缓冲空气垫静态刚度研究

以柱状空气垫为研究对象,在几何压缩模型的基础上,基于准静态压缩中空气垫内气体变化为等温过程,建立了气垫静态刚度与气垫内初始相对内压、压缩变形量关系的理论模型;取规格不同、初始内压相近及规格相同、初始内压不同的空气垫,通过准静态压缩试验,得到了静态刚度并与理论值进行了比较。研究表明,当压缩量较小时,理论模型对空气垫静态刚度的预测较为准确。     

柱形空气垫静态压缩几何模型研究

目的 研究柱形空气垫静态压缩缓冲性能,将理论几何压缩模型进行试验验证,证明可行性。 方法 根据柱形空气垫受压变形特征,推导出几何压缩模型理论公式,对不同宽度、不同充气压强的柱形空气垫进行静态压缩试验,用拓色法计算理论面积,将试验曲线与理论曲线进行对比。结果 随着压缩位移的增加,接触面积曲线的理论值与试验值呈线性关系,在宽度相同的情况下,充气压强的增大导致接触面积曲线的理论值与试验值吻合程度下降;相同宽度、不同压强的柱形空气垫载荷位移曲线很接近,显示出规格才是影响柱形空气垫缓冲性能的主要因素。结论 所提出的柱形空气垫静态压缩几何模型可行。     

空气垫几何压缩模型的研究

以空气垫为研究对象,基于已有的压缩变形圆柱模型,提出新的空气垫几何压缩模型.采用准静态压缩试验,得到不同规格的空气垫压缩后的接触面积和压缩载荷特性,并与模型理论值比较.结果表明,圆柱模型适合表征尺寸规格较小的空气垫,而改进模型适合表征尺寸规格较大的空气垫.     

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

柱状塑膜空气垫承载与缓冲性能的试验研究

针对不同规格的柱状塑膜空气垫进行准静态压缩实验,测定其承栽力-变形特性,分析充气压力、结构尺寸对空气垫的承载、缓冲性能影响.结果表明:随着充气压力的增大,空气垫承载力有所提高,对小规格空气垫,充气压力对承载力影响较为显著,但随着规格尺寸增大,其影响显著性降低;空气垫材料有良好的缓冲性能;当承载应力较小时,空气垫缓冲系数变化幅度很大;而当承载应力到达一定值时,空气垫表现出较稳定的缓冲性能.     

空气垫静态缓冲性能的数值模拟

目的采用有限元数值模拟方法研究空气垫在静态压缩时的力学性能,以便更直观、系统地了解空气垫的静态压缩力学行为。方法以柱状空气垫为对象,建立空气垫的静态压缩物理模型和力学模型,并基于该有限元模型模拟该结构的静态压缩过程,分析结构尺寸和充气压力对其静态缓冲性能的影响,得到空气垫在不同压缩量下的应力分布规律和变形特点。同时,将试验结果与模拟结果进行对比。结果空气垫的变形是从接触钢板的地方开始的,上下位置同时被压缩,有限元分析结果与试验结果吻合良好。结论所建立的有限元模型和数值模拟方法结果准确、合理。     

高温后钢管RPC抗冲击压缩特性与极限强度计算

采用φ74 mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）试验装置对30块高温后的钢管活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube,简称钢管RPC）进行了不同应变率的冲击压缩试验,得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变关系和破坏形态,提出了高温后钢管RPC动态峰值应力和峰值应变预估方法。结果表明,高温后钢管RPC具有明显的应变率效应,经历高温作用后的钢管RPC仍保持较高的强度,较好的延性和整体性。含钢率对钢管RPC动力性能有显著影响,初始弹性刚度和峰值应力随含钢率提高而明显增大。理论计算结果与试验结果吻合良好,能够较好预测高温后钢管RPC的动态峰值应力和峰值应变。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性及破坏模式试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行不同围压与不同应变率下三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT - 150C试验机也进行了部分准静态下三轴压缩实验.根据实验结果,分析围压对砂岩动态冲击性能的影响,并讨论冲击过程中岩石的破坏模式.研究结果表明,在围压一定情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同情况下,岩石的动态压缩强度与弹性模量会随着围压的增大而增大.岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大.岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,且递增的程度随围压的增加而增加.三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式.     

充气压力对空气衬垫缓冲防护性能的影响研究

为分析充气压力对空气衬垫缓冲防护性能的影响,综合空气垫薄膜材料的拉伸变形和气室的压缩变形,建立了空气垫的冲击压缩力学模型。分析表明增大充气压力的总体效果是将使气垫的动刚度、承受的冲击载荷下降。原因是增大充气压力将使气垫薄膜在冲击过程的拉伸变形增大,气垫的体积比V0/Vt减小,而体积比在动刚度模型中是比充气压力更高阶的项。结合空气垫的弹性变形吸能机理分析,表明气垫薄膜的弹性变形可延长冲击载荷作用时间和吸能时间,从而提高空气垫的缓冲防护性能。对不同充气压力和气室宽度的空气垫,用7.5 kg的重锤进行冲击试验,结果表明:在不超过薄膜弹性限值的前提下,增大气垫的充气压力可降低气垫承受的冲击载荷峰值,提高气垫的缓冲防护性能,充气压力每增加20 k Pa,冲击载荷峰值降低10%以上。     

空气垫缓冲包装承载性验证及影响分析

正空气垫是一种应用广泛的缓冲包装材料,集经济环保效益于一体。承载性,是其缓冲效果重要决定因素,通过静态压缩试验和动态压缩试验能实现该性能的数据化表征。通过分析发现,空气垫缓冲包装的诸多工艺参数和流通环境,如薄膜材料的拉伸性、包装整体的密封质量、充气压力等,都会在一定程度上影响其承载性     

粒状发射药动态破碎研究进展

综述了落锤冲击试验、空气炮试验、分离式霍普金森压杆试验和动态挤压物理仿真试验等在发射药动态破碎研究中的应用状况,介绍了破碎度法、动态活度比法和燃烧渐增因子法等发射药破碎程度的描述方法,并提出建议:在冲击载荷条件下发射药床不同位置药粒的受力特点以及药粒的本构模型和破碎模型还需进一步研究,为描述发射过程中发射药破碎规律提供理论基础。     

船用齿轮箱动态响应及抗冲击性能数值仿真

采用三维冲击／动力接触有限元法计算轮齿的时变啮合刚度和啮合冲击激励，用简谐函数模拟齿轮误差及外部加速度激励。综合考虑由轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励引起的内部动态激励以及由冲击加速度引起的外部激励的影响，建立了齿轮箱动力分析有限元模型。应用I—DEAS软件计算了齿轮箱的固有模态，并对齿轮箱承受内部激励和外部激励时的动态响应进行了数值仿真，得出了各种激励下齿轮箱的动态应力，为船用齿轮箱抗冲击能力的确定提供了理论依据。     

环形油腔液体静压推力轴承动态特性的影响因素研究

液体静压推力轴承的动态特性直接决定了其运行状态的稳定性,而油腔结构和节流方式是影响其动态特性的重要因素。为此,基于小扰动法将环形油腔液体静压推力轴承的Reynolds方程分解成动态方程和静态方程,分别求解得到小孔和毛细管节流方式下其油膜刚度和阻尼系数的解析表达式。同时,通过开展油膜刚度测量实验来验证理论计算结果的正确性,两者之间的相对误差小于15%。理论计算结果显示：对于液体静压推力轴承,环形油腔优于圆形油腔,小孔节流优于毛细管节流。通过分析油腔面积和油腔位置对小孔节流环形油腔液体静压推力轴承油膜刚度和阻尼系数的影响规律发现,当内、外径等基本结构参数确定时,调整油腔的面积和位置可以有效优化该轴承的动态特性系数。研究结果有助于以动态特性为目标的液体静压推力轴承的结构优化设计。     

Sloshing effects on supersonic flutter characteristics of a circular cylindrical shell partially filled with liquid

This paper aims to revisit the effect of sloshing on the flutter characteristics of a partially liquid-filled cylinder. A computational fluid-structure interaction model within the framework of the finite element method is developed to capture fluid-structure interactions arising from the sloshing of the internal fluid and the flexibility of its containing structure exposed to an external supersonic airflow. The internal liquid sloshing is represented by a more sophisticated model, referred to as the liquid sloshing model, and the shell structure is modeled by Sanders' shell theory. The aerodynamic pressure loading is approximated by the first-order piston theory. The initial geometric stiffness due to prestresses in the initial configuration stemming from the fluid hydrostatic pressure, internal pressure, and axial compression load is also considered. The obtained results reveal that the sloshing of the internal fluid has little influence on the supersonic flutter boundary of a cylinder partially filled with liquid, at least for the case considered here. It is also shown that the critical freestream static pressure predicted by the sloshing model is negligibly larger than that calculated by the hydroelastic model of the internal fluid, which means that the sloshing of the internal fluid slightly overestimates the flutter boundary.     

螺栓与被连接件间轴向相对刚度的修正计算

螺栓连接结构的载荷分配比例和螺栓与被连接件间的轴向相对刚度密切相关。为了更准确地求解螺栓连接结构中螺栓与被连接件间的轴向相对刚度，基于被连接件垂直于螺栓轴的各受压层压应力均匀分布与非均匀分布形式下的轴向压缩变形量解析式，结合有限元仿真结果，提出了被连接件压缩变形体起始直径的修正公式及轴向压缩变形量的修正解析式。通过提取仿真应力值，对压应力理论修正方程、压应力仿真拟合方程进行积分计算。对比计算结果发现：用仿真拟合方程计算得到的被连接件压缩变形体轴向压缩变形量与用理论修正方程计算得到的变形量的误差小于2.5%，这说明用仿真拟合方程求解被连接件压缩变形体的轴向压缩变形量具有较高的精度。研究结果表明：修正起始直径与夹紧长度、螺栓头与螺母支承面直径呈线性关系。压应力非均匀分布下，用被连接件压缩变形体轴向压缩变形量的修正解析式求解螺栓与被连接件间轴向相对刚度时，误差小于2%，表明该修正解析式能够较为准确地计算螺栓与被连接件间的轴向相对刚度。在修正起始直径的基础上，基于被连接件各受压层压应力非均匀分布的轴向相对刚度计算结果比基于均匀分布的更准确。研究结果为理论研究和实际工程中准确分析螺栓的受力情况提供了一定参考。     

Finite element method applied to the supersonic flutter of circular cylindrical shells

The application of the finite element method to the supersonic flutter of circular cylindrical shells subjected to internal pressure and axial compression is presented. A circular cylindrical shell element is used. The element stiffness, mass and initial stiffness matrices are given. The element aerodynamic matrix is derived based on a first order high Mach number approximation to the linear potential flow theory. The eigenvalue problem is solved by the QR algorithm. Numerical results are presented and these are compared with analytical solutions and experimental data.     

双自由度离心振动系统的动力耦合分析

本文揭示了刚体转动对由质量和弹簧组成的双自由度振动系统的频率、模态和动力响应造成的影响,可为一般弹性体和结构的离心振动耦合动力学分析提供重要指导。离心振动系统存在两阶动频,随刚体转速的增加,第一阶动频线性减小而第二阶动频线性增加。质点的动力响应表现为质点运动轨迹的动态演化,决定于振动初始条件、刚体转速、初始偏心位置、振动刚度等四个因素。质点的运动轨迹由非偏心振动和偏心振动两部分构成,非偏心振动依赖于振动初始条件和刚体转速以及振动刚度,偏心振动取决于初始偏心位置和刚体转速以及振动刚度但与振动初始条件无关。根据对动频和质点运动的分析,提出了双自由度离心振动系统的最大刚体转速和临界转速。     

基于高速图像测量技术的缓冲材料缓冲性能的表征

有效表征缓冲材料的缓冲特性对于优化设计缓冲包装十分重要。采用动态缓冲系数表征材料的缓冲性能是一种非常有效方法。基于动态压缩实验和高速图像测量技术,测量了发泡聚乙烯缓冲材料冲击过程中的动态应力—应变曲线,由此得到不同应力水平情况下单位体积的动态变形能和动态缓冲系数,从而直接表征了泡沫材料的动态缓冲性能,为缓冲包装设计提供了重要的基础数据。     

92负刚度蜂窝结构压缩性能分析

为准确开展以黏弹性材料为载体的负刚度蜂窝结构数值模拟研究,提出一种基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构压缩性能数值模拟法。进行了尼龙12的动态机械分析(DMA)测试,基于广义Maxwell模型拟合实测动态模量数据,得到反映尼龙12动态黏弹性的无量纲模量g_i和松弛时间τ_i。建立了负刚度蜂窝结构的有限元模型,基于实测的动态黏弹性参数,进行压缩性能的数值模拟研究,并同压缩试验结果进行比较,验证了数值模拟的准确性,利用数值模拟研究几何参数对结构压缩性能的影响规律。结果表明,基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构数值模拟分析法可较准确模拟结构的压缩性能,为预测负刚度蜂窝结构的力学性能提供帮助。