深海采矿装备布放回收过程中脐带缆动力学响应特性研究

基于时域耦合分析法,建立了母船-深海采矿装备-脐带缆三维非线性水动力学模型,并对布放及回收过程中脐带缆的水动力响应特性进行了数值计算与分析。结果表明,4级海况时,深海采矿装备(水中重10 t)可以在速度0.8 m/s条件下安全布放和回收;在波浪和海流共同作用下,深海采矿装备在布放开始阶段和回收结束阶段都有强烈的振荡和摆幅,可安装防摇止荡装置来降低振荡和摆动。

圆锥角膜的动力学响应参数研究

目的给出一种圆锥角膜仿体的构建方法,研究角膜局部形态和力学特性改变对角膜动力学响应(DCR)参数的影响。方法圆锥角膜具有局部形态凸出或局部力学特性减弱的特点。将硅胶和不同量的硅油混合制作成不同弹性模量的角膜仿体材料;依据正常人眼角膜和圆锥角膜的几何数据,分别设计正常角膜和局部形态凸出的圆锥角膜模具。利用两种模具和不同弹性模量的角膜仿体材料,分别制作正常角膜仿体、旁中央形态凸出的角膜仿体、旁中央力学特性变弱的角膜仿体和旁中央形态凸出且力学特性变弱的角膜仿体。利用Corvis ST测试平台,获取4种角膜仿体的DCR参数,研究角膜局部形态和力学特性改变对DCR参数的影响。结果在多个眼内压下,4种角膜仿体的部分DCR参数(DA、HR、IR、A1T、A2T和A1V)存在显著性差异。与正常角膜仿体相比,旁中央形态凸出且力学特性变弱的角膜仿体的DCR参数变化最显著,次之是旁中央力学特性变弱角膜仿体,旁中央形态凸出的角膜仿体的DCR参数变化最小。结论角膜形态和力学特性的改变都会影响角膜动力学响应参数,相较于形态的改变,力学特性的改变对角膜动力学响应的影响更大。

高速自锐侵彻战斗部引信动力学响应与磁场特征研究

在当今军事技术的快速发展中,高速自锐侵彻战斗部在毁伤深埋高价值硬目标与多层建筑时,具有巨大的战略价值;文章通过建立动力学响应和磁场分析模型,深入研究自锐战斗部侵彻6 m C40混凝土靶板和多层钢筋混凝土靶板时引信的力学与磁场响应特性,为提高侵彻自锐战斗部毁伤精度提供支撑;在引信动力学响应的研究中,战斗部侵彻混凝土靶板历程,侵蚀后的靶板呈现出漏斗形状,随着战斗部侵彻的深入,应力波的稀疏效应逐渐减弱,战斗部的速度线性衰减,并在最终进入稳定侵彻模式的过程中,速度下降约52%;由于应力波在战斗部内部的传递与叠加导致引信位置检测的过载信号较为震荡;在引信磁场分析的研究中,地磁倾角为90°、地磁偏角为0°(即地磁场垂直于靶板中心线)时,X、Y轴磁通密度幅值小、信号无规律、穿层特征不明显;Z轴磁通密度幅值大、信号规则、穿层特征明显;地磁场强度越大,钢筋半径越大,地磁倾角越大,侵彻靶板层信号特征越明显。而Z轴磁通密度不受地磁偏角影响。

叶片失效条件下风电机组动力学响应数值模拟研究

研究叶片失效条件下风电机组整机动力学响应数值模拟方法,以NREL 5 MW机组为对象,基于Simpack软件,建立风电机组整机气-弹-控联合仿真模型,分析紧急停机措施下叶片失效机组的动力学响应特征。在此基础上,通过参数化分析揭示了叶片失效所在相位角、叶片失效长度、风速、湍流度、顺桨速率、反应时间等多种因素对于叶片失效条件下机组动力学响应的非线性影响规律。提出一种发电机扭矩随风轮转速下降的优化停机方案,通过数值模拟得到的机组动力学响应曲线验证了该方案的有效性。

极端海况下风力机冲刷效应动力学响应研究

基于有限元方法建立考虑土-构耦合效应的壳单元模型,对不同海况下发生冲刷时的海上风力机进行动力学响应分析。结果表明:在常规和极端海况下,发生较大冲刷时,塔顶和桩基顶部峰值位移均有所增加,且桩基顶部峰值位移增幅更大,随着冲刷深度的增加,塔架水平位移均呈先增大后减小的趋势,桩基水平位移随冲刷深度的增加持续增大,不同冲刷深度下桩基最大加速度位置均发生在桩基顶部,塔架最大应力均出现在塔架底部;与常规海况相比,极端海况下风力机在启动后一直处于不稳定状态,最大加速度位于桩基中上部位置,且随冲刷深度的增加持续增大,桩基应力峰值位置由桩基顶部转移至中部。

压阻式加速度传感器动力学响应分析与验证

面向极端环境下压阻式加速度传感器的冲击动力学响应特性分析的需求,对其封装体结构建立多自由度动力学响应模型,利用矢量法并结合MATLAB软件进行数值求解,获得其敏感结构位移响应曲线,与霍普金森杆实测结果对比,表明该响应模型可有效表征受迫振动中加速度传感器敏感结构的动力学响应过程,为MEMS高量程加速度传感器的优化设计提供理论参考。

导引头伺服机构冲击环境动力学响应特性分析

导引头伺服机构是制导武器的关键核心部件,其在复杂严酷力学环境下,动态性能的优劣直接影响武器的制导精度。针对精密导弹伺服机构在高可靠、高精度指标下对动态性能与稳定性提升的工程需求,本文研究导引头伺服机构冲击环境激励动力学响应特性。首先,采用有限元法,建立导引头伺服机构的有限元仿真模型;其次,基于瞬态动力学理论,运用完全法进行冲击响应求解,分析其在不同方向的冲击动力学响应,得到局部刚度较差的关键薄弱位置,再次,对不同冲击参数和阻尼系数下的结构冲击响应进行分析,得到冲击响应的参数影响规律;最后,针对伺服机构关键薄弱环节弧形齿轮进行应力分布分析,研究轴承支承参数对弧形齿轮的影响规律。结果表明:弧形齿轮支承轴承越靠近右端效果越差,同时也间接影响了弧形齿轮的最大等效应力分布。本文研究可为航天精密伺服机构的动态性能优化与装配参数控制提供参考指导。

基于Abaqus仿真的QTZ200塔式起重机地震动力学响应分析

以QTZ200型塔式起重机为研究对象,对塔式起重机施加2组自然地震波,基于Abaqus仿真,用时程分析法计算塔式起重机在空载工况下对地震载荷的响应情况。计算结果表明:塔式起重机的应力最大值位于起重臂根部即回转中心附近,同时在塔底的应力集中也不可忽视;塔臂顶点在地震作用下产生的位移最大;X方向(即起重臂所在方向)加载对起重臂顶点的位移影响最大,是导致起重臂断裂的主要因素;X和Y方向加载引起塔顶的位移变化大小相近,均大于Z方向加载引起塔顶的位移;水平方向地震波使得塔身做水平方向的摆动,容易使塔机倾覆。

平台-隔水管-井口耦合系统动力学响应分析

平台-隔水管-水下井口耦合系统是海洋钻采作业的核心设备,共同构成了水下生产作业的作业空间,并为泥浆返回提供通道,其动力学响应对海洋平台安全和正常作业意义重大。为此,文章采用有限元软件对耦合系统开展仿真分析,探究不同平台运动幅值对耦合系统动力学响应的影响。结果表明:耦合系统响应为非线性响应,耦合系统动力学响应随平台顶部偏移量的增大而增大。

不同风况下半潜漂浮式风力机动力学响应分析

针对现有漂浮式风力机在风浪作用下运动响应较大的问题,提出一种具有圆台形浮筒的新型半潜式平台。基于FAST耦合水动力、空气动力和系泊系统等物理场,同时结合水动力学软件AQWA计算的频域参数对不同风况下漂浮式风力机动力学响应进行分析,并在额定风况下与OC4-DeepCwind漂浮式风力机进行对比。分析结果表明:不同风速对漂浮式风力机的纵荡、纵摇及艏摇运动影响明显,对垂荡运动影响较小;与OC4漂浮式风力机相比,新型漂浮式风力机在各风况下纵摇、横摇响应得到明显降低,具有良好的稳定性。

系泊配重对浅水区浮式风力机动力学响应的影响

安装于浅水区域的浮式风力机,需采用配重增强系泊恢复力和平台运动稳定性。为了获取有效的系泊配重设计,文章首先通过AQWA和OpenFAST开发了通用的浮式风力机一体化仿真程序OpenF2A,并基于WindFloat概念进行了重新设计,得到了偏心式平台设计方案;然后计算了风-浪联合作用下5 MW浮式风力机平台运动和系泊张力,定量分析了系泊配重质量的影响。结果表明:在不同风况下,配重对平台运动和系泊张力的影响一致;配重可降低平台纵荡,配重质量越大,纵荡越小;在额定风速下,当配重为65 t时,平台纵荡最大值和平均值分别降低了33.1%和49.1%;配重质量对下风向系泊张力影响较大,可增大系泊张力1倍以上。

风电半直驱增速齿轮箱动力学响应分析

本文基于某5.2MW风电半直驱主增速箱,利用精益传动软件建立动力学系统分析模型。先确定合理的齿轮修形参数,再以齿轮箱中的齿轮啮合传递误差作为激励,采用齿轮、轴、轴承和齿轮箱耦合的方法求得齿轮箱体表面节点的动力学响应,在壳体5个关键位置布置状态监测传感器,进行仿真分析。看各测点结果是否满足试验大纲要求,以验证设计方案的可行性。通过样机台架试验,将各测点仿真分析与试验结果的最大响应值作对比,以验证分析模型的可靠性。结果表明:各测点最大响应值的仿真分析与试验结果的误差不超过8.9%,仿真结果具有较高的可信度;且各测点仿真分析与试验结果均低于7.5m/s^( 2),满足振动加速度指标要求,说明方案设计的可行性,能够为风电齿轮箱的设计提供理论参考。

基于有限元的路基振动压实动力学响应研究

基于ABAQUS软件,建立“振动轮-土体”三维有限元模型,采用扩展线性DruckerPrager模型和三维一致黏弹性人工边界方法,对轮下土体的应力、接触力等振动响应进行分析,研究振动压实过程中轮土的相互作用及由此产生的动力学响应。结果表明:沿振动轮横向,在振动轮边缘处土体竖向应力会发生严重衰减,据此可确定振动轮的碾压重叠宽度;沿压实路径纵向,竖向应力的中心点位于振动轮质心点前方,这是由于轮土接触面倾斜所导致的;根据节点接触应力的时程曲线可以计算总接地宽度,但总宽度之中大约只有1/3可以产生有效压缩变形。

考虑SSI效应的地铁车站结构动力学响应分析

以北京地铁28号线京广桥站地下结构为工程背景,介绍了车站换乘厅结构所处的水文地质情况及结构设计方案,采用数值模拟的手段对结构施加地震荷载,分析考虑了土与结构相互作用SSI(Soil-Structure Interaction)效应下的车站换乘厅主体框架结构、地连墙以及桩基础的结构动力学响应。结果表明:①在车站换乘厅的框架结构中,底板所受内力大于顶板内力结果;车站换乘厅的下部地连墙所受到的内力均大于上部地连墙的内力结果;桩体承担的剪力均大于上部结构的剪力值。②三条地震波作用下的层间位移角结果均小于1/550,符合规范要求;在两条自然地震波作用下的顶点位移均呈现出“平稳-振荡-收敛”的变化趋势,而人工波作用下的顶点位移呈现出了一定的“振荡-收敛”趋势。虽然与自然波相比无平稳阶段,但是人工波作用下的顶点位移时程整体波形较为均匀。③三条地震波作用下的结构基底剪力与地震波的加速度浮动有关。考虑SSI效应后地铁车站换乘厅结构的地震响应更加真实,可以帮助工程中采取更有针对性的措施。

2008汶川M_s8.0地震发生的深层过程和动力学响应

汶川Ms8.0强烈地震发生在一条现今并不活动的龙门山构造带上,造成了以汶川、映秀为中心及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡.然而强烈震发生前却未见有可能的确切征兆或浅表层异常活动,即浅层过程与地震发生的深层过程并不匹配.为此对这次强烈地震"孕育"、发生和发展的深层过程进行了分析和探讨,初步研究表明:①在印度洋板块与欧亚板块陆—陆碰撞、挤压作用下,喜马拉雅造山带东构造结向NNE方向顶挤、楔入青藏高原东北缘,迫使高原深部物质向东流展,在受到以龙门山为西北边界的四川盆地阻隔下,一部分物质则转而向东南侧向运移;②龙门山地带在地形上差达3500±500m左右,而地壳厚度在龙门山西北部为60±5km左右,四川盆地为40±2km左右,而龙门山地带与其东、西两侧相比则为地壳厚度变化幅度达15～20km的突变地域,即为应力作用的耦合地带;③中、下地壳和地幔盖层物质以地壳低速层、低阻层(深20～25km)为第一滑移面,以上地幔软流层顶面为第二滑移面,且在四川盆地深部"刚性"物质阻隔下,深部壳、幔物质以高角度在龙门山构造带和四川盆地的耦合地带向上运移(或称逆冲),且在龙门山地表三条断裂构成的断裂系向下延伸到20km左右深处汇聚,二者强烈碰撞、挤压、震源介质破裂;在物质与能量的强烈交换下,应力得到释放,故形成了这次Ms8.0强烈地震.为此从深部初步揭示了这次强烈地震"孕育"、发生和发展的深层动力过程.

中国东部中新生代断陷盆地幕式裂陷过程的动力学响应和模拟模型

结合盆地充填和构造演化的整体分析并进行计算机定量模拟 ,揭示了中国东部中新生代断陷盆地的沉降 -充填、构造及热演化等对幕式裂陷过程的动力学响应 .渤海湾和江汉等盆地的整个裂陷期常表现出 3～ 4个裂陷作用幕 ,不同裂陷幕的断裂展布方向、岩浆作用、沉降中心以及沉积体系分布等都发生了明显变化 .如江汉盆地从白垩至新近纪同沉积断裂的展布就显示出从北西向北东向转化的趋势 .幕式裂陷构造沉降速率的变化控制着区域性 (二级 )沉积旋回和层序类型的发育和演化 ,强烈裂陷沉降幕常发育深湖盆型层序 ,而初始和晚期裂陷幕以发育浅湖和河流 -浅湖型层序为特征 .幕式裂陷过程不能用经典的单幕裂谷模型进行正确的描述 ;通过校正每一裂陷幕的初始条件和拉伸系数 ,建立了适用于幕式拉伸裂陷过程的多幕均匀瞬时拉伸模拟模型 .应用这一模型对莺歌海盆地的模拟分析揭示了多幕裂陷过程中岩石圈结构及深部热流等的演化趋势 。

秦岭造山带与沉积盆地和结晶基底地震波场及动力学响应

秦岭—大别造山带横贯中国大陆中部，并将我国东部分为南北两部；即华北克拉通和扬子克拉通.在南、北相向运动力系驱动下构成了一个极为复杂的复合、叠加构造带、成矿带和地震活动带.同时导致了该地域异常变化的沉积建造和强烈起伏的结晶基底.然而对它们形成的地球物理边界场响应，岩相和结构的异常变化尚不清晰，特别对盆山之间的耦合响应更缺乏深层动力过程的理解.为此本文通过该区榆林—铜川—涪陵长1000 km剖面的地震探测和研究结果提出：（1）沉积建造厚度变化为4~10 km，结晶基底起伏强烈，幅度可达4~6 km；（2）一系列基底断裂将该区切割为南鄂尔多斯盆地和秦岭北缘前陆盆地、秦岭—大巴造山带和南缘前陆盆地与东北四川盆地，其中前陆盆地为秦岭北渭河盆地和秦岭南通江—万源盆地；（3）秦岭造山带是北部华北克拉通向南推挤、南部扬子克拉通向北推挤下隆升的陆内山体，并构筑了其南、北前陆盆地；（4）秦岭造山带的南、北边界并非是一条边界断层，而应是包括前陆盆地在内的组合界带；（5）秦岭与大巴弧形山系源于同一深部结晶基底，即同根生.这一系列的新认识对深化理解秦岭—大巴造山带形成的深层动力过程和演化机理及厘定扬子克拉通的真实北界具有极为重要的意义.

基于车人碰撞事故重建的行人头部动力学响应

目的研究行人交通事故中,不同碰撞速度、不同车型及行人不同受撞击部位与行人头部损伤严重度的关系。方法通过MADYMO多刚体动力学软件对一起有视频的行人交通事故进行事故重建,获得初始和边界条件,然后通过获得的边界和初始条件进行不同车速(20、30、40、50、60 km/h)、不同车型(轿车、SUV型车、面包车)、行人不同受撞击部位(正面、侧面、背面)的模拟碰撞实验,对模拟碰撞实验中行人头部损伤情况进行分析,并利用两例真实行人交通事故对部分结果进行验证。结果不仅车辆碰撞速度、车辆前置结构影响行人头部损伤严重度,行人受撞击部位也是影响行人头部损伤严重度的重要原因。在碰撞速度≤30 km/h时,行人与地面接触造成的损伤可能比与车辆造成的损伤严重;碰撞速度≥40 km/h时,行人头部损伤主要是与车辆接触所致。结论利用监控录像能比较准确地开展行人交通事故重建,从而对行人动力学响应进行分析。在行人交通事故频发路段,对不同车型进行不同限速,能有效减小行人头部损伤的严重程度。

不同加载速率下煤岩采动力学响应及破坏机制

研究煤岩在不同加载模式与不同加载速率下采动力学响应及破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。基于塔山煤样,先后设计与开展了单轴拉伸与压缩、常规三轴及采动力学试验。获得了不同加载模式下煤样的力学特征参量和变形破坏特性。进一步对比分析了常规三轴试验与采动力学试验煤样变形特征的差异。得到煤样破坏前吸收能量密度随着轴向加载速率的关系,揭示了应力偏量是造成试样破坏强度和吸收能量密度提高的原因,是破坏产生的本质原因,但其受控于围压的临界值,及煤样损伤发生具有的时间效应。建立了采动力学条件下考虑加卸载过程中材料损伤的煤岩黏弹性模型屈服准则,包含有效体积应力的影响、应力差的影响、轴向加载速率的影响及围压卸载速率的影响,新的黏弹性模型屈服准则可以很好地解释加卸载速率引起的材料屈服强度变化。

青藏高原腹地东西分区和界带的地球物理场特征与动力学响应

青藏高原是东亚大陆一个特殊的块体,无论是介质属性,还是构造格局在深部与浅部都是不均匀的和各向异性的,其演化进程也是非线性的.基于综合地球物理场研究发现:青藏高原在NS向挤压和EW向扩张错综力系作用下,形成了东、西分区的构造格局,它们的界带位于900±20E的范围内,即表明青藏高原基本上为由三块(西、中、东)组成.在此界带与其东、西两侧的重力场、地磁场、地热场、地震波场、深部介质与结构和其物质组成的属性均存在着显著差异,表征出分区(界)的特异深层过程和动力学响应.