盾构机主轴回转支承轴承刚度及变形特性研究

基于赫兹接触算法和轴承载荷等效模型,建立含三排圆柱滚子的回转支承有限元分析模型。采用显式算法,分析在径向载荷与倾覆弯矩载荷以及轴向载荷与倾覆弯矩载荷耦合作用下的轴承刚度和周向变形特性,并对轴承在突变载荷下的动刚度特性进行了讨论。结果表明,考虑接触的非线性,轴承的径向刚度随着载荷的增大而非线性增大,轴向刚度随载荷的增大而非线性减小。在轴向载荷与倾覆弯矩耦合作用下,轴向刚度对倾覆刚度影响不明显;刚度动态特性与载荷作用的时间相关;在倾覆载荷作用下,轴承沿周向在各个滚柱支承位置应力和变形分布不能用简单的余弦函数来描述。研究结果对盾构机在复杂地质条件下掘进时冗余驱动各电机的位置设计及同步性控制具有指导意义。

硬岩掘进装备支撑系统界面接触刚度非线性特性

隧道岩石表面形貌和岩石力学特性对撑靴接触界面刚度特性关系密切。根据隧道岩石形貌特点,采用分形数学模型分析不同分形参数与表面粗糙度之间的关系,通过投影方法建立三维隧道岩石粗糙表面数值分析模型。考虑岩石隧道表面粗糙度,岩石力学特性、撑靴数量以及复合岩层等工况,分析不同参数下撑靴载荷与法向接触刚度之间的关系。结果表明:掘进装备的支撑系统界面法向接触刚度随着法向力、分形维数、弹性模量的增大而增大,随着特征尺度系数的增大而减小;撑靴数量的增加会带来界面法向刚度增加。在相同载荷下,双撑靴的接触刚度接近单撑靴接触刚度的两倍;岩石成分比例相同时,其法向刚度最小;当岩石成分比例不同时,较小弹性模量岩石成分越高,其法向刚度越大;岩石成分比例不同的情况下,其法向刚度相差不大。

多齿轮并联驱动系统动力稳定性

基于矩形时变啮合刚度假设,建立了齿轮并联驱动机械系统扭转振动动力学模型。在此基础上,给出其状态空间方程。利用Floquet理论定义了系统的稳定性判别方法。基于数值仿真的方法,研究了双齿轮驱动和三齿轮驱动两种情形下不同啮合刚度、啮合相位差及齿轮参数配置与多齿轮驱动并联驱动系统稳定性之间的关系。结果表明选择合适的参数可以有效地降低系统的不稳定性区域,提高系统的稳定性。

切口试样破坏过程试验与细观数值分析

对切口圆棒试样与切口板试样进行单向拉伸试验和有限元数值分析 ,以试样最小横截面上各点变化的应力应变场为体胞演化的载荷控制条件 ,采用三维含球形微孔洞体胞模型分别对各点微孔洞长大规律进行数值模拟。结果表明 ,在试样得到的断口韧性区域内 ,微孔洞的生长速度较快 ;试样失稳前微孔洞相对体积百分数最大的区域与试验时试样的起裂位置一致 ,因而证实微孔洞的演化是导致试样材料在拉伸条件下破坏的主要原因 。

双相钢DP600塑性率相关效应试验及本构模型

考虑汽车在碰撞过程中具有明显的高应变率特性,对双相钢DP600在应变率10-4~103s-1进行拉伸试验,讨论不同应变率下材料塑性特性与应变率之间的关系.基于试验结果,对John-son-Cook模型进行讨论和修正,建立了适用于双相钢材料的塑性特性的本构模型,并给出参数确定方法;通过用户子程序VUMAT与商用软件接口,验证模型的有效性.结果表明,建立的本构模型可以准确地描述材料的塑性率相关特性,能够应用于汽车的碰撞安全数值仿真分析.

航天大型薄壁结构装配制造尺寸精度预测与控制方法

大型薄壁结构的弱刚性导致其在制造过程中变形是影响尺寸精度的主要因素,如何对加工和装配过程零组件的偏差场进行精确预测与控制是提升制造质量、改进工艺参数的关键。本文针对大型薄壁结构制造与装配过程偏差场特性进行研究,提出适用于航天大型薄壁产品装配过程偏差场预测与控制方法。以基本变形模式的线性组合构建大型薄壁结构空间偏差场,考虑大型薄壁结构装配过程内应力的协调变形,以零件与装配体之间基本变形模式的映射关系建立大型薄壁结构装配过程偏差场预测模型。基于零件基本变形模式对装配体偏差的贡献量化值进行薄壁结构装配过程偏差溯源,提出两步寻优方法求解零件特定基本变形模式的最优控制点集,以最优控制点集的偏差调整实现大型薄壁结构装配过程的偏差控制,为航天大型薄壁结构装配过程的尺寸精度预测与控制提供理论基础与技术指导。

中心圆孔薄板试样局部损伤破坏试验与数值分析

对含圆孔的16MnNb矩形薄板试样进行拉伸破坏试验,用扫描电镜分析了断口形貌和断口破坏方式;采用含孔洞材料本构模型,结合有限元数值方法对试样的细观孔洞演化过程和材料微观破坏过程进行了数值模拟分析。结果表明:材料中由于形成的微孔洞在圆孔周围最小横截面上和拉伸后形成的剪切带区域较大,所以微孔洞长大速度最快位置在圆孔周围局部颈缩区域,最后试样在该处起裂,并沿着最小横截面扩展,在裂纹前缘形成两条明显的剪切带,剪切带上试样发生颈缩。计算结果与试验结果相当吻合。

基于Khan-Huang模型高强度钢DP600率相关特性实验与本构模型研究

对汽车用高强钢DP600在10^-4s^-1～10^3s^-1应变率范围内进行力学拉伸实验，在此基础上，采用唯象的方法对Khan-Huang本构模型进行修正建立DP600考虑率敏感效应的本构模型，对高应变率下试样的拉伸过程进行数值模拟验证模型有效性．结果表明，高强钢常温下具有明显的应变率敏感特性，高应变率下材料的屈服应力接近低应变率下的两倍．对Khan-Huang本构模型进行修正后可以比较准确地描述材料在不同应变率下力学行为，且参数容易确定，便于在有限元软件中实现接口，因此该模型可进一步应用于汽车的碰撞安全数值仿真中．

薄板试样斜断口形成机制及损伤断裂过程分析

为分析不同材料和尺寸的薄板试样在室温下拉伸破坏后均形成与横截面夹角在20°～25°之间斜断口的原因，首先用统计方法对试样内随机分布微缺陷进行讨论，提出一种在宏观尺度上材料内微缺陷分布局部非均匀简化模型的假设．应用含孔材料损伤本构模型对含有不同方向微缺陷分布局部非均匀薄带区域的16MnNb薄板试样变形至破坏全过程进行数值模拟．结果表明，斜断口形成主要是由于试样内在与横截面夹角小于45°的带形区域内微缺陷分布局部非均匀造成，且与该带形区域在试样中位置无关；由于考虑微缺陷分布局部非均匀，得到试样的斜断口形成过程与试验现象完全一致；同时结合试验断口形貌，对变形过程中颈缩截面内损伤演化和破坏过程进行研究，进一步解释薄板试样的损伤破坏机制．

基于多孔洞体胞模型的韧性材料损伤机制

分别采用含100、50和25个随机分布微孔洞体胞模型,对体胞内应力分布和孔洞长大规律进行统计分析,在此基础上讨论采用含25个随机分布微孔洞体胞模型作为宏观材料代表性单元(RVE)来研究材料损伤机制的合理性,并对变形过程中体胞内各微孔洞演化过程进行了研究.结果表明:由于体胞内微孔洞的随机分布,造成孔洞周围基体材料最大三轴应力参数增加,从而导致该孔洞的快速增长,并带动周围微孔洞快速增长,这种孔洞的快速长大链式反应导致在很短的时间材料内出现大量微孔洞,并聚合形成微裂纹,直至试样最后失效,该结果较清楚解释了韧性材料圆棒试样只在颈缩阶段才会产生大量的微孔洞的试验现象的原因.含随机分布多微孔洞体胞模型能够用于分析周期分布微孔洞体胞模型无法反映的体胞内微孔洞非均匀发展的过程,因此更适合于研究韧性材料的损伤破坏机制.

不同材料参数和内压的轮胎对单腹板轮毂变形的影响

将轮胎材料简化为各向同性超弹性材料特性,考虑轮胎与轮毂和地面之间的三维接触以及轮胎中钢丝圈的影响,建立飞机单腹板机轮整体结构有限元模型,主要分析不同轮胎材料参数和内压下,单腹板轮毂轮缘处的径向变形。结果表明:轮毂剖面上测点的应变值与实验结果基本一致,轮胎下沉量与轮毂测点的径向变形和轮毂所受的载荷基本呈线性关系;凸出一侧的轮缘变形最大;轮胎下沉量较大时,轮胎材料参数对轮毂的径向变形影响明显;轮毂测点径向变形在1-2.5mm时,相同的径向变形,轮毂受到的总载荷受轮胎材料参数变化而变化,而在变形较大或较小时,影响不明显。对于同一种轮胎材料,不同的内压,轮毂的变形差别比较大,气压越高,对于相同的轮胎下沉量,轮毂受到总体荷载也越高。

飞机单腹板轮毂结构强度分析

建立飞机单腹板轮毂结构的有限元分析模型 ,考虑轮胎与地面、轮胎与轮毂、轮毂与轴之间的三维接触、轴承的可变形性和轮胎材料的超弹性特性。计算得到径向载荷和径侧向载荷作用下轮毂的应力和径向位移分布规律 ,加载剖面上的多点应变值与实验结果对比基本吻合 ,验证了模型的有效性 ,计算结果可用于改进轮毂的结构设计。

Hill模型的各向异性参数对圆棒拉伸试样变形过程的影响

采用文献[1]中正交各向异性弹塑性有限变形的有限元计算格式，主要讨论了Hill各向异性材料模型中各向异性参量变化对圆棒试样拉伸过程 中材料主轴位移的影响，分析表明，圆棒试样在横截面上的两个材料主轴方向的变形量与各向异性参数之间存在一定的关系，该结果可用于各向异性材料的各向异性参数的测量。

基于刚度和模态性能的轿车车身轻量化研究

以某型轿车为例,建立车身的有限元模型,应用以灵敏度分析为基础的修正可行方向优化算法,在保证车身刚度和模态性能不降低的前提下,以车身结构质量的最小化为目标,优化车身零件的厚度,从而实现车身结构的轻量化,车身减轻的质量为原来的6.22%,车身结构的弯曲和扭转刚度也都获得不同程度的提高,主要模态频率变化在1Hz以内。

尼泊尔生态系统质量评估与时空格局变化——基于参照条件的评估方法

良好的生态系统质量是维持人类社会供给需求和可持续发展目标实现的重要保障。针对尼泊尔自然地理环境复杂多样,区域间气候差异明显的特点,结合基于参照条件的评估方法可以得到生态系统质量的相对水平值,其结果能够反映出不同的变化信息。植被是区域生态系统质量变化的重要指示器,利用尼泊尔五大地理区以及四种主要植被生态系统类型划分出20个生态评估区,从表征植被生态系统的水平结构、生产功能和垂直结构3个方面计算生态参数相对密度指标(RVI),结合主成分分析法构建植被生态系统质量指数(VEQI),并以其国家自然保护区为参照,构建基于参照条件的生态系统质量评估模型,计算了尼泊尔2016和2020年基于参照条件的植被生态系统质量指数(VEQI')并分析其生态系统质量的时空格局变化。结果表明:(1)2016至2020年,尼泊尔生态系统质量现实值VEQI的平均值增加了3.49%,总体上,在参照生态系统质量(VEQIref)提高(约1.41%)的背景下,生态系统质量相对水平值VEQI'增加了1.42%;(2)对于尼泊尔地区,评估区89%分位数的VEQI与其对应的国家自然保护区的参照值具有很强的相关性,总体差异较小,可以代替作为参照值;(3)从空间格局变化趋势来看,尼泊尔生态系统质量变好、基本稳定和变差的面积分别占植被生态系统总面积的74.16%、14.25%和11.59%。与数量不足、较难收集利用的野外观测台站数据相比,国家自然保护区更接近理想参照生态系统的假设,通过有限的自然保护区确定生态评估区的参照值,实现生态系统质量的快速评估,其结果具有更好的时空可比性,可以为区域生态质量变化评估及量化分析等方面提供参考。

基于壁板声学贡献分析的轿车乘员室声场降噪研究

提出了一种轿车乘员室声场整体声学特性的改善方法.对现有的壁板声学贡献分析方法进行改进,采用了新的参数"声学贡献和"与"声场总贡献"来分析和衡量车身板件对乘员室声压响应的声学贡献,建立了针对多场点多响应峰值的乘员室声场降噪的方法,并以某型轿车为例详细阐述了该方法的使用情况,确定出车身板件上最佳的阻尼层贴附位置.结果表明,所提出的方法不仅使得乘员室声场取得了显著的降噪效果,而且明显降低了用于减振降噪的附加质量的使用量,有利于车身轻量化.

基于模态分析法的车身NVH结构灵敏度分析

以某SUV车为例,建立了车身及乘客室声腔的有限元模型。采用模态分析法,根据轿车车身结构和乘客室的声固耦合效应,通过模态分析得到车身结构和室内声腔的各阶耦合振动模式,通过声压响应分析得到车内噪声级别,通过结构灵敏度分析识别出车内噪声的主要来源。针对噪声源提出的改进措施有效降低了车内噪声。

基于绝对节点坐标法的变截面梁动力学建模与运动变形分析

复杂变截面梁结构在运动过程中产生柔性变形对其运动精度与动力学性能有很大影响,因此建立准确的数学模型描述其柔性变形十分重要。基于绝对节点坐标法,考虑变截面梁单元边界特性,建立单元边界非线性函数关系,通过改变积分上下限,将其引入到单元质量矩阵、刚度矩阵的计算模型中。基于牛顿方程,建立变截面梁系统的柔体动力学模型。利用Matlab数值仿真,对不同单元数目、不同变截面参数的单摆梁进行动力学仿真分析。结果表明梁结构的刚度计算值与划分的单元数目相关,不同单元数目会影响系统仿真计算的效率和精度,使得运动变形仿真产生较大偏差。在保证梁体积相同的情况下,改变梁单元边界函数,可提高梁的刚度,减小其末端的运动变形,提高梁的动力学性能。在不影响梁刚度的前提下,通过改变梁截面参数,可有效降低梁的质量。

盾构机复合岩土层掘进刀盘弯矩特性分析

针对盾构机在掘进过程中上软下硬的复合地质结构,建立了其刀盘截面圆模型,基于单个切削刀和盘形滚刀的切削机制,建立了复合岩土层掘进时刀盘平面内总弯矩分析模型,分析了与刀盘接触的撑子面内,不同软土面积分数的复合地质条件下,刀盘旋转掘进过程中的弯矩动态特性.结果表明:刀盘平面内2个方向的弯矩与刀盘旋转角分别呈正弦和余弦曲线关系;弯矩波动振幅随撑子面内软土面积分数的增加而降低;当刀盘截面圆内软土面积分数为50%时,其弯矩最大.

全断面盾构机异质岩土掘进载荷等效模型研究

由于岩土结构的变化,全断面盾构机在掘进过程中推进力和扭矩需要进行适当的顺应性设计以获得良好的掘进效率,以减少刀具磨损和损伤破坏事故的发生。针对盾构机在掘进过程中遇到的典型地质结构,建立地质结构的圆形百分比模型,分析刀盘上不同刀具在掘进过程中载荷受力,建立不同刀具及总扭转载荷的数学表述方法,基于该方法对盾构机在异质岩土结构中旋转时刀盘总扭矩随旋转角度的变化特性进行研究,结果表明,在软岩与硬岩比例大约为30%时刀盘的扭矩载荷波动最大,容易造成刀盘堵转及损伤事故,该可以解释云南上公山隧道掘进时频繁堵转产生机理,为异质岩土掘进时盾构机冗余驱动电机的顺应性设计提供指导。