细编穿刺织物矩阵刚度优化设计的研究

机织布在穿刺过程中与钢针矩阵之间产生相互作用,该作用使钢针矩阵产生有害变形,并对布层造成损伤。因此,基于钢针矩阵刚度优化设计的原理,建立优化设计的模型、合理地选择钢针矩阵结构参数,可有效控制穿刺过程中钢针矩阵的变形及布层的损伤,为改进细编穿刺工艺和优化织物结构提供了理论依据。

有限元中弹性连接单元的刚度矩阵

针对常用有限元软件中弹性连接单元的刚度矩阵开展研究。类似普通梁单元刚度矩阵的分析方法,将弹性连接单元的空间受力状态分解为伸缩、弯曲和扭转三种独立的模式进行分析,并提出两种方式推导弯曲受力模式下的刚度矩阵。对于弯曲受力状态下的刚度矩阵,明确了MIDAS中弹性连接单元输入参数包括弯曲和剪切刚度系数、弹性连接长度和剪切距离比R在刚度矩阵中的表现形式,给出了其刚度矩阵的理论表达式;阐明了剪切距离比R的力学意义,即用以考虑弹性支承两端因剪力传递的弯矩,其对结构的影响只体现在杆端位移结果中,杆端力始终满足静力平衡条件而不受R的影响,并且在R取0.5时,MIDAS中弹性连接的单元刚度矩阵与普通欧拉梁单元的刚度矩阵最为接近。同时通过分析对比,明确了ANSYS和ABAQUS中弹性连接单元的弯剪效应是独立的,这与MIDAS中弹性连接单元在不考虑剪切距离比R时的特性一致。研究成果既有助于理解弹性连接单元刚度矩阵,又为其工程应用提供了参考。

数字液压缸驱动的六自由度并联机器人刚度特性研究

六自由度并联机器人采用数字液压缸驱动相比于采用电液伺服缸驱动,具有成本低、可靠性高、抗污能力强和结构简单等优点,为研究数字液压缸驱动的六自由度并联机器人刚度特性,首先建立数字液压缸的数学模型并推导出闭环刚度,然后基于全微分法建立六自由度并联机器人的误差传递模型,并结合数字液压缸的闭环刚度,推导出数字液压缸驱动的六自由度并联机器人的刚度矩阵,并分析了刚度矩阵的影响因素,建立AMESim仿真模型并进行仿真研究,揭示出并联机器人各自由度的刚度与正开口量、滚珠丝杠导程等系统固有参数以及与并联机器人位姿之间的关系,研究结果还表明,当并联机器人沿除升沉方向以外的其他方向运动时,升沉自由度和其他自由度之间存在耦合,且耦合刚度会随并联机器人位姿的变化而变化。该研究对数字液压缸驱动的六自由度并联机器人研制及应用有一定的理论价值和实际意义。

基于刚度矩阵的软土地基支护墙体水平位移测量

针对当前支护墙体水平位移测量技术在软土环境下模拟数据采集较差,单元节点和支护墙节点受力刚度计算误差较大,导致测量精准度较低的问题,提出一种基于刚度矩阵的软土地基支护墙体水平位移测量方法。以位于某地境内的公路为例,分析该工程软土地基支护墙体结构,并根据参数需求设置观测点。根据位移边桩、基准桩、基点桩和沉降板的坐标,测量地层沉降量、墙体倾斜度及孔隙水压力,计算支撑墙压力。采用基础支护结构单元节点和支护墙节点的共同作用方程,构建支护结构的受力刚度矩阵,完成ZQTl点、ZQT2点和ZQT4点的水平位移的测量计算。经实验,与基于地基路堤变形演化特性、基于Mindlin位移解和Winkler地基模型的测量技术相比,所提出的技术在测量ZQT2点时精度最优,与实际位移相差最大仅为1.0 mm。

一种复合驱动并联机构刚度分析

针对直升机旋翼支撑平台,设计了一种复合驱动四自由度并联机构,利用复合驱动分支增大了并联机构工作空间。推导了并联机构中各驱动分支和动平台之间的运动关系式,考虑约束力、驱动力和驱动力矩综合作用下复合驱动分支的横向变形、轴向变形和扭转变形,结合机构的运动学方程推导了复合驱动并联机构的刚度矩阵。利用有限元软件验证了并联机构整体刚度矩阵的正确性。仿真结果表明该并联机构的刚度满足使用需要,为含复合驱动并联机构的应用和推广奠定了理论基础。

考虑螺栓预紧力作用范围不均影响的结合面刚度识别

螺栓连接结合面的刚度和阻尼的变化会引起整个螺栓连接结构的动态特性变化,准确得到结合面动态参数在工程中具有极大的实用价值。基于螺栓连接结构,提出螺栓预紧力作用范围内结合面刚度分布不均的结合面等效改进模型,并对有限元建模中不同数量刚度矩阵单元分布作出分析。采用实验与有限元分析相结合的方法对螺栓连接结合面进行刚度参数辨识。结果表明:在一定程度上,增加刚度矩阵单元数量可以提高固有频率解的精度。同时考虑螺栓预紧力作用范围内结合面刚度分布不均,可以有效地提高螺栓连接结构的等效建模精度。

转台轴系轴承刚度矩阵的理论推导与数值计算

为提高三轴飞行模拟转台的动态性能及机械精度 ,对转台轴系的支撑轴承进行了研究 .根据滚动轴承的几何学、运动学的基本原理和赫兹接触理论 ,建立了轴承刚度精确的数学模型 ,推导出了轴承完整的刚度矩阵的解析公式 .研究了轴承受载、变形位移的数值计算方法 .根据理论模型编制了轴承刚度的计算软件 。

乘用车发动机活塞裙部刚度矩阵评价及试验研究

乘用车发动机硅铝合金活塞裙部承载能力已趋于极限状态,合理的活塞裙部结构设计可以改善发动机的舒适性、经济性、可靠性、安全性。利用活塞裙部刚度变形系数作为评价准则,并与FEA分析和刚度测试试验相结合,是实现活塞轻量化设计的有效途径。研究表明:合理的调整裙部下端区域的刚度可以增大活塞的安全储备;减小裙部刚度可有效降低裙部接触压力,但活塞摆角和敲击动能都有不同程度的增大,设计时需要针对发动机不同性能的权重要求进行权衡。

空间全柔性机构位置分析的刚度矩阵法

柔性机构是一种依靠构件元素的弹性变形传输所希望运动的机构 .具有集中柔度的全柔性机构是其中的一种类型 .由于空间全柔性机构中存在球副 ,使得目前通用的伪刚体模型法受到限制 ,为此提出了一种扩展伪刚体模型法 .并以 6 RSS并联全柔性机构为例对其位置解问题进行了分析 :首先利用结构分析中的位移法建立起柔性铰链的刚度模型 ,同时通过一系列坐标系的建立和转换 ,建立起机构的变形协调方程、位置闭环方程及静力平衡方程 ,进而求得机构的位置解 .该方法充分考虑了机构中弹性构件的变形 。

UH模型切线刚度矩阵对称化及其应用

分析了目前常用的几种土的本构模型三维化方法以及变换应力方法的优势.详细分析了用变换应力三维化本构模型非关联流动的本质,针对因采用非关联流动法则而带来的本构模型切线刚度矩阵的非对称性,建立了本构模型切线刚度矩阵的对称化方法.将此方法应用于UH模型并进行了有限元分析,进行了三轴伸长试验有限元分析.通过以上分析比较发现,切线刚度矩阵对称化方法能够明显改善有限元分析的收敛性,缩短分析时间,有着非常好的应用前景.

瑞利波特性刚度矩阵分析方法

沿水平方向从半无限体分层系统截取出有限厚度分层固体系统,截取边界设置为刚性边界。将固体系统分层细化,由刚度矩阵方法可得到表面波在该系统频散特性,利用瑞利波位移在底层衰减特性从表面振型波可筛选出瑞利振型波,这些瑞利振型波与某一频率范围半无限体分层系统瑞利振型波对应,其频率下限与截取厚度有关,截取厚度越大,频率下限越小。同时还分析了分层细化厚度、截取厚度与分析频率关系。

剪切效应梁单元刚度和质量矩阵的推导及应用

从工程梁理论中的梁位移微分方程出发直接推导出考虑剪切效应的空间梁单元的刚度矩阵,并从动力荷载的虚功原理出发推导出考虑剪切效应的其质量矩阵。编制了简单的有限元程序去验证,通过计算实例分别比较考虑剪切效应和不考虑剪切效应对结构固有频率的影响,结果表明在剪切系数较大时,不考虑剪切效应会引起较大的误差。

全柔性并联机器人支链静刚度矩阵的建立

设计了一种新型非对称全柔性3-RRRP平移微动并联机器人机构。在柔性铰链静刚度矩阵及柔性移动副静刚度矩阵的基础上,先建立该微动机器人机构单个支链的一般模型,利用坐标矩阵变换(D-H矩阵变换)的方法,推导出一般支链静刚度矩阵求解的理论过程,进而求得该支链端部的静刚度矩阵。最后,通过理论计算一简单模型,并用ANSYS对理论计算结果进行模拟。模拟结果显示,理论计算的静刚度矩阵与模拟结果很相近,说明一般支链静刚度矩阵理论推导过程具有一定的准确性。

3-RRC全柔性机构中柔性铰链刚度矩阵建立

全柔性机构中柔性铰链单元刚度矩阵的建立是进行全柔性机构分析的基础 以3-RRC全柔性并联机构中出现的柔性铰链为例,介绍其结构型式并建立力学模型 采用差分法和复化抛物形求积方法分别得出了变截面柔性铰链单元上所受外力与端部变形之间的关系 通过矩阵位移法建立柔性铰链单元拉弯组合变形的刚度方程,并借助变形体内力分析和拉弯组合变形时单元刚度矩阵的特点,得出柔性铰链刚度矩阵的各个元素,为全柔性机构的运动学。

考虑节点刚度的网壳杆件切线刚度矩阵

本文采用Timoshenko梁柱理论，推导出网壳杆件的切线刚度矩阵。该矩阵不仅考虑了两个主轴方向弯曲的耦合作用。而且考虑了节点刚度以及节点体大小的影响，对于位移的高阶项没有任何省略，其精度比C．Oran的切线刚度矩阵有很大程度的提高。通过对一单层网壳结构的算例分析，证明了该分析模型的正确性。

沥青路面超孔隙水压力计算的刚度矩阵法

目的分析浸水沥青路面的应力状态,解决高速公路沥青路面的水侵害问题.方法将浸水沥青路面视为多层饱和弹性半空间轴对称体,利用Hankel和Laplace积分变换等数学方法以及Boit固结方程,推导出任意一层浸水沥青路面超孔隙水压力的刚度矩阵,再按传统的有限元方法组成总体刚度矩阵.通过求解由总体刚度矩阵所构成的代数方程和Hankel和Laplace积分逆变换.结果得到了外荷载作用下沥青路面超孔隙水压力问题的精确解.结论在路面的面层中以及面层与基层的接触面附近,超孔隙水压力出现最大值.

建立考虑节点域剪切变形的平面钢框架单元刚度矩阵

目的更精确计算平面钢框架结构在水平荷载作用下的侧移.方法以梁柱为计算单元,基于稳定函数法,在梁柱单元的角位移中计入节点域剪切变形,推导了平面钢框架杆件的单元刚度矩阵.结果采用传统的线弹性框架分析方法得到的水平侧移是不准确的,较实验结果误差为12.12%.笔者考虑了由于节点域剪切变形和二阶效应而导致的结构侧移刚度的降低,推导了单元刚度矩阵,并用MATLAB编制了平面钢框架的计算程序,计算所得的水平侧移,较实验结果误差仅为0.606%.结论采用考虑节点域剪切变形和二阶效应的平面钢框架单元刚度矩阵,所得计算结果与实验结果吻合良好,具有很高的准确度.

外伸梁差分离散系统刚度矩阵的符号振荡性及其定性性质

首先建立了外伸梁的差分离散模型,导出了外伸梁离散系统的刚度矩阵。接着对两跨外伸梁证明了其刚度矩阵的符号振荡性,进而证明了三跨外伸梁刚度矩阵的符号振荡性。在此基础上阐明了外伸梁的频率和模态的基本振荡特性。

横观各向同性层状地基上埋置刚性条带基础动力刚度矩阵求解

提出了求解横观各向同性层状地基埋置刚性条带基础动力刚度矩阵的精确算法。算法利用空间变换方法求解得到了横观各向同性层状地基表面或内部任意点的动力位移响应,针对开挖基础求解开挖区域内节点群的动力柔度矩阵,最后利用容积算法求解埋置刚性条带基础动力刚度矩阵。此算法采用精细积分算法求解频率–波数域内层状地基的动力柔度系数,对层状地基的层数和厚度均没有任何限制。此外,算法基于维数较小的矩阵(2×2)运算,数值计算稳定,求解效率较高,数值算例验证了所提算法的精确性及对横观各向同性多层地基的广泛适用性。

用试验数据修正振动系统的双对称阻尼矩阵与刚度矩阵

讨论用试验数据修正振动系统的双对称阻尼矩阵与刚度矩阵问题.依据特征方程、阻尼矩阵与刚度矩阵的双对称性,利用代数二次特征值反问题的理论和方法,研究了该问题解的存在性与唯一性,提出了修正阻尼矩阵与刚度矩阵的一个新方法.利用双对称矩阵的性质研究了方程的双对称解.给出了二次特征值反问题双对称解的一般表达式,讨论了对任意给定矩阵的最佳逼近问题,并给出了问题的最佳逼近解.用该方法修正的阻尼矩阵与刚度矩阵不仅满足二次特征方程,而且是唯一的双对称矩阵.