LET柔性铰链的等效刚度分析及其参数优化

分析了表示LET柔性铰链转动能力的扭转等效刚度,为确保铰链的转动精度提出了拉压等效刚度的概念并推导出其计算公式。以LET柔性铰链的结构参数为设计变量,提高转动能力和转动精度为目标,建立了铰链的优化模型;采用模拟退火法实现了LET柔性铰链的参数优化,并对优化前后铰链的转动性能进行了分析比较。结果表明,优化后铰链的转动能力和转动精度比优化前都有了明显提高。     

火灾后混凝土构件的剩余刚度估计

火灾后混凝土构件的剩余刚度是混凝土结构变形性能和抗震分析的重要指标,也是火灾后混凝土构件修复和加固的重要依据之一。该文基于等效弹性模量法、改进分段模型法以及参数反演法方法等计算了标准火灾作用后混凝土构件的剩余刚度,分析了受火时间、含钢率和截面尺寸等因素对剩余刚度的影响规律。计算表明该文发展的三种方法可以方便有效地计算火...     

钢筋混凝土梁的非线性均质材料本构等效

本文根据钢筋混凝土梁截面开裂、屈服、极限等三个受力状态,分别与等效材料截面三阶段等效,确定等效材料主要的力学参数,再根据梁整体力学性能对等效结果进行修正的方法,实现了钢筋混凝土梁与非线性均质材料本构关系的等效。针对屈服截面以后等效截面与混凝土截面的刚度差别较大的情况,提出折减钢筋或混凝土屈服应变的调整方法。根据本文提供的折减系数,两种材料的构件的非线性力学性能基本接近,达到了等效的目的。     

自复位支撑-钢框架结构直接基于位移的支撑参数设计与分析

该文提出了预压碟簧自复位耗能（PS-SCED）支撑-钢框架结构的等效阻尼比公式并验证其合理性,在此基础上,采用直接基于位移的抗震设计方法对一6层PS-SCED支撑-钢框架结构的支撑参数进行设计并分析。结果表明,不考虑等效阻尼比设计的支撑刚度偏于保守,支撑承载力需求偏大,而考虑等效阻尼比设计的支撑刚度和承载力需求更小且能使结构满足预定的性能目标;在相同性能目标下,支撑刚度比对结构的位移响应影响不大,按照所提出的刚度比区间设计的支撑参数能使结构满足变形限值要求。     

基于均匀变形和混合智能算法的框架结构抗震优化设计

结构在地震作用下发生均匀损伤或均匀变形可以避免出现薄弱层和集中损伤,且结构整体抗震性能可得到全面提升。以此为目标对结构进行抗震优化设计具有重要的理论和工程意义,但相关的理论和规律性研究尚不够系统深入。针对目前结构优化算法计算效率较低的不足,提出基于差分进化算法和粒子群算法的混合智能算法,并给出结构优化计算流程。针对弯剪型框架结构,以弹性动力时程分析中结构各层的层间相对位移相等为优化目标,基于混合智能算法对结构楼层刚度进行优化设计,获得了楼层刚度的最优分布规律。在此基础上研究了地震动随机性和梁柱刚度比等因素对优化结果和刚度分布规律的影响。基于曲线拟合和等效理论分析,建立楼层最优刚度比和等效最优截面尺寸比的多项式函数。通过与现有研究成果的对比,验证所建立的经验函数具有较高的精度,可为面向均匀变形的结构优化设计提供准确有效的参考依据并可提高计算效率。     

加筋板总体失稳分析的等效层合板模型

基于等效刚度的思想,通过设定层合板的属性参数模拟了加筋板结构的力学特性,提出了一种适用于不同截面形状以及布局形式的加筋板总体失稳分析的等效层合板建模方法。利用PATRAN/NASTRAN 软件比较了反映实际壁板形状的高精度有限元模型与对应的赋有层合板属性的等效刚度简化模型。对于工程中常见形状的加强筋以及不同布局形式的壁板,2种模型的一阶线性失稳因子基本一致,从而验证了将等效层合板模型用于加筋壁板结构的稳定性分析可以满足工程精度要求,并显著提高了计算效率。     

基于均匀变形和混合智能算法的框架结构抗震优化设计

结构在地震作用下发生均匀损伤或均匀变形可以避免出现薄弱层和集中损伤,且结构整体抗震性能可得到全面提升。以此为目标对结构进行抗震优化设计具有重要的理论和工程意义,但相关的理论和规律性研究尚不够系统深入。针对目前结构优化算法计算效率较低的不足,提出基于差分进化算法和粒子群算法的混合智能算法,并给出结构优化计算流程。针对弯剪型框架结构,以弹性动力时程分析中结构各层的层间相对位移相等为优化目标,基于混合智能算法对结构楼层刚度进行优化设计,获得了楼层刚度的最优分布规律。在此基础上研究了地震动随机性和梁柱刚度比等因素对优化结果和刚度分布规律的影响。基于曲线拟合和等效理论分析,建立楼层最优刚度比和等效最优截面尺寸比的多项式函数。通过与现有研究成果的对比,验证所建立的经验函数具有较高的精度,可为面向均匀变形的结构优化设计提供准确有效的参考依据并可提高计算效率。     

三棱直线桁架的连续体等效及承载特性研究

随着大型装备制造及航天工程的发展,桁架在结构轻量化设计中的作用越来越显著。针对桁架结构各方向上不同的承载需求,利用连续体等效方法研究了三棱直线桁架的承载特性。考虑桁架截面特征,基于能量等效原则将离散桁架等效为连续介质梁模型,获得连续介质梁模型的等效刚度和等效质量,对比验证了桁架结构的数值计算频率和等效梁模型的理论推导结果,研究了在改变桁架横截面边长比例时其横向弯曲刚度和频率的变化趋势,分析了单胞形式对桁架横向弯曲刚度及频率的影响。研究结论对桁架结构在工程中的应用有一定的指导意义。     

基于刚弹合成模型的重型汽车平顺性灵敏度分析

针对车体弹性和车辆参数对重型汽车平顺性影响问题,给出了两端自由等截面梁刚弹合成理论,建立了重型汽车刚弹合成模型及其平顺性频域分析方法,基于与多学科优化设计软件Isight联合仿真的方案,采用最优拉丁超立方试验设计对重型汽车平顺性进行了灵敏度分析。研究表明:影响重型汽车平顺性的主要因素为路面等级、车速、悬架刚度和阻尼、轮胎刚度和车体刚度,其中车体刚度主要影响车体上各点的垂直加速度,结果为重型汽车行驶平顺性的性能改善和优化奠定基础。     

双金属复合翅片管振动特性的研究

双金属复合翅片管是一种高效传热元件,容易发生流体诱导振动破坏,对其进行振动模态理论分析具有重要的工程指导意义。针对双金属复合翅片管的结构特征,将其简化为串、并联刚度系统,采用组合截面等效弯曲刚度、等效扭转刚度和等效抗拉压刚度,并结合等效质量和等效转动惯量的方法,对其弯曲、扭转和轴向振动模态进行理论解析。为了验证理论分析方法的准确性,对双金属复合翅片管的振动模态进行了实验测试和有限元分析。研究了翅片几何参数对双金属复合翅片管振动频率的影响规律。结果表明,对于矩形翅片形式的钢铝双金属翅片管,其弯曲、扭转和轴向振动频率均随翅片高度和翅片厚度的增大而减小,随翅片间距的增大而增大。     

非对称Bernoulli-Euler薄壁梁的弯扭耦合振动

通过直接求解均匀Bernoulli-Euler薄壁梁单元自由振动的控制运动微分方程,推导了其精确的动态传递矩阵。采用Bernoulli-Euler弯扭耦合梁理论,假定梁横截面没有任何对称性,考虑了薄壁梁在两个方向的弯曲振动及翘曲刚度的影响。动态传递矩阵可以用于计算非对称薄壁梁及其集合体的精确固有频率和模态形状。针对具体的算例,给出了各种边界条件下固有频率的数值结果并与文献中已有的结果进行了比较,还讨论了翘曲刚度对固有频率和模态形状的影响,结果表明如果忽略翘曲刚度的影响,可能得到毫无意义的结果。     

新型转轨空间动态耦合模型

基于车辆－轨道耦合动力学理论,建立了新型轮轨空间动态耦合模型。详细研究了充分考虑钢轨横向、垂向和扭转振动以及轨道不平顺作用下,轮轨空间动态接触几何关系、轮轨法向力以及轮轨蠕滑力的求解模型。突破了传统车辆力学中关于轮轨刚性接触和始终接触的假设。最后,与国际著名软件NUCARS的数值仿真比较和与我国线路试验的结果比较表明,本文所建立的新型轮轨耦合关系模型是正确有效的。     

动力传动系统扭转振动的分析及控制

 随着国内汽车企业对车辆质量要求的升级,噪声振动的控制技术备受重视,来自系统设计相关的噪声振动需要靠实车测试及计算机模拟的配合来解决。动力传动系统的扭转共振就是一个这样的噪声振动问题,利用系统化步骤解决这个问题的优点是它适用于各种类型的车辆,仿真模拟是解决这个问题的核心技术。首先根据发动机到车桥整个动力系各单元部件的转动惯量、扭转刚度及阻尼来建振动力学模型,然后分析系统的自然频率、模态及频响,进行数模的开发过程与测试对比,这种方法对车辆性能优化问题非常有效。     

城市轨道车辆车体复合吸振器建模与仿真

To reduce vibration of urban rail vehicle body, using modal orthogonality, car body was equivalent to a homogeneous Euler beam with uniform cross-section, the vertical dynamic model of an elastic body-track-composite absorber rigid-flexible coupled system was established, and the design method for composite absorber suitable for this model was proposed.According to operating conditions of urban rail vehicles, the functional relation among stiffness, mass parameters and target frequency of the composite absorber was solved analytically.By going through the mass value of two vibrators of the composite absorber, its matching stiffness parameters were obtained.Using the established evaluation index of the body vibration energy, the vibration reduction performance of the composite absorber designed with different parameters was evaluated to obtain the parametric design of the composite absorber with the minimum body vibration energy.Finally, the vibration reduction effect of the composite absorber was verified by combining with the vehicle stationarity index.The research results showed that there are two natural frequencies of the composite absorber; when designing its parameters, the two natural frequencies should be coordinated with the natural frequency of vehicle body floating and sinking and body first-order elastic frequency; the established body vibration energy evaluation index can be used to comprehensively evaluate vibration reduction performance of absorbers with different designs; the composite absorber installation has a better vibration reduction effect on the vehicle body vibration, and improves the vehicle’s operation quality; the study results provide a reference for the research using composite vibration absorbers to reduce   vehicle vertical vibration.     

Coupled bending–torsional dynamic stiffness matrix for axially loaded beam elements

Analytical expressions for the coupled bending–torsional dynamic stiffness matrix elements of an axially loaded uniform beam element are derived in an exact sense by solving the governing differential equations of motion of the beam. The influence of axial force on the coupled bending–torsional frequencies of a cantilever and hinged–hinged beam of thin-walled section is demonstrated by numerical results. Application of the developed theory includes coupled bending–torsional frequency and mode calculations of helicopter, turbine and propeller blades, plane and space frames, and grillages consisting of axially loaded beam elements with non-coincident mass centre and shear centre.     

全复合材料桁架扭转刚度分析

为了解决全复合材料桁架扭转刚度缺少实验外有效表征手段的问题,首先,基于均匀化思想,依据单胞剪切刚度相等原则,将全复合材料桁架等效为闭口薄壁梁,推导其等效扭转刚度;然后提出位移转换法并测量桁架转角,对全复合材料桁架扭转刚度进行了实验研究;最后,在梁单元桁架模型中嵌入精细化接头模型,对全复合材料桁架扭转刚度进行了仿真分析。结果表明:等效及仿真结果与实验值基本吻合,等效分析方法能够有效预测全复合材料桁架的扭转刚度,桁架仿真模型具有一定的工程实用性;实验方案可靠,所提出的位移转换法能够解决小转角测量相对误差较大的问题。     

High-order free vibration analysis of sandwich beams with a flexible core using dynamic stiffness method

In this paper, high-order free vibration of three-layered symmetric sandwich beam is investigated using dynamic stiffness method. The governing partial differential equations of motion for one element are derived using Hamilton’s principle. This formulation leads to seven partial differential equations which are coupled in axial and bending deformations. For the harmonic motion, these equations are divided into two ordinary differential equations by considering the symmetrical sandwich beam. Closed form analytical solutions of these equations are determined. By applying the boundary conditions, the element dynamic stiffness matrix is developed. The element dynamic stiffness matrices are assembled and the boundary conditions of the beam are applied, so that the dynamic stiffness matrix of the beam is derived. Natural frequencies and mode shapes are computed by use of numerical techniques and the known Wittrick–Williams algorithm. Finally, some numerical examples are discussed using dynamic stiffness method.     

弹性非线性双质量飞轮(DMF)参数对减振影响的仿真研究

双质量飞轮式扭振减振器可有效控制由发动机激起的汽车动力传动系的扭振和噪声,并在受到载荷冲击时保护传动系,针对某一国产车的动力传动系,以实际应用的某种减振器—两级弹性特性双质量飞轮(DMF—CS)的质量、刚度及阻尼建立模型,仿真分析,对总成的影响。为该车匹配该扭振减振器提供设计依据。     

Stress analysis of multi-layered hollow anisotropic composite cylindrical structures using the homogenization method

This paper presents a general and efficient stress analysis strategy for hollow composite cylindrical structures consisting of multiple layers of different anisotropic materials subjected to different loads. Cylindrical material anisotropy and various loading conditions are considered in the stress analysis. The general stress solutions for homogenized hollow anisotropic cylinders subjected to pressure, axial force, torsion, shear and bending are presented with explicit formulations under typical force and displacement boundary conditions. The stresses and strains in a layer of the composite cylindrical structures are obtained from the solutions of homogenized hollow cylinders with effective material properties and discontinuous layer material properties. Effective axial, torsional, bending and coupling stiffness coefficients taking into account material anisotropy are also determined from the strain solutions for the hollow composite cylindrical structures. Examples show that the material anisotropy may have significant effects on the effective stiffness coefficients in some cases. The stress analysis method is demonstrated with an example of stress analysis of a 22-layer composite riser, and the results are compared with numerical solutions. This method is efficient for stress analysis of thin-walled or moderately thick-walled hollow composite cylindrical structures with various multiple layers of different materials or arbitrary fiber angles because no explicit interfacial continuity parameters are required. It provides an efficient and easy-to-use analysis tool for assessing hollow composite cylindrical structures in engineering applications.     

一系螺旋弹簧动刚度对车辆-轨道耦合振动影响分析

建立准确表征一系悬挂轴箱螺旋弹簧波动特性的力学模型,运用动刚度矩阵法求解,研究其对悬挂系统隔振性能影响。结合基于格林函数法的车辆-轨道耦合动力学模型,引入弹簧刚度频变特性,对比分析考虑一系螺旋弹簧频变刚度前后车辆动力学性能之间的差异。结果表明,动刚度矩阵法可以精确求解螺旋弹簧随频率变化的动刚度特性,在一阶模态振动频率后弹簧刚度值呈现103等级的剧烈变化,该结果与有限元模型结果一致;一系螺旋弹簧的动态频率特性导致轮轨激励由车轮至构架的振动位移传递率提高到接近于1,而对车体的振动传递率提高到了10-3左右;在整车车辆-轨道动力学计算中,其对轮轨振动影响较小,但车体与构架出现了较高的高频振动能量峰值。包含一系悬挂动刚度的车辆模型更接近实际,为了降低车辆振动,应尽量提高一系螺旋弹簧自振频率并降低动刚度变化幅值。