偏心拦阻过程最优拦阻索运动速度的设计

综合考虑空气动力、发动机推力以及摩擦力等因素对舰载机拦阻过程的影响,以拦阻索释放速度作为拦阻过程的控制输入,建立计及拦阻索质量的舰载机偏心拦阻过程的系统状态方程。针对存在边值及过载约束的轨迹优化问题,采用高斯伪谱方法求解理想轨迹,基于GPOPS对飞机存在着舰质量、着舰速度偏差进行算例仿真。仿真结果表明：计及拦阻索质量可以更真实地反映拦阻索输出载荷的变化过程;利用高斯伪谱法可以获得偏心拦阻系统理想的最优轨迹。     

重型液压凿岩机双缓冲系统特性分析与实验

针对当前双缓冲系统特性研究不足,严重制约凿岩机冲击功率提高的现状,考虑岩石动力学特性和应力波的透射与反射,建立以冲击为输入的应力波传递模型,获取了钎头凿入位移和缓冲活塞回弹速度。考虑油液压缩、油液泄漏、阀口压降等因素,建立了包含缓冲活塞、缓冲阀、缓冲蓄能器以及连接管路的双缓冲系统耦合模型。设计现场凿岩实验,同步测试了冲击系统和双缓冲系统腔内压力,验证了数值仿真模型的正确性。在此基础上,分析了双缓冲间隙对缓冲活塞运动规律和一、二级缓冲腔压力变化规律的影响。仿真结果表明,双缓冲间隙存在最优范围,如若设计不当,会影响系统的响应速度,引起极高的压力峰值,甚至造成系统空蚀的发生。     

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。     

刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法及应用研究

利用多体系统传递矩阵法建立了刚柔耦合多体系统的动力学模型,并且将冲量模型和碰撞接触模型与多体系统传递矩阵法结合,提出了基于传递矩阵法的刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法。根据柯西方程推导出系统中的柔性梁在冲击载荷作用下的冲击应力分布公式。以某型汽车起重机为例分析了在起吊过程中的冲击载荷特点,计算了该刚柔耦合多体系统的冲击响应及柔性梁的冲击应力分布规律,并与试验结果对比,证实了该方法的正确性。     

载人飞船着陆座椅缓冲系统的动力分析与改进

现有载人飞船座椅采用前支座铰接的方式,只能实现单向着陆缓冲。为了减小着陆过程对航天员的多向冲击过载,在此将座椅支座铰链连接改为双向弹性支撑。建立了两种缓冲系统的动力学模型,在同一种着陆工况下,比较了两种缓冲方案的缓冲器行程、工作时间、胸—背向和头—盆向加速度的动态响应。算例表明,改进后的缓冲系统能降低多向冲击加速度峰值。     

基于柔索冲击接触的钢板表面除锈机理及特性研究

钢板除锈预处理是产品制造中重要工艺,直接影响涂装质量和产品使用寿命,提出了一种基于柔索冲击接触实现钢板表面清洁除锈及强化的新方法。分析了柔索冲击接触钢板表面除锈机理及过程,建立了运动学方程;应用离散化方法,采用六维弹簧柔性连接建立了柔索多体系统动力学模型,基于柔索与钢板间的冲击接触理论,建立了柔索冲击接触动力学模型;应用ADAMS对单根柔索冲击接触动力学仿真,得到末端绳索接触力与速度变化规律;设计了除锈试验机,试验表明:该除锈方法可行且除锈效果良好,除锈等级达ST3级,对中小尺寸钢板表面除锈及强化具有很好应用前景。     

基于随机振动模型的重载铁路拱桥吊杆应力冲击系数研究

为研究重载列车动力荷载作用下大跨度中承式拱桥吊杆的应力冲击系数问题,提出了基于车-线-桥耦合动力学和虚拟激励法的吊杆随机动应力分析方法。采用多体动力学理论建立具有二系悬挂的质量-弹簧-阻尼系统车辆模型;采用有限元方法建立轨道-桥梁有限元模型;基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立列车-轨道-桥梁耦合系统动力学方程。通过虚拟激励法将轨道不平顺转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,将非平稳随机振动问题转化为确定性的时间历程问题,建立了列车-轨道-桥梁耦合时变系统随机振动计算模型。基于该模型,以蒙华重载铁路某中承式拱桥为研究对象,研究了不同位置吊杆应力冲击系数的不均匀性,并分析了车速和轨道不平顺等级对吊杆应力冲击系数的影响规律。结果表明:吊杆动应力均方根峰值和应力冲击系数受轨道随机不平顺激励和车速的影响显著,并均随着轨道不平顺等级的降低而增大;吊杆最大动应力均值受车速影响较小。     

非线性包装系统悬臂梁式易损件跌落冲击特性

目的以三次非线性缓冲包装系统为例,研究悬臂梁式易损件的跌落冲击特性。方法建立悬臂梁式易损件和产品包装系统的跌落冲击动力学模型,综合应用龙格-库塔法和有限差分法对模型进行数值分析。结果算例分析表明,易损件的位移响应沿杆长方向变化不明显,加速度响应变化显著;位移和加速度最大值均出现在易损件自由端,易损件内应力最大值出现在易损件与主体的连接部。结论易损件最大应力是否超过许用极限,可作为评判产品失效的准则。     

舰载机前起落架突伸性能试验研究

现代航母舰载机多使用弹射起飞方式,在弹射起飞行程末端,前起落架突伸是一种增加舰载机离舰迎角,提高飞行安全的重要技术手段。设计了一种适用于弹射起飞舰载机起落架突伸性能测试试验方案,搭建了试验系统,并对某型飞机前起落架突伸性能进行了试验验证,对起落架突伸过程进行了分析。通过改变试验初始条件,分析了影响起落架突伸性能的因素,并给出了定量描述。建立了双气腔油气式起落架动力学模型,对某型飞机起落架典型工况突伸性能进行数值模拟,将数值计算结果与试验测试结果进行对比。利用动力学模型对起落架缓冲性能进行计算校核,给出了不同初始条件下起落架缓冲性能变化趋势和数量。结果表明,对于双气腔油气式起落架,起落架突伸性能提升往往会导致起落架缓冲系统效率降低和最大着舰载荷增大。在弹射式舰载机起落架设计时,必须综合考虑突伸性能和缓冲性能。     

船桥碰撞过程引发的冲击动力学论题

对船桥撞击过程引发的几个冲击动力学论题进行了分析。研究表明:1为降低船撞力,应采用柔性(低的结构动态广义波阻抗)防撞装置;2撞击力所做的功,通过应力波传播转化为内能(变形能)与动能之和;而变形能中的不可逆部分愈高,防撞装置发挥的整体作用愈大,则愈有利于防撞装置发挥缓冲耗能作用。并且如何让船舶尽早结束撞击并带走尽量多的剩余动能,应是防撞装置设计的关键点;3黏性耗能可缓冲撞击过程、延长撞击历时,有利于防撞装置发挥整体作用,进而为船舶在低应力下转向滑离、从而带走尽可能多的剩余动能创造条件。因此,船撞桥防护装置的设计应该建立在如下的科学设计理念上:ⅰ低波阻抗意义上的冲击柔性,ⅱ缓冲撞击过程意义上的粘性耗能,ⅲ防撞装置能及早发挥整体作用,化撞击集中力为分布载荷,以及ⅳ让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能。以钢丝绳防撞圈为主要元件的柔性耗能防撞装置是这一防撞理念的工程应用实例,其有效性已为工程实践和实船撞击试验证实。     

基于实测道路谱的纯电动轻卡电池包支架动态载荷仿真及疲劳分析

为保证纯电动轻卡电池包支架的疲劳寿命分析与实车试验场道路耐久试验的关联性,提出了一种将多体动力学、疲劳寿命分析及试验场实测道路谱数据相结合的分析方法。采用ADAMS软件建立了由七通道虚拟试验台、电池包支架及整个车架组成的刚柔耦合多体动力学模型,以试验场采集的电池包支架加速度为目标响应信号,采用Femfat.lab软件使用虚拟迭代方法,反求得到了电池包支架疲劳分析的载荷边界条件。采用Miner线性疲劳损伤理论在疲劳仿真软件nCode中分析了电池包支架的疲劳寿命,分析结果显示其寿命能够满足疲劳性能要求,并最终通过了实车试验场道路耐久试验的验证,验证了此方法的工程实用性。所提出的分析方法对于研究电动汽车电池包支架的疲劳性能具有重要的参考价值。     

基于多体动力学有限元计算的一种舰用柴油机抗冲击性能仿真

抗冲击性是现代舰用柴油机的设计指标之一,仿真分析是柴油机抗冲击研究的重要手段。将各种波形的加速度时域输入载荷转化为冲击谱,发现脉宽为10ms的三角波加速度峰值与冲击谱等加速度线的值相同,建议将该波形作为设备抗冲击对比分析的标准输入载荷。基于ABAQUS6.7软件,建立包含柴油机主干部件的整机多柔体抗冲击分析模型,分别实现了某V6型柴油机在额定工况和停机工况下受冲击的仿真计算。仿真结果表明,柴油机冲击响应特性是非线性的,额定工况下受冲击时应力响应值并非是停机情况下受冲击的应力响应值和额定工况下工作应力的简单叠加。柴油机曲轴、机体、飞轮壳和机脚的冲击强度都需要通过仿真进行校核。     

软弱夹层对爆炸应力波传播过程的影响研究

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分岩体的破坏程度。随着软弱夹层厚度的增加,前方岩体拉应力峰值增长作用由近迎波面岩体向炮孔周边岩体传播,拉应力峰值增长率逐渐提高;同时,夹层阻隔作用增强,后方岩体有效应力峰值衰减加快。软弱夹层与起爆中心的间距减小使得夹层前方岩体拉应力峰值显著增长,而对夹层后方岩体的阻隔作用逐渐减弱。应力波能量主要汇聚在软弱夹层的垂直方向,致使岩体爆破产生的裂缝偏离水平测线方向而向软弱夹层法线方向发展。研究成果可用于指导类似地层隧道爆破施工设计。     

斜交简支梁桥纵向地震碰撞反应精细化研究

为精细化分析简支斜交桥地震碰撞反应,首先基于Hertzdamp碰撞理论,采用开放式地震模拟软件OpenSees建立能够考虑碰撞过程中摩擦作用的简支斜交桥精细化计算模型;然后从动力特性、动力反应层面验证模型的可靠性;最后采用三维精细化计算模型分析斜度、摩擦对斜交简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响。结果表明：梁体与桥台间最大碰撞力的产生位置随着斜度的变化而改变;最大碰撞力的大小不仅与斜度有关,而且与斜交桥梁端与桥台间摩擦系数也存在一定关系;摩擦作用削弱了斜度对梁端锐角处纵向最大位移的影响,大幅度减少上部结构峰值转角,使峰值转角最大值滞后在较大斜度时出现;不考虑摩擦作用会高估锐角处梁端纵向最大位移反应。     

某转管机枪机心部件动力学特性分析与改进研究

以某型转管机枪为研究对象,为了分析解决该型机枪在样机试验中出现的机心头断裂、机心卡死以及闭锁开锁时接触面强度不足等故障现象,首先对机心部件开闭锁过程进行了受力分析;其次利用多体动力学分析软件建立了机枪系统的动力学模型,重点对机心运动过程进行了动力学计算;然后利用有限元分析软件建立了机心部件运动过程中的动态应力与位移分析模型,在满足机枪射频要求的前提下,得出开闭锁过程中接触面关键位置的应力与位移的变化曲线;最后综合研究分析得到的动力学响应特性和应力、位移云图,分析找出引发故障的根本原因,对机心头进行了结构改进,有效提高了机枪的射击可靠性,为机心部件的优化改进提供了理论依据与试验指导。     

双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型

与常见的单幅桥面桥梁相比,双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型更为严格,必须同时保证上下游两主梁断面都具有良好的气动性能。以某在建的双幅桥面桥梁为背景,通过一系列节段模型风洞试验,从主梁断面基本形状和检修车轨道的位置及高度两个方面进行了主梁断面的气动方案比选,对双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型进行了初步研究。     

浮基两刚体模型强迫振动动力响应分析

为分析浮基在外力作用下产生的强迫振动对浮基多体系统动力响应影响,将浮基多体系统简化为光滑铰接的两刚体模型,用多体动力学离散时间传递矩阵理论,并编写程序对浮基多体系统动力响应求解。分别计算浮基在周期横摇角强迫振动与波浪作用下浮基两刚体动力响应,获得浮基两刚体系统运动响应曲线。数值模拟结果表明,当横摇角强迫振动幅值、频率增加时,起吊重物的摆动更剧烈,绳索长度变化对重物摆动影响不大。在横向规则波作用下,浮基与重物的摆动幅值随绳索长度、吊臂仰角的增加而增大,随起吊重物质量变化先增大后减小。     

聚氨酯-钢板夹层正交异性桥面板试验研究

通过2个不同纵向加劲肋间距的聚氨酯-钢板夹层结构正交异性三跨连续桥面板的钢箱梁模型试验,结合有限元计算分析方法建立多种加劲肋间距桥面板的钢箱梁计算模型进行计算对比,研究该种桥面板的受力性能,试验模型按实桥同种材料的箱梁缩小1/4制作,按汽车荷载在跨中及支点截面产生最大弯矩时测试截面各关键点的纵向、横向应变和挠度。结果表明:桥面板各点应变试验值与计算值基本吻合;采用聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板可大幅削减局部应力集中峰值,从而可大幅减少加劲肋数量,减少程度主要取决于夹层板厚度;板面有些部位要同时承受两个正交方向的反号应力;相应截面中间加劲肋底部纵向应力最大;夹层桥面板的应力和挠度随着芯层厚度减小,增幅加大。     

圆形孔洞结构岩体冲击响应识别实验模拟研究

孔洞是地质和岩石工程中常见的结构,为了模拟孔洞结构岩体在高速冲击荷载下的响应特征,设计和加工了孔洞结构的花岗岩体试样,采用改进的冲击动力学测试模拟系统,在不同冲击能下,在垂直和平行孔洞轴线方向对孔洞结构花岗岩体进行渐进式循环冲击模拟试验,对实验杆入/反射应力波进行测量。研究表明,峰值反射应力比与冲击能大小无关,但反射应变比能比随冲击能的增大而降低;在低冲击能下,孔洞结构对反射应力波的响应影响不大;随着冲击能的增大,其影响增大;岩体沿孔洞结构的轴线方向发生开裂破坏,与冲击位置无关;在试样开裂后,应变比能显著增高但峰值应力比的变化不大,说明应变比能比可作为岩体结构破坏指示的响应指标。模拟实验为孔洞类岩石结构的钻进识别以及防护设计提供了理论依据。