铝合金梁受低速撞击动态响应的试验研究EI北大核心CSCD

梁受横向撞击时,其撞击力、局部变形和整体变形等动态响应受到撞击体质量、撞击速度、撞击位置以及梁刚度特性等因素的影响,研究这些参数对动力响应以及对撞击局部效应和整体效应的影响规律,是合理提出抗撞击防护手段的基础。该文利用低速落锤冲击试验装置进行了铝合金梁横向撞击试验,着重研究不同撞击速度、撞击位置和试件刚度等因素对铝合金梁所受撞击力、整体与局部变形、应变与能量等的影响规律。实验结果表明:随着撞击速度的增加,试件吸收能量的速率增大,撞击力幅值不断增加,撞击荷载主峰值段的持续时间减小;试件的整体变形和局部变形都明显增大,但局部效应相对增加更为显著;随着试件刚度(厚度)的增加,试件受相同速度撞击的吸收能量速率增大,撞击力荷载峰值显著增加;试件整体变形减小,而局部变形增加,说明试件刚度越大,其撞击整体效应减弱,而局部效应增强;试件受撞击后整体变形与撞击力相比明显具有滞后性,表明整体效应滞后于局部效应。     

铝合金梁受低速撞击动态响应的试验研究

梁受横向撞击时,其撞击力、局部变形和整体变形等动态响应受到撞击体质量、撞击速度、撞击位置以及梁刚度特性等因素的影响,研究这些参数对动力响应以及对撞击局部效应和整体效应的影响规律,是合理提出抗撞击防护手段的基础。该文利用低速落锤冲击试验装置进行了铝合金梁横向撞击试验,着重研究不同撞击速度、撞击位置和试件刚度等因素对铝合金梁所受撞击力、整体与局部变形、应变与能量等的影响规律。实验结果表明：随着撞击速度的增加,试件吸收能量的速率增大,撞击力幅值不断增加,撞击荷载主峰值段的持续时间减小;试件的整体变形和局部变形都明显增大,但局部效应相对增加更为显著;随着试件刚度（厚度）的增加,试件受相同速度撞击的吸收能量速率增大,撞击力荷载峰值显著增加;试件整体变形减小,而局部变形增加,说明试件刚度越大,其撞击整体效应减弱,而局部效应增强;试件受撞击后整体变形与撞击力相比明显具有滞后性,表明整体效应滞后于局部效应。     

热载荷作用下大变形柔性梁刚柔耦合动力学分析

从非线性应变-位移关系式出发,用虚功原理建立了热载荷作用的柔性梁的热传导方程和旋转刚体-梁系统的刚-柔耦合动力学方程.由于考虑了刚度阵的高次变形项,适用于大变形问题.对温度、弹性变形和刚体运动变量联合求解.研究了热流引起的温度梯度对弹性变形和刚体转动的影响,以及在大变形情况下的几何非线性效应.     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究EI北大核心CSCD

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括：局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种：撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

覆盖增强主动约束层阻尼的旋转轴向FGM梁的热抑振研究EI北大核心CSCD

针对空间柔性机械臂容易发生热致振动的问题,以中心刚体-旋转梁模型为研究对象,在柔性梁表面部分覆盖增强主动约束层阻尼,研究了系统受热载荷冲击作用下的振动控制问题。假设基梁为适用于温度场的功能梯度材料(Functionally Graded Materials,FGM)梁,且材料特性沿轴向梯度分布。基于刚-柔耦合建模理论对温度场中的旋转FGM梁进行动力学建模,采用数值分析方法研究了增强主动约束层阻尼贴片位置/覆盖率、温度、结构宽度以及中心刚体半径等参数对结构末端变形的影响,经过对比找到了对结构振动影响较大的几个因素,包括贴片位置、贴片覆盖率以及结构宽度,可根据研究结果对结构进行优化,从而达到振动抑制的目的。     

柔性梁含摩擦斜碰撞的刚体-弹簧-质点混合模型研究

为精确快速地预测柔性梁因斜碰撞导致的复杂瞬态动力响应,提出了一种可同时计及局部接触区法向接触柔度、切向接触柔度以及柔性梁整体结构柔度的混合分析模型(HAM)。基于有限段法的思想,将柔性梁的整体位移场离散为弹簧-阻尼-刚体系统,局部接触区的法向双线性压缩-恢复以及切向摩擦变形过程则用含有能量恢复系数的弹塑性弹簧-质点系统进行描述。依据HAM模型,导出了斜碰撞系统在不同接触状态下的分段连续动力学方程。给出了法向压缩-恢复状态和切向黏-滑运动状态的切换准则,并运用事件驱动法对数值算例进行了求解。通过比较HAM模型解、实验数据以及商业有限元解,表明该模型能准确预测接触力的时间历程并描述反复切换的黏-滑(反向)运动模式,验证了HAM模型的可行性。     

基于土-结构相互作用的核电厂房抗飞机撞击耦合分析与模型验证EI北大核心CSCD

相互作用是结构-地基体系在冲击载荷作用下动力响应的重要影响因素,尤其非岩基场地条件下地基对结构的刚度约束作用有所削弱,有效而合理地开展地基等因素模拟是保证结论可靠性的关键前提。该研究结合某核电厂房在飞机撞击条件下的动力特性分析开展了细致研究,提出了一种细致模拟的耦合动力分析方法,其中基于飞机载荷曲线和墙体冲击变形等因素,对密切关系到分析规模的模型网格疏密特征进行了精细对比分析;对完整地基场地进行建模,并在边界处设置完美匹配层(PML)模拟无限地基辐射阻尼效应;对不同柔、硬场地条件及飞机撞击的不同位置进行对比分析,得出上部结构振动响应的影响因素。模型参数的敏感性分析可为精细化模型的标准化建模提供依据,而数值结果显示在非岩基场地条件下,土-结构相互作用对于核电厂房抗飞机撞击的整体动力响应,尤其是楼层反应谱有较显著的影响。     

基于两种接触模型的柔性体间多次微碰撞问题研究

由于柔性体的弹性振动,柔性结构间的一次宏观碰撞过程中,可能发生多次"接触-分离-接触"的微碰撞过程。多次碰撞行为往往会对结构造成各种形式的损害。为了能正确预测任意形状柔性体的多次微碰撞过程,基于三维实体有限元模型,分别采用罚函数法和附加约束法的接触模型,对一柔性杆撞击两端固支梁的问题进行研究,并分析了接触刚度、网格尺寸等参数对两种方法仿真结果的影响。数值结果表明,在罚函数法中,只有通过多次试算得到合适的接触刚度及网格尺寸,才能准确预测出多次微碰撞过程的碰撞次数、碰撞力峰值及碰撞持续时间,而附加约束方法无需选取接触刚度并且对网格尺寸的依赖性较小。     

大型水平轴风力发电机桨叶稳定性研究

大型水平轴风力发电机桨叶为流-刚-柔耦合的周期时变多体系统。本文暂未考虑风载荷,分析了重力载荷和桨叶预锥角、转速等因素的变化对稳定性的影响。力学建模中,考虑了桨叶挥舞、摆振、扭转和轴向运动以及根部铰的挥舞、摆振和变矩等刚体运动。利用有限元法形成5节点18自由度的刚-柔混合梁单元模型,应用Hamilton原理建立桨叶动力学方程,求得对应的摄动方程,采用Newmark隐式积分方法求解。根据Floquet理论判断运动稳定性,计算了相关转换矩阵的特征值。结果表明预锥角对桨叶运动稳定性影响不容忽视。在通常的工况下,桨叶能够稳定地运转。     

钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能研究

传统结构构件设计较少考虑碰撞效应,因此有可能因碰撞荷载而引起严重的冲击破坏。鉴于此,在前期提出的刚柔复合防护结构体系的基础上,针对钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能进行了分析研究。在数值模拟的过程中,分别考虑了无防护、刚性防护、柔性防护和刚柔复合防护四种不同的措施以及两端固支、两端铰支和一端固支一端铰支三种不同的梁端约束形式。通过观测钢筋混凝土梁的应变、位移、加速度和冲击力等参数,可评价相应的抗撞效果。数值结果表明,提议的复合防护体系效果最好,可以有效抑制受撞构件的冲击响应;同时,构件约束形式对抗撞性能的影响也是不容忽视的。     

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。     

车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响分析

为探究车轮谐波磨耗对轮轨间蠕滑特性的影响,建立了4种不同轮轨关系下的车辆-轨道耦合动力学模型。基于多体动力学理论,以实测车轮谐波磨耗为依据,对比分析了4种模型的轮轨振动特性,得到最能反映真实情况的轮轨关系模型。基于柔性轮轨分析车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响,并进一步探究谐波磨耗下扣件刚度和速度对蠕滑特性的影响。结果表明:柔性轮下的振动响应要高于刚性轮,而刚性轨下的振动响应要大于柔性轨。其发生机理表现为柔性体的固有模态与谐波激励频率相近引发模态共振,使得柔性体的振动响应大于刚性体。对比分析结果表明多柔体更能反映轮轨真实接触状态;车轮谐波磨耗的阶次和幅值对柔性轮轨关系下的蠕滑特性影响显著,整体呈现出随阶次和幅值增大而增大的趋势,且高阶次下,幅值对蠕滑特性的影响更加显著。进一步发现扣件刚度对蠕滑特性的影响与速度呈现相关性,当速度低于250 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响并不显著,但仍呈现出随刚度增大而减小的趋势;当速度高于300 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响比较明显,呈现随刚度增大而增大的趋势。     

考虑三维圆柱铰间隙碰撞的空间机构柔性多体动力学分析方法

三维圆柱铰的动态性能对空间机构的运动精度和动力学特性有着重要的影响。基于多体动力学方法和刚体有限元方法,提出考虑三维圆柱铰的间隙碰撞和动态接触作用的空间机构柔性多体接触动力学方法。采用圆柱-圆柱的线接触力学模型和切片法,计算圆柱-圆柱的接触变形量和接触力,建立三维圆柱铰的轴销与轴套之间的间隙碰撞作用和三维动态接触关系。以等效刚体单元和Timoshenko梁单元描述柔性杆件的刚性有限元模型,建立柔性连杆和三维圆柱铰的具有多刚体系统的统一形式的动力学方程。计算分析了含三维圆柱铰的空间机构的运动精度和动力学特性,获得空间机构的位移响应,三维圆柱铰的相对运动轨迹和动态作用力等动力学响应。采用三维圆柱-圆柱动态线接触方法,能有效地预测空间机构系统的三维圆柱铰持续接触、间隙碰撞状态和摩擦作用下的动力学特性。计算结果表明三维圆柱铰的间隙碰撞作用对空间机构的运动精度和动态特性的影响较为显著。动力学模型和计算结果对复杂工况下高精度多间隙的空间机构的动态设计和动力学研究具有重要的理论意义。     

包装生产线输送碰撞仿真及分析

以ADAMS 的碰撞仿真理论为基础,在综合分析了碰撞参数物理意义的基础上,研究了块状刚性物体与柔性接触面的运动机构碰撞过程中的动力学特性,并采用柔性碰撞动力学进行了求解,运用拉格朗日碰撞动力学方法求出了碰撞时的运动状态,再用IMPACT 碰撞理论求解其碰撞力,然后运用ADAMS 软件对其运动进行了仿真分析,并根据仿真结果对包装输送线线上离线机构进行了参数优化选择。     

车下设备悬挂刚度对车辆平稳性影响

为分析车下设备悬挂刚度对车辆平稳性的影响,通过对某型动车的车体有限元模型进行模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究不同的设备悬挂刚度对车体与设备的耦合振动影响。通过刚性与弹性两种不同的联接方式对的比分析可知,弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到抑制作用,由此大大降低设备对车体振动的影响。刚度优化仿真结果表明：车下设备悬挂刚度的不同对车辆的平稳性指标有着重要的影响。     

碰撞引起的宇航设备冲击响应仿真分析

利用运动学、动力学原理、有限元等分析方法对宇航设备在碰撞过程中的碰撞速度、撞击力、静强度、动力学响应等进行了仿真分析,由于碰撞力无法直接测量,应用碰撞理论和简化假设处理,计算得到碰撞力的分布函数,通过应用有限元理论和通用有限元程序NASTRAN,建立了研究对象的有限元模型,计算得到结构力学响应并结合以往的环境试验结果,验证了局部应力过高导致次结构破坏的现象,得出了主结构内部无法检测部件的环境适应性结论。还将理论仿真结果与模拟试验测量结果进行了对比分析,计算结果与实测结果有较好的一致性。分析表明,利用运动学和碰撞的有关理论可以较好地模拟文中设备的碰撞过程,对于撞击力的分布服从半正弦分布的假设在工程实践中是可行的。计算结构频率耦合作用而产生的结构内部放大或衰减效应。     

舰载飞机机体主传力结构拦阻冲击动力学试验与仿真分析

舰载飞机拦阻着舰过程中,在多系统相互耦合条件下复杂的拦阻动载荷通过拦阻钩作用于机体结构,对机体结构安全性提出挑战。研究此过程中拦阻动载荷在结构上的传播规律及主传力结构的动响应特性具有极为重要的意义。通过地面拦阻冲击模拟试验,对舰载飞机拦阻减速过程中机体主传力结构动响应进行分析研究,并基于刚柔耦合动力学模型对试验过程进行数值模拟仿真分析。研究得到了拦阻过载和应力应变在结构上的响应特征,获取了过载和应变峰值沿机体传力路径的分布规律,可以作为舰载飞机结构强度设计的重要参考依据。研究表明拦阻冲击过载峰值沿主传力路径顺航向,呈现出明显的衰减趋势。靠近拦阻钩接头结构过载峰值较高,但由于冲击时间短,应变响应较小,不会对机体结构造成损伤和破坏。拦阻载荷在机翼隔离框位置会产生应力集中效应,结构设计时应注意对相应结构作局部加强。     

多体系统斜碰撞动力学中的结构柔性效应

本文针对重力场下作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生斜碰撞的情况,建立起系统含碰撞的一致线性化的动力学方程。根据Ｈｅｒｔｚ接触理论和线性切线接触刚度建立碰撞接触模型。针对结构不同刚度的情况进行了仿真计算,由仿真算例的计算结果可以看出,结构的柔性对碰撞过程中的微运动具有明显的作用,同时对降低由于碰撞而引起的能量损耗和减少碰撞作用力起到一定的效果。