SWATH船在砰击载荷作用下动态响应研究

针对SWATH在波浪中航行时,其湿甲板底部易遭受砰击从而引起船体振动的现象,对SWATH的砰击动态响应和强度进行了研究。利用SWATH在规则波中船波相对运动推导了随空间和时间变化的砰击载荷,采用有限元数值仿真,计算了SWATH湿甲板受砰击载荷作用的动态响应,分析了其位移和应力分布规律;并与静强度法砰击响应进行了比较,对湿甲板强度设计方法进行了探讨,为船舶结构设计提供参考     

随机声载荷作用下的复杂薄壁结构Von Mises应力概率分布研究

随机声载荷作用下的某些复杂薄壁结构的振动疲劳属于多轴疲劳,Von Mises 应力准则是多轴疲劳损伤分析的一条有效途径。本文通过对有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构Von Mises应力概率分布研究,分析提出Von Mises应力服从双参数Weibull分布或Lognormal分布,并且给出了估算这两种概率分布参数的方法,进而得到了Von Mises应力峰值概率密度函数,从而为结构的疲劳损伤寿命估算提供依据。在工程应用中采用耦合的有限元和边界元方法计算了某型航空发动机燃烧室火焰筒薄壁结构在随机声载荷作用下的振动应力响应功率谱密度,着重分析了Von Mises应力响应的概率分布特征,并对分析结果采用Kolmogorov-Smirnov (K-S)检验进行了比较验证。     

基于统计与粗糙集理论的飞机垂尾抖振载荷分布假设选择与评价方法

研究飞机垂尾抖振问题的主要任务之一是编制抖振疲劳载荷谱、估算飞机结构的抖振疲劳寿命并校核飞机结构的强度等,一般通过统计方法来建立其抖振疲劳载荷时程的峰(谷)值分布模型,而分布模型的优劣对确定各飞行状态下的极限工况及抖振响应的循环次数与幅值分布等信息影响显著。通过分析五种常用于描述抖振疲劳载荷峰(谷)值的概率分布假设模型：正态分布、对数正态分布、威布尔分布、瑞利分布和极值分布,给出了基于参数估计的概率分布规律,并提出了一种采用各概率分布假设所对应模型的“拟合优劣指标”作为评价和选择的依据。同时,结合各分布模型的特性对飞机抖振载荷时程处理要求的匹配程度,运用粗糙集理论确定了系统评价指标的最小分辨距离与最大分辨率,来消除由于误差引入导致的评价指标数值差异而造成的误判。算例分析表明,该方法可合理且高效地实现对飞机抖振载荷概率分布假设的正确评价与选择     

确定飞机最大抖振设计载荷的长期极值估计方法

确定飞机在抖振工况下的限制载荷是现代飞机动强度设计分析的关键步骤之一。运用次序统计和长期极值估计理论的极值Ⅰ型分布和Ⅲ型分布,在风洞试验数据基础上,分别应用最小二乘法和最大似然估计法进行极值模型的参数估计,并根据预设的重现期指标进行了某型飞机尾部结构抖振设计载荷的极值估计。探讨了极值分布概率模型、估计方法和样本数量对抖振载荷极值估计结果的影响。提出了实现准确有效极值估计的样本数量基本要求的指标,根据该指标可以确定最小振动响应采集时间,以指导测试方案和数据处理方法的制定。实例分析结果表明:极值Ⅲ型分布能够较好地估计抖振试验数据的极值(相对误差在±5%以内),且进行分布模型的参数估计时,最大似然法的精度略高于最小二乘法。对比分析的结果也表明,应用传统的3σ准则进行随机振动结构的限制载荷设计可能偏危险,不适于工程应用。     

振动冲击对海水润滑塑料轴承时变热弹流润滑的影响

建立了冲击载荷作用下综合考虑热效应和时变效应的海水润滑塑料轴承弹流润滑数学模型;利用压力求解的多重网格法,弹性变形的多重网格积分法及温度求解的逐列扫描技术数值模拟了连续冲击载荷作用下海水润滑膜压力及膜厚的分布;对比分析了正弦周期脉冲及三角形周期脉冲作用下的润滑膜中心压力、中心膜厚及最小膜厚随时间变化的特性;讨论了载荷幅值及脉宽对润滑膜特性的影响。数值计算结果表明,压力的变化周期同载荷的一致,膜厚的变化滞后于冲击载荷及压力的变化;随载荷幅值的增大,压力和膜厚的振幅增大,中心压力的对称线下移,相应膜厚的对称线上移;随脉宽的增大,中心压力的最大值变大,最小膜厚的最小值变小。     

结合面静摩擦系数的统计模型

基于粗糙表面形貌的统计参数,综合考虑微凸体的完全弹性、弹-塑性和完全塑性三种变形机制,建立了结合面静摩擦系数的统计模型。该模型反映了静摩擦系数是由接触材料性能参数、表面形貌统计参数以及法向载荷共同决定的。通过仿真研究了微凸体高度的随机分布、塑性指数以及法向载荷等因素对静摩擦系数的影响规律。结果表明,修正的指数分布相比简单的指数分布对高斯分布有着较好的近似,且预测值近似等于高斯分布预测结果的均值;静摩擦系数随着塑性指数的增大而减小且变化趋缓;法向载荷增大时,静摩擦系数呈现减小的趋势,但在双对数坐标系下最大静摩擦力仍与法向载荷呈线性正比的关系。     

冲击载荷识别的瞬态统计能量分析方法

提出了一种基于瞬态统计能量分析理论的冲击载荷识别新方法。利用该方法,首先由系统能量平衡方程确定冲击载荷的作用位置及相应的输入能量,在常值假设条件下根据识别的输入能量反演得到冲击载荷的幅值谱,在此基础上,对于给定的冲击载荷时域波形形式,提出一种参数拟合方法用于最终重建冲击载荷的时间历程。通过一个两板耦合结构系统的冲击载荷识别对识别方法进行了实验验证研究。结果表明冲击载荷识别的瞬态统计能量分析法能够准确地识别冲击载荷的作用位置和输入能量,在冲击波形已知的假设条件下可以较为准确地重建冲击载荷的时间历程,从而为实际工程中的冲击载荷识别提供了一条可行途径。     

复杂耦合动力系统振动响应的统计估计方法研究

复杂耦合动力系统是一种常见的工程力学系统,分析了复杂耦合动力系统振动响应的统计估计问题.首先通过动态系统的统计能量分析(SEA)方程,应用扰动法推导随机系统的能量平衡方程,进而推导复杂耦合系统响应的统计估计公式.在分析复杂耦合系统的响应统计估计时,重点分析各种形式激励对系统响应统计估计的影响以及载荷参数的确定方法.分析表明,相互独立的载荷作用是相关载荷作用时的一种特殊情况,它们可以应用统一的计算公式来表达.根据建立的响应统计估计方法,设计了相应的试验件,验证其正确性,试验结果表明,应用该推导得到的理论公式,系统响应的相对偏差能有效的减小,得到的能量平均值能够与试验值较好地吻合.     

覆冰输电线结构及载荷对舞动的影响

为深入研究导线结构形式对输电线路系统动力学特性影响,以及导线结构形式及气动扭转载荷对覆冰输电线路舞动规律及幅值的影响,采用ANSYS参数化设计语言编写了计算导线舞动的非线性有限元分析程序,计算得出了系统气动载荷作用下的时间历程曲线。发现：在相同的气象条件下,分裂导线的振幅明显大于单根导线,且分裂数越高,导线越容易在短时间内形成稳态的舞动,应尽量采用单根导线或减少导线分裂数;扭转气动力载荷对面内外舞动的规律及幅值影响不大,对扭转角的幅值有较大影响,因此可忽略扭转气动载荷对断线和倒塔的作用。     

高速滚动球轴承动态载荷计算改进方法的研究

在离心力和陀螺力矩的作用下,滚动球轴承高速旋转时的内部载荷分布与轴承静止情况下的载荷分布具有显著差异,其主要影响因素包括,滚动轴承的接触角、轴承预紧位移以及旋转速度等。基于JonesHarris(简称JH)力学模型的轴承载荷分布的分析方法已经得到了广泛的应用。然而其计算公式多、迭代繁琐、收敛速度慢。针对此现象,研究了轴承动态载荷分布规律及其算法,提出了改进的JH轴承数值计算模型,给出相应的简化计算步骤。计算与对比结果表明,改进的JH计算模型在其应用范围内,可以大幅减少计算时间。     

桁架结构系统静强度与疲劳的耦合可靠性分析

根据结构可靠性分析理论和疲劳载荷对结构造成的损伤,建立了元件静强度和疲劳耦合可靠性分析的失效判别准则,给出了元件静强度失效时所对应的当量寿命,分析了元件静强度失效和疲劳失效之间的相互影响,进而讨论了结构系统静强度和疲劳的耦合可靠性分析方法。算例表明:在不同的使用年限内,静强度失效和疲劳失效对结构系统失效的贡献是不同的;在结构系统主要失效路径中既有元件静强度失效又有元件疲劳失效;若只考虑单一因素(或静强度、或疲劳)下的可靠性分析,可能会导致结构不安全。     

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。     

变速超空泡航行体壳结构的动力响应分析

通过对变速超空泡水下航行体壳结构受力模型的分析,建立了恒定推力下航行体的平面运动方程,确定了变速过程中的阻力和冲击力。利用有限元方法,进行了结构响应计算,分析了减速过程中节点时域上的最大应力值在轴向的分布情况及典型节点处的响应。结果表明：航行体所需推力和所受应力较大,对其结构强度要求较高;运动过程中,节点时域上的最大应力在空间域上的极大值主要分布在首尾端部和柱壳中部;存在一些振动频率对航行体结构响应影响显著。结果对超空泡航行体壳结构受力和强度分析以及优化设计有着重要的指导意义。&;#61472;     

基于扭转强迫振动风洞试验的矩形截面高层建筑三维风荷载研究

为了研究扭转振动对高层建筑三维气动力的影响,利用扭转强迫振动装置,通过多点测压风洞试验测试了三个矩形截面高层建筑模型在不同试验风速和不同扭转振幅情况的表面风压时程。进而讨论了结构顺风向、横风向和扭转向均方根风力系数及功率谱的变化规律,研究结果表明：结构顺风向、横风向和扭转向均方根风力系数均随着试验风速和扭转振幅的变化而变化;结构顺风向阻力系数随着扭转振动振幅的变化主要是由于结构顺风向气动力的变化引起,而其横风向和扭转向风力系数随着扭转振动的变化包含了气动力变化与结构气动弹性效应两部分。对于高层建筑来说,应考虑扭转振动引起的结构三维气动力的变化以及结构横风向和扭转向气弹效应。     

在役钢结构吊车梁疲劳可靠性分析

基于结构可靠性理论,针对钢吊车梁的应力幅是否服从威布尔分布进行了计算验证,并对分布参数进行了讨论。对我国钢结构设计规范中的S-N曲线进行了考虑降低低应力幅的疲劳效应的双斜率形式的修正,并利用修正前后的S-N曲线的计算结果进行了分析。采用动态疲劳可靠度模型分析了表面粗糙度、残余应力、吊车竖向荷载偏心及温度对钢吊车梁的疲劳可靠度的影响规律;并提出了对钢吊车梁设计、使用和维护的参考意见。     

复杂工况下的大型风力机气动弹性响应和尾迹数值分析研究

在复杂工况下,大型风力机受到载荷更加严重,导致风力机气动和结构耦合响应问题更加明显。本文主要针对稳态偏航、动态偏航、风剪切和随机风速场等复杂工况,采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷,加入了复杂工况的模型,进行了动态失速模型和三维旋转效应模型修正。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,采用有限元法结合模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且通过Newmark方法进行数值求解该方程。实现了复杂工况数值模拟计算,比较不同复杂工况的气动弹性响应结果。最后,得出大型风力机在复杂工况下的气动性能、载荷、动态响应和尾迹叶尖涡线特性,并计算出风力机在复杂工况下的迟滞时间。这为推进自由涡尾迹方法应用于大批工况载荷计算,以及提高大型风力机载荷计算精度和设计水平等具有重要意义。     

Interval dynamic reliability analysis of mechanical components under multistage load based on strength degradation

To further study the law of strength degradation, the residual strength degradation model is established based on the definition of fatigue damage, considering the interaction of various uncertain factors and time factors in service environment. Combined with equivalent damage model, a nonlinear cumulative damage model is proposed, which takes the interaction among loading loads into account and improves the accuracy of calculation. Additionally, the equivalent transformation of multistage load is studied using interval theory. According to the interval dynamic nonprobability reliability prediction model, a dynamic reliability analysis of the interval model is carried out. Dynamic reliability of the component is analyzed under multistage load accumulation damage to verify the effectiveness of the method.     

三边简支一边固支矩形薄板动力屈曲解析解

根据板的动力平衡方程和压缩波前附加约束方程,基于双特征参数法和应力波理论,求解了三边简支一边固支矩形薄板在面内轴向冲击载荷作用下动力屈曲位移的解析解。揭示了矩形薄板动力屈曲过程中板的厚宽比、屈曲模态、冲击载荷大小和临界屈曲长度之间的关系。计算结果表明,由于横向惯性效应的存在,动力屈曲的临界载荷要比静力屈曲的大得多。     

呼吸裂纹梁非线性动力特性研究

疲劳裂纹是结构损伤的重要形式,是引起结构破坏的主要因素之一。建立了含非对称疲劳裂纹梁的非线性数值分析模型,采用奇异单元模拟裂纹尖端的效应,使用无摩擦的接触单元模拟疲劳裂纹的张开闭合特性,研究了结构在简谐荷载激励下的非线性动力特性。以悬臂梁为例分别分析了外部激励频率、裂纹深度以及裂纹位置等参数的变化对系统非线性行为的影响,重点讨论了系统的亚谐、超谐等共振现象,并且提出了系统频率的相对幅值用于辨识裂纹深度的方法。研究结果为裂纹结构的损伤识别提供了一定的理论基础和参考。     

简谐荷载作用下组合梁动滑移响应分析

由于组合梁在外力作用下钢梁与混凝土板之间会发生相对滑移,进行结构受力计算时须考虑滑移所致影响,基于组合梁基本动力理论,获得集中简谐荷载作用下组合梁挠度响应表达式,据挠度、滑移微分方程获得动滑移响应表达式。经一系列数学变换使动滑移响应表达式的静态分量部分满足级数求和条件。对比分析理论与实测结果表明,二者吻合良好。可将静滑移结果视为动滑移的特殊形式,简谐荷载分量对组合梁有效滑移影响较小,对连接件受力性能影响较大。