基于中厚板理论的关键岩层变形及破断特征研究

厚且坚硬关键岩层的变形与破断影响着上覆岩层的运动,针对传统“梁”或“薄板”理论在分析厚且坚硬关键岩层受力与破断适应性差的问题,基于中厚板理论对存在厚且坚硬关键岩层的孤岛工作面在初次来压、周期来压时关键岩层的位移及应力分布情况进行了研究,讨论了关键岩层厚度对于切应力分布的影响,揭示了关键岩层的受力与破断特征,提出了关键岩层破断模式判据。结果表明:在覆岩条件一定的条件下,关键岩层厚度越小,越容易发生拉伸破断,随着关键岩层厚度的逐渐增大,破断形式逐渐转变为拉剪混合破断和剪切破断;关键岩层厚度较小时,在破坏时多发生的是拉伸破断,破断后的关键岩层沿支点旋转形成绞接结构,不会对工作面造成太大的载荷;坚硬厚关键岩层则多发生剪切破断,对工作面造成冲击,易发生剪切破断的坚硬厚关键岩层破断位置与传统薄板理论确定的破断位置不同;坚硬厚关键岩层内分布的切应力随着岩层厚度的增加而增大,来压前后,关键岩层内部的应变能峰值由中部向工作面两端转移;坚硬厚关键岩层内部的切应力分布更为集中,将切应力集中分布的这部分区域作为围岩控制的重点,实现工作面灾害分区域、分级防控。

基于模糊理论的中厚板轧制力学习算法

由于传统的中厚板轧制力计算模型结构简单,并且要测量模型中的一些参数较困难,即使采用一定自适应技术,也难以适应不断提高的中厚板尺寸精度的要求。为了提高中厚板轧机的轧制力预设定精度,笔者采用基于模糊理论计算轧制力参数算法,利用现场采集的数据进行了计算。结果表明,该方法的预测精度优于传统数学模型,预测结果的相对误差基本限制在±6%范围内。

基于Reissner中厚板理论的矩形板的动力分析

本文应用最小余能原理的理论和方法,基于Reissner中厚板理论对矩形板进行动力分析,计算了全部简支方板的固有频率,与古典的Kirchhoff-Love薄板理论结果比较,讨论了剪切变形对动力参数的影响.

单广义位移的深梁理论和中厚板理论

经典的梁板弯曲理论由于未考虑横向剪切变形的影响而只能适用于细长梁和薄板 ,传统的多广义位移的深梁理论和中厚板理论由于忽视了转角与挠度之间的内在关系而只能适用于短粗梁和中厚板· 这两种理论存在着转角的独立性与不独立性之间的矛盾 ,因而不相兼容· 鉴于此从基本假设出发 ,既考虑了横向剪切影响 ,又确定了转角与挠度的关系 ,导出了单广义位移的深梁理论和中厚板理论 ,给出了几种简单梁的解析解 ,并用数值算例验证了这一理论的适用性·

Mindlin板理论高阶精化杂交应力元及稳定性分析

基于Mindlin板理论,构造了杂交应力四边形8节点单元QA8-R。采用任意阶的Timoshenko梁函数构造了三阶边界位移插值函数,该函数确保单元能通过严格的收敛检验。利用Airy应力函数构造了单元域内应力插值函数,该函数包含21个最优选择的应力项。通过精化元方法构造了组合几何刚度矩阵,建立了屈曲分析的有限元列式。数值算例结果表明:QA8-R单元不仅可以通过C^(0-1)分片检验,保证了单元的严格收敛性,而且在不同边界条件下对中厚板的计算精度较高,更易于工程应用。

中厚板轿车摇臂件拉深成形有限元模拟分析

将厚向异性屈服函数、单元级双面接触算法的能够反映强烈弯曲效应的Mindlin曲壳单元模型引入动力显式中心差分格式的有限元算法,建立对复杂形状的中厚板件拉深成形有限元模拟分析算法;在此基础上,以轿车摇臂厚板金件为例,分析了材料厚向异性参数r值、凹模圆角以及压边力大小对此类成形件成形性的影响。通过数值模拟与实际拉深成形实验的对比,验证了本文方法的有效性;同时,结合实验研究了此类单元对工具弯曲圆角大小的适应性。

基于Mindlin理论的齿轮横向振动模型

针对圆柱齿轮中心带孔,厚径比已经不在经典的薄板理论范围之内的结构特点,将其分别简化为直径等于分度圆、齿顶圆和齿根圆的中厚圆环板。基于Mindlin理论,推导在自由边界条件下中厚圆环板横向振动频率方程,利用MATLAB软件对频率方程进行求解,并与有限元方法计算结果和实验测试结果对比分析。结果表明:只有将齿轮简化为直径等于分度圆的中厚圆环板时,三者结果才基本相符,从而验证了简化模型的可行性。该结论对超声珩齿振动系统设计具有一定的理论指导意义。

弹性地基上中厚板分析的数值流形方法

针对中厚板弯曲分析问题,根据数值流形方法的特点及位移模式,对求解中厚板流形单元的覆盖位移函数、应变矩阵及刚度矩阵进行详细推导,并在Winkler弹性地基上建立Mindlin板流形单元的控制方程。最后通过计算表明,该法在弹性地基上中厚板的弯曲分析中是有效的。

基于Mindlin横剪变形理论的功能梯度板热屈曲分析

Mindlin板理论对挠度和转角采用各自独立的场函数以反映一阶横向剪切变形,具有简明的表达式,适于建立功能梯度板的热屈曲分析模型。本文假设功能梯度材料沿板厚方向的分布为幂函数,采用混合定律和Mori-Tanaka方法计算功能梯度板的均质化等效力学性能。基于Mindlin板理论和von Karman应变-位移关系导出功能梯度板的非线性静力平衡方程,采用3结点三角形MIN3单元建立功能梯度板热屈曲的有限元模型,并分析了典型功能梯度板的热屈曲稳定性和热后屈曲变形。陶瓷-金属功能梯度板的数值计算结果表明:材料分布幂指数越大,即组份中陶瓷体积含量越少、金属体积含量越多,则陶瓷-金属功能梯度板的屈曲温度越低,且热后屈曲变形越大。这与陶瓷的弹性模量比金属的弹性模量大,但金属的热膨胀系数比陶瓷高有关;固支功能梯度板的热屈曲变形幅值比简支功能梯度板的热屈曲变形幅值低,但偏差量随着材料分布幂指数的增大略微降低。

弹性矩形悬臂中厚板弯曲问题积分变换解

利用二维有限域积分变换的方法推导出了矩形悬臂中厚板挠度的精确解.采用Mindlin三变量理论,直接对弹性矩形厚板控制方程进行二维有限域积分变换,将高阶偏微分方程组化为简单的线性方程组,从而在变换域内进行求解,然后进行相应的积分逆变换得到实际问题的精确解.其较叠加法、傅里叶级数法概念清晰,计算简便,而且在求解过程中不需要预先人为选取位移函数,仅用有限域积分变换的数学方法推导出了完全满足其边界条件的精确解,使得问题的求解更加合理,对于不同边界的矩形中厚板问题具有较好的通用性.最后通过计算实例验证了所采用方法及所推导公式的正确性.

基于Mindlin理论Winkler地基参数的Kalman滤波识别

提出了Winkler地基参数的Kalman滤波识别方法。引入Mindlin理论后,推导了Winkler地基上板的控制微分方程。利用Fourier变换,推求了Winkler地基上简支板的Fourier闭式解。推导了Winkler地基参数的Kalman滤波方程,研究了Winkler地基参数的Kalman滤波识别的具体计算步骤。研究表明,运用Kalman滤波理论进行Winkler地基参数的识别,能有效地估计Winkler地基参数;Winkler地基参数的滤波收敛速度和精度受地基参数初始值选取和位移实测资料的影响,且Kalman滤波理论也可用于其他地基模型地基参数的识别。

基于Mindlin板理论的偏移损伤成像数值仿真研究

提出了一种应用散射Lamb波的偏移技术对板结构中多部位损伤进行实时识别.基于Mindlin板理论,推导了板结构中弥散性弯曲波频率-波数域的快速偏移方法.首先对由线性传感器阵列激励和接收到的入射和散射波场在波数-频率域分别进行延拓,然后根据Huygens原理,结合波场延拓的时间一致性原理施加成像条件,对损伤进行成像识别.数值仿真研究采用基于Mindlin板理论的有限差分法模拟结构中含不同形状及尺寸损伤时的散射波场.对模拟散射波场进行偏移成像的结果表明该方法不仅能够识别多部位损伤的位置,还具有识别损伤程度的能力,其快速计算的优点满足在线结构健康监测系统对实时性的要求.

基于Mindlin理论厚圆环弯曲振动研究

基于Mindlin理论从声学应用角度,推导了中厚圆环弯曲振动的横向与径向位移解析表达式,得到了四种不同边界条件下的频率方程,进行数值求解得到的频率与有限元模拟结果基本相符,结论对厚圆环及厚盘的弯曲振动辐射器的设计提供理论参考和频率调试依据。

基于新修正偶应力理论的Mindlin层合板稳定性分析

基于新的各向异性修正偶应力理论提出一个Mindlin复合材料层合板稳定性模型。该理论包含纤维和基体两个不同的材料长度尺度参数。不同于忽略横向剪切应力的修正偶应力Kirchhoff薄板理论,Mindlin层合板考虑横向剪切变形引入两个转角变量。进一步建立了只含一个材料细观参数的偶应力Mindlin层合板工程理论的稳定性模型。计算了正交铺设简支方板Mindlin层合板的临界载荷。计算结果表明该模型可以用于分析细观尺度层合板稳定性的尺寸效应。

复杂形状的中厚板件拉深成形动力显示有限元分析

将厚向异性屈服函数、单元级双面接触算法的能够反映强烈弯曲效应的M ind lin曲壳单元模型引入动力显式中心差分格式的有限元算法,并组入自主开发的板成形CAE商品化软件KMAS系统中,建立对复杂形状的中厚板件拉深成形有限元模拟分析算法;在此基础上,以轿车摇臂厚板金件为例分析了材料厚向异性参数r值、凹模圆角以及压边力大小对此类成形件成形性的影响。通过数值模拟与实际拉深成形实验的对比,验证了本文方法的有效性;同时,结合实验研究了此类单元对工具弯曲圆角大小的适应性。

中厚板矫直技术发展的现状与展望

介绍了国内外矫直技术与矫直设备的发展水平与方向 ,在简要介绍中厚板矫直机理的基础上 ,指出了目前我国中厚板矫直技术存在的一些差距与不足 ,为我国中厚板矫直设备的改造提供了一定的参考依据。

基于新修正偶应力理论的Mindlin层合板热稳定性分析

以新修正偶应力理论为基础,首次提出了机械载荷与热载荷共同作用下的微尺度Mindlin层合板热稳定性模型,该模型只引入一个材料尺度参数,通过虚功原理推导出了控制方程和边界条件,以四边简支方板为例,进行了热稳定性分析,应用纳维叶解法得到解析解。结果表明,所建模型可以捕捉到尺度效应。材料尺度参数值越大,屈曲临界温度越高;当跨厚比增大时,屈曲临界温度下降;随着板几何参数的增大,模型将退化为宏观模型;温度变化量越大,考虑热载荷作用下的屈曲临界载荷越大,尺度效应体现越显著。

基于Mindlin理论的厚阶梯圆盘弯曲振动特性研究

阶梯圆盘辐射体因其辐射面积大、辐射效率高等优点在大功率超声领域获得了广泛的应用。从声学应用角度,基于Mindlin理论推导了厚阶梯圆盘在自由、固定、简支边界条件下的频率方程,并分别对频率方程进行数值求解,结果表明计算得到的频率与有限元模拟及实验测试结果基本相符。该结论为厚盘的弯曲振动辐射器的设计提供了理论参考。

粘弹性中厚板非线性动力方程

采用Timoshenko理论 ,借鉴粘弹性厚板几何线性、弹性中厚板几何非线性以及粘弹性薄板几何非线性的分析方法 ,推导了线粘弹Timoshenko中厚板的几何非线性问题的动力方程。它是一个四元积分———非线性偏微分方程组。据此方程 ,可得到若干简单情况下的动力方程。

深梁和中厚板的单广义位移解法

经典的梁板弯曲理论由于未考虑横向剪切变形的影响而只能适用于细长梁和薄板 .传统的多广义位移的深梁理论和中厚板理论由于忽视了转角与挠度之间的内在关系而只能适用于短粗梁和中厚板 .这两种理论存在着转角的独立性与不独立性之间的矛盾 ,因而不相兼容 .本文从基本假设出发 ,既考虑了横向剪切影响 ,又确定了转角与挠度的关系 ,导出了单广义位移的深梁和中厚板解法 ,给出了几种简单梁的解析解 ,并用数值算例验证这一解法的适用性 .