Mass-Spring-Damper Model with Steady State Parameters for Predicting the Movement of Liquid Column and Temperature Oscillation in Loop Heat Pipe

In order to investigate the mechanism of the temperature oscillation in loop heat pipes,this paper investigated the movement of the phase interface as the changed input power by a mass-spring-damper model.The model was solved with MATLAB and was used to explain the high-frequency and low-amplitude temperature oscillation.Temperature variation with the input power from 20 W to 75 W was investigated based on a LHP prototype in a literature.The model agreed well with the experimental data in the literature.The simulation results suggested that the movement of the liquid column was caused by the fluctuation of pressure difference applied on the liquid column and the stiffness coefficients of the vapor springs increasing with the input power.According to parameter analyses,the temperature oscillation at the outlet of the condenser can be weakened by increasing the mass of the liquid column and keeping the temperature at the outlet of the condenser steady.

新型扭转弹簧摩擦阻尼器力学性能的理论分析与数值模拟

基于扭转弹簧扭转后可以自复位的特性,提出了一种新型扭转弹簧摩擦阻尼器(TSFD)。首先阐述了TSFD的构造及其工作原理;其次构建了TSFD的简化力学模型和有限元模型,分别研究了摩擦系数、正压力和扭转弹簧刚度对TSFD力学性能的影响规律,并对比分析了TSFD力-位移滞回关系曲线理论分析结果与数值模拟结果。研究结果表明:TSFD具有良好的耗能能力、承载能力和自复位能力,此外,有限元模型得到的滞回曲线和理论曲线吻合较好,验证了其力学模型的精确性。

人体分布式动力学模型及其参数识别

建立人体动力学模型获取人体自振频率是土木工程、机械工程、交通工程、航空航天、康复医学等许多领域的共性科学问题,以往研究最常采用的弹簧-质量块-阻尼器集中质量模型,与实际人体质量、刚度沿身高的分布式特性并不相符。本研究提出含有生物自驱力的人体分布参数动力模型,理论上推导了自振频率的表达式,并据此提出了基于步态测试技术的频率识别算法。组织了247名测试者进行步态试验,识别了每位测试者的人体刚度和自振频率,进一步研究了识别参数的概率分布特征,并通过与以往研究结果对比、不同年龄段统计分析等,多角度验证了所提模型的合理性和适用性。

融合有限元理论的DMB方法及其在复杂超大型浮体上的应用

[目的]将有限元理论融入离散模块梁单元(DMB)方法,优化集中质量刚度矩阵的求解方式,以使DMB方法更易于处理复杂超大型浮体(VLFS)问题。[方法]使用三维势流理论进行水动力分析并给出水弹性方程;引入有限元理论,将每个子模块离散为若干微小梁单元以求解刚度阵,并基于子结构法和矩阵理论推导集中质量刚度矩阵;处理复杂边界条件时,根据边界约束模式,采用划零置一法或是直接在刚度阵中增加约束项进行处理;处理复杂连接条件时,首先更改节点编号,然后再根据连接件的特点建立连接件约束矩阵并将其融入总刚度阵中。[结果]使用DMB方法计算复杂超大型浮体的位移响应时,在边界条件选取固定端和弹簧−阻尼端、连接件选取铰接、刚性连接和弹簧阻尼连接等情况下,所得结果与直接法吻合较好。[结论]研究表明,融合有限元理论的DMB方法能够方便、快速、准确地处理复杂超大型浮体在多种复杂工况下的水弹性响应。

弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数研究

本文是针对变摩擦阻尼器无系统研究方法及具体规范的支撑。通过理论推导得出单自由度体系在谐振激励下结构位移、耗能比计算公式并确定摩擦系数、坡面长度、坡度和碟簧刚度等为影响弹簧-坡面变摩擦阻尼器力学性能的重要参数,采用自编程序对弹簧-坡面变摩擦阻尼器进行参数分析,研究结果发现:(1)弹簧-坡面变摩擦阻尼器摩擦系数宜取0.5以上;(2)宜适当增加坡面长度且平面段长度宜小于结构屈服位移;(3)当弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能不足时,宜优先考虑增大坡度;(4)当增大坡度仍无法满足弹簧-坡面变摩擦阻尼器耗能需求时,可考虑增大碟簧刚度。研究结果为实际工程应用中弹簧-坡面变摩擦阻尼器参数确定提供参考。

高速列车空气弹簧二系悬挂垂向振动规律研究

建立空气弹簧系统垂向非线性动力学模型和某高速列车动力学模型,根据空簧垂向振动传递试验结果,验证空簧非线性动力学模型的准确性,采用数值仿真分析空簧的垂向动刚度特性和振动传递规律。研究二系抗侧滚扭杆刚度、空簧节流孔直径和二系垂向减振器阻尼对振动传递规律的影响,对比不同二系悬挂结构对车辆动力学指标的影响,发现节流孔直径对空簧动刚度和传递率影响很大,减小节流孔直径会增大空簧垂向动刚度;采用节流孔方式有利于改善高频减振效果,采用二系垂向减振器有利于低频减振。研究结果表明:采用合适直径的节流孔可以实现和二系垂向减振器近似的振动传递率,且减小垂向平稳性指标值及车体垂向加速度值。

一种宇航轴向电涡流阻尼器的研究设计与试验

相比于传统阻尼器,电涡流阻尼器具有结构简单、寿命长、非接触、无摩擦、无磨损等优点[1],在振动控制领域方面未来具有很好的应用前景。在电涡流阻尼器设计时,最关键的阻尼器特性需要在永磁体厚度、导体材料及导体长度等体积和重量约束条件下不断优化迭代获得的最优结果才有意义。本文针对某宇航领域使用的阻尼器任务需求,采用Ansoft软件二维瞬态磁场分析和结构约束条件,提出一种空间结构紧凑的双弹簧片结构电涡流阻尼器方案,并重点分析对永磁体厚度、导体材料、导体长度以及铜磁间隙等相关参数与阻尼系数之间的变化规律,获得阻尼系数最优的阻尼器,同时进行了弹簧片形状和刚度设计。最后,根据相关理论分析和设计后采用半功率带宽法获得阻尼器的阻尼比、一阶固有频率和阻尼系数,并通过了刚度试验和寿命试验,最终符合任务要求。

惯容器及惯容器-弹簧-阻尼器悬架研究进展

介绍了惯容器和惯容器-弹簧-阻尼器(ISD)悬架的概念、提出背景及特点,总结了惯容器结构形式、动力学特征和非线性特性、频率响应特性和击穿现象。从ISD悬架结构形式、性能特点和网络综合理论的应用、ISD悬架空间布置和一体化设计等方面,系统说明了ISD悬架研究进展。归纳总结提出了惯容器及ISD悬架未来的5大研究方向,包括惯容器的创新设计、惯容器非线性研究、ISD悬架网络综合、ISD悬架的应用研究及ISD悬架一体化融合设计。

改进的ISD三元件车辆被动悬架性能的研究

根据车辆悬架系统的要求,对原始ISD三元件结构并联了"保护"弹簧,得到改进的ISD三元件结构,并基于这些结构,建立了车辆1/4模型;通过线性递增惯质系数的初步数值仿真,筛选性能较优的结构,再通过多目标优化算法,在保持主弹簧刚度不变的前提下,优化被动机械元件的参数。仿真结果表明,与带有相同主弹簧刚度传统被动悬架的车辆相比,带一种综合效果较好的改进的ISD三元件悬架的车辆的车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷均方根值分别降低1.49%、13.45%和4.77%,有效改善了车辆悬架的性能。

实时力反馈技术在手术仿真中的实现与应用

文章介绍了一种应用于手术仿真中的实时力反馈技术。主要讨论了其实现的步骤过程和系统仿真结构,分析了其采用的质点-弹簧-阻尼器物理仿真模型,并描述了手术仿真中虚拟手术器械挤压软组织模型的面弹力和在软组织表面上的粘滞摩擦力的实现原理和方法,同时,为手术仿真中实时力反馈的实现和应用提出了一种解决的方案。

基于剪力铰的浮置板轨道减振性能优化分析

采用弯剪弹簧阻尼单元模拟剪力铰对浮置板板端位移的约束作用,建立剪力铰连接条件下列车—钢弹簧浮置板轨道模型。采用模态分析法和Newmark-β法求解列车—浮置板轨道的动力响应,研究剪力铰对列车和轨道减振效果的影响,并通过不同剪力铰参数组合下的车轨动力响应分析,进行剪力铰参数组合的优化。结果表明:无剪力铰情况下,车轨动力响应在板端处均较其他位置处明显偏大,其中,板端处钢轨位移幅值较非板端处增大了57.6%,对列车长期运营及乘客舒适度造成不利影响;将剪力铰设置于浮置板板端位置,可减小板端轨道整体刚度的不连续,从而减小车轨动力响应;剪力铰的抗弯刚度可有效提高浮置板轨道的整体刚度,剪力铰的抗剪刚度则可有效降低板端位移差;通过对响应幅值的统计分析,得到在105~1012量级范围内剪力铰的抗弯刚度和抗剪刚度的最优组合为抗弯刚度5 000 MN·rad-1、抗剪刚度5 000 MN·m-1。

动力机器基础振动与设计若干问题的讨论

讨论了《动力机器基础设计规范》(GB 50040-96)中的若干问题,包括质-弹-阻模型、地基动力参数、荷载组合和基础的构造要求等几个方面。对动力响应,基于弹性半空间理论定义质-弹-阻模型中引入的各个参数(频变),基于该模型计算稳态荷载或暂态荷载作用下基础的动力响应;引入承载力、变形和稳定性等的验算,并在基础的形状尺寸、埋深、材料、配筋等构造方面为设计人员提供指导;对基础的重要程度进行分类,对重要基础,特殊场地条件下的基础,建造时宜考虑沉降等观测手段,及可改变基础固有特性和加固维修等相关的措施。

基于分布式弹簧-阻尼单元的桥头跳车动力荷载分析

对车辆桥头跳车问题,提出一种分布式弹簧-阻尼单元,该单元可以考虑车轮-路(桥)面接触长度和车轮的动力特性。基于此单元,结合车辆有限元动力分析,可对车辆上、下桥头错台时的竖向动力荷载进行定量研究。实例分析表明:①分布式弹簧-阻尼单元由于考虑了桥头跳车时车轮与桥面的接触长度,所得的车轮竖向动荷载比以往方法有所降低;②桥头错台跳车造成的竖向轮载冲击系数可能超过我国和美国桥梁规范设计值,需要引起重视;③下桥跳车时车轮动荷载降低,可能造成车轮脱空,影响行车安全性;④跳车动力荷载与行车速度、错台高度等因素有关,相关参数分析有利于对桥头错台高度和行车速度进行合理控制。

降落伞主充气阶段数值模拟

建立了降落伞主充气模型。前体、伞绳及伞衣离散为一系列弹性连接的质量节点,伞衣内部流场为二维无粘、不可压流。利用模型计算了主充气阶段伞衣形状变化、伞衣投影面积变化及伞绳张力。计算结果与试验结果进行了比较,相当吻合。

液压互联ISD悬架系统模式切换研究

为实现液压互联ISD悬架全局工况最优,提出一种基于模糊控制的液压互联ISD悬架系统模式切换控制策略。研究液压互联ISD悬架系统工作原理,仿真对比液压互联ISD悬架两种工作模式力学特性,确定模式切换参数,并设计悬架工作模式识别以及模式切换控制策略,针对液压互联ISD悬架工作模式构建液压互联ISD悬架模糊控制器,并进行整车仿真分析,仿真结果与预期基本一致。在此基础上设计液压互联ISD悬架样机,进行台架试验,验证了所提出的液压互联ISD悬架系统模型的正确性以及模糊切换控制方法的有效性。

基于惯质耦合振动作用的车辆ISD悬架性能研究

为研究惯容器与车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统耦合振动作用关系及其对悬架性能的影响,定义了惯质耦合系数,其表征了惯容器的质量阻抗与车身质量的耦合效应对悬架振动传递特性的影响程度。采用传递函数法和状态空间方程法分别建立了车辆1/4悬架的频域和时域模型,在此基础上仿真分析惯质耦合系数对悬架性能的影响。结果表明:与等刚度传统被动悬架相比,惯质耦合系数的增加可有效改善车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷在低频共振处的振动传递幅频特性,其幅频峰值分别降低了45.94%、37.5%和51.11%;车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷均方根值分别降低了5.41%、36.36%和6.19%,有效改善了车辆平顺性。

基于多体系统动力学和有限元法的联合仿真在车桥耦合振动研究中的应用

为了实现车桥耦合振动精细化仿真研究,利用多体系统动力学软件SIMPACK建立完整的车辆空间模型,采用空间杆系和板壳混合单元有限元方法建立桥梁的动力分析模型;然后将车辆和桥梁两个子系统在轮轨接触面离散的信息点上进行数据交换,实现车桥耦合振动联合仿真分析。以高速铁路上的简支梁桥为研究对象,采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了弹性轮轨接触时动车组列车以不同车速通过桥梁的空间耦合振动响应,证明了该研究方法的可行性。

汽车空气悬架研究进展：零部件与系统

回顾了汽车空气悬架发展的历史,对汽车空气悬架核心零部件和系统的先进技术和研究进展进行了综述,包括空气弹簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、常规空气悬架、电子控制空气悬架(ECAS)、驾驶室和座椅空气悬架。分析了中国汽车空气悬架从关键零部件到系统研发过程中,尚存在的主要问题和技术难点,并对后续产品的发展方向、技术研发提出了建议:提高空气弹簧的服役疲劳特性,加大带附加气室、内置高度控制阀等复杂产品的研制和应用力度;加大电控液压减振器/减振支柱的研制力度,尽早形成自主产品目录和标准,促进进入批量生产与应用;坚持空气悬架系统的自主研制,积累研发经验和创新,有效降低时间价格成本;ECAS技术除了要加强关键零部件的研制、车辆动力学控制技术性能的提升之外,还要形成针对不同车型的快速设计和匹配能力,加强零部件与系统故障模式、诊断经验的积累,增强ECAS在各种复杂服役条件下的可靠性与安全性。

拱坝横缝间附加弹簧、阻尼的减震计算

建立有横缝拱坝的组合接触界面模型和界面间附加减震弹簧、阻尼的地震反应有限元计算模型,并将其应用于高拱坝减震措施的实际工程计算中。首先针对拱坝横缝在地震荷载作用下所处力学状态,提出一个组合的横缝非线性抗拉接触界面模型,该横缝界面模型的特点是,它即能体现横缝的强度效应,又能反映横缝被拉开后的张合、摩擦过程。在接触约束条件的罚函数处理方法基础上,建立拱坝横缝结点对之间附加减震弹簧、阻尼器的计算处理方法。在拱坝结构布置上通过布设阻尼器和弹簧的方式降低地震对拱坝强度的不良影响,达到提高坝体横缝的抗拉能力以及减震、优化高拱坝结构设计的目的。数值解计算反映出,拱坝横缝间附加弹簧、阻尼对于改善地震动作用下高拱坝结构整体的应力分布状况具有较明显效果。

弧形螺旋弹簧弹性特性分析方法研究

采用离散化分析方法,推导出弧形螺旋弹簧弹性特性的解析表达式,分析了扭振减振器转速对弧形螺旋弹簧弹性特性的影响,结果表明其刚度是随转速升高而增大的。通过与实验结果对比,验证了理论分析结果,进一步对弧形螺旋弹簧的非线性弹性特性进行了分析,并从工程应用角度进行了简化讨论。