工业装备结构分析国家重点实验室研究工作介绍

工业装备结构分析国家重点实验室研究工作介绍顾元宪徐新生大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连１１６０２４工业装备结构分析国家重点实验室，利用世界银行贷款建于大连理工大学，拥有ＣＲＡＹＳ／ＭＰ小巨型机和ＳＧＩ图形工作站等计算机系统，以及ＭＴＳ...

工业装备结构分析国家重点实验室

工业装备结构分析国家重点实验室，是世界银行贷款重点学科发展项目建设的第2批国家重点实验室．于1988年开始可行性论证，1989年6月经国家计委确认，1991年启动建设，1995年5月通过国家教委验收并正式对外开放．

旁通阀结构对燃料电池系统阴极压力控制效果的分析

为减小压力波动对燃料电池寿命的不利影响,通过仿真及对比试验,探究增加旁通阀对阴极供给系统压力波动的改善效果。根据对燃料电池输出特性与各组件工作原理的分析,建立机理与控制模型;采用基于自抗扰的反向解耦方法实现流量与压力的解耦控制;运用模糊PI方法实现压力波动控制。通过Matlab/Simulink仿真验证了解耦方法在该系统结构下的控制效果,在对比试验中,压力波动峰值分别为无旁通阀1.82kPa与有旁通阀1.09kPa,旁通阀的增加减小了压力波动,使阴极流道压力的稳定性得到了更有效的控制,对提升燃料电池寿命有重要意义。

热塑性复合材料系统安装结构的制备及仿真分析研究

热塑性复合材料已成为航空领域重点研究的材料,以民用飞机系统安装结构作为研究对象,通过工艺摸索给出了碳纤维增强PEEK热塑性复合材料层合板制备系统安装结构的工艺参数;采用Hashin失效准则和基于能量演化的刚度退化方法,建立了热塑性复合材料系统安装结构的仿真分析模型,较好地预测了结构的承载能力和失效模式;通过承载能力试验对仿真分析模型进行了验证,分析误差在20%以内,该方法可用于工程实践。该研究对热塑性复合材料在民用飞机结构上的应用具有一定的指导意义。

结构可靠度FORM方法的混沌动力学分析

引入混沌动力学理论讨论了FORM收敛失败的非线性动力学根源.给出了几个典型函数在参数区间上的可靠指标分岔图,展示了极限状态函数经过FORM迭代成为非线性映射后计算结果的周期振荡、分岔和混沌等复杂动力学现象,计算了非线性映射的Lyapunov指数.结果表明,极限状态函数设计点的曲率大小与FORM的收敛性没有简单的联系,判别FORM迭代计算收敛性的指标是非线性映射的Lyapunov指数.

工程力学中的互补问题:模型

对互补问题在非线性力学中的一些应用情况给出了较概括的介绍,重点放在了静态接触问题、弹塑性问题以及结构优化问题的互补模型上。将力学问题写成互补模型的好处主要有两点:一是使力学问题有更自然、更精确的数学描述;二是可以考虑用互补问题的有效和强健的数值算法来求解。

含铰接杆系结构几何非线性分析子结构方法

将细长杆系结构按长度方向划分为多个子结构,由于在子结构坐标系下的节点位移均是小位移,可以将子结构内部自由度凝聚到边界.考虑到子结构端面在变形过程中保持为刚性截面,将端面节点自由度进一步凝聚到端面形心点,这样每一个子结构就减缩成形式上只有两个节点的广义梁单元,大大减缩了自由度.大位移大转动是细长杆系结构产生几何非线性效应的一个重要原因,基于共旋坐标法,建立了随单元一起运动的随动坐标系,推导了子结构单元的节点力平衡方程及其切线刚度阵.同时,考虑到工程机械中细长杆系结构含有相互铰接的刚体加强块,给出了非独立自由度节点力转换到独立参数下的广义节点力及其导数.最后,通过履带式起重机的副臂工况算例,给出了其在不同载荷下的臂架结构位移,验证了方法的正确性.

声场-结构耦合系统灵敏度分析及优化设计研究

给出了低频声-结构耦合系统的有限元方程,并在此基础上提出声-结构耦合系统的包含尺寸和形状设计变量的优化设计模型,建立基于灵敏度分析求解的优化设计方法,重点推导了耦合系统的特征频率和声压级响应关于设计变量的灵敏度方程。在JIFEX软件中实现上述理论和算法,并通过灵敏度比较和优化设计的数值算例,进一步说明该研究方法对声结构耦合系统的工程设计具有实用意义。

基于动物实验的应力与股骨近端生长关系的生物力学模型

目的建立可数值量化的应力与骨生长生物力学模型。方法将动物实验、骨生长方程中未知参数的反演识别和计算机技术相结合,研究应力环境对快速生长期大鼠股骨生长与重建的影响,依据大鼠股骨所受外力刺激以及近端骨密度数值的改变,反演骨生长方程中的未知参数B和K。结果文中所建的生物模型不仅能够数值模拟快速生长期大鼠股骨骨密度变化和外界刺激的关系,而且能够预测大鼠生命周期中某段时间内不同应力环境下股骨的生长趋势。结论:本文的建模思路和方法为人体骨骼重建适应模型的确立起到提示和借鉴作用。

面向环境力学的离散元分析软件研发和工程应用

离散元计算分析软件对解决环境力学中的离散介质问题有至关重要的作用.针对环境灾害中的非规则颗粒单元,以圆球颗粒为基本单元,分别构造镶嵌组合单元、黏结组合单元、扩展圆盘单元和扩展多面体单元等,并在此基础上开发基于球形颗粒离散元方法的分析软件(Software of Spherical Particle-based Discrete Element Method,SDEM).该软件可模拟碎冰、岩石和道砟等颗粒材料的力学行为,能直观展现这些力学过程的发生、发展和演化;基于GPU的并行计算实现离散元大规模计算的高效性.对SDEM软件在地质灾害、工程海冰和铁路道床等领域的应用进行介绍.

钢结构氧气切割开孔残余应力数值分析与实验研究

氧气切割是船体结构临时开孔工艺中的首选方法,其产生的残余应力对后序封孔焊接与结构安全性均有重要影响.基于氧气切割原理,建立了预热火焰与铁氧反应生热的组合热源模型;基于热弹塑性有限元法,建立了氧气切割开孔过程的数值计算模型,并分析了切割温度场与残余应力场分布规律.通过氧气切割开孔实验进行结果验证,采用红外热像仪测量表面温度分布,应用压痕应变法测量残余应力,实验结果与计算结果基本吻合.研究结果表明:在割缝边缘存在超过材料屈服点的拉应力区,其宽度受切割速度、开孔尺寸与纵向约束等因素的影响.

大型液体火箭结构纵横扭振动与推进系统耦合(POGO)稳定性分析

大型液体火箭结构振动模态空间分布的特征,导致结构横向和扭转振动对传统POGO回路稳定性产生影响。对此,基于改进的Rubin建模方法,建立了结构纵横扭振动与推进系统液路脉动耦合的POGO回路模型。该模型具有非奇异的优点,可以直接应用于频域分析和时域仿真。基于该模型分析了中国某型号液体火箭推进系统的泵增益和蓄压器能量值等重要参数对结构纵向振动以及横向和扭转振动稳定性的影响。研究得出,泵增益的增大不仅使结构纵向第2、4阶模态不稳定也使结构横向第2阶不稳定。通过调节蓄压器能量值,不但可使结构纵向失稳的模态由不稳定变为稳定,也使结构横向失稳的模态由不稳定变为稳定,说明该型号液体火箭的推进系统不仅与结构系统的纵向模态存在耦合作用,也与横向模态存在耦合作用。因此,对于大型液体捆绑火箭,在研究POGO稳定性时分析结构纵横扭振动与推进系统的耦合作用是有必要的。

状态空间控制理论与计算中的几个问题——分析结构力学的观点

应用近年来发展的分析结构力学理论及保持哈密顿体系结构特征的精细积分算法,可以精确高效地求解最优控制和H∞控制中的系统设计和仿真问题。文中介绍了分析结构力学的基本内容、线性定常系统最优控制和H∞控制问题的求解以及输出反馈控制问题的变分原理和分离性原理。在此基础上,进一步介绍了非线性系统、时变线性系统、时滞系统、输入饱和系统的最优控制及分散H∞控制等方面的理论与计算问题。本文主要内容取材于作者最近完成的《状态空间控制理论与计算》一书,文中所讨论的问题都可以在基于精细积分的控制系统设计程序库(PIM-CSD)基础上求解。

大范围运动细长柔性空间结构动力学特性分析

自由-自由边界无约束状态的细长柔性空间结构大范围运动时的动力学特性对整体结构运动分析和运动控制系统设计具有极其重要的作用。通过浮动坐标系建立结构的运动学关系;借助假设模态法对结构变形进行变量分离;利用Lagrange’s方程建立了结构的刚柔耦合振动方程;再通过Rayleigh-Ritz法,以无大范围运动时的振型函数作为基本解组,得到了大范围运动影响下的结构振动特征方程,求解该方程得到了结构频率和振型。通过几组数值算例的对比分析,指出了非耦合模型和耦合模型下结构频率及振型之间的差异。

工程力学中的互补问题:算法

工程力学里很多问题存在互补关系,文献[1]介绍了有关的数学模型。本文介绍了近年来求解互补问题的几种主要方法,包括投影方法、内点方法、方程组方法、延拓方法以及无约束优化方法。与此同时,也介绍了作者近期在互补问题算法方面的一些研究工作。

弹性接触颗粒状周期性结构材料力学分析的均匀化方法(Ⅰ)——局部RVE分析

研究工作目的是建立弹性接触颗粒状组成周期性结构材料力学分析的均匀化模型。首先对具有周期性构造的弹性接触颗粒材料力学的微观 (小尺度 )与宏观两级均匀化方法的研究现状进行了简要回顾 ,进而发展了问题局部 RVE分析的有限元求解技术 ,该方法考虑了弹性接触体的粘着界面特性 ,并基于参变量变分原理提出了问题求解的参数二次规划算法 。

新工科背景下基础力学实验课程思政建设探究

做好课程思政,发挥好每门课程的育人作用,是高校课程建设的关键一环。基础力学实验是培养新工科大学生实践创新综合能力的重要基础课程,在培养学生善于解决问题、探索创新精神、工程伦理教育、大国工匠精神、家国情怀使命担当等能力素质方面具有先天优势和关键责任,有必要开展课程思政建设。以大连理工大学基础力学实验为例,探讨了实践类课程思政改革的实施方案,首先需要明确课程改革的主要目标,然后结合教学内容和知识点建立特色思政元素库,并有针对性地自然融入到各教学环节中。最后,总结了基础力学实验课程思政建设成果,为相关课程的思政改革提供参考。

分析结构力学与有限元

分析力学历来是在动力学范围内论述的,结构力学与最优控制模拟关系的共同基础就是分析力学. 这表明在结构力学与最优控制理论的架构内也应有分析力学的整套理论.本文就结构力学讲述分析力学, 称分析结构力学.保守体系可用Hamilton体系的方法描述,其特点是保辛.保辛给出保守体系结构最重要的特性.有限元法是从结构力学发展的,有限元的单元刚度阵应保持对称性,其实这就是保辛.根据区段单元变形能只与其两端位移有关,就可通过数学分析得到Lagrange括号与Poisson括号,展示了其辛对偶体系、正则方程、正则变换等的内容.

弹性接触颗粒状周期性结构材料力学分析的均匀化方法(Ⅱ)——宏观均匀化分析

基于文献 [1]的工作 ,给出弹性接触颗粒状组成周期性结构材料宏观力学均匀化分析新方法。该方法的特点是在对材料进行微观分析的基础上建立宏观材料的均匀化非线性数值本构模型 ,并在此基础上构造宏观分析的一致性方法。给出了数值算例 。

局部加强体对预压双稳态结构跳转力学特征的影响分析

基于轴向挤压后屈曲模态的双稳态结构,其跳转力、保持力和跳转行程等双稳态特征与预应力分布和后屈曲模态密切相关,使得难以通过仅调整预压缩量来实现特定双稳态指标的设计。本文提出引入局部加强体调控预压双稳态梁临界屈曲载荷、应力分布及跳转特征的方法,建立了具有对称局部加强体的预压双稳态梁跳转分析模型,分析了预应力、加强体尺寸参数和位置对屈曲临界载荷、跳转力和行程的影响规律。结果表明:局部加强体不影响原结构跳转力和保持力相等的特征;与尺寸参数相比加强体位置参数对跳转力有较大影响,随着位置的变化,跳转力存在由大变小再变大的变化过程,且调控同行程双稳态梁跳转力的幅度可达17.04%;跳转行程主要依赖于局部加强体的刚度和所承受的预应力。