Research of the Issue of Lightening the Construction of the Gin Saw Cylinder

The article investigates the problem of lightening the construction of the saw cylinder of the gin by drilling a central longitudinal through hole on the shaft and cutting circular holes on the saw blades. This is accompanied by a relatively large decrease in the mass of the saw cylinder and a relatively smaller decrease in the axial moment of inertia of the cross-sectional area of the shaft, which provides the maximum deflection of the saw cylinder under the action of its own gravity in the middle of the span is from 0.450 mm to 0.406 mm.

变截面门槛梁刚度分析及优化设计

针对传统刚度分析方法在滑板底盘设计开发初期难以快速分析出变截面门槛梁弯曲刚度,以及刚度分析结果未达到设计目标值时优化方向不确定的问题,提出一种数值法与解析法相结合的半解析法并指明了优化方向。通过半解析法求得变截面门槛梁的弯曲刚度值,经分析可知其能够达到设计开发目标;利用有限元软件建模验证半解析法的准确性,结果表明误差在可接受范围内,证实了半解析法的有效性和可行性;提出了在设计允许范围内减小长度或增加截面惯性矩的优化建议,用以指导设计人员提升门槛梁的弯曲刚度,进一步优化车辆性能。

方拱形波纹钢管廊弯矩解析解及断面参数研究

方拱形结构因空间利用率较高而广泛应用于我国地下综合管廊的建设中,但其结构承载特征、力学机制及相关设计方法研究尚少。为研究方拱形波纹钢管廊结构弯矩的解析计算理论以及合理的断面形式,利用结构力学、土力学基本理论和相关规范,推导方拱形波纹钢综合管廊的弯矩解析解,并用二维平面应变模型对弯矩解析式的正确性进行验证,同时建立不同管顶覆土深度的方拱形波纹钢管廊三维地层-结构有限元数值模型,将数值分析结果与弯矩解析式计算的弯曲应力进行对比,分析弯矩表达式的适用覆土深度,基于弯矩解析表达式对管廊断面参数进行优化分析,并给出推荐断面参数范围。研究表明:1)方拱形波纹钢综合管廊的弯矩解析解与数值解相吻合,理论计算的弯矩与数值解的最大误差为5.79%;2)弯矩解析表达式的适用覆土深度为H≤10 m;3)针对依托工程,计算结果表明管廊断面矢跨比、顶板和侧板跨度比均处于0.6~0.8,管廊结构弯矩分布较合理,有利于保障结构安全。

基于火箭简化模型的多状态模型修正研究

火箭发射过程中燃料的不断减少导致火箭结构不断变化,结构的固有频率和模态振型也会随之变化。针对有限元模型的不准确性,以截面惯性矩为修正参数,不同状态下数值仿真结果与试验测试结果的误差最小为目标函数,建立多状态模型修正的优化模型。通过灵敏度分析和一阶泰勒展开对目标函数进行显式化处理,并利用序列线性规划求解得到设计变量的最优解。同时对于多状态结构,以多截面简支梁模型为例,利用锤击法对简支梁进行试验,设计磁吸重物方案模拟多状态模型,以单截面简支梁试验的前4阶频率为目标函数建立优化模型,经过修正将多截面简支梁模型修正为单截面简支梁模型,并且符合截面惯性矩与面积的比例,验证了多状态模型修正方法的准确性。

电磁轨道炮不同截面轨道的特性分析

轨道是电磁轨道炮的重要部件,其性能优劣直接影响轨道炮的发射性能。在传统矩形截面轨道的基础上,设计了凸形和凹形两种不同截面形状的轨道,求解了等高等面积条件下每一种截面的惯性矩,得到了截面参数的最优解。对于每种不同的形状,利用有限元软件MAXWELL对轨道表面电流密度分布进行了三维数值仿真。通过对不同形状轨道的机械和电流特性的对比分析得出:凸形截面轨道具有最大的惯性矩,可以提高电枢的临界速度;而且轨道表面电流密度分布最均匀,枢轨间电接触性能和电流密度分布最好,能很好地抑制烧蚀和电枢局部熔化,因此更适合用于电磁轨道发射。

考虑转动惯量和剪切变形耦合的铰接吊杆索力实用计算公式

基于结构振动理论,在考虑抗弯刚度的既有铰接吊杆索力计算公式的基础上,建立考虑转动惯量和剪切变形耦合影响的铰接吊杆索力实用计算公式.在均不考虑上述因素时,该公式即为经典弦振动公式;不考虑转动惯量和剪切变形耦合影响时,其为目前较为常用的只考虑抗弯刚度的弦振动理论公式.室内试验应用该公式计算的3根不同长度索的索力值与实测结果的误差为0.60％～4.57％,验证该公式是合理的.应用该公式对兰新铁路第二双线一座跨度为128m的系杆拱桥进行吊杆索力分析.结果表明：计算值与实测值误差为1.07％～3.92％,说明该公式计算精度较高.建议在实际索力控制中,考虑吊杆的抗弯刚度、转动惯量和剪切变形耦合作用对吊桥索力的影响.

现浇X型混凝土桩截面几何特性研究

基于X型桩截面的外包方形截面边长、开弧间距及开弧弧度3个控制变量,推导X型截面面积、周长表达式,建立X型桩截面惯性矩的数值计算方法。X型桩的截面面积及截面惯性矩随外包方形截面边长和开弧间距的增大而增大,随开弧弧度数的增大而减小;周长随X型桩截面3个控制变量的增大均增大;周长与面积比随外包方形截面边长和开弧间距的增大而减小、随开弧弧度数的增大而增大。截面面积相同时,X型桩的周长及截面惯性矩均比圆形桩和方形桩大,且比值均随外包方形截面边长及开弧弧度数的增大而增大,随开弧间距的增大而减小。可见,截面面积相同时,X型桩的侧摩阻力大于圆形桩和方形桩,单桩承载力高。

考虑气动加热和变截面惯性矩的高超声速飞行器建模与分析

由于高超声速飞行器弹性机体/发动机的高度一体化设计,使得此类飞行器的动力学建模与控制较为复杂,而作为控制的基础以及面向控制的总体优化设计都需要建立高精度的动力学模型。首先,建立了考虑气动加热和变截面惯性矩影响的高超声速飞行器自由梁结构弹性模型,分析了气动加热和变截面惯性矩对飞行器振型的影响,得出了气动加热对振型影响非常小且振型引起的攻角变化很小,变截面惯性矩对飞行器的振型影响较大且振型引起的攻角变化较大的结论。然后,建立了考虑气动加热和变截面惯性矩影响的自由梁高超声速飞行器动力学模型,对考虑气动加热和忽略气动加热、恒截面惯性矩和变截面惯性矩对应的动力学模型进行了零极点分布对比分析,得出了气动加热对飞行器的纵向动态特性影响很小,变截面惯性矩自由梁对应的高超声速飞行器在特征点处开环不稳定性更大和非最小相位行为约束变弱的结论。

斜腹板箱形截面的扭转几何特性

根据薄壁箱梁约束扭转理论中的几何特性计算过程,推导斜腹板双室箱形截面的扭转中心、主扇性坐标及主扇性惯性矩的实用计算公式,数值算例验证所推导公式的正确性。以所推导的实用公式为基础,结合数值算例,详细分析斜腹板倾角、悬臂板宽度及梁高等参数变化对斜腹板双室箱形截面的扭转中心、主扇性坐标及主扇性惯性矩的影响规律。研究结果表明:扭转中心至顶板中面的距离随着斜腹板倾角的增大而增大,但该距离与梁高之比却随着梁高的增大而减小;随着悬臂板宽度的增大,悬臂板自由端处的主扇性坐标将显著增大;随着斜腹板倾角的增大,主扇性惯性矩具有先增大后减小的变化规律;当悬臂板宽度较大时,主扇性惯性矩随悬臂板宽度的增大而迅速增大,梁高较大时主扇性惯性矩的增大程度尤为显著。

任意角度水平向荷载下现浇X形桩力学特性研究(Ⅰ)：惯性矩

现浇X形桩是为了提高单位混凝土承载力性能而开发的一种新型桩,异形横截面在确保桩周周长的前提下,能有效地减少混凝土用量;但目前针对异形横截面对水平向承载力特性影响方面的研究相对较少。基于X形横截面的3个控制参数:外包圆直径、开弧间距和开弧弧度,建立任意方向轴惯性矩控制方程,并分析X形横截面3个控制参数对截面轴惯性矩的影响规律。最后,提出控制截面面积或周长情况下X形截面惯性矩的最优化设计方案。研究结果表明,X形截面惯性矩随着开弧角度、开弧间距的减小而增大,随着外包圆直径的增大而增大。因此,在等混凝土材料用量或者控制桩周长情况下,适当增大外包圆直径、减小开弧角度和开弧间距有利于提高X形截面轴惯性矩,从而提高X形桩整体水平向承载力。

矩法评定活塞裙部横截面线轮廓误差

本文通过组合应用矩法与最小二乘法,提出了求解被测活塞裙部横截面理想线轮廓的方法,并对评定活塞裙部横截面线轮廓误差进行了讨论。

波纹钢板截面几何性质计算

在应力和应变计算中,将要用到截面的几何性质。以材料力学为基础,计算了波纹钢板的截面面积、惯性矩、截面模量、回转半径,同时也介绍了利用CAD软件计算图形的几何性质。最后通过算例验算计算公式的正确性。

梅花型混凝土桩截面几何特性

为便于梅花型桩设计计算,基于梅花型桩截面的外切圆半径和开弧弧度2个控制变量,研究梅花型桩的截面面积、周长以及截面惯性矩特征,分析2个控制变量对截面几何特性的影响规律,将梅花型桩与圆形桩进行了对比分析。结果表明:梅花型桩的截面面积、周长随截面外切圆半径、开弧弧度的增大而增大,面积增大比周长显著,其中截面外切圆半径对截面面积和周长的影响最为显著,当截面外切圆半径从0.1 m增加到1.0 m时,截面面积从0.02 m^(2)增加到3.22 m^(2),面积增大了161倍,截面周长从0.79 m增加到7.85 m,周长增大了9.94倍;相同截面面积梅花型桩与圆形桩截面周长比为1.15~1.16,所以相同混凝土用量时梅花型桩的周长比圆桩大15%~16%;梅花型桩存在2个截面惯性矩Ix和Iy,且Iy恒大于Ix,2个截面惯性矩随截面外切圆半径的增大而增大。相较于等截面圆形桩,梅花型桩的截面惯性矩呈指数增长趋势。

钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁抗弯刚度试验研究

钢纤维全轻混凝土叠浇梁兼具钢纤维全轻混凝土质量轻、抗拉性能好与普通混凝土抗压性能好的优良特性.通过14根钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁、2根钢筋混凝土梁和2根钢筋钢纤维全轻混凝土梁的正截面受力性能对比试验,研究分析了钢纤维体积率、钢纤维全轻混凝土截面高度对叠浇梁正截面抗弯刚度的影响规律,提出了基于有效惯性矩的钢纤维全轻混凝土叠浇梁正截面抗弯刚度计算公式.结果表明:叠浇梁的正截面抗弯刚度随着钢纤维体积率的增加而增大,随着钢纤维全轻混凝土截面高度比例的增大而减小;基于有效惯性矩的抗弯刚度进行叠浇梁的挠度计算结果与试验结果符合良好.

大型风电机组塔架-叶片耦合振动对风力机柔性多体系统稳定性的影响

针对大型风电机组塔架-叶片耦合振动引起的风力机柔性多体系统稳定性问题,利用刚体有限元法对塔架-叶片耦合结构进行建模,并考虑塔架的结构参数对系统稳定性产生的影响,计算系统及各部件的自然频率,对风电机组塔架-叶片耦合结构进行振动分析。采用谐波合成法产生的气动载荷,对塔架-叶片耦合结构进行风振响应分析,从而得出塔架-叶片耦合振动及结构参数对于风力机柔性多体系统的影响。结果表明,塔架截面惯性矩与系统的自然频率呈非线性关系,1阶弯曲频率曲线最大值对应的塔架截面惯性矩为21 m^4,频率为1.25 Hz;振动最大位移量为0.85 m,发生在一阶屈服频率;塔架高径比最大值为26,自然频率最大值为5 Hz。该结果说明塔架结构参数变化及塔架-叶片耦合振动位移对风力机柔性多体系统稳定性产生一定的影响,从而为大型风电机组正常运行提供一定参考价值。

通用截面特性计算软件开发研究

为找到一种适用于任意截面形式的截面特性计算方法,开发通用高效的计算软件,通过对截面特性中面积、静矩、惯性矩和惯性积的数学表达式进行深入研究,运用格林公式将截面特性的数学表达式中对面积的二重积分转换为对截面边界曲线的积分,代入曲线参数方程将边界曲线的二元积分转换为一元积分,利用牛顿-莱布尼兹公式精确求解截面特性,进而采用面向对象方法开发通用截面特性计算软件。软件使用灵活方便,适用于实体或空心,整体或分离,单一或组合材料的任意组合截面形式。通过在大量工程设计项目的应用表明:本方法计算结果精确,计算效率高,实用意义突出。

双金属复合翅片管振动特性的研究

双金属复合翅片管是一种高效传热元件,容易发生流体诱导振动破坏,对其进行振动模态理论分析具有重要的工程指导意义。针对双金属复合翅片管的结构特征,将其简化为串、并联刚度系统,采用组合截面等效弯曲刚度、等效扭转刚度和等效抗拉压刚度,并结合等效质量和等效转动惯量的方法,对其弯曲、扭转和轴向振动模态进行理论解析。为了验证理论分析方法的准确性,对双金属复合翅片管的振动模态进行了实验测试和有限元分析。研究了翅片几何参数对双金属复合翅片管振动频率的影响规律。结果表明,对于矩形翅片形式的钢铝双金属翅片管,其弯曲、扭转和轴向振动频率均随翅片高度和翅片厚度的增大而减小,随翅片间距的增大而增大。

桁腹混凝土梁桥的组合截面等效抗弯刚度

为使桁腹混凝土梁桥能够采用基于统一截面的单梁模型进行结构分析,文章提出组合截面等效抗弯刚度的概念与算法。引入共同工作系数K来反映截面的组合作用强弱,推导了等效抗弯惯性矩的计算公式。结合桥梁的常规几何参数,通过有限元数值分析得到了在不同腹杆倾角、桁架节间数条件下的桥梁跨中挠度,运用挠度校准和数值拟合,得到了共同工作系数K的计算公式,最后通过算例验证了所提简化计算方法的适用性。

基于等效截面惯性矩的钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法

基于等效截面惯性矩概念,结合钢筋混凝土梁荷载-挠度曲线呈3阶段变化的特征,建立了钢筋混凝土梁在正截面开裂前和开裂后至纵向受拉钢筋屈服前的2阶段与作用弯矩相关的抗弯刚度计算公式.以纵向受拉钢筋配筋率和混凝土强度等级为变化参数,对12根钢筋混凝土梁进行受弯性能荷载试验.通过对比分析试验梁抗弯刚度的实测值与计算值,验证了所提计算方法的科学性和实用性.

车轮强度计算方法的研究

对于车轮的强度设计计算,目前仍以经验和类比为主,近年来,CAE软件的发展,对车轮的强度设计也提供了参考。为了对车轮能够进行强度设计,以载货车轮为研究对象,建立与弯曲疲劳试验等效的力学模型。依据传统强度计算理论和方法,对载货汽车车轮的强度设计做了一种理论计算方法的研究,主要对车轮的复杂截面进行了惯性矩计算与最小化,计算分析得出了车轮的危险截面部位。通过静应力测试,其危险部位与理论计算的结果基本一致,实验测出的主应力方向与车轮实际使用过程中裂纹的方向的基本一致,均是在轮辐通风孔沿圆周方向,表明此车轮强度计算方法是可行的。