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。     

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。     

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。     

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     

机械弹性车轮径向刚度特性及影响因素研究

为解决充气轮胎爆胎的问题,提高车辆防刺破及越野路面的行驶性能,对非充气结构机械弹性车轮径向刚度特性及影响因素进行研究。建立了机械弹性车轮非线性有限元模型,并通过负荷特性试验验证了模型的有效性;分析了使用条件和车轮结构等因素对机械弹性车轮径向刚度的影响,揭示了地面约束、材料、垂直载荷及力矩对车轮固有频率和振型的影响规律,为机械弹性车轮结构及整车动力学特性优化提供了参考。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

基于剪切耗能假设的黏弹性夹芯梁的振动和阻尼特性

基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理建立了三层粘弹性夹芯梁结构的有限元模型并对其振动和阻尼特性进行了研究。建模时认为粘弹材料层不可压缩,振动能量是依靠粘弹性层的剪切变形来耗散的。为验证本模型的正确性,将其与解析解作了对比。同时,为了证明本方法的优越性,将其与常用的“实特征模态”、“近似复特征模态”、“钻石法”和“近似法”四种数值方法做了比较。结果表明本方法的精度在这几种数值方法中是最好的。最后,讨论了粘弹性夹芯梁结构参数变化对系统固有频率和损耗因子的影响,得到了一些有工程实际意义的结论。     

结构参数对树脂基纤维编织复合材料折叠夹芯结构力学性能的影响

折叠夹芯结构是一种新型的复合材料夹芯结构,其结构参数对力学性能有重要的影响。文中以碳纤维和Kevlar平纹编织预浸料为芯材原料,采用热压工艺,制备了复合材料折叠夹芯结构试样。通过压缩试验得到不同条件下折叠夹芯结构在静态压缩载荷作用下的力-位移变化曲线。构建了复合材料折叠夹芯结构有限元模型,对不同结构参数复合材料折叠夹芯的力学性能进行了数值模拟分析,并将模拟结果与实验结果进行对比验证了模型的可靠性。实验及数值模拟的分析结果表明,随着芯材厚度的增加,折叠夹芯层的压缩强度呈线性增加,其破坏形式由假塑性变形逐渐向脆性破坏转化;面板对夹芯层的约束作用能够极大地提高压缩模量和强度,而且上下面板对压缩性能曲线有着不同的影响;折叠夹芯单元的高度、长度、折叠夹角等参数对其力学性能具有不同程度的影响。     

填充粘弹性材料剪力墙结构非线性有限元分析

基于被动控制的设计概念,该文在开缝剪力墙的基础上,在缝槽中填入粘弹性材料,并将这种构件应用到一幢八层钢筋混凝土剪力墙结构中。基于通用有限元软件ABAQUS,建立了该结构的弹塑性有限元模型,并对其在地震下的性能进行了数值模拟,重点研究了墙体开缝对结构地震反应的影响,以及缝槽中填充粘弹性材料对结构的控制作用。研究结果表明,墙体开缝降低了结构的刚度,增大了结构的位移反应,但开缝对减小结构底部反应及改变结构损伤分布有利。而缝中填充粘弹性材料后,可有效的控制结构的地震反应,减小结构的损伤,具有良好的实际应用意义。     

粘弹性复合材料夹芯板的稳态响应分析

芯材采用Kelvin粘弹性本构模型,推导了复合材料夹芯板的动力学方程,运用模态正交原理,以Navier完备解形式求解了四边简支正交对称铺层层合板的稳态响应,并给出了固有频率和结构损耗因子的解析解。通过固有频率的有限元解对比验证了数值计算的可靠性。分析了芯材剪切模量和芯材厚度对结构固有频率和损耗因子的影响。探讨了稳态响应的收敛性,并得到结构稳态响应振幅与频率的关系,分析了芯材损耗因子对结构稳态响应的影响。结果表明：芯材剪切模量存在最佳设计值;结构首阶模态特性主导结构的稳态动态响应。     

聚脲弹性体夹芯防爆罐抗爆性能研究

应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对三种防爆罐在1.2kgTNT爆炸载荷作用下的动态响应过程进行数值模拟。研究了无夹层、聚脲弹性体夹层和橡胶夹层防爆罐的抗爆性能。分析了不同夹层对防爆罐整体变形的影响,并分析了聚脲弹性体和橡胶夹层的吸能特性。通过聚脲弹性体夹层防爆罐在爆炸载荷作用下的变形试验研究,验证了数值计算结论的可靠性。结果表明,在相同爆炸载荷作用下,无论是在变形还是在能量吸收方面,聚脲弹性体夹层防爆罐都要优于无夹层防爆罐和橡胶夹层防爆罐;冲击波在聚脲弹性体传播过程中衰减幅度最大。     

高温老化后嵌入式共固化阻尼复合材料结构的阻尼性能

在综合研究双马来酰亚胺树脂基碳纤维预浸料(T700/QY260)和AFLAS氟橡胶的力学性能、阻尼性能和耐高温性能基础上,通过试验的方法提出一种能够耐260℃超高温度的黏弹性阻尼材料。利用四氢呋喃溶液将该黏弹性阻尼材料制成阻尼胶浆溶液,结合双面刷涂和热压罐工艺制备出嵌入式共固化阻尼复合材料试件,利用自由振动衰减实验方法对该试件分别做常温、230℃*96 H、260℃*96 H老化实验处理后相对阻尼系数的测定,得到不同温度老化处理后的嵌入式共固化阻尼复合材料的相对阻尼系数与阻尼材料厚度的关系,证明了所制备的嵌入式共固化阻尼复合材料具有优异耐超高温性能和稳定的阻尼性能。     

泡沫填充夹芯墙多胞结构的耐撞性多目标优化设计

泡沫填充管由于其优秀的能量吸收性能引起越来越多的关注。根据对丝瓜结构的研究,提出一种与丝瓜横截面类似的泡沫填充夹芯墙多胞结构。基于非线性有限元软件LS-DYNA,建立此种泡沫填充夹芯墙多胞结构的轴压分析有限元模型。基于多项式代理模型,采用多目标粒子群优化算法对不同截面形状的多胞结构进行了优化设计。根据优化结果对不同结构的选择给出指导性意见,使结构在满足峰值力限制的情况下拥有最好的吸能特性。本文提出的新型结构在车辆工程及航空航天等领域具有很好的应用前景。     

Finite element modelling of hybrid active–passive vibration damping of multilayer piezoelectric sandwich beams—part II: System analysis

An electromechanically coupled finite element model has been presented in Part 1 of this paper in order to handle active–passive damped multilayer sandwich beams, consisting of a viscoelastic core sandwiched between layered piezoelectric faces. Its validation is achieved, in the present part, through modal analysis comparisons with numerical and experimental results found in the literature. After its validation, the new finite element is applied to the constrained optimal control of a sandwich cantilever beam with viscoelastic core through a pair of attached piezoelectric actuators. The hybrid damping performance of this five‐layer configuration is studied under viscoelastic layer thickness and actuator length variations. It is shown that hybrid active–passive damping allows to increase damping of some selected modes while preventing instability of uncontrolled ones and that modal damping distribution can be optimized by proper choice of the viscoelastic material thickness. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.