基于分段悬链线理论的悬索分析矩阵迭代法

通过分析现有悬索计算的主要方法,在分段悬链线解析计算方法的基础上,结合求解非线性方程组的牛顿迭代法,提出了适用于悬索分析的矩阵迭代方法.根据解析推导给出了悬索矩阵迭代法的切线刚度矩阵构造方法,分析了刚度矩阵的特点,针对特定的工程问题列出了悬索找形的迭代计算流程.该方法计算量小,效率高,计算精度能够满足实际工程需要.通过与其他文献的数值计算结果进行对比,验证了所研究方法的可靠性.该方法适用于悬索桥、货运索道等各类悬索结构的分析计算.     

基于悬链线纳米粒子超构表面的线偏振光SPPs定向激发

表面等离激元(Surface plasmon polaritons, SPPs)定向激发是片上集成光子系统研发的基础,利用悬链线超构表面来实现SPPs的定向激发调控是近年来的热点和前沿领域,但现有研究多针对圆偏振光,线偏振光SPPs的定向激发相对较少。本文设计了一个基于悬链线纳米粒子的超构表面来实现线偏振光SPPs定向激发。采用时域有限差分法计算了x偏振光入射下的光谱消光比曲线和电场分布,根据多级散射理论和惠更斯-菲涅尔原理解释了定向激发的物理机制。仿真结果显示,悬链线纳米粒子超构表面对线偏振SPPs的定向调控是有效的,峰值消光比可达27 dB(对应入射波长820 nm),10 dB以上带宽约为47 nm (798 nm～845 nm),该结果有助于悬链线多功能器件的研究与开发。     

基于扭转悬链线结构的高效手性吸波器

近年来,超构表面(metasurface)作为一种人工二维结构由于其超薄的几何结构以及灵活的电磁调控能力受到了学界的广泛关注,如何进一步提高超构表面器件的性能成为了该领域的研究热点。悬链线电磁学(catenary electromagnetics)作为一类新兴的超构表面设计原理为设计高效率超构表面器件提供了新的思路和方法。本文提出了一种基于扭转悬链线结构的超构表面,其能够实现对不同旋向入射的圆偏振电磁波的高效选择性吸收。仿真结果表明所设计的器件在工作波长处对左旋圆偏振电磁波吸收率接近于1,而右旋圆偏振入射时吸收率小于22%,其对应的二向色性大于78%。同时,文章分析了产生高效率手性吸收的物理机制并且提出了一种基于该类结构的信息加密方法。该工作在手性成像与手性探测等领域具有一定的应用前景。     

深水刚悬链线立管限位锚安装与限位链回接技术研究

刚悬链线立管（Steel Catenary Riser,简称SCR）通常用于深水浮式平台的油气输送管道,其水下端通常通过管线终端（Pipeline End Termination,简称PLET）与海底管线相连,水上端悬挂在平台上方,浮式平台与海底之间的立管呈现出悬链线构型。由于受到风浪流影响,浮式平台和立管会在一定的范围内移动,这就对海底的立管以及末端的PLET形成了拖拽力,从而可能导致管线或PLET移位或管线连接受损,导致油气泄露。SCR限位锚是采用吸力桩形式形成锚点,通过限位链连接立管管体,形成立管限位,从而保障立管的在位安全。     

悬索桥主缆初始位形的悬链线方程精细迭代分析法

悬索桥非线性有限元法采用悬链线单元精度高,推导了基于自重约束方程,求解两种设计条件下主缆初始位形的悬链线精细迭代法公式,该方法能够计算主缆变形后自重荷载集度的变化.根据索鞍的受力特点,推导了不平衡索力与索鞍预偏量之间增量函数形式的显式刚度方程,导出了索鞍弧顶主缆曲线的无应力索长的精确计算公式.算例结果表明,方法精度高,计算稳定且收敛快.     

深水悬链锚泊线阻尼计算

深水悬链锚泊线的阻尼主要包括流体动力阻尼、内阻尼和海床摩擦阻尼。除内阻尼由材料特性决定以外,流体动力阻尼和海床摩擦阻尼受上部浮体运动的影响比较显著。利用单根锚泊线由于上部浮体运动而吸收的能量来计算锚泊阻尼。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,利用Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载。用有限元方法进行非线性时域动力分析,计算在不同流速分布条件下,上部浮体分别发生慢漂运动和波频运动时的锚泊线动力响应,比较不同工况下锚泊线的最大张力和流体动力阻尼。考虑锚泊线与海床之间的接触摩擦,比较不同摩擦系数时锚泊线的最大张力,并对摩擦阻尼进行计算。     

悬链线拱矢跨比合理选取的一种简单数值计算方法

本文从悬链线方程出发，介绍了一种确定悬链线拱合理矢跨比的简便数值计算方法，此方法所得结构可以作为对优化结果的验证，也可被工程设计直接参考使用。     

剪切流下钢悬链线立管涡激振动响应研究

给出线性轴向张力下顶端张紧式立管忽略弯曲刚度时的固有频率和模态振型解析解,与Shear7给出的结果进行比较。结果表明:在低于20阶模态数时,两种方法得到的固有频率能很好地符合;在高于20阶模态数时,随模态数的增加,两种方法得到的固有频率结果差距也逐渐变大,因此弯曲刚度不能忽略。由悬链线方程将钢悬链线立管等效为顶端张紧立管,通过研究顶端张紧式立管的涡激振动响应来研究钢悬链线立管的涡激振动响应。研究发现钢悬链线立管的静态位移与转化之后的等效立管均方根位移组成了类似于锯条的形状。     

基于整体分析的钢悬链线立管触地点动力响应分析

在立管动力平衡系统的力学模型中考虑浮式平台的惯性作用和管-土相互作用,研究在不同参数激励下钢悬链线立管触地点动力响应。基于大挠度柔性索理论,分别采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁、弹性地基梁模拟立管的悬垂段和流线段,考虑触地点处的大曲率,建立了立管的三维有限元模型,利用Galerkin方法对运动方程离散为一组非线性二阶常微分方程,运用Newmark-β法求解离散方程。通过在立管的动力方程中引入δ函数来体现浮式平台对立管的惯性和水动力影响,将悬链线立管与浮式平台作为一个整体进行动力分析,以工程中实际使用的1800m水深的钢悬链线立管为例,通过对立管顶部进行谐波激励,分别就水动力系数、管内流体密度和海床土体刚度对立管特征点动力分析的影响进行分析,研究表明：水动力系数的改变对立管触地点的动力响应的影响较为显著,主要体现在弯矩和张力幅值的增加;管内流体密度不同,触地点位置不同,表明立管在输送不同液体或气体可能发生疲劳破坏的位置也不同;而海床土刚度对立管触地点区域的弯曲应力影响较大,对轴向应力则影响不大,其结果对SCR设计具有重要的指导意义。     

深水钢悬链线立管非线性有限元静力分析

基于大挠度柔性索理论,采用可曲线梁模型模拟钢悬链线立管,考虑触地点挠度的影响,对CABLE3D程序进行了二次开发.同时考虑浮式结构运动和钢悬链线立管与海底相互作用问题,分析了Spar平台静态偏移引起的钢悬链线立管静态位形、顶张力、触地点弯矩以及挠度影响下节点有效张力的变化趋势.分析表明:浮体运动将引起立管顶张力和触地点...     

海带条自动上料机的设计及应用

目前对于形状和尺寸均确定的刚体的自动上料已有成熟技术,但对于柔性物体的自动上料尚没有完善的解决方案,针对具有高度柔性的海带条设计了海带条自动上料机.该机采用PLC控制、步进电机驱动,包括绕水平轴间歇回转180°的转台和在转台上对称布置的2对用于夹持海带条的专用夹具.通过对海带条相对尼龙的摩擦系数、海带条在自重作用下弯曲与伸出长度关系的规律、海带条强度等实验得到了海带条的基本物理力学性能,设计并制造出对厚度范围在0.5～1.5 mm的海带条有足够夹持力且同时可以顺利被拉出的专用夹具,完成海带条自动上料机的机械系统及控制系统的设计.通过对该机的试运行,证明研制的海带条自动上料机满足了海带打结机自动上料的要求.     

简单链形悬挂接触网整体吊弦瞬态动力学性能研究

以我国京津线高速铁路接触网整体吊弦为研究对象,建立弓网系统耦合模型.建模时将吊弦等效为仅可承受拉力的非线性弹簧,并利用罚函数法实现弓网系统的耦合.对建立的弓网耦合模型进行验证后,研究了弓网相互作用下整体吊弦的瞬态动力学响应.研究结果表明:弓网相对滑动速度为300 km/h及350 km/h时,同一跨内不同吊弦的动态接触...     

深海钢悬链立管时域疲劳寿命预估研究

研究了钢悬链立管(SCR)时域非线性动力分析用于疲劳寿命预估。随着海洋工业不断往深海进发,过去十年内钢悬链立管成为众多油田开发的优选方案。然而,对于钢悬链立管设计而言疲劳是个关键难题。钢悬链立管的非线性动力特性显著,与频域方法相比,时域分析能够模拟非线性水动力载荷以及结构的非线性特性。本文数值模拟了海洋环境载荷作用下SCR的非线性结构动力响应,利用S-N曲线对立管进行整体疲劳寿命预估。对影响SCR疲劳寿命的各参数进行敏感度分析,输入的敏感度分析参数包括拖曳力系数、浮力因子、海床土体硬度等,研究表明疲劳寿命的预估结果与这些参数相关,所给出的结论便于设计人员更好理解钢悬链立管动力特性,选择合适的参数用于立管疲劳设计。     

A thermodynamic theory of localized deformation based on the operator principle

The dissipation field of a continuum is studied here by a new operator theory of irreversible thermodynamics; the evolution equations of the dissipation field can be obtained in the condition of knowing the phenomenological nonlinear constitutive relation of materials. In this theory, the basic state equation, which is the state of minimum dissipation, is utilized for solving the distribution of the dissipation field of quasi-statics, and the higher order state equations are corresponding to the dissipation fields of dynamics. The paper also gives a method to get the dissipation force operator by using Helmholtz’s free energy function. In the final part of this paper, several important phenomena of the localized deformation, such as the plastic instability of necking and shear band, are predicted in the form of an analytical formula.     

基于分形理论的岩石冲击破坏分形分析

利用大直径分离式霍普金森压杆试验系统,对绢云母石英片岩和砂岩进行冲击压缩试验, 采用不同等级标准筛对岩石冲击破碎后试块进行筛分统计,运用分形几何理论,计算出冲击荷载作用下两种岩石破碎块度分布的分形维数,研究冲击速度对块度分维影响,分析两种岩石动态抗压强度随块度分维的变化关系。试验结果表明,绢云母石英片岩块度分维大部分集中在1.9~2.4之间,砂岩集中在2.5~3.0之间;两种岩石分形维数随冲击速度的升高呈上升趋势,近似线性正比关系;绢云母石英片岩动态抗压强度与块度分维无明显函数关系,砂岩动态抗压强度随块度分维的增大呈增加趋势。采用分形维数对岩石试件在冲击破碎过程中动态抗压强度的变化进行定量描述,为探索岩石动态破碎分形特征与冲击力学性能之间的内在规律,开辟新的研究途径。     

变刚度弓网系统主动控制研究

以变刚度时变弓网系统模型为研究对象,应用最优控制策略,分别采用控制力作用于框架和弓头两种方式,对弓网间接触力进行主动控制,仿真结果表明,采用受电弓主动控制能够抑制弓网间接触力的波动,提高受流质量,当主动控制力直接作用于框架时控制效果更好。     

海带液与 PVA 组合施胶提高纸张强度技术的研究

利用海带高强度的特性,研究了利用海带提高纸张强度的方法。以瓦楞芯纸作为研究对象,制备了海带液与PVA组合施胶剂,并对纸张进行表面施胶,确定了最佳施胶参数:海带液的质量浓度为10 g/L,PVA质量浓度为100 g/L,海带液与PVA溶液体积比例为3∶1,施胶量为5.0 g/m2,沿纸张纤维方向对瓦楞芯纸进行双面施胶。在此参数条件下,瓦楞芯纸抗张强度增加5.0%,伸长率增加5.4%;表面摩擦系数明显减小,静摩擦系数减小20%。经过热老化处理,施胶瓦楞芯纸的抗张强度降低1.6%,低于施胶前的4.6%。     

以TRIZ进化理论为基础的产品技术预测支持系统研究

产品技术预测是使企业保持长久竞争优势的有效方法之一,而TRIZ的技术进化理论恰恰是众多产品技术预测理论中最具优势和生命力的。以TRIZ的技术进化理论为基础,运用先进的计算机软件编程技术--基于Windows2000环境, 以Visual Basic 6.0为开发语言,Access作为后台数据库,采用DAO数据库访问技术,构建了基于TRIZ进化理论的产品技术预测支持系统。该系统由8个模块组成,分别是系统维护、待预测产品数据库、产品技术成熟度预测、技术进化路线分析、技术进化知识库、工程报表、编辑和学习帮助模块,通过系统的应用可以实现产品技术成熟度的预测分析,为产品提供可能的技术进化模式或进化路线,将以前手工完成的工作软件化,从而使企业快速、准确地把握产品的技术走向,实现产品和技术的创新。