管内局部障碍流场的有限元解法

本文用有限元方法对管内局部障碍－偏置细长孔口处流场进行数值模拟。在求解流函数－涡量式时，壁面上的涡量边界条件用时间迭代法加以确定。对雷诺数Re=600时的流动进行计算，所得计算结果以可视化的流线和速度矢量图的形式给出，对分析流场的结构具有重要意义，对局部障碍的设计有一定的参考价值。     

基于振动能量流的含呼吸裂纹悬臂梁非线性振动特性研究

裂纹是重大悬臂梁结构中常见的一种损伤形式,尽早识别损伤裂纹对于提高安全性、避免事故发生等具有重要意义,但传统基于位移的振动分析方法对小裂纹并不敏感。为此,引入振动能量流分析方法,建立了含呼吸裂纹的悬臂梁振动能量流模型,重点仿真分析了裂纹深度和位置对系统瞬时耗散和输入能量的影响,揭示了微小裂纹产生的亚谐波和超谐波非线性振动现象。结果表明,论文所研方法比传统方法对小裂纹更敏感,从而为裂纹早期识别提供了一种新途径。     

结构耐久性与经济寿命内损伤容限分析及软件

基于耐久性试验数据,给出结构在任意时刻裂纹(相对小裂纹)的概率分布形式,并对结构在经济寿命内进行损伤容限分析,确保结构在经济寿命内的安全性.裂纹的概率分布来源于耐久性试验数据,评估结果比较可靠,避免在经济寿命内进行损伤容限分析时采用假定的裂纹分布.该方法兼顾结构寿命与安全性一体化的要求,并编制相应的计算软件.分析结果表明,在损伤容限分析时即使临界裂纹尺寸大于经济修理极限,在经济寿命内结构仍然存在发生破坏的可能,因此,研究在经济寿命内裂纹的概率分布,并进行损伤容限分析是必要的.软件采用VB语言编写,操作简便,具有良好的应用价值和应用前景.     

基于微带天线传感器的斜裂纹定量识别算法

在结构健康监测领域中微带天线传感器主要用于定性监测，缺乏结构损伤的定量识别研究。文中提出一种基于微带天线传感器斜裂纹定量识别算法，用于裂纹长度和角度的定量识别。基于谐振腔模型下的电场和电流分布规律，并结合传感器的裂纹识别原理，从裂纹引起的电流绕行路径增量出发，提出投影因子的概念，将斜裂纹对传感器谐振频率的影响转换成相应的垂直裂纹和平行裂纹对谐振频率的影响，据此给出一种斜裂纹的定量识别算法。实验结果表明，所提出的斜裂纹定量识别算法可以很好的得到裂纹长度和角度，其中裂纹长度识别误差为±1mm，裂纹角度识别误差在±4°内。     

基于应变能量分布变化的大跨桥损伤识别

为满足结构在线健康监测大量数据快速计算的要求,以测试的应变信号为基础,探究结构在不同输入下的损伤识别方法.该方法在传统的以曲率模态为基础的能量损伤指标理论上,提出基于应变能量分布变化的损伤指标法(DIM),通过损伤前后结构的响应求出结构各单元的相对应变比能,获得各单元的DIM,进而根据其峰值位置和大小判别结构损伤位置与损伤度.采用该方法对一大跨斜拉桥进行数值分析,结果表明,该方法能够准确地识别出结构的损伤位置,且对结构在损伤前后受不同激励作用的情况均有效,抗噪声污染能力较强.     

大型港口机械结构安全控制的可视化

主要研究大型港机结构安全控制数据的可视化问题.在了解数据集中的数据结构和数据类型的基础上,选择适当的可视化工具,将大型港机结构中的单个测点和多个测点的应力数据以及与安全管理相关的参数和变量,通过多种二维图形展示给设备管理人员,从而提升其对设备的了解和洞察力.同时,通过对结构损伤的分析,为创建疲劳裂纹萌生寿命估计和疲劳裂纹扩展寿命预测的数据挖掘模型奠定基础.     

玻璃纤维层合板低能量冲击试验研究

为研究玻璃纤维层合板抗冲击性能,利用落锤冲击实验机,以两种不同能量,对两种预制裂纹的玻璃纤维复合材料层合板进行低能量冲击;对实验中的冲击载荷、能量、位移和速度进行采集;对冲击损伤进行力学分析和对比;并对损伤形貌进行了SEM观察。结果显示:在相同能量冲击下,预制裂纹层合板冲击后的损伤程度与预制裂纹的大小和面积成线性关系;在不同能量冲击下,复合材料层合板具有不同的破坏结构,其主要损伤为基体开裂和层间分离。     

含预制脱粘的加筋壁板损伤扩展

复合材料加筋壁板在制备过程中容易在筋条蒙皮胶界面处存在缺陷,加速了蒙皮与筋条界面脱粘,在极大程度上影响结构的承载能力。基于Abaqus有限元软件用内聚力模型(CZM)和虚拟裂纹闭合技术(VCCT)两种方法对筋条蒙皮界面含预制脱粘的加筋壁板损伤扩展进行研究,并对比试验结果验证了模型的合理性。给出预制脱粘前缘损伤起始时各型能量释放率的分布;进一步研究不同预制脱粘的位置、面积对加筋板最终破坏状态和结构承载能力的大小。对比发现脱粘前缘损伤起始时II型能量释放率的贡献最大;预制脱粘位于外侧时结构的承载能力比位于中部强;结构的承载能力随着预制脱粘面积的增加而减小。     

基于Lamb波的复合材料结构损伤成像研究

本文基于Lamb波和时频分析方法，提出了一种损伤成像方法，对复合材料结构进行在线的连续监测。首先通过高阶板理论建立了Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系，得到Lamb波的理论速度分布，为损伤成像提供基准信息；然后采用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析，提取特征信息，得到散射波的能量分布；在此基础上通过考虑各向异性对Lamb波传播速度的影响，将散射波的能量分布与各个像素点的对比度关联起来，得到损伤的图像，将损伤的情况可视化。同时建立了原型结构健康监测系统，实验研究表明了本文所提出方法的可应用性和有效性。     

厚梁结构中的超声导波传播与损伤识别

基于导波的结构健康监测技术研究中,结构厚度与不同损伤形式对导波传播特性的影响是该技术在工程应用中对实际结构进行损伤识别的关键。通过导波在厚梁结构中传播时所表现出的特性,分析并试验研究损伤对导波传播的影响。通过在结构中引入切槽损伤,理论分析与试验研究导波在有损结构中的传播特性。以此为基础,重点研究疲劳裂纹损伤。试验得出导波在厚梁结构中的实际传播速度,并由此分析损伤反射波中的波包成分,研究并总结损伤大小对导波幅值、相位和到达时间的影响规律。分别对结构中的对称和非对称损伤进行研究,验证具有非对称损伤结构中模式转换波包的存在,分析模式转换波包的形成与传播机理,研究不同的非对称损伤对模式转换波包形式的影响。此外,还介绍了试验试件和疲劳裂纹的加工过程。总结了切槽损伤与疲劳裂纹损伤对导波传播的不同影响。     

电磁轴承中电磁场的有限元分析

在分析以往电磁轴承结构设计及计算方法的基础上 ,论述了电磁轴承电磁场的有限元分析方法 ,建立了电磁轴承的有限元模型 ,编制了电磁轴承电磁场有限元分析软件 ,实现了可视化 ,并给出了实例分析结果     

管道节流孔口流场的有限元数值模拟

用有限元方法对流体管道内锐缘薄壁孔口的流场进行数值计算 ,给出雷诺数Re=60 0时流场的速度矢量图、流线图谱和等涡量线图 ,并对计算结果进行分析 ,得出了一些有意义的结论     

受弯梁中开裂纹的位置识别与分析

利用有限元计算判定受弯梁中开裂纹的位置 ,从中得出 :同正常梁相比 ,裂纹梁的固有频率与振型的变化不但与裂纹深度而且与裂纹位置有关 ,因而 ,通过裂纹梁低阶固有频率及振型的变化情况可以判定裂纹的位置。对于裂纹较浅的情况 ,直接利用振型与固有频率的变化很难判定裂纹的位置 ,必须借用一些特征参数来提高识别的敏感性 ,这样 ,裂纹梁中早期裂纹的识别也是可行的     

光弹性法和有限元法对应力强度因子的求解

为了探讨应力强度因子的计算方法,应用光弹性法和有限元法分别对含单边裂纹的紧凑拉伸试件进行实验分析和数值计算,给出有限元计算断裂问题的详细步骤以及光弹性法中通过求形状因子间接得到应力强度因子的实验过程。结果表明实验值与有限元计算值相吻合。有限元计算能够为优化设计提供较便捷的手段,而实验可以校验数值计算的正确性。两者可以取长补短,发挥各自的优势,可以更好地解决工程问题。     

基于有限元位移模式的含裂纹梁结构动力学模型

针对裂纹的存在将降低梁的刚度的实际情形,首先根据断裂力学理论,引入裂纹梁因裂纹扩展而释放的应变能表达式,然后根据金属材料的特点,运用有限元位移法建立裂纹梁单元的动力学模型,再在梁单元模型的基础上应用有限元位移法建立裂纹梁结构的动力学方程。研究表明：基于有限元位移模式所建立的动力学方程较好地体现了裂纹梁动态性能与其结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了裂纹的位置及长度对含裂纹梁结构动态性能的影响,为建立含裂纹梁结构动力学模型提供了一种新的有效方法。最后通过实例对理论分析结果进行了验证。     

基于多通道感知技术的水泵流场状态检测

水力设计数据以可听化反馈作为图形界面的补充,增加了用户接收的信息量,减轻了视觉通道的负荷。从全局视图上观察分析数据,通过水泵过流部件流道水力矢量场流线数据的计算分析、流场的可视化、声音表达的多通道感知技术,进行了流场状态检测,研究了可听化实现的有效性。     

产品仿真分析中曲面不均匀分布载荷施加方法

针对复杂零件有限元分析中,曲面不均匀分布载荷难以施加等问题,提出基于特征函数分布的曲面有限元加载方法。给出载荷特征函数的基本概念,基于载荷特征函数分别对自由曲面以及圆柱面不均匀分布载荷的加载进行研究。将曲面离散为小单元的网格面,根据载荷分布特征函数与曲面的形状,计算出曲面上各网格或者节点所受的载荷,自动将载荷离散并映射到需要加载的曲面上。该方法对叶轮叶片表面不均匀分布载荷的加载等进行应用验证,验证结果表明该方法是稳定可靠的,可快速实现自由曲面与圆柱面不均匀分布载荷的施加,有效地解决复杂零件有限元处理中不均匀面载荷的加载问题。     

Crack detection in a beam with an arbitrary number of transverse cracks using genetic algorithms

In this paper, a crack detection approach is presented for detecting depth and location of cracks in beam-like structures. For this purpose, a new beam element with an arbitrary number of embedded transverse edge cracks, in arbitrary positions of beam element with any depth, is derived. The components of the stiffness matrix for the cracked element are computed using the conjugate beam concept and Betti’s theorem, and finally represented in closed-form expressions. The proposed beam element is efficiently employed for solving forward problem (i.e., to gain precise natural frequencies and mode shapes of the beam knowing the cracks’ characteristics). To validate the proposed element, results obtained by new element are compared with two-dimensional (2D) finite element results and available experimental measurements. Moreover, by knowing the natural frequencies and mode shapes, an inverse problem is established in which the location and depth of cracks are determined. In the inverse approach, an optimization problem based on the new finite element and genetic algorithms (GAs) is solved to search the solution. It is shown that the present algorithm is able to identify various crack configurations in a cracked beam. The proposed approach is verified through a cracked beam containing various cracks with different depths.     

基于悬臂梁位移模型的直升机桨叶损伤检测

从悬臂梁位移模型出发,建立桨叶结构损伤检测的位移残差范数准则,通过桨叶实测位移残差的范数分析结构是否存在局部裂纹损伤,研究一种基于悬臂梁位移模型的桨叶结构损伤检测方法.桨叶结构损伤用裂纹大小或刚度下降等参数指标表示.采用能量方法分析裂纹对梁元弯曲刚度的影响,建立裂纹梁有限元模型,根据桨叶有限元模型构造一种节点力残差向量,利用该力残差向量可确定损伤位置和损伤程度.最后,通过实例验证方法的可行性和有效性.     

基于伪刚体动力学模型的柔顺机构驱动特性研究

基于柔顺机构的等效伪刚体动力学模型,对柔顺曲柄滑块机构的驱动问题进行了研究.当给定从动件的运动规律时或者当从动件产生预期变形时候,分析了求解原动件驱动问题的一般方法,并与有限元分析方法进行了比较,结果表明该方法有效.