薄壁钢管经受侧向撞击实验研究和理论分析

本文报道了两端固定薄壁钢质圆管经受侧向撞击时塑性大变形实验研究的一些结果，并考虑局部凹陷与整体弯曲变形的耦合作用进行理论分析，理论分析与实验结果符合很好。     

完整约束多刚体系统的碰撞问题

碰撞问题是多刚体系统中一个重要的研究领域,在航天飞行器和机器人设计方面经常遇到,本文在等时弹性碰撞(即同时开始碰撞,同时达到最大变形,同时结束碰撞)条件下,通过对受完整约束有根树状多刚体系统、悬空树状多刚体系统、非树悬空多刚体系统的研究,给出了其碰撞动力方程.并给出了实例.     

刚体撞击弹塑性直杆时冲击荷载之数值解

使用数值方法模拟了刚体撞击一端固支的弹塑性杆的全过程,得到不同质量比、冲击速度时的弹性和弹塑性冲击荷载,比较了冲击荷载的弹性解析解、弹性数值解和弹塑性数值解。结果表明:对于弹性冲击荷载,数值解和解析解非常相近且数值解有合理的升压段。在质量比不变的情况下,刚体速度和冲击荷载的峰值成线性关系,而对接触时间无影响。质量比的变化对冲击荷载的峰值和分布形式有影响。质量比越小,冲击荷载峰值越大,接触时间越长。对于弹塑性模型,杆中产生的塑性变形引起冲击荷载峰值减小和荷载曲线分布形式发生变化。塑性会延长接触时间,延长的接触时间就是塑性发展的时间。当速度越大,质量比越小,则杆中塑性发展时间越长,弹性和弹塑性杆冲击荷载的峰值和分布形式差别越大。     

地震时桥梁碰撞分析的等效Kelvin撞击模型

建立地震时桥梁碰撞分析的Kelvin撞击模型的参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,按照最大撞击力与最大撞击变形的比值,确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度;数值分析了影响Kelvin撞击模型阻尼系数取值的邻梁碰撞恢复系数。结果表明:Kelvin撞击模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度以及短梁与长梁的长度比的增大而增大;波动效应对碰撞刚度的影响明显,不能忽略;邻梁碰撞恢复系数随撞击速度增大而减小,随短梁与长梁的长度比减小而减小;确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度和邻梁碰撞恢复系数对城市桥梁的合理取值范围应分别为3×105kN/m―6×105kN/m和0.7―0.95。     

刚体碰撞的分析力学方法

从分析力学思想和动力学基本原理出发,对刚体为主的质点系碰撞问题解法进行系统归纳和拓展延伸。从动量定理的积分形式引入惯性冲量,类比D’Alembert原理得到求解碰撞问题的动静法,进一步结合虚功原理推导了碰撞问题的D’Alembert-Lagrange方程,简化了多约束、多刚体的机构碰撞问题的分析过程。将Lagrange方程在任意碰撞时程内积分,建立了在碰撞任意瞬时系统速度与碰撞冲量间的关系,并经微分运算推导出相对动能表达的Lagrange状态方程,形式简洁新颖。最后的实例验证和演绎了该结论及其具体应用方式。     

泡沫金属子弹撞击载荷下多孔金属夹芯板的动态响应

应用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了固支多孔金属夹芯板的塑性动力响应。讨论了多孔金属夹芯板在冲击载荷作用下的破坏模式。结果表明夹芯板的破坏主要表现在前面板的压痕与侵彻失效,芯层压缩和芯层剪切破坏。基于实验研究,应用LS-DYNA 3D非线性动力学有限元分析软件对夹芯板动力响应进行了有限元分析。数值研究结果与实验结果吻合较好。考察了加载冲量、面板厚度、芯层厚度及相对密度对多孔金属夹芯板抗撞击性能的影响。夹芯板的结构响应对其结构配置比较敏感,增加面板厚度或芯层厚度能够明显地减小后面板的挠度,提高夹芯板的抗撞击能力。研究结果对多孔金属夹芯板的优化设计具有一定得参考价值。     

碰撞作用下钢-混组合悬浮隧道管体局部响应分析

为了提高水下悬浮隧道(SFT)在外界碰撞作用下的安全性,其管体采用钢-混凝土组合截面.考虑材料非线性和应变率效应,采用ABAQUS有限元程序对钢筋混凝土截面、内衬式组合截面和外贴式组合截面管体在碰撞作用下的局部响应进行数值模拟;通过分析碰撞冲击力、混凝土损伤发展和耗能情况,对不同截面的防撞性能进行了对比,并分析了钢板厚...     

板间距对铝板多冲击结构高速撞击防护性能影响的试验研究

为了研究板间距变化对铝板多冲击结构高速撞击损伤与防护特性的影响,采用二级轻气炮发射铝球弹丸对具有不同板间距的双层、三层、四层和五层铝板结构进行了高速撞击试验,弹丸直径分别为3.97 mm、5 mm和6.35 mm,撞击速度为1.72~4.88 km/s,撞击角度为0°。结果表明:在铝球弹丸的弹道段撞击速度区间,板间距变化对铝板多冲击结构的高速撞击防护性能无显著影响;在铝球弹丸的破碎段撞击速度区间,对于相同的总防护间距,具有不同板间距的铝板多冲击结构的高速撞击防护性能存在明显差异;基于该试验数据定义的三层、四层和五层铝板结构的板间距因子,可为具有高效抗高速撞击能力的铝板多冲击结构的板间距设计提供依据。     

基于模型试验的船-冰碰撞载荷空间分布演变历程研究

针对船-冰碰撞载荷空间分布的演变历程,通过一系列的冰水池模型试验,分别从整体与局部的角度,对船-冰碰撞载荷沿船体表面的空间移动轨迹,及局部冰压力空间分布形态随时间的变化过程进行了研究.结果表明:船-冰碰撞过程中的冰载荷沿船体外板的整体作用呈现出近抛物线的轨迹;同时,冰压力的局部空间分布也呈现出与冰载荷时程曲线中...     

捕获载荷冲击漂浮基柔性空间机械臂动力学响应评估与自适应镇定控制及主动抑制

分析漂浮基柔性空间机械臂受捕获载荷冲击后动力学响应及控制,利用假设模态法近似描述空间机械臂柔性杆弹性变形;利用第二类拉格朗日方程建立漂浮基空间机械臂系统动力学模型。基于动量守恒原理,利用动量冲量法评估受捕获载荷冲击后漂浮基空间机械臂系统动力学响应。设计自适应控制算法对受捕获载荷碰撞冲击后不稳定漂浮基空间机械臂进行镇定控制;设计线性二次最优控制算法抑制柔性杆弹性振动。用数值仿真验证控制算法的有效性。     

受限柔性机器人的模型降阶及变结构力／位置控制

研究了具有柔性前臂的两连杆柔性机器人的混合力／位置控制问题。首先，利用奇异值分解法对所给出的受限柔性机器人模型进行分解，再利用伪逆的概念引入一个新的降阶坐标使各子系统降价，并分别对各子系统进行力控制器和位置控制器的设计。为了获得对拟静态假设的鲁棒补偿，对位置控制器采用变结构控制并进行了理论论明。最后，通过仿真进一步验证了本方案高精度性和强鲁棒性。     

船桥碰撞过程引发的冲击动力学论题

对船桥撞击过程引发的几个冲击动力学论题进行了分析。研究表明:1为降低船撞力,应采用柔性(低的结构动态广义波阻抗)防撞装置;2撞击力所做的功,通过应力波传播转化为内能(变形能)与动能之和;而变形能中的不可逆部分愈高,防撞装置发挥的整体作用愈大,则愈有利于防撞装置发挥缓冲耗能作用。并且如何让船舶尽早结束撞击并带走尽量多的剩余动能,应是防撞装置设计的关键点;3黏性耗能可缓冲撞击过程、延长撞击历时,有利于防撞装置发挥整体作用,进而为船舶在低应力下转向滑离、从而带走尽可能多的剩余动能创造条件。因此,船撞桥防护装置的设计应该建立在如下的科学设计理念上:ⅰ低波阻抗意义上的冲击柔性,ⅱ缓冲撞击过程意义上的粘性耗能,ⅲ防撞装置能及早发挥整体作用,化撞击集中力为分布载荷,以及ⅳ让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能。以钢丝绳防撞圈为主要元件的柔性耗能防撞装置是这一防撞理念的工程应用实例,其有效性已为工程实践和实船撞击试验证实。     

物料冲击破碎过程的一种非线性力模型

针对冲击破碎过程，在初步准静压破碎实验的基础上，提出了物料层的分段线性接触力模型，并引入恢复系数来表示膨胀阶段和压缩阶段之间的参数关系。应用该模型进行了单球冲击破碎的计算机模拟，证明恢复系数能宏观反映冲击破碎过程的能量损失。与线性弹簧阻尼模型相比，不但在微观过程中接触力保持正压，物料破碎会产生不可恢复的变形，更符合实验观察的实际情况，而且计算精度更高。     

Impact Force Identification of CFRP Structures Using Experimental Transfer Matrices

This paper presents a method for identifying the location and force history of an impact force acting on CFRP structures such as laminated plates and stiffened panels. The identification method is an experimental one without using any analytical model of the structure. Here, experimental transfer matrices, which relate the impact force to the corresponding responses of PZT sensors, are used to identify the impact force. The transfer matrices are preliminarily constructed from the measured data obtained by impact tests with an impulse hammer. To identify the impact location, the arrival times of the flexural waves to the PZT sensors are used, and an analog band-pass filter is used to obtain waves with a specified frequency. The wave velocity is determined experimentally from impact test results. The present method is verified experimentally by performing impact force identification of CFRP laminated plates and CFRP stiffened panels. The results reveal that the location and force history of the impact force can be identified accurately and rapidly using the present method.     

基于神经网络技术的南京长江大桥桥墩船舶撞击力识别

主要研究基于神经网络技术的南京长江大桥桥墩船撞力识别。在建立了南京桥4#桥墩的空间有限元分析模型后,对4#桥墩进行了动力特性分析;基于MATLAB平台建立了“船撞力-响应”神经网络,由沃辛试验船撞力曲线计算得到了船对桥墩的撞击响应并作为神经网络训练的样本。仿真计算结果表明,由桥墩墩顶的响应可有效识别船舶撞击力的大小、方向和撞击位置,该神经网络可用于有、无噪声干扰的船撞力识别,并且具有良好的容错性和鲁棒性。     

可挠曲双球橡胶接头横向冲击特性分析

对可挠曲双球橡胶接头的冲击刚度、阻尼进行冲击试验研究。试验装置为两个接头和中间质量组成的组件,试验在跌落式冲击机上进行。根据试验结果,利用多项式刚度和阻尼的两端固置等效梁力学模型队接头的冲击刚度、阻尼进行辨识,并以计算值和试验值的最小平方残差进作为优化目标,采用响应面及模拟退火算法进行最优辨识。结果表明,可挠曲双球橡胶接头的冲击刚度在压力提高后有明显的硬化效应;同时冲击强度越高,管接头的刚度降低,具有明显的软特性。     

MXenes在柔性力敏传感器中的应用研究进展

随着可穿戴柔性电子技术的发展, 高灵敏度和宽感应范围的柔性力敏传感器的需求量逐渐增大, 如何选择兼具高导电性和良好柔性的材料作为传感器的敏感材料是获得高性能传感器的关键。近年来, MXene材料因其导电性好、柔韧性高、亲水性好以及合成可控等优点成为一种极具潜力的导电敏感材料。本文就MXene基柔性力敏传感器的类型、敏感材料的微结构设计方式、传感性能及传感机理等方面的研究进展进行了阐述和总结。     

谐波驱动柔性关节机械臂接触力的动态特性

谐波驱动柔性关节机器人在约束空间的接触力的动态特性与接触环境刚度密切相关,环境刚度不同导致其动态特性不同,这与机器人自身动力学特性、传感器动态特性以及环境刚度等动态特性有关.通过对单自由度谐波传动系统接触力建模、理论分析,可知谐波传动接触力的动态特性与环境刚度密切相关,当环境刚度较大时,输出力基本取决于谐波齿轮柔性关节变形的负载力.基于建立的谐波驱动系统实验平台,利用动态信号分析仪进行了接触力的模型实验辨识研究,得到从电机驱动器到力传感器输出的动态特性模型,为接触力控制器设计提供参考.从实验辨识结果验证了理论分析的正确性,并在单纯速度反馈作为主动阻尼情况下,辨识得到接触力的闭环频率响应特性,根据闭环频响可知速度反馈阻尼可以增加系统力控制的稳定性.     

平面双连杆受限柔性机器人臂的模型简化及其控制

针对已建立的一类平面双连杆受限柔性机器人臂动力学模型，通过引入变量代换和一系列模型简化运算，得到一种非常简单的模型形式。     

冲击球压技术研究材料局部损伤和弹塑性特征

冲击球压技术是基于赫兹接触理论发展起来的研究材料力学性能的新方法,尽管起步较晚,但是对材料力学性能特征和变化的研究是非常有效的.概述了近40年利用冲击球压技术分析材料局部损伤和评价材料弹塑性特征的理论和研究进展,重点阐述了利用冲击球压技术和赫兹接触理论评价材料恢复系数和动态硬度特征及变化的可行性、敏感性和精确性.结合研究现状对冲击球压技术中隐含的问题进行了划分,并展望了未来冲击球压技术的发展方向.