径向动静压浮环轴承-转子系统稳定性分析

以径向动静压浮环轴承-转子系统为研究对象,计入浮环质量和转子刚度建立了统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则推导了单质量弹性对称系统的稳定性判据。用有限差分计算了某高速径向动静压浮环轴承的刚度系数和阻尼系数,在此基础上得到了不同浮环质量和转子刚度下动静压浮环轴承-转子系统的稳定性曲线。计算结果表明,浮环质量对系统稳定性影响不大,而随着转子刚度减小,系统失稳转速迅速降低。该文在高速浮环轴承-弹性转子稳定性整体建模和分析方面有较大的参考意义。     

弹性支承下的高速圆柱滚子轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了弹性支承下高速圆柱滚子轴承动力学微分方程组,采用预估-校正Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法对其进行求解,研究了弹性支承件的结构参数和轴承工况参数对圆柱滚子轴承径向振动的影响。结果表明:弹性支承件的沟槽数、梁厚及过渡角对轴承径向振动的影响较为显著,而沟槽间隙对圆柱滚子轴承径向振动的影响较小,合理的选择弹性支承件的结构参数可有效的降低高速圆柱滚子轴承的径向振动;在一定的载荷和转速范围内,弹性支承件可有效降低轴承的径向振动,选用沟槽数较少的弹性支承件可实现在较大转速和载荷范围内降低圆柱轴承振动的目的。     

径向浮环动静压轴承稳定性研究

以径向浮环动静压轴承为研究对象,针对轴颈和浮环建立了统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则推导了径向浮环轴承的稳定性判据。用有限元法计算了某结构高速径向浮环动静压轴承的刚度系数和阻尼系数,在此基础上得到了不同偏心率下的失稳转速。由计算结果可以看出,浮环轴承具有极佳的稳定性,且随着偏心率的增加,失稳转速迅速提高。文章在高速浮环轴承稳定性整体建模和分析方面有较大的参考意义。     

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。     

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。     

随机表面粗糙度对MEMS径向气体轴承性能的影响

基于分形几何理论表征了MEMS径向气体轴承的随机粗糙表面,修正了气体的雷诺方程,研究了径向轴承中气体薄膜在滑移效应和粗糙度耦合作用下的压强分布、承载能力等轴承特性。结果表明:由于表面粗糙度的影响,气体轴承压力分布、承载能力具有非线性特性,波动较明显。     

弹簧支撑多叶油润滑箔片轴承动态特性研究

以提高油润滑箔片轴承承载力为目的,提出了一种新型带有弹簧弹性支撑结构的多叶箔片轴承;基于卡式定理建立了弹簧支撑箔片结构弹性变形模型,给出了弹性支撑结构与悬臂弯曲梁的整体柔度矩阵;通过有限差分法求解了稳态不可压润滑雷诺方程,获得了给定转速、给定载荷下轴承的静平衡位置;基于扰动法获得了该轴承的动态雷诺方程,并通过数值仿真研究该新型箔片轴承的动力学特性,分析了弹簧支撑结构箔片轴承刚度和阻尼随Sommerfeld系数、载荷的变化规律。搭建了油润滑多叶箔片轴承动态特性的试验台,并开展了相应的实验验证研究。结果表明,随着载荷的增加,主刚度、主阻尼均减小;实验测得的动力特性系数普遍比理论计算值大,趋势相近。     

推进轴系参数优化对水下结构声振特性影响研究

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。     

径向动压浮环轴承-转子系统多稳定区域研究

以径向动压浮环轴承为研究对象,针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则给出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统稳定性判据。用有限差分计算某高速径向动压浮环轴承刚度、阻尼系数,获得不同工况下系统稳定性曲线。结果表明,小偏心率下系统升速过程中呈现多个稳定区域,且随偏心率、内外膜半径间隙变化而变化。油膜温度变化亦会影响系统稳定性。为高速浮环轴承稳定性整体建模、分析提供借鉴。     

用初函数法研究平板的稳定性问题

本文从三维数学弹性稳定理论的基本方程出发，以位移和横向应力为自变量，运用初函数法分析了面内双向均匀受压和均匀受剪的平板弹性稳定性问题，导出了矩形平板对称失稳和反对称失稳的控制方程。文中以四边简支双向均匀受压的矩形板为例，得到二种失稳模式，并证明在弹性范围内不可能产生对称失稳。计算结果表明，临界载荷低于经典理论给出的结果。     

代数多重网格法在岩体力学有限元分析中的应用

代数多重网格法具有存贮量小、收敛精度高和计算时间少等优点,将代数多重网格方法引入到岩体力学有限元计算领域,论述了基于单元聚集和能量极小意义下适于岩体力学有限元求解的代数多重网格粗化策略与插值算子,并详细描述了相应的代数多重网格算法。数值试验表明:在岩体力学与工程问题的有限元数值计算中,代数多重网格求解法是高效的、适用的,较直接法和其他常用迭代方法具有明显的优越性。     

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。     

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。     

巨型框架多功能减振结构的有限元计算方法

巨型框架多功能减振结构的结构复杂、规模庞大,并且它是由具有不同阻尼特性的材料组成的。因此,采用有限元方法进行计算时面临着一系列问题需要解决。针对巨型框架多功能减振结构的受力特性,给出了巨型框架多功能减振结构的三维简化计算模型,大大缩减了计算自由度。由于隔震橡胶垫的变形主要是水平剪切变形,因此,将隔震橡胶垫看做具有阻尼特性的三维弹性或弹塑性铰,并提出了隔震橡胶垫单元的三维单元模型。由于巨型框架多功能减振结构的非经典阻尼特性,可以采用子结构技术对巨型框架多功能减振结构进行有限元建模、计算。     

弹头高速撞击的有限元分析

弹丸高速撞击是武器设计中的重要研究课题。本文系统地阐述了Lagr-ange有限元方法的守恒方程、本构方程。在空间上采用四节点二维等参元网格离散化,在时间积分上采用显式中心差分法,并引入了抗沙漏节点力来控制弹塑大变形中的沙漏现象,碰撞接触面采用Wilkins滑移面技术。计算结果表明有限元数值分析是高速撞击领域内较有效的工具之一。     

弹塑性随机有限元在低周疲劳分析中的应用

推导了交变载荷下弹塑性随机有限元的迭代格式,计算了局部多轴应力应变的随机响应。迭代格式中,针对复杂的交变载荷,采用运动强化模型反映塑性变形引起的各向异性和包辛格效应,运用Jhansale模型描述材料的瞬态应力应变关系。弹塑性有限元分析,克服了以往近似方法只能计算单轴局部应力应变响应的缺陷,为多轴疲劳分析奠定了基础。考虑零构件的随机因素,将随机有限元方法引入到交变载荷下弹塑性有限元的迭代格式中,得到局部应力应变的随机响应,为低周疲劳可靠性分析提供了更精确的依据。MontCarlo模拟结果证实了提出的弹塑性随机有限元方法是可靠的。     

A TORSIONAL SPRING-LIKE BEAM ELEMENT FOR THE DYNAMIC ANALYSIS OF FLEXIBLE MULTIBODY SYSTEMS

A new finite element beam formulation for modelling flexible multibody systems undergoing large rigid-body motion and large deflections is developed. In this formulation, the motion of the ‘nodes’ is referred to a global inertial reference frame. Only Cartesian position co-ordinates are used as degrees of freedom. The beam element is divided into two subelements. The first element is a truss element which gives the axial response. The second element is a torsional spring-like bending element which gives the transverse bending response. D'Alembert principle is directly used to derive the system's equations of motion by invoking the equilibrium, at the nodes, of inertia forces, structural (internal) forces and externally applied forces. Structural forces on a node are calculated from the state of deformation of the elements surrounding that node. Each element has a convected frame which translates and rotates with it. This frame is used to determine the flexible deformations of the element and to extract those deformations from the total element motion. The equations of motion are solved along with constraint equations using a direct iterative integration scheme. Two numerical examples which were presented in earlier literature are solved to demonstrate the features and accuracy of the new method.     

大挠度索结构的非线性有限元分析

本文基于有限元理论,将大挠度索离散为一系列小挠度索单元,推导出索结构的刚 度矩阵的显式。应用本文介绍的方法,可以计算任意挠度、作用有任意荷载的索结构。经过 算例对比,表明本文方法对于求解索结构是一种很好的方法。     

基于退化理论的空间梁单元有限元分析

从双线性退化板壳单元出发,演绎推导出了一种可以应用于空间有限元分析的退化梁单元。退化梁单元采用基本的平截面假设,并用轴线节点位移来表示梁单元的三维位移场。在进行单元有限元列式时,仍然沿用三维结构的几何方程和物理方程。在退化梁单元的理论基础上编制了有限元计算程序,通过对几个算例的分析,证明了这种基于退化理论的空间梁单元的精确、高效和通用,这种单元也可以广泛应用于大型结构空间双重非线性有限元分析。     

力-变位关系全过程模拟的有限元位移控制新方法

材料、构件及结构的力-变位关系非线性全过程曲线有限元数值模拟中,极限强度和其后的软化下降段模拟一直是未得到较好解决的难题。位移增量控制法可以方便跨越力-变位关系中的极值点,因此它常被用于求解材料、构件及结构包含极限强度后软化下降段的力-变位关系非线性全过程曲线。但是,传统的位移增量控制法需要重新排列有限元方程的刚度矩阵,并存在求解非对称和非带状系数方程的问题,因而限制了其推广应用。该文提出了求解材料、构件及结构的力-变位关系非线性全过程曲线的一种新的位移增量控制方法,该方法通过修改刚度矩阵中相关对角系数的方式,将边界和力作用点的控制位移条件隐含到有限元方程中,从而可以采用有限元荷载控制方法同样的方式进行求解,保证了有限元方程系数矩阵在求解过程中的对称性和带状性,并可方便地在现有通用商业有限元软件中实现。算例分析表明了该文方法的有效性。