某燃料运输容器在多过程序贯冲击条件下的动态力学响应特征

目的识别某燃料运输容器在国标规范要求的多过程序贯冲击条件下的冲击响应特性,为运输容器的安全设计及防护措施等提供参考。方法开展运输容器在1.2 m高度侧跌、钢棒1 m高度贯穿、500 kg重物9 m高度冲砸和1 m高度穿刺等4种事故场景顺序叠加作用条件下的多过程序贯冲击试验,同时开展相应的冲击损伤累积有限元模拟分析,研究运输容器结构在多种冲击载荷序贯叠加作用下的动态响应特征。结果模拟结果同试验结果符合较好,验证了冲击损伤累积有限元模拟方法的正确性和实用性。试验结果和数值模拟结果均显示在多过程序贯冲击条件下,容器缓冲结构起到很好的防护作用,可对燃料部件产生有效防护,且结构功能保持完好。结论燃料运输容器具有很好的缓冲性能,可以满足国标规定的多过程序贯冲击条件下的防护要求。冲击损伤累积有限元模拟方法可较准确地分析复杂结构在多过程序贯冲击条件下的动态响应特征,具有较好的实用性。

某燃料运输容器在不同冲击条件下的动态力学响应特征

目的识别国标规范要求的典型冲击场景下某燃料运输容器动态力学响应特性,为运输容器的安全设计及防护措施等提供参考。方法使用有限元方法对某燃料运输容器进行多种典型冲击场景的数值模拟分析,结合试验结果验证模拟方法的正确性和实用性。以典型工况为例,识别燃料运输容器的冲击响应特征,并判别最严酷冲击工况。进一步讨论反弹跌落多次碰撞、螺栓预紧力等多方面因素对响应特征的影响规律。结果通过与试验结果对比,验证了数值模拟方法的正确性。分析了典型冲击场景下燃料运输容器的响应特征,并推理了相应最严酷冲击姿态。有限元模拟结果显示缓冲结构起到了很好的防护作用。运输容器第一次撞击引起的冲击响应显著高于反弹后再次跌落撞击过程中的冲击响应;螺栓预紧力主要影响局部应力状态,对螺栓塑性变形和破坏的影响不明显。结论某燃料运输容器具有很好的缓冲性能,可以满足防护要求,不同冲击条件下的最严酷冲击工况互不相同。反弹跌落碰撞和螺栓预紧力对容器整体响应特征及最终变形或破坏形貌无显著影响。

桥墩受侧向撞击作用下静力简化分析方法

为了深入探究钢筋混凝土桥墩受侧向撞击时的静力简化方法,基于桥墩受撞击作用与静力作用下产生的侧向变形效应相等,建立了桥墩弯曲应变能和剪切应变能的计算公式.针对不同截面形式和不同约束条件下的桥墩模型,分别得出了桥墩在正弦、三角形和矩形撞击荷载波形作用下的等效撞击力简化公式,并分析了撞击力峰值和等效值之间的关系.结果表明:当矩形截面桥墩撞击点距墩底距离与截面长度的比值小于3.7,或圆形截面桥墩撞击点距墩底距离与截面半径的比值小于6.2时,需充分考虑桥墩剪切应变能的影响;荷载波形对等效撞击力取值影响较大,当撞击荷载波形接近正弦、三角形和矩形波时,等效撞击力系数的建议值分别为0.64、0.52和0.91.研究结果可为桥墩等效撞击力取值提供参考依据.

爆破振动效应研究若干进展

爆破振动效应是由爆破振动引起的周边环境的动力响应及其作用后果。当今,爆破技术在我国交通、水电、城建等领域工程建设中的应用越来越广泛、爆破环境也越来越复杂,爆破振动控制成为制约工程爆破安全高效施工的工程难题。在综述爆破振动相关研究现状的基础上,从爆破振动特征、作用机理与动力响应、预测及控制技术3个方面,系统归纳和阐述了爆破振动效应研究的科学技术体系,并结合近年来一些典型的工程建设背景,介绍了作者团队在爆破振动效应研究相关方面的若干进展。

基于绝对加速度观测量的地震动时程及结构参数识别研究

针对未知地震作用下框架结构的参数识别问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)的地震动时程反演与结构参数识别方法。首先,将首层底板的层间边界力视作未知外激力,利用未知激力下的EKF算法识别此未知激励以及其余层的剪切刚度;其次,采用傅里叶变换,从绝对加速度时程中获取结构基频,进而根据特征方程识别首层刚度系数;最后,基于识别的结构参数,进一步修正未知边界力,并结合Newmark-β法反演地震加速度时程。文中通过5层框架模型数值算例和振动台试验验证了本文算法的有效性。

基于有限元分析技术的CW61200-18T型重型车床床身设计与研究

为了提高产品的设计性能并及时发现设计缺陷,在CW61200-18T型重型车床床身设计中引入有限元方法和分析理论为基础的数值分析及优化设计方法。在机床样机试制之前对床身性能进行了定性及定量的预测及评估分析,为提高机床的加工精度,提升机床产品质量,缩短产品的设计与制造周期及降低产品开发成本提供了有效方法及手段。

螺栓连接结构冲击载荷传递特性及冲击响应行为研究进展综述

目的通过探讨复杂装备结构中螺栓连接结构在冲击载荷条件下的力学响应特征,以及这些特征如何影响装备结构的应力波传播、能量耗散和整体结构响应;同时,关注螺栓自身的变形和破坏对关键部件乃至整个系统稳定性和安全性的潜在影响,特别是在武器装备中可能引发的灾难性后果,旨在进一步优化螺栓连接结构的设计,提高其在极端载荷条件下的性能和可靠性。方法系统调研国内外文献,总结螺栓连接结构冲击载荷传递特性及冲击响应行为的研究进展,涉及的研究方法包括试验研究、有限元模拟和理论分析等。结论螺栓连接结构的冲击响应行为对装备整体的稳定性和安全性具有重要影响。通过对现有文献的分析,提出了未来研究的建议。

运载撞击事故场景下复杂结构冲击响应数值模拟分析

目的发展跨大尺度协同大规模建模数值模拟技术,获得复杂结构在运载撞击事故场景中的冲击响应特征,为结构冲击安全性评估提供支撑。方法针对复杂结构实际几何形状和尺寸,提出包含“车-包装容器-部件”的大尺度协同大规模有限元建模方法,并基于相关方法开展了受包装容器保护的复杂结构在汽车运载撞击、高速列车运载撞击等事故场景中结构响应的数值模拟分析,分析系统整体和关键部件的运动、变形和破坏等特征。结果数值模拟结果与相关试验结果符合较好,在汽车运载撞击和高速列车运载撞击条件下,系统整体的运动过程及内部结构的变形和破坏情况与试验结果基本一致,验证了相应有限元建模与分析方法的合理性和实用性。结论所发展的跨大尺度协同大规模有限元建模与分析方法可较好地解决复杂结构冲击响应分析中存在的几何跨尺度、时间跨尺度、多尺度强非线性等方面困难,为复杂结构在运载撞击事故场景中的冲击安全性分析提供有效支撑。

金属薄锥壳冲击响应行为及载荷特征研究进展综述

目的系统总结薄锥壳冲击试验方法和数值模拟方法,并分析其响应行为和载荷特征,以发展基于薄锥壳塑性变形的冲击载荷等效加载技术。方法全面调研国内外关于薄锥壳结构冲击响应的工作,总结其冲击试验加载技术和数值模拟方法,主要利用冲击块加速度变化以及载荷-位移曲线对薄锥壳力学响应及能量吸收特性进行表征,并结合弹塑性应力波进行理论分析。结论金属薄锥壳冲击试验加载方法主要有落锤冲击、化爆脉冲加载和气压推动质量块进行撞击等,数值模拟中通常采用刚性板挤压金属壳单元的方法进行验证。除对薄锥壳轴向加载外,还有斜向加载、引入刻槽、泡沫材料填充和复合材料夹层等试验设计。该领域研究仍处于初期发展阶段,今后有必要结合试验测试与数值模拟分析,全面而深入地研究薄锥壳参数变化对其冲击响应行为和载荷特征的影响规律及其物理机制。

洪水作用下高速铁路桥梁动力响应研究

为研究洪水作用对高速铁路桥梁结构动力响应的影响,以两跨不等墩高32 m高速铁路简支梁桥为研究对象,建立洪水作用下桥梁下部结构三维水动力分析模型和桥梁有限元模型,获得桥梁下部结构周围流场分布规律与流水压力荷载,探讨了洪水流速、高度和基础冲刷深度的变化对桥梁动力响应和桩基内力的影响规律。研究表明:(1)不同流速的洪水作用于桥梁下部结构时,周围流场的分布规律总体基本一致;(2)当洪水流速大于3 m/s时,下部结构所受的流水压力对桥梁结构的影响不可忽视,且该压力与洪水作用速度及高度呈正相关;(3)基础冲刷深度对下部结构受到的流水压力影响显著,但当承台裸露后,再增大基础冲刷深度时,流水压力增大不明显;(4)桥梁受到洪水冲击时,桥梁的动力响应随时间变化的总体规律基本一致,其响应具体表现为,墩顶横向加速度在冲击时间1.06 s时达到峰值,墩顶横向位移在冲击时间1.16 s时达到峰值,二者达到峰值后呈周期式迅速衰减,墩顶位移、加速度的峰值和最后稳定值以及桩基弯矩均随着洪水流速、高度的增加而增大;(5)随着基础冲刷深度的增加,桥梁动力响应和桩基弯矩均呈增大趋势,但桩基下部负弯矩区受基础冲刷深度影响更敏感。

爬杆机器人动力学仿真及其驱动转矩控制研究

为改善爬杆机器人驱动性能,结合机器人虚拟样机与动力学仿真,提出一种前馈补偿与PID调节优化驱动转矩波动的复合控制方法。在ADAMS中建立机器人多体动力学模型,进行了攀爬运动仿真;在Simulink中搭建了PID控制系统,调节夹块位移量;依据夹持传动的“力矩-位移”数学模型,建立了含有前馈补偿的复合控制系统。由联合仿真可知,采用单一PID控制的机器人,提高夹块位移控制精度会引起驱动转矩波动的增加;复合控制减少了驱动转矩的波动,且驱动转矩的调整幅值比PID控制降低了约24.7%,提高了机器人在攀爬运动中驱动系统的输出效能。

印刷装备齿轮系统优化设计及动态特性研究综述

目的齿轮系统作为印刷装备核心子系统之一,其优化设计直接影响着印刷装备的动态特性,进而对印品质量产生重要影响,因此亟须对其研究进展进行综述。方法通过文献综述法,梳理总结印刷装备齿轮系统动力学建模方法、优化设计及动态特性,以及与印品质量之间的关系等方面的研究成果,归纳概括各研究方法及其适应性,并展望未来的研究方向。结果目前,针对印刷装备复杂齿轮系统精细化动力学建模方法及运行稳定性分析的研究相对匮乏,针对印刷装备齿轮传动系统、执行系统、结构系统动力学建模与优化设计中的耦合作用的研究相对较少,针对印刷装备复杂齿轮系统的动态特性与印品质量指标之间的关系规律的研究相对缺乏,这些将成为未来的研究重点。结论采用高精度多物理场仿真技术有望进一步对印刷装备齿轮系统进行精细化、复杂性建模,采用拓扑优化算法可以满足印刷装备齿轮系统高稳定性、高耦合性优化设计的需求,采用深度学习方法能够挖掘动态特性与印品质量评价指标的关联规律,可为高端印刷装备关键自主可控技术的研发攻关提供支撑。

轮-阜机构的动力学模拟

受滚木运输的启发,设计了一种轮-阜复摆互动机构,通过在两个平面上分别构造摆轮和凸台阵列,可实现平面之间的平稳滑动。为了研究滑动中接触面间法向力和切向力的关系,建立了轮-阜机构的系统动力学微分方程,并基于Runge-Kutta方法提出一种迭代算法对之求解,计算摆轮和凸台相互碰撞所产生的滑动阻力。数值仿真结果表明,合理设置轮-阜机构的几何参数,可以减少接触面相互滑动中的能量损耗,从而大幅提高法向载荷和等效切向阻力之间的比值。在理论分析的基础上,制造了相应的实物模型进行实验验证,结果显示该机构可以实现平稳的滑动,且切向驱动力可低于法向载荷的百分之一,从而验证了该机构的可行性。

基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计

为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质量和成本为约束条件,构建多相材料结构动态拓扑优化模型,利用等效静态载荷法将多相材料结构动态拓扑优化问题转化为多工况下的多相材料结构静态拓扑优化问题,以降低灵敏度分析的复杂程度;采用移动渐近线算法求解多相材料结构动态拓扑优化问题。数值算例结果表明所提方法是有效性的,与传统的拓扑优化方法相比,基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化求解时间节省了75%,大大提高了计算效率;与单相材料拓扑优化结果相比,多相材料结构动态拓扑优化设计获得的结构具有更好的动态性能。

新型3D负泊松比多孔材料胞元的弹性性能研究

空间负泊松比多孔材料优异的多向能量吸收和体积变化可调特性,使其在航空航天和军工设备等领域具有广阔的应用前景。论文设计了一种正交各向同性的新型空间负泊松比多孔材料的胞元结构(REC胞元),并对其进行了增强设计。利用有限元仿真方法研究了胞元z向单轴压缩时的弹性力学行为,详细分析了几何参数对胞元无量纲弹性模量和泊松比的影响,并利用一组3D打印胞元试样的压缩试验对仿真结果进行了验证。所得结果可以为负泊松比多孔材料的功能设计和增强提供依据。

基于ADAMS的输电线路巡检机器人夹紧力作用研究

以小型输电线路巡检机器人作为主要研究目标,通过三维建模和仿真分析的方法,研究夹紧机构对机器人启动稳定性和爬坡性能的影响。基于SolidWorks与ADAMS软件,以机器人前后主动轮力矩作为主要仿真目标,研究机器人稳定启动所需夹紧力。以机器人主体质心为主要仿真目标,研究夹紧力对机器人爬坡能力的影响。最后进行样机实验,验证仿真结果的正确性。结果表明,夹紧力对机器人的启动稳定性与爬坡能力具有积极作用。该研究可作为小型输电线路巡检机器人夹紧力参数设置的重要理论支撑。

基于一、二维耦合水动力模型的潼湖流域洪水出口通道方案研究

为解决潼湖流域洪水出口通道受限问题,增强流域防洪排涝应急能力,通过构建潼湖流域一、二维耦合模型,对流域新开排洪渠方案的改善效果进行模拟分析。结果表明,随着排洪渠底宽和出口闸门净宽的增加,潼湖水面线逐步降低。从经济性和安全性角度,选择渠道底宽为35m,末端闸门净宽为25m的方案为最优方案。研究成果能够为复杂河网水系防洪治理提供参考。

基于船间水动力近似数学模型的操纵运动预报

船间水动力的确定是研究船舶相遇、追越问题的基础,为快速对追越船间的操纵性能进行预报,提出了船间水动力和力矩预测近似数学模型,建立了追越船间运动数学模型,并对建立的考虑船间水动力的操纵运动预报方法进行了测试研究。基于船间水动力和力矩预测近似数学模型,对舵角、船间水动力和力矩无量纲系数随相对距离的变化规律进行了对比分析,并对不同速度下水动力和力矩系数进行了预报分析,最后将所建立的追越船间运动数学模型与商业导航模拟器预测结果进行对比,同时进行了追越船间的操纵运动预报,结果表明:建立的船间水动力近似数学模型和操纵运动模型预报结果准确,计算速度快,可以用于导航器的仿真系统。

基于曲梁理论的覆冰分裂导线舞动非线性动力分析

基于空间曲梁理论的应变-位移关系,建立了具有三个平动自由度和一个转角自由度的覆冰分裂导线舞动分析混合模型.考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰分裂导线的非线性动力学方程.采用振型叠加法将方程变换到振型空间中,并使用时间积分算法求解.然后通过数值计算对单元无关性进行了检验,分析单元数量对覆冰导线前六阶频率的影响;此外研究了模态收敛性,分析模态截断对舞动响应的影响;最后分析了气动力对结构频率的影响.研究结果表明,气动力对分裂导线的扭转频率有较大的影响,这准确地反映了输电线路的动态特性;另外,覆冰分裂导线混合模型用于输电线的舞动分析时具有可靠的精度,说明该混合模型可以预测输电线路的实际舞动响应,便于后续控制设计的实施.

空间飞网系统动力学建模与仿真

空间飞网系统捕获带有自旋的空间碎片后,碎片会对捕获网与卫星间的连接绳施加扭矩,而目前绳索相关动力学模型无法完整描述其扭转行为。基于集中质量法,对绳索进行二次离散,建立了可以描述绳索扭转行为的动力学模型。通过与传统绳索动力学模型的对比及扭转实验,验证了该模型能够描述绳索在拉伸、弯曲及扭转载荷下的行为,发现绳索的扭转会产生额外的牵引力。针对飞网展开过程进行了仿真分析与实验,验证该动力学模型适用于飞网系统,并对飞网与空间碎片的组合体进行了仿真分析,发现因为绳索扭转产生的牵引力,会对主体卫星的稳定性产生一定的影响,忽略绳索的扭转行为会降低动力学仿真模型的准确性。