室内爆炸与火灾联合作用下约束钢柱损伤评估

结构体系提供的约束刚度和附加质量会显著影响钢柱在爆炸下的动力响应,同时火灾下结构对热膨胀的约束会导致钢柱内产生附加轴力,受力特性与无约束柱明显不同。采用引入损伤的Johnson-Cock强度模型分析了约束钢柱在室内爆炸荷载作用下的损伤情况,建立了评估约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下破坏情况的压力-冲量-时间曲面图及表达式。为了说明结构约束的影响,将计算结果与无约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间进行对比,并进一步分析了超压时程曲线形状、约束刚度及钢柱几何尺寸对P-I-t曲面图的影响。结果表明,当爆炸荷载强度较小时,约束钢柱的破坏时间早于无约束钢柱,当爆炸荷载强度较大时,约束钢柱的破坏时间晚于无约束钢柱;超压时程曲线形状参数越大,约束钢柱在爆炸作用下越易破坏;约束刚度对钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间基本无影响;当爆炸损伤较小时,钢柱壁厚对破坏时间影响很小,当爆炸损伤较大时,钢柱壁厚度越大,钢柱越易破坏,但在压力-冲量-时间空间中,仍为壁厚越小、柱高越高的钢柱越易破坏。     

带挠性附件卫星转动惯量的在轨辨识

针对大型卫星的挠性附件振动会影响质量特性参数辨识精度和准确性的问题,提出了带挠性附件卫星转动惯量参数在轨辨识的递推算法。基于带挠性附件卫星动力学模型,导出了转动惯量参数辨识的最小二乘描述形式;与挠性附件振动模态估计的卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种适用于带挠性附件卫星转动惯量参数辨识的并发递推算法。通过仿真算例验证了卫星挠性附件振动对转动惯量参数辨识的影响和文中递推算法的有效性。     

基于小波包能量特征向量的光纤布拉格光栅低速冲击定位

光纤布拉格光栅(FBG)传感器在飞行器的实时冲击定位监测中具有广阔的应用前景。根据两次冲击位置距离越近接收到信号幅频特性相似度越高的关系,提出基于小波包能量特征向量与相似度匹配算法共同实现冲击定位的研究,构建了一套由光纤布拉格光栅传感器和复合材料层合板组成的冲击定位监测系统。首先通过遍布冲击建立能量特征向量数据库。然后通过试验点的能量特征向量与数据库中各点的能量特征向量进行相似度计算实现冲击定位。实验表明,对480 mm×480 mm的复合材料层合板的16次冲击定位实验中,该方法的最大误差为40 mm。     

全轻纤维混凝土的SHPB冲击强度与耗能效应

以LC30全轻页岩陶粒混凝土为基准,对聚丙烯纤维、钢纤维和多壁碳纳米管不同组合掺入方式,分别进行了静力和分离式Hopkinson压杆(SHPB)冲击试验,利用HJC模型和LS-DYNA软件对素混凝土和钢纤维混凝土的动态应力-应变曲线进行了数值模拟。结果表明:全轻纤维混凝土不仅具有应变率效应和临界值,而且还具有强度效应和能量效应;并随应变率提高,其动态峰值应力和峰值应变、总能耗随之增大,且动态应力增长系数与应变率的对数具有显著相关性,但纤维掺入方式具有明显的差异性。其中,单掺时以聚丙烯纤维为最好,双掺时差异不大,三掺时为最好。数值模拟与试验曲线相近,但峰值应力较大和下降段差异较大,表明HJC模型对全轻混凝土及其纤维混凝土具有一定的局限性。     

薄壁结构高温随机振动疲劳寿命估算方法

为了研究涡轮转子叶片在高温环境中气流激振力作用下随机振动疲劳失效机理,从基础研究出发,采用薄壁板件为研究对象。基于高温试验台与振动台联合试验,结合数值仿真,得到了不同温度和不同振动量级组合下试验件根部与颈部的轴向动应力响应规律。基于疲劳累积损伤理论,采用改进的雨流计数法预估试验件的疲劳寿命。通过高温随机振动试验,同时参照常温随机振动试验,获得试验件在实际工况下的应力、应变、频率等动力学响应和寿命数据,并对各个试验组的响应与寿命进行数据统计,仿真与试验结果比较发现:数值仿真对试验件破坏位置判断准确,应力响应误差在5.6%以内,频率响应相差1%左右,疲劳寿命相差28.6%以内,证明了高温条件下随机振动疲劳分析方法是有效的而且精确的。     

基于PSO-BFA和改进Alexnet的滚动轴承故障诊断方法

现实中滚动轴承的工况复杂易变,无法有效地对其进行故障诊断。对此,提出一种基于粒子群优化的细菌觅食(Particle Swarm Optimization and Bacterial Foraging Algorithm,PSO-BFA)和改进Alexnet(第二代卷积神经网络)的滚动轴承故障诊断方法。该方法将Alexnet的结构简化,并分别在其前两层池化层之后添置局部归一化层以降低训练成本;将以小批量样本softmax的交叉熵为损失函数,按Adam迭代优化法小样本、少迭代次数训练改进Alexnet后的变负荷样本诊断精度设计为适应度函数,并结合PSO中粒子移动速度的更新方法更新BFA中细菌的游动方向来寻找改进Alexnet的结构等相关参数;根据PSO-BFA所得的参数,以相同的训练方法大样本、多迭代次数训练改进Alexnet,实现复杂工况下滚动轴承多状态故障诊断。实验结果表明所提出的方法对复杂工况下滚动轴承16种故障状态的诊断是可行的,且有更高的诊断精度、更好的抗干扰和泛化性能。     

考虑齿距累积误差的人字齿轮系统动态特性分析

基于Timoshenko梁理论和有限单元法,引入时变啮合刚度和综合啮合误差,建立了人字齿轮系统动力学模型,研究了齿距累积误差对人字齿轮系统动态特性的影响。研究表明:齿距累积误差使动态传递误差出现显著的轴频成分和调制边频带。当负载扭矩较小时,边频成分大于啮合频率及其倍频成分,随着负载扭矩的增加,啮合频率及其倍频成分逐渐增强。当齿距累积误差相位不同时,人字齿轮系统将出现明显的轴向窜动现象。同时,齿距累积误差相位差对系统振动影响显著,通过调整相位差可以显著降低系统振动。研究结果可为人字齿轮系统低噪声设计加工与装配提供理论依据。     

地震作用下顺倾岩体边坡锚固界面剪切作用分析

基于FLAC 3D软件,尝试修正的cable单元建立全长黏结锚杆锚固顺倾岩体边坡数值分析模型,改进剪应力提取方法,分别模拟分析了锚杆-注浆体界面上和注浆体-岩体界面上的剪切作用及其演化。研究发现:注浆体-岩体界面上比杆体-注浆体界面上的剪应力小得多,且均以锚杆上的中性点为界方向相反,分布很不均匀,中性点附近大,锚杆两端小,随边坡地震响应增强锚固界面脱粘并向锚杆两端发展,直至全部脱粘致使锚固破坏。获得了地震波作用下边坡两锚固界面上剪应力及其分布和脱粘破坏过程,揭示了锚固界面上的剪切相互作用和锚固破坏机制,并得到了试验印证。为边坡锚固设计和施工提供了参考。     

多级降压疏水调节阀流致噪声数值模拟研究

特殊工况用高参数调节阀在使用过程中出现的高噪声是阀门参数化设计和优化设计必须考虑的重要问题之一。建立高压降多级降压疏水调节阀三维模型,以流致噪声理论为基础,结合RNG k-ε和声学边界元方法(BEM),研究了套筒式减压结构不同结构设计参数对噪声特性的影响规律。研究表明:套筒节流区域的流体压力脉动程度最强,是诱发噪声的主要区域;不同套筒结构参数的调节阀噪声频谱均呈现明显的宽频特性;声压级随套筒孔径的增大而增大,较小的套筒孔径对调节阀的流致噪声有更强的抑制作用;声压级随套筒间隙的增加呈先递减后递增的变化规律,在套筒间隙为8 mm时声压级达到极小值51.02 dB(A)。     

水力冲击内蕴初始裂纹混凝土致裂机理

为研究水力冲击内蕴初始裂纹混凝土破碎机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了水力冲击含竖向裂纹混凝土数值模型,并基于图像处理技术,量化表征了混凝土致裂区破碎规律。研究表明:在初始裂纹弱作用区,水锤效应导致液固接触边界出现剪切断裂,贯通后形成近似"碗状"破碎坑;在初始裂纹强作用区,液固接触边界压剪应力和初始裂纹上部应力集中共同作用引发了初始裂纹上尖端裂纹;"水楔+砼楔"效应与初始裂纹下部应力集中导致了初始裂纹下尖端裂纹;水力冲击激发的应力波在自由边界和初始裂纹反射后相互叠加,引发了锥形裂纹;混凝土破碎度沿射流轴向呈非线性阶跃衰减,表明初始裂纹对混凝土破碎演化有明显阻断及强干扰作用。