预应力锚固结构锚具与垫板切向刚度识别研究

在分析了工程广泛应用的预应力锚固结构传力特征基础上,基于粗糙面接触的法向应力与切向刚度存在正比增加的规律,视预应力锚固结构的预应力筋、锚具、非张拉锚固端相对锚垫板为一个广义质量系统;视锚具与锚垫板的切向联系为切向刚度的弹簧,建立了预应力锚固结构接触面广义质量单自由度模型,建造了与实际预应力锚固结构尺寸一致、锚固对象为混凝土的试验模型,获得了预应力锚固结构锚具相对锚垫板接触面切向振动信号。以建立的单自由度模型为依据,最小二乘法识别切向刚度,所识别的切向刚度与静载试验变化规律、量值基本一致,为有效检测锚固结构锚固力、仪器研发、标准制定提供了理论与试验依据。

叶片摩擦阻尼器切向刚度研究

对带摩擦阻尼器的叶片进行响应预测时 ,摩擦阻尼器多采用滞后弹簧模型 ,摩擦阻尼器切向刚度 (弹簧刚度 )值的准确与否成为理论计算成败的关键因素之一 ,本文提出了一种确定摩擦阻尼器切向刚度的新方法 ,并用这一方法对叶片缘板摩擦阻尼器的切向刚度进行了研究 ,研究了摩擦面法向正压力及激振力对摩擦阻尼器切向刚度的影响规律 ,发现了摩擦阻尼器切向刚度与摩擦面的法向正压力和激振力之间的确定的函数关系。

基于微凸体连续变形理论的结合面切向刚度模型

提出了一种包含微凸体接触过程中弹塑性过渡阶段弹性的粗糙表面切向接触刚度模型。现有粗糙表面切向接触刚度模型中只考虑微凸体完全弹性接触阶段的弹性,未考虑弹塑性过渡阶段弹性。根据微凸体变形过程中应满足的连续性条件,微凸体变形过程可以按如下划分:完全弹性阶段、弹塑性过渡阶段(包含三个不同阶段)以及完全塑性阶段,依据分形理论和Hertz接触理论,建立了计入微凸体弹塑性过渡阶段弹性的结合面切向接触刚度模型。分析与试验结果表明:考虑微凸体的弹塑性过渡阶段的切向接触刚度相比与不考虑弹塑性过渡阶段更加的符合实际接触情况。新模型的切向接触刚度随着法向载荷和较软材料的屈服强度与两材料的复合弹性模量的比值的增大而增大,还由于分形粗糙度与切向载荷的增大,该切向接触刚度会减小,并且伴随着分形维数的增大,切向接触刚度先增大后减小,即接触刚度存在一个峰值。此外,当较软材料的屈服强度与两材料的复合弹性模量的比值增大时,刚度峰值所对应的分形维数在减小。

桩土接触面切向刚度数据拟合

为确定接触面参数的取值问题从而减小桩土体系中桩基与土体之间发生的相对滑移危害.引入摩尔-库仑和颗粒流理论,以桩土接触面粗糙程度作为切入点进行深入分析,确定可以作为切向刚度定量计算的影响因素.采用回归分析探究能够反映接触面切向刚度与影响因素关系的回归模型.建立切向刚度与两类影响因素之间的数学关系,通过Matlab数值分析软件,进行三维立体曲面拟合,从而得到接触面切向刚度变化规律及取值方法.以分析出接触面切向刚度对桩土体系工作性能的影响.

基于MPSO-RBF神经网络的切向刚度研究

为了能更快速、准确地计算在多影响因素下的机械结合面切向刚度,采用改进的粒子群算法优化径向基神经网络参数,实现了两个算法的有机结合。考虑结合面的材质、表面加工方法、表面粗糙度、结合面面压、介质等影响结合面切向刚度的因素,以实验参数作为样本,利用建立的模型进行了结合面切向刚度仿真,并对仿真结果与实验结果进行了对比分析。分析结果表明,模型预测精度可达92%以上。

轴向力下圆锥结合面切向刚度分形模型分析

圆锥连接广泛应用于旋转类机械装备,其结合面切向刚度的强弱影响着工况下旋转类设备的回转精度,因此研究圆锥结合面切向接触刚度对提高零件的加工精度有重要的意义。分析其结合面分形维数、特征尺度等参数对切向刚度的影响规律,以表征实际工况的圆锥结合面接触刚度为目的,在构造的圆锥结合面分形模型接触系数的基础上,考虑粗糙面微凸体相互作用的影响,构建了引入域扩展因子的圆锥结合面切向刚度分形模型。以高速主轴-刀柄圆锥连接为应用案例,验证了模型的准确性,并分析了轴向力持续作用下的各相关参数对切向刚度的影响规律。研究结果表明:圆锥结合面分形维数、材料特性系数与切向刚度存在非线性增长关系,且轴向力越大时,这种非线性增长现象愈加明显;在轴向力一定时,随着圆锥结合面的特征尺度参数、切向载荷与法向载荷比值的增加,切向刚度呈减少趋势。

PC箱梁桥腹板竖向预应力锚固系统切向刚度的研究

为解决PC箱梁桥腹板竖向预应力失效的问题,建立了腹板竖向预应力锚固系统的非协调接触理论模型,利用位势理论和GW(Greenwood-Williamson)随机粗糙表面模型,求解了弹性半空间体在表面力作用下竖向预应力锚固系统的切向静弹性刚度与张拉力的函数关系,在此基础上进行了竖向预应力模型静载试验验证.结果表明:竖向预应力锚固系统的切向刚度随竖向张拉力的增加呈非线性递增.该研究对于竖向预应力锚固系统的单自由度系统动力学模型的建立以及竖向预应力筋张拉力的定量测试具有重要意义,也为纵向预应力检测提供了理论依据.

考虑切向刚度变化裂纹转子的分叉与混沌

基于不附加任何假设的裂纹模型,考虑切向刚度变化,建立裂纹转子无量纲动力学模型,可适用于瞬态、稳态、非线性等不同运动状态。采用分叉图、Pioncaré映射、轴心轨迹、频谱图、最大Lyapunov指数等,分析裂纹法向刚度变化、切向刚度变化、质量偏心与质量偏心角对裂纹转子分叉与混沌特性的影响,发现:随着裂纹法向刚度变化的增加,裂纹转子在亚临界转速区出现倍周期分叉、拟周期、周期3解等振动形式;考虑裂纹切向刚度变化,裂纹转子在1/2,2/3亚临界转速区出现拟周期、混沌运动,进入混沌的途径与拟周期、周期3解有关;质量偏心的增加或质量偏心角180°时,对裂纹转子的非线性运动具有明显的抑制作用。数值仿真研究可为工程实际中裂纹转子故障诊断提供依据。

应用改进分形理论及连续变形理论的机械结合面切向刚度建模

针对现有分形理论在建立切向刚度模型时未考虑微凸体变形的连续性以及未考虑结合面在即将发生切向滑移之前静摩擦力导致实际接触面积增大的问题,提出了应用改进分形理论及连续变形理论的切向刚度建模方法。该方法以微凸体连续变形理论为基础,应用改进分形理论分析静摩擦力与实际接触面积之间的关系,并利用赫兹接触理论推导了结合面法向接触载荷;随后,根据切向刚度的产生机理,推导了包含弹塑性过渡阶段的切向接触载荷,结合所推导的法向、切向接触载荷从而建立了结合面切向刚度模型。为验证该方法的合理性,首先建立栓接结合部的有限元模型,利用超景深三维显微系统VHX-5000获取结合面的轮廓数据,经过功率谱密度法获取结合面的分形参数,通过虚拟材料将该方法以及对比方法计算的刚度输入有限元模型中进行仿真,得到栓接结合部在不同扭紧力矩下的前三阶固有频率及振型;随后搭建包含栓接结合部的实验装置,通过锤击实验也获取该装置在不同扭紧力矩的前三阶固有频率及振型。在相同扭紧力矩下的前三阶固有频率对比实验和仿真结果表明:该方法的仿真与实验结果之间最大相对误差为3.84%,相比于田红亮的方法降低了54.45%,说明该方法能够更加准确地预测结合面动态特性。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面切向刚度分形模型研究

基于Hertz接触理论和分形理论,提出利用两椭圆体的表面接触系数对微凸体分布函数进行修正,引入微凸体的临界弹塑性变形接触面积,推导出变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面切向刚度的分形模型。通过数值仿真论证了表面接触系数的合理性,并分析出主要参数(法向载荷、分形维数、粗糙度幅值、切向载荷、材料特性参数)对切向刚度的影响。结果表明,法向载荷与切向刚度成正比关系,但当分形维数的取值范围不同时,两者的变化规律有着较大的差别。当分形维数增大时,切向刚度先增大后减小,在分形维数为1.85时达到最大值。切向刚度随着粗糙度幅值和切向载荷的增大而减小,随着材料特性参数的增大而增大。该模型的建立为研究变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面的切向刚度提供了理论依据。

螺栓结合部切向刚度计算模型建立及分析

对于栓接结合部来说,当前的研究主要集中在栓接结合部整体法向刚度的研究。由于栓接结合部的切向刚度对整机静态特性也起着至关重要的作用,因此,要实现对栓接结合部静态特性的全面解析,还需提出一种计算栓接结合部切向刚度的方法。以栓接结合部法向刚度求解模型为基础,提出一种计算栓接结合部切向刚度的解析模型。最后分别通过解析计算及有限单元法对具体实例进行计算,结果表明:计算模型获得的栓接结合部的整体位移值等于8.3917e-4m,而有限元计算的结果为3.19e-4m,两者存在一定的偏差,主要原因在于有限元分析中考虑了摩擦力的影响。而在考虑摩擦力影响的情况下,数学模型计算出的总位移数值为3.104e-4m,与有限元的计算结果误差较小,故可证明所提数学模型的可行性。内容为机械系统中螺栓结合部综合刚度的求解奠定了一定的理论基础。

基于支持向量机的桩-土接触面的切向刚度拟合

桩-土接触面的切向刚度求解是一个复杂的非线性问题,目前尚无权威方法对其进行确定,通过理论分析确定切向刚度主要影响因素,根据室内土工试验和现场载荷试验结果获取训练样本,采用支持向量机建立了一种新型的切向刚度拟合方法。

地基基础接触面的切向刚度拟合分析

地基基础接触面的切向刚度是研究地基-基础共同作用的一个关键参数,目前尚无权威方法对其进行确定,通过理论分析确定对切向刚度主要影响因素,根据室内土工试验和现场载荷试验结果,采用多项式拟合方法建立了一种新型切向刚度计算方法。

新老混凝土缝面切向刚度早龄期发展规律

由于缺乏新老混凝土缝面早龄期力学性能发展规律的研究,一般认为大体积混凝土浇筑块间歇面强度与浇筑块相同,由此导致间歇面上下层新老混凝土相互约束偏大,从而使浇筑块内部的应力计算值偏大。设计了新老混凝土缝面早龄期剪切试验,获取了需要的参数历时曲线,然后将该成果应用到实际混凝土坝工程的施工期温度场和应力场仿真计算。计算结果表明,在间歇面上设置缝面单元,并考虑其早龄期强度发展,可以相对合理地模拟约束情况,计算得到的浇筑块拉应力值相对较小,更符合实际情况。

有限差分法分析接触面切向刚度对桩土体系工作性能的影响

桩土接触面切向刚度主要能够影响桩土体系中,土体与桩之间发生的相对滑移危害,是桩土接触面上的一个重要参数。为了更好地研究其对桩土体系工作性能的影响,采用有限差分法进行模拟分析,以探求接触面切向刚度的取值方法。

固定接触界面切向静弹性刚度问题研究

根据两球体单峰同时受法向、切向载荷时微滑切向应力的分布以及MB模型，给出了界面的总切向接触静弹性条件刚度、总条件法向载荷的解析解。将切向接触静弹性条件刚度的解析解嵌入到有限元软件中，获得了整机的理论模态。以一款八四七厂华中工学院XHK5140型自动换刀计算机数控立式镗铣床上的结合部为研究对象，通过实验对解析解进行了定量验证。研究结果表明：在理论振型与实验振型一致的条件下，界面模型的相对误差在-19．2％～16．8％之间。

机械结合面切向接触刚度的三维分形理论建模

将微凸体的弹塑性变形区进一步划分,并考虑三维结合面形貌的W-M函数,推导了三维机械结合面切向分形接触刚度的理论模型。数值模拟了结合面的三维切向接触刚度随着分形维数D、分形尺度系数G、材料特征参数间的变化趋势,以及二维分形和三维分形间的对比分析。仿真结果显示:机械结合面的三维切向接触刚度与法向载荷和材料特征参数成单调递增关系,与分形尺度系数成单调递减关系;而其与分形维数之间以D=2.5为界,依次成递增与递减关系;三维分形下的结合面切向接触刚度大于二维分形下的结合面切向接触刚度。切向接触刚度模型的构建可为后续粗糙表面接触非线性动力学及整机动力学模型的建立提供基础。

基于外锚头段切向刚度的在役锚索预应力测试方法研究

为掌握在役预应力锚索的预应力状态,基于切向刚度理论,考虑工作状态下预应力锚索外锚头段结构传递效应,建立一种新的锚索预应力测试模型,并采用静载与动载试验进行验证。模型将外锚头段锚具与锚垫板间粗糙接触界面简化为锚固-接触模型,基于Hertz接触理论及GW统计接触模型,将锚索预应力的测量转化为对接触面切向接触刚度的识别,利用测量得到的切向荷载与切向位移,给出确定性的外锚头段切向刚度与锚索预应力值计算公式。静载与动载验证试验表明,得到的切向刚度与预应力试验值与理论值的平均相对误差为7.41%,使用弹性波为检测媒介得到的切向刚度与预应力试验值与理论值的平均相对误差也在10%之内,证实外锚头锚固-接触模型的正确性与切向刚度测力方法的可行性。该测试方法为在役锚索预应力检测提供了一种新的有效且无损的检测手段。

基于分形理论的结合面刚度建模研究

机械零部件中的结合面刚度影响整体结构的动态特性,刚度模型是否准确是影响整体结构动力学模型的关键因素之一。将结合面假设为刚性光滑平面与粗糙平面之间的接触,基于Weierstrass-Mandelbrot函数建立结合面三维实体模型,并进行有限元静力学分析,获得外加载荷与结合面变形之间的函数表达式,利用微分关系建立结合面法向与切向刚度与外加载荷呈现K=m Pn的指数关系。通过对已有研究成果对比,验证了所建刚度模型的正确性,并获得重要结论:结合面法向刚度和切向刚度有着相同的变化趋势,即随着法向载荷的增大,法向与切向刚度随之增大;系数m随着分形维数D的增加而递增,而系数n却随之减小。

结构面刚度对岩体弹性纵波传播特性影响的数值模拟

针对结构面刚度对岩体弹性纵波传播特性的影响规律及机理不明的问题,基于3DEC软件及自编程序,以含单个水平、光滑结构面的岩体为研究对象,分析结构面法向刚度、切向刚度对岩体弹性纵波传播特性的影响.结果表明,初至纵波振幅和纵波波速仅与结构面法向刚度kn有关,而与切向刚度ks无关;初至纵波振幅和纵波波速皆随法向刚度kn的增加而增加,增长速率逐渐减小.考虑结构面间距S和岩块杨氏模量E的影响,引入E/(S·kn)作为综合影响参量,固定kn/ks为2.5时,初至纵波振幅和纵波波速都随着(S·kn)的增加而减小,以E/(S·kn)=0.1、1、10为界,衰减速率经历极慢-变快-变慢-极慢四个阶段.