偶然性载荷作用下的桥式起重机摆角模型研究

对起重机建立准确的数学模型是研究其防摇摆控制策略的基础。构建在偶然载荷作用下桥式起重机摇摆数学模型,分析桥式起重机一个作业循环以及大小车运行时的受力情况,在充分考虑偶然载荷作用下构建桥式起重机工作过程中的三维动力学数学模型。通过在驱动力及风载作用下对模型的仿真分析,研究桥式起重机的摆角变化规律。桥式起重机在偶然载荷作用下的摆角模型及其变化规律可为后续桥式起重机的防摇摆控制提供理论基础,保证桥式起重机在偶然性载荷作用下工作安全可靠。

循环载荷作用下煤岩复合结构宏-细观破坏特征及能量-损伤本构模型

煤炭深部开采过程中,周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用,因此,研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义。选取3种不同的加(卸)载速率,开展了2种循环加卸载路径下的单轴循环压缩试验(同步测定声发射信号),分析了煤岩复合试样的损伤失效特征;基于能量耗散原理,构建了煤岩复合试样在循环载荷作用下的能量-损伤本构模型,最后结合试验实测数据进行验证。结果表明:加(卸)载速率与复合试样的峰值强度呈正相关,当加(卸)载速率从0.05 mm/min增大到0.15 mm/min时,恒定下限逐步循环加卸载路径(路径I)、变上下限等幅循环加卸载路径(路径II)下,试样的峰值应力分别增加了22.44%和28.89%;高加(卸)载速率下,试样的内部裂纹扩展越快,煤岩复合试样中煤组分的破碎程度加剧,分形维数随之增大,试样的内部裂纹扩展越快;随着加(卸)载速率的增大,煤组分中沿基质破坏增多。循环分级跨度大的路径(路径I)有助于试样内部的应力传递,为试样内部裂纹的发育提供了有利条件,导致对应试样的破坏程度更高。试验曲线和能量-损伤本构理论曲线具有较强的一致性,表明所建的能量-损伤本构模型能够很好地描述煤岩复合试样在循环加卸载过程中的变形行为。

FGH96高温变幅疲劳载荷试验及损伤累积模型研究

针对涡轮盘用镍基高温合金FGH96,开展两级疲劳载荷试验以及谱载荷试验。试验载荷设计参考了涡轮盘关键点载荷及实测飞行任务谱特征。采用常见损伤累积模型对试验结果进行分析。结果显示,FGH96在低-高载荷次序下循环分数和大于1,在高-低载荷次序下循环分数和小于1,符合常见非线性疲劳损伤累积模型的预期;对于谱载荷的疲劳寿命,由Chaboche非线性疲劳损伤模型与时间分数模型组成的损伤累积模型的预测则偏保守,且具有较高的预测精度,预测结果均在2倍偏差带内。

环境载荷逆向识别与虚拟模型试验方法

提出一种应用于混合模型试验的环境载荷逆向识别与虚拟模型试验方法,可以逆向识别截断模型试验中的环境载荷,进而开展截断水深与全水深虚拟模型试验.环境载荷直接从物理模型试验中分离得到,因此该载荷考虑到了平台六自由度运动之间的耦合作用、破浪砰击等强非线性作用以及流体对浮体的黏性力作用.为验证方法准确性,开展风浪流模型试验,并将虚拟模型试验结果与物理模型试验数据进行比较.研究结果表明,环境载荷逆向识别方法可以准确识别风浪流模型试验的环境载荷.

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。

基于预测模型的风电机组载荷测试及仿真验证

风电机组在装机完毕后需要对其实际载荷进行测试后方可合规入网。但风电受到工况环境影响较为显著,这使得载荷测试无法对全部的实际环境形成全覆盖,进而导致载荷测试效果与可靠性降低。针对这一情况,通过机器学习等方式形成预测模型在实测数据的基础上对全工况载荷情况进行仿真是一种有效方法。

基于随机载荷的滚筒动力学模型研究

为分析滚筒在随机载荷作用下的失效行为,使用数学公式建立滚筒受力情况的模型参数,从而预测滚筒在随机载荷作用下的行为,推导出滚筒截割时的受力状态,通过编程和调用相应的函数,建立滚筒受力的仿真模型,并在不同的随机载荷作用下进行模拟计算,根据曲线分析滚筒失效行为,当曲线的波动越大,滚筒的失效风险越高。

基于改进的信赖域模型管理技术识别风电转子系统不对中载荷

针对求解耗时的风电转子系统不对中载荷识别问题,提出基于改进的信赖域模型管理技术的识别算法。该算法将整个先验分布空间的不对中载荷识别问题转化为一系列信赖域上的近似优化问题,通过区域遗传智能采样技术采集样本,加强径向基函数构建代理模型,再采用遗传算法进行近似优化。通过每个信赖域上的最小目标函数和近似优化结果确定信赖度和下代域的中心、半径,进而不断地缩放、平移信赖域,来保证获得与真实模型一致的不对中载荷。通过四种方法对比表明该方法样本遗传策略,遗传落在下代信赖域空间上的样本,减少实验设计样本个数而提高效率;最小目标函数作为信赖中心调整提高了关键区域代理模型的精度而加快收敛,降低了对代理模型精度的依赖。

大型飞机多支柱交联式起落架一体化载荷校准及建模研究

针对某大型飞机多支柱交联式起落架结构受力及传力特点,首次采用一体校准、独立建模的载荷试验方法,三支柱起落架侧挂正向一体安装、一体加载,解决了多支柱之间的载荷影响问题。根据交联式多支柱结构受力及传力特点,进行应变电桥及载荷工况设计,载荷工况既包括常规的单支柱加载,还包括满足多支柱影响的两支柱及三支柱组合加载工况。提出了多支柱广义响应系数概念,并通过广义响应系数对支柱之间的影响效果进行分析,显示支柱载荷向前单向传递,后支柱影响紧邻前支柱,前支柱不影响后支柱。据此提出了支柱独立建模、载荷逐次迭代、基于广义响应系数的支柱消扰载荷建模方法,获得了满足精度要求的载荷模型。

非线性损伤模型的载荷谱设计与试验验证

为了生成清晰可辨的疲劳海滩条带,针对疲劳载荷谱中标记载荷谱块的关键参量(应力变程、平均应力和循环次数等)进行分析,制定了32种疲劳载荷谱设计方案。基于M-H非线性损伤模型计算了标记载荷谱块的疲劳损伤,研究了标记载荷谱块对海滩条带的影响,确定了3种可行的疲劳载荷谱。开展了9根十字焊接接头试件在相应疲劳载荷谱下的拉伸疲劳试验,结果表明:6根试件获得了较为清晰的海滩条带,验证了所提方法的合理性和有效性。同时表明M-H非线性损伤模型具有较好的变幅疲劳损伤估算效果。

复杂载荷、极端环境下焊接结构疲劳寿命预测研究综述

焊接接头易出现缺陷和应力集中,在疲劳载荷作用下将成为疲劳裂纹萌生和扩展的薄弱区域。与均质材料相比,接头各区域微观组织及应力局部化使得焊接结构疲劳问题进一步复杂化。区别于理想实验条件,实际焊接结构服役环境复杂,疲劳寿命预测须考虑环境因素与焊接结构耦合特性。为此,对影响焊接结构的内在因素进行总结分析,从复杂载荷和极端服役环境两方面对现有焊接结构寿命预测模型进行综述,结合最新研究进展对改进焊接结构疲劳寿命评估方法提出建议。

基于三维有限元模型的人体全腰椎振动特性研究

振动暴露被认为是诱发腰椎退行性病变和下腰痛的重要原因,本研究旨在探寻振动载荷对腰椎生物力学的影响。基于人体腰椎L1节段至骨盆(L1-pelvis)的CT扫描数据,重构L1-Pelvis三维几何模型。对该几何模型进行网格划分和材料特性赋值,建立L1-Pelvis三维有限元模型,并利用可获得的实验数据对模型的有效性进行验证。基于该有限元模型,通过瞬时动态分析计算出腰椎各运动节段在幅值40 N,频率5 Hz轴向正弦振动载荷作用下的力学响应,并与-40 N和+40 N轴向静态载荷作用下的结果进行对比,响应参数包括椎体轴向位移、纤维环膨出变形和纤维环基质冯·米塞斯应力。研究结果表明,相比于静态载荷,振动载荷下腰椎各运动节段的椎体轴向位移、纤维环膨出变形、纤维环基质冯·米塞斯应力的幅值分别增加了0.550~1.020 mm、0.124~0.251 mm、0.043~0.099 MPa,最大增幅分别可达195.0%、175.7%、151.4%。从量化角度说明振动载荷下腰椎发生损伤的风险更高。

超深井套管卡瓦效应的拉伸极限载荷理论计算

针对新疆某油田超深井井口套管悬重过大,造成卡瓦牙对套管外壁齿入损伤,且累计损伤导致卡瓦悬挂器套管断裂失效的事故频繁,提出了“卡瓦效应的拉伸极限载荷”来评价井口卡瓦悬挂器夹持部分套管的强度设计,具体为基于第三强度理论和第四强度理论,分别建立了井口卡瓦悬挂器夹持套管的“卡瓦效应拉伸极限载荷”计算模型。计算结果表明,从安全角度评价套管强度,采用第三强度理论计算卡瓦悬挂器套管的卡瓦效应拉伸极限载荷更合理,但为更充分利用材料的力学性能,应采用第四强度理论进行评价,还得到在四通有限空间内,可以保证有较大的卡瓦效应拉伸极限载荷的最佳卡瓦半锥角为23°~25°,最佳卡瓦有效接触长度为135~145 mm。研究方法和结果将为卡瓦悬挂器井口套管的强度设计、各种安全施工作业等提供理论依据。

黏接结构在扭转循环载荷下力学行为的试验与理论研究

在应变控制的试验条件下,对圆柱形中空对接试件进行了扭转循环加载的试验,分析了平均剪应变和剪应变幅值对黏接结构的扭转循环应力松弛和软化的影响.试验结果表明:在扭转循环载荷作用下,黏接结构的应力-应变响应曲线形状为下凹形,说明该黏接结构在扭转循环载荷下黏接界面的变形较小,且黏接结构出现了扭转循环应力松弛和循环软化情况.松弛应力在初始阶段下降较快,但随着循环次数的增加逐渐稳定.循环软化在循环加载的初始几圈较为严重,随着循环圈数的增加而减弱.平均剪应变与剪应变幅值的增大都会导致黏接结构的扭转应力松弛与循环软化加剧.此外,通过此黏接结构在扭转循环载荷作用下的力学行为试验分析,本文提出了一个可描述黏接结构在扭转循环载荷下力学响应的非线性黏-弹性循环模型,考虑了扭转循环应力松弛及循环软化的变化规律,以及平均剪应变与剪应变幅值对其力学响应的影响.通过模型计算结果与试验曲线对比,可以看出模型计算的应力-应变响应循环曲线与试验曲线重合度较好,证明该模型可以较好地描述黏接结构在不同循环载荷条件下的力学行为.此研究结果可为黏接结构及相关复合材料疲劳损伤的预测与评价提供试验和理论支持.

芳纶编织物在高载荷下的使用寿命预测

针对预测芳纶绳带在降落伞上的使用寿命常采用半经验的方法,缺乏理论依据。通过研究高载荷下25-600型芳纶1414绳带蠕变行为和抗冲击性能,分别得到芳纶1414绳带载荷大小与蠕变断裂时间之间的拟合曲线和冲击强度与冲击次数之间的拟合曲线,用于预测其在高载荷下的使用寿命,并测定绳带试验前后的取向度和结晶度。结果表明:在蠕变过程中载荷大小与蠕变时间对数呈函数关系,其中单层和单圈两层绳带的拟合方程分别为ln t=33.65-0.33σ和ln t=32.45-0.31σ;冲击模型的斜率与截距均与蠕变模型呈2倍的关系,当样品承受相同载荷时,蠕变断裂时间对数与冲击次数之间的关系为ln t=An-B,即可用冲击次数预测绳带的蠕变断裂时间,反之亦然。芳纶1414绳带蠕变和冲击前后的取向度与结晶度表明,在相同载荷下,蠕变和冲击对绳带的损伤效果相同,这进一步证明25-600型芳纶1414绳带蠕变性能与冲击性能之间高度联系。

基于实测数据和机器学习的风电机组载荷预测模型

快速准确预测风电机组载荷对机组设计及安全运行具有重要意义。该文通过机组原型测试和数据标定得到风电机组关键部位载荷数据,利用Pearson系数分析多种实测机组状态数据和气象数据的统计量与载荷特性之间的相关性,基于相关性排序确定预测模型输入参数。采用极端随机森林算法建立风电机组载荷预测模型,全面预测机组关键部位极限载荷、平均载荷和等效疲劳载荷。测试结果表明:预测模型能快速准确预测风电机组叶片、塔顶和塔底载荷特性,平均R2确定系数为0.96,可为机组载荷水平监测和安全运行提供有效支持。

轴向振动截割下碟盘刀刃与煤岩作用机制及其载荷模型

针对现有刀具截割复杂地质条件煤岩(尤其截割硬岩时)损耗高、效率低和易磨损等问题,提出了具有截-楔效应的碟盘刀具复合振动截割破碎煤岩的方法,碟盘刀具径向进给与不同振动形式和姿态来实现复合截割破碎煤岩。以碟盘刀刃为研究对象研究轴向振动截割对煤岩损伤破坏的力学特性,基于剪切破碎理论给出刀刃作用载荷破坏煤岩条件以及刀刃轴向向下振动、向上振动和径向截割煤岩时等效集中载荷的计算方法,采用位移应变等效力合成的方法建立刀刃结构参数与载荷关联模型,模拟研究其径向单作用截割和轴向振动复合截割工况下破碎煤岩的载荷特性,研究碟盘刀具在有振和无振的实验条件下破碎煤岩载荷,对比分析了刀刃载荷的理论计算、数值模拟与实验。结果表明:碟盘刀刃对煤岩的损伤区域面积由中间向两侧逐渐递减与数值模拟应力云图相吻合;振动截割条件下数值模拟和实验的刀刃径向载荷均小于无振条件下的载荷值;轴向振动截割下其数值模拟和实验载荷均与轴向振动位移呈现明显的周期波动规律,且存在超前相位差,径向与轴向载荷幅值与振动位移幅值非同时性,其相位差随振动频率增大而减小;随着截割厚度增大,碟盘刀具径向载荷理论值、模拟值与实验值呈现递增变化规律相吻合,且其误差均值分别为12.01%和6.37%,截割厚度对载荷影响程度从大到小依次为正值轴向载荷、径向载荷和负值轴向载荷;碟盘刀刃轴向向上振动时径向载荷(最大振幅处对应载荷均值)的理论值、模拟值与实验值的误差分别为11.65%和13.99%,其轴向载荷的误差分别为10.46%和13.51%,轴向向下振动时径向载荷的误差分别为13.91%和5.61%,其轴向载荷的误差分别为14.90%和7.88%。结合已有文献碟盘楔面载荷模型共同验证了碟盘刀刃载荷模型的正确性,进而说明了运用位移应变等效力合成的方法建立复合运动破岩载荷模型的可行性。

基于有限测点的结构模型修正及载荷识别技术研究

[目的]高保真有限元模型和有效的载荷识别技术对于船体结构健康监测及评估至关重要。为此,提出一种基于改进粒子群算法的模型修正和载荷识别方法。[方法]使用rastrigin函数对改进粒子群算法和经典粒子群算法进行对比。采用工字梁结构,在梁中间位置施加压力,在其表面粘贴有限数量的应变片,并将其分为用于模型修正和载荷识别的实测点与用于验证的监测点两部分。进行对工字钢分块弹性模量的修正验证,并进行基于修正后的数值高保真模型的载荷识别验证。[结果]在利用rastrigin函数对改进粒子群算法的测试中,改进粒子群算法在不同粒子数下都表现出更好的全局最优解搜寻能力。在工字钢试验中,划分的两部分弹性模量在通过改进粒子群算法23步迭代后收敛于最优解。通过将试验监测点的应变数据与进行模型修正后得到的应变计算结果进行对比,应变相对误差在2%以内,验证了模型修正方法的正确性。此外,通过载荷识别方法识别出结构外载荷压力大小,识别计算值与试验施加载荷误差在2%以内,识别载荷与修正模型结合计算出的监测点应变值与试验数据相比误差最大值为3.74%,验证了载荷识别的有效性。[结论]所提方法在对结构全局状态反演时具有较好的精度表现,能够为船体结构健康监测、剩余寿命预测以及预测性维修提供技术支撑。

基于ABAQUS Beam模型的起落架接头载荷计算方法

在起落架及飞机结构设计过程中,起落架接头载荷的计算是必不可少的。文章提出了一种借用起落架杆系线框模型、基于ABAQUS Beam模型的起落架接头载荷快速计算方法,该方法简单、效率高,且不易出错。经过对比分析,该方法计算结果准确度高,可提高起落架及飞机结构设计效率,减少设计周期。

7075铝合金变载荷摩擦模型研究

采用自主设计的摩擦试验机,研究在边界润滑条件下不同载荷对7075铝合金板料摩擦系数的影响,利用ORIGIN拟合软件建立基于载荷摩擦系数的变载荷摩擦模型,结合ABAQUS有限元仿真和实际冲压试验,验证所建模型的有效性。研究结果表明:在2~6N范围内,随着载荷的增加,7075铝合金板料摩擦系数逐渐减小,表面划痕数量和宽度增加,犁沟磨损越发显著;基于变载荷摩擦模型仿真模拟锥形件的厚度更接近于实际冲压锥形件的厚度,验证了该摩擦模型的有效性。