一种Birkhoff形式下结构动响应问题的保辛中点格式

结构动响应预测是结构设计的基础,是结构振动控制、载荷识别的前提。本文在辛体系下针对结构动响应问题,提出了一种Birkhoff形式下的保辛中点格式。首先引入状态变量,并基于摄动方法将结构动响应方程转化为线性自治Birkhoff方程的形式,进一步利用中心差分推导出线性自治Birkhoff方程的中点格式,其证明是保辛的。该格式不要求Birkhoff方程系数矩阵非奇异,因此适用于奇数维系统。两个不同数值算例的结果充分验证了本文方法的卓越性,也凸显了相对于传统算法在计算精确度和稳定性方面的明显优势。

舰船舱内爆炸载荷下Y形夹层板动响应及抗爆性能影响因素

针对反舰武器攻击下舰船结构抗毁伤防护问题,采用小型舱室模型实验结合有限元数值分析的方法,分析不同爆距下Y形夹层板结构的动响应特性,总结得到Y形夹层板结构面板的7种变形模式,发现面板变形模式与爆距和与其相连芯层刚度的相对强弱有关,爆距较小时面板易发生局部隆起变形,爆距较大则易发生整体碟形变形或板格变形,芯层强、面板弱时面板易发生板格变形,面板强、芯层弱时则易发生整体碟形变形,迎爆面板和V形芯层的刚度较大时背爆面面板则发生整体碟形变形。总结了Y形芯层在舱内爆炸载荷作用下的3种典型变形情况,即V屈曲I失稳、V屈曲I不变、V不变I不变;探究了迎爆面面板厚度、V形芯层厚度和I形芯层厚度对Y形夹层板结构抗爆性能的影响,发现增加迎爆面面板厚度和I形芯层厚度都可以显著降低背板变形,但增加迎爆面面板厚度会使得结构总吸能降低,增加I形芯层厚度则结构总吸能基本不变,增加V形芯层厚度则V形芯层吸能急剧下降,背板最大变形先增加再减小,结构总吸能下降。

基于双向流固耦合的旋翼振动响应及噪声仿真分析

为精确预估流固耦合效应对旋翼桨叶振动响应及噪声计算的影响,本文建立了计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)模型和高精度结构有限元模型,基于弱流固耦合方法完成了旋翼单向及双向流固耦合计算,并采用基于Kirchhoff方法对FW⁃H方程进行求解,分析了旋翼近场旋转噪声。首先,基于地面模态分析试验对桨叶结构有限元模型进行高精度建模,同时完成旋翼旋转状态的CFD计算,并采用两种网格映射方式和四点插值法进行流场与结构的数据传递,完成了旋翼单向稳态及单向瞬态流固耦合分析。然后采用双向弱流固耦合方法计算结构动响应及非定常流场,分析比较单、双向流固耦合计算方法下桨叶振动响应的差异。最后,基于单、双向流固耦合计算得到桨叶表面的时变气动压强,计算旋翼旋转噪声,分析比较单、双向流固耦合计算方法的旋转噪声大小及分布特征。结果表明,文中基于高精度桨叶模型及双向流固耦合方法计算出的桨叶动响应及噪声分布符合悬停旋转噪声规律,可为未来桨叶结构设计、强度校核及噪声预估提供参考。

冲击载荷下蓄液结构动响应及防护机理的研究进展

工程实际中,飞机油箱、船舶液舱、油液储罐等各类蓄液结构可能面临炸药爆炸冲击波、弹丸侵彻等冲击载荷的威胁。在冲击载荷作用下,蓄液结构的动响应受载荷特性、结构形式、充液方式等多种因素影响,相应的结构防护机理涉及多相介质的流固耦合、波在不同介质中的传播、液体介质的空化、结构动态力学特性等多个科学问题。针对冲击载荷下蓄液结构的动响应及防护机理,总结了工程领域中典型的蓄液结构形式,分析了各类蓄液结构在爆炸冲击波、弹体侵彻及其联合作用等载荷下的结构动响应过程、结构破坏模式、载荷耗散过程、能量转化与吸收过程,总结了蓄液结构的冲击动响应特性,归纳了蓄液结构对各类冲击载荷的防护机理,从结构构型、结构动响应、理论研究方法、抗冲击防护技术等方面对蓄液结构抗冲击防护研究进行了展望。

水下爆炸作用下结构弹塑性动响应数值计算方法

针对水下爆炸强冲击载荷作用下结构塑性永久变形问题,建立流固耦合数值计算模型,采用二阶双重渐近法(DAA2)对流固耦合模型解耦,流体和结构数值模型利用分部法交错计算。流体部分对结构湿表面建立边界元模型,通过Newmark时间积分法求解二阶DAA方程;结构部分基于考虑弹塑性效应的任意参考构型理论建立了有限元运动方程,采用前增量位移时间积分法进行显式求解,避免流固耦合数据交互过程中的迭代修正以简化求解流程。对水下爆炸结构动响应问题进行数值模拟,并与理论及试验结果进行对比。结果表明,在水下爆炸产生的强冲击载荷作用下结构会发生永久塑性变形,本研究方法计算得到的位移、速度、应力等结构响应量与相关参考结果相吻合。表明发展的水下爆炸流固耦合求解方法可准确模拟强冲击载荷作用下的结构弹塑性动响应,拓展了DAA2方法的应用范围。

变弯度柔性后缘机翼动响应减缓试验

变体飞行器能显著提升飞行器的气动性能,而变弯度柔性后缘是实现变体飞行器的重要方式之一。为探究柔性后缘动态偏转下机翼动响应特性及减缓效率,设计了一个变弯度柔性后缘机翼模型并开展了风洞试验。该机翼模型由承弯翼梁和6个3D打印的翼段组成。其中,2个翼段后缘分别设计2个变弯度柔性后缘舵面,这2个舵面分别用于动响应激励和动响应减缓控制。变弯度柔性后缘舵面由数字舵机、柔性索、波纹板结构和聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性蒙皮组成。对变弯度柔性后缘进行地面静态偏转试验和地面动态偏转试验测试,以研究后缘弯度变形规律及舵机动态时滞特性。在此基础上,在低速风洞试验中研究变弯度柔性后缘机翼动响应规律和基于变弯度柔性和闭环反馈控制的动响应减缓效率。风洞试验结果表明:机翼的翼尖加速度响应及翼根弯矩在频率为1.5~4 Hz时先增大后减小,并在接近机翼一弯频率时达到峰值。采用PID控制律和变弯度后缘进行闭环反馈控制后,在风速20 m/s、扰动频率2.2 Hz时翼尖加速度最大减缓效率达到70.18%,翼根弯矩的最大减缓效率为68.14%。此外,还提出了动响应减缓效率为正值的理论公式并分析了动响应减缓效率的影响机制和因素。

宽浅吃水船型单舱空爆动响应特性分析

冲击动响应是进行舰载设备抗冲击评估的重要输入。本文采用流固多场耦合数值仿真模拟宽浅吃水船型遭受空爆打击,计算距爆点不同距离位置处的冲击动响应并转化为冲击环境,得到空爆打击下宽浅吃水船型动响应的衰减规律,研究结果可为舰载设备抗冲击设计提供载荷输入,同时可为宽浅吃水船型总布置设计提供参考。

矿山水文地质结构及其采动响应分析

在自然环境被破坏与污染情况严重的情况下,矿山的水文地质结构同样具有一定的变化性,为了满足社会发展建设的需要,矿产资源得到了深度的开发,但是在开发过程中也带来了一系列的问题,导致矿产资源受到环境以及开采技术缺乏科学性的威胁。因此,矿产资源的开采人员需要重视矿产资源保护的重要性,加大矿产资源的保护力度,依据实际矿产资源的开采现状,优化矿产资源的开采措施,在此基础上不断提升矿产资源的开采水准。矿山灾害的发生对矿山水文地质结构产生直接性的影响,针对相关的灾害性问题,相关矿产资源开采者应当深入地分析矿山水文地质结构中灾害的主要类型,同时积极探寻其发生原因,提高自身矿业资源开采的环境和安全意识,根据当前水文灾害发展现状,从覆岩、底板以及地质结构上对采动响应进行科学化的分析。

客机起落架地面载荷及机体动响应分析方法研究

基于Adams柔性系统动力学,考虑起落架结构柔性及轮胎的影响,研究了起落架动力学建模及落震仿真方法,仿真结果通过了落震试验的验证。基于Adams模态叠加理论开发了新的弹性结构瞬态响应计算方法,通过MSC Nastran动响应分析方法进行了验证。装配起落架并耦合柔性机体,在Adams中建立整机着陆动力学仿真模型,动着陆分析结果与MSC Nastran机体动响应结果进行了对比验证。不仅新的计算方法证明是可行的,起落架地面载荷与机体结构动响应分析还能够在一个模型一个流程中完成,具有较强的工程实用价值。

载人航天某装置随机振动响应分析与结构修改

根据随机振动响应分析基本原理,基于HyperWorks平台对正在研制的载人航天某装置进行随机振动响应分析,分析结果表明关注点的加速度均方根响应值放大倍数满足要求,但是部分安装孔位置处响应均方根应力值过大,根据仿真结果对其提出了局部改进意见,在设计阶段即可对产品进行调整修改,以节省研制周期与成本.本文基于随机振动动力学响应的分析与结构修改可以给同类产品的研制及改进提供参考.

高速下过渡段路基动响应特性研究

通过现场实测,对秦沈客运专线动力分散型机车在某路桥过渡段高速行车条件下的动响应(动应力、动应变)规律进行了研究。研究表明:路基最大动响应曲线与平均动响应曲线变化趋势相同;对于相同行车速度,纵向(沿线路基床水平方向上)动响应曲线呈"V"形变化、动响应增量曲线呈不规则"N"形变化,而垂向(与地面铅垂方向上)则是随深度的增加动响应呈衰减趋势,并且在基床面浅处(0.6m左右)衰减幅度较大;纵向、垂向上的动响应都有随车速提高而减小的趋势,并且其减小幅度与车速高低紧密相关。同时,提出了预测过渡段路基动响应变化趋势的列车轴重变化系数计算公式,以及"超高"填筑路基减小过渡段沉降差值和动响应的设计思路,研究结果为高速铁路过渡段的设计与施工提供了重要基础。

舰船砰击载荷及结构动响应研究综述

砰击是个强非线性现象,严重砰击引起的船体局部和整体结构的动响应会威胁船舶结构强度,该问题一直深受船舶设计者和研究人员的重视。文章侧重从结构动响应角度,从理论分析、数值模拟以及实验三方面,综合分析了国内外在该领域研究进展,指出尚待解决的问题和今后的研究方向。

矿山水文地质结构及其采动响应

本文以谷德振先生创立的岩体工程地质力学理论为指导,在水文地质结构概念的基础上提出了矿山水文地质结构的概念,结合我国煤矿的宏观地质背景及矿山水害的研究基础,基于矿山水文地质结构对矿山水害类型进行了重新划分。从突水水源、导水通道以及采掘活动3个致灾危险源出发,结合矿山突水溃砂灾害、底板突水实例,对矿山水文地质结构的采动响应进行研究,为矿山水害防治和矿山安全地质工作提供了一种新的思路和途径,显示了岩体工程地质力学在煤矿水文地质工程地质研究中的重要指导作用和强大的生命力。

高速铁路路桥过渡段路基动响应特性研究

通过现场实测,对秦沈客运专线动力分散型机车在某路桥过渡段高速行车条件下的动响应规律进行了研究。分析了沿路桥过渡段线路纵向的动应力分布规律、列车速度和动应力的关系,以及动应力沿路基深度方向的变化规律等。分析表明:沿铁路线纵向随车速的增大,动应力有不同程度的增加;动应力随路基深度的增加衰减很快,并且随着深度的增加,动应力值和静态应力值越来越接近;过渡段路基速度动力系数小于0.3,用速度动力系数能够直观地表示速度对路基的动力作用。

水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及动响应研究进展

为探究水下接触爆炸载荷对大型舰船水下舷侧多舱防护结构毁伤的研究进展,从水下接触爆炸下多舱防护结构载荷特性及结构动响应2个方面综述国内外研究现状。对水下接触爆炸产生的冲击波载荷、复杂边界条件下的气泡载荷及高速破片侵彻液舱引起的冲击波载荷的研究现状进行综述;同时对水下接触爆炸下多舱防护结构的舷侧外板结构(背空板)、液舱结构及夹芯结构的响应研究现状分别进行综述。总结国内外学者对相关问题的研究成果,指出目前研究工作中存在的盲点,提出需要进一步研究和解决的问题,旨在为多舱防护结构的研究、设计和优化工作提供参考。

刹车荷载反复作用下沥青路面剪切动响应三维有限元分析

为了揭示刹车反复作用下沥青路面剪切动响应力学行为特征,应用ABAQUS建立了典型半刚性基层沥青路面三维计算模型,针对沥青路面剪切动响应控制性外部影响因素,以及单次及反复刹车作用下沥青路面剪应力与水平位移变化规律进行了数值模拟分析。计算结果表明:加速度和阻尼比对路面结构残余水平位移存在较大影响;刹车作用效应随着深度的增加而迅速衰减,路表呈现为波浪形的剪切推移变形特征;反复刹车导致沥青路表残余变形缓慢累积,作用次数达到106次后可形成波浪形车辙病害。

云桂高速铁路新型全封闭路堑基床动响应特性研究

膨胀土地区路堑基床病害是高速铁路建设中倍受关注的问题。结合云桂高速铁路工程实际,以典型膨胀土新型路堑基床为基础,借助有限差分软件FLAC^(3D),建立了三维路堑基床动力分析模型,探讨了列车荷载作用下新型全封闭路堑基床动力特性,并结合现场试验进行了分析。分析结果表明:数值模拟结果可较好地反映基床动响应变化规律,且与现场实测变化趋势相同;基床竖向动应力随深度呈指数型衰减,基床竖向动位移随深度呈幂函数型衰减;路基面动位移值为0.95 mm,满足高速铁路规范要求;基床动响应特征受服役环境影响显著,浸水条件下会引起基床表层动应力及振动速度增大;铺设防排水结构层可改善基床内的动应力分布,并减小路基面的动位移及增强基床抗振性能。研究成果可为膨胀土地区高速铁路工程实践及理论研究提供参考。

水下接触爆炸下液舱前置型防雷舱的动响应分析

为探讨防雷舱结构设计,采用有限元方法对同一防雷舱结构的典型模式和液舱前置模式进行数值仿真计算,通过对典型模式与实验结果的对比,验证了数值计算方法的有效性。着重分析了液舱前置对防雷舱结构动响应过程、失效模式及防护效能的影响,并分析了其形成机制。从结构破坏过程、载荷特性、吸能特性三个方面对比了两种模式的差异,探讨了两种模式防雷舱结构的防护机理,为舰船水下舷侧防护结构的工程设计提供了参考。

基于体积应变含瓦斯煤增透率模型及采动响应研究

为获得含瓦斯煤开采过程中渗透率的采动响应规律,从孔隙率的基本定义出发,通过引入增透率来反映单位体积改变下煤体渗透率的变化,建立了基于体积应变的含瓦斯煤增透率模型。基于增透率模型,结合工程实例采用Comsol Multiphysics模拟了含瓦斯煤开采过程中增透率的变化规律,并开展了增透率采动响应的试验研究。研究结果表明:增透率模型可对采动裂隙网络形成的煤层透气性进行定量评价研究,采动是影响含瓦斯煤增透率的关键因素,受采动影响,煤体体积应变、增透率的变化规律均基本一致,煤体膨胀变形、增透率随采煤工作面的推进逐渐增大,增透率的变化滞后于体积应变的变化,且越靠近工作面煤层增透效果和瓦斯抽采效果越好;沿煤层倾向,回风巷侧最大瓦斯抽采量大于运输巷侧,煤体增透率亦大于运输巷侧。依据增透率的采动响应规律调整瓦斯抽采孔与工作面的角度,可增加抽采量,降低工作面瓦斯浓度。

用子结构模态综合法求解光学反射镜组件结构动响应

在航天光学成像仪器中光学反射镜组件结构复杂,相应的有限元分析模型大,因此分析效率较低。针对此问题,引入子结构模态综合法作为光学反射镜组件结构动响应的求解方法。具体讨论了子结构模态综合法求解结构动响应的基本原理,说明了该法在工程上的实现方法。以某反射镜组件为例进行了计算,结果表明,子结构模态综合法与经典的整体FE分析法比较,求解的前10个固有频率误差小于7%,计算时间前者为后者的2/3;加速度响应曲线符合良好,计算时间前者为后者的2/5,子结构模态综合法的计算效率明显提高,工程适用性良好。