Ⅲ型界面裂纹面受变载荷Px^mt^n作用下的自相似解

通过复变函数论的方法,对Ⅲ型界面裂纹表面受变载荷Pxmtn作用下的动态扩展问题进行了研究．采用自相似函数的方法可以获得解析解的一般表达式．应用该法可以很容易地将所讨论的问题转化为Riemann- Hilbert问题,然后应用Muskhelishvili方法就可以较简单地得到问题的闭合解．利用这些解并采用叠加原理, 就可以求得任意复杂问题的解．

变载荷作用下的角接触球轴承动力学分析

为研究球轴承在变载荷作用下的动力学行为,建立了角接触球轴承的动力学模型,并在不同的载荷谱下进行了角接触球轴承的动力学计算,对比了不同载荷谱作用下球与内外圈的接触角和接触载荷以及球的自转角速度和公转角速度随时间的变化。结果表明:载荷瞬时变化产生的冲击会导致球与内外圈的接触载荷和接触角发生突变,且变化幅度与冲击载荷大小相关;在受载荷冲击后,球的自转角速度和公转角速度也会发生突变,并且随轴承的转动,球的自转角速度和公转角速度会最终达到一个稳定值;载荷变化幅度越大,变化频率越快,轴承运动的变化幅度就越大。

考虑误差下的变位齿轮行星轮系载荷特性研究

针对制造误差和安装误差使得变位齿轮行星轮系行星轮在径向和周向的安装位置与无偏移值存在偏差,进而使行星轮间所受载荷不均匀的问题,开展了变位齿轮行星轮系载荷特性研究。基于转子动力学理论,考虑时变刚度和行星轮的径向与周向偏移,建立了变位齿轮行星传动系统5自由度动力学模型;采用龙格库塔法求解了系统的响应和频域图,研究了变位齿轮行星轮系的载荷特性,分析了在不同径向偏移量、周向偏移量、复合偏移量情况下的行星轮间载荷分布特性,探讨了行星轮的径向与周向偏移对行星轮系载荷分配的影响,得到了变位齿轮行星轮系载荷振动幅值在时间和频率下的变化规律。仿真结果表明,考虑误差的行星轮系载荷特性与无偏移情况下的载荷特性有较大的差异,其幅值受径向偏移的影响较大,其中,径向偏移量大对行星轮所受载荷的影响最大;在安装过程中,行星轮的微小偏移都可能导致载荷特性的巨大变化。搭建了行星传动系统振动测试试验平台,测试了行星减速机壳体的倍频振动响应信号,得到了行星传动系统载荷与振动响应之间的关系。试验结果的振幅变化趋势与仿真分析结果中的振幅变化趋势相似,证明所建立的动力学模型及理论计算比较准确。

变桨系统故障下风机极限载荷控制算法仿真设计与分析

以风力发电机组变桨系统故障下单个叶片卡死无法调节变桨角度工况为研究对象,提出一种变桨故障下风机极限载荷控制算法,通过分析该工况下机组的不平衡载荷关系,根据坐标转换关系将面外弯矩转换为轮毂系统和偏航系统的极限载荷,通过载荷变化计算出最优的变桨角度进而降低风力发电机组各部件的极限载荷峰值。仿真结果表明,采用极限载荷控制算法可以明显降低风力发电机组在变桨系统故障下的极限载荷,进而保证机组运行的安全性,降低风机各子系统部件在该工况下的极限载荷。

变截面柱及型钢格构柱的屈曲载荷分析

采用参数变换研究了变截面柱及型钢格构柱的屈曲载荷问题,得到了变截面柱及型钢格构柱的屈曲模态。根据边界条件推导出了确定屈曲载荷的特征方程,解此特征方程即可求得屈曲载荷。与Bessel函数法相比,参数变换法不但计算过程简便,而且计算精度也较高。

基于叶片载荷的变桨后备电源能量计算方法

风力发电机集成备用电源的设计越来越受到关注,而变桨系统因其策略灵活、控制性能好等优势,成为其中的优选方案。然而,如何精准计算变桨后备电源的能量需求,直接关系到整个系统研发和运行的经济性和可行性。为解决这一问题,本文提出了一种基于叶片载荷的变桨后备电源能量计算方法。通过对风力发电机叶片载荷的系统分析,识别出影响其功率需求的主要因素。基于风速分布特性和叶片载荷的关系,建立了备用电源能量需求的计算模型。

载荷优化的海上漂浮式风电机组二阶滑模变桨控制

针对强非线性、强耦合的海上漂浮式风电机组动力学系统,提出一种基于二阶滑模的统一变桨控制策略,解决受海浪风速等随机干扰引起浮式支撑平台运动而产生的疲劳结构载荷及功率波动问题。构建漂浮式风电机组的不确定仿射非线性模型,基于风电机组“额定转速”设计积分滑模面,此“额定转速”不再是恒定值,而是取决于平台纵摇速度的变量,基于超螺旋算法实现二阶滑模变桨控制律。采用FAST和Matlab/Simulink联合仿真,所提出的方案与传统PI控制相比,对稳定高风速时风力发电机功率,抑制浮式支撑平台运动及减少叶根载荷具有更好的控制作用,对塔基也有较好的减载作用。

变压心飞行载荷校准试验方法研究

校准试验是应变电桥法测量飞行载荷的关键环节。为模拟真实飞行时气动载荷压心随飞机机动而连续变化的特性,提出一种可变压心的载荷校准试验方法,对全机平衡和约束载荷进行计算分析,利用多点协调加载系统应用于某型飞机的机翼载荷校准试验。使用变压心加载工况对载荷模型进行验证,明确压心变化引起的误差,通过调整建模工况的压心分布对模型进行优化,机翼根剖面弯矩载荷模型适用范围为17%~90%,模型精度由5.54%提高到2.36%。优化后的载荷模型测得的纵向机动飞行载荷左、右机翼对称,压心变化在验证范围内,测量结果合理可靠。

分数阶PID控制在电动变载荷加载系统中的应用

针对电动变载荷加载系统中存在的强耦合、加载过程中的多余力干扰、电机内部的高度非线性化和时变性等问题,为提高电动变载荷加载系统的动态性能和控制效果,将分数阶PID控制器应用于电动变载荷加载系统中,该控制器较常规PID多了2个可调参数,能更灵活地控制受控对象,采用Oustaloup近似化方法对分数阶算子近似化处理,用改进惯性权重ω的粒子群优化算法对分数阶PID控制器参数进行整定优化。选取不同加载压力的输出波形对电动变载荷加载系统模拟仿真并在电动变载荷摩擦磨损试验平台上进行加载试验,通过实验数据求出加载过程中的摩擦力、摩擦系数和加载压力的跟踪曲线与误差曲线图,然后和常规PID对比。试验结果表明,分数阶PID控制器抗干扰性强、跟踪精确度高,有更好的控制效果。

腰椎间盘退行性变及不同载荷影响的生物力学研究进展

生物力学因素是引起腰椎间盘退行性变的主要原因。正常椎间盘中各组分的相互作用使其能够适应各种复杂的运动状态,同时传递和承担载荷,保持腰椎的稳定性和灵活性。随着腰椎间盘的逐渐退变,其内部结构的应力分布发生相应改变,影响腰椎的生物力学平衡,最终导致腰痛的发生。因此,掌握腰椎间盘及相应运动节段的生物力学状态,明确腰椎间盘退行性变引起盘内发生应力、应变及位移的力学机制至关重要。基于此,本文综述腰椎间盘的结构和生物力学特性、椎间盘退行性变的组织特性及退行性椎间盘有限元建模和应用进展,分析不同运动载荷(压缩、屈伸、旋转及各种复杂运动方式)状态下盘内的受力分布,为未来临床制定相关的治疗方案提供重要的力学价值。

冲击载荷下磁流变缓冲器动力学建模与试验

为了探讨磁流变缓冲器作为火炮反后坐装置的可行性,本文设计了单缸双伸出杆式磁流变缓冲器样机,研究了冲击载荷作用下磁流变缓冲器的动态缓冲性能,以及瞬时加速度超过100g的缓冲器动力学特性。基于Herschel-Bulkley本构模型,采用平均惯性法,推导出包含流动惯性的阻尼通道力学模型。由于平均惯性法的近似性,提出对模型的惯性项引入修正系数;同时考虑局部损失,建立包含局部损失的缓冲器力学模型。从冲击力的角度分析出发,建立缓冲运动微分方程,研究缓冲过程中的运动和受力。采用落锤冲击试验方法,测试分析了缓冲器在不同冲击高度和电流工况下的动态冲击缓冲数据。研究表明:缓冲器可以有效减小冲击力峰值,平缓冲击载荷,且在不同冲击载荷下均具有良好的缓冲性能。对比试验值与理论值发现修正后的力学模型可以更好地描述缓冲器在冲击缓冲过程中的动力学特性。

椎间盘结构异常类型及相关机械载荷与生物力学因素

背景:椎间盘损伤退变的问题已经在很多方面得到研究,许多研究表明椎间盘损伤退变是由机械载荷因素驱动引起,然而,关于椎间盘损伤退变常见表型与机械载荷因素潜在的联系却少有被归纳。目的:归纳已发表文献中椎间盘损伤退变表现出的常见结构异常类型,总结在体外实验研究中导致这些结构异常的机械载荷类型的潜在联系。方法:在PubMed、中国知网和万方数据库中以“Intervertebral disc failure,Intervertebral disc injury,Mechanical load,Mechanical factor,Load factor,Biomechanics”为英文检索词,以“椎间盘结构异常,椎间盘损伤,机械载荷,载荷因素,机械因素,生物力学”为中文检索词,检索椎间盘损伤退变与机械载荷因素相关的文章,按照入选标准和排除标准进行文献筛选,最终纳入88篇文献进行综述。结果与结论:①椎间盘常见结构异常类型包括椎间盘高度下降或椎间盘膨出及骨质增生、纤维环撕裂、椎间盘突出或脱出、终板损伤及许莫氏结节及椎间盘钙化等,其容易受压缩、屈曲、轴向旋转以及复合载荷等机械载荷类型的影响。②压缩载荷主要引起蛋白聚糖含量减少和椎间盘结合水的能力降低,导致椎间盘高度下降或膨出以及椎间盘进一步的损伤退变,另外,过度的压缩载荷对终板的损伤较大。③屈曲载荷和轴向旋转载荷对纤维环的损伤比终板更大,持续长时间或重复的屈曲载荷会导致纤维环撕裂和椎间盘的突出或脱出,而单纯的轴向旋转载荷对椎间盘的损伤较小,只会引起纤维环撕裂。④然而,当不同的载荷类型结合作用时更容易导致椎间盘出现高应力,椎间盘损伤的风险更大。⑤椎间盘的损伤退变呈渐进式的结构破坏,在临床实践中前期的预防和保护尤为重要,未来的组织工程研究可从早期修复椎间盘入手。

变桨轴承套圈材料弯扭疲劳载荷谱研究

变桨轴承套圈承受周期性弯扭交变载荷作用,为使用标准试件研究变桨轴承套圈材料的弯扭疲劳失效,需建立与实际工况等效的试验载荷谱。首先建立了风力发电机桨叶系统的整体力学模型,并研究了变桨轴承套圈承受的周期性外载荷;其次建立变桨轴承的整体有限元模型,研究变桨轴承套圈应力、套圈截面弯矩和扭矩的周期性变化规律;最后通过应力和弯扭载荷特性等效,研究了标准试件试验变桨轴承套圈材料疲劳性能的等效载荷谱。

7075铝合金变载荷摩擦模型研究

采用自主设计的摩擦试验机,研究在边界润滑条件下不同载荷对7075铝合金板料摩擦系数的影响,利用ORIGIN拟合软件建立基于载荷摩擦系数的变载荷摩擦模型,结合ABAQUS有限元仿真和实际冲压试验,验证所建模型的有效性。研究结果表明:在2~6N范围内,随着载荷的增加,7075铝合金板料摩擦系数逐渐减小,表面划痕数量和宽度增加,犁沟磨损越发显著;基于变载荷摩擦模型仿真模拟锥形件的厚度更接近于实际冲压锥形件的厚度,验证了该摩擦模型的有效性。

变载荷作用下船舶板架结构冲击评估方法

船舶身处海洋环境,在航行过程中常会因复杂的海况而遭受到诸如干/湿交替侵蚀、海洋盐雾腐蚀、海浪拍打等冲击。其结果不仅会对船舶的维护及检修造成巨大的经济损失,同时也会影响到船舶设备的使用寿命与安全性。部分船舶服役的舰载机在每次升降的过程中,其冲击载荷也会使船舶板架结构产生损伤和裂纹,不仅会降低飞机的力学性能,同时也会造成其在降落时因冲击载荷而导致结构寿命缩短。为此,本文以38CrMoAl钢材料作为研究对象,从变载荷的作用机制入手,分析38CrMoAl钢材料在海洋环境下的冲击动态力学行为,完善船舶板架结构冲击的评估方法,为船舶承受冲击载荷结构的寿命评估奠定基础。

一种适用于大位移变载荷管道的支吊架结构设计

针对某电厂分级省煤器连接管道热胀位移异常状况,进行了管道系统各部分线质量计算,结果显示:管内水介质质量达到管道及保温层质量的14%左右,变载管道与恒载支吊架的不匹配导致了热胀位移异常。在确认多级串联弹簧设计无法满足现场安装要求的情况下,首次提出了大位移变载荷支吊架设计理念,采用现有主辅簧式恒力支吊架结构,通过改变摆臂凸轮的轮廓曲线形状,实现在整个大位移行程内输出载荷线性变化,并详细推导了摆臂凸轮轮廓曲线的求解方程,最后在分级省煤器连接管上进行了应用,据此设计的专用支吊架实际输出载荷与设计目标值最大偏差在3%左右,并成功恢复了管道正常热膨胀状态,也为其他类似结构提供了一种新的支吊架设计方案。

考虑基于变分模态分解的冲击载荷截止因数影响的管系响应

针对海上浮式装置力学分析中选用不同截止频率阈值得到重构的冲击载荷对结构响应结果有较大影响的问题,采用变分模态分解(Variable Mode Decomposition,VMD)方法得到冲击载荷各本征模态函数、对应频谱的特征频率和最大加速度幅值。选取不同的截止因数,重构得到不同的冲击载荷。数值仿真结果表明:当截止因数为0.01时,重构的冲击载荷动力学响应与原始冲击载荷动力学响应基本保持一致;在保证足够的安全裕度的前提下,当截止因数选0.20时,可获得更低的截止频率。

基于LPV-MPC的风电机组功率-载荷协调控制策略

大型风电机组变桨控制是一个复杂的非线性控制任务,如何在系统约束和风速扰动的条件下实现功率调节和载荷降低成为难题。针对该问题,文章采用机理与参数辨识方法构建了一个面向控制的线性变参数(LPV)模型,LPV模型引入间隙度量理论来降低模型复杂度,为控制设计提供了更加精确的线性模型。设计了时变卡尔曼滤波器,实现了风机的最优状态估计,基于获得的最优状态,提出了自适应模型预测(MPC)变桨控制器,MPC控制器能够根据实时风速变化调整预测模型,在满足系统约束的条件下实现大型风电机组功率-载荷的协调控制。OpenFAST对比仿真实例表明了模型与控制器的有效性。

风电机组载荷优化对变桨轴承力学行为影响研究

以往的研究主要关注的是变桨轴承本身的力学性能与设计改进,在载荷变化对变桨轴承力学行为影响规律方面还缺乏系统性研究,以致难以定量预测载荷优化对变桨轴承可靠性提升产生的影响,不利于变桨控制策略的准确制定。为此,引入了在线测试与仿真分析技术,研究了载荷优化对变桨轴承力学行为的影响。首先,采用基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法,测试了风电机组在不同功率水平下载荷优化前后的叶根载荷,以及相应的变桨轴承内外套圈径向与轴向相对位移;然后,提出了一种有限元分析方法,建立了考虑变桨轴承及其周边支撑结构柔性的变桨系统有限元模型;最后,将实测载荷作为输入进行了仿真计算,分析了载荷优化对变桨轴承变形、滚动体与滚道间最大接触应力及最小边缘接触余量角的影响。研究结果表明:载荷优化降载3.46%~5.08%后,相同功率水平下变桨轴承变形减小,最大接触应力减小1.10%以上,最小边缘接触余量角增大0.47°以上,变桨轴承可靠性得以提升。该研究结果可为载荷优化控制策略的准确制定提供指导。

变弯度机翼后缘结构试验技术研究

本文针对全尺寸变弯度机翼后缘柔性蒙皮大变形的结构特点,对变弯度机翼后缘结构试验技术进行了研究。在对几种随动加载方法进行对比研究的基础上,提出了一种丝杠模组与力控作动筒联合主动控制的随动加载方案。通过变弯度机翼后缘结构地面试验对该随动加载方法进行了试验验证,试验结果表明,采用该随动加载方法,加载精度与测量结果均满足试验要求,可以实现气动载荷的准确施加。本研究为可动翼面的载荷施加提供了参考,试验数据为变弯度机翼后缘设计改型提供了依据。