基于关键时间点的能量等效静态载荷法及结构动态响应优化

基于位移的等效静态载荷法是目前解决动态约束处理困难、计算收敛性差的结构动态响应优化问题的有效途径,针对位移等效静态载荷法的优化结果不准确、工程实用性差等不足,提出一种基于能量等效的动态载荷静态转化方法。该方法通过结构在动、静态载荷作用下能量变化关系推导,分析能量等效的基本原理,在载荷等效转化时刻识别基础上,进一步构建了基于能量等效理论的动态载荷等效静态转化的优化模型,最后应用全局优化算法求解找到了等效静态载荷,并以文献经典算例——124杆桁架结构为例验证方法的有效性和准确性;将理论研究成果应用于发动机活塞的动态优化设计中,验证了方法的工程实用性,同时为基于等效静态载荷法的结构动态响应优化设计提供了一种新的思想。

基于能量等效的行波型超声波电动机解析模型

提出一种基于能量等效的行波型超声波电动机稳态特性分析计算的解析模型。首先通过能量等效原则将压电复合定子环简化成复合等直梁模型,综合考虑压电复合定子的转动惯量和剪切变形的影响,利用铁木辛柯梁振动理论得到电动机定子振动的频率方程和强迫振动稳态解;其次,对电动机定、转子接触面的滑动状况进行分析,利用弹性接触理论确定了定、转子接触面的力传递模型和效率表达式,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率视为定子强迫振动的等效阻尼损失,由此建立电动机的机械特性和输出功率表达式;最后,仿真和试验分析了不同电动机结构和材料参数以及定子预压力、驱动频率和摩擦层厚度等对电动机振动特性和机械特性的影响,试验证明了该模型的有效性和适用范围。

基于能量等效的双转子连续混炼机混炼段相似放大研究探讨

根据双转子连续混炼机自身特性和等效平均停留时间、等价转子顶部剪切速率的原则,以能量等效为衡量混合效果的准则,提出双转子连续混炼机混炼段相似放大设计的流程及其理论模型。在该模型确定的转子转速和喂料速率下,利用Polyflow软件模拟了机筒内径分别为30 mm和100 mm的双转子连续混炼机混炼段和卸料段内的流场特征,以能量等效为指导准则,通过对流场特征和混合效果进行分析,对所提出的相似放大设计理论模型进行了验证。

能量等效速度谱衰减分析及在设定地震中的应用

利用我国大陆与北美大陆在地震构造、地震成因、地震活动特点等方面的相似性,依据美国西部基岩强震记录资料,建立了适用于我国大陆的能量等效速度谱衰减关系式,分析了震级、震中距对能量等效速度谱的影响规律。分析表明,水平和竖向分量能量等效速度谱随震级的增加和距离的减小而增加;谱的卓越周期随震级的增加而增加。同时,将能量等效速度谱应用于设定地震的确定,提出了按0.2s周期点能量等效速度谱确定工程场址设定地震的方法,并将该方法应用于新疆克孜尔坝址地震动参数的确定,得到了坝址100年超越概率为2%的设定地震M=6.75、R=9.70km及相应的设计反应谱。由于基于能量等效速度谱的设定地震方法同时考虑了地震动幅值、频谱和持时的影响,根据该方法确定的设计反应谱介于一致概率反应谱和规范反应谱之间,克服了一致概率反应谱在中长周期处明显偏大的缺点,从而验证了本文设定地震方法的合理性。

一种基于有限元分析的杨氏模量的能量等效方法

基于能量等效原则,本文提出了一种特定阻尼结构中粘弹性材料等效杨氏模量常值的获得方法。通过有限元优化分析,对比橡胶材料动态杨氏模量和杨氏模量常值在同一阻尼结构的能量特性,从而找到了最能表征粘弹性材料动态杨氏模量的等效杨氏模量常值。经验证,该方法获取的等效杨氏模量常值在能量特性上能很好地反映动态杨氏模量,能为该结构的数值计算和软件仿真提供便利。

基于能量等效的混凝土结构疲劳断裂仿真分析方法

为了实现混凝土结构损伤-断裂的全过程分析,推导疲劳裂纹扩展与疲劳损伤区演化之间的耗散能等效关系,将离散的裂纹转化为等效损伤区,采用连续介质力学的有限单元法,对于损伤与完好区域分别采用不同的弹性模量来模拟,并将TrishaSain等提出的2D分析方法推广到3D复杂应力状态下,采用通用的有限元分析软件,实现混凝土疲劳裂纹扩展及其刚度、强度衰减过程的仿真。通过对文献疲劳试验的模拟分析,结果表明本方法能准确模拟开裂混凝土构件疲劳失效过程。

损伤力学中的能量等效假设及其实验验证

大多数损伤模型在构造受损材料本构方程时所采用的应变或应力等效假设在一般情况下并不能满足热力学理论的基本规则.本文提出的能量等效假设,在弹性、塑性和蠕变损伤等普遍情形均证明了其有效性.同时,能量等效假设配合以应变能密度准则,可以很好地描述穿孔铜薄板试件的破断行为.

基于能量等效的行波超声波电机数学模型研究

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁摩辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型;探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机的能量损耗。通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电机特性的解析模型。研究有助于电机设计。

基于能量等效的行波型超声波电动机分析模型

利用能量等效原则把环形压电复合定子等效成等直梁结构,综合考虑压电复合定子的机械损耗(包括压电陶瓷和金属基体的损耗)、转动惯量和剪切变形,利用铁木辛柯梁振动理论得到了压电复合定子在自由状态下的频率方程和受迫状态下的振动解析解;利用库仑摩擦接触理论建立了定、转子之间的力传递模型,探讨了接触角与定、转子预压力、振动幅值、摩擦材料弹性刚度之间的关系,给出了电机稳态时的输出力矩表达式,并分析了电机能量损耗的组成,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率等效为定子振动的弯曲阻尼损失,建立了电机的输出效率表达式,从而系统地建立了基于能量等效的行波型超声波电动机特性的解析模型。

模块化多电平换流器快速能量等效建模

为解决模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)电磁暂态仿真效率低的问题,提出一种针对MMC桥臂及子模块等效的快速能量等效模型,具有建模过程简单,方法可靠的优点。通过对MMC桥臂进行受控源等效,保证换流器的外部特性一致,并使得桥臂与子模块间电气解耦;再利用桥臂与子模块只有二次信息交换的特点,对子模块进行开关简化与能量等效建模,简化了仿真电路,减少电路中的非线性元件。在PSCAD/EMTDC仿真平台上对所提仿真建模方法进行验证,对比详细模型提速效果可以达到1736倍以上,结果表明所提快速能量等效模型的有效性,能够保证高仿真精度,并在仿真效率上极大的提升。

基于能量等效原理的金属材料硬度预测方法

硬度是一种广泛应用于材料科学与工程实际中的力学性能参数。基于能量等效原理,对于均匀连续、各向同性、应力-应变关系符合Hollomon律的金属材料,提出了一种获取布氏、洛氏硬度的半解析预测模型,已知材料的Hollomon律参数即可预测其布氏、洛氏硬度。使用少量有限元计算确定出预测模型的待定参数,再进行更广泛的有限元计算验证预测模型,结果表明,模型预测效果良好。选取6种延性金属材料完成了布氏、洛氏硬度试验,采用该文方法预测的硬度值与试验结果吻合良好。

基于能量等效原理的颤振机理及颤振导数识别

桥梁和风是相互作用的流固耦合系统,风对桥梁的作用效应可以分为阻尼效应和刚度效应。首先基于能量等效原理将Scanlan线性颤振自激力分为纯阻尼效应项H1^*、A2^*,纯刚度效应项A3^*、H4^*和既有刚度效应又有阻尼效应的双重效应项A1^*、H2^*、H3^*、A4^*。将颤振自激力进行积分运算分别求出其阻尼效应项的做功时程和刚度效应项的无功时程并从功能角度对经典耦合颤振驱动机理进行了研究,最后通过将耦合颤振微分方程转化为功能方程形式,提出了一种基于自激力瞬时做功的颤振导数识别方法并证明了该方法的可靠性。

能量等效大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载

针对大跨屋盖结构风效应静力等效分析中需要考虑多响应目标问题,与脉动风振响应背景分量、共振分量及其二者耦合项分量(简称三分量)相对应,提出一种大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载分层分析法。首先,基于能量等效,考虑结构所有节点响应,分别推导了三分量多目标等效静力风荷载表达式;其次,根据三分量响应能量对脉动风振总响应能量的贡献程度,定义三分量能量贡献系数,据此系数实现大跨屋盖结构三分量响应层次划分,并针对不同层次结构,制定了相应的总等效静力风荷载组合求解方法;最后,以北京奥林匹克公园网球中心赛场屋盖结构为例,对其三分量响应层次划分,根据划分结果,组合得到结构总等效静力风荷载。同时对总等效静力风荷载作用下的结构静力响应与频域分析所得目标响应进行对比,发现二者吻合较好,能够满足实际工程要求,说明所提方法有效且具有工程应用价值。

基于能量等效的行波型超声波电机分析模型研究

针对行波型超声波电机特性的分析模型进行详细研究,从能量等效的思想出发,构建了电机的输出效率表达式,可为行波型超声波电机的设计提供参考。

基于能量原理的等效静态载荷法及其在活塞动态优化中的应用

针对位移等效静态载荷法在求解结构动态优化时遇到的等效关键时间点不合理、等效结果误差大等问题,提出一种基于能量原理的等效静态载荷法.该方法通过将结构动态响应解空间进行谱元离散,识别出结构的关键时间点,并在该时间点构建了基于能量等效的动态载荷静态转化数学模型.应用优化算法搜索得到了等效静态载荷集的最优解,从而将结构动态优化问题转化为静态优化问题求解.最后,通过在某柴油机活塞油腔结构的动态优化设计中的有效应用,验证了能量等效静态载荷法的有效性和工程实用性,拓展了等效静态载荷法的理论范畴,同时为复杂结构动态响应优化设计提供了一种新的思路.

裂隙尖端能量释放和整体变形能量的等效性

以单轴应力和静水应力状态为例,分析了单裂隙变形过程中裂隙尖端局部能量释放和裂隙整体变形能量的等效性;并以此等效性为基础,从计算裂隙尖端局部能量释放和计算裂隙整体变形能量两种途径出发,对裂隙固体的有效弹性模量和有效体积模量进行估计,得到了相同的表达式,从而说明了两种能量的等效性是众多裂隙岩体类型有效弹性模量分析的基本前提.

基于能量等效原理的K因子、柔度统一模型

当前常用裂纹试样的K因子和柔度C表达形式各异且参数的数量较多,有的裂纹试样K因子和柔度式中参数达到或超过6个,不利于计算;对于非标准试样的K因子和柔度C表达式的获取主要根据有限元分析数据而采用回归和拟合的方式,比较繁冗。针对9种Ⅰ形裂纹试样,基于Chen-Cai能量等效原理提出仅有2或3个参数的K因子、柔度C的统一模型。结果表明,K因子和柔度C统一模型与文献式、有限元结果吻合良好。统一模型的建模方法简便有效,便于工程应用,对于获得各类异型小试样的K因子和柔度C的半解析表达式十分方便。

空间桁架结构等效连续体建模及固有特性分析

针对空间桁架天线的结构特点,基于能量等效原理分别建立了不带底板和带底板的空间桁架结构的等效梁连续体模型。将胞元横截面上任意点的位移用横截面中心处的位移分量线性表示,求得胞元的应变能和动能;基于能量等效原理利用哈密顿原理建立桁架天线结构的等效连续体动力学方程,求解得到等效连续体模型的固有频率和振型表达式;利用有限元方法对桁架结构进行仿真分析,并将仿真结果与等效连续体模型计算结果进行对比分析。结果表明,等效模型结果具有较好的精度,从而验证了等效连续体梁模型的正确性。研究结果可为大型空间可展桁架结构的动力学设计提供论支撑。

基于等效峰值能量的建筑物爆破振动安全评价探讨

爆破地震效应研究的中心话题就是如何对爆破地震的危害作出准确而又科学的评价。结合建筑物能量破坏机理,考虑爆破地震能量分布及建筑物动力响应特性,构造了基于"等效峰值能量"(EPE)的爆破地震安全评价方法。在相关研究的基础上,提出了EPE的爆破地震安全评价指标,并研究了EPE及等效速度的计算过程,探讨了不同爆源形式下的EPE简化计算方法,认为采用以等效速度表示的EPE指标来衡量爆破地震的危害程度是可行的,它较振速-频率相关的安全判据更能全面反映爆破地震危害的本质,并且具有很强的可操作性。

HEV实时等效能量消耗最小控制策略

以变速器前置式并联结构为例,介绍了一种实时等效能量消耗最小控制策略。在研究车辆行驶于循环工况中消耗燃油热能和电能之间关系的基础上,针对该策略的关键问题———蓄电池组的电能和发动机的燃油热能消耗量的等效方法进行了详细阐述。最后在车辆仿真模型的基础上对该种策略进行仿真试验,并与其他类型的控制策略进行了比较。