旋转式磁流变阻尼器用于卷料张力模糊控制

为减小收、放卷料时的张力波动,提出用一种新型旋转式磁流变阻尼器作为控制元件的解决方案.确定了该阻尼器的结构,建立了阻尼器的阻尼力矩模型.模型仿真表明:阻尼力矩随电流增大呈指数规律增加,电流较小时近似为线性关系,而在电流大于5A时饱和;阻尼力矩与转轴角速度成正比.提出采用模糊逻辑方法对阻尼器的阻尼力矩进行控制,从而控制张力波动.确定了相应的模糊输入和输出变量,得出模糊控制规则.仿真结果表明:旋转式磁流变阻尼器应用于张力的模糊控制,能够降低张力波动的幅值.     

SMA金属橡胶阻尼器减振效能试验研究

针对所提出形状记忆合金(shape memory alloy-SMA)金属橡胶减振器开展试验研究.通过拟静力试验着重分析探讨了加载频率和位移幅值对SMA金属橡胶减振器中SMA金属橡胶元件的刚度和阻尼特性等力学性能的影响.试验结果表明:SMA金属橡胶刚度随加载频率和位移幅值的增大而增大,能量耗散系数Ψ基本不受加载频率影响,但随位移幅值的增大而减小;并通过地震模拟振动台试验研究探讨SMA金属橡胶减振器的减振效能.     

集成位移传感功能的磁流变阻尼器自感应性能磁场分析

介绍了一种集成位移传感功能的新型磁流变阻尼器结构及其工作原理.采用ANSYS有限元仿真软件分析了与阻尼器动力性能相关的静态磁场,结果表明对激励线圈施加电流值越大,其磁感应强度也越大.同时对阻尼器的自感应性能进行了谐波磁场仿真分析,仿真结果表明自感应电动势幅值与活塞相对位移成线性比例关系;另外,静态拉伸实验结果也表明自感应电动势幅值与位移保持线性变化,实验测量值与理论值偏差整体在10%以内.仿真和实验结果表明所设计的磁流变阻尼器除了具备常规阻尼力可控功能外,还具有位移自感应性能.     

MR阻尼器力学模型的性能试验研究

建立合理的MR阻尼器滞回模型是阻尼器应用于结构振动控制中的重要前提，根据以往学者提出的MR阻尼器的力学模型的优缺点，对2种性能优良而又应用方便的力学模型——修正的Bingham模型和修正的Dahl模型进行了力学性能试验，证明了这2种阻尼器力学模型的有效性与合理性。     

新型防泄漏磁流变阻尼器研发与力学模型

针对磁流变阻尼器漏液问题,提出运用粘弹性材料对磁流变阻尼器端口进行硫化固接,以静态密封取代传统的动态密封,从根本上解决漏液问题。考虑粘弹性材料相对较软而产生凸变形,分析了凸变形对阻尼力影响,引入磁流变阻尼力修正系数,之后推导粘弹性材料挠度曲线。结合平板理论以及粘弹性材料的等效刚度模型,建立了新型磁流变阻尼器的力学模型。将理论计算挠度曲线结果与有限元分析结果进行了比较,验证了挠度曲线的正确性,并通过算例说明所建立的力学模型可以反映粘弹性材料与磁流变液的流固耦合作用,较好地模拟新型磁流变阻尼器的动力特性。     

被动式电磁阻尼器特性研究

为了简单可靠地增加转子系统的稳定性、抑制转子的共振振峰,提出一种新型的被动式电磁阻尼器.基于电磁学原理和阻尼器的工作条件，推导出转子涡动时线圈中波动电流的计算公式,得到了阻尼器的阻尼系数和刚度系数的计算公式.讨论了非叠片转子系统电磁阻力矩的附加功耗问题,并通过数值计算和实验研究了静态电流和转速对阻尼器工作特性的影响. 实验结果表明, 阻尼器的阻尼系数随着静态电流增大而增大、随转速的上升而下降. 随着电流的增加, 由阻力矩引起的附加功耗也迅速上升. 这种阻尼器能有效抑制转子的共振振幅. 被动式电磁阻尼器无需传感器和闭环控制, 稳定性好.     

金属材料干摩擦特性的实验与仿真研究

基于单自由度弹簧阻尼器模型和Mindlin理论模型,通过金属材料干摩擦动态特性实验,得到了干摩擦迟滞特性曲线以及等效刚度与等效阻尼变化规律.随着两接触面间相对位移幅值的增大,摩擦力等效刚度单调下降,并且趋于平缓,而摩擦力等效阻尼则随位移幅值的增大而单调上升,并且在无量纲相对位移幅值为2.0附近达到最大值后随位移幅值的增大而单调下降.通过比较分析实验数据和两种理论模型的计算结果发现,当无量纲相对位移幅值小于1.0时理论模型无法反映系统的刚度与阻尼特性.利用有限元分析软件MARC建立了与实验相一致的有限元预测模型.对比分析表明,有限元模拟结果与实验结果具有较好的吻合程度,有限元方法可以帮助分析工程实际中金属材料的干摩擦特性.     

单轴循环冲击下花岗岩力学特性与损伤演化机理

为研究循环冲击荷载下黑云母花岗岩的动态力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆,选取4种不同的入射波应力幅值对花岗岩试样进行等幅循环冲击,并对相关机理和试验现象进行探析.结果表明:入射波应力幅值为110.57和90.48 MPa时,随着冲击次数的增加,岩样的峰值应力逐渐降低,最大应变、平均应变率和损伤值均呈现增大趋势;入射波应力幅值为70.82 MPa时,花岗岩的峰值应力随着冲击次数的增加表现出先增强后降低的特性,而最大应变、平均应变率与损伤值则表现出相反规律;入射波应力幅值降为50.69 MPa时,岩样的力学性质基本不变,岩样未见明显的损伤.此外,研究还发现基于岩样静态压缩应力-应变曲线推求的静态裂纹起裂应力,经强度增长比例系数放大后可得到动态裂纹起裂应力,籍此能较好地解释上述循环冲击试验中所观测到的现象.     

带定压活门的液压阻尼器建模因素分析

针对现有带定压活门的液压阻尼器模型考虑因素不同、形式不统一等问题,通过分析油液含气和压缩性、阀口液动力、阀口流量系数和等效面积、串油管路阻力和管路部分油液压缩性等因素对液压阻尼器等效阻尼及阻尼力峰值的影响,建立了液压阻尼器定压活门内置与外接时统一的力学模型。将某型带定压活门的液压阻尼器在1、9、26 mm共3种不同激振幅值下等效阻尼及阻尼力峰值的计算结果与实验值进行对比,结果显示,等效阻尼误差分别为-9.994 5 %、0.672 4 %和-2.757 2 %,阻尼力峰值误差分别为-0.457 4 %、1.973 3 %和-4.074 9 %,该结果验证了所建力学模型的准确性。在进行影响因素分析时发现,油液体积弹性模量在低压时对含气量较为敏感,随着含气量的增加急速下降,弹性模量的改变对等效阻尼和阻尼力峰值均有较大影响,特别是在激振幅值较小的情况下表现更明显;阀口液动力对定压活门开启后的阻尼力峰值影响较大,而对等效阻尼的影响较小;阀口流量系数取常量且阀口等效面积简化成阀芯位移的一次函数后对等效阻尼及阻尼力峰值基本没有影响;定压活门外接时,串油管路阻力和管路部分油液压缩性对等效阻尼和阻尼力峰值的影响都不大。     

可调式微型黏滞流体阻尼器理论与试验研究

研制一种微型可调式黏滞流体阻尼器,提供可以调节的阻尼力。通过不同位移幅值、不同频率以及不同循环的加载试验,研究了可调式黏滞流体阻尼器的耗能参数和工作性能。同时,推导出阻尼力的理论计算公式,并与试验结果进行对比,结果表明:可调式黏滞流体阻尼器具有良好的耗能性和抗低周疲劳性能,理论计算与试验结果相近,表明文中提出的阻尼器具有较高的工作稳定性,且具有较好的密封性能。     

足尺宋式摇摆木构架恢复性拟静力试验研究

摇摆木构架是中国传统木结构的主要承载体系。对足尺单跨木构架模型施加3级竖向荷载进行拟静力试验,观察试验时木构架的位移和变形特点,得到木构架在低周水平循环加载下的滞回曲线和骨架曲线,探究其在不同竖向荷载和低周水平循环加载下的结构特性。加载过程中,木柱刚体转动行为明显、柱架层变形集中,卸载阶段木构架能自主回到初始位置。试验结果表明：各级滞回环狭长且重叠,结构构件呈现出刚体运动的特征,结构整体具有一定位移恢复能力;残余位移介于0.28~2.53 mm间,两组位移恢复系数均大于87.1%,随控制位移的增加未出现显著降低,木构架的位移恢复能力良好;初始刚度在控制位移超过屈服位移后趋于稳定;柱架层变形是斗拱层变形的2.95~86.47倍,层间位移集中系数介于1.22~2.03间,且随控制位移的增加先增后降。     

老化与偏心受压下板式橡胶支座抗震性能拟静力试验研究

板式橡胶支座的老化和偏压甚至脱空对桥梁抗震安全至关重要。将板式橡胶支座进行室内老化试验并测得弹性模量,按老化程度和轴压偏心大小共分16个工况,采用拟静力试验对比分析了热老化、偏压脱空及其耦合下支座的抗震性能指标及变化规律。结果发现：偏心受压下支座滞回曲线较为狭长,滞回曲线面积和等效阻尼比减小,水平等效刚度增大;老化后的支座剪切变形量缩减,在给定的位移幅值下,因滑移量占比加大,滞回曲线更为饱满,对应的等效阻尼比增大;老化和偏心耦合状态下的滞回曲线斜率更为平缓,支座耗能能力明显削弱;位于梁端或长期处于偏压状态的普通板式橡胶支座在地震中存在因单向累计滑移过大而脱落的风险。桥梁维护中应对支座底面采取限位措施,并对偏心受压严重的支座进行及时调整。     

支座激励下小垂度悬索动力响应试验及数值模拟

支承于相邻结构间的索网幕墙采光顶受主体结构相对位移振动的不利影响,该位移振动将作为支座激励导致悬索构件发生过度张拉或松弛现象。为研究悬索在端部支座简谐及随机激励下的动力响应,本文首先以综合考虑垂跨比、索力及轴向刚度对悬索振动影响的无量纲变形特征参数ab^2为设计变量,对3组悬索试件开展支座简谐激励下的动力响应试验,通过改变加载幅值和加载频率设置两组加载工况,分析在不同的ab^2下悬索位移和索力响应的变化规律;其次,采用ANSYS软件进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性;最后,以理想高斯白噪声模拟悬索支座随机环境激励,基于已验证的有限元模型计算悬索动力响应,并讨论ab^2、阻尼比及激励强度对位移、索力响应谱及均方差的影响。研究结果表明：1）在两种支座激励下,悬索位移和索力响应均随ab^2、阻尼比的增加而降低,随激励强度的增加而增大,且对于ab^2较大的悬索,其位移和索力响应对支座的随机激励更敏感;2）当阻尼比小于0.1时,随着阻尼比的增加,悬索在随机激励下的位移和索力响应分别降低60.9%和67.5%,此阶段下悬索的动力响应对阻尼比变化的敏感性较高,且增加阻尼带来的抑制效果显著;3）当支座简谐激励和索力相同时,垂跨比的变化对悬索的动位移影响较低,但对索力的影响较大,其中垂跨比较小的悬索索力变化更剧烈。     

水泥混凝土桥面铺装力学行为数值分析

为了分析桥面铺装层的力学特性及其影响因素,结合桥面铺装的结构形式建立了有限元模型,分析了不同水平制动力系数、铺装上下面层材料模量组合及铺装层厚度变化对铺装层内力学状态的影响规律．结果表明,不同的水平载荷对铺装层内的主应力影响较小,而对铺装层内的剪应力影响较大;随着水平载荷的增加,铺装层及防水粘接层内的最大剪应力呈线性增大的趋势;随着铺装层组合模量的提高,铺装层内的主应力变化较小,而层间剪应力相应减小,但变化的幅度较小;增加铺装层的厚度对主应力的影响很小,随着厚度的增加层间最大剪应力减小．研究结果可为桥面铺装材料的选择和结构设计提供理论参考．     

型钢混凝土组合框架力学性能非线性分析

在充分考虑混凝土损伤、材料非线性及单元类型的基础上,建立了由预应力（非预应力）型钢混凝土梁及角钢混凝土柱构成的型钢混凝土组合框架有限元模型,对其在水平荷载作用下的力学性能进行数值分析及试验对比验证。在此基础上,进一步研究了水平荷载作用下组合框架受力的全过程,并对影响此类框架力学性能的主要因素进行了参数敏感性分析。结果表明：组合框架在梁端和柱底部均出现塑性铰,能实现“强柱弱梁”的破坏机制;随着轴压比增大,水平荷载‐位移曲线峰值荷载先增加后减小,峰值荷载对应的位移减小,延性降低;随着长细比增加,结构刚度降低,峰值荷载减小,延性增加。     

非线性电涡流惯质阻尼器力学性能仿真与试验

为提高板式电涡流阻尼器(ECD)的耗能减振效率,融合旋转式电涡流阻尼技术与滚珠丝杠式两节点惯质单元,发展与研制了一种非线性电涡流惯质阻尼器(NEMD).首先阐明了NEMD的整体构造与工作原理,然后综合半理论半仿真分析、三维电磁场有限元仿真分析与样机力学性能测试,获得了NEMD的轴向出力特性,提出了旋转式电涡流阻尼计算分析方法,最后总结建立了NEMD的两阶段设计方法.结果表明:NEMD实现了阻尼器惯性质量与电涡流阻尼的双重增效,显著提升了ECD的耗能减振效率;随着NEMD轴向速度的增加,电涡流阻尼力表现出先上升后下降的非线性特征;综合半理论半仿真与三维电磁场有限元仿真的电涡流阻尼力预测方法可以满足NEMD设计要求.     

不同固化剂含量改良砂土力学特性数值模拟

对不同固化剂含量条件下的改良砂土进行室内无侧限单轴压缩试验,利用颗粒流数值模拟软件建立对应数值模型并进行数值模拟试验。通过研究不同固化剂含量下试样在不同加载阶段的微观破坏机理,发现固化剂的含量显著影响试样的抗压强度、抵抗变形能力以及试样破坏的宏观模式。随着固化剂含量的增加,试样的峰值强度、弹性模量均增大,而峰值应变减少。根据微观裂隙、接触力链及颗粒位移场的发育演化过程可以看出,随着固化剂含量增多,试样容易出现应力集中现象,发生局部破坏,破坏面由整体贯穿逐渐变为局部压碎破坏,破裂后力链弯曲程度由大逐渐变小,颗粒位移方向由紊乱分散逐渐均匀有序,试样的破坏模式由拉剪复合型破坏为主过渡到剪切破坏为主。     

薄壁衬层再生复合管材层间界面力学行为分析

本文通过带腐蚀缺陷管道钢与薄壁衬层单面粘结试件的拉剪试验和T形板面粘结试件的法向拉伸试验,对薄壁内衬再生复合管材层间界面力学行为进行研究。单面粘结试件切向力作用下,随着带腐蚀缺陷管道钢腐蚀程度的增加,粘结层与基层管道钢剥离所占的比例逐渐减小,层间极限承载力逐渐增大,界面粘聚力随着腐蚀损失率的增加略有增加,但随着粘结材料失效所占比例的增加,这种增加趋势慢慢趋于平缓,层间界面切向破坏以粘结材料内聚力失效为主。利用差值法建立复合管材层间界面切向应力位移“双线性”本构关系模型。T形板面粘结试件的法向拉伸试验结果表明,试件法向力作用下的破坏形式基本相同,破坏以粘结层内聚力失效破坏为主,界面法向应力位移变化关系也可简化为“双线性”界面法向应力位移本构关系模型。基于“双线性”本构关系模型及试验结果,建立了带腐蚀缺陷管钢修复后的有限元分析模型。通过与试验结果对比分析得出“双线性”界面内聚力模型在有限元模型分析中能够准确模拟薄壁内衬复合管材层间力学性能。研究内容和结果可为埋地管道非开挖连续内衬修复技术提供理论依据。     

发动机曲轴与正时系耦合动力学研究

为了研究发动机曲轴与正时系的耦合作用,建立曲轴的多弹性体动力学模型,得到了曲轴的扭转振动、曲柄臂圆角的动态应力以及主轴承的弹性流体动力学结果.单独建立了正时系的多体动力学模型,分析了同步带内力及带与各带轮的啮合力.通过联合仿真的方法将曲轴与正时系耦合起来,考虑曲轴正时带轮的力、力矩以及位移的相互作用,得到了曲轴与正时系的耦合动力学结果.结果表明：耦合作用下的曲轴扭振幅略有增加,第一主轴承所受弯矩的变化增加了最大油膜压力以及减小了最小油膜厚度,第一曲柄臂圆角最大应力增加了39%,而正时系动力学受曲轴的影响较小.曲轴扭振实验验证了耦合模型更符合发动机的实际工况.