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基于ACBO-GM联合方法的高维变量结构模型修正

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噪声与振动控制 2024年第4期44卷 8-14,21页

作者：夏志远王友唐柏鉴周广东史慧媛苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011 河海大学土木与交通学院南京210098

工程结构模型修正常面临变量维度高、非线性程度强等现实问题,其模型修正的精度和效率受到严重影响,为改善这一不足,提出基于改进物体碰撞算法(Advanced Colliding Bodies Optimization,ACBO)和高斯白噪声扰动(Gaussian-white-noise Mut... 详细信息

工程结构模型修正常面临变量维度高、非线性程度强等现实问题,其模型修正的精度和效率受到严重影响,为改善这一不足,提出基于改进物体碰撞算法(Advanced Colliding Bodies Optimization,ACBO)和高斯白噪声扰动(Gaussian-white-noise Mutation,GM)的联合修正方法。在联合方法中,ACBO实现从传统的“一对一”到“优对多”的碰撞模式的转变,GM则用于保证碰撞过程中种群的多样性,可有效提升结构模型修正效率。基于一系列测试函数,对比分析标准物体碰撞算法(Colliding Bodies Optimization,CBO)和联合优化方法的优化性能;给出基于ACBO-GM联合方法的修正流程,并将其应用于钢框架修正算例和悬臂梁修正实例,对比研究基于联合修正方法与基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的修正精度和效率。研究表明,ACBO-GM联合优化方法在精度和效率方面都明显优于传统的CBO方法,该优化方法的可行性得到验证;基于ACBO-GM联合方法在钢框架和悬臂梁两个工程结构修正案例中的应用,其修正精度均与基于GA方法的精度一致,但修正效率显著优于基于GA的修正方法。

关键词：振动与波改进物体碰撞算法高斯白噪声扰动模型修正联合优化方法遗传算法

基于BP神经网络的木芯复合材料结构疲劳寿命预测

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南京工业大学学报（自然科学版） 2024年第4期46卷 436-444页

作者：徐子恒史慧媛方海祝典夏志远唐柏鉴苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011 南京工业大学土木工程学院江苏南京211800

以不同试验条件下木芯复合材料结构的三点弯曲疲劳试验和四点弯曲疲劳试验的疲劳试验数据为样本,构建载荷等级疲劳寿命(S N)曲线模型和BP神经网络模型,并对试件疲劳寿命进行预测,同时利用BP神经网络对木芯复合材料结构疲劳寿命影响因素... 详细信息

以不同试验条件下木芯复合材料结构的三点弯曲疲劳试验和四点弯曲疲劳试验的疲劳试验数据为样本,构建载荷等级疲劳寿命(S N)曲线模型和BP神经网络模型,并对试件疲劳寿命进行预测,同时利用BP神经网络对木芯复合材料结构疲劳寿命影响因素进行权重分析。结果表明:指数函数模型、幂函数模型、BP神经网络模型均可有效实现对木芯复合材料结构的疲劳寿命预测,其中BP神经网络模型的预测精度最高;载荷等级、均质化格构腹板面积比、跨高比对疲劳寿命的影响权重依次降低,合理设置格构腹板是提高木芯复合材料结构疲劳寿命的有效方法之一。

关键词：木芯复合材料结构疲劳寿命预测 S N曲线 BP神经网络

GFRP-轻木夹芯结构Ⅰ/Ⅱ混合型界面剥离试验研究

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苏州科技大学学报（工程技术版） 2024年第1期37卷 9-14,51页

作者：严少聪史慧媛唐柏鉴夏志远裴涛苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011

为研究工程适用性轻木夹芯复合材料结构的界面粘结性能及剥离破坏机制,对不同跨高比的玻璃纤维增强复合材料-Balsa轻木(GFRP-Balsa)夹芯结构进行了单臂弯曲试验(SLB),得到了此种界面的I/II混合型剥离破坏模式、荷载-位移变化规律及裂纹... 详细信息

为研究工程适用性轻木夹芯复合材料结构的界面粘结性能及剥离破坏机制,对不同跨高比的玻璃纤维增强复合材料-Balsa轻木(GFRP-Balsa)夹芯结构进行了单臂弯曲试验(SLB),得到了此种界面的I/II混合型剥离破坏模式、荷载-位移变化规律及裂纹扩展长度曲线,计算了界面裂纹应变能释放率,验证了界面裂纹线性扩展准则的适用性。结果表明:裂纹发展过程中会破坏玻璃纤维面层,界面剥离后芯材表面出现玻璃纤维的分层和断裂;试件跨高比越小,界面剥离裂纹萌生所需时间越长,裂纹扩展速率越小,且剥离极限荷载也越大;发生界面剥离后,随着裂纹的持续扩展,剥离荷载呈下降趋势;剥离界面应变能释放率随裂纹扩展呈上升趋势,且随跨高比的减小而显著增加。

关键词：复合材料夹芯结构界面剥离应变能释放率裂纹扩展准则

GFRP-轻木断芯梁界面剥离静力及疲劳试验

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苏州科技大学学报（工程技术版） 2024年第1期37卷 28-34页

作者：裴涛史慧媛唐柏鉴夏志远严少聪苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011

以工程适用的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)-轻木夹芯结构为研究对象,设计了含界面和芯材裂纹的“断芯梁”试件;通过三点弯静力及疲劳试验研究了GFRP-轻木夹芯结构界面剥离破坏的规律,获得了不同跨高比、应力比及荷载等级下试件的a-N曲线... 详细信息

以工程适用的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)-轻木夹芯结构为研究对象,设计了含界面和芯材裂纹的“断芯梁”试件;通过三点弯静力及疲劳试验研究了GFRP-轻木夹芯结构界面剥离破坏的规律,获得了不同跨高比、应力比及荷载等级下试件的a-N曲线,分析了不同参数对界面疲劳剥离破坏的影响;基于帕里斯理论建立了疲劳裂纹扩展速率模型。结果表明:所设计的断芯梁试件能够获得稳定的界面裂纹扩展;疲劳试验中,界面剥离破坏出现明显的“三阶段”特征,疲劳裂纹剥离速率分别随应力比减小、荷载等级增大呈现增加趋势;以应变能释放率变程为控制参量的疲劳裂纹扩展速率模型可较好地描述界面剥离过程。

关键词：复合材料夹芯结构界面剥离疲劳 a-N曲线

超高分子量聚乙烯纤维束低速拉伸下的应变率效应及其统计损伤本构关系

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高分子材料科学与工程 2023年第4期39卷 93-100页

作者：辛振沈超明唐柏鉴刘畅江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212000 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009

基于轴向拉伸实验研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维束低速下(包含准静态)应变率效应对其力学性能及破坏模式的影响,阐述了其弹-黏塑性特性和分子链断裂在纤维束变形过程中的贡献。在10^(-5)~3.3×10^(-2)s^(-1)应变率范围内,对UHMWPE... 详细信息

基于轴向拉伸实验研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维束低速下(包含准静态)应变率效应对其力学性能及破坏模式的影响,阐述了其弹-黏塑性特性和分子链断裂在纤维束变形过程中的贡献。在10^(-5)~3.3×10^(-2)s^(-1)应变率范围内,对UHMWPE纤维束进行5种不同应变率工况的拉伸实验,得到了各工况下的力学性能参数及应力-应变曲线。结果表明,UHMWPE纤维束的拉伸强度和失效应变与应变率之间分别存在指数增长和指数衰减关系,随着应变率的提升,二者的应变率效应逐渐削弱。室温下,UHMWPE纤维束具有较为复杂的力学行为,呈现2种不同的损伤特性,分别为黏弹性主导的宏观整体性脆性断裂和黏塑性主导极具韧性且包含蠕变的塑性变形。基于实验结果并结合现有文献结论,推断UHMPWE纤维束发生脆-韧转变的临界应变率在10-5量级。最后,根据实验数据拟合了计及应变率且包含修正项的纤维束低速统计损伤本构方程,通过与实测值对比,验证了该方程的准确性。

关键词：超高分子量聚乙烯纤维束应变率效应弹-黏塑性临界应变率统计损伤本构方程

点火位置和障碍物对泄爆空间丙烷-空气爆炸荷载的影响

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消防科学与技术 2023年第8期42卷 1038-1045页

作者：徐睿智唐柏鉴陈力苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215000 东南大学土木工程学院江苏南京210000

为研究点火位置和障碍物对泄爆空间丙烷-空气爆炸的影响,基于CFD软件FLACS建立了丙烷泄爆空间数值模型,通过丙烷泄爆试验结果对模型进行了验证,数值模型的计算结果基本可靠。利用已验证的数值模型进一步研究点火位置和障碍物对泄爆空间... 详细信息

为研究点火位置和障碍物对泄爆空间丙烷-空气爆炸的影响,基于CFD软件FLACS建立了丙烷泄爆空间数值模型,通过丙烷泄爆试验结果对模型进行了验证,数值模型的计算结果基本可靠。利用已验证的数值模型进一步研究点火位置和障碍物对泄爆空间丙烷-空气混合气体爆炸荷载特性的影响。结果表明:随着点火位置到泄爆口的距离增大,Δp1、Δp2和pmax的峰值随之增大;障碍物的存在导致爆炸产生的湍流加剧,湍流燃烧增大了燃烧速度和燃烧面积,导致Δp1峰值和升压速度增大,并在此过程中产生一个新的超压波峰pobstacle。此外,Δp1和pobstacle峰值的时间间隔随着泄爆阈值的增大而减小,两个超压波峰易合并成一个更大的超压波峰。

关键词：丙烷爆炸泄爆点火位置超压荷载

基于不同MCMC抽样子集模拟的模型修正方法对比研究

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力学季刊 2023年第3期44卷 662-672页

作者：夏志远陈鹏唐柏鉴史慧媛苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011

子集模拟方法作为结构可靠度分析方法,也可应用于工程优化问题,诸如优化设计、模型修正等.为研究基于不同蒙特卡洛马尔可夫链(MonteCarloMarkovChain,MCMC)抽样的子集模拟优化方法(Subset Simulation Optimization,SSO),以有限元模型修... 详细信息

子集模拟方法作为结构可靠度分析方法,也可应用于工程优化问题,诸如优化设计、模型修正等.为研究基于不同蒙特卡洛马尔可夫链(MonteCarloMarkovChain,MCMC)抽样的子集模拟优化方法(Subset Simulation Optimization,SSO),以有限元模型修正作为优化背景问题,开展其精度和效率的对比研究.介绍标准SSO和子集模拟(Subset Simulation,SS)常见的MCMC抽样方法,并基于上述不同MCMC抽样的SSO开展某局部损伤悬臂梁(10维变量)的有限元模型修正,修正结果与基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的模型修正方法进行对比;而后将上述不同MCMC抽样的SSO修正方法应用于某四层钢框架有限元模型修正中(11维变量).结果表明,采用随机游走的延迟拒绝修正M-H方法(MMH algorithm with Delayed Rejection,MMHDR)和自适应条件抽样方法(Adaptive Conditional Sampling,ACS)的SSO有限元模型修正具有较好的精度和效率,在工程结构有限元模型修正中更具优势.

关键词：有限元模型修正子集模拟优化 MCMC抽样延迟拒绝修正M-H方法自适应条件抽样

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巨型钢框架复合支撑体系拉索直径确定方法

土木建筑与环境工程 2012年第6期34卷 39-45页

作者：唐柏鉴顾盛刘和平江苏科技大学土木工程系江苏镇江212003 重庆华发建筑工程有限公司重庆401120

拉索直径的确定是巨型钢框架预应力复合支撑体系的关键问题之一。通过分析水平荷载下预应力复合支撑的力学机理,找出了拉索直径的决定因素,基于此提出其取值准则,并通过理论推导最终建立拉索直径的确定方法,进一步通过基于工程实际的数... 详细信息

拉索直径的确定是巨型钢框架预应力复合支撑体系的关键问题之一。通过分析水平荷载下预应力复合支撑的力学机理,找出了拉索直径的决定因素,基于此提出其取值准则,并通过理论推导最终建立拉索直径的确定方法,进一步通过基于工程实际的数值算例进行了验证。反对称荷载下的不平衡,只能采用反对称手段调平,巨型钢框架预应力复合支撑体系拉索直径由水平荷载决定,以复合支撑内力平衡为取值准则。建立的影响系数迭代调平方法确定拉索直径能够考虑上下层之间的相互影响,具有良好的精度和可操作性。

关键词：预应力钢结构巨型结构复合支撑拉索直径影响系数迭代调平法

多层预应力巨型支撑-钢框架结构拉索初拉力预估研究

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工业建筑 2011年第1期41卷 120-123页

作者：顾盛唐柏鉴江苏科技大学土木工程系江苏镇江212003

基于纯钢框架结构及钢框架-支撑结构的受力特点,提出新的结构形式———预应力巨型支撑-钢框架结构体系。从理论上分析预应力巨型支撑工作机理,基于此,提出拉索初始预拉力准则,通过数值模型研究巨型支撑变形的预估方法,进而建立初始预... 详细信息

基于纯钢框架结构及钢框架-支撑结构的受力特点,提出新的结构形式———预应力巨型支撑-钢框架结构体系。从理论上分析预应力巨型支撑工作机理,基于此,提出拉索初始预拉力准则,通过数值模型研究巨型支撑变形的预估方法,进而建立初始预拉力的确定理论。认为预应力巨型支撑初始预拉力以"在外部作用下,受压预应力巨型支撑剩余拉力接近零"为准则;多层预应力巨型支撑-钢框架结构的竖向位移,可以通过估算纯钢框架结构在竖向荷载下的竖向位移得到;工程范围内,拉索端点处的水平位移比较固定,钢框架的相对抗侧刚度影响较小。

关键词：预应力钢结构巨型支撑钢框架初拉力准则侧移模式