波浪循环荷载作用下滨海软土水平向动力特性试验研究

为研究海上风电桩基在波浪荷载作用下,产生水平向循环荷载对桩基周围土体动力特性的影响,以唐山地区滨海软土为研究对象,通过室内动三轴试验,研究不同围压、动应力幅值和振动次数条件下对软土水平向动力特性的影响。结果表明:软土水平向动强度随围压增加而增加,随振动次数增加而减小;动应力幅值增大,破坏振次减小;水平向动应变ε_d随振动次数增加变大,且动应力幅值越大,增速越明显,变化规律遵循Monismith模型;动应力幅值改变时,软土水平向动模量变化明显,当围压减小,动弹性模量减小;曹妃甸软土水平向间具有明显的结构性,不同围压条件下,随动应力幅值增加动阻尼比均表现增大趋势。     

爆破地震的数值模拟及爆破振动规律分析

在LS-DYNA软件框架内,建立了适合土体爆炸动力分析的实用模型,对某利用微差爆破诱发人工地震的原位试验进行了数值模拟,结果表明,计算得到的地表加速度时程与实测值比较吻合.因此,可预先利用数值手段对为爆破试验方案提供指导,对爆破地震结果进行预测.在此基础上,分析了地层中的爆破振动规律,表明自炸药的埋深向上,随着深度的减小、爆心距的增加,爆破水平向加速度幅值和速度幅值逐渐减小,而竖直向加速度幅值和速度幅值则呈现先增大,后减小,到了近地表自由面又基本维持稳定的趋势.数值结果丰富了爆破地震的研究,为微差爆破模拟天然地震、并以此来研究土体地震动力响应提供了经济、简便而实用的方法.     

柔性Rushton桨的振动特性

为了避免柔性Rushton桨的共振现象,研究搅拌桨的固有频率。采用试验测试的方法,研究该桨在静止及不同转速时的时域特性,并基于快速傅里叶变换法,得到频域特性。结果表明:静止状态下柔性叶片的振动能量主要集中在1~7Hz的频带上,不同转速时柔性叶片的振动能量主要集中在各自峰值对应的频带上,其中在47~52Hz的频带上,试验测量的各转速数据均有加速度峰值分布。在转速为2.5r/s时,加速度幅值明显增大,主振频率等于固有频率2.5Hz,可判定此时发生共振。因此,通过试验测试得到共振转速的方法,可为柔性桨合理选择转速提供依据。     

柔性Rushton桨的振动特性

为了避免柔性Rushton桨的共振现象,研究搅拌桨的固有频率。采用试验测试的方法,研究该桨在静止及不同转速时的时域特性,并基于快速傅里叶变换法,得到频域特性。结果表明:静止状态下柔性叶片的振动能量主要集中在1~7Hz的频带上,不同转速时柔性叶片的振动能量主要集中在各自峰值对应的频带上,其中在47~52Hz的频带上,试验测量的各转速数据均有加速度峰值分布。在转速为2.5r/s时,加速度幅值明显增大,主振频率等于固有频率2.5Hz,可判定此时发生共振。因此,通过试验测试得到共振转速的方法,可为柔性桨合理选择转速提供依据。     

橡胶垫浮置板道床结构减振性能研究

为了解决在循环荷载作用下,地铁运行时可能会引起的地面环境振动及列车内部振动问题,建立了车轨耦合系统的动力学模型及有限元数值分析模型。利用有限元分析软件（ANSYS）对系统进行了模态分析与谐响应分析,得出系统的固有频率和固有振型,前六阶固有频率均小于7 Hz,且主要反映了车体和转向架的振动特性。车体竖向振动和地基反力的幅频特性曲线的分析表明在载荷频率低于1.3 Hz时,车体竖向振动幅值较大;载荷频率在10 Hz附近时,地基反力幅值较大。研究了橡胶垫刚度和阻尼对乘车舒适度和地基反力的影响。研究结果表明橡胶垫刚度越大,乘车舒适度越好、地基反力越大;橡胶垫阻尼越大,乘车舒适度越好,地基反力呈现先减小后增大的趋势。研究结果将为地铁轨道结构的选取提供理论依据。     

不同频率循环荷载下大理岩动力学特性试验研究

利用MTS 815岩石力学试验系统,对大理岩进行了单轴压缩和不同振动频率、不同动应力幅值的循环加卸载试验,探讨循环荷载的振动频率和动应力幅值对大理岩的动弹性模量和动泊松比的影响.研究结果表明,在不同应力幅值的循环荷载作用下,大理岩的动应力-动应变曲线不完全重合,形成了滞回环;随着动应力级别的提高,滞回环面积增大,能量耗散增加;随着循环周次的增加,累积不可逆变形增大.当动应力幅值的范围分别处在岩石弹性变形阶段和塑性变形阶段时,振动频率和动应力幅值对动弹性模量和动泊松比的影响不同.随着循环应力级别的提高,动弹性模量减小,而动泊松比呈现出逐渐增加的趋势;当动应力幅值处在岩石的屈服点以上时,随着振动频率的增大,动泊松比增加、动弹性模量减小.     

压电材料圆形板热弹耦合作用下的主共振

以温度场中的压电材料圆形薄板为研究对象,基于Von Karman大挠度理论及弹性力学基本理论,利用Bubnov-Galerkin原理推导出了压电圆形薄板的非线性动力学方程.利用多尺度法求得系统发生主共振时的幅频、相频响应方程.利用Lyapunov理论对系统稳态解的稳定性进行了分析.借助MATLAB软件分析了板中心温度、阻尼、外激励幅值、板厚对系统主共振响应的影响.研究结果表明:板中心温度增大会引起系统的响应幅值减小,发生跳跃的外激励频率与固有频率的比值增大,板中心温度对系统的影响相当于阻尼的作用,温度场对系统振动特性具有很大的影响;当外激励幅值增大时,系统的响应幅值也会随之增大,共振区域增大,适当地增大外激励幅值可以使系统避开不稳定区域.     

考虑封严涂层的航空发动机叶片碰摩过程

为了分析封严涂层对航空发动机压气机叶片碰摩过程的影响,进行叶片-涂层/机匣碰摩过程的仿真模拟和实验研究.建立叶片-涂层/机匣碰摩动力学仿真模型,通过仿真分析获取一定转速下叶片-机匣碰摩和不同侵入深度下叶片-涂层碰摩时的叶尖应力和碰摩力;搭建叶片-涂层/机匣碰摩实验台,通过碰摩实验获取一定转速下叶片-机匣碰摩和不同侵入深度下叶片-涂层碰摩时的碰摩力和机匣上的加速度,分别进行对比分析.分析结果表明：封严涂层的存在有效降低了叶尖的应力和碰摩力以及峰值频率下的机匣振动加速度幅值;碰摩力具有周期性的脉冲特征,碰摩力随着侵入深度的增加而非线性增大;机匣振动加速度峰值频率为叶片通过频率及其倍频,峰值频率下的加速度幅值会随着侵入深度的增加而增大且高频下的增幅较大.     

降饱和度处理可液化地基振动台模型试验研究

为探究降饱和度法处理可液化地基的可行性,利用化学法生成气体(二氧化锰催化过氧化氢产生氧气)降低砂样饱和度,制备不同饱和度砂样并进行了室内小型振动台模拟试验,分析不同加速度幅值的正弦循环荷载作用下,初始饱和度对试样中超静孔隙水压力、表面沉降和加速度放大系数等的影响规律,并基于室内试验结果评价化学法降低饱和度处理可液化地基的效果.结果表明,振动荷载作用下,试样中超静孔隙水压力随着初始饱和度降低而降低,随着加速度的增加而增大;加速度幅值为0.15g的正弦循环荷载作用下,当初始饱和度降低5.8%,试样中超静孔隙水压力减小约50%.试样体应变随试样平均孔压比的降低而减小,且呈线性关系.初始循环荷载下,各工况加速度放大系数均小于1.0,试样的振动衰减效果明显;尽管随着振动次数增加,超静孔隙水压力增加,试样的振动衰减效果减弱,但试样饱和度越低振动衰减效果越强的规律不变.试验证明,化学法降低砂土饱和度法是一种有效的可液化地基处理方法,具有应用前景.     

边界和杆件倾角对沙漏点阵结构振动特性的影响

为设计兼具优异承载与减振功能的先进轻质多功能结构材料,本文通过试验结合数值的方法研究和对比了新型金属沙漏型点阵结构和传统金字塔型点阵结构的固有振动和谐响应特性。基于模态有限元法和模态叠加法,研究了不同边界条件和芯子杆件倾斜角度的沙漏和金字塔型点阵结构固有振动和谐响应特性,阐述了不同边界条件和杆件倾斜角度对结构加速度频响曲线和幅值的影响规律。结果表明:芯子相对密度相同时,沙漏型点阵结构具有较高的固有频率,且对边界条件和杆件倾斜角度变化更敏感。通过优化设计杆件倾斜角度可实现结构加速度频响幅值的调控,为下一步工程应用提供理论依据和技术储备。     

流体静压式核电站主泵二级密封由接触式到非接触式转变的密封性能分析

根据机械动力学原理,建立静环轴向振动方程和端面液膜压力微分方程,并求出液膜压力的解析表达式和静环轴向位移表达式。在假设不受系统外力干扰的条件下,分析静环端面结构参数(转折半径和端面锥角)在轴向微小扰动的情况下对液膜刚度、液膜阻尼和静环轴向振动特性的影响。结果表明：随着转折半径的增大,液膜刚度变小,液膜阻尼增大,振动阻尼从弱阻尼向过阻尼状态转变;随着端面锥角的增大,液膜刚度减小,液膜阻尼减小,振动阻尼从过阻尼向弱阻尼状态转变。     

非坐底式浮力摆波浪能装置运动的特性试验

针对现有的坐底式浮力摆波浪能发电装置维修困难的问题,本文提出一种非坐底式浮力摆波浪能发电装置,并对其运动特性进行试验研究。在将摆板不铰接于海底的情况下,采用1∶4的大比尺制作浮力摆进行试验模型,并在模型底部转轴上安装旋转阻尼器来模拟发电时液压缸的运动阻尼。通过无触点角度传感器来测量不同厚度的模型在不同海况和不同吃水下的运动响应,可以得出结论:浮力摆随着浸没深度增加,固有周期先增大后减小,波浪周期在靠近浮力摆固有周期时,浮力摆运动幅值显著增加;浮力摆在不同的吃水下均可以正常摆动发电,在浮力摆刚浸没水中时其运动幅值最小。     

电磁轴承阻尼上限的动态特性分析

为了研究电磁轴承系统的高频稳定性问题,需要研究电磁轴承阻尼的动态特性.以单自由度系统中力和刚度、阻尼的基本力学方程为基础,忽略电气系统的影响,推导了在一定的振动幅值下,电磁轴承最大阻尼随转子振动频率增加而变化的关系,结果表明,电磁轴承能够提供的阻尼随着转子转速或振动频率的增加而迅速减小.这在研究高速转子稳定性问题时应给予足够的重视.     

复杂边界条件轴向功能梯度梁动力学分析

为分析复杂边界条件及截面属性对轴向功能梯度梁动力学特性的影响,采用Gauss-Lobatto节点与Chebyshev多项式对变截面轴向功能梯度梁变形场进行离散,利用Chebyshev谱方法和Lagrange方程推导了系统的离散控制方程,通过投影矩阵法施加经典及弹性连接边界条件,分析了材料梯度指数、截面变化率、弹性支撑边界条件、末端集中质量等因素对系统固有频率的影响.结果表明:截面变化率和材料梯度指数对固有频率的影响因边界条件不同而不同;悬臂梁的前一阶量纲一的固有频率随着截面变化率的增大而增大,其他情况下则随截面变化率的增大而减小;悬臂梁的一阶固有频率随材料梯度指数先增大后逐渐减小,而其余各阶频率均显示出增大的趋势,而两端固支梁的前两阶频率呈现减小趋势,后两阶频率则显示出增大的趋势;两端简支梁各阶固有频率皆随材料梯度指数增大而增大;随着弹性支承刚度的增大各阶固有频率均呈阶梯状增大,但当弹性支撑刚度较小时,旋转弹簧相较线性弹簧对系统固有频率影响更大;末端附加质量将使固有频率减小且对高阶固有频率的影响更大.     

流体静压型机械密封轴向振动特性分析

摘要：根据机械动力学原理,建立静环轴向振动方程和端面液膜压力微分方程,并求出液膜压力的解析表达式和静环轴向位移表达式。在假设不受系统外力干扰的条件下,分析静环端面结构参数（转折半径和端面锥角）在轴向微小扰动的情况下对液膜刚度、液膜阻尼和静环轴向振动特性的影响。结果表明：随着转折半径的增大,液膜刚度变小,液膜阻尼增大,振动阻尼从弱阻尼向过阻尼状态转变;随着端面锥角的增大,液膜刚度减小,液膜阻尼减小,振动阻尼从过阻尼向弱阻尼状态转变。     

振动对纯碳、浸金属碳滑板载流磨损性能的影响

采用高速环-块式载流摩擦试验机,研究了纯碳和浸金属碳两种滑板材料在高速载流条件下的摩擦磨损行为。利用相关系数理论,对滑板振动加速度和电弧能量的相关性进行定量分析,发现滑板振动加速度和电弧能量之间存在着明显的相关性。试验结果表明：摩擦系数随着振动加速度的增加逐渐减小,两种滑板材料的磨损率随着振动加速度的增加均逐渐增大,且浸金属碳滑板的耐磨性比纯碳滑板好。随着振动的增大,电弧对两种滑板材料的侵蚀程度均明显加剧,浸金属碳滑板电弧侵蚀形式以层片状剥离为主;纯碳滑板以烧蚀坑和热应力裂纹为主。载流条件下,纯碳滑板导电性优于浸金属碳滑板。     

液体静压转台系统动力学分析及参数影响

为了控制液体静压转台系统的振动,将液体静压转台系统承载力进行了泰勒展开,从而将非线性油膜力等效简化为弹簧阻尼器系统,建立了液体静压转台系统的有限元模型,并对系统进行模态分析和谐响应分析,研究了油腔几何参数对系统动力学特性的影响,探讨了油腔数目、材料弹性模量、等效油膜刚度及等效油膜阻尼等参数对系统动位移的影响.结果表明:随着油腔外半径、初始油膜厚度和油腔深度的增大,系统的固有频率值将减小;封油边宽度增大,系统固有频率则增大.根据油腔布局的不同可以看到:4油腔系统的动位移最小,16油腔系统的动位移最大,系统在低频范围的动位移比高频范围大.材料弹性模量、等效油膜刚度和等效油膜阻尼对动位移有显著影响.该研究为液体静压转台系统的动态设计和提高转台的加工精度提供了参考依据.     

激光追踪测量系统机械结构模态参数影响

为了避免激光追踪测量系统机械结构在工作状态与电机产生共振现象，保证激光追踪测量系统的测量精度，本文提出了一种分析激光追踪测量系统机械结构模态参数影响的方法。基于两自由度的激光追踪测量系统机械结构，根据有限元法的模态分析理论，分析了结构材料密度、弹性模量和不同材料对系统固有频率的影响。研究结果表明：系统的固有频率随着结构密度的增大而增大，随着结构刚度的增大而减小，不同材料的影响差异较大；采用粘贴的固定方式可以增加系统的稳定性，有效保障系统的测量精度。本文的研究为激光追踪测量机械结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报，以及结构动力特性的优化设计提供了依据。     

斜裂纹旋转叶片动力学建模及振动响应分析

为分析航空发动机裂纹叶片的动力学特性，提高航空发动机的可靠性，尽可能避免灾难性事故的发生。本研究基于应变能释放率和Castigliano定理，结合Timoshenko梁理论，考虑裂纹角度的影响，推导了新的裂纹梁单元的应力强度因子与柔度矩阵，根据裂纹面在振动过程中的应力变化，提出了一种根据裂纹面接触区域来计算裂纹梁单元时变刚度的方法，建立了含呼吸效应的斜裂纹扭形叶片动力学模型。通过将本研究模型和ANSYS Solid186单元有限元模型得到的固有频率和振动响应进行对比，验证了所建动力学模型的有效性。结果表明：当裂纹角度从0°增加到80°时，固有频率增加了约3%,即随着裂纹角度的增加(裂纹尖端更靠近叶尖),裂纹叶片固有频率越大；同时，裂纹角度越大，旋转裂纹叶片的振动位移幅值越小，其频谱中常值分量及倍频处的幅值越小，并且第1阶共振状态下1.0倍频的幅值降低了约40%;本研究模型的动力学响应计算速度较ANSYS更快，提高了约22倍。     

应力状态对粗颗粒材料动力特性影响试验研究

土石坝在运营过程中,不同部位往往处于不同的应力水平,坝体在遭遇地震工况下,则导致坝体内部不同部位会产生不同的地震附加应力,应力状态是影响粗颗粒材料动力特性的重要因素。为研究地震过程中应力状态的变化对坝体抗震性能的影响,本文开展了不同围压、不同固结应力比及不同动应力条件下粗颗粒材料动力特性试验研究工作,研究表明：不同围压下最大动弹性模量值随着围压和固结应力比的提高逐渐增大,随着动应变的增大呈逐渐衰减趋势,衰减率随着围压和固结应力比的增加逐渐减慢;不同围压下阻尼比随着动应变的增大呈逐渐增大趋势;随着围压增加,阻尼比λ呈逐渐减小趋势;各级围压下最大动弹性模量值及阻尼比值均比较分散,而不能依靠动应变对其进行归一化描述。在相同围压和固结应力比作用下,随着动应力的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;在相同围压和动应力作用下,动永久轴向变形随着固结应力比的提高而增加,动永久体积变形随着固结应力比的提高而略有降低;在相同的固结应力比和动应力作用下,随着围压的提高,动永久轴向变形和动永久体积均产生一定的增加;轴向动应变幅值是不均匀的,一般开始几周较大,后期会逐渐变小,一般在第10次循环左右,轴向动应变幅值就逐渐趋向于定值。