不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程数值模拟

利用自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法,开展了不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程的数值模拟研究。当岩石单元的应力满足剪切开裂判据时,考虑了应力脆性跌落效应,在此过程中,围压保持不变。为了检验该方法的正确性,开展了单轴压缩条件下岩样变形-开裂过程的数值模拟研究。针对矩形巷道围岩的计算表明:①冲击速度低时载荷-位移曲线呈单峰特点;冲击速度高时载荷-位移曲线呈多峰特点;②冲击速度低时围岩的开裂呈渐进性特点;冲击速度高时围岩的开裂呈间歇性特点,这与在冲击过程中围岩中过去形成的一种较为稳定的结构(拱)被打破,并在其外围形成了新的稳定结构(拱)有关;③在模型相同垂直方向位移时,冲击速度低时围岩两帮的开裂深度较大,这说明冲击速度低时应力的传递较为均匀,冲击速度低时的结果(例如,V形坑内岩石碎块涌入巷道)与围岩的片帮类似;冲击速度高时的结果(例如,岩石碎块的弹射现象)与岩爆类似。     

摩托车整车噪声分析与消声器改进

基于噪声声压、声强测试,分析声压频谱、声强与声功率分布,识别某摩托车噪声源,结果表明,发动机缸头处与排气管处对整车噪声贡献相当,考虑优化成本和改进的复杂程度,主要针对排气消声器改进。利用有限元仿真手段和试验对原发动机排气消声器空气动力学性能和声学性能进行了研究,提出了消声器改进方案,通过消声器功率损失测试、插入损失测试和整车通过噪声实验,结果表明,改进方案使整车通过噪声降低1-2dB。     

摩擦对齿轮振动噪声影响的研究进展

围绕齿面摩擦引起的齿轮系统振动和噪声问题,从计入齿面摩擦的齿轮动力学模型、齿轮系统动态响应、齿轮摩擦噪声以及实验研究等方面,综述了近20年来齿轮振动噪声的研究现状和发展趋势。重点阐述了计入齿面摩擦的齿轮动力学研究的方式方法,总结了计入摩擦齿轮动力学的主要研究结论。最后就现有研究中存在的主要问题及研究方向提出了建议。     

舰船动力轴系冲击响应性能分析

摘 要：介绍了舰船轴系冲击激励的类型、基于有限元法建立的轴系冲击动力学模型以及基于有限元法在MATLAB平台上开发的舰船轴系动力学及冲击性能仿真平台(SHAFTFE)的基本功能,用SHAFTFE建立了一个包括推进轴系、推进电机和推进电机隔振器在内的整个动力轴系模型,计算了在不同冲击强度和动力轴系参数条件下整个动力轴系的冲击性能,分析了动力轴系的结构设计参数对动力轴系冲击性能的影响。结果表明,动力轴系在冲击作用下会出现较大的位移,因此在舰船动力轴系的设计中必须对轴系的冲击特性引起足够的重视,以增强整船的可靠性和生存能力。     

分段非线性轧机辊系系统的分岔行为研究

考虑轧机液压压下缸和平衡缸对辊系的约束影响,建立轧机辊系的分段非线性动力学模型。分别采用奇点稳定性理论和奇异性理论分析了该分段非线性系统在自治情况和非自治情况下的分岔特性,得到不同系统参数下的分岔形态。最后根据某轧机结构参数,模拟了轧机分段非线性辊系系统在不同的外部扰动下的局部分岔行为,发现随着外扰参数的变化该系统是周期运动、倍周期运动以及混沌等多种运动形态相互交替的复杂动力学系统,外部扰动参数的变化影响系统的运动形态,这为研究和抑制轧机辊系振动问题提供了理论参考。     

地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究

深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明:随着地应力水平的提高,岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低,非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展,但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响;地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性,随着地应力的增大,更多的炸药爆炸能转化为地震波能量,产生的高频地震波随距离衰减更快,且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。     

树脂柱对复合材料夹层板屈曲及动力学性能的影响分析

应用有限元软件ANSYS,分析树脂柱对点阵增强型复合材料夹层板力学性能的影响.对夹层板建立物理模型,采用8节点SOLID45实体单元,计算夹层板的屈曲、自由振动以及受冲击荷载时的瞬态动力响应.研究了树脂柱的材性及分布对夹层板屈曲载荷及自振频率的影响,讨论了瞬态冲击荷载作用下树脂柱对降低竖向动力位移的正面作用.结果显示,树脂柱的存在对夹层板的力学性能有一定影响,其中树脂柱的材性对夹层板屈曲及动力学特性的影响有限,而树脂柱的疏密程度对点阵增强型复合材料夹层板的力学性能有着明显的改进作用.     

钢桁架悬索桥颤振稳定性能研究

钢桁架悬索桥由于抗扭刚度较小其颤振稳定性通常难以满足抗风稳定性要求。本文以刘家峡大桥为例通过风洞试验研究了采取中央稳定板、导流板、封闭防撞栏等气动措施组合对钢桁架悬索桥颤振稳定性的影响。结果表明：上、下稳定板同时使用效果优于单独使用;将上稳定板做成分段布置时,正攻角的颤振临界风速会急剧降低。水平导流板外置比导流板内置于钢桁架内部效果好;加宽水平导流板可以使不同攻角颤振稳定性趋于均衡。加高并封闭防撞栏杆可以起到中央稳定板的作用,能有效提高桁架悬索桥不同攻角的颤振临界风速。     

一种基于残周期正弦拟合的冲击峰值计算方法

针对半正弦冲击波形峰值幅度的计算,提出了一种基于残周期正弦曲线拟合的最小二乘计算方法,通过在脉冲测量波形中截取峰值附近近似于半正弦部分的峰值波形,使用残周期正弦曲线拟合方法计算获得冲击峰值幅度。它具有操作简捷易行、收敛性好的特点,并可以通过拟合残差有效值来判定拟合效果的优劣。该方法直接使用截取的峰值波形原始数据进行计算,不需要用滤波器对波形数据进行预处理,从而避免了冲击计量中常用的数字滤波给峰值计算结果带来的影响,可以获得更加客观准确的校准结果。通过在实际校准实验波形上的计算,并与以往计算方法进行了比较,验证了所述方法的有效性和切实可行性。     

加载频率对悬臂梁振动疲劳特性的影响

研究了加载频率对悬臂梁振动疲劳特性的影响。首先,给三组相同的悬臂梁结构分别施加三种不同频率（悬臂梁的固有频率,略大于固有频率和略小于固有频率）的正弦激励,使其具有相同的初始应力,试验测得应力随循环次数的变化规律;其次,在试验测得应力历程的基础上,计算悬臂梁的疲劳损伤量,研究在相同初始应力下不同加载频率对同一悬臂梁振动疲劳特性的影响;最后,将预估结果与试验测得的固有频率下降量作了对比。结果表明：加载频率对振动疲劳寿命有较大的影响,文中给出的预估结果与试验结果比较吻合     

一类高阶KdV类型水波方程的多辛Euler-box格式

高阶KdV类型水波方程作为一类重要的非线性方程有着许多广泛的应用前景．本文主要研究高阶KdV类型水波方程的多辛Euler-box格式．首先,通过正则变换,构造了高阶KdV方程的多辛结构,并得到该系统的多辛守恒律、局部能量守恒律和动量守恒律．然后,我们利用Euler-box格式对高阶KdV方程进行离散,并基于Hamilton空间体系的多辛理论研究了该系统的离散Euler-box格式．我们证明该格式满足离散多辛守恒律,并且给出该格式的向后误差分析．最后,数值算例结果表明该多辛离散格式具有较好的长时间数值稳定性．     

Dynamic finite element analysis of a gradient elastic bar with micro-inertia

We study the dynamic behavior of a first strain gradient elastic bar with micro-inertia by means of the finite element method. The partial differential equation describing the motion of the bar expressed in terms of displacement is of fourth order with respect to the spatial variable, therefore, for the standard Galerkin formulation, Hermite elements are required. Consistent mass matrices are employed. The results are validated by comparison with some special cases where the exact solutions are derivable. Dispersion relations for the longitudinal waves are also derived. The effect of micro-inertia in the dynamic response of the bar is analyzed and comparisons are made with the classical elastic case. It is found that the micro-inertia parameter considerably affects the dynamic response of the bar and the dispersion characteristics of longitudinal waves.     

轴向冲击下弹性杆中轴向静载对入射波的影响

针对动静组合加载试验装置和一维应力波理论的研究现状,研究了轴向静载荷的大小对弹性杆上入射波的影响。首先,以动静组合加载试验装置中具有轴压的入射杆和轴压端帽为研究对象,利用一维应力波理论,研究冲头以一定速度撞击轴压端帽时,入射杆上的入射波与轴压的关系。进而,通过分析自由弹性杆与具有一定轴压的弹性杆共轴撞击,研究轴向静载荷的大小对入射波峰值应力和波长的影响。最后,利用动静组合加载试验装置和激光测速仪进行试验研究,验证理论分析结果的正确性。结果表明:弹性杆中轴向静载荷的大小对其上入射波影响较大,轴向静载荷与入射波峰值应力具有线性关系;轴压越大,入射波峰值应力越小,入射波波长越小。加载应力波上升沿时间越长,轴向静载荷对入射波波长影响越大。     

黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的传播

基于线性三维弹性理论和Kelvin-Voigt模型,采用勒让德正交多项式展开法推导了黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的波动方程,数值求解了波动方程并阐述了相关方程的含义。首先计算了大径厚比下黏弹性管的相速度频散曲线和衰减曲线,并与已发表文献的结果进行了对比,验证了程序的正确性,并进一步计算了低阶纵向导波的位移分布和应力分布曲线,验证了方法的可靠性。然后利用方程的解耦特性,分别求解了不同径厚比、不同黏性常数下纵向模态和扭转模态的频散和衰减曲线,研究了径厚比和黏性常数效应对两种模态的影响。最后针对扭转模态导波,研究了材料相关黏弹性常数对其频散特性和衰减特性的影响。      

A fractional equation to approximate wave dispersion relation in elastic rods

The Kolsky‐Hopkinson bar technique is widely used to test materials at high strain rates. When large‐diameter bars have to be used, the processing of experimental signals needs to take into account wave dispersion effects. Such effects are either characterised experimentally, mostly using spectral techniques, or modelled analytically, using the Pochhammer‐Chree equation. In this paper, a phenomenological fractional approximation is proposed to model the wave dispersion relation in elastic bars. It involves the Poisson's ratio as a parameter. The proposed new equation approximates well the wave dispersion relation obtained by the Pochhammer‐Chree equation for Poisson's ratio ranging from 0.25 to 0.4 and for wavelengths 4 times higher than the radius of the bar. This roughly corresponds to frequencies up to 75 kHz. Thus, the proposed fractional equation is useful for processing signals obtained in Kolsky‐Hopkinson bar experiments. The approximate fractional equation is as simple as Love's equation; however, the former outperforms the latter equation.     

Longitudinal motion of an elastic bar

Summary The exact equations of motion of an elastic bar are discussed, both in material and local coordinates. It is shown that for an ideal elastic material the former, but not the latter, are linear. An infinite number of conservation laws is shown to exist.     

Lamb waves in a thin isotropic layer between two anisotropic layers

Attenuative Lamb wave propagation in adhesively bonded anisotropic composite plates is introduced. The isotropic adhesive exhibits viscous behavior to stimulate the poor curing of the middle layer. Viscosity is assumed to vary linearly with frequency, implying that attenuation per wavelength is constant. Attenuation can be implemented in the analysis through modification of elastic properties of isotropic adhesive. The new properties become complex, but cause no further complications in the analysis. The characteristic equation is the same as that used for the elastic plate case, except that both real and imaginary parts of the wave number (i.e., the attenuation) must be computed. Based on the Lowe's solution in finding the complex roots of characteristic equation, the effect of longitudinal and shear attenuation coefficients of the middle adhesive layer on phase velocity dispersion curves and attenuation dispersion curves of Lamb waves propagating in bonded anisotropic composites is visualized numerically.     

行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律,以某490m钢桁拱桥为研究对象,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式,有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明:行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著,从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量,行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大,若不考虑行波效应,将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比,行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大,使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著,尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加,拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大,而竖向位移拟静力分量逐渐减小,拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向,导致总位移均明显大于对应的动力位移。     

Assessment of viscous and elastic properties of sub-wavelength layered soft tissues using shear wave spectroscopy: theoretical framework and in vitro experimental validation

In elastography, quantitative imaging of soft tissue elastic properties is provided by local shear wave speed estimation. Shear wave imaging in a homogeneous medium thicker than the shear wavelength is eased by a simple relationship between shear wave speed and local shear modulus. In thin layered organs, the shear wave is guided and thus undergoes dispersive effects. This case is encountered in medical applications such as elastography of skin layers, corneas, or arterial walls. In this work, we proposed and validated shear wave spectroscopy as a method for elastic modulus quantification in such layered tissues. Shear wave dispersion curves in thin layers were obtained by finite-difference simulations and numerical solving of the boundary conditions. In addition, an analytical approximation of the dispersion equation was derived from the leaky Lamb wave theory. In vitro dispersion curves obtained from phantoms were consistent with numerical studies (deviation <1.4%). The least-mean-squares fitting of the dispersion curves enables a quantitative and accurate (error < 5% of the transverse speed) assessment of the elasticity. Dispersion curves were also found to be poorly influenced by shear viscosity. This phenomenon allows independent recovery of the shear modulus and the viscosity, using, respectively, the dispersion curve and the attenuation estimation along the propagation axis.     

夹层输流管道弹性波频散特征分析

对无限长夹层输流管道的管壁弹性波频散特征、管内流体声波频散特征,以及弹性体与流体声固耦合的波传播频散特征进行了研究与分析.基于铁木辛柯梁模型构建弹性体管道的波数解析式.考虑声固耦合效应,对无限长夹层输流管道的管壁弹性波与管内流体声波相互耦合的波数和模态振型进行了求解.运用参数化扫描,分别计算了管内流体域为水和空气情况下...