基于MATLAB的悬式机械臂提升动力学特性分析

提出一种悬式机械臂在预张紧和提升阶段的动力学模型。该模型考虑柔性梁、电机以及圆柱形有效载荷之间的动态耦合。采用Rayleigh-Ritz法,将能量代入拉格朗日方程,从而得到系统微分方程,使用MATLAB内置的四阶Runge-Kutta法对微分方程数值求解,并得到部分重要的参数曲线。数值解和曲线与其实际工作情况显示良好一致。

海上风机桩-筒复合基础基频特性分析

桩-筒复合基础作为海上风机的一种新型基础型式,在提高单桩承载力方面相较于单桩基础具有一定优势,然而筒体对风机结构基频特性的影响规律尚不明确。为研究该问题,对风机塔筒进行解析建模,结合有限元,建立了不同几何尺寸的单桩基础和桩-筒复合基础,将数值模型获得的基础刚度与上部塔筒解析模型进行耦合,提出了分析风机整机结构基频特性的有限元-解析耦合法。研究结果表明有限元-解析耦合法能够快速地实现风机整机结构基频预测。对比桩-筒复合基础与单桩基础基频特性发现:筒体的加入能有效提升单桩基础刚度,可以在不改变单桩基础桩径的前提下,有效提升结构第一阶固有频率,筒外径对基础基频的影响比筒壁高的影响更大。

斜拉-连续协作体系桥结构动力分析

以斜拉-连续协作体系桥实际工程为例,利用Midas/Civil建立了相同跨径的三种不同结构体系(斜拉-连续协作体系桥、连续梁桥、斜拉桥)的有限元模型,首先分析了不同结构体系的自振特性,对比了上述三种不同结构体系的振型、自振频率特点。并对斜拉-连续体系桥进行了反应谱、时程响应分析,再将反应谱与时程分析的计算结果进行了对比分析。研究表明:①同等跨径下,连续梁桥、斜拉-连续协作体系桥、斜拉桥三种不同结构体系的第1阶振型的自振频率依次递减,斜拉-连续协作体系桥是一种刚柔并济的桥梁结构;②斜拉-连续协作体系桥主梁的抗扭刚度更大;③反应谱、时程分析的内力对比表明,整体上内力响应基本一致。

采用牛顿-欧拉法的排爆机器人机械手动力学分析

机械手是排爆机器人的关键部分,机器人作业主要依赖于机械手的运动。在机械手运动规划基础上重点描述基于牛顿-欧拉法的机械手动力学建模,并利用MATLAB软件编程对机械手进行动力学分析,为机械手的设计和运动控制实现提供支持。

重型卡车液力机械传动特性分析与动力学建模

重型卡车作为工程机械车辆最常用的一个种类,其液力机械无级变速器影响着整车的使用性能和作业效率。准确分析重型卡车液力机械传动特性与动力学特性,能够提高其燃油经济性和传动效率。国内在车辆液力机械传动方面已经开展了大量的研究,但是对重型车辆的相关特性研究较少。该文对重型卡车液力机械传动特性展开分析,并对其进行动力学建模。通过变量泵和定量马达构建重型卡车的液压单元,在这种液压单元下,将液力机械无级变速器分为HM1、HM2、HM3以及HM4四段无级变速段,分别分析每段的传动特性,得出对应段的传动比;动力学建模从空气动力学以及悬架多体动力学两方面入手,计算每种动力学车身和车架受到的作用力,获取重型卡车的动力学模型。测试实验可知:液力机械的无级变速器传动具有提高卡车效率的特性,且构建的动力学模型精度高,具有广泛的适用性。

基于随机动力分析的高土石坝极限抗震能力研究

地震动的随机性对大坝的动力响应影响较大,极限抗震能力作为大坝抗震安全性能的重要环节,在评估过程中也应该充分考虑荷载随机性的影响。基于大量高土石坝随机动力有限元计算,探究坝顶震陷率和坝坡累计滑移量两个重要坝体变形指标之间的关系,并建议了土石坝安全控制标准。利用概率密度演化法对高土石坝进行极限抗震能力分析。结果表明:震陷率随着累计滑移量的增大而增大,二者之间符合逻辑斯蒂增长模型;取10%的超越概率,以250m规则高面板堆石坝和高心墙堆石坝为例,极限抗震能力分别为0.7g~0.75g和0.8g~0.85g;从概率角度提出了评估大坝极限抗震能力的新方法。

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。

针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法

在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定。此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤。为此,发展了一种嵌入式离散元-有限元耦合方法,通过设置一层嵌入地基有限元模型中的球形颗粒传递离散元域和有限元域间的力学参数,实现离散元和有限元方法的耦合。数值结果表明,嵌入式离散元-有限元耦合模型能够有效降低有砟道床的侧向位移,数值结果更加稳定,在处理与有砟道床类似的连续介质与散体介质的耦合问题时推荐采用嵌入式耦合算法。

气-膜耦合作用对充气薄膜管动力特性的影响

充气薄膜管属于柔性结构,荷载作用下产生的变形,会引起其内压改变,进而导致外围薄膜刚度的变化,对其变形产生重要影响,表现出内充气体压力与外围薄膜变形相互耦合的特点。该文采用有限元方法分析气-膜耦合作用对充气薄膜管动力特性的影响及其随影响因素的变化规律。通过将内充气体看作小扰动线性势流以考虑气-膜耦合作用以及内充气体附加质量的影响;通过建立内充气体的三种等效模型,分别将内充气体作用等效为外围薄膜静力边界条件、考虑内充气体附加质量影响的静力边界条件以及小扰动线性势流体,并将其相应的有限元分析结果进行对比,研究气-膜耦合作用和内充气体附加质量对充气薄膜管自振特性的影响及其随初始内压、长细比、膜厚以及端部约束类型的变化规律。研究结果表明:气-膜耦合作用以及内充气体的附加质量对低阶自振模态没有明显影响;气-膜耦合作用对自振频率有较显著的影响作用,而内充气体附加质量的影响则较小;随初始内压和长细比的增加,气-膜耦合作用对频率的影响体现出因阶次不同而不同的变化规律;气-膜耦合作用对频率的影响随膜厚的增加而降低,随约束程度的减弱而增强。该文的研究成果揭示了气-膜耦合作用对充气薄膜管自振特性的影响规律,有助于深入认识充气薄膜管的动力行为,确保其设计计算的合理性和可靠性。

魔芋胶-黄原胶复配体系流变学特性及其凝胶形成动力学分析

为探究魔芋胶与黄原胶2种食品胶复配使用后的协同作用,以魔芋胶和黄原胶为原料,控制总凝胶质量分数为1%,以魔芋胶与黄原胶质量比分别为2∶8、4∶6、5∶5、6∶4、8∶2进行复配后,考察复配体系的流变学特性并对其凝胶形成进行动力学分析。结果表明:魔芋胶-黄原胶复配体系具有假塑性,当魔芋胶的添加比例逐渐增大时,复配体系黏度系数K增大,流体系数n减小,且复配体系的动态黏弹性质也随着魔芋胶与黄原胶的质量比不同而改变,当魔芋胶与黄原胶质量比为6∶4时,复配体系的K值达到最大、n值最小,具有最强的假塑性及黏弹性。同时,魔芋胶与黄原胶的不同质量比对凝胶形成速率有较大影响,当质量比小于6∶4时,凝胶形成显示出较慢的速率,且形成的凝胶强度较弱;当质量比为6∶4时凝胶形成速率加快,SDRa曲线和G’曲线上升明显,形成的凝胶强度增大,当质量比继续增加时,凝胶形成速率反而降低。采用阿伦尼乌斯方程对凝胶形成过程中的动力学参数进行拟合,决定系数均在0.98以上,表现出较高的拟合精度;凝胶形成过程中的活化能在魔芋胶与黄原胶质量比为6∶4时有显著增加(P<0.05),高温段与低温段间的活化能也表现出明显差异。

刚-柔性机械臂动力学建模及其动力学特性研究

根据假设模态法,对刚-柔性机械臂系统进行了位形表达及运动学分析.基于Kane方程,建立了刚-柔性机械臂系统的动力学模型.数值仿真结果表明,截取前二阶模态即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求;分析了柔性机械臂的结构参数、材料参数和驱动力矩对其动力学特性的影响.研究结果表明:通过采用矩形截面,采用较大弹性模量的材料,减小外部施加的驱动力矩,避免驱动力矩产生突变,可以有效地提高刚-柔性机械臂系统的动力学性能.

用谐波平衡法分析齿轮耦合的转子—轴承系统的动力特性

在齿轮耦合的转子—轴承系统中 ,有多种因素使系统产生非线性振动。在考虑齿轮时变啮合刚度和齿面间摩擦力的情况下 ,使用谐波平衡法 ,研究了系统的动力特性 ,并用数值解对其结果进行了校对。研究发现 ,由于齿轮时变啮合刚度和齿面摩擦力的影响 ,即使没有不平衡质量引起的激励 ,系统也会产生振动 ;即使是单频激励 。

注塑机械手机身振动特性分析与动力学分析

注塑机械手床身是机床的重要基础部件,它的动态特性和静态特性直接影响注塑机械手稳定性。以某注塑机械手为研究对象,采用Pro-E Wildfire 3.0建立机械手床身的三维实体模型,借助大型有限元软件ANSYS建立机械手的有限元模型,对其进行网格划分、边界条件加载和求解计算,在有限元的后处理中进行协响应分析与瞬态动力学分析。根据有限元分析结果,得到各阶响应的时间-位移曲线和振幅频率特性曲线,为改进注塑机械手机身受力状况和结构优化设计提供理论依据。

基于非对称模型的发电机转子-轴承系统动力特性分析

该文在旋转坐标下建立了发电机非对称转子 -轴承系统的数学模型 ,推导了非对称转子、轮盘和轴承的传递矩阵。针对传统传递矩阵法存在的对多自由度非对称转子 -轴承系统的数值不稳定问题 ,该文在构造系统非对称部件的传递矩阵时 ,引入了Riccati变换 ,使之适合于复杂实际非对称转子动力特性的求解。将这种方法应用于某 6 5 0MW核电发电机转子 轴承系统的动力特性计算 ,计算结果与实验结果吻合的较好 ,证明该方法能解决传统方法不能解决的实际非对称转子 轴承系统动力特性 (临界转速、不平衡响应和稳定性等 )的计算问题 ,为非对称电机转子的设计提供了更准确的计算方法。

用整体传递系数法分析转子系统动力特性

整体传递系数法是在传递系数法的基础上 ,引入整体矩阵实现多子结构整体传递的一种用于转子系统动力特性分析的新型方法 .整体传递系数法对于解决多转子 (或机匣 )相互耦合系统的问题有其独特的优点 :节省计算时间 ,节省内存 ,采取状态参量中的位移项代替力项 ,可以消除传统的传递矩阵中的数值不稳定现象 .利用此方法进行了多转子耦合系统的临界转速和振型的计算 ,结果表明 ,计算速度和数值的稳定性与其它传递矩阵法相比具有明显的提高 .

不同分析方法对风力机塔筒动力特性的研究

以云南某风场的风力发电机为例,分别采用解析法与有限元法对风机塔筒进行模态分析,得到结构的动力特性。在对比不同计算方法计算结果差异的基础上,对塔筒刚性与风轮旋转诱发的塔筒共振进行了研究。结果表明:有限元模型简化少,且计算结果丰富;结构基本对称的柔性风机塔筒在启动过程中必然出现2次瞬态共振现象;正常运营阶段,风力机风轮不会诱发柔性塔筒产生共振现象。研究为风力机塔筒的设计提供了理论依据。

市政污泥的热解与燃烧特性及动力学

市政污泥的合理化处理可有效防治生态环境污染与水资源浪费,研究其热解处理技术对指导市政污泥的科学处治具有十分重要的意义。利用热重分析法分析了重庆5种典型市政污泥在不同升温速率下的热重法(thermogravimetric,TG)和微商热重法(derivative thermogravimetry,DTG)曲线演变规律,剖析了热解和燃烧条件下的挥发分析出特性指数D、综合燃烧特性指数、活化能、指前因子等参数的分布特征,揭示了其热解与燃烧特性及动力学规律。结果表明:5种市政污泥的挥发分和灰分的含量较高,而固定碳含量较低;随着升温速率的增加,不同污泥的综合热解性能和综合燃烧性能均越来越优异;综合所有升温速率下的热解和燃烧特性参数,土主和鱼洞污泥的综合热解性能最优,而唐家桥污泥的综合燃烧性能最佳。经过动力学分析,鱼洞污泥的热解过程平均活化能相比其他4种污泥更低,为112.34 kJ/mol,唐家桥污泥的燃烧过程平均活化能相比其他4种污泥更低,为67.46 kJ/mol,说明了鱼洞和唐家桥污泥分别具有优异的热解和燃烧特性。

考虑土体非线性特性的直埋管道-土体系统的动力反应分析

本文采用二维有限元方法对连续直埋管道在动力荷载作用下的反应进行分析。管道周围土体采用等效线性粘弹性模型 ;为反映管 -土间的相对滑移 ,在管单元与土单元间加入无厚度Goodman接触单元 ;并利用 Wilson- θ法对管 -土系统进行动力时程反应分析。本文研究了输入波频率 ,输入波幅值 ,管道埋深 ,土体类别和管 -土间摩擦系数等因素对埋管动力反应的影响。

基于模糊因子法的模糊桁架结构动力特性分析

研究了模糊桁架结构动力特性的分析方法,在结构的物理和几何参数同时为模糊变量的情况下,利用模糊因子建立了结构的刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的瑞利商表达式出发,利用区间运算法则推导出结构模糊特征值的表达式。通过算例考察了结构各参数的模糊性对其动力特性模糊性的影响,并获得了一些有意义的结论。该法对模糊结构进行一次动力分析便可求得动力特性,且可充分地反映任一模糊参数对结构模糊动力特性的影响。

多个移动质量-弹簧-阻尼系统作用下梁的动力特性分析

本文建立了多个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁与梁上系统的耦合振动方程 ,根据模态分析方法得到一组变系数、变维数的时变力学系统线性常微分方程组。作为特例 ,根据Pesterev和Bergman给出的单个移动系统作用下梁的动力分析结果验证了建模有效性和准确性。并对两个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁的静载模型、移动力模型和移动振动系统模型的内力结果进行了比较。最后对梁在多个移动振动系统作用下的移动临界速度进行了分析。