四边固支板在均布荷载作用下的剪力分布规律

沉箱底板抗剪往往需要控制底板厚度,而现有剪力分布规律研究较少,针对此问题采用有限元方法进行不同组合工况的计算,研究四边固支板在均布荷载作用下,板边最大剪力分布以及最大剪力随板厚、边长、长宽比的变化关系,得出最大剪力与平均剪力之比的一般规律。研究结果表明:板边剪力分布呈类抛物线形,板边最大剪力值小于弹性薄板理论计算的最大剪力值;相同尺度和荷载情况下,矩形板厚度增大其板边最大剪力值将有所减小;矩形板尺度增大,板边最大剪力值将迅速增大且最大剪力与平均剪力之比也有所增大;对于常用沉箱纵横隔墙间距和底板厚度,板边最大剪力与平均剪力之比通常为1.3~1.6。总结剪力分布与仓格尺度的关系,旨在为类似工程设计提供参考。

基于电磁式惯性作动器的四面固支板前馈补偿线性自抗扰振动主动控制

针对基于电磁式惯性作动器的四面固支板振动系统中存在的由相位滞后、功率放大器等模拟器件、数据采集卡的采样时间等因素导致的时间延迟,本文提出了一种基于跟踪微分器(Tracking Differentiator, TD)的前馈补偿自抗扰控制方法.首先,利用振动理论和电磁感应原理,建立了基于惯性作动器四面固支板的振动模型;其次,利用跟踪微分器获得输入信号的跟踪信号及其微分信号,以实现相位超前功能,并根据控制信号与系统输出同步的原则设计了扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)来估计系统状态和总干扰.最后,搭建了一套基于NI PCIe采集系统的振动控制平台,验证所提出的振动主动控制策略的控制性能.开展了传统三阶-线性自抗扰控制、预测估计器的线性自抗扰控制和所提的振动控制策略的对比试验,结果表明了所提的基于TD的前馈补偿自抗扰控制器具有最佳的抗扰和振动抑制性能.

基于压电网络的四边固支板多阶共振抑制

利用四边固支板横向自由振动的精确解作为模态坐标,在模态空间求解了四边固支压电网络板的机电耦合动力学方程.基于对压电网络板在模拟单点激励下谐响应行为的计算分析,得到了控制其各阶共振的压电网络电路元件最优电学参数.电感电阻并联型四边固支压电网络板与四边简支压电网络板不同,其具有多个局部最优电学参数.通过分析这些最优参数对其他阶共振的影响,发现四边固支压电网络板具有多阶共振抑制效果,与电阻相比,该效果对电感更加敏感.电感电阻并联型四边固支压电网络板可以实现比电阻型四边固支压电网络板更好的单模态振动抑制效果,但同时其多模态振动抑制效果会降低.

切割对磁约束阻尼处理固支板的振动特性的影响

在约束层根部设置引力排列的磁体,阻尼层的剪应变将大于传统约束阻尼处理(passive constrained layer damping treatment,PCLD)的剪应变,因此,采用磁约束阻尼处理(magnetic constrained layer damping treatment,MCLD)可使系统的阻尼得到显著地改善。文中应用假设模态法研究工程中常见的两边固支约束阻尼板的磁约束处理减振效果,推导出由板的横向模态坐标表示的特征方程。通过考察固支板的第一阶扭转模态(m=1,n=1)的损耗因子,研究将阻尼层等分切割为总的尺寸不变的两块阻尼层的阻尼变化情况。分析表明,在覆盖面积相同时,将阻尼块沿x方向等分为2块,将每块放置在板的宽度方向的边部,并沿模态节线y=W/2对称,可使MCLD获得更好的阻尼改进效果。

均布荷载作用下四边固支板的一种逼近解法

提出一种用加权残数法求解均布荷载作用下四边固支板内力的逼近解法。此结果可广泛用于其它相似结构、相似荷载的内力计算。

内部为弹性点支承的固支板的振动分析

板的振动问题一直受到理论和工程界的重视,有关板在各种形状、构造、激励以及各种非线性因素下的振动问题仍然是振动研究领域的热点之一。以内部为弹性点支承的简支梁的挠度函数为依据,采用multipledomainapproach与Galerkinapproach分析了内部为弹性点支承的四边固支与四边简支矩形板的振动问题,获得了较好的结果。该方法适用于内部为弹性点支承的其它边界条件的板的分析。

单边固支板结构弯矩光纤光栅监测方法

在飞行过程中,机翼结构会受到不同外力作用而产生变形。作为内力矩的一种,弯矩大小与结构受力和变形量有关。因此,针对变形状态下的弯矩测量对于飞行器状态监测具有重要意义。该文以等宽、等厚、等截面的单边固支板结构作为机翼的简化模型,提出一种基于光纤光栅传感器的结构弯矩测量方法,推导得到板结构在弯曲变形情况下的应变-弯矩转换方程。通过构建单边固支板结构光纤监测系统,实现对不同载荷下板结构关键位置的弯矩测量,单点加载、多点加载与均布加载方式下均方根误差分别约为0.883、0.825、0.689。

分数阶粘弹性Pasternak地基上四边固支板的自由振动

本文研究了分数阶粘弹性Pasternak地基上四边固支薄板的自由振动问题.通过引入分数阶导数,将传统整数阶粘弹性模型修正为分数阶导数粘弹性模型,增强了模型的灵活性.基于所提出的分数阶粘弹性Pasternak地基模型,导出相应的应力-应变本构关系的复弹性模量.在此基础上进一步研究Pasternak地基上四边固支矩形板的固有频率对粘弹性地基的依赖特性.在数值算例中,计算了分数阶粘弹性地基上四边固支板的前四阶复固有频率,以及双轴对称、双轴反对称、一轴对称另外一轴反对称等不同振动模态下的振型图.基于数值结果讨论了粘弹性地基分数阶参数及粘性参数对复数固有频率及振动衰减的影响规律.

平面常应力弹性固支板基波频率映射解析

基于含平面常应力的复杂域弹性固支板基波频率的求解问题,应用共形映射数值理论,将复杂边界域分为奇数与偶数插值点,提出三角插值法和法向收敛法,求解了复杂域与单位圆相互转换的共形映射函数,将其与Galerkin的方法相结合,可完成含平面常应力的复杂板域的振动微分方程及基波频率解析。同时以含圆角的矩形弹性固支板振动微分方程与基波频率求解为示例,分别分析了边长比λ、面积A和常应力系数Sp对基波频率的影响。

基于惯性作动器的四面固支板自抗扰振动主动控制

针对基于惯性作动器的四面固支板振动系统中存在的外部干扰强、建模误差大、系统时延等问题,提出了一种时延补偿的线性自抗扰控制(LADRC)策略。首先,将系统时延等效为一阶惯性环节,得到时延补偿惯性作动器与四面固支板系统的数学模型;其次,根据系统模型的阶数特征设计对应的四阶线性扩张状态观测器(ESO),对系统内部建模误差及外部激励扰动进行实时估计;然后,通过绘制Lissajous曲线计算出实验系统的时延常数,优化自抗扰控制器的控制参数,进行前馈补偿,抵消实验中内外干扰对控制效果的影响;最后,搭建1套基于NI PCIe采集系统的振动控制平台,通过半实物实时实验测试所提出的振动主动控制策略的控制性能。分别在系统中加入比例-积分-微分(PID)控制器、传统三阶LADRC和时延补偿四阶LADRC对四面固支板的振动进行控制实验。结果显示,LADRC在振动控制效果上明显优于PID控制,该文时延补偿的四阶LADRC的效果略优于传统三阶LADRC。

悬臂、四边固支板及低频隔振体系压电振动控制研究

对悬臂板、四边固支板及低频隔振系统开展了较为系统的压电振动控制研究,并在有限元环境,进行了压电控制电压的输入设计。数值计算结果表明,压电振动控制效果显著,验证了所提压电振动控制方法的有效性。本研究对于工程结构的压电振动控制具有指导意义,对于气浮振动控制等低频隔振系统开展压电主动控制,具有重要的实际工程应用价值。

不同类型炸药近场水下爆炸下固支方板动态响应研究

该文开展了2.5 g TNT、RDX和B炸药在固支方板底部近距离起爆的水下爆炸试验,研究了固支方板在水下爆炸冲击波、气泡脉动、水射流载荷共同作用下的动态响应。试验结果表明:含能较低的TNT炸药使方板呈现整体上凸式永久变形,含能较高的B炸药和RDX炸药会使方板呈现中部上凸、边部下凹式永久变形。为了进一步探讨不同炸药对固支方板的毁伤特性,通过ABAQUS软件对水下爆炸全过程进行数值模拟,数值模拟结果显示:在气泡膨胀的过程中,气泡内部压力逐渐小于大气压力,固支方板在压力差的作用下向下凹陷,接着在气泡脉动和水射流的联合作用下向上凸起,在不同类型炸药产生的气泡作用下方板凸起过程中动态响应的差异是其呈现不同毁伤形态的根本原因。仿真结果还显示,固支方板的最大等效塑性应变发生在固支边界处;增加板厚可有效防止固支方板发生中凸边凹式变形。该文的工作可为水下战斗部设计提供参考。

冲击载荷作用下固支方板临界撕裂判据及极限吸能分析

以固支方板为研究对象,依据Q235钢断裂力学性能试验,拟合了断裂应变与应力三轴度之间的关系。随后对固支板极限耗能及失效判据进行理论分析,在基于大变形膜应力耗能条件下推导了固支板在冲击载荷作用下的塑性极限耗能,得出极限吸能与破坏应变的函数关系。借助仿真手段,对固支板边界撕裂处应力三轴度进行分析,从而确定材料的极限断裂应变,在工程应用方面有较大改进。证实了基于应力三轴度损伤的失效准则能较好预测固支板在冲击载荷作用下的失效毁伤模式。

近距空爆载荷作用下固支方板的变形及破坏模式

为探讨战斗部近炸下舰船结构的变形模式,为后续理论分析和数值模拟提供实验数据,通过模型实验,分析了固支大尺寸方板在近距空爆载荷下的变形和破坏模式。在此基础上,通过测量板破裂后各裂瓣的减薄率,利用双向应变假设和体积等效原理确定了Q235钢在中部拉伸撕裂破坏模式下的断裂极限应变;根据实验模型的变形和破坏模式,基于刚塑性假设和能量密度准则提出了结构在局部爆炸载荷下的破裂判据,并对实验结果进行了预测。结果表明,随着载荷强度的增大,固支方板呈现出3种不同的变形和破坏模式;利用破裂判据对实验工况进行了预测,预测结果与实验吻合较好。

水下爆炸载荷作用下气背固支方板的动态响应分析

分析了炸药水中爆炸冲击载荷作用下气背固支钢方板的动态响应过程.通过对不同装药量和炸距下的水下爆炸冲击作用试验,使用更准确的水介质冲击载荷模型,采用改进的强化系数方形屈服线假设和刚线性硬化材料屈服模型,对固支气背薄钢方板的2种运动形态的动态响应过程进行了理论分析,得到了板的动态响应解析解并进行了典型情况下的计算.结果表明,实验和理论计算结果有较好的一致性,验证了理论假设与分析的合理性.

爆炸载荷作用下固支方板的应变场及破坏分析

对爆炸载荷下的固支方板进行了理论分析和实验研究,导出了固支方板在爆炸载荷作用下的应变场,分析了在爆炸载荷下固支方板的破裂形式,给出了破裂临界压力值,可用于一般工程设计。

水下近场非接触爆炸作用下固支方板破口计算

为研究水下近场非接触爆炸载荷作用下固支方板的破口现象,根据能量守恒原理,假设冲击波能完全转化为结构的初始动能,进而转化为结构的塑性变形能。通过假设变形模式,建立塑性变形能与平板转角之间关系,进而求解平板转角。平板在中间出现破口后,裂纹向外扩展,呈现花瓣状,满足环向应变等于开裂应变条件时裂纹终止,破口达到最大。根据转角大小,可以求解破口尺寸。与通用有限元软件ABAQUS/EXPLICIT计算结果对比,两行吻合较好。工程上,可以利用所建立的计算方法估算破口大小。

破片与冲击波对固支方板的耦合毁伤效应数值研究

为探索固支方板在破片与冲击波耦合作用下的典型破坏模式及临界转换条件,采用耦合的SPH-FEM方法数值模拟靶板在破片与冲击波耦合作用下的破坏过程。结果表明:(1)耦合载荷作用下靶板的损伤模式主要分成两种,模式I:花瓣弯曲破坏;模式Ⅱ:拉伸断裂破坏。模式Ⅱ还可细分为两种,模式Ⅱa:板边界产生塑性变形,中心产生拉伸断裂破坏;模式Ⅱb:板边界和中心均产生拉伸断裂破坏。(2)模式I和模式Ⅱa之间的临界i*(无量纲冲量)值约为0.88;模式Ⅱa与模式Ⅱb之间的临界i*值约为0.64。(3)靶板的破口面积并不是随着i*的增大而增大,当i*=0.71时,破口面积达到最大值,约为抗爆有效面积的68%。

水下爆炸冲击波载荷作用下气背固支圆板的变形及应变场分析

为进一步研究舰艇结构的抗爆抗冲击能力,利用非药式水下爆炸冲击波加载装置对气背固支5A06铝合金圆板进行了水下冲击波加载实验,并利用高速摄影技术记录了靶板变形的详细过程,得到了固支圆板在水下爆炸冲击波载荷作用下的变形历程,比较分析了不同冲击波强度对靶板变形模式的影响。通过对加载后试件沿半径各点处挠度及减薄量的测量,基于体积不变原理及刚塑性假设得出了一定工况范围内固支圆板的减薄率及整体应变场计算公式,利用该公式得到的计算结果与实验结果吻合良好。

考虑材料拉压异性的固支圆板塑性极限统一解

本文采用最新的统一强度理论求出了固支圆板的塑性极限荷载,内力场及速度场的统一解;得出了强度理论参数b及材料的不同拉压比a对塑性极限的影响曲线。所给出的解可以灵活地适用于各种不同特性的材料及机械、土木、航空等工程的相关结构中。文献中已有的Tresca解,Mises解和双剪统一屈服准则解均为本文的特例,本文的统一解还给出了一系列新的结果。统一解大于Tresca,Mohr-Coulomb的单剪理论解,它可以更好地发挥材料的强度潜力,工程应用可以取得明显的经济效益。