均压槽与静压气体轴颈轴承承载特性的关系研究

主要研究通过开设不同结构形式的均压槽来提高静压气体轴颈轴承的承载能力和刚度,利用加权余量法和有限元离散化方法求解雷诺方程进行数值计算和仿真,针对单排孔和双排孔轴颈轴承,分析不同长度的周向均压槽,以及不同数量、不同位置和不同长度的轴向均压槽对轴承承载能力和刚度的影响规律。结果发现:开设周向均压槽和轴向均压槽都可以提高轴承的承载能力,相比开设周向均压槽,开设轴向均压槽对提高轴承的承载能力更为有效,而且只开设一条或两条轴向均压槽就能显著提高轴承的承载能力,通常将轴向均压槽置于气膜间隙较小的位置时能使轴承的承载能力和刚度最大。数值仿真结果通过试验进行验证,研究结果可用以指导高承载和高刚性静压气体轴颈轴承的设计。     

柔顺机构PRR伪刚体模型的研究

在已有伪刚体模型的基础上,将柔顺机构里大变形柔顺杆的轴向变形和横向变形的影响都考虑进去,增加伪刚体模型的自由度,提出一种具有两个转动副和一个移动副的多自由度伪刚体模型。该模型将4个不同长度的刚性杆件用一个拉压弹簧和两个不同刚度系数的扭转弹簧依次连接,进而建立柔顺机构中大变形柔顺杆的PRR伪刚体模型。模型的参数运用二维搜索和线性回归法求得。通过数值分析计算,将该伪刚体模型与1R、和PR伪刚体模型以及柔顺杆的末端轨迹进行分析对比,验证了PRR伪刚体模型能够更加精确地反映柔顺杆末端轨迹的变形特征。     

起重机超静定杆系结构弹性稳定分析中的有限元误判与应对

运用精确有限元理论的单元刚度矩阵来分析桁架结构的稳定性问题,推导了桁架结构临界失稳的判别式.结合判别式从理论上阐述了结构发生失稳的2种不同类型,并解释了有限元软件分析超静定桁架结构稳定性出现误判的原因.通过对有限元方法求解稳定问题的实质和过程进行分析,提出了解决有限元软件误判的方法,运用单元撤换法处理局部失稳后的系统模型,更准确地评估结构稳定性承载能力.利用基于ANSYS软件二次开发程序,改进了应用有限元软件分析超静定结构稳定性的方法,以获取超静定杆系结构真实的临界失稳载荷.     

基于分子电流法轴向永磁轴承轴向刚度的分析

轴向刚度分析是永磁轴承设计过程中的重要环节,现有的几类模型计算结果与实测结果存在一定的误差.使用基于分子电流法分析计算轴向永磁轴承的轴向刚度时,由于分子电流法在计算轴向力时需要求解四重积分,计算周期长,甚至不能获得解析解,因此采用蒙特卡罗算法来近似计算轴承的轴向力,使求解过程简单化.通过与有限元法数值解进行比较表明,分子电流法建模可较准确地分析轴向永磁轴承轴向刚度,运用蒙特卡罗算法求解方程,突破了分子电流法难以工程应用的技术难题.     

细长压杆失稳时最大挠度的确定

针对国内工程力学教材普遍认为细长压杆失稳变形挠曲线线性化方程中的挠度值不确定的错误观点,指出其对细长压杆失稳变形挠曲线线性化方程推导存在误区,以两端铰支细长压杆为例,建立了其失稳变形挠曲线线性化方程后,又考虑了压杆失稳后两端截面形心产生轴向位移参数,通过消参,确定了细长压杆失稳时最大挠度值。结果表明：压杆失稳后两端截面形心产生轴向位移以及临界压力的确定这两个条件缺一不可才能在线性化下确定细长压杆失稳时最大挠度值,挠度值的大小与轴向压力直接有关。     

可展收豆荚杆刚度及收展过程力学分析

大变形薄壁可展收复合材料结构由于其良好的力学性能和折展功能,适用于空间探测领域.针对空间豆荚杆可展收结构,开展了不同构型参数、不同铺层方式下的豆荚杆刚度及稳定性分析.通过悬臂豆荚杆的弯曲与扭转试验验证了数值模型的正确性.采用显式非线性分析方法,对豆荚杆盘卷收拢过程进行了准静态数值模拟.结果分析表明,豆荚杆截面半径越小,铺层厚度越厚,收拢过程的应力水平越大;盘卷的卷筒直径越小,收拢过程的应力水平越大.分析结果为空间可展收豆荚杆的设计提供了理论依据.     

高刚度卧式空气静压主轴优化设计

采用数值方法对高刚度卧式空气静压主轴进行优化设计,并通过实验进行验证。通过数学变换,将气体润滑Reynolds方程的一般形式变换成标准的椭圆型偏微分方程形式,再以MATLAB软件中的PDE工具箱为求解器,编制迭代计算程序,实现空气静压主轴的静态性能计算。分析结构参数对主轴性能的影响,得到最优的主轴结构参数;通过实验测试了优化后主轴的轴向和径向刚度,实验结果验证仿真方法的准确性。     

空间轻钢框架结构的抗震性能分析方法探讨

根据空间轻钢结构的特点，提出了考虑约束扭转的三维简化塑性铰梁柱单元模型的方法。根据杆层模型和所提出的简化塑性铰模型非线性刚度方程，推导了空间轻钢结构的振动方程，编制了三维空间轻钢结构材料非线性动力计算程序。通过计算结果与ANSYS分析结果进行比较，验证了该方法的正确性。根据分析结果提出了改善非对称空间轻钢结构抗震性能的建议。     

一种利用Neumann级数展开的刚度变化率损伤识别方法

提出了一种用于工程损伤识别的刚度变化率方法。通过Neumann级数展开导出了损伤结构刚度相对变化率矩阵,将损伤位置的刚度损失视为附加的虚拟刚度,由刚度变化率的矩阵变换即可得到损伤程度的估计,该方法具有简洁的表达形式和较高的计算效率。通过三维机翼刚架模型的仿真算例对该方法进行了验证,结果表明,利用少数低阶模态即可得到损伤程度的准确估计,不同噪声水平下识别结果相对稳定。     

升降工作平台加强杆对底盘结构刚度的影响分析

以导架爬升式升降工作平台底盘结构为研究对象,利用ANSYS软件,适当简化和假设,建立有限元模型。通过静力学分析结果,验证模型的强度、刚度及稳定性符合要求。且底盘结构极易发生压弯,刚度是最重要的结构性质,故对底盘结构组成杆件进行刚度分析。确定组成杆件截面尺寸对变形量的影响,得出加强杆对底盘刚度的影响最大。进而研究加强杆截面尺寸对变形量的影响,获得其影响趋势图。改变加强杆的布置,对改进方案进行刚度分析,确定加强杆布置对变形量的影响,得出加强杆最优布置方案。结果表明,采用第六种布置方案且加强杆截面尺寸增大160%为最优的底盘结构。