梁系结构二阶分析的单元模型

以梁单元平衡微分方程为基础,推导了考虑剪切变形影响的空间梁单元位移插值函数,用于模拟结构中无轴力的杆件.利用Maclaurin级数统一了空间梁柱单元在拉、压两种情况下的不同位移插值函数,与稳定函数表示的位移插值函数等价,用于模拟结构中有轴力的杆件.推导了包含轴向变形、剪切变形、双向弯曲、扭转及其耦合效应的二阶单元切线刚度矩阵.从计算精度与总体刚度矩阵的正定性两方面考虑确定了位移插值函数中级数的展开项数.对承受不同轴压力的悬臂梁梁端位移进行计算,表明所提出的单元模型可以很好地体现二阶效应的影响.利用不同单元模型对单层柱面网壳进行对比分析,表明所提出的梁系结构二阶分析单元模型具有较高的计算精度与效率,可以很好地反映单层柱面网壳的几何非线性.     

用新型非线性刚度矩阵分析高层结构

本文推导了柱单元受大轴力和单元变形过大两种情况下的单元几何刚度矩阵,并进而推导出考虑柱端塑性区区段长度影响的柱单元弹塑性刚度矩阵,最后给出了应用几何刚度矩阵计算高层框筒结构的数值算例。     

连接件变形对粘弹性单元刚度矩阵的影响

分析了粘弹性材料在简谐干挠和非简谐干扰下的应力应变关系,介绍了不计连接件变形的粘弹性单元刚度矩阵,分析了连接件变形对粘弹性单元刚度矩阵的影响,指出了这种刚度矩阵的不足.为了提高计算精度,分析了连接件变形、粘弹性材料变形和总的变形的关系,在此基础上,给出了相应的修正公式,导出了考虑连接件变形情况下粘弹性单元刚度矩阵,该刚度矩阵同样可以用直接刚度法装配结构刚度矩阵.     

考虑预紧力和接触角变化的直线滚动导轨副刚度建模与分析

为了求得任意外载荷对滚珠直线导轨副各个方向的变形量的影响,运用齐次变换矩阵建立了滚珠直线导轨副的接触刚度模型.该模型分析了滚珠直线导轨副在预紧力和接触角变化的情况下,不同列滚珠受载的弹性变形量的大小,分别得到了一定载荷下滚动导轨副沿垂直方向和水平横向上的变形量和绕3个正交轴旋转的偏转角.进而,得到滚动导轨副的垂直、水平横向2个方向上的线性刚度和3个方向的扭转刚度.对所建模型进行了仿真计算与分析,并与实际情况对比,找到了直线滚动导轨预紧力和接触角对其刚度的影响规律.     

弹簧丝横截面上各内力对锥形弹簧刚度的影响

横截面上的内力包括扭矩、弯矩、轴力和剪力。锥形螺旋弹簧刚度的经典表达式由外力所做功等于弹簧丝的扭转变形能获得,但经典表达式未考虑弹簧丝倾斜度与弹簧丝弯曲变形的关系及其对弹簧刚度的影响,也未考虑弹簧径径比（弹簧丝直径d和锥形弹簧圈最大半径R1之比d/R1）与弹簧丝剪切变形的关系及其对弹簧刚度的影响。求解弹簧丝在扭转、弯曲、剪切以及轴力作用下的组合变形能,利用外力功等于弹簧丝的组合变形能,推导出包含弹簧丝倾斜度及弹簧径径比影响的弹簧刚度表达式,该锥形弹簧刚度表达式可退化为圆柱弹簧刚度计算式、可退化为锥形螺旋弹簧的经典表达式。当弹簧丝倾斜度和弹簧径径比较大时,由锥形弹簧刚度经典表达式得到的计算值与有限元仿真结果的误差达7%,而新给出的锥形弹簧刚度表达式计算值与有限元结果的误差在1%之内,新给出的锥形螺旋弹簧刚度表达式对锥形螺旋弹簧的工程设计和应用具有指导意义。     

基于残余力向量法的桁架结构损伤直接识别法

提出一种基于残余力向量理论的桁架结构损伤直接识别方法.先由灵敏度分析,求出结构刚度联系矩阵,再由刚度联系矩阵将损伤后的刚度摄动矩阵展开成对角矩阵,代入残余力向量方程,得到由刚度联系矩阵表示的新残余力向量方程,经过整理,此方程可以直接求解,即可得到各杆件刚度的损伤量,由此可识别出桁架结构的损伤杆件及其损伤程度.最后以一桁架结构模型进行数值仿真分析.结果表明,该方法具有计算简单,计算量小等优点,仅需损伤后第一阶模态参数,就能够准确识别出结构的损伤情况,证实了该方法的有效性.     

剪切变形对基桩P-Δ效应的影响

给出了小剪切变形下的基桩P-Δ效应和大剪切变形下支座P-Δ效应计算的杆单元刚度矩阵方程。假定杆单元弯曲变形位移函数为三次幂函数,剪切变形函数为线性函数,根据有限元法一般原理,推导了一种同时计入竖向力径向剪切分力剪切变形和水平力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程,推导了一种仅计入竖向力径向剪切分力剪切变形而忽略水平力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程,推导了一种仅计入水平力剪切变形而忽略竖向力径向剪切分力剪切变形的P-Δ效应杆单元刚度方程。计入水平力剪切变形而忽略竖向力径向剪切分力剪切变形的P-Δ效应杆单元可良好的模拟支座在大剪切变形下的偏心工作特性,能实时计入其偏心弯矩影响,为实时计入支座偏心特性的结构动静力分析提供了理论支撑。最后通过自编MATLAB程序进行算例分析,结果表明,计入支座大剪切变下的P-Δ效应后,基桩内力位移和地基土压力均显著增大。基桩自身剪切变形对桩身内力位移和地基土压力影响较小,可以忽略。     

连接件变形对粘弹性单元刚度矩阵的影响

分析了粘弹性材料在简谐干挠和非简谐干扰下的应力应变关系,介绍了不计连接件变形的粘弹性单元刚度矩阵,分析了连接件变形对粘弹性单元刚度矩阵的影响,指出了这种刚度矩阵的不足。为了提高计算精度,分析了连接件变形、粘弹性材料变形和总的变形的关系,在此基础上,给出了相应的修正公式,导出了考虑连接件变形情况下粘弹性单元刚度矩阵、该刚度矩阵同样可以用直接刚度法装配结构刚度矩阵。     

梁元修正拉格朗日法的刚体检验和节点力计算

分析梁单元修正拉格朗日法的刚体检验和增量节点力计算.根据欧拉 伯努利假定,推导考虑2阶效应的截面转角表达式,得出转角不仅与横向位移导数有关,还与轴向位移导数有关.采用虚功原理,推导出符合刚体检验的几何刚度矩阵,指出几何刚度矩阵不满足刚体检验的原因是采用了转角与横向位移导数的线性假定.分析多种计算增量节点力的方法;利用同一刚度矩阵计算增量节点位移、增量节点力,得出欲求构形的节点力向量后,必须通过由已知构形到欲求构形的近似坐标变换得到欲求构形单元的轴力、剪力、弯矩和扭矩.数值计算结果表明,采用切线刚度矩阵计算增量节点力的方法是有效的,几何刚度矩阵通过刚体检验与否对计算结果无明显影响.     

带刚性域并考虑剪切形变的杆件单元刚度矩阵和固端力

本文推导了带刚性域并考虑剪切变形的杆件单元刚度矩阵和固端力。单元刚度矩阵具有通用性,可使离散杆件数不增加,节省了占用机器的内存。同时把各种荷载作用下的固端力公式列在表中,可供编制程序使用。最后讨论了考虑剪切变形和刚性域对固端力的影响。     

空气中电火花沉积微螺旋结构的研究

为深入研究电火花沉积微型结构方法,提出了一种新的微细电火花沉积方法.对微细电火花沉积加工的基本原理进行分析,预测了其实现条件,使用通用的电火花成形加工机床,在空气介质和特定电参数下用铜电极可以沉积出微三维螺旋结构.实验得出了电参数和工作介质对微螺旋结构的影响.在只使用z轴进给的情况下,在高速钢工件表面沉积出外径为0.19 mm、线径为0.1 mm,高度为3.39 mm的19圈微螺旋结构.测试显示微螺旋材料呈明显的分层结构,具有较强的耐腐蚀性,其成分取决于工具电极材料,但电极中的Zn被氧化为ZnO.此外,在实验基础上对微螺旋结构的形成进行了初步探讨.     

Experimental study of MWEDM technology

This work deals with an experimental investigation of the machining characteristics of Micro Wire Electrical Discharge Machining (MWEDM). The MWEDM process consists of only one cutting operation yawing with machining conditions. Experimental results show that the peak current and pulse duration have an obvious influence on surface roughness and machining time, and they also have an optimum value for the highest cutting speed. The servo reference voltage influences the surface roughness and machining time as well. In particular,the surface characteristics of work-pieces and a micro wire electrode were analyzed in detail too. Utilizing a micro wire electrode with diameter 30μm, MWEDM can machine a micro slot 38μm wide, which proves that the discharge gap can be controlled not more than 4μm. It can also machine micro gears respectively with a module 40μm, thickness lmm, and a module 100μm, thickness 3.5mm. All kinds of micro shaped holes and complex micro parts can be easily machined as well.     

索杆张力结构的构件长度误差效应

针对构件长度误差会造成索杆张力结构的实际预张力偏离设计值这一问题,建立构件长度误差效应分析问题的数学模型,采用悬链线索单元及精确协调方程以确保计算精度.利用动力松弛法来进行求解,避免了刚度矩阵的建立.建立反映预张力偏差和长度误差关系的敏感性矩阵.考虑到结构的实际施工成形是以张拉索索力来控制的,基于牛顿法提出存在索力约束条件的长度误差效应求解方法.以一个实际工程中的索 桅杆张力系统作为算例,通过4种不同张拉方案下的长度误差效应敏感性分析,表明了索杆张力结构的张拉方案评价必须考虑长度误差效应的控制效率.     

Effect of Tension on Friction Coefficient Between Lining and Wire Rope with Low Speed Sliding

In order to obtain the exact friction coefficient between lining and wire rope, the tension of wire rope is studied as a factor which affects this coefficient. A mechanical model of a wire rope subjected to axial load was established to determine the torque of the wire rope. The contact motion between lining and wire rope was regarded as a screw rotation and the axial force of the lining resulting from the torque of the wire rope was analyzed. Theoretical formulas relating tension of the wire rope and the friction coefficient was obtained. Experiments between lining and wire rope with low sliding speed were carried out with friction tester made by us. Experimental results show that increment of the friction coefficient is proportional to that of the tension of the wire rope with a low sliding speed. The experimental results agree with the theoretical calculation; the errors are less than 6%, which oroves the validity of the theoretical model.     

钢丝绳在箕斗装载过程中的纵向振动行为研究

以矿井提升装载过程中的箕斗和钢丝绳为研究对象，建立了变质量箕斗的运动微分方程及钢丝绳的纵向振动微分方程．通过振型叠加和数值计算，分析了装载过程中钢丝绳的动位移、速度、动张力和末端载荷．结果表明：随着下落煤流量和速度的减小，动位移、动张力、速度以波动形式衰减且速度衰减明显，末端载荷以波动形式增加；装载前的初始值对波动幅值具有较大的影响；波动的频率随着装载进行而减小．装载时，采用适当的初始值及下落煤流量能够减小钢丝绳纵向振动幅度，有助于测得的载荷较准确地反映箕斗及煤的重量．     

橡胶隔震支座拉伸性能试验研究

为了正确评价橡胶隔震支座拉伸性能以及拉伸状态时计算模型的合理性,基于橡胶隔震支座拉伸应力应变关系曲线,提出了拉伸刚度应力应变关系的计算模型,对橡胶隔震支座竖向拉力和拉伸变形性能,拉伸剪切变形状态下偏拉原点刚度、水平刚度和阻尼与剪切应变关系进行了试验研究．结果表明,本文建立的计算模型与试验结果吻合较好．因此,在隔震支座所受拉伸应力不大于3倍橡胶剪切模量的条件下,支座的力学性能稳定．     

基于线性回归与检验的不规则构件精确刚度矩阵建模

传统刚度分析方法只能得到规则结构的刚度解析表达式,而针对不规则构件,通常采用将复杂构件简化为规则件的办法求解,由于过度简化得到的刚度矩阵精确度下降。为了便于进行面向刚度的机械系统参数优化设计,必须解决不规则构件的规范化刚度矩阵求解问题。以3-URS（U-虎克铰、R-转动副、S-球铰）并联机构中U型轴复杂构件为例,提出一种基于多元线性回归原理求解复杂构件刚度矩阵的方法。将刚度矩阵的每个元素看作回归系数,采用ANSYS分析得到力和位移值的多组数对,基于多元线性回归理论求解回归系数,并将其组成6×6的刚度矩阵。由于该刚度矩阵主要应用于后续的刚度矩阵叠加,为降低计算难度,提高计算效率,在保证一定精度的前提下,对回归方程中的每一个回归系数作t检验,剔除不显著变量,对方程形式进行简化。对简化后的方程进行F检验和拟合优度检验,验证方程的回归效果。应用该方法求解了U型轴复杂构件的刚度矩阵,通过实验给出了24组样本数据,依据多元线性回归分析得到6×6刚度矩阵,进行t检验后部分矩阵元素变为零,在对其进行F检验和拟合优度检验后得到机构的刚度矩阵。在相同外力作用下,对构件变形量应用该理论计算得到的刚度矩阵的理论计算值和ANSYS分析值进行了对比,结果表明最大误差仅为0.11%,验证了方法的准确性。     

节点刚度对钢框架力学性能的影响分析

基于力法方程推导得出梁柱节点刚度对半刚性连接钢框架整体力学性能的影响,确定了当框架承受均布荷载时,节点刚度与框架内力、变形的关系,并得到能使框架内力和变形处于最合理分配时的节点刚度。利用通用有限元软件ANSYS模拟计算了框架承受静荷载和动荷载时的内力和变形,计算结果验证了理论推导的正确性。     

永磁微加速度开关设计与仿真

基于永磁铁磁力随位移的非线性变化特性,提出了一种新型磁力微加速度开关设计方案．建立了含有永磁力、气膜阻尼力、表面接触力、惯性力的开关系统动力学分析模型,给出了质量块在开关多种工作状态下的运动微分方程．对开关工作过程中质量块位置、永磁力、空气阻尼力、质量块与触点接触力等参数的变化规律进行了仿真,结果表明：该设计可以受控于加速度门限完成闭合-断开功能;微开关系统阻尼由质量块与封装外壳间隙厚度决定,为一变阻尼系统;开关闭合时电接触可靠性取决于质量块对触点的压力;开关闭合和截止所需的激励加速度门限值受永磁铁磁力和支撑梁刚度参数的控制．