时变载荷作用下饱和黏土地基的流变固结特性研究

基于Biot多孔介质理论,利用分数阶Kelvin模型描述土骨架流变效应,引入斜坡、三角形和梯形载荷的时空域解析函数,构建时变载荷作用下饱和黏土地基的三维轴对称固结模型.采用Hankel–Laplace联合变换和张量运算推导控制方程的变换域解析解,利用数值反演得出时空域解.通过算例分析,对模型和计算方法的有效性进行验证,并研究了3种时变载荷作用下饱和黏土地基的流变固结行为和参数影响规律.结果表明,饱和黏土的次固结沉降更为显著.土骨架流变性对孔隙水渗透具有抑制作用,使土体在主固结阶段沉降速率减缓,次固结阶段沉降速率加快,而且长期沉降量增大.加载速率越大,孔隙压力峰值越大.卸载阶段土体发生变形恢复,土骨架弹性扩张产生负孔压,卸载速率越大,产生的负孔压越大.土骨架流变性越强,变形恢复量越小,产生的负孔压也越小.载荷类型和加载路径主要影响固结过程中位移和孔压随时间的变化形态,而土骨架流变性影响土体的长期沉降量.

Nelson-Siegel模型中的时变载荷因子及其对提高经济形势预测的重要作用

现有文献中Nelson-Siegel模型大多将载荷因子λ提前固定为常数或作为待估静态参数,较少考虑载荷因子λ的时变化。本文基于得分驱动时变参数建模方法,在状态空间模型框架内考虑时变载荷因子λ,构建GAS-λ-DNS模型,并提取相应时变载荷因子。结果显示,时变载荷因子λ_(t)呈现出极强的波动性,同时与经济周期密切相关;将时变载荷因子λ_(t)应用于预测工业产出增速,发现载荷因子相比于传统宏观预测因子具有额外增量信息,引入λ_(t)可以显著提高模型预测精度。本文结论对Nelson-Siegel利率期限结构建模和宏观经济预测因子选取具有参考价值。

时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承振动特性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承非线性动力学方程组,采用Gear Stiff(GSTIFF)变步长积分算法对其进行求解,就球轴承的结构参数和工况参数对球轴承振动特性的影响进行了分析。结果表明:时变载荷激励下球轴承的振动响应频率以时变载荷频率为主,表现出强迫振动,且振动速度幅值远高于恒定载荷下轴承振动速度幅值;结构参数中,原始径向游隙对球轴承振动特性影响显著,采取零游隙或负游隙能够有效地抑制时变载荷对轴承的冲击;保持架兜孔间隙对轴承振动影响较小,存在最优的保持架兜孔间隙使得保持架振动最小;考虑时变载荷的影响,对空调滑片式压缩机用球轴承施加0.3%~0.6%额定动载荷的轴向预紧力可实现降低轴承振动目的。

基于时变载荷的齿轮摩擦功率损失计算研究

应用齿轮啮合原理、齿轮接触分析和摩擦学理论,提出考虑齿轮瞬态啮合过程中传动效率随齿面接触载荷时变的齿轮摩擦功率损失计算方法;建立了啮合齿面间的相对运动速度、接触压力、滑动摩擦系数及摩擦功率损失的计算模型,并编制了计算程序;分析了齿轮几何参数、运行工况及润滑油温度等对齿轮摩擦功率损失的影响规律.研究结果为齿轮传动及其润滑系统的合理设计提供理论依据.

时变载荷下的轮胎侧偏动力学模型

以Ｐａｃｅｊｋａ建立的Ｍａｇｉｃｆｏｒｍｕｌａ静态模型为基础，引入动态和非线性特性，建立了一种新的轮胎侧偏动力学模型，并将模型计算结果和实验结果进行了对照分析。结果表明，该模型能够比较真实的反映轮胎的侧偏动力学特性，具有较高的模拟精度。

轴向时变冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲研究

基于应力波理论,用半解析半数值方法对轴向时变冲击载荷作用下的直杆进行研究,给出了一种利用压应力波前附加约束条件求解轴向时变载荷作用下直杆弹性动力屈曲问题的方法。以三角脉冲载荷作用下的直杆为例,对其临界屈曲长度、初始屈曲模态和动力特征参数进行了求解,探讨了脉冲载荷峰值和载荷持续时间对临界屈曲长度和屈曲模态的影响。总结了三角脉冲载荷作用下直杆弹性动力屈曲的规律,并与阶跃载荷作用下的情况进行对比分析,结果与之前文献研究结果吻合良好。

大范围变速运动时变冲击面载荷作用下板架结构冲击响应分析

针对板架结构上的大范围变速运动时变载荷冲击作用问题进行研究,运用微小时段内冲量等效的原理,推导出将大范围变速运动时变载荷转化成若干个"载荷经过小区域"上的非移动载荷的计算公式,给出了载荷等效的误差估计与控制公式,在此基础上进一步提出了对板架结构进行冲击响应分析的有限元建模方法。基于该方法,计算了一个冲击载荷在1.6s内移动32m的板架结构冲击响应问题。发现:受"大范围变速运动载荷"作用结构的响应,在时间域上可分为3区域:载荷到达前的响应、载荷经过时响应、载荷经过后响应。3时段响应中,以载荷经过时响应为最大,但历时最短。

轮胎侧偏特性在时变载荷条件下的试验设计

分析了时变载荷下轮胎侧偏特性的试验原理，利用低速平板式轮胎试验台，设计并实现了时变载荷下轮胎侧偏特性的试验，同时测量出不同载荷下的轮胎滚动阻力系数和轮胎垂直变形，可为轮胎特性的建模。

基于弹流润滑及时变载荷分配模型的直齿轮效率研究

结合弹流摩擦系数模型及直齿轮的啮合特性,推导直齿轮齿面载荷的分布规律;结合啮合过程中齿面载荷、齿面摩擦力的时变性、单双齿啮合特性,对一个啮合周期内齿轮副的输入输出功耗进行积分,获得同时考虑弹流效应及时变载荷分配模型的直齿轮啮合效率计算公式;建立基于Matlab的直齿轮效率数值分析模型,将仿真结果、ISO/TR 14179-1、ISO/TR 14179-2效率计算结果、试验数据进行对比分析。结果表明:基于弹流润滑及时变载荷分配模型的直齿轮效率计算方法与试验数据具有很好的一致性,且对效率预测的准确性好于标准ISO/TR14179-1、ISO/TR 14179-2。

时变载荷下履带车辆传动箱振动响应仿真

为了掌握某型履带车辆传动箱箱体在运行过程中振动响应的敏感位置,在RecurDyn中建立了齿轮传动系统虚拟样机仿真模型,并利用试验值进行了验证。利用HyperMesh对传动箱箱体进行了有限元前处理,并导入ANSYS进行模态分析,得到了箱体低阶固有频率以相应振型。将RecurDyn动力学求解得到的各轴承座处的时变载荷,输入到箱体有限元模型中,实现了RecurDyn和ANSYS的有效结合,提高了仿真的效率,得到了时变载荷下箱体振动加速度的分布情况,为该传动箱体振动测试测点的选择提供了依据。

基于马尔可夫链的系统时变可靠性分析

对由脆性材料组成的结构，应用马尔可夫链分析了系统在时变载荷作用下的时变可靠性问题。通过对比分析说明脆性结构在时变载荷作用下的可靠性与载荷的路径有密切的关系，忽略这些关系会引起较大误差。最后以一四杆脆性结构受两个时变载荷的作用为例分析了该系统的时变可靠性。

时变轴向力负载影响下滚珠丝杠副性能衰退特性

滚珠丝杠副是数控机床机械传动的重要部件,机床切削参数的不断变化致使其承受的轴向负载具有动态时变的特性,进而其精度、预紧力、摩擦力矩等性能的衰退呈现出时变特性.为了研究滚珠丝杠副在时变轴向加载工况下的性能变化规律,在建立时变受力模型的基础上,通过弹性赫兹理论推导建立了时变轴向力工况下双螺母滚珠丝杠副的时变受力模型、时变磨损模型、时变预紧力和摩擦力矩衰退模型,并且通过滚珠丝杠副精度保持性试验台用激光干涉仪测量序进轴向力加载与恒定轴向力加载工况下的滚珠丝杠磨损深度变化情况,与理论模型对比,由此验证滚珠丝杠副时变轴向力加载性能衰退模型的有效性与合理性.论文的研究对于提升精密滚珠丝杠副的精度及其保持性具有理论意义.

核主泵轴系推力轴承复杂工况下的润滑性能分析

针对核主泵轴系工作时变载荷、润滑油水侵及转子倾斜等复杂工况,开展推力轴承的润滑性能研究;分析核主泵轴系推力轴承的结构和使用工况,建立推力轴承润滑性能的计算模型。针对核主泵运转过程中的变载荷工况,以不同载荷为输入参数,计算变载荷工况下推力轴承的最小油膜厚度、温升、摩擦力矩及功耗等润滑性能参数。针对润滑油水侵工况,选用含有质量分数1%海水的68号润滑油,分析润滑油混入空气中雾化海水时推力轴承的润滑性能。针对轴承转子倾斜工况,建立计入转子倾斜的推力轴承润滑性能计算模型,计算转子倾斜1′~20′时的润滑性能。研究结果表明:变载荷工况下最小油膜厚度随着载荷的增大而减小,在载荷为2000 kN时达到最小值;温升随着载荷的增大而增大,摩擦力矩及功耗均随载荷的增大而增大;海水入侵后润滑油的黏度会降低,从而影响轴承的承载能力;平衡块支撑结构对推力轴承有良好的均载效果,允许的轴线倾角可以达到10′。

时变参数下锥齿轮摩擦功率损失计算研究

分析了多个与齿轮相关及摩擦相关模型,推导建立了计算锥齿轮啮合过程中瞬时滑动功率损失的时变模型。基于锥齿轮传动过程中实际啮合齿数,分析锥齿轮啮合面的受力情况,将此受力分析结果与实际工况下轮齿油膜厚度比相结合,得到了锥齿轮传动过程中各润滑状态与各摩擦功率损失影响因素的关系。为了避免将啮合线离散计算摩擦功率损失时所导致的原理误差,建立了以时间为变量的锥齿轮摩擦功耗的数学模型。利用时变齿间载荷模型解决了由齿面几何复杂度导致的齿间载荷难以确定这一难题。仿真结果表明:瞬时滑动功率损失时变模型的仿真结果与实验测得真实结果相一致,所建锥齿轮啮合过程中瞬时滑动功率损失时变模型具有较高的精度。

基于外部流场作用下叶片翼珊的复合载荷特性研究

风力机叶片翼珊在任何情况下所承受到的载荷大小、种类均有所不同,即便是充分考虑到空气动力载荷,也会由于实际运行环境的影响,而使实际承受载荷的大小与理论计算值有所偏差。因此,从空气动力载荷、时变气动载荷、湍流载荷、尾流互扰载荷、空气密度变化引起的载荷等5方面较系统地研究了载荷分布及变化特点,进而说明了风力机叶片在运行过程中,其动载荷的不稳定性及计算方法,为风力机的可靠性设计及优化设计提供了理论求解方法。

齿轮齿条传动往复运动过程的润滑分析

目的通过对往复运动齿轮齿条传动过程中压力、膜厚、温度的计算,获得往复运动齿轮齿条的润滑状况,为机构的设计提供理论依据。方法将齿轮齿条的传动模型简化为圆柱与无限大平面之间的运动,建立往复运动齿轮齿条传动的热弹流润滑模型。采用Ree-Eyring流体,压力求解采用多重网格法,弹性变形采用多重网格积分法,计算得到齿轮齿条往复运动过程中的中心压力、中心膜厚、最小膜厚和最高温度,并与单向运动情况比较。结果与单向运动相比,往复运动由于在换向过程中存在加速、减速过程,降低了齿轮齿条机构在啮合周期内润滑油膜厚度,啮合线上变速过程始末附近区域膜厚和压力都会产生一定程度的波动。换向瞬时,受挤压效应的影响,产生油膜凹陷,油膜变薄,润滑状态变差。结论在计算往复运动齿轮齿条润滑油膜与压力时,存在换向的啮合周期需要着重讨论。在工程实际中设计往复运动齿轮齿条润滑时,应着重考虑单双齿啮合转换点与换向点处的润滑情况。

变载偏斜圆柱滚子轴承打滑动力学分析

考虑径向间隙、滚子凸度等因素,采用切片方法处理偏斜滚子与滚道之间的三维线接触问题,提出径向力和弯矩联合作用下圆柱滚子轴承载荷分析方法;基于Hertz接触和弹流润滑理论,获得了滚子与内外滚道之间的时变摩擦力和摩擦力矩,进而考虑滚子与保持架之间的非连续弹性碰撞,建立变载偏斜圆柱滚子轴承打滑非线性动力学模型。与文献结果、试验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的准确性。数值仿真结果表明:增加径向力、增加弯矩、增加时变径向力幅值均会降低滚子的最大打滑速度;时变径向力会改变打滑速度的波动周期。

轴向冲击圆柱壳非弹性响应

简要论述承受轴向冲击载荷圆柱壳非弹性动屈曲响应的研究进展。采用Ｋａｒｍａｎ－Ｄｏｎｎｅｌｌ运动方程研究轴向流固冲击载荷作用下的圆柱壳轴对称弹塑性动屈曲问题。本构关系采用增量理论，借助增量数值方法求解动力方程组。研究不同边界条件对屈曲的影响，以及径向外压力在不同边界条件下对屈曲的影响。

基于FEA的齿轮瞬态响应分析

在齿轮传动中,齿轮的弹性变形所引起的振动和冲击一直是齿轮啮合的动态激励之一,所以研究齿轮在时变载荷的作用下的弹性变形一直是齿轮动力学的比较重要的任务之一。本文利用PRO/E的参数化功能建立了渐开线直齿轮的模型,并应用有限元法研究了齿轮啮合时的瞬态响应;利用模态分析研究了各个参数对时变载荷作用下对齿轮的瞬态响应的影响,最后比较了齿轮在静载荷和动载荷作用下的变形的差异,为齿轮的动态设计和修型做了必要的准备。

引射器活门调节机构的流固热耦合特性

针对船用燃气轮机引射器活门调节机构多场耦合下的结构强度问题,建立了引射器三维流场以及活门阀片的结构模型,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,分别对流场进行了稳态与瞬态仿真分析.将瞬态仿真的结果作为有限元模型的边界条件,进行了包含热、气动和离心载荷的顺序单向流固热耦合分析.结果表明,相较于稳态仿真,瞬态仿真结果的趋势相近但压差更大.时变载荷的稳态求解,可能导致强度的估计不足.对活门调节机构而言,热载荷对机构阀片的变形、应力起到主要作用,气动载荷所导致的弯曲应力可以抵消一部分热载荷导致的弯曲应力,而离心载荷对机构的影响较小,可以忽略.所采用的分析方法可用于引射器活门调节机构等典型运动调节机构的结构设计与优化.