粒子阻尼悬臂管道减振特性试验研究与仿真分析

粒子阻尼技术是一种被动减振降噪技术,已成功应用于多个领域。以附加在悬臂管道上的粒子阻尼为研究对象,试验验证粒子阻尼器对悬臂管道振动的减振能力,同时仿真模拟研究不同粒子阻尼器参数对悬臂管道的减振特性影响。结果说明粒子阻尼器对悬臂管道有显著减振效果。试验结果与仿真结果相吻合,使算法的有效性得到验证;该研究可为管道减振措施提供重要参考。

悬臂管轴横向裂纹的识别

本文讨论了带裂纹悬臂管轴的固有频率相对变化率(RFV)的计算方法,通过分析RFV与阶数、裂纹位置和裂纹深度之间的关系。提出了用RFV-阶数关系型谱识别裂纹位置,及用综合数值计算和实验识别裂纹深度的方法。

微尺度悬臂管颤振的有限维研究

基于修正的偶应力理论并考虑Lagrange应变张量所给出的几何非线性,运用Hamilton原理建立了微尺度悬臂管平面振动的积分-微分方程.通过Galerkin方法将原积分-微分方程离散成常微分方程组,研究了临界流速-质量比曲线的不同阶Galerkin近似解与精确解的符合程度以及它们对材料长度尺寸参数的依赖性.对不同的模态截断数,运用基于中心流形-范式理论的投影法计算了临界流速处系统的第一Lyapunov(李雅谱诺夫)系数和临界特征值关于流速的变化率,以此为基础分析了系统的分岔模式,探讨了模态截断数对系统动力学性质的影响.临界流速-质量比曲线的滞后部分及交点处的动力学性质表明,系统存在不同的分岔方向,用6个模态的Galerkin离散化方程作分岔图对此进行了验证,并通过理论分析及数值方法分别计算了颤振的固有频率.

微尺度悬臂管颤振的研究

本文基于修正的偶应力理论并考虑Lagrange应变张量所给出的几何非线性,运用Hamilton原理建立了微悬臂管的平面振动微分方程.通过对线性方程的特征值分析,得到了微管的前四阶复频率及临界流速—质量比曲线(临界流速曲线)对材料长度尺寸参数的依赖关系;并且发现宏观管和微尺度管(或者具有不同材料长度尺寸参数的微管)的临界流速曲线可能会相交.运用基于中心流形—范式理论的投影法,计算了临界流速处系统的第一李雅普诺夫系数和退化特征值关于流速的变化率,以此为基础论证了分岔的超临界性质;并对临界流速曲线上的滞后部分及不同尺度管的该曲线的交点处的动力学性质作了探讨,发现了不同的分岔方向.

微尺度悬臂管的空间弯曲振动-非线性运动方程及尺度效应

具有圆环形横截面的微尺度悬臂输液管可以同等地向空间各方向产生弯曲振动。按照欧拉-伯努利梁理论,在分析管道上点的位移及相关几何关系的基础上,考虑Lagrange应变张量所给出的几何非线性,基于修正的偶应力理论计算了管的应变能,运用Hamilton原理建立了微尺度悬臂输液管的空间弯曲振动的非线性动力学方程。研究了无量纲材料长度尺寸参数对系统动力学性质的影响,结果表明,尺度效应增大管道的临界流速,并使得稳定的平面周期运动(空间周期运动)在整个质量比区间上占的比例越大(小)。

双节悬臂管流固耦合系统基座振动研究

基于柔性多体动力学与流固耦合动力学理论,利用悬臂输液管Lagrange方程建立双节悬臂管流固耦合系统基座振动力学模型,进行节臂姿态、平均流速及节臂长度参数对流固耦合系统振动影响分析。结果表明,节臂姿态及长度参数变化对系统振动响应影响显著;平均流速增加使流体流动产生的激励作用增大、振动响应均值提高,对水平姿态具有较高的稳定工作流速;节臂长度参数对臂间弯矩影响显著,以臂间弯矩为控制力设计振动控制系统时应进行节臂长度优化;设计、构建输流管振动试验系统,并通过试验验证理论模型的正确性。所建动力学模型可为节臂主动控制提供理论基础。

斜向缠绕复合材料悬臂管混合应力场及其剪力效应

提出一种求解一般斜向缠绕复合材料悬壁管的混合应力场,包括正比于轴线坐标的比例应力部分和不随轴线 变化的应力部分.各分量中的比例应力部分可以利用纯弯曲公式由比例弯矩计算,而不变应力部分可以结合所获得 应力的梯度确定其环向三角函数形式,根据这些三角函数刚好和比例应力部分的环向三角函数相反,可得横截面上 混合应力场的对称轴绕原点产生了转动,这是一般斜绕复合材料悬壁管中剪力所引起的特殊效应.数值算例对5根 简单复合材料悬壁管进行了数值模拟,结果验证了上述特殊剪力效应.

输流管的振动微分方程及单点弹性支承悬臂管的稳定性分析

本文研究了具有单点弹性支承的悬臂输流管的稳定性问题。研究内容包括:振动微分方程的建立,方程的离散化,确定静平衡位置及衡点稳定性分析等。

非线性弹性地基上悬臂管道的参数振动

首先建立了非线性弹性地基上悬臂输流管在振荡流作用下的运动方程,应用Galerkin方法将运动控制偏微分方程离散成常微分方程组。采用数值方法着重讨论了平均流速、脉动幅值、脉动频率和地基剪切刚度等参数对系统动力学行为的影响。结果表明:以平均流速为分岔参数系统会出现拟周期运动,然后是周期运动,接着出现混沌运动;以脉动幅值为分岔参数系统发生周期2,周期4,周期8,然后进入混沌运动;以脉动频率为分岔参数系统先发生拟周期运动,然后在二阶次谐波附近发生混沌运动。另外,地基剪切刚度对系统地周期运动和混沌有抑制作用,随着剪切刚度增大,系统从混沌状态演化到周期状态,直至稳态。

悬臂管在同心套管包围的水中振动特性的研究

对悬臂管在同心套管包围的水中的振动特性作了分析。通过求解二维线性Navier—Stokes方程,得出了计算附加质量系数和粘滞阻尼比的公式。为了验证理论分析结果,对悬臂管在同心套管包围的水中的附加质量系数和粘滞阻尼进行了实验研究。得出了附加质量系数和粘滞阻尼比与套管内径和悬臂管外径之比、悬臂管在同心套管包围的水中振动的固有频率以及Stokes数之间的关系。

内流激发垂直悬臂管振动失稳特性实验研究

目的研究管道内部流速和浸没深度对细长柔性悬臂管道振动特性的影响规律。方法通过位移传感器采集管道振动位移时程,计算管道振幅、时频特性、相位变迁和振动频率,分析内流在输流过程中所激发的管道振动失稳特性。结果随着内流流速的增加,垂直悬臂管会经历静态、前失稳和后失稳3个不同状态。管道振幅随内流流速的增加而明显增大,但振动频率只是缓慢上升。随着管道浸没深度的增加,管道振动失稳整体减弱。结论内流流速和浸没深度均是影响管道振动失稳特性的关键因素。

分布随从力作用的双参数地基上悬臂管稳定性研究

为了对分布随从力作用时双参数地基上悬臂管稳定性进行分析,利用Euler-Bernoulli梁模型创立输流管道的运动微分方程,然后运用传递矩阵法进行求解。通过分析悬臂输流管的无量纲复频率和失稳时临界流速间的关系,在地基刚度取4种不同值情况下研究悬臂管道受分布随从力和流体流速作用时的振动情况。结果表明:(1)地基刚度取值一定时,悬臂管道受分布随从力和流体流速影响时的振动特点大不一样;(2)无量纲分布随从力与流体流速取值一定时,管道系统的振动状况随着地基刚度增加而更加稳定,相比线性刚度的影响剪切刚度的作用尤为突出。

长阳天池口清江特大桥主拱圈悬臂浇筑斜拉扣挂系统设计

长阳天池口清江特大桥主桥为净跨径242 m的非对称上承式钢筋混凝土拱桥,主拱圈采用单箱单室截面,宽9.5 m、高4.0 m。资丘岸和五峰岸半跨主拱圈各分为24个和21个节段,第1个节段采用支架现浇,其余节段采用斜拉扣挂悬臂浇筑法施工。扣索采用星式和扇形组合方式布置,位于墩顶和扣塔的扣索为星式布置,位于交界墩墩身的扣索为扇形布置,并将墩身上的扣锚索设计成连续索以避免在墩身上搭设张拉平台;扣塔由8根∅800 mm×16 mm钢管组成,两岸扣塔分别高52.68 m和60.12 m;根据锚索最大索力,设计了能承受800 kN张拉力的岩锚索。建立主拱圈悬臂浇筑施工阶段MIDAS Civil有限元模型,对斜拉扣挂系统扣锚索索力进行计算,通过拆除部分扣索和调整扣锚索索力,施工期间主拱圈截面最大拉应力、扣塔最大偏位、主拱圈成拱后线形均满足要求。

固-液两相内流激励下悬臂输流管道稳定性特征研究

对输送介质为固-液两相流的悬臂输流管道模型进行了数值研究.首先,采用能量法以及哈密顿变分原理建立了固-液两相内流激励下悬臂输流管道的动力学方程.随后,用Galerkin方法对方程进行离散,将偏微分方程转化为一系列常微分方程构成的方程组.最后,利用特征值法以及Newton-Raphson迭代法对管道的稳定性特征展开了数值求解.对4种不同无量纲端部质量块下无量纲细长比、无量纲重力系数、以及无量纲固相比这几个重要参数对临界速度的影响展开了研究.研究结果表明,当内流速度小于临界速度时,系统特征频率虚部均为正数,结构振动形式表现为衰减振动;当内流速度超过临界速度时,系统的某阶特征频率虚部会出现负数,结构振动形式表现为颤振失稳.此外,端部质量对临界速度的影响随着重力系数的增加呈下降趋势;当重力系数增加到一定值时,临界速度值基本不受端部质量影响.当细长比和固相比较小时,随着端部集中质量块质量的增加,临界速度均呈下降趋势;当细长比和固相比较大时,临界速度不再呈单调变化趋势,而是呈现出较为复杂的变化趋势.该研究对悬臂输流管道早期的合理设计,以及服役期的安全工作均有着重要的理论和工程价值.

双悬臂截割机器人相对动力学建模与力位混合控制研究

双悬臂截割机器人可解决传统单臂掘进机在截割大尺寸断面时效率低下的难题,但其与煤岩的动态交互影响控制性能。现有研究以双臂接触同一对象形成运动闭链为前提,无法满足双悬臂截割机器人双臂运动及末端截割头输出力的控制要求。针对该问题,设计了一种基于机器人相对动力学模型的力位混合控制系统。建立双悬臂截割机器人运动学和动力学模型,基于机器人的相对雅可比矩阵及虚位移与虚功原理推导出机器人的相对动力学模型,通过单一变量同时描述机器人双臂的运动状态,将机器人双臂独立的动力学模型整合为一个整体。基于机器人的相对动力学模型,设计了机器人双臂力位混合控制系统,通过李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性和可行性。仿真结果表明:双悬臂截割工艺较单悬臂截割拥有更大的工作空间,具有一次性实现大断面截割的能力;双悬臂截割机器人力位混合控制系统能够完成对期望相对位置和期望相对力的同步跟踪,对截割头期望位置跟踪的绝对误差在0.3132 m以内,均方根误差为0.1447 m。

表面效应对热-机多孔悬臂纳米梁力学性能的影响

表面效应对纳米结构的力学性能有重要影响。飞机上很多微纳尺度的结构可简化为悬臂梁。本工作分析表面效应对随从载荷作用下梯度多孔材料纳米悬臂梁在高温环境下非线性力学响应的影响。基于GurtinMurdoch表面弹性理论和非线性梁理论,建立梯度多孔材料梁在随从载荷以及温度场中的非线性控制微分方程。假定梯度多孔材料的性能在整个厚度范围内连续变化,且沿厚度呈两种余弦形式的非均匀孔隙率分布模式。采用打靶法求解梯度多孔材料悬臂纳米梁在热-随从载荷下的非线性力学响应。获得各种孔隙率系数和不同非均匀升温下悬臂纳米梁非线性力学响应的数值解,详细讨论材料表面弹性常数和表面应力对纳米悬臂梁力学响应的影响。结果表明:不同孔隙率系数和不同非均匀升温下梁的力学行为是不同的;纳米梁表现出十分显著的表面效应。

基于改进滑模控制的悬臂式掘进机轨迹跟踪技术

针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差的快速收敛以及抖振的削弱;同时,采用边界层法进一步抑制抖振,解决了趋近律中符号函数乘积项易引起抖振的问题。分析了新型趋近律的存在性、可达性以及稳定性,并推导了干扰稳态误差的区间。考虑掘进机的不确定扰动,对传统滑模控制与改进滑模控制方法进行了仿真对比。结果表明,改进滑模控制的控制精度、收敛速度及抗干扰能力均优于传统滑模控制。最后,通过搭建实验平台测试了掘进机轨迹跟踪控制系统的性能,验证了改进滑模控制方法的可行性和有效性。研究结果可为煤矿井下恶劣环境中采掘装备的智能控制提供重要参考。

基于半解析法的功能梯度悬臂梁力学行为研究

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)物理性能优良,具有重要的应用价值,近些年来受到了越来越多的关注。本文发展了一种可用于功能梯度悬臂梁受力分析的半解析方法,该方法具有与解析法同等的计算精度,并且可用于材料性能梯度分布复杂情况下的悬臂梁结构受力分析。将该方法用于材料性能按线性梯度分布、指数梯度分布、复杂经验公式梯度分布的功能梯度悬臂梁受力分析,并与解析法、梯度有限元法、分层有限元法的计算结果进行了对比验证。研究结果表明,当高度和长度方向的积分点数分别为11个和21个时,半解析法和梯度有限元法计算的弯曲应力分布结果与解析解基本一致,分层有限元法计算的弯曲应力分布结果与解析解相差较大,相对误差大于10%。而对于挠度值分析,半解析法、梯度有限元法、分层有限元法的计算结果均与解析解非常接近,最大相对误差不超过1.0%。

高频响应悬臂梁单向阀动态特性研究

单向阀动态性能是影响磁致伸缩电液作动器中核心部件磁致伸缩泵输出性能的因素之一。已应用于磁致伸缩泵配流的悬臂梁单向阀在使用过程中出现随着启闭频率上升而响应性能下降问题,通过理论分析,提出了一种高频响应双瓣式悬臂梁单向阀,对已有和提出的单向阀进行动态响应分析。通过流固耦合在阀两端输入幅值为60 kPa的正弦压差,对比分析了已有和提出的两种单向阀的响应性。结果表明:随着输入压差信号频率的增加,已有单瓣式悬臂梁单向阀出现了响应滞后和阀口不能关闭的情况,阀口未关闭位移随频率的增大而增大,输入频率每增加100 Hz,阀口不闭合位移增加2.1%;双瓣式悬臂梁单向阀在相同结构参数下频率响应和阀口关闭情况都优于单瓣式单向阀,输入频率每增加100 Hz,阀口不闭合位移增加1%,减少了阀口回流,阀的高频响应优点可以适应磁致伸缩材料高频宽的特点。为高性能智能电液作动器的发展提供支持。

武汉青山长江公路大桥宽幅钢箱梁悬臂拼装横向线形匹配技术

武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938 m的双塔双索面全飘浮体系斜拉桥,主跨整体式钢箱梁高4.5 m、全宽48 m,采用500 t架梁吊机分节段悬臂拼装架设。钢箱梁悬臂拼装时,架梁吊机站位节段、待架节段由于荷载及约束不同,横截面变形呈现出不同的趋势,线形匹配难度大。为解决该问题,主跨钢箱梁悬臂拼装时选择上、下游分体式架梁吊机,减少架梁吊机自重;经比选选择横桥向27.7 m间距的架梁吊机站位,减小了架梁吊机荷载对横向线形匹配的影响;通过设置顶压装置(由顶压牛腿、支承底座组成),在架梁吊机站位节段、待架节段钢箱梁边腹板处施加1500 kN顶压力,配合少量马板,一次加载完成对接口竖向变形匹配调整。施工后,钢箱梁横向线形匹配精度均满足要求。