梯形变截面梁蟹腿加速度计系统设计

结合蟹腿加速度计系统动态响应、稳定性和灵敏度对支撑梁刚度的要求,设计并优化了一种梯形变截面梁,满足加速度计的不同方向刚度要求。建立加速度计的动力学模型,得到系统动态响应性能参数与梁刚度关系;建立梯形变截面梁纯弯曲的数学模型,推导出梯形变截面梁刚度和尺寸关系;分析强度对尺寸要求;通过对加速度计系统稳定性和灵敏度分析,对梁结构提出了要求。在非检测方向同等刚度条件下,梯形变截面梁与等截面梁相比,危险截面处应力相当而检测方向刚度减小,系统灵敏度提高,提高系统动态输出特性,质量大幅减轻。     

四腿菱形变截面梁微加速度计结构设计与研究

在传统等截面双边四梁微加速度计结构上,以变极距式电容传感器为对象,设计一种菱形变截面梁。为增加梁的稳定性,满足加速度计对不同方向刚度要求,并提高灵敏度,建立加速度计数学理论模型,推导出灵敏度与刚度的关系。建立梁的纯弯曲模型,并基于静电驱动原理,推导出静电刚度公式,确定满足静电刚度小于机械刚度的条件下加速度计量程。结果显示,菱形变截面梁减小了梁的应力集中,使梁两方向的刚度最大化,提高了加速度计灵敏度。     

变截面吊车梁静动态特性的有限元分析

针对某钢厂36m跨度梯形变截面吊车梁,应用有限元分析软件ANSYS对吊车梁进行静态分析,了解吊车梁的变形和应力分布状态,找到梯形变截面突变处的应力集中点,捕捉到变截面突变处疲劳裂缝产生的位置与实际工况相吻合;通过模态分析,提取了吊车梁前六阶固有频率及其所对应的振型图,确定了吊车梁的弯曲刚度和扭转刚度的分布情况;通过谐响应分析,了解吊车梁在受外界激励作用时各阶频率下的变形情况,得到共振可能发生的频率区间,避开共振效应。     

周期变截面梁刚度分析的均匀化方法

现代优化设计导致周期变截面梁广泛存在于工程实践,周期变截面梁的刚度分析方法是工程人员研究的热点问题。该项研究基于边界位移等效和截面转角等效原理,运用均匀化方法和Timoshenko梁理论,并借用ANSYS有限元分析软件,推导出周期变截面梁的等效抗弯刚度和等效剪切刚度,提出了一种周期变截面梁刚度分析的新方法。并针对工程实例,通过试验和方法的计算,一致的结果验证了提出的方法是一种精度较高、可行的周期变截面梁刚度分析工程方法。     

MEMS中变截面梁弯曲数学模型的建立

在MEMS结构中采用变截面梁来减小应力集中的影响。建立的变截面梁弯曲数学模型可为MEMS器件加工工艺提供理论依据。以增加空间利用率且保持最大转角和最大挠度不变为前提条件,分别构建了最大转角尺寸刚度Kφ和最大挠度尺寸刚度KW表达式;对比原设计参数的尺寸刚度,创建了梁长度和端面高度与尺寸刚度的关系式,从而为MEMS结构中梁的设计提供了理论支撑。     

变截面格构式结构轴压临界力的高效分析方法

变截面格构式结构为工程实际中常见的复杂杆系结构,为高效、准确地分析其轴压稳定性问题,利用三次样条函数建立变截面格构式梁单元的位移场,基于有限元插值理论推导变截面梁单元的切线刚度矩阵.通过静力凝聚法消除单元节点的曲率自由度,获得一种全新的两节点变截面格构式梁单元.基于该新型变截面格构式梁单元,采用有限单元法研究悬臂变截面格构式结构和中间等截面两端变截面的组合格构式结构在典型约束下的失稳临界力,并将计算结果与Timoshenko精确解进行对比.结果 表明,推导的变截面格构式梁单元是正确的和有效的,该新型梁单元可高效的应用于变截面格构式结构轴压临界力分析.     

车体垂弯振型节点位置对其弹性振动的影响

根据车体的结构属性和质量分布将其考虑为多段变截面欧拉梁,建立包含车体一阶垂弯模态的车辆垂向动力学模型,研究车体一阶垂弯振型的节点位置对高速列车振动舒适度的影响,提出改善车体弹性振动的措施。基于变截面欧拉梁模型分析车体各截面的质量和抗弯刚度分布对模态振型的影响,发现不同截面之间的抗弯刚度和质量分布对整体模态振型影响显著,提高车体中部结构的抗弯刚度并减小其质量,可以增大节点间距和提高模态频率,而传统均直等截面梁模型则不能准确描述振型的幅值和节点位置。采用频域分析方法计算车辆在轨道随机激励下的振动响应,将车体垂弯振型节点调整到转向架二系上方附近时,车体的弹性振动水平显著降低,在车速为300 km/h时车辆舒适度指标可降低50%。     

阶梯形变截面梁刚度的简便计算

本文以悬臂梁为例,用当量惯性矩将变截面梁转化为刚度相当的等截面梁处理,计算梁端的刚度。一、刚度计算公式推导下述为 n 段阶梯形变截面梁。设梁除端部受有轴向压力 N、横向力 P 和力矩 M 作用外,还受自重引起均布载荷 q。将坐标原点     

基于绝对节点坐标法的柔性梁结构动态特性参数灵敏度分析

大尺寸柔性梁结构的刚度与材料力学特性和截面尺寸直接相关。考虑柔性梁结构的大变形特征,研究的材料参数和截面特性对其运动学和动力学的灵敏度特性具有重要的意义。基于绝对节点坐标法,对定截面梁单元进行建模,利用非线性介质力学方法推导其刚度矩阵,建立柔性梁结构动力学方程。基于直接微分法分析单摆梁末端对材料弹性模量和梁单元截面特性的灵敏度,利用灵敏度曲线,对梁结构的可靠性进行计算。结果表明,随着材料弹性模量的逐渐增大,单摆梁末端最低值对其灵敏度逐渐减小并趋向于0;单摆梁对截面高度的灵敏度比截面宽度更大,随着截面宽度和高度的增大,单摆梁末端最低值对其灵敏度逐渐减小并趋向于0。通过响应面及灵敏度曲线获得特定阈值下梁结构的参数值并分析其可靠性。     

一种变刚度微纳测头的参数设计与分析

针对目前多数测头约束支撑机构刚度固定问题,构造了一种三梁型变刚度微纳测头。利用压电叠堆驱动器对约束梁固定端施加轴向载荷以改变其支撑刚度,进而改变测头整体刚度。变刚度测头的应用可以减小接触力,提高稳定性,提升工艺可行性和动态响应等性能,且理论上能够达到各向同性刚度,研究结果为该类型变刚度微纳测头奠定了重要的前期基础。