基于分向半解析有限元法的纵向模态波动特性

结合解析法和半解析有限元法对具有直线边界的截面杆中超声导波的主要模态进行分析,求解出模态的速度曲线并进行频散特性研究.通过分析对比,得出:分向半解析法能精确求解纵向模态的频散曲线;纵向模态的传播特性主要受到截面直线边界的影响,截面对称性降低会引发纵向模态出现速度骤减的现象.最后,搭建实验装置,对具体结构进行实验验证,进一步验证了计算方法的准确性和结论的正确性.     

钢绞线截面应力精细化分析

为了研究外荷载作用下钢绞线截面应力的真实分布规律,利用微分几何理论进行钢绞线的几何建模.模型采用20节点SOLID95单元,一端固定,另一端施加轴向均布荷载.采用库伦模型考虑钢丝之间摩擦对于钢绞线的影响,采用TARGE170和CONTA174单元进行摩擦分析.研究结果表明,当不考虑摩擦时,钢绞线截面等效应力中间小,外层大,呈扇形分布;钢绞线轴向应力相差不大,基本呈均匀分布.当考虑摩擦作用时,截面等效应力分布发生变化,各钢丝接触面上的等效应力值最大,中心钢丝等效应力次之,外层钢丝等效应力最小.进一步与已有文献实验结果进行对比,验证了该文分析结果的有效性.     

复合管道轴对称导波改进半解析有限元建模

针对层状复合管道经典半解析有限元(SAFE)模型无法直接区分纵向模态导波和扭转模态导波的问题,在SAFE基本原理基础上结合纵向模态导波和扭转模态导波的力学特性,分别建立纵向模态导波和扭转模态导波的SAFE模型.该模型实现了纵向模态导波和扭转模态导波的单独计算,避免了复杂的导波模态区分过程,减少了SAFE模型的计算工作量,提高了计算效率.通过与基于全局矩阵法原理的PCdisp软件的计算结果比较,证明该SAFE模型具有良好的计算精度.利用所建的SAFE模型计算了环氧树脂钢管中纵向模态导波和扭转模态导波的传播特性.     

1860级低松弛钢绞线高温下力学性能

对4根抗拉强度标准值fptk为1860 N/mm2的φs15.2低松弛预应力钢绞线中丝进行了高温下力学性能试验.据试验结果,同时对比已有预应力钢丝高温性能研究成果,得到了高温下该种钢绞线中丝极限强度、弹性模量、比例极限、条件屈服强度的计算公式和蠕变计算公式,可用于预应力结构抗火性能研究.     

钢绞线偏轴应变测量方法及实验研究

研究用电阻应变方法测量预应力钢绞线的有效预拉应力。经过对预应力混凝土结构中预应力钢绞线的轴向应变和表面钢丝方向的（偏轴）应变分析,建立了钢绞线轴向应变和偏轴应变之间的转换关系,用实验验证了转换关系的正确性。需要测量预应力混凝土结构中钢绞线的有效预应力时,只需沿钢绞线表面钢丝轴线方向粘贴应变片,测出钢丝轴线方向应变,就可以很方便地转换为钢绞线轴向应变,求出其预拉应力和预拉力。     

超声导波在管道中传播的数值模拟

为了研究超声导波在管道中的传播特性并从中选择适合于无损检测的导波模态,在弹性动力学理论基础上,分析了超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性;通过编程数值计算了超声导波在管中传播时的频散曲线和各模态沿管壁的位移分布;利用数值计算结果以及Fourier分解法,模拟了导波在管道中的传播现象,获得各个模态在传播一定距离后的时域波形.结果表明,在特定频率下,L(0,2)模态导波频散现象较小、传播速度最快,是管道缺陷无损检测的理想模态.数值模拟结果与理论分析相吻合,并且证明此种Fourier分解法可以有效地模拟管道中超声导波的传播特性.     

电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.     

平流层飞艇运动分析与仿真

针对平流层飞艇自主运行的需要,对其稳定性、能控性以及运动特性进行了研究.基于飞艇非线性动力学模型,利用线性化方法判断稳定性并分析了结构能控性;以线性化模型为基础,采用模态分析方法,研究其运动特性;采用仿真方法分析了扰动和控制作用下飞艇的运动特性.研究得到飞艇运动是不稳定的,同时飞艇是结构能控的,其纵向运动分为摆动、缓慢阻尼和快速阻尼3个模态,横侧向运动包括偏航振荡和滚动衰减2个模态.飞艇运动特性分析可作为实际飞艇控制的设计参考.     

飞翼式微型飞行器动力学特性分析

微型飞行器动力学特性分析是MAV设计中的一个重要环节.本文以某型飞翼式MAV为研究对象,根据改进的线性化模型对MAV纵向和横侧向整个飞行范围内的动力特性进行分析.分析表明,所研究的MAV在整个飞行范围内其纵向运动特性差异明显,横侧向螺旋模态不稳定,而荷兰滚模态稳定且具有较大的阻尼比.本文的研究工作对飞翼式MAV控制系统的成功研制具有重要的指导意义.     

基于七丝钢绞线拉索精细化有限元模型的抗弯刚度研究

以半平行钢绞线斜拉索为研究对象,使用有限元软件ANSYS进行参数化建模,将几何模型导入到ANSYS WORKBENCH进行接触设置、网格划分。再对钢绞线拉索施加轴向以及弯曲荷载,考虑材料的弹塑性以及钢丝间的摩擦接触,分析钢绞线拉索在加载过程中的弯曲刚度和滑移变化以及接触区域的应力变化。最后考虑摩擦系数、温度荷载和轴向荷载及HDPE护套对弯曲刚度和接触特性的影响,并分析滑移和弯曲刚度的关系。结果表明:随着摩擦系数的增加,钢丝间滑移距离减小,抗弯刚度显著提高;拉索的抗弯刚度随温度荷载增加而减少,轴向拉力对钢绞线拉索的抗弯刚度有显著提高;轴力与抗弯刚度呈正相关关系;HDPE护套对拉索的抗弯刚度影响很小,不能给钢绞线有力的握裹作用;滑移距离最大值与抗弯刚度除荷载施加初始阶段外呈反函数关系。     

氯盐腐蚀钢绞线的断裂抗力分布模型

为获得腐蚀钢绞线的断裂失效概率模型,需要研究基于某种断裂准则的断裂抗力分布模型。首先提出了以塑性理论中的Mises应变作为断裂参量的腐蚀钢绞线的断裂准则,然后通过对14根氯盐腐蚀钢绞线试样的拉伸试验获得了46根断裂钢丝以及它们在拉断时的平均拉应力及断口处蚀坑的几何形状与尺寸,并采用ANSYS有限元软件模拟得到了每根钢丝的断裂抗力值;以此作为腐蚀钢绞线断裂抗力分布的数据样本,采用数理统计软件SPSS分析了其分布特征,结果表明．在0．05的显著性水平下,腐蚀钢绞线的断裂抗力不拒绝正态分布及对数正态分布,并得到了这两种分布模式下腐蚀钢绞线断裂抗力的分布模型（概率密度函数）。     

铝绞线和钢芯铝绞线的应力分析

建立了求解绞线受张拉时，各单线所受到的沿绞线轴线方向的纵向力和各层之间挤压力的控制方程．导出了绞线应力的计算方法，揭示了铝绞线和钢芯铝绞线受张拉时应力的分布规律，为根据钢、铝线材的机械性能推算绞线的机械性能提供了解析方法．     

持荷状态下钢绞线腐蚀及性能退化研究

通过预应力用高强钢绞线在模拟腐蚀溶液中及在不同应力状态下进行加速腐蚀,并对腐蚀后的钢绞线进行静力拉伸和疲劳试验,初步探讨应力对钢绞线的腐蚀程度,腐蚀速率及钢绞线断面面积损失程度的影响,以及其力学性能退化规律.实验结果及分析表明:钢绞线在应力状态下的腐蚀速率较快,腐蚀程度较大,且力学性能退化严重,对此应引起足够重视.     

锈蚀高强度钢丝的力学性能与评级方法

为了建立高强度钢丝的锈蚀分级标准,以4座服役10 a以上的拱桥吊杆高强度钢丝样本为对象,在进行原状钢丝拉伸和疲劳试验研究的基础上,用刻痕方法模拟钢丝的表面蚀坑,通过有限元分析以及拉伸试验研究蚀坑形貌对钢丝力学性能的影响,建立蚀坑参数与钢丝极限应变的定量关系,提出考虑蚀坑形状的锈蚀钢丝评价标准。结果表明,锈蚀对钢丝弹性模量和极限强度的影响不敏感,但蚀坑引起钢丝的延性下降;锈蚀钢丝的延性下降程度与蚀坑部位的应力集中状况有关,用蚀坑形状参数可以较精确地评价钢丝受锈蚀影响的程度。     

光纤光栅缓粘结智能钢绞线的研制及应用

针对缓粘结钢绞线应力监测用传感器和布设工艺的缺陷,本文基于光纤光栅传感技术特性,综合考虑缓粘结预应力钢绞线的结构,设计制作了一种可实现预应力状态自监测的光纤光栅缓粘结智能钢绞线．并将其应用于某礼堂改造工程缓粘结预应力混凝土单向楼板内,验证了新型光纤光栅缓粘结智能钢绞线的有效性和可靠性．结果表明:该缓粘结智能钢绞线结构简单、机理明确;与普通钢绞线相比其力学性能有所下降,极限抗拉强度约为普通钢绞线的88％;其主要传感性能指标,如迟滞、重复性、线性度、总精度等均小于3％．通过实际工程验证了该新型智能钢绞线施工工艺简单易行,鲁棒性能够满足实际工程预应力损失长期监测．     

高强度预应力螺旋肋、螺旋槽钢丝的研制

介绍了高强度预应力螺旋肋及螺旋槽钢丝的特点及生产工艺,并对该新产品的力学性能与三面刻痕钢丝进行了对比分析．该新产品适合预应力混凝土构件生产,具有良好的应用前景．     

Electrochemical corrosion behavior of steel wires in a coalmine with a corrosive medium

A 6 × 19 point-contact hoisting cable was used as our research object to examine the progress of corrosion of steel wires in a laboratory, simulating the actual working conditions in a coalmine. An electrochemical method was used to investigate the corrosion behavior of steel wires with different surface treatments of a corrosive acid solution. The results show that anode activation of steel wire mainly occurs during pre-corrosion, where the anode activation process of bare steel wires is the fastest as is their corresponding corrosion speed, while the anode activation process of oil coated steel wires and their corresponding corrosion speed are the lowest. During the intermediate and late immersion periods,a passive film is generated on the surface of steel wires, which are gradually damaged with the passage of time. Local pitting corrosion occurs easily on the surface of steel wires with a high-polarization potential.Suitable equivalent circuits were chosen to fit the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of steel wires over various corrosive times and different surface treatments, which indicate good fitting results.The double electrical layer charge-transfer resistance increases in the sequence: bare steel wire,untreated steel wire and oil coated steel wire and their corrosion resistance decreases in turn, which is consistent with their polarization curves. The oil layer provides a certain protective effect on untreated steel wires, but its effect is not entirely clear.     

柱承式贮仓模型的振动实验

为了验证有仓顶室的柱承式贮仓自振特性的理论计算方法,笔者对3个不同的钢制贮仓模型做了输入周期激振力的振动实验。实验测得的频率、振型与理论计算值相吻合,从而给有仓顶室的柱承式贮仓按三自由度体系(即仓顶室和仓体质心的水平位移、仓体绕过质心水平轴的角位移)进行自振特性分析提供了实验依据。并对文献[1]的理论计算公式作了修正。     

Research on Detection Device for Broken Wires of Coal Mine-Hoist Cable

In order to overcome the flaws of present domestic devices for detecting faulty wires such as low precision, low sensitivity and instability, a new instrument for detecting and processing the signal of flux leakage caused by broken wires of coal mine-hoist cables is investigated. The principle of strong magnetic detection was adopted in the equipment. Wires were magnetized by a pre-magnetic head to reach magnetization saturation. Our special feature is that the number of flux-gates installed along the circle direction on the wall of sensors is twice as large as the number of strands in the wire cable. Neighboring components are connected in series and the interference on the surface of the wire cable, produced by leakage from the flux field of the wire strands, is efficiently filtered. The sampled signal sequence produced by broken wires, which is characterized by a three-dimensional distribution of the flux-leakage field on the surface of the wire cable, can be dimensionally condensed and characteristically extracted. A model of a BP neural network is built and the algorithm of the BP neural network is then used to identify the number of broken wires quantitatively. In our research, we used a 6×37＋FC, φ24 mm wire cable as our test object. Randomly several wires were artificially broken and damaged to different degrees. The experiments were carried out 100 times to obtain data for 100 groups from our samples. The data were then entered into the BP neural network and trained. The network was then used to identify a total 16 wires, broken at five different locations. The test data proves that our new device can enhance the precision in detecting broken and damaged wires.