Spring-Value in Kirchhoff-Love Plate: Displacement, Buckling, Pure-Shear, Vibration

The stiffness model of the finite element is applied to the Kirchhoff-love closed-form plate buckling;buckling is always in focus in plate assemblages. The useful Eigen-value solutions are unable to separate a square plate from a much weaker long one in the most commonly-used all-simply supported plate (SSSS), among others. Spring-values of the Kirchhoff-Love plate are sought;once found, displacement-factors can be determined. Comparative displacements allow an easier and better evaluation of buckling-factors, pure-shear, vibration and so are termed “buckling-displacement-factors”. In testing, many plates in mixed boundary conditions are evaluated for displacement assisted buckling-solutions, first. The displacement-factors made from fundamental Eigen-vectors, in a single-pass, are found to be within about one-percent of known elastic values. It is found that the Kirchhoff-Love plate spring and the finite-element spring, demonstrated, here, in the assemblage of beam-elements, are equivalent from the results. In either case, stiffness is first assembled, ready for any loading—transverse, buckling, shear, vibration. The simply-supported plate draws the only exact vibration solution, and so, in an additional new effort, all other results are calibrated from it;direct vibration solutions are made for comparison but such results are, hardly, better. In the process, interactive Kirchhoff-Love plate-field-sheets are presented, for design. It is now additionally demanded that the solution Eigen-vector be developable into a recognizable deflection-factor. A weaker plate cannot possess greater buckling strength, this is a check;to find stiffness the deflection-factor must be exact or nearly so. Several examples justify the characteristic buckling displacement-factor as a new tool.

机车用钛合金弹簧的设计与制备

钛合金弹簧替代钢制弹簧应用于机车悬架弹簧可以减重40%~60%,而且钛合金弹簧具有良好的耐蚀性和阻尼特性,不仅能够抵御恶劣环境的腐蚀,增加机车的行驶里程,还能增强机车的操控性和乘架的舒适性。通过赛车用悬架弹簧实例,详细介绍TB9钛合金弹簧的设计方法和制备过程。计算得到钛合金悬架弹簧的螺旋角为9.45°,已经超出弹簧设计国家标准范围,因此对公式进行了修正。此外,还研究了温度对TB9钛合金弹簧刚度的影响。研究发现,随着温度的上升,TB9钛合金弹簧的刚度逐渐下降。

黑龙江省大白菜几何与物理特性试验研究

为了获得白菜几何与物理特性参数,通过对黑龙江省的主要白菜品种—春秋54、四季王、壮士2号进行了试验研究。经过对白菜几何与物理参数测定,得到春秋54、四季王、壮士2号的株高均值为43.6、47.7、36.2 cm,叶球高均值为29.3、39.7、39.3cm,叶球直径均值为18.2、24.0、18.9cm,叶球质量均值为2.27、2.24、2.91 kg,叶片展开度均值为44.7、43.8、39.3cm,根茎长度均值为45.45、60.28、61.55mm,根茎直径均值为29.16、36.5、31.5mm,含水率均值为40.64%、38.59%、40.29%。利用电子万能试验机对白菜根茎的剪切力进行了试验,结果表明:春秋54、四季王、壮士2号的白菜根茎剪切力均值为106.65、124.10、112.67N。研究结果可为白菜收获机的设计和相关参数优化提供理论基础和依据。

考虑剪力铰与钢弹簧变刚度下浮置板轨道减振特性研究

针对浮置板轨道中浮置板端部位移偏大的问题,研究剪力铰设置与钢弹簧变刚度两种方式对浮置轨道位移的改善效果。将剪力铰简化为剪切弹簧阻尼单元,根据浮置板挠度分布及钢弹簧间距调整浮置板下钢弹簧刚度,基于振型叠加法和龙格-库塔法数值计算研究不同剪力铰刚度与钢弹簧刚度下浮置板轨道的减振特性。研究表明,设置剪力铰可以有效减少浮置板端部的位移差,但主要对端部3 m左右范围内的浮置板位移改善较为有效,剪力铰刚度并非越大越好,刚度取值应使浮置板和钢轨的位移波动幅度尽可能小。在钢弹簧总刚度不变的前提下,根据浮置板挠度分布调节钢弹簧刚度对浮置板位移和端部位移差的改善效果不大,但可以有效减少钢轨位移及其波动幅度,且长型浮置板轨道下的减振效果更好。适当扩大钢弹簧间距从而增大弹簧刚度可以改善浮置板轨道的位移响应,但间距过大时浮置板位移会出现剧烈波动。研究可为浮置板轨道的减振设计提供一定参考。

温度场下功能梯度圆锥壳-环板振动特性分析

针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析模型。数值算例中,通过将文中求解结果与文献解和有限元法结果进行对比验证了模型的正确性,进而分析尺寸、材料、温度和连接位置等参数对结构振动特性的影响。研究结果表明:组合结构基频随厚度增加而增加,随着幂律指数、半顶角和温度场参数增加而降低,随环板内径和连接位置变化会呈现非单一变化趋势。

圆弧形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力响应研究

为了研究具有负泊松比特性的圆弧形蜂窝夹芯板的动力响应,基于哈密顿原理和一阶剪切变形理论推导了圆弧形蜂窝夹芯板的运动方程,同时建立两自由度的质量-弹簧模型来获得蜂窝夹芯板与冲击器之间的接触力,利用Navier法和Duhamel积分对圆弧形夹芯板的运动方程解析求解。在理论模型有效性验证方面,低速冲击下蜂窝夹芯板中心最大横向位移的理论模型计算结果与ABAQUS有限元仿真结果的最大相对误差为4.9%,同时求得理论模型与已发表文献计算出的接触力最大相对误差为8%,验证了理论模型的有效性。通过理论模型研究了蜂窝胞元参数变化对蜂窝夹芯板动力响应的影响,研究结果表明:随着球形冲击器的冲击速度递增,圆弧形蜂窝夹芯板中心最大横向位移也呈现出递增的规律;圆弧形蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着蜂窝胞元半径或角度的增大而减小,当蜂窝胞元半径从5 mm增加至7 mm时,蜂窝夹芯板的抗冲击特性减少40.28%;当蜂窝胞元角度从30°增加至60°时,蜂窝夹芯板的抗冲击特性减少83.64%;蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着蜂窝胞元壁厚的增大而增大,当蜂窝胞元壁厚从1 mm增加至3 mm时,蜂窝夹芯板的抗冲击特性提升59.51%。通过减小胞元角度和半径,增加胞元壁厚可以提升圆弧形蜂窝夹芯板的抗冲击特性。

钢混桥塔结合段内剪力连接件的弹性刚度计算

对于单一开孔板连接件或剪力钉连接件力学特性的研究,各国学者已进行了大量数值分析与试验的探索,得出了单一开孔板连接件或剪力钉连接件的力学行为。但实际混合桥塔的钢-混结合段内部是由大量开孔板连接件和剪力钉连接件形成的群钉组合连接件构成的。当前对于钢-混结构内组合连接件的研究比较匮乏,还没有明确的数值模型及理论推导用于组合连接件传力规律的研究。且组合连接件本身的设计参数对抗压性能的影响也还需要进一步的明确。因此,以顺德大桥的桥塔钢混结合段内的一种组合剪力连接件为实例,研究此抗剪连接件在弹性加载阶段,其内部的开孔板连接件和剪力钉连接件分别对该单层组合剪力连接件抗压刚度的贡献;建立弹簧模型,推出此单层组合剪力连接件弹性刚度的计算公式;利用ABAQUS有限元软件对单层组合剪力连接件进行加载仿真模拟分析,在弹性加载阶段其荷载-位移曲线呈极强的线性关系,拟合后与所推导公式的弹性刚度计算结果进行比对。结果表明:单孔开孔板连接件抗压刚度解析解与数值解的误差为4.87%,单根剪力钉连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为0.903%,单层组合剪力连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为11.54%,所推导弹性刚度公式的计算结果与有限元模拟分析结果吻合性较好。

低速冲击下负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板的动力响应

为了研究负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力学响应,采用质量-弹簧模型获得了冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力,同时基于哈密顿原理和一阶剪切变形理论推导了负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板的运动方程,采用Navier法和Duhamel积分对蜂窝板的振动位移进行了理论解析求解。在理论验证方面,蜂窝夹芯板前5阶固有频率的数值模拟结果与理论模型计算结果的最大相对误差为6.52%,蜂窝夹芯板中心最大横向位移的数值模拟结果与理论模型计算结果的最大相对误差为6.84%,理论模型求解的接触力与文献得到的接触力的最大相对误差为8%,验证了理论模型的有效性。结果表明,随着球形冲击器冲击速度的递增,蜂窝夹芯板的最大横向位移呈现递增的规律。而在相同冲击载荷下,蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着胞元壁厚的增大而增强,随着胞元角度的增大而减弱;随着负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板长宽比以及夹芯层与顶部蒙皮层的高度比的增大,蜂窝夹芯板的横向位移减小,冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力增大。当蜂窝夹芯板的宽长比从1∶1变化到1∶2时,蜂窝夹芯板最大横向位移减小6.1%;当顶部蒙皮层与蜂窝芯层的高度比从1∶6变化到1∶14时,蜂窝夹芯板的最大横向位移减小5.4%,这表明蜂窝夹芯板的抗冲击性能增强,吸能效果明显。

泰姆科节点刚度对单层球面网壳稳定性能的影响

为研究泰姆科节点剪切刚度对铝合金单层球面网壳稳定承载力的影响,建立了单层球面网壳多尺度分析模型,结果表明泰姆科节点单层球面网壳承载力随跨度的增大而减小,随矢跨比的增大而增大。当网壳达到稳定极限承载力时泰姆科节点发生弯曲变形的同时伴随着剪切变形。通过对比单层球面网壳多尺度模型和弹簧单元模型的双重非线性稳定分析结果,发现节点剪切变形对结构承载力的降低程度随网壳跨度及矢跨比的增大而减小。最后,提出了一种可综合考虑泰姆科节点弯曲变形和剪切变形的节点“组合模型”,并验证了该模型能精准地反映泰姆科节点的力学性能。

钢-混凝土组合梁剪力连接件模拟方法研究

文中分析了钢-混组合梁不同构件的模拟方法,采用有限元软件ABAQUS建立钢-混凝土组合梁有限元模型,运用数值模拟对不同类型剪力连接件进行分析,并与试验结果进行对比验证。研究结果表明,组合梁的剪力连接件单元的弹簧刚度的选取应分为三个方向,在剪力连接件较多的情况下,采用弹簧单元模拟的栓钉连接件后,其结果与文献中推出试验实测值、实体单元模拟值的吻合程度较高。

基于剪力铰的浮置板轨道减振性能优化分析

采用弯剪弹簧阻尼单元模拟剪力铰对浮置板板端位移的约束作用,建立剪力铰连接条件下列车—钢弹簧浮置板轨道模型。采用模态分析法和Newmark-β法求解列车—浮置板轨道的动力响应,研究剪力铰对列车和轨道减振效果的影响,并通过不同剪力铰参数组合下的车轨动力响应分析,进行剪力铰参数组合的优化。结果表明:无剪力铰情况下,车轨动力响应在板端处均较其他位置处明显偏大,其中,板端处钢轨位移幅值较非板端处增大了57.6%,对列车长期运营及乘客舒适度造成不利影响;将剪力铰设置于浮置板板端位置,可减小板端轨道整体刚度的不连续,从而减小车轨动力响应;剪力铰的抗弯刚度可有效提高浮置板轨道的整体刚度,剪力铰的抗剪刚度则可有效降低板端位移差;通过对响应幅值的统计分析,得到在105~1012量级范围内剪力铰的抗弯刚度和抗剪刚度的最优组合为抗弯刚度5 000 MN·rad-1、抗剪刚度5 000 MN·m-1。

强震作用下混凝土框架结构倒塌过程的数值分析

本文引入机械铰概念解释了钢筋混凝土杆件在地震作用下的失效过程,继而建立了以楼层为基本单位的强梁弱柱型框架结构的倒塌分析模型。并将离散单元法的中心算法———动态松弛法运用到结构倒塌分析模型中,成功地模拟了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌全过程反应。

关于《建筑基坑支护技术规程》中锚杆刚度系数计算的探讨

《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—2012)[1]给出了锚杆刚度系数的计算公式,笔者认为该公式存在问题和缺陷:1锚固段越长,锚杆刚度系数反而越小;2锚杆刚度系数仅与锚杆材料参数、尺寸有关,而与土层性质毫无关联。该公式在推导过程中将剪应力沿锚固段的分布情况过于经验化和简化,未能真实反应锚杆荷载的传递原理。基于锚杆和土层协同变形原理,类似于文克尔弹性地基梁的处理方式,将锚杆周围土体等效为一系列独立作用的切向土弹簧,同反映地层法向特性的基床系数,引入了反映地层切向特性的剪切刚度系数,通过建立锚固段的受力平衡方程推导出新的锚杆刚度系数计算公式。与规程公式不同的是,该公式表明锚杆刚度系数随着锚固段的增长而增长,但是增长率是减少的,同时,还表明了锚杆刚度系数与土层剪切刚度系数密切相关。

介电弹性体卷形换能器设计与参数优化

为研究介电弹性体(DE)换能器在纯剪切拉伸模式下的发电特性,利用弹簧制作了具有预拉伸特性的DE卷形换能器,并结合Neo-Hooken模型建立了DE卷形换能器在纯剪切拉伸模式下的机电耦合数学模型,运用Matlab/Simulink软件建立了DE卷形换能器的纯剪切发电仿真模型,对DE卷形换能器的发电特性及不同弹簧系数对其发电特性的影响进行了仿真。对DE卷形换能器进行了实验,并与仿真结果对比。仿真与实验结果表明,DE卷形换能器发电特性优于一般拉伸模式换能器;在相同的拉伸条件及初始电压下,在预拉伸限制范围内,弹簧弹性系数越大其发电特性越好。

模数式桥梁伸缩缝水平向动力学响应分析

运用有限元分析软件对模数式桥梁伸缩缝进行水平向动力学研究,建立了其水平向有限元动力学模型,研究了车轮对中梁的水平冲击以及车速、中梁弹性支承刚度及预压量、滑动摩擦系数和剪切弹簧刚度的变化对中梁水平位移的响应特性。研究表明,当车速高于100 km/h,中梁弹性支承刚度小于70 000 N/mm时,应考虑车轮对中梁的水平冲击,当车速低于120 km/h,中梁弹性支承刚度及预压量分别大于80 000 N/mm和0.3 mm,滑动摩擦系数大于0.03,剪切弹簧刚度大于400 N/mm时,此时中梁水平位移小于0.5 mm,且车轮对中梁的水平冲击也可不考虑。

共享式钢弹簧隔振器对浮置板轨道动力特性的影响

针对钢弹簧浮置板轨道结构板端刚度连续性较差的问题,建立车辆-轨道-隧道耦合动力学模型,对比分析了板端加密布置圆形隔振器与板端布置共享式隔振器两种钢弹簧浮置板轨道结构的动力特性。结果表明:板端布置共享式隔振器有利于减小轨道结构部件的板中、板端垂向位移差;相比于板端加密布置隔振器,采用共享式隔振器后浮置板垂向振动加速度可减小14.3%,基底垂向加速度可减小10.8%;采用共享式隔振器布置方案有利于降低浮置板的自振频率,减振效果达到17.87 dB;布置共享式隔振器能明显改善剪力铰受力,有利于延长剪力铰的服役寿命。

基层层间状态对沥青路面荷载应力与疲劳性能的影响

基层间接触不良是导致半刚性基层路面早期损坏的重要原因之一。为分析半刚性基层间粘结状态对沥青路面疲劳性能的影响,从弹性层状体系理论出发,利用BISAR3.0程序中剪切弹性柔量AK表征双层半刚性基层的层间粘结状态,分析沥青路面弯沉、层底拉应力和剪应力随AK的变化规律;研究半刚性基层层间粘结状态对路面结构疲劳性能的影响。结果表明:不良的基层间接触状态会使接触状态迅速恶化,并降低基层的疲劳寿命。水稳基层间状态良好时,上面层不会首先疲劳开裂,而疲劳破坏会从下基层向上发展传递;但是水稳基层间状态很差时,疲劳破坏首先发生在上基层。与基层层间完全光滑状态相比,完全连续状态下上基层底最大拉应力增大5.7倍,上基层底最大剪应力增幅最大为31%。

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(II):参数分析

为模拟地震作用时杆件在变动轴力和双向弯曲的耦合特点,基于简化纤维模型的多弹簧单元模型近年被广泛应用。本文作者在相关论文中提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型空间梁柱单元,杆件的计算模拟精度除了取决于单元模型之外,还决定于两个重要参数:弹簧位置及个数布置、塑性区长度,本文将针对其进行参数分析并提出合理建议取值。本文最后还提出了模拟杆件残余应力的合理弹簧布置方式。

预浸机织织物二维剪切性能模型

利用安装在拉伸试验机上的像框剪切装置,研究了平纹预浸碳纤维机织织物的剪切行为。研究发现,预浸碳纤维织物的剪切行为与织物的分阶段剪切行为类似。根据实验结果,分两个不同剪切阶段建立了预浸碳纤维织物的二维剪切性能模型。在剪切初始阶段,利用扭力弹簧来模拟纱线交叉点之间的剪切摩擦,通过实验确定了扭力弹簧扭转刚度系数。在剪切第二阶段,给出了载荷与剪切角之间的关系模型。试验结果表明,利用扭力弹簧可以很好地模拟剪切初始阶段的剪切摩擦。

高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法研究

为了解决高位层间隔震结构中电梯井核心筒剪力墙在隔震层位置需断开的问题,提出一种高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法(PMIT),介绍了其原理、构造、特点。采用ETABS软件对电梯井核心筒结构与外围结构之间布置粘滞阻尼器、弹簧、无阻尼器和弹簧的PMIT结构、悬挂法结构和框支剪力墙结构进行了分析,分析结果表明:①PMIT结构隔震层下部结构层间位移角和隔震位置电梯井剪力墙弯矩相比于框支剪力墙结构都有减小,而悬挂法隔震层下部层间位移相比于框支剪力墙结构放大了约150%,PMIT对隔震层下部结构刚度不会产生影响,避免隔震层下部结构出现薄弱层;②相比于悬挂法结构,布置粘滞阻尼器PMIT结构隔震层最外侧隔震支座拉力减小了约50%(仅水平地震作用),提高结构的抗倾覆性能。