扣件刚度非线性对波磨区轮轨瞬态滚动接触行为的影响

WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建立考虑扣件刚度非线性特征的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究刚度非线性对车轮与钢轨波磨间高频动态响应及瞬态接触行为的影响,并重点分析了波磨工况下时频域内轮轨接触力、轴箱加速度的变化信息.结果表明:扣件非线性对轮轨接触力变化影响明显,主要表现为车轮行驶至扣件前端时强振动导致橡胶垫板表现为柔软特性使轮轨接触力减小,车轮行驶至扣件上方时在轴重作用下振动减弱表现为刚硬特性使轮轨接触力增大,轮轨力变化差异最大达到13.1%.

基于UEL的水电机组导轴承支架非线性连接模态特性分析

模态分析是水电机组故障诊断的重要方法,但其传统方法缺少对接触部分非线性接触的模拟手段,直接影响模态分析的准确性,也无法对链接部位的失效过程及趋势进行分析。该文基于用户自定义单元子程序接口(user-defined element subroutine interface,UEL),建立了结合部三维非线性专用分析单元模型。推导所提模型有限元格式的基本方程,获得表征材料非线性特性的本构关系;给出螺栓连接的固定结合部的静态分析,以及立式水轮发电机导轴承支架的模态分析算例;给出导轴承支架的支臂末端螺栓连接变刚度计算的工程应用实例。实验与仿真对比结果表明了建立的UEL三维非线性接触分析专用单元模型的正确性;连接失效分析表明了随着导轴承支架接触刚度的下降,会在整机模态频率计算中引入新的频率段这一结果的重要性。

考虑水力效应的裂缝边坡稳定性非线性能耗分析

现有考虑水力效应的裂缝边坡稳定性分析大多基于线性破坏准则,而岩土体破坏往往呈现非线性特征,因此开展水力效应影响下的裂缝边坡稳定性非线性极限上限分析具有重要意义。基于极限分析上限定理及强度折减技术,结合“外切线法”非线性破坏准则,构建坡顶含竖直裂缝的边坡对数螺旋线破坏模式,根据虚功原理推导出裂缝边坡安全系数解析式,通过MATLAB优化计算,结合边坡工程实例探讨了典型因素对裂缝边坡稳定性、临界裂缝及滑动面位置的影响规律。研究结果表明:随着地下水位h的持续上升,边坡安全系数不断降低,临界裂缝深度逐渐增大且临界裂缝位置逐渐向坡顶缘偏移;非线性系数m明显影响边坡的稳定性,边坡安全系数随着非线性系数的增大显著减小,采用线性破坏准则会高估地下水位变化对边坡稳定性的影响;随着非线性系数的增大,临界裂缝深度随之增大,临界裂缝位置距离坡顶缘越来越远,滑坡体体积逐渐增大;裂缝与坡顶缘距离l m随着非线性系数m的增大而增大(当m增大0.2时,l m增大约1 m),且随着裂缝与坡顶缘距离的增大,边坡安全系数无明显变化,临界裂缝深度先逐渐减小后趋于稳定。

复杂多边形蜂窝柔性蒙皮非线性行为数值分析

对复杂多边形蜂窝柔性蒙皮结构进行数值仿真,研究在拉伸、剪切、扭转以及弯曲载荷下的柔性蜂窝非线性变形行为,并对无橡胶表层、单侧橡胶表层和双侧橡胶表层的变形及强度进行分析。结果表明:无橡胶表层蜂窝可能在较小载荷下产生较大变形;单侧橡胶表层易使结构不对称,可能导致剪切载荷、扭转载荷下的变形不对称;双侧橡胶表层对抑制结构变形有明显作用;加入橡胶表层可能会使原本零泊松比或负泊松比效应的蜂窝柔性蒙皮表现出正泊松比的情况。

柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析

为了研究橡胶作为新型柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,在7榀1/2缩尺填充墙RC框架结构低周反复加载试验的基础上,采用DIANA有限元软件分析了填充墙与框架之间的连接方式、砌块材料、柔性连接材料以及砂浆强度对填充墙RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:与刚性连接相比,以橡胶作为新型柔性连接材料,能减缓结构的强度和刚度退化,极大降低结构的破坏程度,显著提高结构的抗震性能;高弹性橡胶和高阻尼橡胶作为柔性连接材料均表现出优异的抗震性能,而聚苯板(EPS)作为柔性连接材料的抗震性能要比橡胶差;刚性连接方式下不同砌块材料对结构抗震性能影响很大,当使用强度较高的砌块材料时建议采用柔性连接方式以减弱墙-框相互作用;合理降低砂浆的强度等级,可以改变填充墙的破坏模式,对抗震有利。

基于信息可视化的非线性超声研究现状及成熟度分析

基于信息可视化分析,对非线性超声的研究现状进行分析。检索Web of Science数据库,得到非线性超声相关文献4061篇。对关键词进行可视化分析及聚类分析,非线性超声领域关键词主要涉及6个方面,目前主要侧重于理论研究。对于应用范围,在微裂纹、结构监测等方面具有应用前景。对非线性超声的论文数及专利数进行技术成熟度分析,结果表明其处在技术发展的增长期。

一类非线性非局部抛物问题的类Wilson非协调元分析

主要研究在半离散格式下一类非线性非局部抛物问题的类Wilson非协调元逼近.当问题的精确解u∈H^(3)(Ω)时,利用该单元相容误差在能量范数意义下可达到O(h^(2))阶(比其插值误差高一阶)的特殊性质,采用关于时间t的导数转移技巧,并结合双线性元的高精度分析和插值后处理技巧,得到了超逼近性质和整体超收敛结果.

约束Green函数与非线性地基梁模态分析

在生物和医学领域,微机电系统(MEMS)中的微梁结构在植入人体的使用时,由于体内的细胞环境类似于水凝胶,在这种环境下工作,设备和仪器的精度和稳定性很大程度上受到细胞弹性的影响.为了分析此类地基梁的动力学问题,本文建立了非线性基础上的梁振动模型,研究了任意位置弹簧和非线性弹簧基础上的梁模态.通过Laplace变换和线性叠加原理,得到了一种约束Green函数,利用数值计算验证方案的有效性,并研究了各种重要物理参数的影响,发现弹簧位置向跨中移动时,模态对称性被打破,弹簧刚度增加,模态阶数改变.

二维饱和沉积盆地地震动响应非线性分析

沉积盆地对地震动具有明显的放大效应。利用ABAQUS软件及二次开发平台,编写了基于Davidenkov骨架曲线的VUMAT子程序,对饱和沉积盆地进行了非线性反应模拟。建立不同基岩面坡度的二维T型沉积盆地,输入4条不同频谱特性及幅值的近断层地震波,研究不同盆地基岩面坡度、饱和介质特性、地震波强度等因素对沉积盆地非线性反应规律的影响。研究结果表明,地震波作用可造成饱和沉积盆地发生局部液化,地震波强度越大,液化区分布范围越广,地表处出现了永久塑性变形;地震波强度的增大导致地表土层发生液化的时间提前,且下层土的液化会减弱地震波的传播速度,导致上层地表土发生液化的时间延后;盆地内地表最不利位置随着基岩面坡度的增大逐渐向中心处移动,不同工况下速度峰值放大系数为1.18~3.33。

双稳态压电-电磁复合俘能器非线性动力学分析

提出一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料的双稳态悬臂梁式压电-电磁复合俘能器结构。考虑到大变形时材料的几何非线性特点,基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理建立系统分布式参数模型,采用Galerkin法与谐波平衡法给出响应解析解;利用MATLAB仿真分析激励频率、激励幅值、磁铁间距和负载电阻对系统输出性能的影响,并运用龙格-库塔法分析俘能器的非线性动力学特性;通过电路仿真研究悬臂梁在不同振动状态下的整流滤波特性。结果表明:随着激励幅值的提高,系统阱间运动的频率带宽会逐渐增大;存在一组最优的压电负载和电磁负载,使得系统输出总功率达到最大;负载的改变不会影响阱间运动的频带宽度;随着激励的增强,系统在混沌运动和周期运动间进行状态转换,可以利用标准桥式整流滤波电路进行周期运动时的能量采集,但该电路无法稳定收集混沌运动时的系统输出。

非线性接触状态下的盘式制动器制动噪声分析

针对盘式制动器的制动噪声问题,建立盘式制动器的动力学仿真模型。首先对盘式制动器制动时的瞬态结构进行分析,然后根据制动盘与摩擦片在制动过程中的接触状态,将制动盘与摩擦片之间的接触面划为4个具有各自特征的接触区域,每个接触区域对应不同的接触应力。仿真过程中,分别将各接触区域相应的接触应力作为输入载荷进行加载,通过复特征值法的有限元仿真分析,得到制动器不稳定模态的分布及其振型,进而得到可能产生制动噪声的频率。最后通过制动试验,验证仿真结果的正确性。结果表明,盘式制动器的制动过程是一种非线性的接触过程,过大的非均匀分布的接触应力及其非线性变化将导致制动噪声,噪声频率主要分布在1500 Hz~2100 Hz之间。

基于双层自适应集成残差主成分分析的复杂非线性过程监测

多元统计监测方法常使用正常数据选取特征,而现实过程中,不同的故障将影响不同的特征,并且这些特征可能随着时间和控制系统的作用而变化。当故障发生并随时间变化时,要想获得更好的故障检测能力,就需要聚集有效的故障敏感特征。本文提出了一种双层自适应集成残差主成分分析(AERPCA)模型,其子模型包含不同的特征,并突出地呈现一个或多个相关故障。首先,根据正常数据计算主成分分析(PCA)特征,利用不同特征构建线性子模型和相应的残差空间。考虑到残差空间的非线性特性及有效特征更为分散,采用核PCA(KPCA)提取不同的特征并组成同一残差空间下不同KPCA子模型。然后,利用贝叶斯方法获取集成KPCA子模型,完成各残差空间的划分和集成。最后,在主空间中获得多个线性子模型以及在残差空间中获得多个集成的非线性子模型后,利用滑动窗口确定当前时刻监控效果最好的模型。采用田纳西-伊士曼过程验证了AERPCA的有效性。

基于相关分析和带遗忘因子的随机梯度的非线性系统Wiener模型辨识

实际工业过程往往呈现强非线性和时滞特性,在复杂工况下如何建立过程的高精度模型并对其进行有效控制是研究重点.本文研究了一种基于相关分析的非线性系统Wiener模型辨识.Wiener非线性模型由动态线性子系统和静态非线性子系统串联组成,利用时滞状态空间模型和神经模糊模型分别建立动态线性子系统和静态非线性子系统,并利用设计的组合信号实现Wiener非线性模型分离辨识.首先,利用后移算子的性质,将时滞状态空间模型转化为传递函数模型,在高斯信号作用下利用相关分析方法辨识动态线性子系统的参数,解决了Wiener模型中间变量不可测问题.其次,为了改善辨识模型的精度和收敛速度,推导了带遗忘因子的递推随机梯度方法,得到静态非线性子系统的参数估计.将提出的非线性Wiener模型辨识方法运用于连续搅拌反应釜,实验仿真结果表明,本文提出的Wiener模型辨识方法能够有效辨识连续搅拌反应釜系统,并取得较好的控制效果.

非线性最小二乘法在傅里叶变换红外光谱定量分析中的误差估计

根据统计学的参数估计理论,提出在傅里叶变换红外光谱定量分析中使用非线性最小二乘法进行浓度反演的参数误差估计方法。实验中,通过光谱平均次数来控制噪声水平,以此来评估不同噪声水平下混合气体中各组分反演结果的估计误差。结果表明,对于自研抽取式傅里叶变换红外光谱仪,8次平均光谱即可满足反演误差小于3%的需求,64次平均光谱的反演结果配合估计误差可以实现对平均浓度的覆盖率达到100%。随着噪声水平的降低,仪器、环境等非噪声因素的扰动是估计误差的主要部分。该方法在优化光谱定量分析的参数配置和指导光谱仪器系统设计等诸多方面具有重要的应用前景。

PVC膜材剪切模量非线性研究及有限元分析

基于气承式膜结构顶部受不同水平荷载时位移呈非线性变化这一现象,从膜材剪切特性入手,通过双轴偏伸试验研究膜材剪切性能,得出膜材剪切应力与剪切模量的变化关系,发现膜材剪切模量并非常数。为验证这一结论,引入ABAQUS有限元分析,依据试验中得到的膜材剪切模量与剪切应力关系建立材料模型,以气承式膜结构为例进行分析。在考虑膜材剪切特性基础上,通过模拟得到的气承式膜结构顶部水平荷载-位移曲线也呈非线性趋势,剪切模量为常数条件下模拟位移与试验位移误差率均值在20%左右,而膜材剪切模量随剪切应力变化条件下模拟位移与试验位移的误差率在10%左右。验证了膜材剪切模量不为常数这一假设,表明膜材剪切模量变化对气承式膜结构位移变形的影响不能被忽略。

非线性海床上J型铺管数值分析

随着全球对能源的不断增需,海上油气生产逐渐扩展至深水和超深水区域。在这一应用背景下,型铺管系统在深水区域表现出了天然的适应性。本研究基于Winkler模型和宏单元模型开发了J型铺管法数值模拟方法,利用有限差分法精准模拟了其在非线性海床条件下的力学特性。通过解析解和模型试验对比验证了该方法的可行性。在水深和不同铺设角度变化的研究中,发现水深增加导致管线触地点埋深减小和土体抗力降低,而铺设角度的变化则影响管线的弯矩和土阻力。这些研究结果为J型铺管法在实际深水工程中的应用提供了有益的理论支持和参考。

基于时间有限元的非线性系统周期响应求解及稳定性分析

非线性现象广泛存在于结构分析之中,获取非线性系统的周期响应对分析结构的频响特征、分岔与稳定特性至关重要。为此,一种基于时间有限元的非线性系统周期响应求解方法被提出。该方法在伽辽金时间有限元法的基础上,引入周期边界条件,并结合牛顿迭代法进行求解。该方法的优势在于:能够简单地处理非光滑周期荷载(如阶跃或冲击周期荷载);能够直接根据时间有限元的系统矩阵计算传递矩阵和Floquet乘子,进而判定周期解的稳定性。最后,通过数值算例验证了所提时间有限元在非线性系统周期响应求解及稳定性分析中的正确性、收敛性以及精度。

基于非线性接触原理的吊耳安全性分析

利用现行规范《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)对吊耳进行受力分析时,仅考虑荷载为单一竖直方向,而在工程实际中,吊钩与吊耳间是一种接触关系,荷载方向非单一竖直,呈典型的非线性力学关系,因而采用非线性接触理论对吊耳进行受力分析会更加准确。以一矮塔斜拉桥钢箱梁吊装施工为工程背景,针对该项目采用超长块段钢箱梁吊装的吊耳存在起吊重量大、受力复杂等安全评估问题,基于非线性接触原理,采用Midas Civil大型有限元软件对吊耳在非垂直受力工况下的力学特性进行分析,并与现行规范进行对比。研究表明,对吊耳采用非线性接触原理的有限元分析法可充分考虑吊耳的实际受力方向,比采用现行规范计算的主应力和剪应力都大,且符合工程实际的复杂工况下的受力形式,对类似工程具有借鉴意义。

非线性薛定谔方程解的同伦分析

同伦分析法是一种求解非线性演化方程的有效方法,本文研究了非线性薛定谔方程的同伦分析解。通过将方程化为耦合的方程组,给出了具有高次非线性和高阶色散的非线性薛定谔方程的孤子解和周期解,研究可给类似问题的求解提供有益思路。

悬索桥抖振响应随跨度的非线性演变分析

设计了11组不同跨度悬索桥有限元模型.通过风洞实验得到主梁截面的气动三分力系数,运用Matlab工具箱生成B类风场脉动风速时程后得到桥梁抖振力.在此基础上,分析了结构动力特性的变化规律、计算了按几何线性和几何非线性考虑的11个模型的抖振响应.结果表明,随着跨度增大,悬索桥3个方向的自振频率逐渐降低,抖振位移均方根逐渐增大.对于竖向与扭转响应,线性与非线性均方根之间的差值均随跨度逐渐增大;对于侧向响应,两者之间的差值随跨度变化较小,表明几何非线性主要影响了悬索桥竖向和扭转方向上的抖振响应.为探索抖振响应随主跨跨度的演变规律,首先通过频谱分析得到各主要模态的共振响应和背景响应的贡献,然后分析了2类贡献的变化规律,最后拟合得到了主要模态的抖振位移均方根随跨度的变化公式.以一座实际桥梁为数值算例计算了其抖振响应,并将结果与本文拟合公式进行了对比,验证了拟合公式的实用性,可快速估算悬索桥在B类风场中的抖振响应.