基于Bezier插值方法的作大范围旋转运动锥形悬臂梁动力学研究

研究了作大范围旋转运动高度和宽度均沿着梁长度方向变化的锥形悬臂梁动力学问题. 采用 Bezier插值方法对柔性梁的变形场进行描述,考虑柔性梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,计入由于横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项. 运用第二类拉格朗日方程推导出作旋转运动锥形梁的动力学方程,并编制了动力学仿真软件,对作旋转运动锥形梁的频率和动力学响应进行研究. 结果表明: 不同锥形梁截面的动力学响应和系统频率将有明显差异,因此对实际系统合理建模,将能得到更为精确的结果.

基于半解析法的一维圆锥形声学黑洞梁能量聚集效应研究

声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)效应是弯曲波在楔形结构中传播时波速逐渐减小至零从而不发生反射的现象。由于弯曲波在理想黑洞结构中不发生反射,这就意味着能量被集中在楔形结构的尖端部分,这一现象使得黑洞结构在减振降噪,能量回收等领域中具有极大的应用潜力。为了对截面呈幂率变化的杆结构进行动力学分析,首先建立相应的物理模型,然后利用小波函数拟合杆振动时的挠度曲线并结合拉格朗日方程建立系统的动力学方程;通过对其进行求解得到系统的振动响应。分析计算结果可知,相较于均匀杆结构,截面呈幂律变化的杆结构能够有效的抑制其振动;进一步比较楔形梁和圆杆的振动响应表明,黑洞结构对两者振动响应的抑制效果相似,但锥形杆的尖端聚能效果要优于楔形梁结构。

锥形薄壁梁斜向耐撞性优化设计仿真研究

由于薄壁结构具有低成本和高能量吸收效率的特点,被广泛地应用在汽车车身上。在碰撞载荷作用下,薄壁结构有3种变形形式,即渐进压溃、欧拉变形和混合变形模式,其中最利于吸能的变形形式是渐进压溃,一般在纯轴向载荷中出现。实际交通事故情况复杂,斜向撞击更为普遍,由此导致的欧拉变形时常发生。研究目的就是提高薄壁结构在轴向和斜向碰撞下的耐撞性。首先选取7种不同截面型式薄壁锥形梁,通过改变斜向冲击的夹角,计算得到不同结构型式的比吸能(SEA)。对7种截面型式的薄壁结构进行夹角为0°、15°和30°载荷工况的碰撞仿真,对比其性能表现,选取耐撞性最佳的结构。在此基础上,以SEA为优化目标,以碰撞峰值力F_(max)为约束,通过0°、15°和30°的工况的有限元仿真,利用代理模型的方法寻找该结构的最优参数,最终得到的优化结构斜向耐撞性得到大幅度提升。

基于高性能桩单元法的海上风机单桩支撑结构水平承载力研究

海上风力发电机单桩支撑结构由单桩、过渡段和锥形塔筒组成。海洋土体变异性大和风机塔筒变截面的特点大幅增大了使用离散弹簧法进行支撑结构计算的梁单元划分量。为实现对风机支撑结构的高效模拟,该文提出了一种改进的欧拉-伯努利梁单元,该单元实现了桩土相互作用关系的内置和对单元变截面的考虑,相较于传统梁单元大幅度减少了单元划分量。该文在单层与多层土体中验证了上述单元的精确性与高效性,并研究了新型单元在风机单桩支撑结构计算中的适用性。在此基础上,进行了风机单桩水平承载性能参数分析,研究了桩长与桩径对大直径桩水平变形规律和承载力的联合影响,研究给出了不同于现有规范的刚性短桩-中长桩划分的相对刚度特征值临界范围。