纤维拔出时Coulomb摩擦界面应力传递

假设纤维/基体界面分离区域内的摩擦剪切应力遵循Coulomb摩擦律,包括泊松效应的影响,建立了纤维拔出时的摩擦界面应力传递模型,获得了包含摩擦滑移和由纤维/基体热失配引起的法向残余热应力效应的纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.对纤维增强复合材料SCS-6/Ti-6Al-4V作参数化的数值计算,且和有限元结果进行比较.结果表明,随纤维轴向位置的增加,纤维轴向应力和界面剪切应力均减小;法向残余热应力、高纤维体积分数和短纤维延缓纤维失效.

具有Coulomb摩擦热轧问题的逼近可解性

针对热轧过程的刚塑性可压缩材料模型,讨论了塑性变形功率泛函梯度映射的性质。并利用Coulomb摩擦条件下表面摩擦功率泛函次微分的存在性和单调性以及非线性分析的方法,证明了在Coulomb摩擦条件下可压缩材料模型热轧过程总能耗率泛函的逼近可解性成立。

基于Coulomb摩擦效应的一类非线性相对转动系统的混沌研究

研究一类非线性相对转动系统在负载Coulomb摩擦效应下的混沌运动行为.根据Lagrange方程建立一类含非线性负载Coulomb摩擦阻尼的两个质量相对转动系统的动力学方程.利用Cardano公式讨论自治系统的特征值,在此基础上,应用待定系数法给出系统同宿轨道的存在性,并借助Silnikov定理研究了系统的混沌行为.最后数值模拟了给定参数下系统的混沌运动,并给出在Coulomb摩擦阻尼变化下系统由周期、倍周期通向混沌的途径,验证了理论分析的正确性.

Coulomb干摩擦模型与LuGre摩擦模型的分析与比较

分析比较Coulomb干摩擦模型和LuGre摩擦模型的特点。Coulomb干摩擦模型形式简单,能较好地反映stick-slip运动状态的切换,但不能反映对系统动态响应有直接影响的不同的摩擦现象,且其不连续性也给数值仿真带来了困难。LuGre摩擦模型能捕捉滑动速度变化时摩擦力的变化,使其适用于stick-slip运动的研究,然而其参数的确定十分困难,且在数值计算时需要取较小的步长才能进行求解,计算效率较低。分别应用这两种模型仿真分析含摩擦滑移铰平面刚体的stick-slip现象,通过具体算例对数值方法进行说明,并给出了结论。

库仑摩擦接触问题的位移─力混合接触单元

针对Coulomb摩擦接触问题的位移-力混合接触单元，为了防止接触面嵌入量太大，对于粘接状态在修正接触边界法向位移的同时，提出了一种修正切向位移的方法；为了利用FEM软件包的求解器，将接触单元滑动接触状态的单元刚度矩阵作了对称化处理，从而达到整个问题的总刚对称：这就很好地解决了有间隙接触问题。实例验证结果表明，所提出的方法是有效、可行的。

带摩擦的弹塑性接触问题变分不等原理的简化证明

在弹塑性摩擦接触问题中 ,从变分原理出发来研究接触问题 ,可以将摩擦力纳入问题的能量泛函。为了得到摩擦约束弹塑性接触问题的能量泛函 ,日前大多是用拉格朗日乘子法 ,但拉格朗日方法用在变分不等问题中 ,要利用非线性泛涵分析和凸分析来证明 ,证明很复杂。本文利用向量分析的工具及巧妙的变换 ,对带摩擦约束的弹塑性接触问题的广义变分不等原理进行了严格的证明 ,由于只用到向量分析 。

解三维摩擦接触问题的一个二阶锥线性互补法

针对三维摩擦接触问题的求解,给出了一种基于参变量变分原理的二阶锥线性互补法。首先,基于三维Coulomb摩擦锥在数学表述上属于二阶锥的事实,利用二阶锥规划对偶理论,建立了三维Coulomb摩擦接触条件的参变量二阶锥线性互补模型,它是二维Coulomb摩擦接触条件参变量线性互补模型在三维情形下的自然推广;随后,利用参变量变分原理与有限元方法,建立了求解三维摩擦接触问题的二阶锥线性互补法。较之于将三维Coulomb摩擦锥进行显式线性化的线性互补法,该方法无需对三维Coulomb摩擦锥进行线性化,因而在保证精度的前提下所解问题的规模要小很多。最后通过算例展示了该方法的特点。

含非对称摩擦平面运动刚体动力学LCP方法

基于接触力学理论和线性互补问题(LCP)的算法,给出了一种含接触、碰撞以及对称和非对称Coulomb干摩擦的平面运动刚体动力学的建模与数值计算方法.将研究对象视为刚体,考虑物体接触点的局部变形,将物体间的法向接触力表示成嵌入量与嵌入速度的非线性函数;物体间的摩擦定律采用对称或非对称Coulomb干摩擦模型.首先,为了用数值方法确定粘滞与滑移(stick-slip)运动状态的切换,本文利用摩擦余量、接触点的正向和负向相对加速度等概念,给出了该摩擦定律的互补条件和互补关系式.然后,利用事件驱动法,将由于摩擦引起的stick-slip运动状态切换的判断及粘滞(stick)状态下接触点静摩擦力的计算问题转化成线性互补问题的求解.最后,通过数值算例分析了含对称与非对称Coulomb干摩擦平面运动刚体的动力学特性,并说明了该算法的有效性.

含摩擦阻尼器非光滑振动系统的建模与数值仿真

研究了含干摩擦粘/弹性构件的两类非光滑减振器的动力学问题.首先,建立了含摩擦粘性构件和含摩擦弹性构件的力学模型,其中摩擦模型采用Coulomb干摩擦模型,不计弹性构件和粘性构件的质量,给出了该构件粘性力和弹性力的计算方法,通过控制摩擦阻尼器的正压力调整混合阻尼器的粘性力的最大值和弹簧力的最大值.分别建立了含摩擦粘/弹性阻尼器的单自由度和二自由度振动系统的动力学方程,通过数值仿真,首先分析了动、静摩擦系数对含摩擦粘/弹性构件单自由度振动系统动力学特性的影响,然后分析了含摩擦粘/弹性构件二自由度振动系统的动力学特性,仿真结果表明,通过控制摩擦阻尼器受到的的正压力获得更好的减振效果.

钢球展开过程运动学及动力学分析

钢球表面质量检测常用的办法是依靠展开机构中的摩擦力将钢球表面完全展开,摩擦力对钢球表面检测效率和精度有着重要影响。为分析摩擦对钢球展开的影响,根据展开轮与钢球接触的几何约束关系,对钢球与展开轮接触模型进行运动学分析,得到钢球与展开轮接触点位置的变化规律;由于展开装置构件之间全部依靠干摩擦接触约束,在古典Coulomb摩擦模型基础上,结合展开装置特性,建立修正的Coulomb摩擦模型,建立钢球和展开轮的运动微分方程,得到钢球与展开轮接触点处摩擦力的变化规律,并分析接触点处接触力的影响因素;同时根据展开原理构建实体模型进行虚拟仿真并搭建物理样机进行试验,结果表明驱动轮转速直接影响钢球与展开轮接触点法向接触力变化,从而影响接触点处摩擦力变化特性,通过摩擦力变化特性,解释了展开轮能实现钢球表面展开的工作原理。

工程力学中的互补问题:模型

对互补问题在非线性力学中的一些应用情况给出了较概括的介绍,重点放在了静态接触问题、弹塑性问题以及结构优化问题的互补模型上。将力学问题写成互补模型的好处主要有两点:一是使力学问题有更自然、更精确的数学描述;二是可以考虑用互补问题的有效和强健的数值算法来求解。

考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学分析

基于机械系统动力学方程的增广法建立考虑球面副间隙的4-SPS/CU并联机构动力学模型。为了简化该并联机构的动力学模型,通过质量矩的方法视驱动支链为一个整体。根据含间隙球面副元素的接触方式建立该间隙运动副的运动学模型,求出含间隙球面副元素之间的接触变形量与相对接触速度。考虑到接触体之间接触刚度与机械系统动力学模型之间的耦合性,以非线性刚度系数代替Flores接触模型中的常数刚度系数而提出一种改进的接触力模型,并基于该接触力模型利用接触变形量与相对法向接触速度建立间隙运动副元素之间的法向接触力模型,为了保证数值运算的稳定性,采用具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型,建立接触体之间的切向接触力模型。进一步把间隙运动副元素之间的接触力转换到该间隙运动副所连接的驱动支链和上平台的质心上,并把该接触力集成到4-SPS/CU并联机构动力学模型的广义力中,从而成功引入了关节间隙效应,采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。通过数值分析预测球面副间隙对4-SPS/CU并联机构动力学性能的影响。

多间隙平面机械系统动态性能分析

在考虑多间隙的条件下,对机械系统的动态性能进行了分析。首先,建立了转动副考虑间隙时的运动学模型,其次,选取了Flores接触力模型建立了间隙关节元素之间的法向接触力,并利用修正的"Coulomb"摩擦力模型计算了摩擦力。最后,以平面曲柄滑块机构为例,在机械系统中分别考虑单个间隙和多间隙进行了对比分析,并对不同尺寸的间隙关节进行了分别仿真,数值结果证明机械系统中引入间隙关节越多且间隙尺寸越大其动力学性能越恶化。

软土地区扩底抗拔桩应用的探讨分析

综合整理分析了软土地区扩底抗拔钻孔灌注桩破坏形态及受力机理研究,并通过有限元手段对该种桩型的承载性状进行模拟分析,通过理论与模拟分析,初步得出了扩底抗拔桩承载的几种特性,对扩底抗拔桩的承载力计算方法的确定提供一定的理论及计算支撑。

非光滑平面运动刚体动力学建模与数值计算方法

基于接触力学理论和线性互补问题的算法,给出了一种含接触、碰撞以及Coulomb干摩擦的平面运动刚体动力学的建模与数值计算方法。文中的摩擦力模型采用Coulomb干摩擦模型;考虑刚体模型在接触点的局部变形,用局部变形量与变形速度的非线性函数表示物体间的法向接触力;应用牛顿欧拉方法建立系统的动力学方程。为计算非光滑动力学方程,建立了摩擦定律的互补条件和互补关系式,并利用事件驱动法,将接触点黏滞与滑移运动状态切换的判断以及静摩擦力的计算转化成线性互补问题的求解。最后通过数值算例分析含摩擦与碰撞平面运动刚体的动力学特性,并验证了该算法的有效性。

含间隙3-CPaR&R_(1)R_(2)混联机构磨损特性分析

为研究不同物理条件下间隙关节磨损特性,本文以3-CPaR&R_(1)R_(2)混联机构为研究对象并在转动副中考虑间隙的存在,运用Flores接触力模型及修正Coulomb摩擦模型分别建立关节元素间接触点法向接触力及切向接触力模型,关节润滑力则通过Sommerfeld润滑条件下无限长轴颈-轴承的润滑力模型建立,最终运用拉格朗日方程建立了考虑转动副间隙及关节润滑的动力学数值仿真模型,通过Archard磨损模型分析不同的物理参数对于含间隙关节磨损预测的影响并对比研究有无润滑条件下关节磨损特性。研究结果表明:较高的驱动速度可使间隙磨损相对均匀,但会使磨损深度增加;间隙尺寸对于磨损深度影响较小,但间隙尺寸的增加仍会使磨损深度增加;关节润滑可使间隙关节磨损深度显著减小。

柔性结构振动单边库仑摩擦控制

为解决航天结构的低频振动抑制问题,针对拉索控制装置的单边饱和特点,推导了一种非二次型性能指标函数的最优控制方法。适当地选择非二次型性能指标函数中特殊加权参数,最优控制是一种单边Cou lom b摩擦。通过简单改造的电机拉索结构,该最优控制能采用无需耗能的被动控制方式实现,为航天结构振动抑制节省控制能量。同时最优控制不依赖控制结构模型,在结构模型不确定的情况下,仍具有最优和全局渐进稳定性。在悬臂上进行最优控制的数值仿真结果显示该最优控制方法能充分利用控制作动器迅速抑制结构振动。

空间连杆引纬机构的刚柔耦合磨损分析

为准确预测空间连杆引纬机构间隙磨损机制,通过结合Lankarani-Nikravesh与Bai碰撞力模型,建立可变刚度与阻尼系数非连续接触碰撞力模型,采用改进的Coulomb摩擦力模型描述含间隙机构旋转铰的切向摩擦力,通过Lagrange方法对系统动力学建模;其次选取空间连杆为柔性化对象,综合Ansys与Adams分析,对空间连杆引纬机构进行刚柔耦合动力学仿真;最后将系统的动态仿真响应结果与Archard模型相结合,求解运动副磨损情况。结果表明:柔性构件可以有效缓解机构间隙碰撞的冲击作用,间隙为0.15 mm条件下,剑头加速度振荡最大幅值缩减53.2%;当间隙升至0.5 mm后,虽磨损范围大幅增加,但间隙磨损深度并未随之大幅提升。

考虑关节润滑的平面机械系统动力学分析

在考虑关节间隙与润滑的条件下,对机械系统的动力学性能进行了分析。认为关节在只考虑间隙的情况下其接触为干接触,并基于Lankarani-Nikravesh接触力模型建立了间隙关节元素之间的法向接触力;利用修正的"Coulomb"摩擦力模型计算了其摩擦力。而对于考虑关节润滑的情况,利用流体动力学理论(基于雷诺方程)计算了其流体压力,进而通过多体系统动力学方程建立了考虑关节润滑的机械系统动力学模型;以平面曲柄滑块机构为例,通过数值计算比较了间隙关节是否存在润滑时该机构的动态特性。数值结果证明,考虑关节润滑时该机构的动力学性能更加接近理想状态。

考虑运动副间隙的平面机构动力学模型

实际关节中间隙的存在不仅保证了构件之间的相对运动,同时也是碰撞力的来源和导致接触变形、关节磨损和机构失效的原因。为了研究平面机构在考虑关节间隙时的动力学性能,基于连续接触碰撞力模型和修正的"Coulomb"摩擦力模型建立了间隙关节元素之间的法向与切向接触力,通过多体系统动力学方程建立了考虑关节间隙的机械系统动力学模型,并采用Baumgarte稳定约束法避免了积分过程中的约束违约问题。以平面曲柄滑块机构为例,通过数值计算对比分析了不同间隙尺寸对平面机构动力学性能的影响,并通过现有的实验数据证实了该研究方法的正确性。