钢桁腹-混凝土组合梁桥受弯性能分析

基于欧拉-伯努利梁理论,分析钢桁腹-混凝土组合梁桥的受弯性能。考虑到腹杆在纵向的不连续性,通过对腹杆进行受力分析,将腹杆的受力等效为轴力和面内弯矩,分别作用在顶板和底板上。引入奇异函数建立梁挠曲的微分方程,根据支座边界条件和腹杆节点的位移协调方程求解出所有的未知系数,得到了顶板和底板在不同荷载下的挠曲函数以及腹杆的轴力。根据腹杆的轴力确定腹杆的破坏荷载以及破坏形式。最后通过ANSYS建立实体有限元模型,对比了不同腹杆倾角下顶板的挠度和腹杆轴力,计算结果与有限元结果误差在5%左右。说明该方法能计算在弯曲荷载下,任意点的挠度和所有腹杆的轴力,计算方法既简单又能满足精度要求。

埋地压力管道在敷设方向改变时考虑曲管段侧向约束的受力分析

埋地压力管道在敷设方向改变处,由于液体压力引起的推力一般与曲管段侧向抗力、直管段侧向土壤抗力和轴向摩擦力等三种抗力相互平衡。本文基于欧拉-伯努利梁理论和温克尔地基梁模型,以带刚性接口的、水平转向的埋地压力管道为研究对象,推导出在上述抗力同时作用的情况下直管段有效约束长度的解析解。对比研究了是否考虑曲管段范围土的侧向刚度对管道的内力、位移的影响,分析了管-土摩擦系数、敷设方向改变角度、直管段土侧向刚度、曲管段侧向约束等因素对管道有效约束长度、弯矩、轴向力和剪力的影响。本文推导的解析解可以根据直管和曲管侧向约束更合理地计算管道有效约束长度。

土质边坡抗滑桩机理分析

根据土体中抗滑桩的受力特性,利用Winkler模型和欧拉-伯努利理论,推导出了对抗滑桩的挠度表达式,并整理成“三次曲线”函数式.根据理论分析结合位于山东省泰安市境内的205国道高峪铺公铁立交桥边坡加固工程,利用计算机数值模拟技术,对稳定状态下抗滑桩整个桩体的轴向力和横向位移的变化情况进行了讨论,对桩体不同位置单元的抗滑力矩和承受的剪应力随时间的变化规律进行了模拟研究.

安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响

为研究安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响规律,根据双梁结构假设和欧拉-伯努利梁理论,建立热态全流量试验管线中汽机旁路阀的横向振动分析模型;基于扫频法和敲击法,分别搭建振动测试平台,测试汽机旁路阀在本体刚性支撑和管线支撑2种安装状态的固有频率;采用ANSYS软件的流固耦合和模态仿真模块,求解实际工况参数下不同管线支撑距离的汽机旁路阀固有频率。研究表明:采用扫频法、敲击法和数值模拟方法获得本体刚性支撑的汽机旁路阀最小固有频率分别为34.5、35、35.41 Hz,符合核电阀门抗震频率要求;管线支撑使汽机旁路阀刚性变弱,固有频率降低约7 Hz;管线支撑位置与汽机旁路阀本体距离越远,固有频率下降程度越大;蒸汽介质与汽机旁路阀的流固耦合作用使固有频率降低。汽机旁路阀实施振动抑制措施时,应避免接近实际安装状态的固有频率及其倍频,亦可调整管线支撑与阀门距离增加或减小固有频率,从而实现有效抑振。

考虑表面应力的微悬臂梁质量传感器的建模与仿真

为了考虑悬臂梁谐振器表面吸附层或者不同材料涂层引起的表面应力的影响,进而提高质量传感器的精度和性能,基于瑞利-里兹法提出了考虑表面应力的悬臂梁质量传感器的理论方法.在悬臂梁振动的控制方程中引入应力系数对其振型函数进行修正,并系统地分析对悬臂梁振动频率的影响,再根据瑞利法建立微悬臂梁质量传感器的理论模型.应用该方法,纳米颗粒的位置和质量可以通过颗粒吸附前后悬臂梁的频率移动来精确确定.该方法的准确性和可行性通过有限元仿真进行了验证.

多约束条件下采煤机摇臂横向振动分析及试验验证

摇臂是采煤机的关键执行部件,起调节滚筒截割煤岩高度的作用,其在复杂工况环境下会产生强烈的振动。为了研究采煤机摇臂的横向振动特性,首先,对采煤机摇臂及其连接件进行理论建模,建模时将摇臂简化成梁模型、滚筒简化成集中质量块、小摇臂简化成刚性杆以及调高油缸简化成弹簧阻尼系统;然后,根据欧拉-伯努利梁理论构建采煤机摇臂横向振动微分方程,并基于等效替换原则构建其约束方程;接着,利用谐波函数法对采煤机摇臂的横向振动微分方程进行求解,得到其各阶模态的固有频率解析式;最后,利用采煤机模型进行摇臂模态试验,并与理论计算结果进行对比验证。结果表明:基于理论模型计算得到的摇臂前6阶模态的固有频率为1 129,7 036,7 118,17 756,19 800和30 100 Hz,通过试验测得的摇臂前6阶模态的固有频率为1 078,6 268,6 310,15 886,18 938和27 714 Hz;计算值相对于试验值的误差分别为4.73%,12.25%,12.81%,11.77%,4.55%和8.61%,均小于15%,在合理误差范围内。研究结果表明,所建立的采煤机摇臂横向振动模型具有一定准确性和实用性,可为采煤机摇臂的结构优化提供理论支撑。

碳纳米管质量传感器振动特性研究

基于欧拉-伯努利梁理论对单壁碳纳米管质量传感器的振动特性进行研究。分别考虑悬臂梁式和两端固定式碳纳米管质量传感器,研究吸附质量对其谐振频率漂移的影响。推导出任意位置的吸附质量下,碳纳米管质量传感器的等效刚度、等效质量和谐振频率的解析表达式,推导出传感器的非线性应用方程及其简化形式。在特定位置下吸附质量对不同长度碳纳米管谐振频率的影响进行了研究。数值仿真结果表明,对于不同的边界约束和特定的吸附位置条件下,吸附质量越大、碳纳米管的长度越短,导致的碳纳米管频率漂移越大。对于8 nm长的碳纳米管,在悬臂式约束下,吸附质量越远离固定端,引起的频率漂移越大。而在两端固定约束下,则是吸附质量越靠近固定端,频率漂移越大。揭示了传感器的谐振特性,有助于促进碳纳米管在纳机谐振器领域的推广应用。

多功能软体机械手的设计与建模

设计了一款新颖的多功能软体机械手,其由两个软体手指和一个软体手腕集成一体。软体手指由四个并联的双向弯曲气动软体驱动器组成;软体手腕主要由一个双轴双向弯曲气动软体驱动器构成,软体手指、软体手腕协同动作,可以实现软体机械手的多方位、多任务操作。根据软体机械手所需运动范围和抓取力确定了软体机械手的尺寸参数。基于欧拉-伯努利梁理论,建立了上述两个双向弯曲软体驱动器的欧拉梁弯曲模型和悬臂梁弯曲模型,获得了双向弯曲软体驱动器弯曲曲率、弯曲力矩和充气气压三者之间的解析表达式,以及双向弯曲软体驱动器受到载荷时的弯曲变形曲线,通过双向弯曲软体驱动器的自由弯曲试验和弯曲变形试验验证了上述模型的正确性。通过软体机械手的闭合抓取试验和张开提起试验说明了软体机械手的实用性。