混合润滑结合面法向接触刚度模型研究EI北大核心CSCD

在实际工作中,机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损,因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体,并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真,仿真结果表明:结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势,且在分形维数为2.6附近时取得最大值;随着分形粗糙度参数的增大而减小;随着润滑介质的声阻抗增大而增大;混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度;最后与其他模型和试验数据进行对比,模型与试验数据更契合,验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出,为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。     

钢岔枕振动特性及结构优化研究EI北大核心CSCD

列车荷载作用下钢岔枕振动过大从而导致其稳定性较差,为了提高钢岔枕在道岔中的适用性,从振动特性和列车荷载作用下结构动态响应两个方面分析钢岔枕几何参数及扣件、道床刚度对钢岔枕振动的影响规律,探明影响钢岔枕振动的关键因素并提出结构优化建议。研究结果表明,由于钢岔枕截面具有开口特征,使得结构刚度较低,容易出现截面扭转变形以及翘曲,通过增加钢岔枕底板的厚度,增大钢岔枕截面刚度,可有效控制由截面变形引起的钢岔枕振动响应。此外钢岔枕振动响应与扣件刚度和枕下道床刚度密切相关,相邻轨枕位置轨下动刚度的不均匀特征可形成钢岔枕-混凝土岔枕共振。为实现动刚度均匀化,可根据岔枕的质量设计合理的扣件刚度以及枕下支撑刚度,从而降低钢岔枕振动响应。最后基于车辆-道岔动力学耦合模型验证钢岔枕结构参数以及扣件刚度优化后的减振效果。     

不同润滑介质下气体静压轴承气锤自激振动研究EI北大核心CSCD

为研究不同润滑介质对气体静压轴承气锤自激振动的影响,耦合时变的气膜流场控制方程、流量平衡方程和转子受力方程建立了轴承系统的单自由度气锤振动模型。利用有限差分法数值求解模型,得出气膜振动速度瞬态响应曲线用来判定轴承稳定性,并通过试验验证了模型的可靠性和程序的有效性。计算结果表明:使用氙气可以有效降低气锤自激振动的发生;对于氙气和空气的混合气体,随着氙气体积比的增大,气膜振动速度曲线衰减趋势加强轴承稳定性提高,轴承支撑力增大,且供气压力越高支撑力增大幅度越大;当氙气体积比从0增大到0.6时,轴承支撑力快速增大,临界供气压力也持续提高,当氙气体积比超过0.6后,轴承支撑力和临界供气压力增长缓慢,结合成本考虑,氙气体积比为0.6可作为最佳体积比。该研究为气体静压轴承气锤自激振动的抑制提供了新思路。     

地铁车辆排障板故障分析及结构优化EI北大核心CSCD

地铁车辆在服役过程中发生了多起转向架排障板断裂失效问题,为了对该问题有效治理,以一支发生破坏的排障板为研究对象,结合断口分析、有限元计算和线路试验,确定了排障板的失效属于结构疲劳,并探明了疲劳失效的原因是列车运行某段线路上存在较为严重的钢轨波磨。列车以常用速度通过该路段时产生的轮轨激扰频率与排障板固有模态频率耦合,导致排障板振动水平过高,加剧了排障板焊趾处原始微裂纹的扩展。通过对原排障板结构优化,提高了其固有模态频率,有效避开了线路激扰频率,同时新型排障板动应力水平相较原结构得到了大幅改善,利用实测动应力数据对新型排障板进行疲劳强度评估,该新型结构满足安全运营360万km的设计寿命要求。     

衬套型橡胶悬置结构形状的优化方法EI北大核心CSCD

为满足汽车动力总成悬置系统匹配过程中悬置的刚度要求,对悬置中非橡胶填充结构进行优化设计,以长槽的半径r,圆槽的半径R,两槽间的夹角α,长槽的角度β为结构参数,采取正交试验与ABAQUS有限元软件结合的方法,对橡胶悬置刚度进行仿真试验。根据试验结果建立二阶响应面模型,通过谢菲尔德遗传算法进行优化,从而获取非橡胶填充结构参数以满足悬置刚度要求。优化结果与试验验证误差较小,满足设计要求。该方法在橡胶悬置设计阶段具有参考意义。     

含轴承倾斜不对中的行星轮系‑转子系统动态特性研究EI北大核心CSCD

针对某履带车辆汇流行星排传动系统支撑轴承存在的安装不对中问题,建立了含轴承倾斜不对中的行星轮系⁃转子系统动力学方程。理论推导了可考虑球轴承分别处于内/外圈倾斜不对中故障条件下的轴承力模型。将该模型与行星轮系集中质量模型以及转子有限元模型耦合,得到了行星排传动系统动力学模型。分析了轴承不对中对系统动态特性的影响,并讨论了滚道曲率半径和轴承间隙等参数对系统动力学特性的演变规律。结果表明,倾斜不对中使轴承接触力急剧增大;接触角、接触刚度、轴承间隙产生周期性波动;变柔度振动频率幅值增大,系统振幅降低。提高滚道曲率半径和轴承初始间隙会增大变柔度振动。但适当选择较大的轴承间隙,可抵消轴承安装不对中造成的不利影响。     

基于拓扑优化与诱导结构的抗撞结构优化设计EI北大核心CSCD

鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型,导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题,以耐撞性拓扑优化为基础,获得了抗撞结构的初级拓扑构型,在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构,得到最终吸能单元构型,再利用稳健性设计方法获取最终构型的最优尺寸参数,较好地弥补了基于最大吸能原则的耐撞性拓扑方法的不足。算例表明,所提的优化设计方法灵活有效,基于该方法得到的抗撞结构可以更好地满足设计要求。     

内部激励下高速列车齿轮箱振动行为及轴承载荷特性实验研究EI北大核心CSCD

内部激励是影响高速列车齿轮箱振动及齿轮箱轴承动载荷的重要因素。借助齿轮箱传动系统试验台架,在多种扭矩与转速工况下,开展了高速列车齿轮箱箱体振动响应及齿轮箱轴承载荷测试试验。对各工况下齿轮箱不同部位的振动信号进行分析,发现特定转速下的齿轮啮合频率能够激发齿轮箱箱体的模态共振,而扭矩能够影响系统的频响特征。对加速工况下的齿轮箱振动加速度进行了阶次跟踪,并通过基于阶次的工作模态识别方法获取了齿轮箱箱体的模态参数,发现齿轮箱的工作模态振型导致了齿轮箱在不同转速下振动行为的差异。通过对比不同工况下齿轮箱振动加速度均方根和实测轴承载荷变异系数,建立了齿轮箱轴承载荷动态特性与齿轮箱振动行为间的对应关系。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的安全阀动态特性分析及优化EI北大核心CSCD

针对安全阀动态性能缺乏高精度预测模型和优化方法的问题,提出一种考虑阻尼因素及气体扩散因素的动态响应系统模型和基于改进NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ)算法的优化方法。通过安全阀动态响应系统模型建立仿真模型,对安全阀进行启闭过程动态特性仿真,与动态特性试验结果对比,验证动态响应系统模型的精确性;在NSGA-Ⅱ算法中引入一种权重向量设置方法和自适应变异算子,对安全阀结构参数进行多目标优化。优化后安全阀动态特性评价指标响应时间、振动幅值和稳定值与优化前相比分别缩短5.95%、减小68.29%和减小1.98%。结果表明,优化方法可提升安全阀动态性能。     

平面薄膜结构耦合动力学特性研究与无量纲分析EI北大核心CSCD

利用固定界面的模态综合法建立了平面薄膜结构耦合动力学模型,精确得到了薄膜结构发生耦合振动的临界条件,分析了其耦合动力学特性。结果表明,与薄膜结构耦合基频有关的参数主要有薄膜预应力、框架弹性模量、截面惯性矩、长宽比、边长、框架横截面积、框架密度、薄膜密度和薄膜厚度。当薄膜预应力小于临界值时,薄膜结构的振动由薄膜来主导,当薄膜预应力大于临界值时,薄膜与框架发生耦合振动,此时薄膜结构的振动特性由薄膜与框架共同影响,并且随着薄膜预应力的增大,薄膜与框架发生耦合振动的阶数也随之增多并会出现振型顺序后移的现象。对薄膜结构的动力学特性进行了无量纲分析,推导了薄膜结构的小尺寸模型和大尺寸实物之间的相似准则。     

推进轴系参数优化对水下结构声振特性影响研究EI北大核心CSCD

在修正Timoshenko梁基础上,采用传递矩阵法推导了水下结构推进轴系简化模型的传递矩阵,实现各轴承位置处振动功率流的求解。以各轴承位置处传递功率流作为优化目标,选择三组不同的优化方案,取艉轴前后轴承刚度、推力轴承刚度以及轴承间距为优化变量对推进轴系参数进行优化。利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,计算分析不同优化结果下水下结构的声源级曲线。结果表明:以艉轴后轴承、艉轴前轴承和推力轴承各处传递功率流最小为优化目标的优化方案最有利于减小水下结构的声辐射。     

采用Pareto人工鱼群算法的结构健康监测传感器位置多目标优化EI北大核心CSCD

发展基于Pareto多目标人工鱼群算法(Multi⁃Objective Artificial Fish Swarm Algorithm,MO⁃AFSA),解决结构健康监测中传感器位置多目标优化的问题。构建与观测模态线性独立性、结构损伤灵敏度和损伤信息冗余性有关的传感器位置多目标优化目标函数;改进人工鱼群算法的追尾和觅食行为,并引入外部档案集以处理寻优过程中的互不支配解,结合Pareto概念选取与理想点欧式距离最近的Pareto解为最优解;以三层平面钢框架结构为数值算例,用基于Pareto人工鱼群算法求解传感器位置多目标优化方案,并进行结构损伤识别。研究结果表明:用所提方法得到的传感器测点在结构中均匀分布,获取的结构损伤信息更为全面,冗余性低,振型独立性好,能够较精确地识别损伤位置和损伤程度,并且抗噪性能好。     

基于源汇分布法的浸水结构振动特性分析EI北大核心CSCD

提出了一个考虑线性波自由液面对浸水结构附连水质量影响的修正方法。基于源汇分布法应用伽辽金法获得线性波自由液面边界条件下虚拟点源位置及流体速度势的近似解,进而得到相应的附连水质量。以部分浸没悬臂板及某舰机舱双层底模型为研究对象,通过MATLAB程序计算它们的前三阶横向振动频率,计算结果分别与实验结果和有限元结果进行比较分析。结果表明该方法不仅可以较为准确地反应线性波自由液面对附连水质量的影响,尤其在结构浅吃水或低频振动的情况下修正效果更为明显,而且避免了求解大型动力学方程,提高了计算效率。     

冲击载荷作用下机身壁板破坏效应及结构优化EI北大核心CSCD

研究非包容抗爆结构约束下,冲击波和端头两种冲击载荷对机身壁板的破坏效应。以定向非包容抗爆结构冲击位置处机身壁板为研究对象,通过有限元数值模拟,分析了在非包容抗爆结构约束下冲击波和端头两种载荷作用于不同位置时,机身壁板的破坏模式和程度,并以限制机身壁板破坏范围为目的,对冲击位置处机身壁板进行了结构优化。结果表明:在冲击波作用下机身壁板的主要破坏模式为蒙皮剪切冲塞、沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂,在端头作用下则为蒙皮沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂;冲击位置对端头载荷作用下机身壁板的破坏程度影响较冲击波明显;端头冲击筋条位置对机身壁板的整体破坏程度较小,为较优的冲击方案;垂直加筋对两种冲击模式下机身壁板的破口扩展均有明显约束效果,但对端头作用下的约束效果更佳,端头冲击筋间或筋条位置时,增加垂直加筋壁板损伤面积分别减小了56%和39%。研究结果可为民机用非包容抗爆容器结构设计及冲击位置处机身壁板结构设计提供指导。     

基于近似模型辅助智能算法的变截面点阵结构优化设计方法EI北大核心CSCD

桁架类点阵结构具有质量轻、比强度/比刚度高、减振吸能性好,且拓扑构型简单、增材成型可靠性高等优点,被广泛应用于航天器各关键承载部件设计。传统桁架类点阵设计大多囿于等截面设计约束,严重制约了优化设计的寻优潜能,难以满足航天器结构超轻质、高强度的性能要求。为突破传统点阵的等截面形状约束,构建基于显式拓扑描述函数的变截面几何描述模型,实现变截面点阵几何形状的自由描述;采用能量均匀化方法精确计算变截面点阵单胞宏观等效弹性张量,并建立变截面点阵几何描述参数关于其宏观等效弹性张量的近似响应模型;以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最大体积模量或最大剪切模量为目标函数,建立变截面点阵几何描述参数的优化数学模型,并采用基于近似模型辅助的粒子群优化算法实现上述优化模型的高效求解。数值算例表明,相较于等截面点阵,在相同材料用量下,优化后的变截面点阵的体积模量和剪切模量性能更优。所提方法进一步拓展了桁架类点阵的设计空间,有效提升其力学性能,在航天器结构轻量化设计方面具有应用推广前景。     

局部缺陷周期简支层合梁结构的波传播特性分析EI北大核心CSCD

脱层是复合材料层合结构最主要的破坏形式之一。基于Euler-Bernoulli梁理论和谱有限元方法得到周期结构中健康基本周期单元的动刚度矩阵。再考虑脱层位于周期结构的某一基本周期单元中,并假设脱层边缘处横截面变形服从平截面假定,忽略脱层前沿的应力奇异,建立分层模型,根据分层边缘处各子单元位移、转角连续及分层界面处力平衡条件形成含脱层的周期层合梁超单元动刚度矩阵。基于传递矩阵法得到健康及含脱层周期单元的传递矩阵,进而形成含脱层周期层合梁结构的传递矩阵及总体动刚度矩阵,并通过传递矩阵计算获得的波传播常数来分析周期结构的振动与波传播特性。分别对无脱层情况与脱层引起局部失谐情况下一周期简支梁结构的波传播特性进行数值计算研究,并结合ANSYS有限元仿真分析,对方法进行了验证。     

柔性多自由度力-位移混合控制在结构循环往复试验中的应用研究EI北大核心CSCD

如何模拟试验体在结构中受到的真实边界条件是决定结构试验结果正确性的关键问题,即在边界加载点上实现多自由度系统的命令的准确加载。土木工程结构(或构件)一般竖向刚度大,在重力荷载作用下各个自由度之间存在较强的耦合作用,采用传统方法多个作动器单独加载控制精度低,甚至会出现加载控制失稳的现象。针对这个问题,发展一种可以根据试验体和试验装置特点灵活选择控制点自由度和作动器的力或位移控制方式的混合控制方法,即柔性多自由度力-位移混合控制(FMFDC)策略,提出广义刚度矩阵来近似等效试验体的力-位移关系,并基于广义刚度矩阵设计力-位移转换系数矩阵,采用坐标转换雅可比矩阵将加载装置的几何非线性线性化,采用比例-积分-微分控制方法(PID控制方法)保证各自由度的稳态误差满足精度要求,最终实现多自由度协调加载。基于柔性多自由度力-位移混合控制方法分别建立了六自由度和平面内三自由度加载平台,以小型铁皮筒试验体和足尺钢柱的循环往复试验进行验证,试验结果验证了这种控制方法的可行性和适用性。     

基于概率密度演化法的隔震结构随机地震响应与可靠度分析EI北大核心CSCD

采用简化的两质点隔震结构模型研究随机地震激励下结构设计参数随机性对结构位移响应与可靠度的影响。隔震层和上部结构分别采用Bouc-Wen模型和刚度退化的Bouc-Wen模型来模拟,结合概率密度演化方法和基于极值分布的可靠度理论,求解不同场地条件、阻尼比、周期比与屈重比下隔震层与上部结构的层间位移响应信息与整体可靠度,并对设计参数进行优化。研究结果表明:概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能;通过对设计参数的适当取值,能使隔震层与上部结构位移响应均最小,从而提高隔震结构整体可靠度。     

气刺微割对天然生胶结构及流变特性的影响EI北大核心CSCD

选取不同浓度的乙烯气体刺激处理橡胶树割胶所得天然橡胶为研究对象,与常规2%乙烯利液体刺激和无刺激割胶所得天然橡胶作对比,探究了不同浓度气刺微割对天然橡胶分子链结构及流变特性的影响。采用凝胶渗透色谱、核磁共振交联密度、橡胶加工分析仪等手段对不同浓度气刺微割天然橡胶进行了表征。结果表明,刺激处理降低了天然生胶的相对分子质量,增大了相对分子质量分散指数,减小了生胶的交联密度;不同浓度气刺微割所得天然橡胶的支化度相对于未刺激处理天然橡胶均有降低;动态流变性能测试表明,刺激处理降低了胶料的弹性模量、黏度及粘流活化能,增大了胶料的流动指数,改善了胶料的加工流变性能。     

聚乙烯醇/淀粉挤出发泡材料的泡孔结构调控及压缩特性EI北大核心CSCD

采用挤出发泡的方法制备了聚乙烯醇(PVA)/淀粉(St)泡沫,研究了机头压力、淀粉含量和成核剂二氧化硅(SiO_(2))对泡孔结构的影响,探索了定应变和变应变下泡沫的压缩特能。结果表明,挤出发泡棒材泡孔尺寸从中心到边缘呈梯度递减的趋势,提高转速能有效增大模头熔体压力、减小泡孔尺寸、提高泡孔密度。通过控制淀粉和SiO_(2)含量可调控泡沫的泡孔结构,提高SiO_(2)含量可使泡沫具有更加均匀的泡孔结构、更小的泡孔直径,而提高淀粉含量可使PVA/St材料的熔体黏度下降、泡孔结构均匀性下降、泡孔壁增厚。循环压缩结果表明,增加淀粉和SiO_(2)含量可以增强泡沫的压缩强度,当淀粉质量分数为30%、SiO_(2)质量分数为3%时,泡沫压缩强度达到350 KPa、回弹率达到89.4%。泡沫的能量吸收量和吸能效率随淀粉含量的增加而上升,但在定应变模式下,随循环次数增加而下降,随应变的增加而上升。