贴敷约束阻尼层的螺栓连接板半解析动力学建模及减振分析

在太空环境中太阳翼帆板的振动难以抑制,因此太阳翼帆板的减振研究至关重要。利用双搭接螺栓连接板结构模拟太阳翼帆板的展开状态,研究了通过贴敷约束阻尼层对其进行振动抑制的方法。创建了贴敷“H型”约束阻尼层双搭接螺栓连接板结构的半解析动力学模型,包含:利用层间剪切变形原理,推导了约束阻尼层结构的应力应变关系,用复模量表征黏弹性层的阻尼特性;考虑螺栓的影响区域,提出用复面弹簧单元和修正质量模拟双搭接螺栓结合部的刚度、阻尼和质量特性;引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程和Hamilton原理建立了局部贴敷“H型”约束阻尼层的螺栓连接薄板的动力学方程。进行了实例研究,通过组建的试验系统证明了所创建的复合结构半解析模型在求解固有特性及振动响应参数方面的合理性,同时试验及半解析模型计算结果均证明约束阻尼层对双搭接螺栓连接板具有减振效果。最后,基于所创建的半解析模型分析了贴敷面积及约束阻尼层厚度对双搭接螺栓连接板减振效果的影响。

考虑围岩和衬砌保角映射差异的深埋非圆形隧道力学解析

非圆形隧道围岩和衬砌区域的保角映射函数不同,接触面边界上不同区域的同一点位在映射后的位置差异较大。因此,在求解非圆形隧道的力学解析表达式时,有必要考虑该映射差异。首先,引入基于边界积分的保角映射理论,编制了以多段圆弧为边界的有限双连通域和无限双连通域的保角映射程序;其次,考虑到围岩和衬砌保角映射差异,提出多点逼近的应力函数求解方法,并采用LSQR算法计算应力函数系数的最小二乘解,以满足隧道临空面边界和接触面边界上位移和应力条件;最后,通过多心圆隧道的算例,开展验证和分析。研究结果表明:所求围岩和衬砌保角映射函数具有良好的保角性和保圆性;随着应力函数项数增加,在边界上的应力误差和位移误差显著降低;当侧压力系数为0.50时,多心圆隧道洞周收敛变形的差异显著,拱顶和拱底变形远高于拱脚位置的变形,在衬砌拱脚位置所受围岩压力和切向力最大,并出现显著的应力集中现象;衬砌内外边界上应力和位移的解析解与数值解十分接近,验证了本文所提力学解析方法的正确性。

压电位移放大机构的力学解析模型及有限元分析

研究了压电位移放大机构的运动学和动力学建模问题。基于能量守恒原理和弹性梁弯曲理论推导了桥式位移放大机构的位移放大比等静力学解析模型;在此基础上,通过拉格朗日方程建立了桥式位移放大机构的固有频率解析模型。通过有限元计算验证和分析了提出的解析模型的可行性和优越性,并与国内外典型的位移放大比数学模型进行了比较。结果表明:由于本文提出的模型考虑了位移放大机构的拉伸和弯曲变形,并且摒弃了国内外普遍采用近似几何关系进行数学推导的思路,因此所建立的位移放大比解析模型精度更高;固有频率解析计算结果与有限元模态分析结果的相对误差约为5%。得到的结果显示:本文给出的建模方法以及位移放大比、固有频率等解析模型可为柔性机构的优化设计和研制提供依据和参考。

双船中层拖网网位控制的静力学解析

中层拖网是开发利用中上层鱼类资源的重要工具之一,能否有效实施对拖网作业水层的控制,是实现瞄准捕捞和提高捕捞生产效率的关键。本文提出了1种基于有限元原理的拖网曳纲形状与张力的理论计算方法,以期依据中层拖网拖曳过程中不同拖速、曳纲长度和重锤配备条件下曳纲响应的计算机模拟结果,预测拖网可能的作业水层,以实现中层拖网网位控制,为中层拖网曳纲设计和网位调整提供理论依据。

超塑拉伸变形应变速率敏感性指数的力学解析

从拉伸变形的状态方程和力学基本理论出发，导出了塑性和超塑性拉伸变形ｍξ、ｍｖ 和ｍＦ（ｍξ、ｍｖ。和Ｆ分别为恒应变ξ、恒变形速度ｖ和恒载荷Ｆ的应变速率敏感性指数）的函数表达式，而且理论计算值与典型超塑性合金ＺｎＡ１５的试验数据吻合，这便从理论上解答了“拉伸变形应变速率敏感性指数的力学涵义及其规范测量”一文从试验上提出的问题，即：为什么ｍξ、ｍｖ和ｍＦ随应变速率ξ的变化规律互不相同，甚至出现了ｍＦ会大于１，ｍｖ会是负值的反常结果。对这些问题的理论解答便进一步揭示了ｍ值的力学本质。

虚拟节点有限元法解析滴灌支管水力学计算

滴灌支管和毛管组成的支管单元的水力学计算是滴灌管网水力学设计的关键环节。运用虚拟节点有限元法和虚拟节点平均水头损失有限元法解析支管单元的水力学计算,可以计算出支管和每根毛管的水头损失,同时显著减少计算量,研究结果为包含几十万乃至上百万个滴头的滴灌系统水力学设计提供了新的方法。

普旋过程毛坯起皱的力学解析

以弯曲塑性铰理论为基础,建立了普旋过程毛坯起皱的分析模型。采用能量法,推导出旋压力的计算公式。由数值方法,得出临界皱波数随若干工艺参数的变化规律,分析结果与实际情况相符。

巷道非对称底鼓的力学解析

探讨深部开采条件下非对称底鼓现象的影响因素和形成机制,为巷道底鼓的防治提供理论依据。根据郎肯土压力理论,建立了非对称底鼓的力学模型及分析计算简图,得到了4种非对称底鼓的破坏形式,导出了巷道底压的计算公式。通过给定部分参数,得到了极限破坏深度、底压、底压偏移角分别与松散岩体折算摩擦角和巷道宽度的关系。研究表明,岩性较差或者较为破碎的围岩以及宽度较大的巷道受非对称荷载比值的影响较大,且巷道底压会有一定的偏转。研究结果对于控制深井非对称底鼓有一定的参考作用。最后介绍了1个防治巷道底鼓的实例。

基于椭球曲面的超塑自由胀形力学解析

超塑自由胀形的真实轮廓为轴对称旋转曲面,球面假设条件下的力学解析不能真实反映实际胀形过程。基于超塑自由胀形轮廓型面为椭球曲面这一试验基础,从连续介质塑性力学的基本理论出发,结合几何方程、力学平衡方程及Hill各向异性材料的增量理论,对超塑自由胀形过程进行力学解析,提出超塑自由胀形对壁厚均匀性的自我调节作用。给出超塑自由胀形过程中不同位置的经向应力及环向应力,并进一步得出应力场、应变速率场及应变场分布。由广义速率敏感性指数的定义式,给出m值的解析式,并得到超塑自由胀形的最佳加载路径。超塑自由胀形椭球曲面假设得到试验验证,椭圆函数拟合度高达0.996以上。

基于并行计算的杆长和惯性参数可变的平面闭链机构动力学解析模型

基于凯恩动力学方程和数字-符号方法,提出基于构件子模型和并行计算建立杆长和惯性参数可变的平面闭链机构动力学解析模型的方法,并对驱动构件杆长和质量变化对驱动力/力矩的影响进行研究。采用封闭矢量法对平面闭链机构进行运动分析,得到各构件的速度和加速度表达式;将独立广义坐标以及杆长和惯性参数作为符号量,其余参数处理为数字量,离线生成各动力学子模型矩阵元素的实时代码,然后由叠加得到机构总的驱动力/力矩。针对各构件的子动力学模型,提出一种基于子模型动力学并行算法的实时代码优化方法。由于动力学模型的离线建立和优化以及采用并行计算结构,简化了机构的动力学模型,大大减少了在线计算时间,从而为机构的实时控制提供了有利条件。给出的动力学仿真实例证明了此方法的有效性。

Ni-Ti 系中γ、η、β相平衡的实验与热力学解析

采用实验和热力学解析的方法对 Ｎｉ Ｔｉ 系中γ、η、β之间的相平衡进行了研究，力图为镍基高温合金的设计和组织控制提供基础数据。γγ＋ η、η＋ ββ相界与文献报道一致， 但η相的存在区域有一定的成分范围， 特别是γ＋ ηη界面上钛的成分随温度而变化。采用规则溶液模型和亚点阵模型对该体系的液相、γ、η和β相进行了热力学解析和计算，计算与实验数据十分一致。

庚酸与季戊四醇酯化反应的热力学解析

采用Benson和Joback基团贡献法解析了四庚酸季戊四醇酯酯化反应的焓变、熵变、Gibbs自由能变和平衡常数。热力学解析表明,在373.15 K^513.15 K的温度范围内,庚酸与季戊四醇在合成四庚酸季戊四醇酯的过程中,单酯,双酯和三酯均为放热反应,四酯为吸热反应。从理论上讲,庚酸与季戊四醇的酯化反应为自发过程。

基于并行计算的平面可调五杆机构动力学解析模型与仿真

基于凯恩动力学方程、数字-符号方法和并行计算建立了杆长和惯性参数可变平面可调五杆机构的动力学解析模型,并对驱动构件质量和杆长对驱动力/力矩的影响进行了仿真分析。将动力学模型的推导问题转化为特定条件下运用运动学和动力学计算公式求解机构驱动力矩的问题,并将广义坐标以及驱动构件杆长和惯性参数作为符号量,导出了模型矩阵元素数字-符号表达式。

超塑拉伸变形的力学解析

以作者在超塑性拉伸变形力学解析理论所做的一些工作为主,较为系统地回答了在该分支存在的一些涉及到变形规律力学本质的疑问,重点介绍应变速率敏感性指数m值和应变硬化指数n值的测量方法,并结合典型变形路径,精细分析了变形路径对n值和m值的影响,对变参数超塑拉伸变形本构方程进行介绍,最后是作者关于超塑性研究中值得注意的一些问题的意见。

基于流固耦合作用的上悬式离心机转鼓解析动力学建模

以上悬式离心机转鼓为研究对象,应用有限单元法将转鼓壁划分为板单元,将糖膏划分为三棱柱单元,充分考虑转鼓和糖膏的流固耦合作用,建立反映转鼓与糖膏流固耦合关系的解析动力学模型,比较转鼓在考虑流固耦合作用下和不考虑流固耦合作用的振动模态,分析流固耦合对转鼓振动模态的影响。研究表明,所建上悬式离心机转鼓解析动力学模型反映了系统参数与其动态性能之间的内在关系。同时,由于考虑系统的流固耦合特性,增加了附加质量矩阵,从而对系统的固有频率产生重要影响,为了避免转鼓系统产生共振现象,确定系统的工作频率范围时,应该考虑流固耦合作用的影响。

柔性巨型摩天轮结构的力学解析与有限元分析

柔性巨型摩天轮结构体型庞大,结构形式特殊,刚性轮缘与柔性拉索相结合,边界条件复杂。同时采用了力学解析分析模型和非线性有限元数值模型对柔性巨型摩天轮结构体系进行非线性静力分析和研究,并以某柔性巨型摩天轮结构项目为工程背景进行了实例验证与分析。非线性静力分析结果表明:预应力拉索的引入使得柔性巨型摩天轮结构具有明显的非线性特征,结构受力性态主要由初始态预应力决定;力学解析与有限元数值两种模型的计算结果比较吻合,力学解析模型能揭示结构的受力特性,具有较好的实用参考价值。

垂直型多级位移放大机构设计与力学解析建模

针对压电位移放大机构在垂直方向较难实现大行程、高频带宽度的问题,结合两个复合菱形机构、两个杠杆机构以及一个普通菱形机构,提出了一种垂直型多级位移放大机构。基于能量守恒方法和弹性梁理论建立了位移放大比和输入/输出刚度解析模型,根据拉格朗日方程推导了固有频率解析模型。通过有限元法对解析模型进行了验证,所建立的位移放大比解析模型有较高的预测精度,可为大行程垂直型柔顺平台的优化设计提供参考。与文献中的位移放大机构性能对比结果表明,提出的垂直型位移放大机构具有更好的静动态平衡性能,其位移放大比可达43.29,同时保持一个较高的固有频率561.28 Hz。

根据动力学-光谱数据解析高锰酸钾氧化草酸钠的反应过程

通过在线测量硫酸介质中高锰酸钾氧化草酸钠反应过程的光谱变化.获得了动力学-光谱二维数据。借助主成分分析法,确定了高锰酸钾的单信息区,并确认反应过程中产生了一种有吸收的中间体。根据最小二乘回归等化学计量学方法,结合相关组分间存在等吸收点这一光谱特征及质量平衡原理,成功地解析出反应体系中相关组分的实际动力学谱及纯光谱。根据Savitsky-Golay求导法,获得了各组分的速率曲线。对解析结果的进一步研究表明,该反应符合自催化模式。

动力学解析的四轮全向移动机器人电机解耦控制

四轮全向移动机器人是一个复杂的非线性、强耦合的机械系统,各轮驱动电机间存在强耦合现象,很难取得理想的控制效果。针对这一问题,提出一种基于动力学解析的多电机控制系统解耦方法。通过对四轮机器人的动力学解析推导出四轮转速与其驱动力矩间的状态方程,获得各电机输入输出量之间的耦合关系,在此基础上依据控制量一致思想设计解耦控制器,解决了传统参考模型解耦方法不能兼顾控制性能和解耦性能的问题,实现了四路电机的独立控制。仿真结果显示,该方法能够有效地减小控制系统各变量间的相互耦合作用,每路电机均很好地跟踪了各自的输入,解耦效果好。

等半宽高矩形盒零件的超塑性胀形力学解析

本文在粘塑性本构方程基础上，对半宽与高相等的矩形盒零件进行了超塑性胀形力学解析，对变形危险点的应变速率加以最优控制，以使材料厚度分布相对均匀，并提高了成形极限。