自由飞行杆撞击过程中的二次撞击区

应用瞬态波效应法,研究了自由飞行杆与固支杆共轴多次撞击问题.采用瞬态波传播理论研究撞击瞬态波的传播,应用撞击接触面内力求解撞击力响应,给出了杆多次撞击瞬态问题的理论解.通过分析杆的瞬态变形和撞击力,发现自由飞行杆与固支杆共轴撞击最多会发生二次撞击,并发现二次撞击现象并非偶然.对发生二次撞击现象的条件以及分布规律进行了研究,数值计算表明,二次撞击相当规则地分布于时间-杆长比平面内.在一定条件下,二次撞击过程具有与单次撞击过程相当的撞击力幅值,因此,对杆二次撞击问题的研究具有重要的价值.     

非均质柔性杆撞击瞬态动力学动态子结构法

该文运用固定界面模态综合动态子结构法,研究非均质变截面杆受刚性质量轴向撞击问题,导出了用模态坐标表示的瞬态动力学方程,并讨论了撞击初始条件确定的两种方法。数值仿真表明:该方法能够计算非均质变截面杆轴向撞击的复杂撞击力变化形式、撞击瞬态波在杆中的传播过程以及撞击瞬态动力响应。算例的数值计算结果表明:当单元总数为180个,且仅保留2阶固定界面主模态时,计算结果已经收敛,与理论解相比,计算精度较高。因此,当选取更多单元总数和更高的主模态时,该方法有可能被应用于复杂的柔性结构撞击瞬态动力学的研究中。     

竖向地震作用下桥面与桥墩的多次重撞击力的计算

采用简谐波形式的人工地震激励和瞬态波函数法,推导出了双跨连续梁桥在竖向地震激励下可能出现的多次弹性重撞击问题的理论解,采用组合体瞬态内力法,给出了多次重撞击力的求解方法。研究结果表明:该文方法可以合理模拟竖向地震作用下的桥面与桥墩间的多次重撞击现象,精确地求解复杂的多次重撞击力响应,模拟地震波和撞击瞬态波在结构内的传播过程,并可观察其中的"次撞击过程"。     

考虑桩-土-锤相互影响的基桩瞬态动力响应

考虑桩-土-锤的相互作用,采用瞬态波特征函数展开法,研究端承桩或嵌岩桩在打桩过程中的瞬态动力响应和次撞击现象。该文基于一维杆波动理论,根据系统的初边值条件,分别给出了打桩过程桩-土-锤结构的瞬态响应解和分离过程基桩的瞬态响应解。根据合理的撞击与分离过程转换条件,实现对次撞击问题的分析。通过算例,给出了基桩系统在打桩过程和分离过程的频率变化;考虑撞击激发的高频响应,分析不同模态截断项对结构响应的影响;研究了瞬态应力波的传播特性和次撞击现象。研究结果可为基桩设计以及基桩长期运作的安全评估提供参考。     

考虑负载影响的阶梯形超声变幅杆动力特性

考虑与加工工件表面高频重复撞击对结构动力特性的影响,基于瞬态波传播理论,研究周期激励下阶梯形超声变幅杆重复撞击加工工件的瞬态动力响应,及负载对变幅杆放大特性的影响。首先,建立阶梯形变幅杆力学模型,采用瞬态波响应法分别对接触过程和分离过程动力控制方程进行求解,得到适用于任意级数的阶梯形变幅杆的特征项传递函数,和重复撞击系统的瞬态响应理论解。以工程中常用的三级阶梯形变幅杆为算例,分析了不同外载频率下变幅杆重复撞击动力特性和负载工件对变幅杆聚能效果的影响,得出考虑加工件撞击产生的瞬态响应下的变幅杆放大系数,小于自由振动空载的设计值。可为精细超声加工变幅杆的设计提供更为精确的理论依据     

梁撞击弹塑性波传播的动态子结构方法的研究

该文针对简支梁横向弹塑性撞击问题,建立动态子结构模型,推导了相应的动力学控制方程,并采用Newmark隐式积分法进行求解,将动态子结构方法应用于撞击激发弹塑性波传播问题的研究。考虑局部弹塑性接触变形,通过对撞击激发的弹塑性波传播,包括弯矩波、挠曲波、速度波和应力波传播过程的计算,研究动态子结构法分析弹塑性波的传播特征,弯曲波的弥散特征,以及塑性铰形成机理等的合理性。经过与三维动力有限元计算结果的比较表明,动态子结构方法可以合理地应用于柔性梁中弹塑性撞击瞬态波传播问题的研究。     

管道泄漏数学模型及测试技术

通过分析建立管道泄漏数学模型,研究泄漏引发的瞬态负压波在管道中的传播过程,编制离线软件模拟管道泄漏事故.在此基础上,运用瞬态负压波法在实验环道上进行泄漏监测实验.实验数据采集系统由HB26S型扩散硅压力传感器和PCI-1800L型A/D采集转换芯片组成,采集设在环道首末端处监测点的压力信号,并以此信号判断泄漏是否发生.运用信号相关处理方法对环道首末端监测点的压力信号进行处理,得到泄漏引发的瞬态负压波传播到环道首末端监测点的时间差,实现漏点的定位.实验结果验证了瞬态负压波泄漏检测方法的有效性和极性相关漏点定位法准确性.     

螺旋线行波管的时域粒子模拟研究

基于粒子模拟技术研究了螺旋线行波管的时域非线性理论,慢波结构中的场通过螺旋带模型求解得到,并考虑了夹持杆和屏蔽桶的影响,推导得到了注-波互作用的动理学方程;聚焦磁场可以是直流磁场也可以是周期永磁场;用泊松方程求解得到空间电荷场;注-波互作用方程用MacCormack的差分格式进行计算。给出了时域计算得到的瞬态特性,并与基于一维Christine及三维Christine理论的计算结果进行了比较。     

横向撞击力对铁路桥梁及行车影响的模型实验研究

高速铁路高架桥梁很多,跨越公路的桥墩被汽车撞击所引起的振动会影响列车运行安全。本文利用车—轨—桥耦合动力试验平台,通过模型试验研究了横向撞击力对桥梁及桥上车辆运行安全的影响规律。试验过程中采集了撞击处撞击力时程、桥墩底部动应变、墩顶动位移、墩顶加速度时程,梁1/4,1/2,3/4处的横向动位移和加速度时程,以及车辆的三向车体加速度时程,计算得到桥墩自振频率等振动特性。分析了车桥系统有无撞击力作用时的动力响应,以及撞击力对桥梁及桥上运行车辆的影响规律。结果表明,横向撞击使桥梁的动力响应大幅度增加,并对车辆运行安全有很大的影响。最后根据撞击力时程探讨了瞬态撞击力的等效静力计算方法并验证,为工程设计提供参考。     

考虑瞬态压力波效应的高速列车车门模态试验分析

讨论高速列车会车瞬态压力波与车门模态的关系。介绍模态试验的基本理论。采用锤击脉冲激励获得单个车门的基本模态。采用正弦扫频激励获得车门 - 框架系统的衍生模态。将车门基本模态和衍生模态相结合,可了解车门弯曲和扭曲的频率与振型。通过采取措施改善车门模态参数,将减缓高速列车会车瞬态压力波的效应。     

Large displacement transient analysis of flexible structures

A new approach for numerical analysis of flexible space frames subjected to impact forces is presented. The method is particularly effective in the analysis of large-amplitude vibration and dynamic stability found in extremely flexible structures. The proposed method of analysis is based on a concept of updated material frame, which allows the algorithm of handling large rotations exceeding 360° and extensions longer than 100 per cent without numerical difficulty and the need for iterations. Thus, an efficient explicit integration finite element algorithm can be adopted. The method is convenient for non-linear and inelastic material models. The basic coding procedure is similar to the popular co-rotational approach. Existing codes can be easily modified to solve transient dynamic problems. The modification steps necessary for the implementation are outlined in the paper. Several numerical examples are presented. Comparison with the standard co-rotational approach and large deformation finite element formulations, such as the updated Lagrangian approach, are presented.     

变截面梁多次碰撞响应的动态子结构方法

该文考虑多次碰撞过程和多次分离过程,考虑阻尼对变截面梁运动的影响,将动态子结构方法推广应用于变截面梁的多次碰撞响应问题,导出了模态坐标表示的变截面梁-弹簧碰撞系统动力学方程。采用Newmark隐式积分方法进行求解,研究了开启-关闭过程中簧片阀与升程限制器和阀座的多次碰撞现象,碰撞动力学响应,以及阀片厚度及中空部分尺寸对阀片开启和关闭动作的影响。数值收敛性结果和与三维动力有限元方法的对比分析结果表明,该动态子结构方法可合理、有效地分析变截面梁的多次碰撞响应问题,适用于研究时间跨度较长的变截面梁多次碰撞问题,以及阀门结构的优化设计计算。     

基于行波方法的智能悬臂梁振动控制

从振动波传播的观点，基于行波理论研究了一维悬臂梁的振动控制方法。以Bernoulli-Euler梁模型为研究对象，研究了行波理论建模和分析方法。在此基础上，基于横向位移、横向转角、应变这三种不同测量信号，应用波传递和反射的关系式，分别设计了行波控制器，并推导了时域和频域的控制力。最后对一悬臂梁进行了振动控制，数值算例表明了行波控制是有效的。     

纹影法在超声场成像中的应用

纹影法成像系统具有分辨率高、成像速度快等特点,可以实现稳态声场分布以及声波传播的瞬态过程快速成像。将纹影法应用于瞬态声传播特性以及声子晶体声场的成像研究。在瞬态成像时,记录了单脉冲辐照固体表面产生的泄漏瑞利波和泄漏纵波的传播过程,并且与仿真结果进行比较,两者的泄漏波辐射角较一致。在声子晶体声场的成像中,通过改变入射频率,观察到了声子晶体在其工作频率时背表面的稳态声场,为其俘获颗粒能力的研究与分析提供了直观的实验依据。     

Mapped spheroidal wave-envelope elements for unbounded wave problems

This paper describes a family of axisymmetric, spheroidal ‘wave envelope’ elements for modelling exterior wave problems. They are of variable radial order and can be used to represent steady and transient wave fields. The formulation is presented for the axisymmetric case using elements which are based on oblate and prolate spheroidal geometries. These offer the prospect of reduced dimensionality—in comparison to conventional, spherically formulated elements—when used to represent wave fields in the vicinity of slender or flat objects. Conjugated weighting functions are used to give frequency-independent acoustic ‘mass’, ‘stiffness’ and ‘damping’ matrices. This facilitates a simple extension of the method to transient problems. The effectiveness and accuracy of the method is demonstrated by a comparison of computed and analytic solutions for sound fields generated by a rigid sphere in steady harmonic oscillation, by a rigid sphere excited from rest, and by a circular plate vibrating in a plane baffle. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

机电耦合载荷下的压电层合板瞬态响应分析

针对压电层合板在机电耦合激振下的瞬态响应问题, 提出一种高效混合数值计算方法。经过位移场、 电势场在厚度方向的离散, 利用机电耦合理论和哈密顿原理, 推导出结构的运动方程。引入傅里叶变换, 得到波数域内运动控制方程。应用模态分析方法求解波数域内的位移场和电势场, 对结果进行傅里叶逆变换, 得到空间域内的瞬态响应。以PZT-5A/0° PVDF铺层两相材料复合压电层合板为算例, 分析了力、 电耦合线载荷激励下, 位移场和电势场的瞬态响应历程与分布规律, 计算结果给出了该结构的动力学基本特征。该方法结合了有限元法、 傅里叶变换和模态分析法, 计算高频载荷激振下的压电层合板瞬态响应较一般有限元法大幅减少了单元的划分。该方法可推广至分析任意机电载荷下的各类铺层材料压电层合板瞬态响应问题。