考虑接触刚度的航空发动机模拟整机模型降维及修正

针对航空发动机建模过程中普遍存在的精确度和计算效率难以同时满足的问题,提出了一种考虑接触刚度的航空发动机模拟整机模型降维及修正方法。分别建立航空发动机转子和机匣的三维有限元模型,并运用薄层单元来模拟转子轮盘间的端齿接触以及机匣间的螺栓接触界面;基于固定界面模态综合法,对模型进行降维处理,保留接触界面和支承位置处的关键主节点,分别得到转子和机匣的降维模型;运用灵敏度方法,结合转子模态试验和机匣模态试验的结果,对转子和机匣降维模型中的接触刚度进行修正;将修正后的转子降维模型和机匣降维模型进行组装,得到航空发动机模拟整机模型。开展模拟整机模态试验,将修正后的模拟整机模型的计算结果与试验数据进行对比。结果表明,修正后的模型前两阶弯曲模态频率误差控制在1.22%以内,且以Matlab软件为计算平台,进行了五次迭代修正计算,平均每次计算时长仅为2.1 s,验证了所提方法的准确性和高效性。研究结果为航空发动机建模及修正提供了一种新的有效手段,在满足了航空发动机模拟整机修正精度的同时,显著提高了模型修正的计算效率。

岩土离心模型试验软接触式微型土压计研制及性能评价

微型土压计是岩土离心模型试验的重要测量技术之一。为解决刚性土压计测量中拱效应、尺寸效应、厚径比等经典误差问题及提升频响速率和精度,尝试开发了一种全新软接触式微型土压计ESP-II,介绍了其技术创新和设计方法。以两种国际代表性土压计为参考,设计开展一系列离心模型试验,对其感应精度、速率和适用性进行评价。主要结论:①逐级加载离心加速度5g~50g试验下,各深度ESP-II和两种参考传感器测试结果与理论值的平均误差分别为5.16%,6.70%,4.85%,三者沿深度拟合K_(0)优度系数R^(2)均≥0.9893。②脉冲荷载试验中ESP-II最大响应时间约7.8 ms,略优于两种参考传感器,具有良好的频响速率。③不同幅值正弦、地震等动荷载试验下,3种传感器测得土压力均呈一致增量趋势,K_(0)约由0.43~0.45增至0.51~0.56,与既有规律认识吻合。④离心机下降卸荷过程中,ESP-II测得时程表现良好连续性和光滑性,反映软接触式设计有利于保障土体与传感器良好接触和稳定响应。研究成果,初步证明了软接触式土压计适应于静、动力离心试验需求,具有重要价值与应用前景。

深水采油树Spring-Seal密封圈接触模型构建与实验测试

为提高深水采油树在高压、高温、低温等工况下长时间工作的稳定性,对采油树密封圈进行重新设计,提出Spring-Seal密封圈(以下简称S密封圈);基于赫兹接触理论、填料密封接触理论,重新构建S密封圈接触力学模型;建立有限元仿真分析模型,分析不同条件下S密封圈的密封性能,同时验证新建接触模型的合理性;利用实验测试S密封圈的实际密封效果。研究结果表明:S密封圈在高压、高温、低温等工况下能够长时间稳定工作且密封性能良好。研究结果可为S密封圈的接触研究及工程运用提供理论参考。

混凝土面板与堆石料接触面模型及其应用

混凝土面板是面板坝防渗安全的生命线,其应力变形特性主要取决于坝体堆石料的应力变形特性及面板与堆石料之间的接触特性。在面板坝的应力变形计算中,通常采用接触面模型模拟面板与堆石料之间的荷载传递机制,因此接触面模型是否合理,直接影响到面板应力变形计算结果的可靠性。分析了传统双曲线接触面模型存在的不足,提出了一个考虑双向剪切耦合效应,且符合强度准则和标架无差异原则的接触面本构模型,该模型参数少,数值实现方便,可以定性地模拟出实际面板坝工程中出现的混凝土挤压破坏区域。

“非接触式”办税服务质量评价与优化路径——基于SERVPERF模型的研究发现

以北京S区税务部门推出的“非接触式”办税服务为研究对象,借鉴服务质量评价SERVPERF模型,通过问卷调查和访谈方式,从五个维度对“非接触式”办税服务质量进行评价,并梳理总结纳税人认为服务质量和感知程度较低的问题和原因,发现存在着线上办税功能不完善、系统不稳定、专业素质人员缺乏、个性化服务欠缺等问题,进而对如何提升纳税服务质量提出相应的优化对策。

基于胎-面间接触力学特性的沥青路面抗滑模型研究

为了进一步表征沥青路面抗滑性能,通过对轮胎与路面间接触力学特性的分析,构建了沥青路面抗滑模型;以AC-13、GAC-13和UTAC-10的沥青混合料作为研究对象,采用激光纹理测量仪获取路面纹理三维信息,并开展压力胶片等相关试验获取模型中各参数值;通过模型结果与摆值的相关性分析验证模型的有效性,并探索模型中黏附摩擦作用和咬合作用对路面抗滑作用的贡献情况。结果显示:模型结果与摆值的相关性达0.9881,表明此模型能很好地表征沥青路面抗滑性能。各路面的黏附摩擦作用系数在0.3~0.4范围内均大于咬合作用系数(0.1~0.25范围内),表明道路运营初期时路面抗滑作用主要来源于黏附摩擦作用。此外,咬合作用系数高意味着在抗滑性能衰减中后期或者存在水等不利条件下路面具有更好的抗滑潜能。

基于界面相互作用的黏附接触数学模型研究进展

黏附接触现象在各个领域都有着很重要的作用和影响。若要分析物体间的黏附接触行为,则建立相应的数学模型是有效的方法之一。现有文献中的数学模型种类繁多,对于不同受力情况下的黏附现象所适用的理论也不尽相同。针对常见的黏附现象,按照其不同的受力形式分为弹性体接触、粗糙表面黏附及基材表面剥离等几大类,分别对以上几类接触行为采用的理论模型及其应用进行了归纳分析整理。综合叙述了基于计算机模拟技术的现代仿真模型的基本原理、应用和发展,重点介绍了适用于一般物体之间黏附行为分析的通用模型,以期为黏附接触领域的研究和建模提供指导和参考。对于弹性体接触的情况,重点介绍了经典力学接触理论的基本公式和适用类型,包括Hertz接触理论、JKR模型和DMT模型等,并依据Tabor数讨论了JKR模型与DMT模型的差异。对于粗糙表面的黏附接触,重点介绍了Greenwood和Williamson(GW模型)所提出的多凸起模型的基本理论和局限性。对于材料的表面剥离情况,重点介绍了剥离力学中应用最广泛的Kendall剥离模型的基本理论。对于现代仿真技术手段,重点介绍了分子动力学模型(MD模型)和有限元模型(FEM)的基本思想和优缺点。之后分别对以上各类模型的拓展完善、应用领域及研究进展进行了归纳总结,最后对黏附接触领域数学模型的发展方向进行了展望。

电气化铁路接触网冲击振动除冰仿真分析

接触线覆冰严重影响电气化铁路的正常运行。通过Ansys有限元分析软件创建简单链形悬挂接触网有限元模型,采用负驰度法分析接触网模型的静力初始形态,在此基础上建立接触网覆冰模型。对模型进行模态分析和瞬态动力学分析,通过承力索驰度、模型固有频率以及网格收敛性3方面验证模型的合理性。基于人工敲打机械除冰方法,结合除冰准则,研究不同加载点、不同载荷大小以及不同覆冰层厚度对除冰效果的影响。综合分析各种载荷方式,归纳总结接触网除冰的一般规律,使除冰效果达到最佳。

弹丸定心部-身管接触模型及其应用

研究弹丸定心部与炮膛的接触现象对于理解弹丸膛内运动规律具有重要的意义,为此提出一个弹丸定心部-身管接触模型。假设定心部与阳线间的接触应力只沿阳线长度方向变化,将阳线表面简化成空间曲线;用阳线围成的笼形结构描述内膛的几何,提出了定心部与阳线的接触检测算法。将弹丸和身管沿着圆周方向展开,使用一个二维接触问题的解析解计算接触应力。针对接触应力的方根奇异性,采用Chebyshev-Gauss积分公式计算定心部与阳线的接触载荷。给出了确定模型参数的拟合方法和参数辨识方法。理论分析表明定心部与炮膛的接触刚度随着弹丸膛内行程变化。根据数值算例分析了弹丸质心偏移量对定心部与炮膛接触方式及前定心部磨损刻痕形成的影响。计算结果表明定心部受力的等效接触点并不位于定心部中心或棱线上。

基于地基雷达数据构建红松人工林树高、枝下高及接触高模型

采用地面激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)扫描10块人工红松林所得到的数据,与实地调查数据相结合,构建红松树高曲线模型、枝下高预估模型与接触高预估模型,并建立联立方程组。首先,从所选择的5种树高曲线模型中,选择出拟合效果较好的2个模型作为联立方程组的备选模型。然后再从5个枝下高基础模型中选出1个拟合效果好,并且适用程度高的模型作为基础模型,运用再参数化和最优子集回归的方法将林分因子(林分平均胸径、林分断面积、高径比、优势木平均胸径和优势木平均高)代入基础模型,选择拟合效果较好的模型作为枝下高备选模型。相同的方法选择拟合效果好的接触高备选模型。最后将树高曲线模型、枝下高备选模型与接触高备选模型分别两两联立,建立联立方程组。通过似不相关回归(Seemingly Unrelated Regression Estimation,SVR或SURE),根据拟合优度与检验结果选择最优秀的方程组,并对联立方程组进行评价。最终得到结果最优联立方程组预估树高时,决定系数R^(2)=0.896,均方根误差RMSE=0.612 m;当方程组预估枝下高时,R^(2)=0.575,RMSE=0.850 m;当方程预估接触高时,R^(2)=0.719,RMSE=0.791 m,而且各种检验指标都较好。综合来看,方程组对树高、枝下高与接触高拟合精度与检验效果较好,可以解决树高、枝下高与接触高的内在相关性问题,为进一步研究红松树冠结构与动态变化提供基础。

充填体-围岩接触带损伤破坏特征试验研究

由于充填体和围岩性质差异明显,两者接触带附近总会发生变形。因此,确定接触区破坏特征是矿山安全生产的前提。以金川三矿区为研究区,根据充填体-围岩接触带几何形状的不同,将其划分为平直型、嵌入型和折线型接触,采用现场调查和物理模型试验相结合的方法,研究接触区的损伤破坏特征。研究结果表明,嵌入型强度最大,损伤最初发生在拐点附近;折线型的强度次之,损伤最初发生在接触带,裂纹总是首先出现在垂直接触面上;平直型强度最低,损伤始于接触带,破坏主要集中在充填体,且剪切破坏占主导地位。研究结果可为金川矿区以及相似地质条件、采矿方法的矿山提供参考。

基于扰动理论修正的桩-土接触面荷载传递模型及其应用

利用硬化模型、双曲线模型、指数模型以及软化模型模拟的桩-土接触关系存在参数取值困难、误差大的问题。为深入研究土-结构接触面的强度与变形机理,基于扰动理论,假定完整状态接触单元的抗剪强度服从线弹性模型,而扰动部位则服从塑性模型,建立修正的桩-土接触面荷载传递模型。该模型参数分析表明,参数k、η对模型τ-s曲线形态影响大,而参数τf、ζ对模型τ-s曲线形态影响很小;并通过大型桩-土接触面室内直剪试验,量化接触面上剪切应力与剪切位移的关联性,进一步确定修正桩-土接触模型内部计算参数。结果表明模型τ-s曲线与试验曲线吻合较好,验证了模型的合理性。扰动桩-土接触模型既能描述桩侧应变软化也能描述硬化特性,有助于理解复杂应力条件下桩-土接触面的强度计算与变形机理。

材料层状非均匀条件下的轮轨二维滚动接触理论模型

除有限元外,传统轮轨滚动接触理论计算模型均基于材料均匀假设,为研究材料性能在非均匀条件下的轮轨接触问题,提出一种计算效率高于有限元的二维轮轨滚动接触理论模型。通过接触力学理论和分层模型,结合Fourier变换技术,得到存在非均匀层的钢轨在法向作用力下的位移基本解;通过积分和叠加原理,得到钢轨表面存在非均匀层条件下的轮轨接触力;以存在脱碳层的钢轨为例,分析钢轨脱碳层对轮轨接触力的影响。结果表明:随着钢轨表面残留脱碳层厚度的增加,接触斑尺寸增大,轮轨法向和切向接触力降低。计算结果与Carter理论、有限元结果进行对比,验证本模型的有效性,为存在非均匀层条件下的轮轨接触提供一种除有限元方法外的高效率的数值算法。

高心墙堆石坝接触黏土与岸坡接触特性的离心模型研究

为了提高砾石土心墙与岸坡之间的变形协调性,高心墙堆石坝通常在心墙与岸坡之间设置高塑性黏土,统称为接触黏土,接触黏土的变形特性对高心墙的应力变形性状和心墙的安全性有重大影响。开展了4组接触黏土与岸坡接触面的局部离心模型试验,通过调整施加的上覆荷载大小来探讨原型坝体不同高程处的接触面剪切位移发展规律。基于理论分析,提出了一个计算接触黏土与岸坡接触面离心模型试验中边界效应影响范围的解析表达式,以确定接触面离心试验中试验模型的相似比尺。试验结果表明:在原型坝体的不同高程处,接触黏土与岸坡之间均会产生一定的剪切位移,但不会出现分离现象;接触黏土和砾质心墙土变形主要以竖向下沉为主,并且接触黏土与砾质心墙土之间的沉降等值线变化较为连续,未出现陡变情况,这说明接触黏土起到了很好地协调变形的作用,因此在进行高心墙堆石坝的结构安全性分析过程中应考虑接触黏土与岸坡的接触效应。

基于蝴蝶结模型的高铁接触网安全风险管理

接触网设备是高铁基础设施的关键组成部分,对其进行有效的风险管理对于保障列车的安全运行具有重要意义。既有的接触网安全风险管理大多以纯文本形式呈现,不生动形象,难以被职工尤其是老职工所接纳。基于蝴蝶结模型的风险管理模式具备高度可视化、实操性强等特点,掌握蝴蝶结模型原理,以高铁整体吊弦损伤风险管理为参考样例,调研和分析其损伤原因,构造其安全屏障,进而搭建蝴蝶结模型,通过这样的方式,以期为构建接触网安全风险管理新模式提供参考。

基于扰动状态概念的砂土-混凝土桩接触面荷载传递模型研究

基于扰动状态概念理论,考虑砂土密实度对扰动函数的影响,建立混凝土桩-砂土接触面荷载传递模型。用混凝土板表征桩侧粗糙度效应,采用大型直剪仪开展不同密实度的砂土-混凝土桩接触面力学行为的试验模拟,研究砂土密实度对混凝土桩-砂土接触面的力学特性的影响规律,分析接触面模型初始剪切系数、模型扰动参数(A和Z)对桩-砂土接触面荷载传递模型的作用机制。研究结果表明:1)混凝土桩-砂土接触面易呈现应变软化,在低法向应力条件下,混凝土桩-密砂接触面的应变软化程度最大。2)模型扰动参数Z在数值上近似等于孔隙比。模型扰动参数A越大,砂土与混凝土桩接触面的软化显著程度越大。参数A随着密实度增大而增大。随着法向应力增大,密砂的扰动参数A呈近似线性衰减,松砂和中密砂的扰动参数A近似呈双折线衰减。3)初始剪切系数k_s随着法向应力增大而增大,密实度越大,增速越快。4)基于扰动状态概念的桩-砂土接触面荷载传递模型可靠、参数的物理意义明确且易确定,能很好地表征桩-砂土接触面的应变软化及硬化等力学特征。

青藏铁路接触网异型桩基抗冻拔模型试验研究

保证接触网支柱桩基础的冻拔稳定性是青藏铁路格拉段电气化改造工程建设中的关键问题之一,为研究不同截面形式桩(等截面圆形桩Z1、直锥柱形桩Z2及曲锥柱形桩Z3)的抗冻拔性能,以青藏线路基填料为试验土体,进行3个冻融循环的室内模型试验,得到冻融作用下接触网支柱桩基础的地温、桩顶位移及桩身应力的分布规律.试验结果表明:路基体的冻结(融化)是二维冻结(融化),接触网支柱桩基础附近的冻结深度约为30 cm;路肩处土体的竖向冻胀位移为4.30 mm,Z1的竖向冻拔量为0.26 mm,Z2与Z3的竖向冻拔量分别为Z1的46%、58%,3根桩的桩顶均产生约0.1 mm的水平位移;冻结过程中桩基整体受拉,冻深附近桩身轴力最大;切向冻胀应力的最大值出现在地表附近,曲锥柱形桩切向冻胀总力最小,抗冻拔效果最好.

考虑宏微观几何形貌的螺栓连接结合面接触性能模型

为准确预测螺栓连接结合面的真实接触状态,提出了考虑宏微观几何形貌的螺栓连接结合面接触性能模型。通过小波分解方法,解决了实测螺栓连接结合面粗糙表面提取与重构的问题。采用两粗糙表面接触等效、数据驱动建模、宏微观变网格划分等技术,构建了考虑微观形貌与宏观几何尺寸耦合的螺栓连接结合面跨尺度模型,实现了结合面接触性能的准确计算。通过压力薄膜传感器测量被连接件结合面的压力分布,验证了计算模型的正确性,并以此为基础系统分析了被连接件厚度、螺栓预紧力以及螺栓规格尺寸对结合面接触性能的影响。计算结果表明:螺栓连接结合面真实压力分布具有非连续性,结合面压力最大值并非在被连接件孔径边缘处,而是在孔径与螺栓头外径之间;结合面真实接触面积远小于名义接触面积;结合面真实压力分布范围随着被连接件厚度、螺栓预紧力、螺栓规格尺寸的增加而增加,厚度和预紧力的影响呈现明显的非线性,螺栓尺寸的影响呈现一定的线性规律,且斜率为0.37。研究结果可为刚度、阻尼、密封等机械装备装配性能的可靠评估提供支撑。

根系影响下粗糙土-岩接触面剪切损伤模型研究

合理描述根系和岩面粗糙度影响下土-岩接触面的剪切行为是开展土岩混合边坡稳定评价的关键。基于Weibull分布并考虑含根率、粗糙度的影响建立了土-岩接触面剪切统计损伤模型。根据试验结果,确定了含根率、粗糙度对接触面剪切刚度的影响函数及模型参数,并验证了模型的可行性;进一步,探讨了含根率、粗糙度和模型参数m、w 0对接触面剪切变形和损伤演化的影响。研究表明:根系与粗糙度均能抑制接触面损伤发展从而提高接触面强度;提出的损伤模型能较好地描述根系和粗糙度影响下土-岩接触面剪切损伤演化和剪切力学特性。研究成果可为土-岩接触面剪切性能分析及土岩混合边坡稳定评价提供理论参考。

嵌入式轨道三维滚动接触模型冲击特性研究

嵌入式轨道在城市轨道交通领域得到广泛运用,在高速铁路方面,国内外也有少量的相关报道和理论研究。嵌入式轨道对减缓轮轨冲击有显著效果,其中焊接接头是引起轮轨冲击的重要原因之一,对于时速400公里以及更高运行速度的列车,焊接接头冲击激励引起的轮轨力变化十分显著,目前对于高速工况下嵌入式轨道的研究尚不充分。基于显式动力学有限元方法,采用三维高速轮轨瞬态滚动接触模型对轮轨冲击过程进行数值模拟,并探究时速400公里速度下的嵌入式轨道的冲击特性。得出以下结论:嵌入式轨道与扣件式轨道在受到不同波长冲击时均能够减小垂向轮轨力变化幅值,焊接接头波长越长,垂向轮轨冲击力越能快速趋于平缓;车轮在受到焊接接头长波冲击时,嵌入式轨道能明显降低纵向轮轨力。研究结果可为嵌入式轨道在高速铁路的运用提供参考。