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。     

计及应力刚化效应的空间大运动曲梁动力学建模与分析

从连续介质力学非线性位移-应变关系出发,导出计入应力刚化效应的空间柔性梁变形能表达式。利用浮动框架有限元方法和哈密顿变分原理推导了满足小变形假设的空间曲梁的一般运动动力学方程,并利用模态缩减法对动力学方程进行了维数降阶。所推导的动力学方程可用于高速旋转一般运动空间柔性曲梁动力学问题的求解。通过数值仿真讨论了应力刚化效应对大范围运动小变形空间柔性曲梁动力学特性的影响,并与ADAMS软件和ABAQUS软件的仿真结果进行了对比,指出了ADAMS软件在高速旋转柔性多体系统数值计算方面的一些缺陷。所提出的计及应力刚化效应的空间曲梁动力学建模方法为高速旋转一般运动柔性多体系统动力学建模和分析提供了参考。     

微型燃气轮机浮环轴承-悬臂转子系统动力学特性分析

对浮环轴承支承的悬臂转子系统的动力学特性进行分析,建立了浮环轴承双层油膜Reynolds方程和浮环运动方程。采用4节点等参h-精细有限元网格,通过Galerkin方法求解系统Reynolds方程得到双层油膜压力。在小摄动范围内,联合悬臂转子系统的动力学方程、浮环运动方程求出浮环轴承的等效刚度和阻尼系数。应用商业有限元软件ANSYS12.1对实际微型燃气轮机用浮环轴承-悬臂转子系统进行临界转速、谐响应及不平衡响应等转子动力学仿真计算。通过与实验结果对比,验证了此物理计算模型的正确性,并证明了用此方法分析浮环轴承-悬臂转子转子动力学问题具有实际意义。     

作大范围运动的柔性梁的动力学分析

对附着在空间运动体上的柔性悬臂梁的动力学进行了研究，利用微元法建立了中心刚体作任意三维大位移运动时柔性悬臂梁作横向和纵向振动的动力学方程，此动力学方程计及了动力刚化效应。在对柔性梁离散求解时考虑了横向弯曲对纵向变形的影响，最后通过几个例子分析了运动基上柔性梁的动力学行为。     

大型水平轴风力发电机浆叶稳定性研究

大型水平轴风力发电机桨叶为流－刚－柔耦合的周期时变多体系统。本文暂未考虑风载荷，分析了重力载荷和桨叶预锥角、转速等因素的变化对稳定性的影响。力学建模中，考虑了桨叶挥舞、摆振、扭转和轴向运动以及根部铰的挥舞、摆振和变矩等刚体运动。利用有限元法形成5节点18自由度的刚－柔混合梁单元模型，应用Hamilton原理建立桨叶动力学方程，求得对应的摄动方程，采用Newmark隐式积分方法求解。根据Floquet理论判断运动稳定性，计算了相关转换矩阵的特征值。结果表明预锥角对桨叶运动稳定性影响不容忽视。在通常的工况下，桨叶能够 稳定地运转。     

大型水平轴风力发电机桨叶稳定性研究

大型水平轴风力发电机桨叶为流-刚-柔耦合的周期时变多体系统。本文暂未考虑风载荷,分析了重力载荷和桨叶预锥角、转速等因素的变化对稳定性的影响。力学建模中,考虑了桨叶挥舞、摆振、扭转和轴向运动以及根部铰的挥舞、摆振和变矩等刚体运动。利用有限元法形成5节点18自由度的刚-柔混合梁单元模型,应用Hamilton原理建立桨叶动力学方程,求得对应的摄动方程,采用Newmark隐式积分方法求解。根据Floquet理论判断运动稳定性,计算了相关转换矩阵的特征值。结果表明预锥角对桨叶运动稳定性影响不容忽视。在通常的工况下,桨叶能够稳定地运转。     

浮环轴承系统中浮动环涡动运动研究

研究了浮环轴承中内、外层不平衡油膜力作用下浮动环的运动情况。从广义不可压Reynolds方程出发,推导了浮环轴承内外层油膜的瞬态控制方程,结合Hirs整体流动理论和Moody壁面摩擦系数方程,获取浮动环的运动方程,通过算例,较为深入地研究了浮环轴承系统中浮动环的涡动特性：浮动环质心稳定状况下运动轨迹呈椭圆形分布,且幅值随轴颈偏心率增大而增略呈减小趋势。     

刚柔耦合系统动力学建模新方法

作高速大范围运动的机械系统，由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象，传统动力学理论难以计及这种影响。通过Kane方程在保证变形广义坐标完全精确到一阶项的前提下建立了系统一阶完备动力学方程。通过与传统动力学方程的对比分析，揭示了传统建模方法不仅遗失了动力刚度项。同时遗失了某些刚柔耦合惯性项。本文提出了一种通过对传统非完备动力学方程的修正以获得一阶完备动力学方程的新方法。     

受控线性多体系统传递矩阵法

受控线性多体系统的稳态运动是多体系统动力学的重要研究内容之一。本文以简单的受控多体系统为例，建立了受控线性多体系统传递矩阵法，能方便快捷地求解受控线性多体系统的稳态运动。建立了控制力作用下集中质量和弹簧阻尼铰的扩展传递矩阵和扩展传递方程。将牛顿法和受控线性多体系统传递矩阵法的计算结果进行了比较。实例表明，受控线性多体系统传递矩阵法不仅能用于受控线性多体系统的动力学分析，而且完整地保持了传递矩阵法的所有优点。     

带轴向运动柔性梁附件航天器的刚-柔耦合动力学分析

针对当前航天器面向大型化、复杂化和精密化方向发展,为了提高航天器的使用寿命、运行精度和工作效率,考虑航天器主体和轴向运动柔性梁的刚-柔耦合作用是十分有必要的。基于Euler-Bernoulli梁理论以及刚-柔耦合建模方法,建立了航天器主体-轴向运动柔性梁刚-柔耦合系统的动力学模型。根据Hamilton原理推导出刚-柔耦合系统的动力学方程,采用分离变量法和振型叠加法求解耦合系统的动力学方程。利用四阶Runge-Kutta法进行数值计算。通过数值算例分析航天器主体半径、航天器主体面密度和柔性梁轴向速度对柔性梁横向振动以及对航天器姿态角的影响。     

滚装船和滑动载荷组成的浮基系统的非线性横摇

波浪和内部重载荷滑动共同作用,使滚装船的横摇加剧。这是许多滚装船发生倾覆的重要原因之一。对由滚装船和滑动重载荷组成的浮基系统,取滚装船的横摇角和重载荷在甲板上的横向位移为此系统的两个自由度。考虑非线性恢复力矩和非线性阻尼力矩的影响,运用多体系统动力学方法,建立了浮基系统的动力学方程。以某型海峡滚装渡轮为例,对在若干重载荷同步滑动和波浪共同作用下的滚装船非线性横摇响应和重载荷位移响应进行了数值计算,并与线性响应进行了比较,从而得出了考虑非线性时横摇角显著偏大的结论。     

复合材料迭层板柱状弯曲的非线性流固耦合动力响应分析

导出置于液面上的复合材料迭层板变形时流体作用力的近似表达式; 由Ham ilton 原理建立了考虑横向剪切变形以及流固耦合效应时迭层板的非线性动力方程; 采用差分方法求解了迭层板的非线性流固耦合动力响应; 讨论了不同载荷类型下流场深度及几何非线性对动力响应的影响。      

地铁列车运行引起的振动对精密仪器影响的预测研究

采用一种动力有限元数值模型,并结合道路交通现场振动测试,对北京地铁8号线列车运行对邻近地铁线路的某科研楼内精密仪器的振动影响进行了预测研究,并比较了普通无砟轨道和浮置板轨道两种工况下楼内外的振动响应。提出了该有限元模型的网格划分、边界条件、阻尼施加等建模原则,采用实测的钢轨振动加速度计算而来的动态轮轨力作为该模型上的激励力。结果表明：采用该动力有限元模型可以有效地预测地铁列车运行引起的振动;浮置板轨道是一种有效的减振措施,在其工作频段内有显著的减振效果,但对低频振动没有减振效果,而且在其自振频率处还有一定的放大作用;地铁8号线开通后,地铁列车振动再叠加上道路交通引起的振动会对科研楼内部分精密仪器的正常工作造成一定的影响,仪器基座处可采取相应的隔振措施来减小这部分振动。     

斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动影响

为研究斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动的影响,利用Galerkin方法得到了两端激励拉索的离散运动方程,再用Matlab和DSolver分别求解,两者结果完全吻合。绘制了激励-响应关系图,分别研究两种纵向漂移频率(主共振和亚谐波共振)时固结体系、小幅纵向漂移和大幅纵向漂移三种情况下斜拉索非线性振动。结果表明:合理的主梁纵向漂移可有效减小斜拉索振动;斜拉索本质上只存在参数激励和强迫振动两种激励模式,在亚谐波共振时这两种激励模式互不影响。不论斜拉索角度,端部激励大小及方向如何变化,只要各激励在斜拉索轴向分量之和(参数激励)及横向分量之和(强迫振动)不变,则斜拉索响应不变。     

台风非平稳性对钢格构浮式基础海上风机动力响应影响研究

该文提出了一种用于海上风机的新型钢格构式浮式基础,研究了台风作用下新型钢格构式浮式基础的动力载荷和动力响应。根据美国可再生能源实验室的5 MW风电机组参数初步设计了一种新型的钢格构式浮式基础;采用Holland台风模型和超强台风“山竹”(1822)的实测数据,基于叶素动量理论、势流理论和Morison方程分析了台风-浪荷载联合作用下的浮式基础动力响应特性。结果表明:该文提出的钢格构式浮式基础的动力载荷和运动响应会受到台风作用的显著影响,强台风及台风过境工况下的响应显著大于稳态强风工况,并呈现出剧烈的非平稳性。浮式基础动力载荷和运动响应与环境风速变化的趋势一致,且当风向不断变化,将引起塔筒底部产生较大的扭矩,海上风机浮式基础产生较大的艏摇运动响应。证明了考虑台风作用对钢格构式浮式风机基础稳定性影响的必要性,为钢格构式浮式基础海上风机在台风作用下的安全评价提供了理论依据和分析方法。     

浮桥运动响应分析的非线性间隙单元构造与应用

因浮桥接头动力响应的复杂性, 至今仍未找到一种通用的方法模拟接头的动力特性, 使得对浮桥进行建模并求解其的动态响应时存在较大困难。利用杆单元模拟接头的抗拉和抗压特性, 并利用梁单元的抗弯特性, 把两者结合组成非线性混合单元, 可以较好地模拟接头的特性和求解浮桥的动态响应。对数值计算和已有的模型试验结果的分析发现, 在快速通载时非线性连接浮桥会发生位移波堆积效应。     

吸振器在浮筏隔振系统中的应用

针对工程中广泛应用的浮筏隔振装置,建立柔性基础复杂激励作用下多维耦合浮筏隔振系统的动力学模型。由于浮筏隔振系统在低频范围内减振效果欠佳,为改善浮筏隔振系统的隔振性能,把吸振器引入到浮筏系统。利用子结构导纳综合法分别建立带有动力吸振器、自调谐吸振器和主动式自调谐吸振器的浮筏隔振系统动力学模型。以功率流为指标,研究单频激励下吸振器对浮筏系统功率流传递特性的影响。最后分析多频激励下带有自调谐吸振器的浮筏隔振系统的功率流传递特性。以传递到基础的功率流为目标函数,分析主动式自调谐吸振器在多频激励下的减振效果。仿真结果表明,吸振器对浮筏具有良好的低频隔振效果,吸振器类型不同与安装方式不同对传递到基础的功率流有不同程度的抑制效果。     

浮桥大位移理论计算方法研究及与动态测试结果的比较分析

为了研究浮桥在重载通过时的大位移变形,把浮桥简化成弹性基础梁,对浮桥在荷载作用下的动力响应进行了建模和计算。对浮桥在静态下的位移、单荷载和2车车队下的动态响应进行了计算,并与相应条件下的动态测试结果进行了比较分析。通过计算与试验的对比分析得出:利用弹性基础梁的理论计算结果,可以满足工程的精度要求,而且计算简便易行,能快速计算各个工况下浮桥的动力响应和位移大小。     

《钢弹簧浮置板轨道结构在不同频段的隔振效率》

建立了连续的三维钢弹簧浮置板轨道结构的动力传递特性有限元分析模型,针对不同设计参数和激振频率,研究了该轨道结构的动力传递特性和隔振效率。计算结果表明,所采用的方法可详细解剖浮置板相关设计参数对隔振效率的影响。