液压防后倾装置特性建模及起重机防后倾研究EI北大核心CSCD

为求解起重机突然卸载冲击液压防后倾装置的动态响应问题,提出一种液压防后倾装置特性建模方法。将液压防后倾装置简化为变阻尼缓冲模型,对模型的管路特性和插装阀特性分别进行理论分析,建立描述液压防后倾装置缓冲特性的一般方法。通过系列特性试验,分离缓冲力中的阻尼力分量,辨识出描述液压防后倾装置阻尼特性的参数。将液压防后倾装置模型作为随速度变化的虚拟力集成入起重机刚柔耦合模型中,构成起重机虚拟样机模型。通过起重机卸载冲击仿真,获得描述卸载载荷和阻尼力关系的仿真曲线,通过起重机防后倾试验,验证了仿真模型的准确性。这一试验建模方法为准确求解一类弹性结构与液压缓冲系统之间的复杂动力学响应提供参考。     

矿用防冲方形折纹薄壁构件吸能特性数值分析

为有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出了一种矿用防冲方形折纹薄壁构件,构件防冲体现在构件被压溃过程中吸收冲击能和压溃空间给煤岩提供了一定的能量释放空间。采用ABAQUS有限元软件模拟了不同壁厚、轴向堆积不同模块个数的构件的吸能特性,并与常规方形薄壁进行了对比分析。结果表明:1方形折纹薄壁构件与常规方形薄壁构件相比有较低的压溃峰值载荷,有较高的总吸能和比吸能,防冲性优势明显。2减小折纹薄壁构件的壁厚和减小模块长度来增加构件轴向模块个数均能有效降低压溃峰值载荷,但同时也降低了总吸能和比吸能。根据模拟结果,选定了矿用防冲方形折纹薄壁构件尺寸,并进行了实验研究,证明了模拟的准确性。防冲构件与现有支架相结合使用,可使现有支架成为顶梁防冲支架、底梁防冲支架、两帮防冲支架、防冲液压支柱等。     

矿用扩径式吸能构件吸能防冲特性研究

为增强液压立柱的防冲性能,有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出了一种与液压立柱结合使用的扩径式吸能构件。采用理论分析和试验研究方法,对构件吸能防冲特性进行研究,结果表明：轴向压缩下扩径式吸能构件具有非常好的稳定性和可重复性的变形破坏模式,且构件变形后向四周膨胀值仅为薄壁圆管厚度,几乎不占用其它空间。扩径式吸能构件压缩过程中具有较为理想的力-位移曲线。扩径式吸能构件冲程效率不受几何尺寸影响,扩径式防冲构件具有较小的载荷波动系数。理论推导得出了构件吸能防冲评价指标,并与试验结果具有较好吻合,为构件选取提供了理论依据。扩径式防冲构件是较为理想的吸能防冲构件。     

八连杆隔离器的结构及隔冲特性分析

为提高惯导设备隔离器的防护能力,基于Stewart平台理念,提出了一种能够大幅度卸载任意方向冲击载荷的八连杆隔离器,该抗冲击隔离器能够显著提高惯导设备的防护能力。首先分析了结构的刚度特性,得出静刚度与理论设计相符,并基于振动试验,得出该结构的固有频率满足设计要求,隔振效果较好;同时,在大量的冲击试验和仿真的基础上,通过分析设备响应峰值及隔离率,证明该结构具有较好的隔冲性能,且水平向更突出;进而利用仿真及试验数据绘制冲击响应谱,得出该结构频域上的隔冲能力同样显著。综上得出,在时域和频域内,八连杆隔离器的隔冲能力较强,该隔离器的结构和隔冲特性分析可为隔离器的优化设计提供参考。     

杨木静动态压缩本构模型研究

目的 以杨木为研究对象,研究其静动态压缩载荷作用下应力-应变曲线的变化特征,建立适合的本构模型,并对其进行描述。方法 对杨木试件进行静动态压缩加载试验,分析静动态压缩载荷作用下杨木应力-应变曲线的变化特征,构建适用于静动态压缩载荷作用下杨木的本构模型。结果 静态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段和密实化阶段等3个部分,动态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段和屈服阶段等2个部分;静态压缩加载时,杨木轴向屈服应力最大,分别是径向和弦向的5.70倍和7.75倍;动态压缩加载时,当应变率从400 s-1增加到1000 s-1时,径向、弦向和轴向的屈服应力分别增加了1.51,1.59,3.12倍,杨木的屈服应力具有应变率敏感性;采用包含应变率影响的本构方程来描述杨木在静动态压缩载荷作用下的本构关系是比较合适的。结论 杨木是一种应变率敏感材料,静动态压缩载荷作用下杨木的应力-应变曲线均表现出多孔材料的特征,将多孔材料本构模型应用于木材是可行的。     

三轴向冲击载荷作用下RDX基PBX炸药损伤模式与表征

导弹战斗部在攻击地下目标高速侵彻过程时常因损伤而发生提前起爆,极大削弱了对攻击目标的毁伤作用,甚至影响整个战略局势,针对这一急迫需要解决的问题,进而对导弹战斗部中的RDX基PBX炸药在高g值加载方式下的损伤特性进行研究。基于一级轻气炮对PBX炸药试件在三轴向冲击加载方式下的损伤特性进行了一系列的实验研究,结合数值模拟、Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度和扫描电子显微镜(SEM),对PBX炸药试件损伤模式进行研究和表征,并探索实验后的试件密度与冲击载荷之间的量化关系。结果表明,晶体颗粒表面与黏结剂之间的剪切强度约为0.6 Mpa,因此,在较小冲击载荷作用下就已发生剪切脱黏现象,随着三轴向冲击载荷压力的增大,逐渐出现晶体颗粒孪晶带,颗粒破碎和融化细观损伤模式;实验后的试件密度与冲击载荷压力之间修正的玻尔兹曼关系与实验结果基本相符;Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度预测结果与SEM测试分析结果基本吻合,可为该PBX炸药细观损伤机理研究提供重要依据。     

颗粒自激式冲击-振动耦合力学试验方法及试验研究EI北大核心CSCD

针对一类冲击-振动耦合力学试验的技术需求,提出了一种短间隔连续冲击及颗粒体自激振动复合的冲击-振动耦合力学试验方法,并研制了试验系统样机。基于EDEM软件和VC++二次开发建立了试验系统自激振动结构的离散元耦合仿真模型,分析了颗粒体自激振动响应的一般规律,在此基础上根据应用需求优化选择自激振动加载方案。基于研制的力学试验系统样机和自激振动方案开展试验研究,通过分析对比连续冲击加载和冲击-振动耦合加载响应加速度时频域信号,验证了选择的颗粒体自激振动加载方案的实际作用效果,该试验系统可满足一些苛刻高动态连续冲击试验和连续冲击-多频振动耦合试验的需求,研究具有较好的科学意义和工程应用价值。     

移动式复合载荷作用下自紧身管的动态冲击响应研究

为研究某大口径自紧身管在火药燃气压力和弹带动态载荷复合冲击下的动力学响应演化历程,先提出三维残余应力场生成方法并利用脚本建模方式完成身管网格划分,而后计及挤进中诸能量形式及其相对比变化,通过联合多个用户子程序重新定义次要功系数及摩擦力模型并建立弹炮耦合非线性模型与内弹道方程组的关联通信,实现了上述载荷随火药燃烧而动态加载的过程,研究表明:基于该加载方式获得的数值结果能够比较准确地反映发射中身管真实响应,残余应力对身管应力场模式及演化有明显影响,两种复合载荷分布范围存在差异,弹带对身管动态作用力不可忽略。     

真三轴静载作用下混凝土的动态力学性能研究

研制了一种真三轴静载作用下混凝土、岩石动态实验系统。该系统采用液压伺服控制系统可对试件施加三向独立的100 MPa静载、采用霍普金森杆(SHPB)冲击加载可对试件施加1 GPa以下的冲击动载;同时,立方体试件六个面的动态信号可由六根杆上的应变片记录。由此,研究了C30混凝土材料在不同的真三轴静载条件下的动态压缩性能,得到了三向独立的动态应力应变关系、动态体积应变、动态Drucker-Prager强度参数等。尼龙和花岗岩试件作为对比材料,进行了初步探讨。     

矿用防冲折纹筒屈曲吸能特性影响研究

为提高防冲液压立柱抗冲击性能,设计折纹筒吸能构件并应用于立柱支护结构中。采用数值模拟与实验研究相结合的方法,研究防冲折纹筒结构屈曲吸能特性。模拟结果表明,折纹筒在压缩变形过程中能够按照预折纹的引导来进行屈曲变形,变形效果理想且对称稳定;对折纹筒结构进行准静态压缩实验,获取不同实验条件下构件压缩形态,得到各个试件力-位移-能量曲线。分析实验结果发现:选用Q760钢材以冷压处理加工,进行压缩实验时试件有局部开裂现象且达不到预期吸能值;采用HG70D钢材并以热压与热处理加工,试件未发生任何钢板开裂,说明材质与加工工艺改善了折纹筒钢板均质性,并消除了内部残余应力,提高了构件稳定性。     

AA5052薄板磁脉冲胶焊复合接头动态力学性能研究

目的 研究AA5052铝合金薄板在高速冲击载荷下的磁脉冲胶焊复合接头的动态力学性能,探究不同载荷速率对该胶焊复合接头力学和失效行为的影响规律.方法 利用磁脉冲焊接系统成功制备了胶焊复合连接试件.采用万能拉伸试验机、高速拉伸试验系统,结合全场应变测量系统,获得胶焊复合接头的力学性能规律,以及渐进失效过程和搭接区应变变化....     

基于LabVIEW的车体静强度试验台测控系统

车体静强度试验需要通过液压缸对车体进行作用力加载。针对传统车体静强度试验台手动调节液压缸作用力操作复杂、精度低以及试验台信息化程度低、监管困难等问题，基于LabVIEW设计了车体静强度试验台测控系统。基于LabVIEW开发了该测控系统上位机软件，在控制算法上，针对液压缸加载特性和系统安全性、鲁棒性的要求，对PID（proportion integration differentiation，比例积分微分）算法进行改进并基于自适应算法对PID参数进行调整；选择S7-200 SMART PLC（programmable logic controller，可编程逻辑控制器）作为下位机来对液压泵站进行控制，上、下位机间采用OPC（object linking and embedding for process control，过程控制中的对象链接和嵌入）技术进行通信；基于以太网开发了试验台信息化系统，并设计了信息化流程。试验结果证明：该测控系统实现了对液压缸作用力的快速、准确控制，具有较强的安全性和鲁棒性；达到了对液压泵站远程操作、数据实时采集及对试验台信息化管理的目标。该测控系统可推广至需对液压缸作用力进行自动控制和对系统信息化要求较高的实际应用中。     

八连杆抗冲击隔离器设计与性能分析

为提高惯性导航设备的抗冲击能力,设计了一种八杆并联的抗冲击隔离器,能够大幅度降低来源于任意方向的冲击载荷。该结构具有隔冲杆组利用率高、隔冲效果好的特点。分析其横、纵向隔冲原理,得出该结构横、纵向刚度一致,其杆组与冲击方向的夹角范围更小,载荷分配更均匀;首先,通过螺旋理论计算整体结构的空间自由度,证得八连杆抗冲击隔离器结构合理;在此基础上,利用ADAMS仿真软件对比了六、八连杆结构的水平向抗冲击性能,得出八连杆抗冲击隔离器的隔离效果更显著;接下来,讨论了冲击载荷及阻尼参数对隔离器的影响,并计算了被隔离设备在垂向、横向冲击载荷下的加速度响应;最后对隔离器进行垂向及横向冲击试验,对比并分析响应结果,得出该隔离器的垂、横、纵向隔离效果满足抗冲击要求。     

不同初始蓄能的梯度加载岩爆模型试验

为了探讨不同类型围岩储存能量特性对岩爆的影响,应用气液复合加载岩爆模型试验装置,采用0 MPa、2 MPa、3 MPa三种初始蓄能气压模拟不同类型围岩储存能量特性,进行了梯度加载岩爆模型对比试验,对试件宏观破坏特征、内部应力和破坏瞬间的应变特性及声发射特征参数进行了系统的研究.结果表明:通过气液复合加载器蓄能腔中不同初始蓄能气压大小的设置可以达到定性模拟不同类型围岩储存能量特性对岩爆的影响分析,初始蓄能气压越大(围岩储存能量能力越强),试件破坏瞬间的应变越大,卸载面应力集中程度越高,破坏历时越短,能量释放的速率越快,岩爆破坏越显著;气液复合加载较液压加载,对于岩爆现象的发生及烈度有促进作用.     

弹簧支撑多叶油润滑箔片轴承动态特性研究

以提高油润滑箔片轴承承载力为目的,提出了一种新型带有弹簧弹性支撑结构的多叶箔片轴承;基于卡式定理建立了弹簧支撑箔片结构弹性变形模型,给出了弹性支撑结构与悬臂弯曲梁的整体柔度矩阵;通过有限差分法求解了稳态不可压润滑雷诺方程,获得了给定转速、给定载荷下轴承的静平衡位置;基于扰动法获得了该轴承的动态雷诺方程,并通过数值仿真研究该新型箔片轴承的动力学特性,分析了弹簧支撑结构箔片轴承刚度和阻尼随Sommerfeld系数、载荷的变化规律。搭建了油润滑多叶箔片轴承动态特性的试验台,并开展了相应的实验验证研究。结果表明,随着载荷的增加,主刚度、主阻尼均减小;实验测得的动力特性系数普遍比理论计算值大,趋势相近。     

刚-柔耦合支护巷道围岩应力波传播和衰减规律及试验分析

支护巷道围岩冲击破坏及防治一直是采矿工程中难以解决的问题。对冲击应力波在支护巷道中的传播和衰减过程进行分析,分别得到了冲击应力波作用巷道围岩、刚性支护巷道和刚-柔耦合支护巷道发生破坏的应力判据和能量条件。采用低能爆炸加载方式,利用高速数据采集方法(数字散斑观测),对炮孔距离巷道顶部为200mm,硝铵炸药量为6.0g条件下裸巷和刚-柔耦合支护巷道冲击破坏过程进行监测,得到了裸巷和刚-柔耦合支护巷道表面散斑场变形破坏特征。试验结果说明了刚-柔耦合支护可有效缓冲动态载荷、吸收冲击能量,也为防治巷道冲击破坏提供了一种新方法。     

冲击载荷下泡沫铜-聚氨酯的缓冲性能

目的通过冲弯实验,测定泡沫铜-聚氨酯复合材料结构在动载荷作用下的缓冲吸能性能,对比研究该复合材料结构抗高冲击、高过载的性能差异。方法向泡沫铜试件中填充不同体积分数的聚氨酯,按照《金属常温冲击韧性实验法》在夏比冲击试验机上进行冲弯试验,测定试样的吸收功值,从而对比探究该种复合材料的力学性能。结果聚氨酯在试样中所占体积分数为50%时其能量均值相对最大,此时材料韧性较好,且材料抵抗冲击载荷能力较强。结论将聚氨酯填充到开孔泡沫铜材料中可构成一种性能优良的抗冲击吸能结构,其性能优于泡沫铜和聚氨酯单体,在抗高冲击、高过载的军工产业和民用产业中具有广阔的应用前景。     

隔振元件的冲击特性数值分析及试验研究

运用轻气炮试验装置发射的炮弹撞击砧块,再利用砧块的惯性对抗冲元件施加冲击载荷,分别测量隔振元件所受到的力和位移,可以得到隔振元件的抗冲动态特性,本方法解决了测评抗冲元件动态特性的问题,为抗冲元件动态特性的研究提供了新的试验方法.同时,运用有限元法对试验进行了动态数值分析,数值分析结果与试验结果进行了比较,取得了较好的效果,这为在试验比较困难情况下对抗冲元件动态特性进行研究提供了新的手段.     

汽车液压减振器机械阻尼特性试验研究

针对汽车悬架用液压减振器的机械阻尼特性进行了详细的试验研究。研究中对某轿车用双筒液压减振器在正弦位移和随机位移两种加载方式下,在不同的工作温度情况下的阻尼力进行了测试,考察了加载方式、工作温度对减振器阻尼特性的影响,并在此基础上针对液压减振器的阻尼特性评价、非线性特征和动态特性进行了讨论。研究结果对于进行液压减振器的机械动力学和热动力学耦合特性仿真的理论分析,以及建立时变的,非线性的阻尼力仿真分析模型积累了丰富的数据,提供了重要的建模依据。     

冲击载荷下多胞元薄壁结构的动态压溃行为研究

为了提高薄壁结构的动态承载能力和能量吸收特性,基于弯曲主导型和拉伸主导型两类能量吸收结构的优点,构建了多胞元薄壁结构模型。利用显式动力有限元方法,研究了不同冲击载荷下多胞元薄壁结构的动态压溃响应和比能量吸收能力。研究结果表明,除了冲击速度,多胞元薄壁结构的动态压溃行为还受到肋板间夹角和冲击角度的影响。在相同相对密度和冲击速度下,多胞元薄壁结构的动态承载能力明显高于空心薄壁圆管。随着肋板间夹角的增大,多胞元薄壁结构的动态承载特性和比能量吸收能力明显提高,冲击载荷效率也相应增加。需要指出的是,当肋板间夹角增大到45°时,比吸能变化不再明显,试件具有较好的冲击载荷一致性。