水下弹性缆索动力学分析

以水下弹性缆索为研究对象,分析了处理缆索弹性的段前弹簧模型,发展了缆索的多体有限段模型,提出弹性缆段模型,将多体运动力学和弹性力学结合起来,用于求解弹性缆索的动力学响应。对于水下缆索所受的流场力,推导了流场分布力的质心等效力系,并通过揭示水下缆索的附加质量与缆索自身惯性的本质联系,得到了包含附加质量力影响的水下弹性缆索的动力学方程。对工程实例进行了仿真研究,结果与实际情况吻合良好。

形状记忆合金超弹性缆索力学行为的有限单元法

由于涉及材料和接触双重非线性问题,很难建立描述形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)超弹性缆索力学行为的理论模型,为了克服试验成本高和易受环境因素影响的缺点,基于形状记忆因子概念和SMA本构模型,推导了适于有限单元法的增量型SMA本构模型。利用ABAQUS二次开发功能,考虑相变过程中SMA弹性模量的变化,编写了SMA用户材料子程序,实现了SMA超弹性缆索力学行为的有限元单元法。利用建立的有限单元法对SMA超弹性缆索的相变和力学行为进行数值模拟,并将数值结果与文献中试验结果进行了对比验证,在此基础上,分析了SMA超弹性缆索外线股螺距对缆索整体力学行为的影响。计算结果及其与试验结果的对比表明,提出的有限单元法能有效描述和预测SMA超弹性缆索在拉伸过程中的相变和力学行为,SMA超弹性缆索外线股轴线螺距对缆索整体相变和力学行为有明显影响,研究工作可为SMA超弹性缆索设计及工程应用提供计算方法与技术指导。

考虑阻尼的无限长小垂度缆索弹性波的传播

缆索结构被广泛应用于电气、土木、海洋和航空工程等领域,随着缆索在工程中的应用长度越来越长,高阶振动越来越明显,研究时应该考虑扰动沿着缆索的传播.现有对缆索弹性波传播的研究中,通常不考虑阻尼项,然而阻尼对于波的传播有着重要影响.文章考虑阻尼的影响,发展了包含阻尼项的三维弹性缆索运动方程.通过求解上述含阻尼项的运动方程,分别考察了面内面外弹性波的频率关系、相速度和群速度等自由传播特性,进而通过计算无限长弹性缆索在初始余弦型脉冲作用下的位移响应,分析扰动沿着该缆索的传播规律,考察波的色散现象以及阻尼对于缆索弹性波传播的影响.结果表明,考虑阻尼后,面内波和面外波均为色散波,面内波在曲率的作用下,为高度色散波.此外,在阻尼的影响下,波的峰值在传播过程不断减小,且波的后缘端点响应总是高于前缘端点响应.