基于等效有限元方法的液压挖掘机工作装置动力学及特性研究

根据液压挖掘机工作装置机械臂运动和受力特点,对其进行动力学分析。采用基于集中质量和惯量的等效有限元法建立液压挖掘机机械臂的动力学微分方程,运用龙格-库塔(Runge-Kutta)数值求解法对运动微分方程进行推导和数值求解,对各臂杆的动力学特性进行了分析。采用动力学仿真软件ADAMS建立了液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,选取与数值求解相同工况的参数进行仿真分析。通过对比仿真结果和数值求解两种方法得到的动力学特性曲线,结果基本一致,表明机械臂动力学建模方法的正确性。

考虑孔压积累-消散耦合的等效有限元方法

交通荷载往复作用下饱和软土路基会发生显著的工后沉降,并引起不均匀沉降。采用基于室内循环三轴或空心圆柱扭转试验建立的经验显式模型与等效有限元相结合方式,在预测路基长期沉降方面取得了较好的效果。然而,其采用的瞬时积累、逐步消散的孔压模型与实际工程中孔压积累与消散同时进行有着明显的差异。忽略这种差异将会使得计算结果低于实际值。采用能反映自然排水条件下震动孔压长消规律的解析公式,对以上的不足作出改进,并用改进的孔压模型计算了上海浦东国际机场第一跑道的长期运营沉降。分析表明,与瞬时积累、逐步消散的孔压模型相比,考虑孔压积累与消散耦合效应的孔压模型,计算结果更接近实测资料。

新型可控香蕉种植机的结构设计与等效有限元分析

基于提高劳动效率、降低劳动强度的原则、研发了一种可控连杆式香蕉种植机.首先,基于等效思想,结合有限元理论与多体动力学,构造了一种多体动力学建模新方法——等效有限元法,给出了动力学微分方程,建立香蕉种植机机构的等效单元、伪质量矩阵、等效力系,推导出新型香蕉种植机的等效有限元方程,根据四阶Runge—Kutta方法的标准格式求解动力学响应,结果表明:a.等效有限元分析方法与传统分析方法相比,具有结果准确、解题效率高、简介易行,具有极大重大的推广价值,弥补了传统连杆分析方法由于计算复杂、人为分析能力差、容易出错的缺陷;b.该新型香蕉种植机具有一定的可行性和推广价值.

基于可控五连杆机构的动力学系统的等效有限元法分析

基于等效思想,结合有限元理论与多体动力学,构造了一种多体动力学建模新方法——等效有限元法,建立五连杆机构的等效单元,伪质量矩阵、等效力系,推导出五连杆机构的等效有限元方程,结果表明:该方法具有解题效率高、简介易行,具有极大重大的推广价值。

基于有限元等效索长的振动频率法

为提高斜拉桥成桥阶段的索力测量精度,提出基于有限元等效索长的振动频率法。该方法根据斜拉索的竣工索力,利用ANSYS软件建立斜拉索振动的有限元模型,推求其有限元等效索长以替代传统振动频率法中的计算索长进行索力测量。采用该方法和传统振动频率法对实桥中的10根斜拉索进行索力测量,结果表明：该方法可以有效提高斜拉索索力测试的精度,可将平行钢丝和平行钢绞线斜拉索索力测试的误差分别控制在3%和5%以内。HDPE套管参与振动的权重系数的取值对该方法的精度有一定影响,建议对于平行钢丝和平行钢绞线斜拉索分别在0.4~0.7和0.3~0.6取值。

重力坝分析的改进有限元等效应力法

本文提出了重力坝分析的改进有限元等效应力法,分析了改进前后应力计算结果的变化,研究表明,当网格尺寸较大时,改进的等效应力方法具有更高的精度。对比研究了采用有限元等效应力方法、材料力学方法计算应力在结果上的相同点和不同点。分析表明,有限元等效应力法在解决应力集中的同时,还能反映地基刚度对建基面竖向正应力分布的影响,从而解决了材料力学的一些限制。结合我国第一座胶结颗粒料永久工程—守口堡工程的设计,详细分析了地基刚度对坝基面应力分布的影响,取得了很好效果。

机身等直段截面弯曲刚度有限元等效计算方法

飞机机身截面弯曲刚度传统计算方法是参考结构力学,计算出截面的惯性矩,从而得到截面的弯曲刚度。这种方法计算过程比较复杂,对于飞机机身这种大型结构,要得到不同机身截面的弯曲刚度,需要很大的工作量。本文介绍了一种有限元刚度等效方法计算飞机机身等直段截面弯曲刚度,并与传统的结构力学方法计算的结果进行了比较,可知这种方法简化了计算过程,计算结果也满足工程计算要求。

倾斜荷载下基桩P-Δ效应等效剪力有限元迭代法研究

假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,在此基础上引入等效剪力增量概念,提出了基桩P-Δ效应的等效剪力有限元迭代法,相应编制了Matlab分析程序,并结合算例对成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向荷载综合作用下基桩内力位移进行了分析。结果表明:等效剪力有限元迭代法用于倾斜荷载下基桩P-Δ效应计算分析是有效的;当墩身较高时,墩身倾斜、墩顶偏心弯矩、水平力等对基桩产生的P-Δ效应显著。

倾斜荷载下基桩P-Δ效应等效弯矩有限元迭代法

假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,引入等效附加弯矩概念,提出了基桩P-Δ效应的等效弯矩有限元迭代法,编制了Matlab分析程序,并结合算例对成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向荷载综合作用下基桩内力位移进行了分析。结果表明:等效弯矩有限元迭代法用于倾斜荷载下基桩P-Δ效应计算分析是有效的;当墩身较高时,墩身倾斜、墩顶偏心弯矩、水平力等对基桩产生的P-Δ效应显著。

多层波纹管柱屈曲稳定性非线性有限元分析

多层多波波纹管柱屈曲性有限元分析模型规模大、非线性问题突出,不易于收敛。为此,文中给出了一种等效厚度模拟方法,建立了等效单层波纹管有限元模型,并在此基础上进行了波纹管的柱屈曲分析,得到了波纹管的屈曲载荷和屈曲模态。文中的工作为这类多层多波大型波纹管的柱屈曲稳定性分析提供了一种有效方法,分析结果也对该类波纹管的设计有较重要的参考价值。

高速铣削小直径立铣刀的有限元分析

应用有限元方法,仿真分析在不同高速加工条件下,小直径立铣刀(φ2mm)加工淬硬钢时刀具的内部应力、变形随加工参数变化而变化的规律,为减少刀具的非正常破损现象和采用适应高速加工的编程策略等提供良好的基础性数据和分析方法,为优选加工工艺参数提供参考。

部分元等效电路理论在无线电能传输系统中的应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术凭借其传输距离远、传输效率高等优势逐渐成为了无线电能传输方面研究的热点,而磁耦合谐振系统的设计和优化依赖于准确的参数计算和系统性能计算。针对这一问题提出采用部分元等效电路PEEC(partial element equivalent circuit)法进行计算。首先介绍了PEEC的基本理论以及部分参数的计算方法,然后建立耦合线圈的部分元等效电路模型,对平面矩形螺旋线圈的自感和互感进行计算,通过计算结果和实验结果的对比验证了PEEC法计算参数的高效性和准确性。在此基础上,分别建立了双线圈系统和单共振磁耦合谐振式无线电能传输系统,采用PEEC法结合电路法对2个系统的传输特性分别进行了研究和分析,并通过与有限元法计算结果的对比,验证了所提方法的准确性和快速性。

高空真多层绝热低温管道中波纹管简化有限元模拟方法

基于有限元方法对高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道进行多场耦合分析时,由于内管道波纹管几何及材料的非线性特性,使整个分析过程极为耗时,限制了有限元法在HV-MLI低温管道优化设计中的应用。为提高有限元分析效率,结合HV-MLI低温管道对所受载荷的响应特征,提出了用Combine14弹簧单元或等截面管等效替代波纹管的方法。通过对Combine14弹簧单元和等截面管相关参数的理论计算及定义,建立了两种HV-MLI低温管道内管的等效有限元计算模型,并对含波纹管、Combine14弹簧单元及等截面管内管道模型分别进行了有限元模拟计算,得到了各模型内管的应力及变形结果。结果表明:建立的两种等效模型合理、有效;与含波纹管模型相比,两种等效模型均在保证分析精度的同时,将分析效率提高了300倍;相比含Combine14弹簧单元模型,含等截面管模型在结构不连续处的应力集中程度较轻,且与含波纹管模型相符,更适于HV-MLI低温管道的多场耦合分析。

两相复合材料等效复介电常数的计算

提出了一种弥散体为球状、体积随机分布的两相复合材料介电性能计算模型,通过生成随机数并利用幂指数变换建立随机数与半径之间的对应关系,实现了弥散相与基体的不同体积比.利用有限元法计算了模型中的电位分布,通过能量平衡法求解等效复介电常数的实部和虚部.采用统计平均的处理方法,弥补了具体的计算模型各向异性的缺陷,实现了各向同性的复合材料介电性能的计算.在此基础上研究了基体和弥散体电导率对等效复介电常数的影响规律,并从界面极化的角度揭示了相应的物理过程.

板翅式换热器夹层结构等效模型研究及数值分析

依据薄板小挠度弯曲变形理论和正交各向异性夹层板弯曲变形理论,对板翅式换热器这种特定的金属夹层结构进行等效模型研究,通过建立有限元等效模型的方法研究板翅式换热器的力学参数。使用有限元前处理软件Patran对换热器夹层结构进行几何简化并独立成具有代表性的胞元,在多种边界条件下,提取胞元的应变分量和弯曲内力。结合夹层板应力与应变的本构关系计算刚度矩阵,从而求出宏观等效弹性常数。通过该方法可以将板翅式换热器夹层板等效成连续材料的单层板单元,最后将等效计算模型的力学参数用于板翅式换热器的模态分析,并与模态实验分析结果进行对比,验证等效分析方法的合理性和有效性。

浅海中球形声源诱发的海底地震波快速预报方法研究

针对浅海中球形声源诱发的海底地震波预报问题,提出了一种基于等效源-有限元联合法的快速预报方法。首先,基于波叠加原理,将球形声源的辐射声场等效为其对称轴上若干等效点源辐射声场的线性叠加,根据与球形声源表面上等效点源数量一致的场点振速匹配原则,确定等效点源的强度;然后,采用有限元法建立球形声源、浅海环境、边界条件的耦合动力学模型,计算相应源强下每个等效点源诱发的海底地震波场,并将其线性叠加快速求得球形声源诱发的海底地震波场;最后,从计算精度和效率两个方面,分别采用上述方法和有限元法,给出不同频率、不同海底底质时海水-海底界面上的法向应力级衰减曲线。结果表明:所提方法具有建模简洁、计算精度和效率高等特点,可用于快速预报浅海中球形声源诱发的海底地震波场。

五自由度康复机械手的动力学分析

将等效有限元方法应用到RRRRR的开式空间5自由度康复机械手的动力分析,建立了其基于等效有限元方法的空间动力学模型,与传统的经典的机器人动力分析方法相比,建模过程效率高、简单快捷,极其适合现代计算技术的发展.推导出了机械手的运动微分方程,并给出其降阶的龙格-库塔法解的形式.得出了机械臂的动力响应曲线,可为机械手的优化设计及控制提供理论依据.

PC斜拉式桁架梁桥动力特性

基于有限元理论,以某PC斜拉式桁架梁桥为工程实例,采用等效有限元法,建立三维有限元模型,对该结构进行动力计算分析。研究了桥墩刚度、横系梁刚度、桁架片刚度、桥墩高度、桥面宽度等参数对结构动力特性的影响,通过对结构的自振振型及频率进行相应分析,得出结构参数变化对结构的横向刚度、竖向刚度、纵向刚度和扭转刚度及其他动力特性的影响程度及规律。结果表明:桥墩的高度及刚度很大程度上决定了结构的纵向刚度,而横系梁的刚度是影响结构的横向刚度及抗扭刚度的主要因素。

多刚体系统动力学建模的一种新方法

在介绍了传统的多刚体系统动力分析方法的基础上,把等效的思想和有限元的方法结合起来,形成了一种多体系统动力学建模的新方法,即等效有限元方法,并给出了运动微分方程及相关系数阵的列写方式,此方法为复杂机构及多体系统的动力学分析提供了一种新的可供利用的手段。

有轨电车路基板-疏桩基础长期沉降现场实测与数值分析

有轨电车路基板‒疏桩基础的目的在于避免长期轮压循环荷载造成软土路基显著沉降。为掌握其长期沉降特性,基于南方某实际有轨电车工程开展长达两年的工后沉降监测。结果表明:在运行初期路基沉降发展迅速,运营约一年后沉降速率变缓并于两年后趋于稳定,且绝对沉降量远小于容许值。该研究又基于土体累积应变显式模型提出了黏土中路基板‒疏桩基础的长期循环累积沉降等效有限元分析方法,经与监测值对比验证其合理性,并采用等效有限元探讨路基板‒疏桩基础的承载力机理。