Cosserat生长弹性杆动力学的Gauss最小拘束原理

以自然界中具有生长、变形和运动特征的细长体为背景,用经典力学中的Gauss最小拘束原理研究生长弹性杆的动力学建模问题.在为生长弹性杆动力学建模提供新方法的同时,扩大了Gauss原理的应用范围.以Cosserat弹性杆为对象,分析弹性杆生长和变形的几何规则,表明生长应变和弹性应变是非线性耦合的;本构方程给出了截面的内力与弹性变形的线性关系;利用逆并矢,将经典力学中的Gauss原理和Gauss最小拘束原理用于生长弹性杆动力学,得到等价的两种表现形式,反映了时间和弧坐标在表述上的对称性,由此导出了封闭的动力学微分方程.给出了两种形式的最小拘束函数,表明生长弹性杆的实际运动使拘束函数取驻值,且为最小值.最后讨论了生长弹性杆的约束与条件极值等问题.

基于有限元的水基动力无杆抽油系统流体分析

针对油田新型水基动力无杆抽油系统在运行中动力缸易受到液压冲击的问题,开展了水基动力无杆抽油机动力学分析与研究。基于流体动力学理论,运用有限元分析方法进行加载过程中瞬态分析和相应的稳态分析,分析了稳态压力和流速分布及瞬态压力和流速随时间变化的过程,得到了不同状态下的流场分布情况。流体分析结果表明流体流动不对称,且加载输入功率不稳定,分析结果有利于进一步开展系统故障分析,并能够为之提供理论依据。

Kirchhoff弹性杆分析动力学的准坐标表达

作为DNA的力学模型,依据Kirchhoff动力学比拟思想建立的弹性细杆的分析力学方法已从静力学深入到动力学。由于静力学平衡微分方程与刚体动力学相当,因此,弹性细杆动力学的分析力学方程必是以弧坐标和时间为双自变量的偏微分方程。以横截面的形心速度以及弯扭度和角速度沿主轴的分量为准速度,定义了准坐标,导出了准坐标的微分和变分运算的交换关系。从Hamilton原理出发,利用准坐标的微分和变分运算的交换关系,导出了Kirchhoff弹性杆动力学准坐标下的Boltzmann-Hamel方程,并由此导出Lanrange方程。指出了Boltzmann-Hamel方程显式即为弹性杆动力学的Kirchhoff方程。定义关于弧坐标和时间的正则变量和Hamilton函数,导出Boltzmann-Hamel方程的正则形式。本文结果是以弹性杆静力学和刚性杆动力学为其特例。作为例子,建立了垂挂的在重力作用下作平面运动的弹性细杆的动力学微分方程以说明本文方法的应用。

基于模态分析的水基动力无杆抽油机故障诊断方法研究

水基动力无杆抽油机是一种新型抽油机,对其进行故障诊断具有重要意义。系统振动是水基动力无杆抽油机产生故障的主要原因之一,影响振动的重要因素是系统模态。采用有限元分析方法,针对水基动力无杆抽油机的关键部件—动力缸,建立了模型,进行了模态分析。模态分析结果表明:引起水基动力无杆抽油机断脱、漏失等故障主要为第2、第4、第5阶模态、膨胀模态和伸缩模态的固有频率和高次亚谐振频率。

基于动力学方程的水基动力无杆抽油机井下故障诊断方法研究

水基动力无杆抽油机是一种新型的抽油装置,对其开展故障诊断工作具有重要的意义。分析了水基动力无杆抽油机动力缸受力情况,建立了动力缸运动学方程,研究了动力缸运动方程中的参数变化与井下典型故障的映射关系,提出了运用动力缸运动方程组合系数的变化进行水基动力无杆抽油机故障诊断的方法。研究结果表明在不同工作状态下,动力缸运动方程系数的变化与井下故障有明确的对应关系,可以做到对于水基动力无杆抽油机几个典型故障的定性诊断,并能在一定程度上对于故障类型做出判断。研究结果对于水基动力无杆抽油机的故障诊断工作有工程实践意义,并对后续研究工作的参考价值。

基于有限元方法的水基动力无杆抽油系统憋压现象分析

水基动力无杆抽油系统(下述简称系统)是一个全新的系统。由于要确保液压动力缸(简称动力缸)走完全程,因而在其上行程结束时会出现憋压现象,会导致动力缸失效;因此,针对系统的动力缸,基于流-固耦合理论,运用有限元分析方法进行了系统憋压分析。结果表明,憋压时产生的压力冲击会使应力发生突变,可增大10倍,极易损坏动力缸。通过研究,得到了压力曲线与应力数据,这有利于系统的故障分析,并为系统进一步优化设计提供了数据支持。

水基动力无杆抽油系统流—固耦合有限元分析

水基动力无杆抽油系统是一个全新的抽油系统,系统受力变形是失效的主要因素之一,因此对此新型系统进行受力分析非常有意义,有助于找到系统的薄弱环节。因此针对系统的动力缸,基于流体动力学理论与流固耦合理论,运用有限元分析方法进行了系统不同压力和流速下的结构应力分析。结果表明:系统最大应力处与流体最大液压冲击处不重合,改变压力和流速都会对最大应力产生影响,且应力变化具有非线性性。研究得到了动力缸最大应力变化规律,这有利于进一步开展系统故障分析,并对系统优化设计有理论意义和实际价值。

水基动力无杆抽油机状态监测及故障诊断系统研究

水基动力无杆抽油机是一种利用液压传递实现驱动采油泵工作的新型采油系统,系统效率高,节能效果显著。基于水基动力无杆抽油机,设计了一种状态监测及故障诊断系统。该系统采用上、下位机结构,采用传感器采集系统参数,通过实时和远程数据传输的方法,借助系统数据输入状态监测及故障诊断专家系统,进行水基动力无杆抽油机的状态监测及故障诊断。本文对系统功能、硬件组成、工作原理和软件设计做了详细的论述,该系统满足了对水基动力无杆抽油机进行状态监测及故障诊断的需求,应用智能化、自动化的设备状态及故障的分析判别方式,改变了传统的由专业人员进行设备状态及故障的分析判别方式,便于工业现场实际应用。

识别动力减振镗杆主系统等效参数的数学计算方法

采用动力减振镗杆是解决深孔加工颤振的有效技术途径,为设计减振镗杆内部吸振器的最优参数,需要识别镗杆主系统在吸振器安装位置的等效质量和等效刚度。针对采用实验和仿真的传统等效参数识别方法效率不高的问题,提出一种新的简单高效的数学计算方法:基于欧拉—伯努利梁理论和分段连续条件,将镗杆视为非等截面梁,建立主系统模态的数学模型,求解出固有频率和固有振型函数;再根据最大动能不变原则,推导出了主系统等效质量的求解公式;求解出镗杆主系统所有等效参数。数值仿真结果表明,新的数学计算方法可简便高效地计算出动力减振镗杆的主系统参数,从而提高动力减振镗杆的设计效率,同时也适用于其他不等截面梁等效动力学参数的求解。

伸缩式动力减振镗杆

设计了一种伸缩式动力减振镗杆。该镗杆由内镗杆、镗杆套、平衡减振块组成,内镗杆安装在镗杆套内,平衡减振块安装在镗杆套后端。内镗杆减振效果好,镗杆套刚性强,内镗杆可在镗杆套内伸缩,实现了减振效果与切削刚性的匹配调整,适应不同加工工艺的要求。平衡减振块解决了镗杆受力偏载的问题。

弹性细杆螺旋线平衡的动态稳定性

本文从动力学观点讨论具有初扭率的非圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性。弹性杆平衡的动态稳定性建立在以弧坐标s 和时间坐标t 为双自变量的离散系统的Lyapunov稳定性概念基础上。对于两端约束状况固定不变的弹性杆,若静态稳定性条件已满足,其与弧坐标对应的本征值可根据端部约束条件确定。则螺旋线平衡的动态稳定性由时间域的本征值判断。在缓慢受扰运动条件下,引入尺度缩小的时间变量T=εt ,可将动力学过程视为对平衡状态的摄动。证明在ε2 计算精度范围内,当螺旋线平衡的一次近似静态稳定性条件得到满足时,考虑动力学因素的稳定性条件必也同时满足。

轴向受压螺旋杆的动态稳定性与振动

基于Kirchhoff理论讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性螺旋杆的动态稳定性问题。以杆中心线的Frenet坐标系为参考系,建立用欧拉角描述的弹性杆动力学方程。杆的螺旋线平衡状态由方程的特解确定。基于静力学分析的结论,在动力学范畴内继续讨论轴向受压螺旋杆平衡状态的稳定性。在一次近似意义下证明了螺旋杆在空间域内的欧拉稳定性条件为时域内的Lyapunov稳定性条件。从而进一步认识Lyapunov和欧拉两种不同稳定性概念之间的相互关系。导出轴向受压螺旋杆弯扭耦合振动固有频率的近似解析表达式。

桩前不存在开挖的抗滑桩动力计算方法研究

采用动力杆有限单元法,将桩进行离散处理,运用地基系数法计算桩侧土对桩的抗力作用,将结构动力学中的多质点有阻尼体系动力反应的振型叠加法(为了使桩的振动计算变得简洁和可行,对多质点桩进行简化的振型叠加计算引入了Rayleigh阻尼的概念)应用于动力杆有限单元法中。将杆多质点体系简化为前三阶振型的叠加,最后获得抗滑桩桩前不存在开挖的弯矩和位移的时程解。运用该方法计算了算例中地震条件下抗滑桩桩前不存在开挖的桩顶位移、弯矩,并进行了动力离心机模型试验,验证了该计算方法的结果。

杆件纵横弯曲振动性能的研究

研究了纵横弯曲杆件的动力性能 ,推导出了纵横弯曲杆件的振幅计算公式 ,并分析了激振参数对杆件动力性能的影响 ,提出了在实际工程中减小杆件振动的一些措施。

基于牛顿-欧拉动力学方程的人体下肢动力学分析

目的建立人体下肢动力学方程,求解不同步态下关节部位的运动学参数与动力学参数。方法应用牛顿-欧拉动力学方程建立人体下肢两杆动力学方程。根据实验者的人体参数计算得出方程中的人体大、小腿的长度、质量、质心位置以及转动惯量,通过Vicon三维运动采集设备,对人体下肢不同速度步态下的运动学参数进行采集,得出了各种步态下髋、膝关节的关节角度随时间变化曲线图。将角度数据、足底压力数据及下肢模型所需参数带入方程中,通过Matlab软件进行编程计算。将计算结果与ADAMS人体步态仿真结果进行力矩峰值的比较,验证了所建立方程的正确性。结果求解计算出了不同步态下髋、膝关节的力矩。结论通过建立动力学方程求解关节力矩,实现了关节下肢力矩在不同步态下的精确求解,为外骨骼的关节力矩设定提供了依据。

超细长弹性杆动力学的Gauss原理

研究基于Gauss变分的超细长弹性杆动力学建模的分析力学方法.分别在弧坐标和时间的广义加速度空间定义虚位移,给出了非完整约束加在虚位移上的限制方程;建立了弹性杆动力学的Gauss原理,由此导出Kirchhoff方程、Lagrange方程、Nielsen方程以及Appell方程;对于受有非完整约束的弹性杆,导出了带乘子的Lagrange方程;建立了弹性杆截面动力学的Gauss最小拘束原理并说明其物理意义.

弹性细杆平衡的动态稳定性

从动力学观点讨论弹性细杆的平衡稳定性问题 .建立了弹性杆的动力学方程 ,导出了杆的弯扭度与截面角速度之间的运动学关系式 .对具有弧坐标s和时间t双重自变量的离散动力系统扩充了Lyapunov稳定性定义 .以具有初扭率的非圆截面直杆的平衡稳定性为例 ,应用一次近似方法证明了当静力学意义下的稳定性条件得到满足时 。

一种带有助力的多节修枝剪刀

一种带有助力的多节修枝剪刀,其特征在于:包括空心的杆体,在杆体的上端啮合安装上套筒,该上套筒侧壁上连接倾斜向上的长摆臂下端,另一个长摆臂的下端位于上套筒上端面的上方,该另一个长摆臂连接一牵引线的一端,该牵引线的另一端穿过上套筒后进入杆体内部并连接一杆体内设置的上动滑轮的转轴,在上动滑轮上端缠绕滑动线,该滑动线的一侧下端部与杆体内壁连接,该滑动线的另一侧下端部连接杆体内设置的牵引板,该牵引板与液压机构的动力杆连接,该动力杆向下运动时通过滑动线和牵引线使两个长摆臂相向运动,该动力杆与液压机构中设置的驱动杆反向运动,该驱动杆由一转动机构驱动,动力杆连接的活塞的直径大于驱动杆连接的活塞的直径。