非正交加筋对加筋板动刚度的强化作用与均化效应

[目的]为开展船舶与海洋工程典型板架结构设计与优化,需探究不同加筋形式对加筋板动力特性的影响。[方法]采用有限元法计算四边固支边界条件下正交加筋板、倾斜加筋板、弯曲加筋板等模型的固有频率与振型,并对比分析这3种加筋板动力特性的区别与联系,从而揭示加筋形式对板-梁动力耦合特性及加筋板本征动力特性的影响规律。[结果]对比结果表明,倾斜加筋板的固有频率比正交加筋板增加了9%;相较于正交加筋板,倾斜加筋板和弯曲加筋板的动刚度分布更均匀,其中弯曲加筋板的动刚度均化效应更显著;当频率较低时(低于900 Hz),加强筋的主导程度越高,加筋形式对加筋板动力特性的影响越大。[结论]研究成果可为船舶加筋板的结构设计提供参考。

基于小波有限元的裂纹故障诊断

从线弹性断裂力学的角度考虑裂纹引起的局部附加柔度,进而构造了小波有限元裂纹刚度矩阵,提出了基于小波有限元的裂纹故障诊断算法,克服了裂纹奇异性给传统有限元算法造成的困难.将系统前3阶的固有频率作为输入,绘制裂纹等效刚度与裂纹位置的3条曲线,根据曲线的交点可以预测出裂纹的位置与尺寸.用于研究该算法精度的裂纹轴数值算例表明:裂纹位置与尺寸的辨识误差均不超过2%,这为工程实践中早期微弱裂纹的故障预示与诊断提供了新的方法.

流体输送管道的固-液耦合特性

用有限元法推导流体输送管道固 -液耦合振动方程 ,得到反对称的固 -液耦合阻尼矩阵和对称的固 -液耦合刚度矩阵 .用QR法计算管道的前四阶固有频率 .分别讨论了流体流速、压强变化以及固 -液耦合阻尼和刚度对管道固有频率的影响 ;给出了不同边界条件管道的临界速度和管道前四阶固有频率 -流速曲线 .这对于火箭发动机燃料馈给管道、水轮机供水管道、城市集中供热干管、输水母管、石油集输管线等的研究与设计都有参考意义 .

高速铁路振动荷载时程的动力反分析

为了求解高速铁路竖向振动荷载时程问题,在用Newmark 法求解运动平衡方程的基础上,推导了求解振动荷载的公式,提出了由振动加速度反求振动荷载时程的动力有限元方法。结合秦沈客运专线,计算了列车运行速度分别为230 km/h和265 km/h时的列车竖向振动荷载时程。发现列车运行速度提高了35 km/h时,列车竖向振动荷载最大值增加了16 34 kN。结果表明由实测振动加速度可以反求振动荷载,该方法可行。

新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比计算方法

为确定新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比的合理取值,基于阻尼等效前后复频率相等原则,利用复频率和组合结构材料阻尼比之间的关系,提出新型波形钢腹板组合箱梁各阶模态等效阻尼比计算方法。采用有限元软件建立3个新型波形钢腹板组合箱梁的动力分析模型,利用该方法计算得到该新型组合结构等效阻尼比并与实测结果进行对比。结果表明:采用该方法求得的新型波形钢腹板组合箱梁等效阻尼比与试验测试结果吻合较好,进一步可说明该方法物理意义清晰明确,能够较准确地反映新型波形钢腹板组合箱梁的阻尼耗能特性。建议在对新型波形钢腹板组合箱梁进行动力特性分析时,等效阻尼比取为0.03。

核压力容器三维密封分析程序求解器的改进

针对自行开发的核压力容器三维密封分析程序存在的计算规模较小、计算效率不高的问题,从程序结构和功能上提出了改进办法。同时分析了有限元刚度矩阵的一维变带宽存储和二维等带宽存储的优缺点,给出了基于动态存储技术的二维变带宽存储法的原理和程序代码,并利用改进后的程序对电站核容器进行了瞬态密封分析。为大型结构有限元分析程序的开发提供了高效的存储和简捷的计算方法。

高速弧齿锥齿轮动频计算

建立了旋转轮盘动力学模型，提出了基于刚度矩阵的离心刚度矩阵修正模式下的动频求解有限元法，实现了弧齿锥齿轮动频的数值求解．数值计算与实测值基本一致且由算例得出结论：旋转效应对低阶模态、节径型振型影响较大．

高速高精度数控车床主轴双转子系统动力特性

利用整体传递矩阵法对机床主轴双转子耦合系统的动力特性进行了详细研究 计算结果表明,采用该法计算简单、精度高、易于编程.同时,利用有限元法有效地解决了主轴双转子耦合刚度的计算问题.

考虑初始荷载影响下梁动力特性的有限元分析

从非线性弹性理论出发,应用Hamilton原理,给出了考虑初始弯曲和轴向应力影响的一般形式的单元刚度矩阵,建立了考虑初始荷载影响时梁动力分析的有限元方程,编制了电算程序。通过与解析解结果的比较,验证了有限元公式。讨论了初始荷载的类型、大小及结构自身刚度(惯性矩、惯性半径、跨度)等因素在考虑初始弯曲应力影响时对不同约束情况下梁动力特性的影响。结果表明:荷载初始弯曲应力的存在提高了梁的自振频率,这种影响与荷载的大小及结构自身的刚度有关。

中心刚体-楔形梁-质点刚柔耦合系统动力学分析

研究了中心刚体-楔形梁-质点系统的固有特性和动力学响应。楔形梁为Euler-Bernoulli梁,高度和宽度都沿着梁的长度方向线性变化。利用广义Hamilton原理和一阶近似耦合模型得到了含有楔形梁完全耦合且时变的微分/代数控制方程。考虑了离心刚化效应,利用有限元得到了系统完全耦合的有限维方程。忽略轴向与横向位移的相互作用,得到了系统的一致质量、阻尼和刚度矩阵。最后对楔形梁和等截面梁在有无端部质点的四种结构进行仿真,结果表明存在显著差异,重点比较了同等条件下楔形梁与等截面梁的差异指数,说明均匀梁和楔形梁的截面细微的差别能够导致系统频率和动力学响应的明显差别。指出实际系统中使用楔形梁模型能够得到更为精确的仿真结果。

非亏损对称系统的子结构灵敏度综合方法

本文提出了一种利用子结构灵敏度综合对非亏损对称系统进行特征对灵敏度分析的方法。本文利用固定界面模态综合和子结构约束模态以及约束主模态的二阶灵敏度 ,实现了非亏损对称系统的重特征值灵敏度分析。算例表明了本文的方法是行之有效的。

高速高精度数控车床主轴内外转子耦合系统的动力学建模方法研究

利用整体传递矩阵法对机床主轴内外转子耦合系统的动力学建模方法进行了详细研究,并在此基础上计算出主轴系统的动力特性。与Prhol传递矩阵法相比,该法考虑了主轴和拉杆间的连接刚度,因此所建动力学模型更符合主轴系统实际情况,计算结果更可靠。计算过程同时表明该法计算简单、精度高且易于编程。文中还利用有限元法有效地解决了主轴双转子耦合刚度的计算问题。

Rayleigh面波法原理的数值模拟

本文利用有限单元法建立了平面内地基的动力刚度矩阵，可用于计算匀质和非匀质土的动力响应．利用动刚度法，本文计算分析了复杂地基中地质表面点的竖向位移Ｗ１（ｋ）与波数ｋ，以及表面位移相位角与水平距离Ｘ的变化关系，并进一步用此讨论Ｒａｙｌｅｉｇｈ面波法所测相速度及弥散曲线的可靠性和精确性．

成组叶片振动特性的三维数值模拟及实验研究

采用三维8节点非协调单元,建立了成组叶片振动特性计算的三维有限元模型.该模型考虑到成组叶片位移约束的周期对称性,引入了斜边界条件和斜坐标系统来处理成组或整圈叶片的约束条件,从而可以准确地计算出三维复杂形状叶片组在动、静状态下的固有频率和振型.利用该方法对实例进行了计算,同时又在高速动平衡实验室进行了实验验证.计算结果和实验结果对比表明,用该方法计算的叶片振动特性精度较高,为计算复杂几何形状叶片组的振动特性提供了一种有效的手段.

工业机器人臂部静动态多目标拓扑优化设计研究

为兼顾工业机器人臂部更高静动态特性和更低自重的要求,基于SIMP变密度法拓扑优化,运用相对差值的数学方法,构建了提高结构静态各工况刚度和动态各阶固有频率的多目标拓扑优化数学模型。以MOTOMAN-HP20工业机器人的L臂为研究对象,对其进行静动态多目标拓扑优化设计,获得L臂新结构方案。分析表明:L臂新结构静态各工况的刚度和动态各低阶固有频率都得到提高,同时L臂减重15.5%,实现了轻量化。并且相对差值法的运用有效避免了在多目标优化过程中大数量级目标支配优化结果的问题。

柔性基础上金属橡胶非线性隔振系统性能分析

根据柔性基础结构振动声辐射的控制需求,提出了柔性基础上应用金属橡胶隔振器的被动隔振方法。运用ADAMS软件与有限元软件结合,仿真了基础材料、隔振器一次线性刚度、三次非线性刚度、粘性阻尼等参数改变时隔振系统的频域特性,得到了设备与基础的幅频响应曲线和系统的振级落差曲线,通过结果曲线的对比,分析了不同参数对系统隔振性能的影响,并提出了提高隔振效果、优化系统参数的一般方法。

某消声器声辐射仿真分析与形貌优化

先通过模态分析与传递函数研究了某款消声器的动态性能,其次采用结构有限元与声学边界元耦合分析计算了消声器辐射噪声并与排气噪声进行比较,说明了辐射噪声对消声器声学性能的明显影响。在降低原消声器厚度情况下对消声器进行形貌优化,得到消声器辐射噪声更小的优化结果。

设置FVD框架结构的非线性地震反应控制研究

根据粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自的特点 ,设计出一种新型粘弹性摩擦阻尼器 (FVD)耗能装置 .针对粘弹性材料的分数导数模型和摩擦单元的力位移滑移量的矩阵关系式 ,建立了FVD精确的有限元模型 ,推导了FVD单元刚度矩阵和控制力向量计算公式和求解方法 ;根据钢筋混凝土框架结构的非线性特性 ,建立了设置FVD非线性钢筋混凝土框架结构地震反应时程分析的控制方法 .最后 ,应用本文方法 ,对设置FVD的非线性钢筋混凝土框架结构进行了在罕遇地震和多遇地震作用下的时程分析 ,并根据计算结果对其减震效果进行了分析讨论 .

超声旋压复合变幅杆的设计计算与仿真分析

超薄壁圆筒的旋压生产过程中极易出现旋压失稳情况。旋压载荷过大是导致失稳的主要原因,而超声可以有效降低塑性变形载荷。在超声旋压系统中,变幅杆是关键的部件之一,其设计关系到系统的谐振,输出振幅大小及阻抗匹配等。就应用于超声旋压系统的变幅杆进行理论上的设计计算,并利用MSC.Marc有限元分析软件进行模态分析,验证理论计算的正确性,设计出能够应用于超声旋压系统的复合变幅杆,实验检测表明实际固有频率符合设计要求。

节点刚度对方管空间三角形桁架动力性能的影响

为研究节点刚度对方管空间三角形桁架动力性能的影响,以精细壳元模型为标准,采用可考虑节点轴向刚度的简化模型和不能考虑节点轴向刚度的刚接模型,对方管空间三角形桁架进行了模态分析和地震时程分析。结果表明:节点刚度对方管桁架的动力性能有不可忽视的影响,不宜采用刚接模型分析方管桁架的动力反应;本文中采用的简化模型可以较好地模拟方管桁架的动力性能,体现了节点刚度对结构动力性能的影响,更适用于实际工程分析。