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2021年 42卷 8期刊出日期: 2021-08-01
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固体力学
基于NARX神经网络方法的汽轮机转子关键部位应力预测
赵翔, 茹东恒, 王鹏, 吴昊, 甘磊, 仲政
2021, 42(8): 771-784.   doi: 10.21656/1000-0887.410372
摘要(1) PDF(0)
摘要:
汽轮机启动过程中,对转子进行应力预测具有重要意义.为满足在线预测国产某350 MW超临界汽轮机转子关键部位应力的需要,提出了一种基于具有外部输入的非线性自回归(NARX)神经网络的应力预测方法.根据转子实际尺寸建立二维轴对称有限元模型,确定了相应的边界条件,并对有限元计算结果进行验证,得到了转子在冷启动工况下的温度场和应力场,确定了转子的危险点.再根据冷启动规则,构建了288个典型启动工况,并对每个启动工况分别进行有限元计算,获取了每个工况下机组运行参数以及转子危险点处应力的时间历程数据,进而建立了神经网络训练样本库,并使用NARX神经网络对危险点处应力进行预测.此基于NARX神经网络的预测方法可以准确预测出汽轮机转子危险点处的应力变化趋势,其预测值与有限元仿真结果吻合良好,可以满足转子应力在线预测的需求.
基面力单元法在空间几何非线性问题中的应用
龚琳琦, 陈曦昀, 郭庆, 彭一江
2021, 42(8): 785-793.   doi: 10.21656/1000-0887.410341
摘要(1) PDF(0)
摘要:
基于基面力的概念,并结合Euler角的位移描述方法,提出了适用于几何非线性计算的空间6结点余能基面力单元.使用MATLAB语言编程并对典型梁、板结构进行弹性大变形数值模拟.由计算结果可以看出,基于余能原理的基面力元法(BFEM)在计算构件的空间大变形时有较好的计算精度,对比传统有限元计算方法具有网格尺寸影响小和抗畸变能力强的特点,有良好的计算性能.
基于杂交应力元法的颗粒增强复合材料Monte-Carlo模拟
王伟, 郭然
2021, 42(8): 794-802.   doi: 10.21656/1000-0887.420016
摘要(0) PDF(0)
摘要:
杂交应力元假设的高阶应力场可以用较疏的网格获得较高的计算精度.采用四叉树网格离散非均质计算域,四叉树杂交应力单元悬挂节点的位移协调条件自动满足,且得益于单元类型数量有限,单元刚度矩阵可以预计算,以便在实际计算时直接读取调用,大幅提高了计算效率.考虑夹杂的随机性对颗粒增强复合材料力学性能的影响,采用均匀化方法和Monte-Carlo方法,研究了随机夹杂的体积比、数量、长宽比对材料均质等效模量的影响,结果表明,复合材料的等效弹性模量随夹杂体积比、数量、长宽比的增大而增大,且对体积比最敏感.
高温合金GH4169的失效特性及失效模型研究
谭学明, 王瑞丰, 郭小军, 孟卫华, 郭伟国
2021, 42(8): 803-812.   doi: 10.21656/1000-0887.410299
摘要(0) PDF(0)
摘要:
对GH4169高温合金开展了不同应力三轴度(-0.33~0.33)、不同应变率(0.001~5 000 s-1)、不同温度(293~1 073 K)条件下的材料性能试验.基于Johnson-Cook失效模型的框架,研究了Johnson-Cook(JC)失效模型及已有文献提出的修改形式中应力三轴度项拟合结果的不确定性及应变率对失效应变的线性关系描述局限性问题,通过提出的特定参数确定方法与耦合应力三轴度的应变率效应指数函数,建立了一种唯象修正的失效模型.基于GH4169高温合金的试验结果,标定了修正的失效模型与JC模型中各个参数.结果表明:在不同应力三轴度下,GH4169的失效应变表现出不同的应变率效应;与传统的JC模型相比,修正的失效模型更能够较好地描述GH4169的失效行为;同时能够保证失效应变的非负性.
基于坐标平移法的正常固结非饱和土三剪弹塑性本构模型
胡小荣, 蔡晓锋, 瞿鹏
2021, 42(8): 813-831.   doi: 10.21656/1000-0887.410288
摘要(0) PDF(0)
摘要:
采用单应力变量法和双应力变量法建立了非饱和土的三剪统一强度准则,在此基础上用坐标平移法分别推导了相应的破坏应力比.将所得破坏应力比与非饱和土修正Cambridge模型进行结合,分别建立了单应力变量及双应力变量下的正常固结非饱和土三剪弹塑性本构模型,并对其做了ABAQUS二次开发.以南昌非饱和重塑红土为研究对象,分别对其做了非饱和土三轴固结排水试验验证、真三轴固结排水试验模拟,并研究了中间主应力影响系数b和基质吸力s对重力式挡土墙计算模型的影响.计算结果表明:所提的2种本构模型在三轴固结排水试验中均能很好地描述正常固结非饱和土的变形特性,且双应力变量下采用坐标平移法的模拟结果相对更为接近真实试验结果;在真三轴固结排水试验模拟中,采用双应力变量法相对单应力变量法所得偏应力和体应变偏大,随着中间主应力影响系数b增大,2种本构模型的偏应力和体应变也会随之增大;双应力变量下的重力式挡土墙计算模型更为稳定,随着中间主应力影响系数b或基质吸力s的增大,挡土墙模型土体位移相应减小,而墙后土体强度及稳定性相应增大.
应用数学
分数阶Cahn-Hilliard方程的高效数值算法
汪精英, 翟术英
2021, 42(8): 832-840.   doi: 10.21656/1000-0887.420008
摘要(0) PDF(0)
摘要:
给出了时空分数阶Cahn-Hilliard方程的一个高效数值算法.首先,利用Laplace变换将时空分数阶Cahn-Hilliard方程转化为空间分数阶Cahn-Hilliard方程;然后,结合Fourier谱方法和有限差分法得到一个时间二阶、空间谱精度的高效数值格式;最后,通过数值实验验证本文数值算法的有效性,并验证其满足能量耗散性质和质量守恒定律.
G-Brown运动驱动的非线性随机时滞微分方程的稳定化
李光洁, 杨启贵
2021, 42(8): 841-851.   doi: 10.21656/1000-0887.410332
摘要(0) PDF(0)
摘要:
研究了一类G-Brown运动驱动的非线性随机时滞微分方程的稳定化问题.首先,在一个不稳定的G-Brown运动驱动的非线性随机时滞微分方程的漂移项中设计了时滞反馈控制, 得其相应的控制系统.其次, 利用Lyapunov函数方法给出其相应的控制系统是渐近稳定的充分条件.最后, 通过例子说明了所得的结果.
(3+1)维变系数Kudryashov-Sinelshchikov(K-S)方程的同宿呼吸波解和高阶怪波解
张诗洁, 套格图桑
2021, 42(8): 852-858.   doi: 10.21656/1000-0887.410387
摘要(0) PDF(0)
摘要:
基于Hirota双线性方法,利用拓展的同宿呼吸检验法得到了(3+1)维变系数Kudryashov-Sinelshchikov(K-S)方程的同宿呼吸波解,对该解的参数选取合适的数值,可得到不同结构的同宿呼吸波.通过对同宿呼吸波解的周期取极限,推导出方程的怪波解.最后,构造出一个特殊的高阶多项式作为测试函数,求得该方程的一阶怪波解和二阶怪波解.
一类具有变号位势Kirchhoff型方程解的存在性
雷俊, 索洪敏, 彭林艳, 吴德科, 蒙璐
2021, 42(8): 859-865.   doi: 10.21656/1000-0887.410283
摘要(0) PDF(0)
摘要:
该文研究了一类带有变号位势非线性项的Kirchhoff型方程的Neumann边值问题.利用变分方法,首先对空间进行分解,证明了该问题的能量泛函满足山路结构;然后证明了能量泛函的(PS)序列有强收敛的子列;最后通过Ekeland变分原理和山路引理,获得了该问题两个非平凡解的存在性.
一类潜伏期有传染性的传染病模型动力学分析
张丽娟, 王福昌, 万永革, 李振刚
2021, 42(8): 866-873.   doi: 10.21656/1000-0887.410251
摘要(0) PDF(0)
摘要:
建立了一类潜伏期具备传染性的传染病传播模型,根据疾病传播规律求解了疾病消失和持续生存的阈值——基本再生数.对系统的稳定性进行了讨论,得到了系统稳定性条件.最后,以COVID-19为例,解释了各种举措在疾病控制中的作用,并对疫情传播扩散做了探讨和预测.
应用多项式完全判别系统方法求解时空分数阶复Ginzburg-Landau方程
胡艳, 孙峪怀
2021, 42(8): 874-880.   doi: 10.21656/1000-0887.410392
摘要(0) PDF(0)
摘要:
研究了时空分数阶复Ginzburg-Landau方程.首先通过分数阶复变换将时空分数阶复Ginzburg-Landau方程转化为一个常微分方程.然后将常微分方程化为初等积分形式.最后用多项式完全判别系统法求得一系列精确解,其中包含有孤立波解、有理函数解、三角函数周期解、Jacobi椭圆函数双周期解.
基于小波神经网络方法的桥梁结构损伤识别研究
肖书敏, 闫云聚, 姜波澜
[摘要](724) [PDF 5386 KB](722)
摘要:
桥梁结构在服役期间会承受复杂的荷载,长期使用会不可避免地出现各种损伤。若这些损伤不能被及时发现和适当处理,将有可能造成严重的事故。因此,桥梁结构的局部小损伤识别对于其及时检修有重要意义。通常,损伤结构的全局动态特性测试可能对局部的结构损伤不敏感,特别是对小损伤,这就需要从结构动态响应信号中提取对损伤更敏感的特征量。建立了桥梁结构的有限元模型并进行动力特性分析;采用小波包分析方法处理结构动态响应信号以构造结构损伤指标,并结合结构损伤指标和人工神经网络方法进行桥梁结构的损伤定位.
虚拟激励法在国内外工程界的应用回顾与展望
林家浩, 张亚辉, 赵岩
[摘要](870) [PDF 1039 KB](1406)
摘要:
《随机振动的虚拟激励法》自1985年正式发表以来,逐渐得到许多工程领域的认可和采用,解决了很多重要而困难的工程问题.该方法不但被国内某些工程规范所推荐,而且被3种国际工程手册成章刊载,在国际上亦占有了一席之地.该文是笔者参考了数百篇国内外论文,依据其中一部分在11个工程领域对虚拟激励法的应用和一些学者的评论所撰写的综述.借以让更多工程技术人员和研究者对虚拟激励法有较为全面的了解,以结合各自工程领域更有效地开展对随机振动理论和方法研究成果的应用和发展.
结构系统识别不确定性分析的Bayes方法及其进展
颜王吉, 曹诗泽, 任伟新
[摘要](683) [PDF 647 KB](916)
摘要:
受测试误差、建模误差、数值离散化以及环境变异等因素的影响,结构系统识别过程不可避免地存在不确定性,因此有必要引入概率统计方法来提高其鲁棒性,为工程结构安全监测提供更为可靠的结果.近年来,Bayes(贝叶斯)方法因为其诸多优势在系统识别领域受到了广泛关注.该文梳理了Bayes系统识别的历史脉络和研究进展.从Bayes系统识别的理论框架出发,分析了量化系统识别不确定性两类方法的适用条件与局限性.此外,文章综述了Bayes方法在模态参数识别、有限元模型修正以及结构损伤识别方面进行不确定性分析的理论、实现及其应用.最后对基于Bayes方法进行系统识别研究的发展趋势做出了展望.
用DES分离涡方法数值模拟串列双圆柱绕流问题
赵伟文, 万德成
[摘要](493) [PDF 3862 KB](607)
摘要:
主要开发了SST-DES和SST-DDES两种分离涡方法,并集成到基于开源代码平台OpenFOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU中.选用高Reynolds(雷诺)数下串列双圆柱绕流问题作为标准算例来验证所开发的分离涡方法.该标准算例此前在美国国家航空航天局兰利研究中心的两个不同风洞做过物理试验.该研究将数值模拟得到的时均流场信息和一些其他物理量同物理试验结果比较,同时讨论分析了三维瞬态流场结构.结果表明该文开发的SST-DES和SST-DDES分离涡方法能够解决高Reynolds数下有大量流动分离的复杂流动问题.
海洋动力学中二维黏性原始方程组解对热源的收敛性
李远飞
[摘要](312) [HTML全文](16) [PDF 405 KB](284)
摘要:
考虑了在一个柱形区域上的海洋动力学中二维黏性方程组解的收敛性.在此模型中存在一个关键的参数就是热源,众多周知,它的存在可能会使流体内层之间出现共振从而导致不稳定.因此,通过推导方程组的先验界,得到了方程组的解对热源自身的收敛性.
单箱双室简支箱梁剪切变形及剪力滞双重效应分析
张慧, 张玉元, 张元海, 李巍
[摘要](610) [PDF 589 KB](822)
摘要:
基于各个翼板选取不同的最大剪切转角差为剪力滞广义位移,应用能量变分原理分别推导出了考虑和不考虑剪切变形时单箱双室截面控制微分方程组,结合边界条件给出了箱梁纵向应力和竖向挠度的初参数解,从力学、数学角度上证实了剪切变形和剪力滞效应是两个相对独立的力学行为,进一步阐述了二者对箱梁的影响,即剪切变形对箱梁截面纵向应力无影响,但是对竖向挠度有很大的影响.数值算例表明,利用该文解和数值解分析跨中截面剪力滞系数横向分布规律,二者吻合程度良好,其横向分布规律与单室箱梁类似,唯独不同之处是边腹板处的剪力滞效应比中腹板处的剪力滞效应略微大一些;挠度计算表明,剪切效应使得该箱梁在集中和均布荷载作用下跨中挠度分别增大4.6%和2.7%.
基于扩展有限元的页岩水平井多裂缝模拟研究
陈军斌, 魏波, 谢青, 王汉青, 李涛涛, 王浩
[摘要](738) [PDF 1871 KB](678)
摘要:
页岩储层水平井分段多簇压裂簇间距优选是压裂技术的关键,建立了水力压裂流固耦合数学模型,基于扩展有限单元法模拟多条裂缝的扩展过程,研究多条裂缝同时扩展的转向规律,以及应力干扰、水平主应力差、裂缝间距等因素与裂缝转向角度的关系.结果表明:应力干扰作用对裂缝宽度具有限制作用,单条裂缝张开宽度比两条裂缝的大;裂缝转角随应力差的减小而增大,随压裂时间的增加而增大.簇间距越小,应力干扰越强,转角越大,综合主缝均匀扩展、支撑剂填充以及复杂裂缝网络形成等条件,确定最优簇间距为30~40 m.多条裂缝同时扩展时,中间裂缝会受到两边裂缝的限制作用,簇间距越小,限制作用越强,裂缝发育时间越长,扩展速度越慢.
全附体ONRT船模在波浪中自航的数值模拟
王建华, 万德成
[摘要](660) [PDF 3993 KB](540)
摘要:
采用基于重叠网格技术的CFD方法数值研究了全附体ONRT船模在迎浪工况中自航的水动力特性.文中数值计算采用自主开发的面向船舶与海洋工程的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU.自航计算中船体运动及螺旋桨转动等通过重叠网格技术完成,波浪环境则采用求解器中的三维数值造波和消波模块实现.计算中自航船模的螺旋桨转速通过静水自航数值计算得出,波浪工况计算采用东京2015 CFD会议中标准算例进行设置.数值计算结果,如船体运动、实时航速变化等,与试验数据进行了对比分析.此外,给出了数值预报的推力和扭矩系数,并且通过详细的流场信息来分析和解释了船模在波浪中自航过程中的水动力变化情况.数值预报结果同试验值吻合较好,说明采用当前结合重叠网格技术和CFD的数值方法可以很好地预报波浪中自航问题.
概率密度演化理论的若干研究进展
李杰, 陈建兵
[摘要](605) [PDF 683 KB](2024)
摘要:
介绍了随机动力系统中概率密度演化理论的基本方程与求解方法〖CX4〗.〖CX〗在此基础上,论述了广义概率密度演化方程求解的若干新进展,包括群演化方程及其求解、概率空间剖分的理性准则、点集加密技术与信息拓展方法等.
一种双寡头垄断Cournot-Puu模型的混沌控制研究
都琳, 张莹, 胡高歌, 雷佑铭
[摘要](497) [PDF 890 KB](503)
摘要:
基于非线性动力学的基本原理,研究了经济系统中的双寡头垄断Cournot-Puu模型及其混沌控制方法.Cournot-Puu模型具有双曲线形需求函数和彼此不同的不变边际成本,离散化的差分系统显示出其复杂的非线性、分岔和混沌行为.在此基础上,结合Cournot-Puu模型的基本特征,应用延迟反馈控制方法以及自适应控制方法对该系统的混沌行为进行了研究.在结合实际经济意义的条件下,对该模型的输出进行调整并实现混沌控制.
正交异性双材料界面裂纹尖端应力场
李俊林, 张少琴, 杨维阳
[摘要](2781) [PDF 460KB](7987)
摘要:
通过构造新的应力函数,利用复合材料断裂复变方法,对正交异性双材料界面裂纹进行了研究.在特征方程组的判别式都大于零的情形下,推出了Ⅰ型界面裂纹尖端的应力场、位移场的理论公式,其结果没有振荡奇异性及裂纹面没有相互嵌入现象.
宁波甬江大桥的大挠度非线性计算问题
钱伟长
[摘要](4707) [PDF 395KB](3763)
摘要:
研究了宁波甬江铁路大桥的大挠度非线性设计计算问题.提出了非线性方程的叠代近似算法,同时指出了如果两岸落差约5m,两岸跨度约100m计算,则桥梁中间的最大斜度将超过5%,这远远超过铁路设计允许的斜度.为此,提出了减小路轨斜度的设计方案,即铁路在两岸都有长度约1km斜度为0.5%的路基,使两岸的落差减小到约为原来落差的1/10.这样路轨在跨越甬江时,其挠度的斜度就会大大缩小,也在0.5%~0.6%之间.