几种普通元件构成隔冲器参数的优化设计

理想隔冲状况是在冲击过程中冲击力为恒定值，达到最大吸能效果，基于这一原理对瞬态冲击下几种普通隔冲元件构成隔冲器参数进行优化设计，得出库仑阻尼一线性弹簧、粘性阻尼一线性弹簧、流体阻尼一线性弹簧组合隔冲器的最优解，并进行实例数值仿真。结果表明库仑阻尼在冲击过程中使设备受到的冲击力为恒定值，因无法归位，不适于多次冲击，而流体阻尼一线性弹簧组合也可以满足在整个冲击过程受到的冲击力为恒定值，粘性阻尼一线性弹簧组合隔冲器基本可以使冲击过程冲击力为恒定值，但是振动衰减较快，也是一种较好的设计。     

预紧式准零刚度隔冲器的隔冲性能研究

在实际工程应用中,振动冲击环境十分复杂,传统的线性隔冲器、准零刚度隔冲器在平衡位置鲁棒性较差。针对这一问题,提出一种预紧式准零刚度(PQZS)隔冲器,通过在平衡位置设置一定的预紧力来提高平衡位置附近的稳定性。为研究预紧式准零刚度隔冲器的隔冲性能,首先,基于碟簧的准零刚度特性设计含预紧力的准零刚度碟簧组件,将其作为隔冲器的弹性元件;然后,根据碟簧组件的力学特性,建立PQZS隔冲器强迫振动微分方程,并通过四阶龙格库塔法获得微分方程解;接着,对比PQZS隔冲器与线性隔冲器、双限位隔冲器在不同冲击环境下的抗冲性能,以及分析几类阻尼对PQZS隔冲器的抗冲性能影响;最后,通过冲击试验验证PQZS隔冲器理论计算结果。结果说明,PQZS隔冲器不仅能够提高静平衡位置鲁棒性,还能够提高抗冲击特性;另外通过妥协阻尼力和弹性力,能够获得几种阻尼条件下的最优缓冲系数;而且PQZS隔冲器冲击试验与理论计算结果吻合,验证了PQZS隔冲器理论模型的合理性和准确性。     

基于刚柔耦合的卫星舱壳体平抛式分离仿真与试验研究

针对卫星舱壳体分离过程中柔性效应带来的影响,基于柔性多体动力学方法,建立了复合材料卫星舱壳体平抛式分离的刚柔耦合动力学模型,采用推冲器的推力-位移关系实现了从地面试验到任意工况的推冲器推力等效,对柔性体模型和刚体模型进行了仿真及对比分析。结果表明:壳片弹性变形以2阶“呼吸运动”模态为主,吸收了约推冲器做功的15%,分离速度降低;分离面下角点处“呼吸运动”最为剧烈,半罩第一次向内“呼吸运动”时对内包络的影响最大;柔性效应还会影响推冲器推力作用的时间历程。进行卫星舱分离地面试验,采用高速摄影测量半罩运动情况,对比验证了仿真方法的正确性,仿真误差在13%以内。研究结果有助于确保分离方案的有效性,释放了卫星舱内包络空间的设计余量,为分离优化设计提供参考。     

塑性加工中的减振与降噪技术

本文综述目前在冲裁加工中减缓机身冲击波动和降噪的各种方法,如将压力机机身设计成夹层结构、利用减振材料代替普通钢板制作压力机;设计新型传动机构以降低冲裁速度;利用液体节流原理产生背压的阻尼油缸,即液压伺服-背压系统缓冲法;利用惯性原理的机械式惯性阻尼和液压式惯性阻尼的缓冲方法等。上述各种方法分别能降低噪声5～15dB(A)。     

库仑阻尼系统的冲击响应研究

利用分段线性方法对含库仑阻尼系统的冲击方程进行了解析求解。研究发现,忽略库仑阻尼的粘滞作用,或对冲击激励进行速度阶跃等效,会造成冲击响应计算结果严重偏离正常值。利用仿真结果给出了库仑阻尼系统冲击响应的特点,得出库仑阻尼的加入可有效地提高冲击隔离器的抗冲性能。研究结果对于深入研究库仑阻尼系统冲击响应有重要参考价值和潜在的应用价值。     

双限位器隔离系统的冲击响应计算及参数影响分析

针对限位器在承受冲击载荷过程中存在二次冲击的问题,建立了双限位器冲击隔离系统数学模型,通过分段线性的杜哈梅积分对冲击方程进行了解析求解,并与阶跃速度法的冲击响应结果进行对比,分析限位器参数(刚度比、阻尼比、安装间隙)对冲击响应的影响,讨论了多岛遗传算法在限位器参数优化中的应用。研究结果表明:适当的限位器阻尼可以有效提升隔冲系统的抗冲击能力,但当阻尼较大时,不可用速度阶跃法进行计算;制定合理的优化策略,利用多岛遗传算法可以得到符合冲击要求的限位器最优参数。     

并联阻尼结构液压缓冲器冲击波形仿真

采用环形缝隙和阻尼孔并联结构的液压缓冲器,利用液体的可压缩性和活塞腔流体出流面积迅速缩小,使活塞腔压力瞬间升高,对被测试件实施冲击。建立该缓冲器的数学模型,对其冲击波形进行仿真。结果表明,环形缝隙和并联阻尼孔面积是影响冲击波形的关键因素,减小环形缝隙或并联阻尼孔面积,冲击时间缩短,冲击加速度峰值增大,调节并联阻尼孔面积,可以调节冲击波形。该缓冲器可用于跌落式冲击试验机或双波冲击试验机中,对被测试件实施较为严酷的冲击。     

冲击理想化为速度阶跃的适用范围及其误差

为简化计算,一般当冲击力作用时间远小于隔离系统的固有周期时,我们可把冲击理想化为速度阶跃。这种近似处理方法会引起一定的误差,目前还只有无阻尼条件下的探讨。随着阻尼器件在冲击隔离中的应用越来越广泛,十分必要对有阻尼条件下冲击理想化为速度阶跃的条件及其误差进行分析。本文通过对具有代表性的半正弦和矩形冲击的计算和分析,发现在大阻尼比下,不宜把冲击理想化为速度阶跃。本文给出了速度阶跃处理方法的适用范围及其误差,并对影响误差的因素进行了探讨。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

阻尼对正切型包装系统易损件冲击谱影响

研究考虑易损件的正切型包装系统在半正弦脉冲激励下的冲击特性.建立考虑阻尼的二自由度非线性产品包装系统模型,得到冲击动力学方程并数值求解.讨论了易损件与主体连接部阻尼和缓冲垫阻尼对易损件冲击谱的影响规律.结果表明,在低频率比处连接部阻尼和材料阻尼的影响均很显著,而在高频率比处,连接部阻尼几乎没有影响.研究结论为产品包装设计提供科学依据.     

Kinetic modeling of PM combustion with relative velocity at low-temperature and numerical simulation of continuous regenerating type PM removal device that uses a fluidized bed

The size of particulate matter (PM) generated by combustion has decreased with the improvement of combustion technology. While small PM has a significant negative impact on the human body, it is difficult for a conventional PM removal device to collect small PM. We developed a fluidized bed type PM removal device with a focusing adhesion force. This device collects small PM effectively and can be operated as a continuous regeneration device at low temperature. To further develop this device, it is important to investigate the PM combustion characteristics in this device. The kinetic model constructed in conventional thermogravimetry could not accurately represent the combustion rates of the solid fuel in the fluidized bed. Therefore, a new thermogravimetric apparatus was constructed in this study that generates the direct collision of air with carbon to reproduce the fluidized bed combustion. The influence of the relative velocity between PM and gas on the combustion rate was investigated. The effect of relative velocity was represented as the mass transfer coefficient of kinetic model. It is observed that the combustion rate shows Arrhenius behavior, and kinetic parameters were determined by fitting. The kinetic model was applied to the numerical simulations of the PM removal device. The numerical collection efficiency was in good agreement with the experimental data. PM adhesion and combustion characteristics were investigated in numerical simulations. It is observed that the adhesion rate is high at a low void fraction and that the combustion rate is high at a high relative velocity. The PM combustion amount is high for the high adhesion and combustion rates. The total combustion amount is determined to be 55% of the total amount of PM deposition after 180 min at each set of conditions.     

高速撞击下温压炸药的响应敏感性

采用自行设计的动态加载装置对HMX基、HMX/NTO基和HMX/FOX-7基3种温压炸药撞击响应规律进行了研究,获得炸药的临界点火速度,并通过密闭燃烧罐分析撞击后回收试样的燃烧特性。结果表明:3种温压炸药药柱在高速撞击下均经历了冲击、塑性变形、破碎飞散和点火反应阶段;HMX基、HMX/NTO基和HMX/FOX-7基温压炸药的临界点火速度分别为302.9、312.3 m/s和315.3 m/s,NTO和FOX-7能够提高温压炸药的临界点火速度;分析撞击后回收试样的燃烧特性发现,与HMX基温压炸药相比,HMX/NTO基和HMX/FOX-7基温压炸药升压时间分别增加了103.6%和103.3%,升压速率分别降低了17.3%和21.1%,且撞击后的燃烧速率显著降低。     

轮足式包装搬运机器人减振装置设计

目的 为了降低轮足式包装搬运机器人在仓储运输等工作过程中受到振动冲击时对工作性能的影响,实现轮腿结合处的减振功能需求。方法 提出一种油压缓冲器与机械减振装置相结合的设计方案,分别用能量法和有限元法分析减振装置中主要弹性元件的刚度系数,比较采用不同结构弹性元件条件下驱动轮的刚度特性。结果 设计了具有油压缓冲器与平面S形弹性片的轮足式包装搬运机器人驱动轮机构,并进行了样机的轮式移动实验和环境冲击实验。实验过程中机器人的本体运动幅度波动很小,运行平稳,表明轮足式包装搬运机器人减振装置能有效地减少落地冲击,降低环境对包装件的物理冲击,验证了该减振装置设计的合理性与实用性。结论 该减振装置设计方案可以有效地减少轮足式包装搬运机器人在工作过程中受到的振动冲击,减小环境对包装件的物理作用,提高机械本体与电气元件的安全性,使它的工作性能更加稳定。     

振荡浮子式波能转换装置动力输出系统特性研究

动力输出系统(Power Take-Off, PTO)作为波浪能转换装置(Wave Energy Converter, WEC)的主要构件之一,对系统运动及能量转换至关重要。首先基于势流理论,运用特征函数展开法得到圆柱形浮体所在流域的速度势函数级数表达式,进而通过边界匹配法得到作垂荡运动浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的解析表达式。针对阻尼器特性,分别研究线性和非线性PTO阻尼作用下,浮子的运动及波能转换特性,重点研究了线性PTO作用下的过阻尼问题。计算结果表明,低速度指数的PTO系统对装置运动的影响主要体现在PTO阻尼系数上,随着阻尼系数增大,波能装置的共振频率逐渐减小,但减小幅度很小;PTO系统的非线性特性并不能改变浮子的最优转换效率,但是较大的速度指数能有效改善PTO系统的阻尼容量;在较低频和较高频时,通过解析算法得到的最优PTO阻尼系数会使得装置处于过阻尼工作状态,且在低频部分需要进行最优PTO修正的最高频率和在高频部分需要进行修正的最低频率均随着半径和吃水的增大而逐渐减小。     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构低速冲击性能的数值模拟

Abstract：Embedded and co-cured composite damping structure is a new damping processing structure, which can be widely used in high-tech fields such as aviation, aerospace, high-speed train, etc. Explicit dynamic analysis software LS-DYNA was used to simulate low velocity impact on embedded and co-cured composite damping structure panels. The simulation results are compared with the experimental data to illustrate the validity of modeling and calculation method. The result of simulation shows that the impact resistance of embedded and co-cured composite damping structure is much higher than composite structure without viscoelastic damping material.     

Micrometeoroid impact on ceramic thin components for interplanetary probe

A new advanced ceramic thruster made of monolithic silicon nitride (Si₃N₄) is under development for the next interplanetary probe of PLANET-C Venus exploration mission in Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). In order for secure operation of a spacecraft with a ceramic component onboard a real mission, the reliability against micrometeoroid impacts on the ceramic component has to be investigated in addition to the quasi-static mechanical and thermal analyses and verifications. First, the risk probability of the micrometeoroid impacts was evaluated by using an interplanetary flux model, and the risk evaluation in terms of impact energy was proposed by combining the velocity distribution with the flux model. The probability of impacts on the ceramic thruster during the mission was estimated with this model. Second, hypervelocity impact tests were performed with a two-stage light-gas gun. Three types of failure were observed: one was only a crater formed on the impact surface. Another type was crater formation on the front-face and spall fracture on the back-face and in the last type a perforation was formed in addition to cratering and spalling. The samples did not either shatter or breakdown for the impact energies tested in this study. The impact failure morphology observed in this study showed dependency on the plate thicknesses and the projectile kinetic energy. The energy-based risk evaluation together with the series of the hypervelocity impact tests indicated that the silicon nitride ceramic thruster onboard the interplanetary probe would have only a local damage and survive during the mission term.     

Simulation of dispersion of agglomerates in gas phase – acceleration field and impact on cylindrical obstacle

The dispersion of agglomerates by acceleration field and impact onto cylindrical obstacles in gas phase was successfully simulated by the three-dimensional modified discrete element method qualitatively. In case of gas-phase acceleration fields, agglomerates are dispersed into much smaller fragments comparing to the dispersion in liquid-phase shear or elongation flows. The microscopic structure of agglomerates much affects the dispersibility of agglomerates and the agglomerates containing particle of single-point contact with other particles are extremely easy to be dispersed. The impact onto obstacles is more effective dispersion mechanism than acceleration fields, since rigid agglomerates, which cannot be dispersed by acceleration fields, can be dispersed at rather low gas velocity. Although when the gas velocity is very low, agglomerates are only deformed and stuck to the obstacle surface. Then the dispersion becomes significant and size of fragments decreases with the increase in gas velocity.     

非牛顿流体阻尼器冲击缓冲实验及其建模仿真

建立一种用于描述非牛顿流体阻尼器的冲击缓冲过程的数学模型,并对阻尼器进行相应的实验。利用实验结果对模型参数进行辨识,获得碰撞环节参数及阻尼器的阻尼系数和速度指数。结果表明,这种抗冲类阻尼器与普通流体阻尼器的设计不同,它需考虑碰撞环节的参数,而这些参数对碰撞冲击力峰值具有很大的影响。在缓冲环节中,阻尼力随时间延长近似线性下降,阻尼器具有良好的耗能特性。研究结果对抗冲类阻尼器的设计提供参考。     

一阶速度滑移边界条件下的Stokes第二问题

本文基于分离变量和积分变换方法,针对在微尺度滑移区的Stokes第二问题进行了求解,得到了速度分布的解析解,并进一步得到了穿透深度的表达式．通过分析,发现由于微尺度速度滑移边界条件的影响,速度幅值和穿透深度皆有所减小．在此基础上,对平板受到的切应力、阻尼力和弹性力等进行了分析,结果表明弹性系数和阻尼系数均随振动频率的增大而增大．最后,通过与已有实验结果进行比较,发现基于本文的计算公式得到的器件谐振频率和品质因子与实验测量结果吻合很好．     

多阶梯被动变阻尼装置设计、试验及结构风振控制分析

针对粘滞阻尼器出力范围窄，磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性，在前期单阶梯被动变阻尼装置研制基础上，设计制作了一种多阶梯被动变阻尼耗能装置（Multi-stage Passive Variable Damping Device，MPVDD），该装置采用被动控制方式，在不同速度区间拥有不同的阻尼系数变化规律。对其进行了相关性能验证试验和基于该装置结构风振控制效果的数值计算，试验和分析表明:装置可根据外部激励速度变化，实时机械式改变阻尼系数，实现宽域值变阻尼力的输出，且不需外部能源供给和状态反馈；安装耗能装置高层结构风振下的加速度和位移响应均得到有效控制，保证了风载下结构的舒适性和安全性要求。所做研究为该装置的应用打下了良好的试验和理论基础。