基于有限质点法的单层柱面网壳冲击作用下动态响应

为了探究单层柱面网壳结构受冲击作用下的动态响应,验证有限质点法模拟网壳结构冲击动态响应的准确性,建立了7个冲击工况的有限质点法模型,采用以对称罚函数为基础的双球碰撞模型为冲击模型,根据能量守恒定律确定冲击模型中碰撞刚度系数,引入Cowper-Symonds本构模型,获取结构动力响应,并将模拟结果与试验结果对比。结果表明:1)有限质点法得到的冲击力时程变化曲线与试验结果相近;2)由于未考虑结构损伤因素,有限质点法所得节点位移略小于试验值,但所获得的结构失稳动量与试验一致;3)冲击产生的网壳应变能更易沿着网壳斜杆传递,同时冲击区杆件,刚度较大区域如支座附近的杆件为结构的主要受力构件。有限质点法可以较为准确的判断单层柱面网壳结构受冲击作用的动态响应,可为提高相关结构抗冲击性能提供理论依据。

天然不含节竹管在轴向压缩冲击载荷下冲击响应与吸能特性的数值分析

天然不含节竹管在工程中应用较广,研究此类天然薄壁管结构的抗冲击能力具有重要的意义。利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB),研究天然竹管的抗冲击性能并进行有限元分析。在ABAQUS中应用三维Hashin和Puck单向纤维复合材料失效准则,结合应变率效应对强度的修正建立竹管本构模型,对冲击载荷下的天然不含节竹管进行模拟,得到的动态应力-应变曲线和破坏模式与SHPB实验接近,验证有限元模型的准确性。结果表明:实验与模拟的极限抗压强度误差最小为2.19%、最大为8.68%;在不同的冲击压缩载荷下,竹管出现端面压溃、沿轴向劈裂等破坏形式;竹管外壁节点处的位移、速度和加速度响应均随冲击载荷的增加而增加;随冲击载荷升高,入射能、反射能、吸收能和比吸能随时间均呈上升趋势,透射能随时间变化不大;不含节竹管的峰值载荷远低于薄壁圆管GFRP (glass fiber reinforcement plastic),但比吸能较为接近,说明不含节竹管并不适用于需承受大冲击能量的高速冲击防护领域。初步结果可为竹管用于工程结构防护给予理论参考。

冲击响应谱在卫星运输冲击响应分析中的应用

卫星运输过程中的动力学环境存在一定的随机性与不确定性,给卫星的安全运输带来隐患。目前工程上尚未形成通用化的卫星运输仿真方法,也未制定指导性的运输分析力学环境条件。文章提取卫星运输过程中经常出现的2种典型斜坡形式的冲击信号,基于ABAQUS软件建立卫星与运输支撑工装的有限元模型,分别开展了瞬态响应与冲击响应谱分析。结果表明,相比于瞬态响应分析,冲击响应谱分析节约了95%的运算量,且分析偏差在17%以内,并能够实现对响应最大情况的包络,可更好地满足工程上对仿真分析快速且准确的需求。

不同冲击载荷下典型路面结构的动态弯沉响应

为研究不同冲击载荷下典型路面结构的动态弯沉响应数值规律,开展试验勘测等级公路信息,分析实测数据并归纳出等级公路承载能力与路面结构的相关关系,基于统计规律构建了承载力维度下的典型路面结构。建立包含塑性损伤的多层连续道路结构模型,通过比对仿真结果与试验数据验证模型的有效性,研究模型大小对不同冲击载荷作用下路面弯沉仿真结果的影响。开展不同冲击载荷下典型路面结构的弯沉响应规律研究,计算出冲击载荷作用下路面峰值沉降与残余沉降数值,揭示不同冲击载荷下典型路面结构弯沉响应内在规律。研究结果表明:包含塑性损伤的多层连续道路结构模型能够准确反映冲击载荷下路面真实动态弯沉响应;不同冲击载荷下,路面沉降中塑性沉降量占比与冲击载荷幅值满足双指数方程;百吨级范围内,路面沉降中弹性回弹部分随冲击载荷幅值增大而增大,塑性沉降部分与载荷幅值呈指数正相关关系;百吨级以上,路面沉降中弹性回弹量达到上限1.2~1.3 mm,路面塑性沉降量与载荷幅值呈线性关系。开展的不同冲击载荷下模型大小对仿真结果的影响规律研究可为有限元仿真中确定合适的仿真模型尺度提供参考。

双三角点阵夹芯结构低速冲击下的动态响应与失效机制

采用非线性有限元仿真方法研究双三角点阵夹芯结构抗冲击性能,使用直径为16 mm的半球形冲击器以不同的冲击能量分别对夹芯板的节点和基底位置进行冲击,研究了点阵夹芯板的失效机理和动态响应,以及各个变量对夹芯板的抗冲击性能的影响规律。结果表明:双三角点阵夹芯结构的主要失效形式为面板的基体拉伸破裂;芯子的失效形式受自身结构和受力方式影响,主要为脆性坍塌断裂和塑性变形。载荷-时间曲线表明,冲头能量与冲击位置对夹芯板的损伤失效行为有着显著的影响。相同冲击能量下,与基底冲击相比,夹芯板在节点冲击时的损伤程度及载荷峰值都更优,抗冲击性能更加优异;高冲击能量下,节点冲击的吸能效果更优,但二者载荷变化趋势却越来越相似。

侧向冲击下CFRP缠绕加固RC悬臂柱动态响应的有限元分析

文中基于LS-DYNA软件对侧向冲击下碳纤维增强复合材料(CFRP)缠绕加固钢筋混凝土(RC)悬臂柱进行了有限元模拟,在与文献试验结果对比验证基础上开展了参数化分析,重点考察了柱轴压比、CFRP层数、冲击速度及冲击质量等参数对柱动态响应的影响规律。研究结果表明:(1)低轴压比0~0.2对CFRP加固柱的损伤形态、冲击力第一峰值和侧向位移的影响较小;(2)增加CFRP层数可减小RC柱的剪切损伤程度和侧向位移;(3)相比冲击质量,冲击速度对CFRP加固柱的冲击力第一峰值和侧向位移的影响更大;(4)在相同冲击能量下,增加冲击质量会引起侧向位移的增加与冲击力第一峰值的下降。

基于有限元仿真的电池包机械冲击分析

以纯电动汽车的电池包为研究对象,通过GB 38031-2020确定其冲击载荷,进行有限元分析。利用OptiStruct对电池包进行瞬态响应计算,结果表明在7 ms时,电池包的吊耳及螺栓处的最大应力为167.5 MPa,小于材料抗拉强度270 MPa,符合设计要求。在开发初期应用有限元分析方法进行电池包的瞬态响应分析,有利于缩短电池包设计周期并降低成本。

有限冲击响应滤波(FIR)和快速傅里叶变换(FFT)在激发极化法中的应用

在水文工程地质和物探找矿等领域,由于二次场电压受到多种噪声干扰,常规的硬件补偿电路或滤波电路有时无法达到精度和实时处理的要求,甚至增加系统设计的难度和成本。为了解决这些问题,提出并实现将有限冲击响应(finite impulse response,FIR)滤波和快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,FFT)应用在需要通过测量二次场电压测明某一区域内视电阻率或视幅频率的分布式激发极化法中。通过Matlab仿真和水槽模型试验模拟和验证了FIR滤波和FFT在激发极化法中的可行性和有效性。

有限冲击响应(FIR)滤波器原理及设计

介绍了有限冲击响应(FIR)滤波器的原理、设计思路,讨论了提高FIR滤波器性能的主要途径。

基于有限冲击响应滤波器线性相移控制的单相系统数字锁相环

利用有限冲击响应数字滤波器具有线性相移的特性,针对单相并网系统提出了基于有限冲击响应数字滤波器构造αβ静止坐标系下的电压矢量方法。参照三相并网系统基于αβ静止坐标系到dq同步旋转坐标系的数字锁相环原理,采用同步采样技术确保滤波器恒定系数的方法,实现了基于虚拟两相直角坐标系的数字锁相环控制。利用PSIM软件对电网电压幅值和频率的波动、3次谐波注入等参数变化的影响做了仿真研究。在此基础上,搭建了基于DSP TMS320C32为控制核心的模拟装置,实验结果验证了该方法是可行的,并且具有较好的动静态性能。

利用有限元研究非贯穿弹道冲击防弹衣后人体躯干的力学响应

目的通过建立人体躯干有限元计算模型,对弹头非贯穿性弹道冲击下人体躯干主要脏器的力学响应进行数值模拟。方法利用正常成年男性的CT扫描数据,应用医学图像重建软件Mimics和有限元前处理工具Hy-perMesh进行人体躯干有限元建模,在显式动力有限元分析软件LS-DYNA中对速度为360 m/s的9 mm手枪弹弹头撞击装配有软质防弹衣人体躯干的压力、加速度响应进行数值计算。结果建立了包括胸廓骨骼结构、脏器、纵膈和肌肉/皮肤的人体躯干有限元模型,通过数值计算获得了心脏、肺脏、肝脏、胃的压力响应以及胸骨的加速度响应,发现不同脏器之间或同一脏器的不同位置,离弹头撞击点位置的远近决定了压力峰值的大小和出现压力峰值的时间。结论装配有软质防弹衣的人体躯干有限元计算模型可作为非贯穿弹道冲击下人体力学响应的仿真分析工具,仿真结果可为防弹衣后钝性损伤机制和防护研究提供依据。

自动生成颅脑冲击响应的图像三维有限元分析

本文用三维有限元方法分析颅脑在气流冲击载荷作用下非线性动力学响应问题，用核磁共振颅脑断层图像输入计算机，采用 Ｃ Ｔ 图像三维再现软件和非规则形体、有限元网格划分软件进行计算，结果得到人体头部冲击波传递、颅脑损伤容限曲线、延髓损伤等，为宇航、交通事故、司法鉴定创伤判断、临床治疗提供科学依据．

筏体和基础弹性对设备冲击响应影响的有限元分析

带有限位器的浮筏隔振系统是非线性系统,利用ANSYS建立了这一非线性系统的有限元模型,计算了带有限位器的浮筏隔振系统模型的冲击响应,分析了筏体弹性、基础弹性和限位器参数对冲击响应的影响。计算结果表明筏体弹性和基础弹性对系统的冲击响应均有一定程度的影响,它们使得机组的最大加速度响应减小,筏体和机组的最大位移响应增大。对于刚性浮筏隔振系统和弹性浮筏隔振系统,限位器间隙与冲击响应之间的关系是相同的,即随着限位器间隙的减小,筏体和机组的最大加速度响应增大,而最大位移响应都减小。

轨道结构落轴冲击动态响应有限元分析

通过确定落轴冲击问题的轮轨接触条件,根据接触冲击响应的虚位移原理,将轮轨接触边界条件用罚函数法释放,确立轮轨接触变分方程;采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程,进一步建立轨道结构动力有限元方程,从而可模拟计算落轴冲击对轨道结构产生的动态响应。基于该分析方法,求解了弹性支承块轨道结构的动力性能,并由现场实测得到验证。结果表明,运用所建立的落轴冲击有限元计算模型分析轨道结构动力性能,直观有效。

基于低延迟有限冲击响应滤波器的差动保护采样率转换算法

智能变电站中,电子式电流互感器(ECT)取代传统的电磁式电流互感器向差动保护装置提供电流信息。工程中,不同采样频率的ECT要求保护装置重采样,统一多路电流数据的采样频率。为解决此问题,本文提出了一种改进的差动保护采样率转换算法。该算法基于低延迟有限冲击响应滤波器原理,并以此为基础构造了基于约束最小二乘法设计的可用于信号抽取和插值环节级联的低通滤波器,实现了任意有理数倍频率转换的快速响应。仿真结果表明,较基于切比雪夫逼近原理的传统低通滤波器,采用改进算法的低通滤波器的数据输出响应速度提高了37.5%,峰值瞬时误差可控在3.683%以内,可以有效地减少数据传输延迟,提高差动保护动作的快速性。

三跨缩比护栏系统冲击动力响应的有限元分析

建立了三跨缩比波形梁护栏系统受冲击荷载作用的有限元模型,运用LS-DY- NA3D有限元分析程序对护栏系统的冲击动力响应进行了有限元分析,得到了护栏系统各部件的瞬态变形过程,包括波形梁的弯曲、防阻块的挤压以及立柱的扭转和弯曲;给出了加载头冲击加速度初始急剧增长而后衰减到零的过程和速度逐渐降低直到反向的变化过程;分析了撞击过程中护栏系统的能量吸收特性,发现加载头的冲击能量主要转化为护栏系统各部分的内能和加栽头的剩余动能,吸收能量的主要部件是防阻块和波形梁.将分析结果与实验结果进行对比,二者吻合很好,表明了模型的有效性.

托盘运输包装单元冲击响应的试验与有限元分析

通过试验与有限元分析(FEA)相结合的方法研究了蛋白粉罐托盘堆码包装单元在水平方向和竖直方向的冲击响应特征,分析了不同约束方式和冲击位置对该系统响应的影响规律。结果表明:该托盘堆码包装单元具有多个共振点,在100 Hz以内主要由前三阶共振频率控制;薄膜加4条打包带约束方式下的二阶共振频率和三阶共振频率均大于6条打包带和4条打包带的约束方式,而6条打包带的约束方式和4条打包带的约束方式前三阶共振频率相接近;有限元计算得到的共振频率和产品加速度响应曲线趋势与试验结果较吻合,且冲击力载荷与最大响应位移以及最大响应加速度呈现非线性关系。有限元法可为物流冲击环境作用下产品包装件的分析与设计提供有效指导。

金属丝网橡胶减振器冲击响应有限元仿真研究

为了研究金属丝网橡胶材料冲击特性,本文在金属丝网橡胶减振器冲击试验的基础上,结合金属丝网橡胶的非线性干摩擦迟滞力学特性,提出一种金属丝网橡胶减振器冲击有限元仿真方法。采用COMBI165弹簧阻尼单元模拟金属丝网橡胶材料,赋予弹簧单元非线性本构曲线模拟金属丝网橡胶材料的非线性刚度,利用ANSYS LSDYNA对其进行冲击响应仿真研究,并对仿真误差产生的原因和冲击仿真方法的适用性进行讨论分析。将仿真结果与试验结果进行对比发现,利用所提出的有限元仿真方法计算得到的结果与试验结果吻合较好,可以较好的模拟金属丝网橡胶减振器的冲击力学行为,为金属丝网橡胶减振器抗冲击设计及工程应用提供参考。

低延迟有限冲击响应滤波器约束最小二乘设计

针对具有低群延迟的非线性相位有限冲击响应滤波器的设计问题,采用在极小化复数误差能量的同时对复数误差和相位误差进行约束的方法,既可以得到凸的约束区域,又可以对幅值误差和相位误差进行独立控制.将具有给定相位误差的低通滤波器的最小二乘设计方法扩展到高通和带通滤波器的设计,引入左边和双边S形相位误差上界约束函数对高通和带通滤波器的相位误差进行约束,来抑制带边附近群延迟误差大的效应.应用改进的Goldfarb-Idnani算法求解由复数误差和相位误差约束最小二乘设计问题产生的半无穷正定二次规划.设计例子表明,该设计方法对减小滤波器的群延迟误差非常有效.

应用有限元方法研究铁路车辆/轨道耦合系统在竖向冲击载荷作用下的动态响应

利用有限元方法研究铁路车辆/轨道动态耦合系统问题,得到车轮和轨道之间的竖向动态接触力与静载之间的关系。作为应用实例,对我国C61型运煤货车,考虑车辆/轨道系统各结构的真实几何形状和边界条件,建立包括车辆和轨道系统的有限元模型,应用大型非线性动力分析程序LS-DYNA模拟车辆通过轨道错牙接头时的轮/轨动态响应过程。通过分析发现,车轮和轨道之间的竖向动态接触力大约是静轮载的2倍,与已有的现场试验结果基本吻合。验证车辆/轨道系统有限元模型的正确性。进一步得到侧向架、钢轨和轨枕的加速度响应,以及轮轨接触区内的弹性应力场。