微/纳传动平台的位移耦合分析

根据机械设计、机械原理、有限元法及线性分析理论,建立微/纳传动平台的有限元模型,推导该平台的位移耦合计算公式,得到该平台沿各方向运动的解耦方程.结合耦合分析图,分析微/纳传动平台多尺度的位移耦合影响,获得该平台沿X、Y、Z轴移动以及绕X、Y轴转动的位移耦合规律,其中沿Z向运动引起的位移耦合最小,定位精度最高;沿X、Y向运动引起的位移耦合最大,对位移耦合影响较大的运动分支进行位移补偿.通过搭建的实验平台进行测试,将实验结果与有限元仿真和理论计算结果进行对比分析,结果基本一致,验证了该平台位移耦合分析方法的正确性.

堆积层滑坡水动力位移耦合预测参数及其评价方法研究

在系统分析滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,分析和研究了地下水在滑坡稳定性演化过程中的卸载与加载动力作用及其位移响应规律和特点。从非线性系统动力学角度,提出了运用地下水卸加载动力与位移响应耦合预测参数来评价边坡稳定性演化规律与失稳特征,即以地下水位变化量作为堆积层滑坡的卸加载动力参数,以相应的位移作为其卸加载响应参数,建立和确定了地下水卸加载动力与位移响应比预测参数与评价模型。同时,运用损伤力学基本原理,建立了其卸加载响应比与坡体损伤变量和稳定性系数的定量关系以及失稳判据。以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例,运用地下水动力与位移耦合预测模型对其稳定性进行了分析与评价,发现地下水动力位移耦合预测参数变化与边坡稳定性实际动态演化规律基本吻合。研究成果表明,所确定的参数是水诱发型堆积层滑坡的一种有效位移动力评价参数,可运用该参数对该类滑坡的动态稳定性进行实时监测预警与评价。

一种具有较小位移耦合度的二维微动平台新结构

分析了二维微动平台由于机构原因产生的两向间位移耦合现象,提出了一种采用线切割方式加工、具有对称式复合柔性四杆机构的微动平台结构形式,并使Y向平台完全镶嵌在X向平台内。通过理论分析和实验测试,其结果理想,为较好地解决二维微动平台两向间位移耦合问题提供了有效方法。

流固耦合动力学问题中大位移耦合界面条件的处理方法

本文讨论了流固耦合问题中的大位移耦合界面条件的处理方法 ,这类界面条件包括移动斜面界面条件及移动曲面界面条件。计算了在水面的二维刚性浮体的非线性振动问题 ,证实了此处理方法的可行性 。

将“耦合位移”引入速度合成定理的几何法推导

通过对典型二维系统的速度合成的推导,发现可以引入耦合位移概念改进现行大多数教材中普遍采用的点的复合运动速度合成定理的几何法推导.

多点输入反应谱中耦合系数的研究

首先利用虚拟激励法推导了仅考虑行波效应下多点输入反应谱表达式,重点对多点输入反应谱中动位移耦合系数ρijpq及拟静位移耦合系数ρSpq的计算方法及其特性进行了研究。为了避免繁琐的积分运算,提出了一种"拟合+插值"的耦合系数计算方法,不但精度高,而且大大提高了计算效率。研究表明,ρijpq相对于地震波到达支座点的时差Δt具有明显的三角函数的关系;从总体趋势上看,ρijpq绝对值基本随ωj/ωi的增大而减少,这一点与一致输入时的振型耦联系数ρij相同。在仅考虑行波效应的情况下,可以认为,各支座点的拟静力位移完全相关,即ρSpq=1,结构拟静力位移谱与地震动的位移谱相同。

直角柔性铰链单平行四杆机构输出位移分析

为了分析直角柔性铰链单平行四杆机构在导向过程中的导向位移及耦合位移,根据其结构的对称性,在对支撑结构进行受力分析和变形分析的基础上建立了单个支撑的半段梁模型,采用椭圆积分法推导了导向梁在大载荷下导向位移及耦合位移计算公式,最后采用有限元方法和实验对理论模型进行验证,并分析了造成理论值、仿真值和实验值之间出现误差的原因.研究结果表明,在柔性梁的弹性范围内,力与导向位移近似成线性关系,与耦合位移成类指数关系,理论值和实验值之间的最大误差分别为5.1%和8.5%;理论、仿真和实验所得的导向位移-耦合位移曲线基本重合.

高精度无导轨位移平台误差分析

研究了基于补偿式柔性平行四杆机构的高精度位移平台的运动精度,对变形板尺寸误差、比例杆球心距误差和内外变形板装配夹角误差等误差源进行了分析计算。采用半梁模型分析了变形板,得到变形板行程与耦合位移量的关系,给出了平台直线度误差和耦合位移量误差关于平台位移和变形板尺寸的表达式。使用自准直仪和高精度微分测量头对平台直线度和耦合位移量进行了测量,结果表明:该补偿式结构的高精度无导轨位移平台在大行程(5mm)工作时,仍具有较高的运动精度,直线度小于1.5″,耦合位移量小于13.7m,与理论分析吻合。

平行片簧机构输出位移分析

为了分析平行片簧机构在大变形状态下的位移输出特性,根据其结构的对称性,利用Bernoulli-Euler方程和同伦分析方法,在对单个片簧进行受力分析和变形分析的基础上建立了片簧的半段梁模型,得出了一种计算平行片簧机构输出导向位移和耦合位移解析解的方法,并采用有限元方法进行了分析验证。结果表明,在导向位移为片簧长度的34%时,耦合位移达到片簧长度的8%,此时该解析解仍具有较高的精度。

基于位移连接的单晶银板Ⅰ型边裂纹扩展过程跨连续介质/原子尺度数值模拟研究

材料变形破坏机理的研究,以及NEMS/MEMS技术与生物技术的进步推动了多尺度分析方法的发展。然而,多尺度连接是多尺度建模的关键。本文采用有限元与分子动力学相结合的方法,采用应力强度因子和位移等力学参量连接和转换连续介质区域和离散分子动力学区域的力学信息,建立了二维单晶银板裂纹扩展的跨三区多尺度模型,得到了裂纹尖端坐标轨迹和微观尺度下的裂纹扩展过程,结果与理论和实验相符,证明了该方法的合理性。

三峡大坝左厂房3#坝段坝基渗流场与应力场耦合分析

介绍了岩土分析软件 FL AC3.3 中建立在多孔介质渗流理论基础上的固液耦合方法的基本原理与求解过程。通过对三峡大坝左岸厂房 3#坝段坝基渗流场与应力场的耦合分析 ,探讨了基岩孔隙压力对大坝和基础应力与位移的影响 ,并对坝基内设置不同防渗、排水设施时岩体应力、变形及渗流场分布特征进行了研究。

横向剪应变对正交异性板弯扭耦合效应影响的数值分析

本文给出了层合板位移增量型的平衡微分方程。定量地估计了横向剪切变形对四边铰支的正交异性板弯扭耦合效应的影响。结果表明：四边铰支的正交异性层合板，当其长厚比小于３０时，横向剪切变形对其位移和应力的影响是不容忽略的。

不锈钢点焊结构车体FEA建模方法

针对不锈钢车体点焊结构的“点传力”特性,提出了位移主-从约束关系建模思想,并通过数值试验验证了采用位移主-从约束关系来模拟焊核比现有其它的模拟方法具有更高的精度.以城市轻轨动车组不锈钢点焊车体为应用对象,基于位移主-从约束关系建立了该车车体的有限元模型,计算结果与试验测试结果基本一致,证明了模型的正确性,为今后该类车型的设计与开发打下了良好的技术基础.

镐型截齿割岩过程的温度场模拟

通过截齿磨损与齿尖锥角的关系以提高其工作可靠性和寿命,利用ABAQUS软件建立截齿割岩的三维有限元模型,对其过程进行热力耦合分析,探究其温度分布和变化规律。结果表明:截齿锥角对温度的影响不显著,高温区分布影响显著。在锥角小于崩落角范围内,随着齿尖锥角的增大,刀尖点稳定温度略有降低,而高温区域增多面积增大且位置下移。滚筒转速对温度影响显著,且随着滚筒转速的增大刀尖点稳定温度呈增大的变化规律,截齿合金头温度分布与应力分布基本一致,均呈月牙形。该研究为深入理解截齿的磨损机理提供了参考。

海洋平台垂荡作用下立管的非线性涡激振动特性研究

立管是海洋工程中常用的一种典型细长体结构物,研究立管在海洋平台垂荡和内外流体共同作用下的非线性动力学特性具有重要的学术意义和应用价值。本文采用Hamilton原理和Galerkin方法建立了顶张力立管的二维非线性动力学模型,将平台垂荡运动模拟为随时间变化的顶端张力,研究海洋平台运动和立管非线性涡激振动的耦合位移响应。研究结果显示,增加顶张力可以改变结构的固有频率,在可变张力作用下,立管的位移响应在相邻模态之间可以相互转换。通过与已有实验数据进行对比,验证了本文分析方法和数值计算结果的合理性。本文研究结果可为海洋立管的非线性涡激振动分析提供理论参考。

新型全柔性动镜机构的设计与分析

在傅里叶变换光谱仪研制中,基于迈克尔逊干涉仪的动镜机构研制是技术难点之一,而柔性铰链机构则是动镜机构的核心部分。利用简单的平行两杆机构为基体进行复杂化设计,得出一种新型柔性铰链机构并对其进行原理分析,利用有限元分析软件Patran和Nastran对其进行模拟计算,并和传统的平行两杆机构理论计算结果进行分析比较。结果表明,新型柔性铰链机构不仅使动镜的垂直耦合位移量缩小到原来的1.4%,而且将动镜的运动自由度有效地降至一维,为后续研究者提供参考。

基于遗传算法的锻造操作机缓冲机构尺度优化

为实现锻造操作机钳杆运动的精确控制,须减小竖直升降过程中钳杆在水平方向的耦合位移。针对一种新型2 t/5 t·m锻造操作机机构,提出一种通过水平缓冲机构尺度优化来提高解耦性的方法。首先建立主运动机构计算模型,定义了优化目标函数和边界条件;然后设计了优化流程图,基于遗传算法并借助MATLAB软件得到目标函数最优解;最后使用ADAMS进行仿真验证。结果表明,优化后钳杆末端耦合位移量最小为1.092 8 mm,且始终保持在误差范围(±5 mm)内,达到了运动解耦效果。

柔性双补偿杆式动镜支撑机构的设计

对红外傅里叶变换光谱仪动镜支撑机构的核心部分—柔性铰链机构进行了研究。以柔性单补偿杆式机构为基体,设计出一种柔性双补偿杆式机构。利用有限元分析软件Patran和Nastran对其进行了模拟计算,并和目前国内最好的柔性单补偿杆式机构进行比较。然后,根据模拟计算得出的结构参数加工出简易实物,并对实物进行了实验测试及误差分析。结果表明,在模拟计算中,柔性双补偿杆式机构使动镜的垂直耦合位移缩小为柔性单补偿杆式机构的6.8%;误差分析认为柔节的长度公差是引起动镜垂直耦合位移的一个重要因素。因此,若要提高动镜支撑机构的精度,加工时必须严格控制与柔节相关的尺寸公差。

降雨入渗下高填强夯矿渣边坡滑坡机理研究

义马煤业集团股份有限公司所属综能公司在建场地中部有一20m高矿渣边坡,矿渣为三叠系砂岩、泥岩,堆积至今已有10～50a。该边坡整体属软质岩石,多全风化土状和强风化状,砂岩碎块手刻可碎,结构疏松、分选性差、粒间结合力弱、透水性强。虽经强夯处理,但在2010年雨季期间在边坡中下部仍出现多处滑塌。为研究该高填强夯矿渣边坡在降雨入渗下的变形特征和滑坡机理,借助于弹塑性力学有限元和非饱和渗流力学等理论,建立了高填矿渣边坡的位移场-非饱和渗流场耦合数值模型,详细分析了降雨入渗条件下边坡的位移场、渗流压力分布、体积含水量和安全系数等特点。研究结果表明:随着降雨的持续进行,高填强夯矿渣边坡安全系数大幅降低;强夯后边坡渗透性降低,渗流正压集中于坡顶一定深度范围内,且随着降雨的持续进行,渗流正压逐渐增加至稳定,负压值基本保持不变,但负压区逐渐缩小,表明负压对强夯矿渣边坡的影响有限,重点是做好该类边坡坡顶一定深度范围内的排水措施,以消减渗流正压;正压区体积含水量上升至饱和状态;持续降雨条件下坡脚出现剪切破坏,导致边坡中下部出现滑塌。其研究成果对于矿山矸石山边坡、尾矿坝、高填碎石土路基等渣土混合边坡稳定性研究有重要借鉴意义。

空间三自由度微定位平台设计及优化

耦合位移直接影响微定位平台输出精度。控制空间微定位平台耦合位移可以有效提高平台的输出精度。通过控制误差补偿的方式消除微定位平台耦合位移,平台的驱动方式采用压电驱动。基于卡氏定理计算出微定位平台输出端输出位移;利用ANSYS软件对微定位平台的柔性铰链进行尺寸优化,并对优化后的微定位平台进行仿真分析。最后,对理论计算数值和仿真分析数值进行对比。通过对微定位平台的研究,得出所设计平台具有高定位精度,低耦合位移,大行程的优势,为同类微定位平台的研究提高借鉴。