基于悬臂梁力学模型分析高边坡危岩体的稳定性——以四川省三清村高边坡W_1危岩体为例

四川省苍溪县三清村高边坡的稳定性对当地居民的人身安全构成了威胁,需要对高边坡进行稳定性分析和评价。本文针对三清村高边坡自来水厂段W1危岩体,采用悬臂梁力学模型对其稳定性进行了定量计算及分析,结果表明:将计算所得的W1危岩体截面的最大剪切应力与截面允许的最大剪切应力进行对比,可以判断W1危岩体在自然条件下处于稳定状态,在暴雨和地震条件下处于不稳定状态,该结果与野外的宏观判断结论基本一致。

金属橡胶的悬臂梁杆系模型及有限元分析

金属橡胶是由不锈钢金属细丝经特定的成型工艺制作而成,具有优异的非线性阻尼性能。也正由于金属橡胶存在非常强的非线性特性,使得对其性能的研究存在一定的难度。依据金属橡胶的性能特点,建立了金属橡胶成形压力方向的悬臂梁杆系接触作用模型,利用有限元分析软件,对试件成形方向的循环压缩性能进行了仿真分析,得到与实验结果基本一致、能有效描述试件干摩擦阻尼性能的迟滞回线,考察了相对密度的改变对结果的影响,为加工前期金属橡胶构件阻尼性能的预估和成型工艺中相对密度的确定提供了科学的依据。

一种考虑脆性断裂的三线性内聚力模型

针对复合材料的分层现象,本文结合复合材料的脆性断裂失效模式,提出了一种新型三线性内聚力模型,并基于FORTRAN语言编写Abaqus用户子程序VUMAT进行模拟。为了检验此三线性内聚力模型的可靠性,使用有限元分析软件Abaqus/Explicit对双悬臂梁模型和端边切口模型进行了建模,并对分层损伤的扩展过程进行了分析。结果表明,与双线性内聚模型相比,考虑界面材料脆性断裂过程的三线性内聚力模型不仅计算速度提高了约10%,而且能够更准确地模拟复合材料的分层现象。本研究为热固性复合材料层合板的分层研究提供了一种新的模型。

三层材料微悬臂梁模型及其在红外焦平面像元设计中的应用

双材料梁因其良好的热机械特性作为敏感部件被广泛用于热能传感器中.采用微电子工艺实现的双材料梁通常由金属和非金属作为主要功能材料构成,若两层材料之间粘附性差,则需加入一层粘附材料.根据材料力学热应力和弯拉组合理论,建立了用于分析具有中间粘附层的复合双材料(即三层材料)微悬臂梁的关于材料物理参数、结构尺寸与梁受热弯曲产生转角关系模型;利用此模型和工艺中常用材料,研究了三层材料微悬臂梁的材料选取、各层材料厚度匹配等优化设计问题.通过对像元仿真和对硅工艺制造的红外焦平面阵列(IRFPA)芯片进行测试,验证了模型的正确、合理和适用性.

反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型研究

基于悬臂梁理论和运用极限平衡法研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进行分区的"基准面"的概念,再利用"基准面"分析岩层分区破坏模式的力学机制,认为破坏面的形成机制是弯曲拉裂和压缩剪切的共同作用结果,对悬臂梁极限平衡分析模型中的各参数确定给出假设或理论分析,建立了计算模型。以重庆市巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟库段反倾岸坡为例,在边坡变形破坏模式识别基础上,应用悬臂梁极限平衡模型理论分析实例,验证该模型的合理性,同时也给出反倾层状边坡悬臂梁极限平衡模型计算步骤,用数值模拟方法验证该分析模型的正确性。模型计算结果表明,破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区,破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定,当三者关系(见式(13))大于0时,才存在破坏区,才有可能发生变形破坏。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有理论指导意义和应用价值。

基于弹簧-悬臂梁模型最小变形能的气动载荷分配方法

在进行气动载荷到结构载荷转换时使用弹簧-悬臂梁模型来代替悬臂梁模型,解决了如果气动载荷点与部分结构节点重合则会导致难以求解的问题,载荷分配结果符合"近大远小"的规律,且分配前后完全符合等效性。研究了模型参数对载荷分配结果的影响,讨论了利用悬臂梁与弹簧刚度比,刚度与目标点距离的比来控制分配结果的方法。另外,讨论了使用构造函数代替物理模型的方法。

人工肌肉IPMC电致动响应特性及其模型

采用自行设计的悬臂梁装置对人工肌肉IPMC的电致动响应特性进行测试,研究在直流电压作用下悬臂梁位移与电压的关系及在方波电压作用下位移与电压频率的关系,建立IPMC材料的力学模型;提出IPMC材料悬臂梁电致动挠曲线方程的大变形解法,导出作用于IPMC悬臂梁上的等效弯矩与电压、频率的函数。测试结果表明,在电压为5V时位移达到最大值11.1mm;当电压的频率大于30mHz时,随着频率的增加,悬臂梁的位移逐渐减小,且在30～100mHz时下降迅速。模型计算结果与测试结果最大相对误差在10%以内,证实了模型的准确性。

大范围运动悬臂梁理论模态计算与数值仿真

飞行器运动过程中常存在沉浮、弯或扭等自由度,而经典的悬臂梁模型简化过多,因此在动力学仿真过程中,如模态计算中难以精确。为此,针对常见的伯努利-欧拉梁模型,首先将其拓展成为大范围运动悬臂梁模型,兼顾了机翼沉浮运动、机翼根部弯曲变形的情况。接着,借助整体坐标系与局部坐标系以及两者之间的联系,建立起较为真实的机翼结构数学模型,并在此基础上基于理论方法和数值计算的方式获得了自由振动状态下的模态频率。算例表明,基于此提出的拓展悬臂梁模型,在小角度弯曲变形的情况下,理论方法的模态频率和基于ANSYS计算的模态频率结果高度一致,但ANSYS的模态结果中同时存在摆动方向上的模态信息,若增加摆动方向上的零位移约束,又会造成模态频率数值上的偏高,在工程应用中值得注意。

压电悬臂梁负载阻抗匹配分析及其在隔膜泵驱动中的应用

利用悬臂梁结构的不同位置作为对外激励源时,为了使负载获得更多的能量,使悬臂梁的能量输出达到最优,同时隔膜泵的流量输出达到最大,实现隔膜刚度最佳匹配的目的,提出了一种压电驱动悬臂梁结构的负载阻抗匹配概念,研究了隔膜泵的性能与悬臂梁结构对外输出刚度之间的关系。首先,选取悬臂梁结构的根部、中部和端部3个特征位置,利用有限元仿真软件,对悬臂梁-弹簧-质量块模型的能量输出进行了阻抗匹配分析;其次,选取隔膜容积泵作为驱动负载,根据其结构及工作原理,建立了压电悬臂梁驱动隔膜容积泵的简化动力学模型,分析了隔膜泵的性能与悬臂梁驱动结构参数之间的关系;最后,搭建了压电悬臂梁驱动隔膜泵的刚度匹配实验平台,对不同圆盘直径下,悬臂梁不同特征位置处的隔膜泵输出流量进行了测试。研究结果表明:在悬臂梁根部、中部以及端部位置处,隔膜泵输出流量最大时的活塞圆盘直径分别为20 mm、18 mm以及16 mm,随着悬臂梁不同位置对外输出刚度的减小,隔膜匹配的最佳刚度应随之减小;若悬臂梁结构与负载参数一定时,对应的最佳负载匹配刚度逐渐增大。

歪闪古建木构架整体纠偏方法与数值模拟

由于环境与人为等因素的长期影响,木结构古建筑普遍存在倾斜歪闪等损伤问题,严重影响了古木建筑的安全,亟需纠偏修复。研究尝试提出一种整体纠偏方法,构建木构架结构纠偏理论计算模型,通过数值模拟方法分析了纠偏过程的可行性,并以某多层木结构建筑的纠偏复位过程为例加以验证。结果表明:纠偏后结构楼层偏移明显减小,纠偏过程中主要结构构件仍然处于弹性范围内,纠偏效果良好,可为同类古建木构架纠偏理论研究提供借鉴。

自然崩落法向无底柱分段崩落法过渡中底柱破坏的力学模型

针对自然崩落法向无底柱分段崩落法过渡时底柱破坏的具体要求 ,为保证安全生产 ,提出了悬臂模型 ,并利用弹性力学的方法对底柱的受力情况进行分析计算 ,得出了悬臂折断时的长度。

考虑不同边界条件悬臂梁的模态研究

为了提高假设模态法建立动力学模型的精确性,研究了将柔性机械臂简化为更精确的悬臂梁模型的问题。通过分析不同边界条件对Euler-Bernoulli悬臂梁横向振动的影响规律,将悬臂梁自由端的剪力边界条件具体化为集中质量和拉伸弹簧,弯矩边界条件具体化为扭转弹簧和转动惯性元件,得到了各种边界条件下悬臂梁的模态频率和模态振型的变化规律。结果表明添加边界条件的悬臂梁模型可以更好地表示柔性机械臂的模态振动,因此可以提高假设模态法建立的动力学模型的精确性。针对柔性机械臂之间模态振动耦合较强,添加边界条件无法表示柔性机械臂模态频率的变化规律,提出了修正当量密度的方法。最后给出了边界条件和修正当量密度的迭代计算方法,并用ANSYS和ADAMS联合仿真分析了由驱动关节和自由关节连接的二连杆柔性机械臂模型对应的模态振动,验证了计算方法的正确性。

力学创新试验中的悬臂梁全场动态特性测量

苏州科技学院土木、力学类本科专业的力学实验还是以验证基本变形理论为主的一些常规实验,而结合工程实际和一些先进的现代测量手段的创新实验很少开设。文中设计了一个力学创新实验,内容是将本科生所学的力学基础知识和现代光学测试技术结合起来,对悬臂梁全场动态特性进行测量。该实验的设计可使学生在本科学习阶段就能接触工程测量的一些先进技术,有利于激发学生的学习兴趣和创新意识,为学生将来走向工程实际打下基础。

压缩机舌簧排气阀运动模型对比及动态特性影响因素分析

为了揭示压缩机舌簧阀启闭运动失效过程及其影响因素,建立了阀片运动的单质点模型和悬臂梁模型,在单质点模型中,综合考虑了阀片的有效工作长度、弹力、质量随位移变化的关系,在Matlab环境下,采用四阶龙格-库塔法计算程序对2种模型进行了求解。为了验证模型的有效性,建立了舌簧排气阀位移测量实验系统,并将测量结果与2种模型的计算结果进行了比较,结果表明,单质点模型相比悬臂梁模型能更准确地反映舌簧排气阀的运动规律。利用单质点模型分析了气阀升程、阀片厚度以及阀孔直径对舌簧阀动态特性的影响,分析结果表明:阀片升程增加,舌簧排气阀的初始关闭角减小,最大冲击速度增大;阀片厚度增大,对初始开启角影响不大,但初始关闭角提前;排气阀口直径减小,阀片开启、关闭时间延迟,压缩机能效比降低。该研究可为舌簧阀组结构参数选择、优化设计提供参考。

变间隙密封液压缸活塞唇边变形量数学模型研究

通过对液压缸活塞唇边构建端面受压力的悬臂梁物理模型,应用纵横弯曲理论分别推导出无槽和带槽唇边活塞的唇边变形量数学模型,并通过实例计算2种活塞的唇边径向变形量;利用有限元分析软件仿真分析2种活塞在不工作压力下的唇边变形规律,同时搭建液压缸测试系统平台测量采用2种活塞的液压缸在不同工作压力下的内泄漏量。研究结果表明:无槽唇边活塞的唇边变形近似呈喇叭形,最大变形量出现在唇边端部处,带槽唇边活塞的变形近似呈腰鼓形,最大变形量出现在均压槽处且靠近唇边端部的一侧;在相同工作压力下,带槽唇边活塞较无槽唇边活塞的变形量更大,密封性能更好。仿真分析结果和实验结果均验证了所建数学模型的正确性。

基于悬臂梁振动理论的舌簧阀运动规律及压力损失分析

建立了基于悬臂梁振动理论的舌簧阀运动模型,利用该模型分析了舌簧排气阀运动规律,以及阀片在开启过程、全开阶段、关闭过程的压力损失情况.分析结果表明:随阀片厚度增加,阀片全开期缩短,初始关闭角减小,相对压力损失曲线的波动性增强,压力损失增大.随阀片升程增加,关闭过程出现回弹波动越早,且升程增加,阀片开启面积增加,压力损失减小.随压缩机转速降低,阀片开启时间缩短,压力损失减小.但当转速降低到800r/min时,出现颤振,相对压力损失曲线呈波浪形,压力损失增大.

反倾层状岩体倾倒变形发育深度模型的计算分析

为分析反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏机理,通过对反倾层状岩体的物理力学解析及悬臂梁极限平衡分析模型的优化,开展反倾层状岩体变形发育深度计算研究。基于流变理论,采用广义开尔文流变模型,以变形发育极限位置处零应变作为发育深度的界定标准,获取了反倾层状倾倒变形体的发育深度。进而,将两种方法推导出来的计算式进行工程实例分析,并与前人的研究成果进行对比分析,探讨其工程实际应用价值。实例计算表明:优化下的悬臂梁模型比广义开尔文流变模型计算的发育深度更接近实际情况;反倾层状边坡倾倒变形破坏发展演化的四个阶段为初始弯曲变形阶段、累计弯曲变形阶段、板裂体折断破裂阶段、破坏阶段。研究成果对反倾层状岩质边坡整体稳定性判别及失稳规模预测具有一定理论意义和参考价值。

导电聚合物驱动器力学模型建立的研究

针对自制的三层弯曲型聚吡咯导电聚合物驱动器搭建的实验系统,依据等效悬臂梁理论建立驱动器的力学模型。测量驱动器施加低电压（0~1 V）时的基体弯曲变形量,通过研究驱动器的弯曲位移与电压、力与电压的关系,建立了电压与均布载荷的函数关系式。实验结果表明,电压与垂直方向位移成线性关系,当电压为0.7 V时位移可达到17 mm,并且得到电压与应变的比例因子近似为α=0.013。最后计算驱动器各等分点的理论偏转位移与测量值的偏差,得出最大偏差很小,验证了模型的有效性。

基于悬臂梁理论求解隧道的稳定性

针对交通隧道施工工艺,按受扰动围岩拱顶裂隙位移发生、扩展直至破坏的分析思路,研究隧道拱顶时空效应的稳定性问题。基于悬臂梁理论、用改进的Burgers流变断裂模型和能量释放率及COD值作为分析断裂的参量,从理论上推导出隧道后方最危险裂隙所处的范围、确定二次衬砌起始的位置和喷混支护时间等工程应用性问题。并结合实例,验证了所得结论的可靠性。

基于改进FxLMS算法的悬臂梁振动研究

滤波-x最小均方(FxLMS)算法常用于主动振动控制领域,但不能很好地平衡收敛速度和稳态误差。针对悬臂梁的振动问题,提出一种以改进FxLMS算法为控制策略的主动噪声控制算法,通过利用反双曲正弦函数对误差信号进行非线性变换,从而优化自适应滤波器的权系数迭代规律。在Simulink中建立基于FxLMS算法的主动控制系统,并在机械系统的力学自动分析(ADAMS)中建立悬臂梁模型。将悬臂梁模型作为机械模块与控制系统相结合,构建悬臂梁振动主动控制联合仿真系统。在该系统中将FxLMS、Fair、FxatanLMS、FxasinhhLMS四种算法进行仿真对比。对比结果表明,改进的算法稳态误差更小、收敛速度更快,且能寻得稳态误差和收敛速度之间的最优平衡,从而更加有效地控制悬臂梁的振动。