基于分层模型的功能梯度输流管道耦合振动

基于Timoshenko梁模型,研究了材料属性沿管道壁厚方向呈梯度变化的输流管道的耦合振动。沿厚度方向将功能梯度材料离散为若干层均质材料;考虑流体在轴向的可压缩性及管壁与流体间的摩擦,通过Hamilton原理及流体动量方程、连续方程建立了功能梯度输流管道的耦合振动模型;采用动刚度法对管道单元进行求解,并通过算例分析了功能梯度材料的梯度指数变化对管道动态特性的影响。     

考虑流体渗透压力的管道焊缝内裂纹扩展流固磁耦合方法

为实现利用漏磁法检测在役管道焊缝内裂纹动态扩展问题,本研究提出一种考虑流体渗透压力的管道焊缝内裂纹扩展流固磁耦合方法。通过建立管道焊缝内裂纹扩展的流固磁多物理场模型,来构建流固磁多场耦合方程,并进行管道焊缝内裂纹扩展计算,从而实现管道焊缝内裂纹周围计算域网格重构与管道焊缝内裂纹扩展进程中的漏磁场分析。结果表明,流体渗透压力加速了内裂纹扩展进程。与不考虑流体渗透压力相比,考虑流体渗透压力的管道焊缝受到更严重的威胁。同时,考虑流体渗透压力施加的流固磁多场耦合方法更符合工程实际情况。考虑流体渗透压力的管道焊缝内裂纹扩展流固磁耦合方法能较准确地表征在役管道焊缝内裂纹的扩展程度,判断管道焊缝损伤的危险等级,解决流固磁多场耦合作用下管道焊缝内裂纹扩展表征与评价问题。     

弹性壳体与流体耦合振动的组合单元

对于任意形状的柱壳或旋转壳与内部流体的耦合振动问题建议一种组合单元来进行分析。组合单元由柱壳的条或旋转壳的环与相连系的流体片联合组成。考虑结构的弹性与流体的晃动以及接触面上的协调条件,应用结构与流体的联合变分原理建立结面上未知参数的运算方程,从而将三维耦合问题简化为一维离散数值方程来求解。     

输流管道的流体诱发振动稳定性分析

考虑内、外部流体的联合作用,研究输流管道的流体诱发振动稳定性。将外部流体的作用简化为涡激升力,利用Kane方法建立输流管道的二维非线性涡激振动方程。将动力学方程在平衡位置附近线性化,进行输流管道的稳定性分析。探讨不同内外流流速、外部流体的粘滞力系数、管道跨度以及内外流联合作用对管道稳定性的影响。研究结果表明,非线性涡激振动模型更真实地反映输流管道的流体诱发振动稳定性,在内流和管道跨度的影响下,发生耦合模态颤振现象;外部流体粘滞力系数的变化对管道的动力特性有明显的影响;在内外部流体的联合作用下管道的振动特性与各因素单独作用时明显不同。     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

复合材料变截面旋转薄壁悬臂梁自由振动分析

基于拉格朗日方程推导出复合材料封闭变截面旋转薄壁梁的自由振动方程。与基于哈密顿原理的动力学建模方法相比,该文所采用的方法更为简洁。此外,在薄壁梁的结构模型中还考虑除横向剪切外的扭转、拉伸和弯曲引起的翘曲,具有考虑翘曲因素多的特点。给出了两种刚度配置下的变矩形截面旋转悬臂直梁的自由振动方程简化形式及其相应的迦辽金法求解的固有频率。基于大型通用有限元软件ANSYS,计算了薄壁变截面旋转悬臂梁的固有频率,并且与迦辽金法的求解结果进行了对比。分析了复合材料的弹性耦合、铺层角度、截面变化和旋转速度对薄壁梁的自由振动的影响。     

海流冲击对深海采矿装备液压管道流固耦合振动的影响

为研究海流冲击对深海采矿装备液压管道流固耦合振动的影响,利用伯努利—梁模型,对内流作用下的柔性管道进行受力分析,建立管道流体流固耦合振动方程。根据有无外部周期性冲击作用力两种情况对液压系统管道进行了仿真。仿真结果表明:(1)外部周期性冲击力加剧了管道内部的油压波动。(2)外部周期性冲击力增大液压管道振动的最大位移。     

考虑流体附加质量的输流管道振动特性分析

针对管内流体激励(flow-induced vibrations,FIV)引起的结构振动问题,考虑单向流固耦合作用,通过引入附加质量分析内流流速对结构振动特性的影响。以两端固定支撑输流直管作为研究对象,利用数值方法模拟不同流速下管内的流动状态,获取流体压力系数、湍动能及管道结构位移响应。基于单向耦合振动机理,建立管道流固耦合附加质量模型,采用FEM方法展开结构模态分析,计算流体作用于结构的附加质量和固有频率。数值仿真结果表明:内部流体流速对管道结构振动有较强的耦合作用,流速增加使得耦合附加质量增大,且存在临界流速使管道发生静态屈曲失稳现象。与经验公式对比,该计算结果在10%的误差范围内能更准确地反映流体对结构振动的单向耦合作用。因此,提出的方法能够应用于单向耦合振动问题分析,并为研究流固耦合对结构动力特征影响等管内流动的FIV问题提供思路。     

无网格法在中心刚体-旋转柔性梁系统动力学分析中的应用EI北大核心CSCD

将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析。基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到作大范围运动的中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程。将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在中心刚体-旋转柔性梁的刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性。     

TBM液压管道频谱特性分析和结构优化

考虑到全断面硬岩推进机(TBM)掘进过程中轴向基础振动对流体流速和压力波动的影响,运用输流管道流固耦合轴向运动4-方程模型,分析基础振动的影响,建立轴向基础振动下的TBM液压管道轴向耦合振动方程组,并用直接解法在频域内对其进行求解,再运用MATLAB软件对管道出口处流速和压力的频域响应特性进行仿真计算,随之分析基础振动和不同结构参数对流体频域响应的影响规律。同时,为减弱基础振动对流体出口参数的影响,运用正交实验法对管道进行结构优化,优化后的管道系统流速的频域幅值整体上减小了48.61%,从而在一定程度上抑制了因基础振动带来的流体波动。     

空心薄壁细长轴旋转锻造过程材料流动规律研究

目的 为了准确地设计带内台阶的薄壁细长轴类零件的旋转锻造用管坯,研究缩径过程中金属材料的流动规律.方法 针对薄壁细长轴内台阶孔,采用有限元模拟与实验验证相结合的方法,研究管坯旋转锻造过程中,毛坯外径/内径之比、模具入角和摩擦条件对缩径过程金属流动的影响规律.结果 管料外径和内径之比越大,金属的厚向应变越小;摩擦因数越大...     

附带有考虑集中质量的转动惯性的梁固有振动分析

研究梁附带集中质量时系统的横向弯曲自由振动,分析过程中同时考虑集中质量的平(移)动和转动惯性。探讨了梁的固有频率相对集中质量位置的一阶导数计算问题,并得到了正确的灵敏度计算公式。数值计算结果表明:集中质量的转动惯性对梁的频率、振型以及灵敏度都有很大的影响。当集中质量的转动惯性较大时,忽略其影响对梁的振动分析可能带来很大的误差。     

基于多项式拟合的细长梁结构振动位移重构方法

细长梁结构易受内外因素的干扰而振动,由此引发的疲劳损伤问题不利于结构安全。实时重构结构的振动位移是健康监测和振动智能控制中的关键环节。目前,模态分析法广泛用于细长梁结构的振动位移重构,但对于边界条件复杂的细长梁结构或结构受较强非线性因素干扰时,采用模态分析法重构结构位移将存在诸多不便。针对此问题,提出了基于多项式拟合的细长梁结构振动位移重构方法,并采用延展结构边界的方式有效规避了多项式拟合经常出现的龙格现象。通过有限元模拟和实验数据的对比,验证了基于多项式的位移重构方法的精确性和可行性。结果表明:基于多项式拟合的位移重构方法适用于细长梁结构线性振动和非线性振动的位移重构;延展结构边界可有效规避多项式拟合出现的龙格现象;延展长度为0.875L～1.125L(L为细长梁结构的长度),虚拟测点应变的量级小于等于真实测点应变最大值的量级时,重构得到的结构位移精度较高。     

细长直管支架的横向抗震构造和参数选取研究

细长直管道系统,相比于纵向其横向的力学性能对管道的稳定性更重要;对直管道支架抗震性能进行研究,考虑连接方式对管架抗震性能的影响,管道支架与底部基础采用螺栓连接和焊接,设计了SJ1和SJ2两试件进行拟静力试验,并建立管道支架的有限元模型。在获得准确有限元模型的条件下对管道支架构件进行考虑不同中面板构造形式、肋板数量以及连接方式等支架细部构造的参数分析,最终获得具有良好抗震性能的管道支架构造参数。研究结果表明:该文采用螺栓连接的支架构件由于螺栓易被拉起未能充分发挥支架结构的抗震性能,相较于螺栓连接,管架与底部基础采用焊接连接时支架构件试验及有限元分析所得滞回曲线相对饱满,骨架曲线较高,耗能能力较强,表现出相对较好的抗震性能;不同中面板构造形式的支架结构其骨架曲线、耗能能力曲线数值差异不大,刚度退化规律基本一致;增加竖向肋板的数量,支架构件抗屈曲能力增强,承载力和耗能能力得到显著提高,当竖向肋板数量为2个时,有利于协调管道支架的承载力、强度、刚度和耗能能力,更好发挥支架结构的抗震性能。     

一种高温真空旋转设备的研制

设备主体结构包含高温加热控制系统、旋转圆环体、电机动力系统、块状样品拆换系统、真空系统、控制系统、支撑台架等主要部分。其中旋转圆环体用直径Φ50mm壁厚2mm、316L不锈钢管弯制而成圆环状,留有钨球及样品测试用安装活接口。管道内部装有钨球,旋转环随轴转动模拟钨球在不同温度、不同流速下对管道内壁及内部电器件的磨损情况。圆环管道中心直径1000mm,设备要求极限温度为650℃,极限真空为2Pa,系统在各实验温度点的漏率均优于5×10^-8Pa·m^3/s。     

Strain recovery analysis and stiffness verification of non-uniform composite beam with arbitrary cross section and material distribution using VABS

This paper presents a theory related to a two-dimensional linear cross-sectional analysis, recovery relationship, and a one-dimensional nonlinear beam analysis for composite wing slender structure with initial twist. Using VABS including a related theory, the design process of the composite rotor blade has been described. Cross-sectional analysis was performed at cutting point including all the details of geometry and material. Stiffness matrix and mass matrix were linked to each section to make 1D beam model. The 3D strain distributions within the structure were recovered based on the global behavior and load of the 1D beam analysis and visualize numerical results. Comparison between the analytical and experimental results shows that the proposed analytical procedure can provide an accurate and efficient prediction of the both deflection, flexural stiffness, strain of multilayer composite slender structure. Verified comparison results can be used to efficiently design accurate complex slender structure properties for detail design and manufacture. These sentences will appear after the conclusion when an article is finally published.     

Noncontact Laser Inspection Based on a PSD for the Inner Surface of Minidiameter Pipes

A new noncontact laser-inspection technique based on a position-sensitive detector (PSD) to inspect the inner surface of minidiameter pipes is proposed, and the corresponding sensor is developed. A light spot is projected onto the pipe inner wall after the laser beam is reflected by two mirrors. At the same time, four current signals are produced when the light spot is read by the 2-D PSD. According to the magnitude of the current signals and the structure parameters of the sensor, the spot position on the inner wall can be calculated in a local 3-D coordinate system. With a micromotor, the surface of the whole inner wall can be scanned by the laser beam. This way, the coordinates of all the sample points in the section are obtained. After that, several reasonable data-processing methods are used, such as data segmentation and least squares fitting. Finally, the section curve can be reconstructed. The radius and defects of the section can also be obtained. Driven by a micropipe robot, the sensor can inspect a long curved pipe. The inspection system based on this technique can detect the inner surface of minidiameter pipes, which has an inner diameter of 9.5–10.5 mm and a curvature radius of more than 100 mm. The measurement accuracy of this inspection system for the inner diameter and surface defect reaches $pm$0.1 mm.      

幂律流体偏心环管流动中公转的影响

数值模拟了压力驱动的幂律流体环管流动中,当流动为充分发展层流、且内管在偏心自转时内管公转的影响。结果表明当内管偏心自转时,其同时存在的公转对环管内压强和内管表面剪应力的分布影响显著。和自转同向的公转在一定强度范围内具有使流动阻力减小的效果,这和公转对由内管偏心自转导致的二次流范围的压缩以及幂律流体剪切变稀的特性有关。流动阻力随公转的变化不是单调的,在各偏心率下均存在一个使流动阻力最小的公转强度。     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构研究进展

该文进行了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构的轴压短柱、轴压中长柱、轴压长柱、纯弯构件、单向偏压短柱、单向偏压中长柱、双向偏压短柱、双向偏压中长柱的试验研究和有限元模拟,分析了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土结构各类基本构件的受力全过程以及破坏模式,并提出了用于计算该结构各类基本构件的承载力以及变形的计算公式。在试验研究和数值模拟的基础上,将此种新型组合结构构件的力学性能与方钢管混凝土构件的力学性能进行了比较分析。     

人-梁相互作用动力学模型研究

该文用一个具有分布质量、阻尼和刚度的动力学模型来表示附着于梁上的人体,利用Lagrange方程建立了有限个人留驻在梁上(即人-梁相互作用动力学模型)的振动微分方程。分析了人-简支梁联合体系的动力学特征,展现了人对简支梁动力特性的影响。并将数值模拟结果与英国学者的实验结果相比较,验证了该文所建立的人-梁相互作用动力学模型的合理性和正确性。