大跨连续刚构桥-船撞击动力响应研究

以某高速公路新建连续刚构桥为工程背景,采用非线性有限元分析方法,通过大型通用非线性有限元程序LS-DYNA建立全桥有限元模型和1 000 t船舶模型,对船-桥碰撞动力过程进行模拟,以确定船-桥碰撞过程中碰撞力的大小,并将有限元计算结果与规范经验公式进行比较。结果表明:船-桥碰撞过程中,船艏发生较大变形,吸收大部分的能量,将动能转化为势能;碰撞过程具有明显的非线性波动特征;各个规范经验公式计算的船撞力差异较大,且规范经验公式具有一定的局限性,有限元分析法能完整再现船-桥碰撞结构内部动力学过程,弥补规范经验公式的不足。

计及运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构动力学仿真向量键合图法

针对计及运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构动力学仿真问题,提出了相应的向量键合图法。基于修正非线性连续接触碰撞力的混合模型,推导出间隙运动副的相对碰撞速度向量方程。在此基础上,建立了可以更精确描述间隙运动副的向量键合图模型,具有通用性强、模块化的特点,便于嵌入到系统的向量键合图模型中。由机构运动副的约束关系,将各构件的向量键合图模型相互键接,建立了计及驱动电机、运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构向量键合图模型。应用相应的方法,使机构向量键合图模型的贮能元件皆具有积分因果关系,实现了计及驱动电机、运动副间隙的双曲柄六杆压力机机构计算机建模及动力学仿真。在此基础上,分析了运动副间隙对压力机机构运动学及动力学性能的影响,验证了所述方法的可靠性及有效性。通过与无质量弹簧阻尼运动副间隙模型的计算对比,进一步表明该方法可以提高系统动力学仿真的精度及实用性。

桥墩防落石碰撞柔性设计方法及分析

基于动力学基本原理,从非线性、接触以及本构关系计算理论建立落石-桥墩防撞物柔性碰撞精细化计算模型,并对关键计算参数给出建议取值。利用钢结构柔性变形吸收落石碰撞能量,提出一种桥墩防落石碰撞柔性设计方法,并详细给出该防落石碰撞构造措施的结构组成形式。利用ANSYS/LS-DYNA动力分析计算程序,考虑几何、材料双重非线性,精细化数值仿真计算落石撞击防撞物的动态全过程,以一个偏安全的极限碰撞状态,分别从运动行为(撞击力、位移、速度、加速度)以及能量转换(系统动能、系统变形能)角度进行计算结果与数据分析,证明所提出的柔性防撞设计思路以及防撞措施的合理性与优越性。

船舶-桥墩防撞系统碰撞过程精细化分析

基于动力学基本原理,分别从非线性、接触以及本构关系三个角度选择合适的计算理论建立船舶-桥墩防撞物之间碰撞动态耦合模型,进行大型桥墩防船撞精细化分析。以某斜拉桥柔性防撞钢套箱为实际工程案例,采用ANSYS/LS-DYNA计算模块,数值仿真3 000t及10 000 t轮船撞击钢套箱的动态全过程。对该模型动力响应计算结果进行分析,验证结构防撞效果,并从能量守恒角度检验该计算方法的数值稳定性。分析结果为今后此类结构设计或建立相关规程提供理论参考。

基于隐式接触算法的曲线桥地震碰撞效应研究

针对地震作用下的曲线连续梁桥的碰撞现象,以一座公路立交桥为背景,建立考虑梁端与桥台碰撞的三维有限元模型,采用Ansys隐式接触算法进行数值模拟分析,运用非线性时程积分方法研究了曲线连续梁桥伸缩缝处碰撞发生的规律,探讨了梁端碰撞发生时各个桥墩位置处梁墩相对位移及墩底内力的变化规律,以及影响梁端碰撞的因素。

空中加油对接过程的动力学建模与仿真

空中加油的成功与否主要依赖于加油锥套与受油插头的顺利对接,对对接过程中产生的动力学行为的研究是实现顺利对接的前提。利用多刚体系统动力学建立对接过程的动力学模型,求解出加油锥套与受油装置间的广义速度;并依据建立的接触动力学模型,得到局部接触点间的相对速度。基于非线性连续碰撞理论,提出对接过程中碰撞力的计算方法,并在机械系统动力学仿真软件ADAMS的环境下,构建加油锥套和受油装置的对接虚拟样机。通过对虚拟样机的动力学仿真,得到了对接过程中的碰撞力及速度响应曲线,同时,得出能够实现成功对接时各参数的具体范围。结果表明,制约对接成功的主要参数是初始相对速度、加油锥套的俯仰角和相对偏距。该研究对空中加油的对接和受油机的导航控制具有重要的意义。