非线性变形

摘要： 在冻土地层钻探过程中,不合理的作业方案可能引发井壁坍塌、井口沉降等一系列工程问题,而弄清深层冻土力学演化规律是施工设计的基础.为此,用漠河冻土重塑了不同深度冻土的模拟岩样,开展了不同围压、温度条件下的冻土三轴力学试验,分析了不同条件下的冻土应力–应变曲线特征.通过多元回归方法对冻土强度进行了统计分析,进一步构建了冻土强度准则.研究发现:模拟岩样的应力–应变曲线整体呈非线性变形特征,在冻结状态下,温度、围压对土体强度起主要作用;非冻结状态下,其强度由围压和土体深度决定;冻土强度由土体骨架强度和孔隙中冰的胶结强度构成,其骨架强度满足Mohr-Coulomb强度准则,内聚力、内摩擦角随深度增加而增大;孔隙中冰的胶结强度随环境温度降低而增强,随围压增加呈先增强后减弱的趋势.基于此构建了漠河冻土强度准则,验证结果表明,可以较好地表征漠河冻土融化–冻结状态下的强度分布.

摘要： 在大臂长重载作业时,由于伸缩臂的非线性变形被吊物在起升离地或就位时会瞬间发生摆动.考虑了轴向载荷的二阶效应,利用微分方程法和坐标转换法对臂架末端发生的非线性变形位移进行了数值求解.在此基础上考虑了臂架自重变形的影响,对起升加载过程中工作幅度的变化值进行了讨论,并结合逐步渐进法提出了一种基于预先设置变幅液压缸伸缩长度的起升变幅协调策略,选取了一种工况进行了数值计算和有限元仿真.结果表明:预先伸缩变幅液压缸的起升防摆策略可以有效地提高吊装精度,避免了重物偏摆的发生.

摘要： 为了探究渠道基土在冻胀过程中的非线性变形特性对渠道衬砌冻胀的影响,基于冻土三轴试验结果,建立考虑围压和温度的邓肯-张本构模型,参考室内三轴试验测定基床系数方法,应用数值模拟法建立冻胀反力系数随被约束冻胀量变化的计算式,并基于有限差分法离散弹性地基梁平衡微分方程.模型考虑衬砌不同点因被约束冻胀量不同引起冻胀反力系数不同的取值问题,克服以往模型中冻胀反力系数取常量的不足.应用解析解验证模型的合理性,探究冻胀反力系数分别为变量与常量时在梯形渠道衬砌冻胀力学响应计算结果上的差异.结果表明,对于边坡和渠底衬砌板,常量冻胀反力系数计算出的最大冻胀反力是变量的1.43倍,计算出的弯矩最大值平均是变量的1.12倍.因此在采用弹性地基梁理论分析渠道衬砌冻胀问题时,若冻胀反力系数采用常量,不考虑冻土的非线性变形,会使得计算结果偏大.研究结果可为大型梯形渠道衬砌抗冻胀设计提供参考.

摘要： 为了定量分析堆石料分区及其力学特性差异对面板堆石坝变形的影响,采用非线性有限元法,对坝高200 m级的典型面板堆石坝开展竣工期、蓄水期和变形稳定期的变形计算,重点分析5种不同主、次堆石分区方案和4种不同主、次堆石料模量比方案对大坝变形的影响。通过变形分布规律和极值变化规律对比分析表明:不同主、次堆石区分界对坝体变形分布规律的总体影响较小,坝体沉降极值变化不超10%;蓄水期坝体最大流变约占最大坝高的0.14%;减小次堆石料模量,则坝体流变效应逐渐增强。

摘要： 为研究不锈钢梁非线性变形性能,对5根不锈钢焊接工字形截面梁开展三点弯曲加载试验。建立了考虑不锈钢材料非线性、构件几何初始缺陷和截面焊接残余应力的有限元模型,根据试验结果对数值模型的准确性进行验证。基于验证的有限元模型,对中国CECS 410《不锈钢结构技术规程》和Real-Mirambell建议的不锈钢梁挠度计算方法进行分析。在此基础上,根据平截面假定和不锈钢应力–应变关系曲线,提出不锈钢梁截面屈服弯矩M0.2的简化计算公式;考虑截面焊接残余应力对梁初始变形刚度的不利影响,提出针对不同材料牌号梁变形刚度的折减系数建议取值,对CECS 410和Real-Mirambell的挠度计算方法进行修正。分析结果表明,修正公式能够准确合理地计算不锈钢焊接工字形梁的挠度。

摘要： 大长度箱形伸缩臂在吊重较大时表现出很明显的几何非线性,将伸缩臂等效成阶梯梁模型和铰支梁模型,利用微分方程法和坐标转换法对变形后的臂架重新建立平衡方程,推导出臂架端部横纵向位移与载荷的精确数学关系.同时,考虑轴向载荷的二阶效应,针对等效的铰支梁部分在非线性变形过程中对阶梯梁变形的影响展开进一步研究,给出伸缩臂端部变形量在不同载荷和仰角下的精确数值解.此理论分析结果经有限元仿真验证表明,该方法计算精度高,求解速度快.

摘要： 研究具有形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料梁非线性静变形、热屈曲和振动.采用Euler-Bernoulli梁理论、Timoshenko梁理论和Reddy高阶理论进行结构建模;根据Von-Kármán应变场理论描述梁的几何非线性;采用Brinson热力学本构方程计算SMA纤维的受限回复特性;基于Hamilton原理导出梁的非线性偏微分控制方程;采用Galerkin法导出两端简支对称铺层SMA纤维复合材料梁的非线性静变形、热屈曲和振动近似解.通过数值计算揭示SMA纤维含量、激励温度和初始应变对非线性静变形、热屈曲和振动的影响规律.研究表明,当长厚比较大时,剪切变形的影响很小,上述理论均可适用;但长厚比较小时,Euler-Bernoulli和Timoshenko梁理论的结果与Reddy高阶理论的结果相差较大,剪切变形的影响是显著的.

摘要： 为了研究螺栓法兰连接式叠片联轴器在拉伸、弯曲和扭转3种不同载荷形式作用下的非线性变形行为,建立了联轴器局部有限元模型,分析了螺栓预紧力、界面摩擦因数对叠片变形和螺栓法兰连接刚度的影响,讨论了径向、周向滑移量和联轴器非线性变形之间的关系。结果表明,减小预紧力和摩擦因数可以有效降低联轴器的横向和扭转刚度,但对弯曲刚度影响有限;摩擦因数和螺栓预紧力对扭转刚度具有相似的影响机理。研究成果可为叠片式联轴器的设计提供有益的参考。

摘要： 对影响膜式空气弹簧固有频率的结构与材料性能进行分析,依据分析研究得到的改进措施进行初步实验.初步实验与研究表明:采用弹性袖筒与弹性橡胶气囊组成弹性气囊,采用几何方式限制弹性气囊变形,可以大幅度降低膜式空气弹簧固有频率.在此基础上,对这种弹性气囊的非线性变形与阻尼比等性能与压力关系进行分析研究.依据分析研究结果和实验数据,得出计算这种低频空气弹簧固有频率与阻尼比的计算公式.

摘要： 考虑到风载荷对塔机塔身的非线性变形,按照风载荷随塔身高度增大的变化规律,区别于将风载荷简化为一定间距内的均布载荷的传统计算方法,将其等效为从塔身顶部至底部逐渐减小的梯形非均布荷载,给出非均布风载荷下塔机塔身的变形计算公式,使计算结果更加准确,接近实际情况.

摘要： 既有盾构隧道在地表堆载下将会导致纵向不均匀沉降,威胁地铁列车的安全.目前地表堆载下盾构隧道的沉降预测方法没考虑到土体变形非线性的特点.基于所提的非线性地基模型,推导得到在地表堆载影响下盾构隧道纵向非线性变形简化解析解.地表堆载引起的隧道附加荷载通过Boussinesq解估算,通过连续梁模拟隧道的变形,推导得到在地表附加荷载下盾构隧道沉降的微分方程,引入有限差分法与Newton迭代法相互结合数值求解方法.通过三维有限元结果验证了其正确性,可以为在地表堆载下盾构隧道的沉降变形预测提供理论支持.

摘要： 1948年太沙基在其两本土力学名著,《实用土力学》和《理论土力学》中提出了关于基础沉降计算的4个问题:(1)侧限压缩试验指标只能用于土层的水平变形相比于垂直变形可以忽略的土层条件;(2)载荷试验荷载和沉降表示的应力应变关系是一曲线,其关系不能用一个单一的E值表示;(3)应力应变关系决定基础的沉降;(4)基础的沉降远大于载荷试验所能预期的值.本文以典型的地基非线性工程陕西广播电视塔、比萨斜塔和加拿大谷仓的倾斜计算和黄土湿陷计算的实例阐明弦线模量软件计算地基非线性变形的理论与实践。笔者认为，地基应力应变关系中，弦线模量原理和取值都是最简单的。但它与剑桥模型、弹塑性损伤模型、二元介质模型、邓肯一张模型、双曲线切线模量、应力路径法和和构度指标等一系列复杂的模型做过比较。比较结果说明其计算准确性是可靠的。

摘要： 软岩的变形过程是一个高度非线性的混沌力学过程，其变形破坏和力学行为具有很大的随机性和不可预测性;软岩工程力学条件(初始条件、边界条件及其作用过程)对其工程力学特性的影响非常敏感。基于软岩工程非线性变形力学特征、环境影响因素和工程力学条件,分析研究了软岩工程中优化控制机理以及支护设计的关键。工程实践证明，采用支护优化设计及适当支护对策，能有效控制隧道软岩围岩的变形,从而有效确保软岩隧道施工阶段及运营期间的安全。

摘要： 平流层飞艇外部蒙皮作为柔性材质,其整体刚度小,流场与内部气体温度变化会导致浮空器蒙皮结构发生非线性变形.本文将膜结构数学模型与飞艇的热力学模型和外部流场进行耦合建模,借助Ansys Workbench对平流层飞艇定点滞空过程中夜间和正午时刻进行了稳态传热-流动-结构变形耦合分析,揭示了风速、昼夜温度变化对飞艇气囊蒙皮应力与应变的影响.

摘要： 为了描述断层围岩在滑移错动过程表现出来的非线性特征,基于双面剪切摩擦实验获得了不同加载阶段断层围岩位移演化和应力突降规律,建立了以流变模型组合元件为基础的力学模型.研究发现,一次失稳滑动过程由变形积累和突然错动两阶段构成,变形积累阶段又可分为减速滑动、稳定滑动和加速滑动三个子过程,其与岩石材料的蠕变具有相似性,可将断层岩石的滑移视作断层围岩系统的非线性变形;引入非线性硬化函数并在加速滑动阶段考虑非线性损伤的改进开尔文模型能够模拟断层围岩系统变形积累阶段子过程的运动特性,在引入摩擦元件时能够使模型在达到摩擦强度时产生应力降,从而实现断层岩石滑动全程位移及应力特征的描述,可为断层失稳滑动机制和变形特性的研究提供一定的理论依据.

摘要： 地铁线车辆基地运用库作为城市轨道交通系统的重要组成部分,一旦发生火灾将造成巨大的经济损失.本文通过对某地铁线车辆基地运用库大跨度的钢筋混凝土梁火灾过程的分析,研究了不同工况下钢筋混凝土梁的耐火性能,获得了梁截面温度场的分布规律和钢筋混凝土梁非线性变形的规律和钢筋应力的变化规律等,并得到了其耐火极限时间,研究所得结论可为同类钢筋混凝土梁的耐火性能评估和加固措施提供借鉴.

摘要： 两端固支的平板在一定载荷作用下会产生非线性变形,这种非线性是由于板的弯曲与面内薄膜位移的耦合引起的,讨论了用降阶法求解这种非线性响应过程中体现面内薄膜位移的五种模态向量选择方法,并阐述了各自的优劣.

摘要： 桩基沉降问题是桩基工程中重要的研究内容。基于修正的弹性理论假设，考虑桩侧桩土接触面滑移与桩端土体的非线性变形特征，采用虚功原理计算桩单元的位移，运用Mindlin法计算土体的沉降，通过选择合理桩土界面变形模型，建立桩土位移广义协调方程。分别针对单一土体和成层土体中单桩沉降进行方程迭代求解，计算结果与实测结果都吻合较好。

摘要： 采用自主开发的三维SPH程序对冲击载荷作用下装甲陶瓷的损伤演化进行了数值研究。为了描述装甲陶瓷材料非线性变形及损伤特性，在程序中嵌入JH2本构模型及损伤模型。计算结果与实验结果对比表明，采用光滑粒子法对装甲陶瓷材料进行大变形、高应变率的损伤变形计算是有效的，数值仿真再现了装甲陶瓷材料的损伤破坏发展过程。仿真结果町以为装甲陶瓷抗侵彻机理研究提供参考。

摘要： 涡轮叶片作为航空发动机核心部件,长期处在高温环境,接受复杂应力应变考验,成为工况最为恶劣的航空零部件,随着航空发动机推重比的不断提高,复合冷却的单晶空心涡轮叶片的设计与制备已成为制约航空发动机发展的核心技术.根据国家航空发动机高性能涡轮叶片的重大需求,本论文重点介绍了航空发动机单晶空心涡轮叶片的铸造工艺,简要分析了该工艺的过程,并对未来单晶叶片的发展趋势作了简要概述.

摘要： 本发明涉及的电压非线性电阻器，其特征在于，由烧结体制成，该烧结体主要由氧化锌粒子、以锌和锑为主成分的尖晶石粒子、和氧化铋相构成，在氧化铋相中选自钾和钠中的至少1种的碱金属以0.036原子％以上0.176原子％以下的范围存在。该电压非线性电阻器同时具有优异的电压非直线性和带电寿命特性，因此适合用于避雷器。

摘要： 本发明公开了一种基于常参数的大变形板非线性振动信号相空间重构方法，包括以下步骤：（1）通过传感器采集大变形板一维振动信号；（2）对采集的振动信号进行前处理，包括降噪、归一化等措施，得到规范化的大变形板非线性振动信号；（3）选取相空间重构允许的最小嵌入维和最短时间延迟，作为大变形板一维振动信号的相空间重构参数；（4）采用所设常参数对大变形板一维振动信号进行相空间重构，得到重构相空间；（5）选取旋转角对其进行旋转变换，得到重构相空间S。本发明采用常参数对大变形板非线性振动信号进行相空间重构，无需确定最优嵌入维数、最优时间延迟，提高了重构效率和准确性。

摘要： 本发明提供一种用于可变形机翼的增强波纹板的非线性振动求解方法及系统，其中的方法包括基于哈尔平‑蔡模型和混合律，获取待处理增强波纹板的等效的材料参数；将待处理增强波纹板等效为基于均质化的正交各向异性板，并基于等效力法、等效能量法和冯卡门非线性项获取等效增强波纹板的本构方程；基于本构方程和哈密顿原理变分建立等效增强波纹板的非线性运动方程；将非线性运动方程转化为耦合常微分方程组；采用谐波平衡法对耦合常微分方程组进行求解，取待处理增强波纹板的非线性幅频响应曲线。利用上述发明能够有效解决增强波纹板发生非线性大幅振动时求解困难的问题，具有建模简单、计算精度高、普适性强、较好的收敛性和稳定性等特点。

摘要： 基于压硬性非线性变化和剪缩突变特性材料的振动累积变形的仿真方法，涉及计量固体的变形领域。为了对压硬性非线性变化和剪缩突变特性材料的振动累积变形进行仿真，立足于循环本构模型理论及数值实现方法，执行相关循环本构模型参数的获得步骤，执行相关材料的振动累积变形的应力驱动的仿真步骤。本发明能够全面反映材料的刚度和强度随周围压力和相对密实度非线性变化的行为；能够反映材料的剪缩趋势随剪应力的增长而发生突变的特性；仿真步骤具有一阶精确性和无条件线性化稳定性；能够准确预测材料的长期累积轴向变形、剪切变形和体积变形。

摘要： 本发明涉及的电压非线性电阻器，其特征在于，由烧结体制成，该烧结体主要由氧化锌粒子、以锌和锑为主成分的尖晶石粒子和氧化铋相构成，在氧化铋相中选自钾和钠中的至少1种的碱金属以0.036原子％以上0.176原子％以下的范围存在。该电压非线性电阻器同时具有优异的电压非直线性和带电寿命特性，因此适合用于避雷器。

摘要： 本发明提供一种用于可变形机翼的增强波纹板的非线性振动求解方法及系统，其中的方法包括基于哈尔平‑蔡模型和混合律，获取待处理增强波纹板的等效的材料参数；将待处理增强波纹板等效为基于均质化的正交各向异性板，并基于等效力法、等效能量法和冯卡门非线性项获取等效增强波纹板的本构方程；基于本构方程和哈密顿原理变分建立等效增强波纹板的非线性运动方程；将非线性运动方程转化为耦合常微分方程组；采用谐波平衡法对耦合常微分方程组进行求解，取待处理增强波纹板的非线性幅频响应曲线。利用上述发明能够有效解决增强波纹板发生非线性大幅振动时求解困难的问题，具有建模简单、计算精度高、普适性强、较好的收敛性和稳定性等特点。

摘要： 本发明公开一种双曲正切变形函数变换的非线性水下图像增益算法。因水体透明度和光线等原因，水下光学图像存在明显噪声污染、对比度、亮度、饱和度低、颜色失真等问题，通过本发明算法变换可以得到明显改善。首先读取水下光栅图像文件为矩阵数据，分别提取RGB三个通道的3层矩阵数据，构造一个带有伸缩系数k的基于双曲正切变形函数，适宜的伸缩系数k可控制增益程度和重点增益色阶范围，使用该函数对分别对RGB三个通道的3层矩阵数据进行增益变换，再将三颜色通道合并，转换成新的图像。通过本发明算法对水下光学图像进行处理，提高水下图像对比度、亮度，合理再分配重要色阶，在图像细节信息得以保留甚至增强的同时，暗部区域及色阶得以改善。

摘要： 一种基于多GPU的薄板结构非线性大变形问题仿真计算方法，通过主机CPU识别和保存有限元计算模型数据中的节点和单元之间的归属关系，根据计算平台上的GPU数量对有限元计算模型进行分区，分区模型数量等于GPU数量，选取一个GPU作为主计算节点，采用分区模型数据与GPU一一对应的方式将有限元计算模型数据读入各全局存储器，设定每个GPU执行的线程块数量和每个线程块包含的线程数量，单元和节点分别与线程一一映射，GPU根据线程块数量和每个线程块包含的线程数量以多线程的方式计算单元的最小时间步长、各个节点的节点加速度和节点作用力等信息并读入主机内存中，再由主机CPU进行组装计算，具有计算成本低通用性强的优点。

摘要： 一种基于节点积分的物体非线性大变形问题仿真方法，包括根据有限元分析模型类型将问题域离散成三角形四面体网格单元，在每个单元内采用线性插值拟合场变量，基于单元网格进行二维或三维光滑域构件以得到光滑域集合，然后进行光滑域的近似重构以及求解场变量梯度，进而求解辅助积分点的形函数偏导，进行显示求解计算，根据中心差分法计算和更新当前系统的位移和速度，基于光滑域内的光滑内力公式计算各子光滑域内的内力项并组装，对整个系统施加外力载荷和边界条件，采用接触算法计算系统接触力，基于平衡方程求解系统目前所受加速度，循环求解直至完成指定时间的计算，本发明的仿真方法具有计算精度高，稳定性收敛性好且简便计算成本低的优点。

摘要： 一种考虑剪切效应的悬链线拱非线性变形解析方法，该方法推演直角坐标系下非圆弧拱面内非线性压缩应变‑位移关系式；推演非圆弧拱面内非线性弯曲应变‑位移表达式；推演非圆弧拱面内非线性剪切应变‑位移表达式。使用虚功原理得到考虑剪切变形的悬链线拱面内非线性平衡微分方程；得到拱结构转角和竖向位移解析基于压缩应变沿拱轴的曲线积分与拱轴缩短量相等的原则得到面内非线性平衡方程，进而得到了考虑剪切效应的悬链线拱非线性变形解析。本发明方法可快速确定考虑剪切效应的悬链线拱非线性变形解析，大幅降低了桥梁设计人员工作量；填补了数值方法仅能得到某个拱桥数值解而无法探索全部规律的缺点。