600℃,活化炭化时间为80 min时,制备的黄芪废渣活性炭的比表面积为1 519.53 m^2·g^(-1),对重金属离子Cu^(2+)和Cd^(2+)在20℃,pH分别为5.0和6.0时饱和吸附量分别为1.98和1.04 mmol·g^(-1).

一类三阶中立型时滞动力方程的振动性

研究一类三阶中立型时滞动力方程的振动性质,通过构造广义Riccati变换得到一类新的广义Riccati不等式,利用积分平均等方法,建立了保证该方程一切解均振动或者收敛到零的若干新的充分条件,推广和改进了相关结论并给出了若干例子.

Multi-GPU加速的二元合金定向凝固三维相场模型

基于三维相场模型,使用MPI+CUDA异构协同并行技术,在GPU集群上建立三维合金定向凝固的MultiGPU计算模型,实现了Al-Cu二元合金三维定向凝固的模拟.再现了Al-Cu二元合金三维定向凝固的过程,以及不同取向晶粒间的竞争生长现象.通过与传统CPU串行计算模型相比较,验证了Multi-GPU计算模型的计算效率和加速效果.实现了二元合金定向凝固的加速模拟计算,其加速比最大可达57.7.

沉积温度对MOCVD制备ZnO纳米薄膜性质的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在石英衬底上制备了ZnO纳米薄膜,考察了不同沉积温度对ZnO薄膜结构及光学性质的影响.结果表明:所有样品均表现出C轴择优的六角纤锌矿结构.随着沉积温度由700℃升高至800℃时,ZnO薄膜的半峰宽逐渐变窄,晶粒尺寸逐渐增大,光致发光强度逐渐增强,表明沉积温度的升高有利于晶体的生长.当沉积温度由800℃继续升高后,样品的半峰宽变宽,晶粒尺寸减小,光致发光强度降低,表明沉积温度过高产生热缺陷,不利于晶体的生长.

基于马尔可夫过程的风电齿轮箱齿轮强度退化模型

为了对风电齿轮箱中齿轮的强度退化规律进行研究,基于马尔可夫过程的基本原理,以2 MW风电齿轮箱中太阳轮为研究对象,根据风速与齿轮应力之间的转换关系得到各风速区间所对应的平均应力及其出现概率;结合材料的S-N曲线,计算出齿轮强度从初始状态转移至最终状态的概率,并根据线性疲劳累积损伤理论构造出强度的状态转移概率矩阵;最后定义初始状态概率分布向量,结合状态概率转移矩阵,采用加权平均的方式计算出各时刻的强度均值,描绘出齿轮的强度退化轨迹.文中方法考虑了强度退化过程中各阶段的相关性,能够有效地反映齿轮在服役期间内的强度退化规律,对研究风电齿轮箱中齿轮的强度退化具有一定指导意义.

Logistic模型描述控制参数的灰狼优化算法

针对标准灰狼优化算法(GWO)易陷入局部最优和求解精度低的问题,提出一种基于Logistic模型的控制参数自适应调整GWO(AGWO)算法.分析了控制参数a在算法进化过程中的重要作用,将Logistic模型理论嵌入到GWO算法中自适应调整控制参数a.此外,为了提高算法的全局收敛速度,用混沌序列方法产生初始种群.采用8个复杂基准测试函数进行数值实验,在相同的最大适应度函数评价次数下,AGWO总体性能上均优于标准GWO、NGWO、GWO-DE、IGWO和GA-GWO算法.实验结果表明,在GWO算法框架内,采用Logistic模型自适应调整控制参数在性能上明显优于线性递减调整方式.

基于特征方程的蝙蝠算法分析及其改进策略

在求解复杂非线性优化问题时,蝙蝠算法因其进化机制中引入了更多可调参数因子而比粒子群算法和遗传算法等具有更好的收敛性能.然而,在其迭代过程中,一旦群体中出现"超级"蝙蝠个体,算法极易出现"迟滞"问题.针对该问题,采用特征方程方法对基本蝙蝠算法的收敛性进行了分析,在一定假设条件下,讨论了算法参数灵敏性.基于负梯度理论,通过调整算法中蝙蝠个体的速度更新策略,使其沿群体当前最优解的负梯度方向飞行,引导个体飞向全局最优解.典型benchmark函数仿真实验结果表明,改进蝙蝠算法表现出较基本蝙蝠算法和带速度权重的改进粒子群算法更好的全局寻优能力.

Na-N共掺对ZnO薄膜结构及光学性质的影响

采用溶胶/凝胶法在石英衬底上制备Na-N共掺ZnO纳米薄膜,研究Na掺杂原子分数对ZnO薄膜结构和光学性能的影响.结果表明:适度的Na掺杂,使得薄膜结晶质量明显改善,但过高原子分数的掺杂,则会诱发新的缺陷,导致结晶质量下降.在可见光区域,薄膜透光率随Na掺杂原子分数的升高而升高,掺杂原子分数7.5%的薄膜透光率达到90%左右.Na掺杂原子分数对ZnO的光学带隙产生了直接的影响.

基于离差最大化的总图设计方案灰关联投影评价模型

针对传统工业总图设计方案中优选方法的不足,结合总图布置自身的特点,构建总图设计方案的评价指标体系;将灰色关联投影决策法引入到工业总图设计方案评价中,借鉴TOPSISI思想将理想方案作为设计方案的参考点,应用灰关联分析法从理想方案和设计方案的相对误差和绝对误差两个方面进行比较,计算出各设计方案和理想方案的相似程度;同时采用离差最大化的方法确定评价指标权重,克服人为主观因素的影响,使得方案的比选更加科学、客观、合理;最后运用该模型进行实例分析评价,得出评价结论.结果表明,该模型理论简单、可操作性好,具有很好的实用性,可为工业企业总图设计方案评价提供科学合理的决策依据.