基于多目标优化的混凝土斜拉桥静动力有限元模型修正

针对大跨混凝土斜拉桥结构有限元模型修正,为了充分利用静动力试验数据,提出了一种基于多目标优化算法的模型修正方法。利用静力位移和动力模态频率等结构实测静动力响应构造修正目标函数,在灵敏度分析的基础上选择待修正参数,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对国内某混凝土斜拉桥有限元模型进行了多目标优化修正,得到了模型修正多目标优化问题的Pareto最优解集,并利用静动力实测数据对修正后的有限元模型进行了验证。结果表明:模型修正后不仅参与优化的静力位移和动力计算结果与实测值吻合良好,而且未参与修正的结构静动力响应也与实测值更加接近,混凝土斜拉桥采用这种基于多目标优化的静动力有限元模型修正方法能够取得较满意的效果,修正后的有限元模型能够精确全面的模拟实际结构。     

地下结构静-动力分析中的人工边界转换方法研究

对同时考虑静力效应和动力效应的地下结构静-动力分析问题,静力分析与动力分析的人工边界转换对动力分析结果有较大的影响。通过对人工边界转换方法边界转换原理的分析,表明以静力分析结果中的应力场为初始条件进行动力分析时,在输入静应力场的同时输入引起此应力场的荷载和边界条件,以及去掉边界约束条件的同时施加以相应的约束反力,均可保证模型在动力计算初始时刻为静力平衡状态。提出了一种在动力分析中施加零动力荷载的方法来检验静、动力人工边界转换的误差。算例表明采用粘弹性静-动力统一人工边界及其相应计算方法时,该边界在某些地下结构静力计算中存在较大误差。通过分析,推荐了较为合理的地下结构静-动力分析人工边界转换方法。该方法在人工边界转换时先去掉静力分析的约束,并在施加动力人工边界进入动力分析前将静力分析的荷载、静力场和约束反力一并输入模型。通过算例分析,验证了该方法的合理性。     

往复荷载作用下的改进动接触力方法

该文基于与中心差分显式时间积分法相结合的动接触力方法,引入主、从节点的相对速度作为判断接触状态转变的标准,提出了一种能够适用于求解往复荷载作用的改进动接触力方法。改进方法能够准确地模拟分离、静接触、滑动接触以及反向滑动四种不同接触状态间的转变,为地震等往复荷载作用下结构动力分析提供了有力工具。数值算例验证了该文方法的正确性。     

变刚度弓网系统主动控制研究

以变刚度时变弓网系统模型为研究对象,应用最优控制策略,分别采用控制力作用于框架和弓头两种方式,对弓网间接触力进行主动控制,仿真结果表明,采用受电弓主动控制能够抑制弓网间接触力的波动,提高受流质量,当主动控制力直接作用于框架时控制效果更好。     

少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法研究

为研究钢板弹簧的片间动摩擦特性,提出一种少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法。首先根据少片钢板弹簧的变形运动学特性,推导出少片钢板弹簧动摩擦系数与静摩擦系数的关系;然后分别基于力学法和能量法建立少片钢板弹簧静摩擦系数计算模型,根据摩擦功相等原理,得出板簧静摩擦系数计算方法;最后根据钢板弹簧动、静摩擦系数的关系,推导出少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法。计算结果表明:摩擦系数的计算值和实际工况值基本吻合。以某企业实际板簧为例,对上述计算模型进行了实验验证。     

修正的SPH方法模拟强制旋转动边界问题研究

采用移动最小二乘(movingleastsquares,MLS)修正的光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)算法模拟了一个强制旋转动边界问题模型。提出了一种施加强制旋转粒子动边界方案。阐述了修正方法的原理并给出了具体的修正操作方法。同时,还构建了静边界模型,并分别使用修正的SPH以及商业软件FLUENT计算。对计算结果的比较分析表明:该修正SPH方法,能够消除压力振荡;该方法及动边界处理方案可以有效计算该强制动边界问题,为进一步计算更加复杂模型奠定了理论基础。同时,该方法对于不同领域中的动边界问题也具有一定参考价值。     

排气系统吊耳动静态特性分析及结构优化

吊耳是汽车排气系统的隔振关键部件,其动静态特性直接影响隔振性能。用非线性有限元数值计算方法研究一种典型吊耳动静态特性,首先建立吊耳有限元模型,选择合适本构模型,模拟吊耳的动静态特性并计算吊耳三向静刚度,再用不同频率正弦信号激励吊耳,模拟其动态特性并用互功率谱的方法计算动刚度和阻尼角;最后运用正交试验方法对吊耳进行结构优化,找出对吊耳动静态特性影响最大结构参数并得到优化方案,使得吊耳动静态特性满足要求,提高隔振性能。     

基于双轴车-桥接触力灵敏度的桥梁损伤识别EI北大核心CSCD

考虑车辆行驶过程中车身竖向和俯仰运动耦合的问题,基于双轴四自由度车辆动力学模型,从车身响应中获取车辆过桥时的接触力,并利用接触力灵敏度和正则化方法识别桥梁结构损伤。数值模拟结果表明,在考虑路面不平度的基础上,与采用车身或车轴响应灵敏度的方法相比,基于接触力灵敏度方法的简支梁桥损伤识别精度更佳。与基于单轴车接触力灵敏度的损伤识别方法相比,本文所提出的方法在保证识别精度的同时能够明显减少迭代的次数。参数分析结果表明,结构损伤识别结果受车速、噪声和建模误差影响;该损伤识别方法也适用于连续梁桥。此外,存在合适的车桥质量比和车桥一阶频率比使得基于接触力灵敏度的结构损伤识别效果达到最优。     

变幅频载荷下不同结构液阻衬套内特性的实测与计算分析EI北大核心CSCD

采用试验的方法,对不同结构式液阻衬套在不同振幅及不同频率下的静、动特性及内特性进行了测试。推导得到一个统一的可表征多惯性通道-多节流孔式液阻衬套的集总参数模型,对液阻衬套的动特性进行了描述。建立了统一的多惯性通道-多节流孔式液阻衬套液体通道内流量响应及液室内压力波动的响应方程。采用直接流固耦合及不变特征点相结合的方法得到液阻衬套实物模型的计算参数,计算与测试结果对比验证了模型的正确性。对不同结构式液阻衬套在不同振幅及频率激振下的内特性进行了计算研究,并与理论推导结论及测试结果进行了对比分析,验证了计算分析的正确性。该计算方法可为液阻衬套的初期选型及设计开发提供直接参考。     

LDDA动接触力的迭代算法

概述了接触非线性问题的各种分析方法,指出了用Lagrange Discontinous Deformation Analysis(LDDA)求解缝面接触问题有较大优点,与DDA方法比较,它对接缝的处理更真实、更自然;又因为LDDA对全部接触力进行平衡迭代,所以接触力的计算精度也较高;同时,推导了LDDA的基本公式,提出了一个新的计算动接触力的迭代求解算法-改进的Uzawa迭代算法,该算法的松驰因子是依据块体接触的物理特性而非按照数学理论选用的,算例表明:LDDA理论和与之相对应的动接触力的迭代求解算法具有较快的收敛速度和较高的计算精度。为接触问题的计算提供了一个有效的方法和工具。     

动接触问题及其数值模拟的研究进展

本文试图对近二十年来,动接触问题的理论及数值计算方法进行全面系统地总结。动接触问题是接触力学领域里的新课题。近年来出现了许多关于这个问题的数值计算方法,包括：（１）Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法,罚方法,振动Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法,增广Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法;（２）线性补偿方法;（３）接触单元法：（４）动接触力法：（５）冲量模型,动接触模型,初始位移法等。本文首先总结了动接触问题的基本控制方程和动接触条件,然后—一陈述了上述方法的基本思想,展示其数值计算结果,并进行评述。最后对进一步的研究工作和工程应用提出了几点建议。     

集料骨架特性的分形分析和细观模型评价

为了研究组成沥青混合料的集料骨架特性,利用分形理论计算了集料级配分形维数,基于离散元方法从细观角度描述了集料颗粒间的接触状态,追踪了颗粒间的接触力和分布,并以车辙试验验证了5种沥青混合料的集料骨架抗变形能力。结果表明:对于相同最大公称粒径的沥青混合料,SMA-20的分形维数、接触力、动稳定度比AC-20分别增大2.93%、43.10%、9.28%,SMA-16的分形维数、接触力、动稳定度比AC-16分别增大3.03%、19.25%、25.64%,AC-16的分形维数和动稳定度比OGFC-16分别增大3.40%、4.88%,但SMA-16的接触力小于OGFC-16;分形维数、接触力和动稳定度越大,集料骨架越稳定,抗变形能力越强。     

基于ANSYS/LS-DYNA的停放制动滑橇螺栓跌落强度分析

中低速磁浮列车悬浮架各部件间主要通过螺栓进行联接，在列车悬浮失效跌落时，停放制动滑橇与托臂联接处的螺栓受到较大的剪切作用，存在结构安全风险。利用HyperMesh建立了悬浮架有限元模型，考虑了停放制动滑橇位置的螺栓联接及接触关系，基于ANSYS/LS-DYNA仿真了悬浮架不同速度下的跌落过程，计算了各接触对的接触力波动情况，分析了联接螺栓、滑橇键、滑橇安装座及托臂的应力变化及分布规律。结果表明：跌落碰撞瞬间各接触对的接触力达到峰值，然后在小幅波动过程中呈减小趋势；运动状态的悬浮架跌落时，各接触力远大于静悬落车工况，联接螺栓的应力显著增大，滑橇键、滑橇、滑橇安装座的最大等效应力超过了材料的屈服极限，存在结构安全风险，工程中需要注意及时检查。     

隐身榴弹表面吸波材料的抗压强度分析

在火炮发射隐身榴弹过程中，由于隐身榴弹的静不平衡、动不平衡，造成隐身榴弹在膛内运动过程中碰撞膛线，其表面涂敷的吸波材料将承受较大的接触力．发射过程中应保证不损伤吸波材料表面，确保吸波材料具有良好的吸波性能、不增加隐身榴弹的雷达散射截面．从理论上计算了隐身榴弹与膛线之间的接触力，为研制隐身榴弹用的抗压吸波材料提供了设计指标．     

考虑支承动刚度的船舶轴系横向冲击响应计算

对船舶轴系进行冲击响应计算，通常在轴架支承处采用弹性边界处理，取一个近似的支承静刚度。采用实验方法对某舰尾轴架进行动刚度测量，得到了前尾轴架和后尾轴架的横向动刚度曲线。以此为基础，对该舰的轴系，建立了有限元模型，轴架支撑处横向动刚度用广义弹簧-阻尼器系统进行模拟，计算了在横向冲击作用下考虑动刚度效应的轴系横向冲击响应。     

橡胶隔振器动态特性计算方法的研究

填充橡胶材料的动态特性与预载、激振频率和激振振幅等相关.采用模型叠加方法,建立了用于计算的由填充橡胶材料制造的橡胶隔振器动态特性的弹性-粘弹性-弹塑性模型.其中,弹性模型用于表征橡胶隔振器的弹性部分,粘弹性模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振频率的相关性,弹塑性模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅的相关性.对一试片进行静动态性能实验,得到其静、动刚度和滞后角,由其拟合得到了弹性、粘弹性、弹塑性模型的参数.计算了一动力总成橡胶隔振器的动态特性,并与实验结果进行了对比分析.结果表明.采用的弹性一粘弹性一弹塑性模型可以较好地表征橡胶隔振器动态特性的振幅相关性和频率相关性.其计算方法,可以用于橡胶隔振器动态特性的设计计算.     

竖向地震作用下桥梁结构的瞬态波响应分析

竖向地震引起的剧烈地面运动可能导致桥梁结构的损坏。针对竖向地震作用下双跨连续梁桥的瞬态动力学问题,考虑波动效应,应用瞬态波特征函数法求解了地震过程中桥梁结构的瞬态波响应理论解。通过实例分析,描述了桥墩中轴向波和桥跨结构中弯曲波的传播、反射、相互作用和波碰撞等现象。计算结果表明,不同的竖向地震动与水平地震动的比值会引起桥梁响应特征的明显改变。随着比值的增大,桥梁响应特征的改变主要表现为：（1）接触力的变化幅度增大,出现更大的接触力,加剧支座的损坏可能性;（2）出现了更低的接触力,甚至零接触力,大大增加了桥跨结构与桥墩相对滑动的可能性;（3）使原本整体处于受压状态的桥墩中出现了拉应力,拉应力有可能超过混凝土的抗拉强度,并使桥墩出现了拉-压交变应力,使得桥墩底部处于恶劣的应力状态;（4）桥跨中部向上的最大动挠度超过了两端,也就是桥跨结构被抛起的可能性增大。     

滑条式静磁微执行器的pull-in现象分析

从滑条式静磁微执行器的模型出发,应用静磁微执行器的pull—in方程,分析了滑条式静磁微执行器的pull-in现象,用磁动势控制模型和力学平衡两种方式得出了执行器的吸合位置及吸合时的磁动势.对于特定的滑条式磁微执行器结构,pull-in位置为初始气隙宽度的1／3处．算例计算结果表明,该静磁微执行器的pull-in磁动势仅为3．84A．     

螺栓连接结构力学建模方法概述

概括国内外螺栓连接结构动、静态分析的主要研究方法与应用。针对从简单线性静力分析到复杂非线性动力学分析所用的各种数值模型和理论模型的研究现状及优缺点进行评述,指出与工程实际相结合,建立较通用的螺栓连接力学计算模型将是今后研究的热点方向。     

动环补偿型液膜密封三自由度动力学响应特性分析

密封环角偏差及转轴轴向振动直接影响液膜密封的动态追随性,以工程中常见的动环补偿型螺旋槽液膜密封为例,分析补偿环的动力学响应特性。建立液膜密封三自由度动力学分析模型,采用有限差分法离散计入挤压效应项雷诺方程,与膜厚方程、轴向及角向动力学方程组联立,求解补偿环中心位移及X向、Y向角偏差的响应特性。结果表明:轴向激励造成补偿环发生轴向正弦波动,但波动幅度仅为激励振幅的3. 16%;轴向激励对补偿环角向响应无影响;随偏差值的增大,静环固定角偏差及动环初始角偏差对补偿环轴向响应的影响越发凸显;动环能够对静环保持良好的角向追随性,动环初始角偏差将造成动环自身发生角振动。