桥梁预拱度对行车舒适性的影响及桥面线形调整

为研究成桥预拱度对连续刚构桥行车舒适性的影响,以多座主跨跨径为110~200 m的连续刚构桥为研究对象,首先,采用滤波白噪声法建立桥面时域模型,并与按余弦曲线设置的成桥线形叠加模拟成桥后的桥面不平度;其次,采用MATLAB/Simlink搭建车辆-桥面系统模型,以加速度均方根值(RMS)作为桥梁边跨、中跨桥面的行车舒适性评价指标,以最大瞬态振动值(MTVV)作为边跨峰值处短时内的行车舒适性评价指标;最后,分析采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度的桥梁其跨径和设计时速对边、中跨RMS值的影响,以及成桥预拱度取值对边跨3L/8处MTVV值的影响。研究结果表明:在边跨、中跨处RMS值均小于0.315 m/s^(2),说明采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度并不影响中跨处的行车舒适性;在边跨3L/8处MTVV值在短时内存在大于0.345 m/s^(2)的情况,说明在边跨峰值处短时内会产生一定不舒适感。提出了一种基于桥面铺装层施工优化边跨3L/8处和边墩墩顶桥面线形的方法,改善了边跨的行车舒适性。

串联驱动变弯度机翼设计与气动性能分析

针对飞行性能要求,采用NACA4412翼型设计了一种串联驱动变弯度机翼方案。将机翼沿弦向分为5个翼段,前缘部分为主承力结构固定段,后缘4段翼面由4个舵机实现串联驱动。偏转翼段内部采用空间五面体桁架结构,表面敷设复合材料弹性蒙皮。翼段间采用连杆止动以限制相对转角。建立了机翼的运动学分析模型,计算了变弯度机翼的作动速度。建立了机翼的气动分析模型,对4个典型飞行工况的气动性能进行了分析,并与传统舵面机翼性能进行对比。研究表明,在相同飞行工况下,弦向四级串联驱动变弯度机翼的作动时长仅为传统机翼的25%。起飞阶段升阻比增大71.94%,滚转机动时力矩增大12.46%,进近阶段升力增大11.19%,接地后减速阶段阻力增大104.83%。串联驱动变弯度机翼相对传统舵面机翼具有更优的操纵特性和气动性能。

多参数变弯度翼型气动优化设计方法

为了获得机翼最优的气动外形,提出了一种多偏转参数与非均匀B样条结合的翼型前后缘连续偏转变形方法。以NACA3412翼型为研究实例,对翼型曲线进行参数化重构。以翼型前、后缘偏转位置和偏转角度为变化参数,模拟分析了不同变形状态对翼型气动特性的影响规律。以翼型升力系数和升阻比为优化目标,以前、后缘的偏转角度、偏转位置以及过渡段长度等六个偏转参数为设计变量,采用多目标遗传算法和ANSYS软件进行优化设计。结果表明,与基础翼型相比,优化后的变弯度翼型的升阻比提升约19.26%,升力提升约44.43%,明显改善了翼型的气动性能。

100 m~150 m跨混凝土拱桥基于特定钢拱架的预拱度快速计算方法

针对100 m~150 m跨混凝土拱桥所采用的特定钢拱架的预拱度计算问题,提出了一种用拱圈自重变形和钢拱架变形比值快速计算钢拱架预拱度的方法。为了得到不同矢跨比和拱轴系数下的钢拱架变形比值,编写了通过导入MCT文件建立Midas/Civil有限元模型的辅助程序,实现从单元、边界条件、施工阶段和施工阶段联合截面定义的全过程快速建模,对拱圈混凝土分底板、腹板、顶板三环浇筑,考虑钢拱架与拱圈的联合作用,给出了钢拱架预拱度计算公式。计算结果表明,对于常用矢跨比和拱轴系数的混凝土拱桥,拱圈分环浇筑变形与拱圈自重变形比值的平均值为4.37~4.88,为方便钢拱架弹性变形计算,建议变形比值统一取5.0。将该方法应用于一座净跨径为135 m的混凝土拱桥钢拱架预拱度计算中,得到的钢拱架弹性变形与空间模型结果最大误差为4.30%,满足工程精度要求,表明该方法合理可行,可在混凝土拱桥钢拱架预拱度计算中推广应用。

变体飞行器结构关键技术及研究进展

变体飞行器由于可以根据飞行任务、飞行环境以及飞行状态等工况的改变主动地调整自身状态,从而可以实现在不同任务下都保持最佳性能。柔韧性和承载性良好的一体化柔韧蒙皮、大功率驱动器、轻量化高可靠性变形机构等智能柔性变形机翼技术是变体飞行器的重要支撑。为研究智能柔性变形机翼技术,在给出变体飞行器机翼主要变形方式的基础上,分析了变形机翼在变形蒙皮、驱动技术、变形机构等方面关键技术的研究重点和方法,并对其发展进行展望。

鱼骨柔性翼等效结构建模及其气动弹性特性分析

鱼骨柔性翼(Fish bone active camber,FishBAC)是一种依靠结构变形实现机翼弯度变化的结构形式,相较于传统的离散式控制面和增升装置,可以在实现机翼弯度变化的同时保持气动表面的连续与光滑。然而,其依靠结构弹性变形实现机翼变弯度的基本特征可能引发潜在气动弹性问题。针对柔性翼潜在的气动弹性问题,本文从结构特性和气动弹性特性两方面进行了研究。在结构特性方面,基于欧拉梁理论和逐段刚化法建立等效结构模型,经有限元验证发现简化模型在计算非均质梁结构保持精度的同时提高了计算效率。在气动弹性特性分析方面,基于等效刚柔耦合翼型模型和非定常气动理论完成了气动弹性特性分析。结果表明,FishBAC建模时需考虑结构柔性,忽略结构柔性会对气动弹性特性的预测存在一定偏差。在驱动力矩低于1.5 N·m时,本文简化的等效结构模型可较好地预测考虑静气动弹性特性的机翼结构形变。使用本文提出的翼型模型考虑结构存在刚柔耦合特性,并预测柔性段所发生的弯度颤振,简化模型与MSC Nastran相比在颤振速度预测上保持了一致性。

五宝场硬塑性地层斧形曲面PDC齿破岩性能研究

为解决川东油气钻井中五宝场沙溪庙组硬塑性地层PDC钻头磨损严重、起下钻频繁的问题,开展了斧形曲面PDC齿在硬塑性地层破岩性能的研究。首先采用X射线衍射试验与三轴力学试验分别获取该地层岩石性质和力学参数,然后采用有限元仿真与试验相结合的方法开展斧形曲面PDC齿破岩性能研究。研究结果表明:斧形曲面PDC齿主要以剪切、挤压、犁切共同作用破岩;相较于常规PDC齿,斧形曲面PDC齿有更强的吃入岩石的能力和稳定性,能有效减小钻头异常振动,提高钻头寿命,并在不同磨损高度(0~3 mm)时,破岩比功降低2.2%~8.2%;根据试验得到斧形曲面齿较常规齿破岩性能提高了11.39%,且试验与仿真平均切削力误差仅为7.46%,验证了仿真模型的正确性。本研究表明斧形曲面PDC齿在硬塑性地层对提高破岩性能具有重要意义。

变弯度柔性后缘机翼动响应减缓试验

变体飞行器能显著提升飞行器的气动性能,而变弯度柔性后缘是实现变体飞行器的重要方式之一。为探究柔性后缘动态偏转下机翼动响应特性及减缓效率,设计了一个变弯度柔性后缘机翼模型并开展了风洞试验。该机翼模型由承弯翼梁和6个3D打印的翼段组成。其中,2个翼段后缘分别设计2个变弯度柔性后缘舵面,这2个舵面分别用于动响应激励和动响应减缓控制。变弯度柔性后缘舵面由数字舵机、柔性索、波纹板结构和聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性蒙皮组成。对变弯度柔性后缘进行地面静态偏转试验和地面动态偏转试验测试,以研究后缘弯度变形规律及舵机动态时滞特性。在此基础上,在低速风洞试验中研究变弯度柔性后缘机翼动响应规律和基于变弯度柔性和闭环反馈控制的动响应减缓效率。风洞试验结果表明:机翼的翼尖加速度响应及翼根弯矩在频率为1.5~4 Hz时先增大后减小,并在接近机翼一弯频率时达到峰值。采用PID控制律和变弯度后缘进行闭环反馈控制后,在风速20 m/s、扰动频率2.2 Hz时翼尖加速度最大减缓效率达到70.18%,翼根弯矩的最大减缓效率为68.14%。此外,还提出了动响应减缓效率为正值的理论公式并分析了动响应减缓效率的影响机制和因素。

飞行器机翼变形驱动机构研究

为了优化飞行器气动特性,提升飞行效率,研究用于连续变弯度机翼的多级连杆驱动机构。采用ANSYS流体分析功能研究最大弯曲角度下变弯度机翼的气动特性;采用ANSYS静力学分析功能研究极限载荷条件下驱动机构的结构强度;并通过仿真分析与样机测试对驱动机构的运动情况进行研究。研究结果表明:变形机翼获得升力系数为1.4,所受最大气流动压1 078 Pa,小于下表面屈服气流动压4 916 Pa;驱动机构所受最大应力37.3 MPa,小于结构屈服强度55.2 MPa;机翼弯曲变形角度可达±25°,满足了飞行器对改善飞行特性方面的需要。

连续变弯度后缘飞机的滚转机动载荷减缓

变弯度后缘机翼具有变形连续、阻力较小、气动噪声较低等优势,越来越多地应用于新概念飞行器的设计之中。基于此,提出一种基于变弯度后缘的飞行器刚弹耦合动力学建模方法,并针对变弯度后缘飞机缩比模型开展了滚转机动仿真分析与风洞试验。结果表明:变弯度后缘可以操纵飞机在2 s内进行180°滚转机动。相较于外侧后缘单独变形,通过内外后缘协同变形可以降低30%以上的滚转机动附加载荷。另外,对比表明滚转角仿真结果与风洞试验数据误差小于6%,验证了所提方法的准确性。

气囊抛光蓝宝石弧面研究分析

随着国防军工和LED产业发展,对蓝宝石衬底的需求和形状复杂度的要求逐步提升。蓝宝石传统抛光方式如化学机械抛光存在效率低、曲面加工效果不佳等问题,而气囊抛光作为快速抛光方式之一,适用于各种曲面的抛光,故将气囊抛光技术应用于蓝宝石弧面抛光。首先基于机器人平台建立抛光运动模型,随后通过单因素试验和正交试验得到较优工艺参数,最后在较优工艺参数下进行整弧面抛光并探究抛光时间对蓝宝石表面质量的影响。结果表明,抛光时间为8 min时,工件弧面表面粗糙度Ra从541.5 nm下降至41.2 nm并成功保形,验证了气囊抛光蓝宝石弧面的工艺可行性。

基于行车舒适度的大跨连续刚构桥桥面线形调整研究

基于MATLAB/Simulink环境建立车辆-路面系统模型,以车辆座椅竖向加权加速度均方根作为行车舒适度评价指标,分析边跨3L/8、中跨跨中位置预抛高及边墩墩顶混凝土铺装层厚度与车辆座椅竖向加权加速度均方根之间的关系。根据分析结果,提出通过调整边跨3L/8、中跨跨中位置预抛高及边墩墩顶混凝土铺装层(调平层)厚度改善桥面线形平顺性的措施,提高行车舒适度。在桥面铺装阶段,应根据原有预设成桥线形进行铺装线形拟合,同时兼顾行车舒适度。

基于数值仿真的扭力梁变形对前束外倾影响的分析

为研究扭力梁悬架车辆在整车下线状态下由于扭力梁变形对前束外倾角产生的影响,以某电动出租车扭力梁前束外倾角为研究对象,利用数值仿真技术和台架验证相结合的方式,在扭力梁零/部件开发阶段就完成前束外倾角的机加工补偿和台架验证。相比传统利用小批量整车前束外倾角的统计分析结果对扭力梁前束外倾角进行机加工补偿的方法,该方法大幅缩短了开发周期,为主机厂对扭力梁悬架前束外倾角的机加工补偿提供了新的设计和验证方法。主要结果如下:1)利用扭力梁变形数值仿真方法,计算求得弹簧对扭力梁施加下线载荷后的扭力梁前束角变化为2.7′、外倾角变化为-31.5′;2)扭力梁结构对前束角变化影响较小,对外倾角变化影响较大;3)基于扭力梁前束外倾角数值仿真变形结果,给与扭力梁前束外倾角等值、反向的机加工角度补偿,利用扭力梁悬架系统台架进行实物验证;4)对比扭力梁前束外倾角变化的数值仿真数据和台架验证数据,误差均在10%以内,扭力梁变形数值仿真结果与台架验证结果的一致性较好。最后,通过整车批量验证,较好地满足了主机厂的生产要求。

150m跨整孔全焊接钢桁梁试拼装工艺及荷载试验研究

孟加拉帕德玛大桥上部为全焊接连续钢桁梁结构,施工中开创性地采用了整孔拼装及架设方案。为验证钢桁梁拼装过程中线形计算及拼装方案的合理性、可行性,选取1跨钢桁梁进行试拼装和荷载试验。详细阐述了钢桁梁试拼装前线形计算、整孔试拼装施工技术、荷载试验等相关内容,通过对全过程检测数据及荷载试验分析,验证了该钢桁梁线形计算结果、拼装技术及试验结果均满足要求。

可变弯度翼身融合布局气动特性分析与设计

变弯度机翼在提高常规布局客机气动特性方面有较大的潜力,但也会引起全机俯仰力矩变化,考虑翼身融合布局飞行器力臂短、配平阻力较大的特点,研究变弯度技术在翼身融合布局飞行器上的减阻收益与配平惩罚。从工程实际出发,采用基于舵面偏转的方式实现后缘变弯度并对比分析不同展向位置处舵面的配平能力;然后利用全局优化方法开展变弯度气动减阻优化设计;最后对变弯度设计空间进行探索。结果表明:随着升力系数的改变,产生配平阻力最小的舵面位置也会发生变化。当不考虑俯仰力矩配平约束时,采用变弯度技术至多可以获得4.62%的减阻收益;在考虑俯仰力矩配平约束后,相比于采用中央体后缘舵面配平,采用变弯度技术至少能够减小2.4×10^(-4)的配平损失。不同升力系数下,变弯度的舵面偏转组合方式存在明显差异,小升力系数下,多个舵面负偏的变弯度组合有利于减阻并增加抬头力矩;而大升力系数下则是通过多个舵面正偏的组合实现减阻,但会导致低头力矩增加。基于多舵面组合偏转的变弯度减阻收益与力矩惩罚评估,能为工程上设计可变弯度翼身融合布局飞行器提供参考。

纤维增强复合材料柔性封堵结构分析与验证

变弯度机翼展向翼端面封堵结构对于提升可变体机翼的变形精度、防止气流分离重要作用。本文针对刚柔耦合变弯度前缘结构,提出了以纤维增强复合材料为壳体,填充弹性基柔性材料的柔性封堵结构设计方案,建立了有限元模型在结构载荷作用下对其力学性能、封堵性能进行分析,制备所设计的柔性封堵结构并对其进行了试验验证。结果表明:(1)柔性封堵结构仿真模拟结果符合实际变形情况,最大应力为412.96 MPa,最大应变为4.15%;沿机翼弦向方向的位移从固定端向前缘逐渐变大,最大位移为6.28 mm;(2)所制备的柔性封堵结构在进行初次压缩试验后,其载荷值随位移的变化近似线性变化,满足变弯度机翼前缘的变形需求。

变弯度机翼后缘结构试验技术研究

本文针对全尺寸变弯度机翼后缘柔性蒙皮大变形的结构特点,对变弯度机翼后缘结构试验技术进行了研究。在对几种随动加载方法进行对比研究的基础上,提出了一种丝杠模组与力控作动筒联合主动控制的随动加载方案。通过变弯度机翼后缘结构地面试验对该随动加载方法进行了试验验证,试验结果表明,采用该随动加载方法,加载精度与测量结果均满足试验要求,可以实现气动载荷的准确施加。本研究为可动翼面的载荷施加提供了参考,试验数据为变弯度机翼后缘设计改型提供了依据。

钢与混凝土组合弯梁桥不同施工方法对结构内力的影响

随着经济和交通建设的发展,组合弯梁桥逐渐成为城市桥梁建设中的优选桥型。组合弯梁桥与直桥的受力特点不同,不同的施工方法涉及不同的体系转换问题,因此施工方法的选择会对结构的力学性能产生影响。基于组合弯梁桥的三种施工方法——先简支后连续、先支点后跨中和满堂支架施工,通过有限元软件模拟不同施工方法的施工过程,研究了不同施工方法对组合弯梁桥结构力学性能的影响,针对预制组合弯梁桥提出合理主梁、横梁施工方法,对组合弯梁桥从结构受力角度选择合理的主梁施工方法具有指导意义。

DDPG方法在抖振约束下变弯度翼型/机翼设计的应用研究

变弯度技术可以提升巡航多升力系数工况下的升阻性能,对于提高整段巡航的经济效益具有重要意义.构造了光滑连续的流动分离函数约束翼型抖振性能,结合变弯度技术与人工神经网络代理模型搭建了某机翼截面翼型的巡航多升力系数工况优化模型.应用深度确定性策略梯度(DDPG)方法优化此模型,实现了抖振约束下6.8%的巡航平均升阻比提升,优于粒子群和改进灰狼算法对此模型的优化结果.以优化前后翼型分别生成锥形后掠翼,验证了二维翼型变弯度优化对三维机翼的贡献.

桥梁支架预压形变有限元模拟与预拱度优化设置

为研究支架预压形变规律,优化传统预拱度设置曲线,以长株潭西环线高架桥区间满堂支架结构预压试验为工程背景,结合设计预压方案和现场施工情况,选取31-32桥跨支架结构实测数据和模拟数据进行对比分析,并用多项式拟合的方法对预拱度曲线进行优化设置.结果表明:高架桥预压预拱度设置曲线并非一条平滑的二次函数曲线,根据四次多项式拟合得到的预拱度曲线更符合现场实际工况.并用7-8桥跨支架结构的实测数据和拟合所得的预拱度曲线进行对比分析,证实采用多项式拟合法优化施工预拱度曲线具有可行性,研究结果可为类似桥梁预压施工提供参考.