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NONLINEAR FLEXURAL WAVES IN LARGE-DEFLECTION BEAMS

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Acta Mechanica Solida Sinica 2009年第4期22卷 287-294页

作者： Shanyuan Zhang Zhifang Liu guoyun lu Institute of Applied Mechanics Taiyuan University of Technology Taiyuan 030024 China

The equation of motion for a large-deflection beam in the Lagrangian description are derived using the coupling of flexural deformation and midplane stretching as a key source of nonlinearity and taking into account the transverse, axial and rotary inertia effects. Assuming a traveling wave solution, the nonlinear partial differential equations are then transformed into ordinary differential equations. Qualitative analysis indicates that the system can have either a homoclinic orbit or a heteroclinic orbit, depending on whether the rotary inertia effect is taken into account. Furthermore, exact periodic solutions of the nonlinear wave equations are obtained by means of the Jacobi elliptic function expansion. When the modulus of the Jacobi elliptic function m→1 in the degenerate case, either a solitary wave solution or a shock wave solution can be obtained.

关键词： large-deflection beam nonlinear flexural wave Jacobi elliptic function expansion

DENTING AND FAIluRE OF LIQUID-FILLED TUBES UNDER LATERAL IMPACT

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Acta Mechanica Solida Sinica 2012年第6期25卷 609-615页

作者： guoyun lu Jianping Lei Zhijun Han Zhifang Liu Shanyuan Zhang Institute of Applied Mechanics Taiyuan University of Technology

In this paper, numerical simulation of impact cases of liquid-filled tube impacted by missiles is conducted with a commercial finite element code LS-DYNA, and the results obtained are compared with the experimental data to verify the validity of the numerical simulation model adopted. With the verified numerical method, the processes of dynamic response of a blunt indenter impacting an empty or liquid-filled three-span continuous tubular beam are studied when the parameter such ms the indenter＇s mass, liquid＇s density or impact velocity is varied and the other conditions are kept the same. The simulation results indicate that the criticM perforation energy and the deformation of the wall of the pipe are significantly influenced by the presence of the liquid and the pressure. The liquid filling the tube provides a ＇foundation＇ pressure to resist and localize the deformation, which may affect the perforation process and lead to a reduction of the ballistic limit. The simulation results also indicate that the increase of the fluid density filled in the tube will decrease the ballistic limit, but the fluid density must be in some scope. The relationship between the ballistic limit velocity of the tube and the mass of the impact missile is nonlinear in the Cartesian coordinate while it becomes linear through logarithmic transformation.

关键词： impact perforation fluid-structure interaction tube

超材料混凝土单胞骨料的无阻尼自由振动特性研究

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振动与冲击 2021年第8期40卷 173-178,215页

作者：韩洁路国运太原理工大学土木工程学院太原030024

超材料概念的提出引起了功能混凝土的研究热潮,基于one-dimensional spring-mass system模型,以超材料混凝土单胞骨料为研究对象,在线弹性变形下,建立了单胞骨料的三维振动模型,模型中软涂层和砂浆均用弹簧等效代替,其等效长度和等效刚... 详细信息

超材料概念的提出引起了功能混凝土的研究热潮,基于one-dimensional spring-mass system模型,以超材料混凝土单胞骨料为研究对象,在线弹性变形下,建立了单胞骨料的三维振动模型,模型中软涂层和砂浆均用弹簧等效代替,其等效长度和等效刚度被计算。对单胞骨料系统进行受力分析,由达朗贝尔原理导出了无阻尼自由振动的控制方程。设振动的复数解,代入方程,得到系统的固有频率。使用初始条件,获得振动解。用MATLAB软件编程进行算例分析,讨论初始条件、骨料内部尺寸及软涂层和砂浆的弹性模量等参数对固有频率和振动特性的影响。算例分析表明:固有频率随软涂层、砂浆弹性模量和振幅的增大而增大;软涂层弹性模量和振幅相同时,固有频率随软涂层厚度的增加而减小;初相位随软涂层、砂浆弹性模量增大而增大;骨料不同内部尺寸对振动有明显影响。这对超材料混凝土抵抗高频荷载和冲击荷载的研究有工程指导价值。

关键词：单胞骨料无阻尼自由振动固有频率弹性模量

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周期特性下网架结构振动特性分析

重庆大学学报 2023年第4期46卷 78-88页

作者：苟海朝路国运太原理工大学土木工程学院太原030024

针对工程结构减隔振需求,基于网架结构的周期特性对其进行减隔振性能分析。通过改变节点质量、杆件截面参数,分析其对网架结构减振性能的影响;再对实际工程网架-悬挂吊车结构进行分析,运用频响函数综合法建立整个系统的振动传递模型,在... 详细信息

针对工程结构减隔振需求,基于网架结构的周期特性对其进行减隔振性能分析。通过改变节点质量、杆件截面参数,分析其对网架结构减振性能的影响;再对实际工程网架-悬挂吊车结构进行分析,运用频响函数综合法建立整个系统的振动传递模型,在隔振系统中评价该结构的隔振性能。结果表明,网架结构具有一定抑制振动效果,可通过调节杆件截面刚度来影响结构的带隙特征以实现预期减隔振效果;增加网架节点质量,可以很好地改变结构振动特性,尤其是对高频阶段有较好的抑制作用,但减振效果与截面刚度呈负相关;网架-悬挂吊车结构双层隔振系统具有良好隔振效果。合理运用网架结构的周期特性,对结构进行优化布置,可以有针对性地增强网架结构的减振性能。

关键词：周期结构网架结构频响函数综合有限元分析振动传递

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砌浆层状复合材料珍珠层的应变率效应

复合材料学报 2017年第12期34卷 2756-2761页

作者：杨会伟路国运太原理工大学结构冲击与材料强度重点实验室太原030024 太原理工大学建筑与土木工程学院太原030024

为了分析具有砌浆结构的层状复合材料的应变率效应,以珍珠层为研究对象,采用纳米压入法测试珍珠层力学性能,利用连续刚度测量法得到不同加载速率下材料的硬度值和弹性模量。利用扫描电子显微镜观察珍珠层不同方向的砌浆微结构形貌,并结... 详细信息

为了分析具有砌浆结构的层状复合材料的应变率效应,以珍珠层为研究对象,采用纳米压入法测试珍珠层力学性能,利用连续刚度测量法得到不同加载速率下材料的硬度值和弹性模量。利用扫描电子显微镜观察珍珠层不同方向的砌浆微结构形貌,并结合微观结构对比分析不同压入深度和不同应变率两种工况下,珍珠层表层与横断面方向的力学性能。结果表明:在相同加载条件下,珍珠层表层方向的弹性模量小于其横断面方向的弹性模量,而表层方向硬度值则大于横断面方向的硬度值;当应变率恒定时,珍珠层弹性模量与硬度随压入深度增加而增加,当压入深度达到750nm后,弹性模量不再随压入深度变化而变化;当压入深度恒定时,硬度值、弹性模量和弹性回复率均随着应变率的增加而变大。

关键词：珍珠层砌浆结构层状复合材料应变率纳米压入

侧向冲击载荷下钢管混凝土结构的动力响应及参数分析

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爆炸与冲击 2023年第11期43卷 26-37页

作者：姜珊路国运杨会伟太原理工大学土木工程学院山西太原030024

采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法,对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型,给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解,得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧... 详细信息

采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法,对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型,给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解,得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧向变形的无量纲参数。利用ABAQUS/Explicit软件建立了钢管混凝土结构在侧向冲击作用下的动态响应数值模型并进行了计算分析,将理论预测值和数值模拟结果与试验结果进行了交叉对比。结合量纲分析和数值模型对影响构件最终变形的几何、物理参数及初始冲量进行了分析。结果表明:理论预测值和数值模拟结果与试验结果吻合较好,结构的塑性变形与理论假定的塑性铰分布一致。构件几何参数中,长径比和径厚比对其侧向最终变形有较大影响;冲击头相对宽度可改变构件的变形模态;相比于几何参数,钢管和混凝土芯层的物理参数对构件跨中挠度的影响较小;结构的侧向变形与初始冲量成二次幂相关。最后给出了理论分析参数的适用范围。刚塑性响应模态解可较好地预测钢管混凝土结构在侧向冲击载荷作用下的塑性变形行为。

关键词：钢管混凝土侧向冲击模态分析法有限元分析

超材料混凝土单胞骨料的有阻尼自由振动特性研究

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振动与冲击 2022年第4期41卷 239-245,269页

作者：韩洁路国运赵一涛太原理工大学土木工程学院太原030024 太原市政工程勘测设计院有限公司太原030002

超材料概念的提出激发了功能混凝土的研究热潮,超材料混凝土的振动研究也成为热点之一。基于one-dimensional spring-mass system模型,建立了单胞骨料有阻尼自由振动的三维振动模型,模型中软涂层和砂浆均用弹簧等效代替,并计算了等效长... 详细信息

超材料概念的提出激发了功能混凝土的研究热潮,超材料混凝土的振动研究也成为热点之一。基于one-dimensional spring-mass system模型,建立了单胞骨料有阻尼自由振动的三维振动模型,模型中软涂层和砂浆均用弹簧等效代替,并计算了等效长度、等效刚度和等效阻尼。以单胞骨料为研究对象,用达朗贝尔原理导出有阻尼自由振动的非线性控制方程,获得系统的固有频率和振动解。用MATLAB软件编程进行算例分析,讨论初始条件、骨料内部尺寸及软涂层弹性模量等参数对固有频率和振动特性的影响。算例分析表明:非线性振动与线性振动中的无阻尼固有频率和有阻尼固有频率间的关系并不一致;阻尼对非线性振动固有频率的影响比线性振动的大;初速度对初相位的影响(非线性)比初始位移的大("类线性"),初始条件既影响振幅,又影响固有频率,也会影响超材料混凝土抗冲击能力。减幅系数η随初始速度、软涂层弹性模量的增大而减小,随软涂层厚度的增大而增大,这可通过减小初始速度、增大软涂层弹性模量、增加重核的大小等方式降低减幅系数对超材料混凝土结构的影响。这对超材料混凝土抵抗高频荷载和冲击荷载的研究有工程指导价值。

关键词：单胞骨料有阻尼自由振动固有频率

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强震作用下RC延性框架的简化计算

应用力学学报 2010年第1期27卷 159-165页

作者：樊长林张善元路国运太原理工大学太原030024 太原城市职业技术学院太原030027

提出了一种RC延性框架抗震设计方法,选取合理的倒塌机构并用虚功原理将其转化为等效的单自由度系统,针对选取的倒塌机构、设防烈度及场地条件计算刚塑性反应谱并据此计算结构的动力需求。以五层和九层RC框架为算例并与弹塑性时程分析比... 详细信息

提出了一种RC延性框架抗震设计方法,选取合理的倒塌机构并用虚功原理将其转化为等效的单自由度系统,针对选取的倒塌机构、设防烈度及场地条件计算刚塑性反应谱并据此计算结构的动力需求。以五层和九层RC框架为算例并与弹塑性时程分析比较,研究表明该方法计算简单,精度可靠,可以满足强烈地震作用下RC延性框架抗震设计要求。

关键词：刚塑性抗震设计方法刚塑性模型倒塌机构刚塑性反应谱强烈地震作用

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基于能量被动耗能结构抗震设计方法的研究

地震工程与工程振动 2013年第4期33卷 140-147页

作者：樊长林张善元路国运太原城市职业技术学院山西太原030027 太原理工大学土木工程学院山西太原030024

将结构前两阶振型各自等效为单自由度,采用模态pushover分析确定各等效单自由度的屈服强度系数和延性系数,然后由反应谱计算各阶振型耗散能量需求,利用各振型能量分布曲线,求得各层耗散能量需求,叠加得到各层地震总能量需求,据此确定耗... 详细信息

将结构前两阶振型各自等效为单自由度,采用模态pushover分析确定各等效单自由度的屈服强度系数和延性系数,然后由反应谱计算各阶振型耗散能量需求,利用各振型能量分布曲线,求得各层耗散能量需求,叠加得到各层地震总能量需求,据此确定耗能装置的类型及设计参数。运用该方法对9层钢框架进行了设计,并通过非线性动力分析进行了验证,结果表明该方法精确度符合实际工程需求。

关键词：被动耗能结构基于能量抗震设计模态pushover分析耗能装置