FEM analysis of the vibrational motion of oblique piezoelectric microcantilever in the vicinity of a sample surface in liquid

This article examines an oblique Microcantilever (MC) with an extended piezoelectric layer in liquid. The study of hydrodynamic force in MC which has been floated in viscous fluid is considered as paramount importance. To model the Vibrational motion, the Hamilton's principle has been used. For this purpose, the Vibrational motion equation has been modeled by considering the continuous beam based on the Euler–Bernoulli beam theory in liquid. Furthermore, using the Galerkin method and the Newmark algorithm, the differential equations of the MC has been solved. In this modeling, the inter-atomic forces between the MC tip and the sample surface have been considered in addition to the hydrodynamic and squeeze forces. The simulation results illustrate a reduction in the sensitivity of the vibrational motion under the effect of the squeeze force during the angularization of the MC. Moreover, the results illustrate that by reducing the MC distance from the sample surface, the Vibration amplitude decreases due to the increase in the fluid squeeze force. At the end, it has been shown that the time delay in sample surface topography in liquid substantially decreases in comparison with the air.     

基于谐响应的弹性悬臂梁裂纹识别分析

针对弹性悬臂梁的裂纹识别问题,探讨了谐响应分析在含裂纹梁损伤识别中的应用。首先结合连续介质弹性梁动力学方程和有限元方法,建立了含裂纹梁的受迫振动方程。然后,基于Abaqus平台建立了若干种含V型表面裂纹的悬臂梁有限元模型,在此基础上通过施加外部激励进行谐响应理论分析。最后,探讨了裂纹几何参数和加载位置对谐振频率及谐响应幅值的影响。结果表明,裂纹深度、裂纹位置、裂纹数量以及加载位置对谐响应变化规律有明显影响,为悬臂梁的裂纹识别提供了思路。     

含裂纹圆截面梁损伤识别频率等高线法

圆形截面梁广泛应用于机械设备与道路桥梁等领域中,裂纹的存在及扩展直接危及梁的安全可靠性,进而引发灾难性事故.旨在研究一种基于频率等高线的裂纹识别方法.使用一种新方法推导了裂纹梁在轴力、剪力和弯矩共同作用时的应力强度因子,给出了相应的柔度系数计算公式.基于有限元法分别推导了含裂纹单元和无裂纹单元的柔度矩阵,推导了梁的振动...     

水中运行设备共振幅频特性研究

在水力机械等淹没水中设备的运行中,常遇到剧烈振动造成设备损坏等故障,多认为由共振引起。本文首先对单自由度简谐振动系统自由振动、强迫振动方程的稳态振动解进行无量纲化处理,计算出不同阻尼比条件下的共振频率比、共振幅值比,发现阻尼比、共振频率比、共振幅值比三者之间存在一一对应的单调变化关系,并据此提出了分别测量设备在水中及空气中的自由振动频率,假定空气中自由振动频率为设备固有频率,再依次确定水中阻尼比和共振幅值比的反求式估算方法。本研究采用敲击法进行了混流式水轮机模型转轮水中及空气中自由振动频率测试,发现其水中自由振动频率比空气中低,其水中一阶自由振动频率与空气中一阶自由振动频率之比约为0.758~0.872;如假定该值为水中自由振动频率比,可计算出相应的水中阻尼比为0.652~0.490,共振幅值比约为1.01~1.17。本研究还进行了中间固定两侧悬臂梁在空气及水中的真实共振试验,在两侧悬臂梁计算固有频率附近均发生明显共振,发现水中共振频率比空气中明显降低,用反求法获得的水中共振幅值比小于2,水中共振幅值对空气中初始振动幅值放大倍数也非常小,进一步说明水中共振时对激振幅值的放大作用非常有限。     

东庄水库岩溶渗漏几个关键问题的探讨

东庄水库坝址库首2.7 km碳酸盐岩库段渗漏问题是制约东庄水库建设的关键技术问题之一,也是多方研究和争论的焦点。在回顾历次勘察和研究阶段关于岩溶渗漏问题的成果和认识的基础上,结合2010年以来开展的勘测工作和最新研究成果,对东庄水库岩溶渗漏密切相关的地下水径流场、筛珠洞泉水、深岩溶发育和悬托河等几个关键问题进行了探讨。综合勘察与研究表明,东庄坝址具备成库建坝条件,经防渗处理后,水库岩溶渗漏问题可以得到有效控制,不会发生大的渗漏问题。     

高拱坝抗震安全评价指标研究——以白鹤滩拱坝为例

为研究拱冠梁中上部在地震作用下的局部稳定性,提出合理的局部抗震安全评价指标,本文以白鹤滩拱坝为例,建立三维有限元模型进行数值模拟计算。将拱冠梁中上部作为研究对象,以基于坝段的抗滑安全系数及抗滑安全系数持时作为局部安全评价指标,研究了两个指标随地震动峰值加速度(PGA)的变化规律及其沿坝段高程的分布规律,并基于指标的统计结果明确了拱冠梁中上部薄弱位置。结果表明,随着PGA的增加,拱冠梁中上部抗震安全薄弱面所在的位置是逐步降低的。PGA低于0.8g时,拱冠梁中上部位抗震安全的薄弱面位于0.79~0.83倍坝高位置;PGA大于等于0.8g时,拱冠梁中上部抗震安全的薄弱面位于0.76~0.79倍坝高位置。本文计算结果与高拱坝振动台地震破坏试验结果相近,提出的评价指标应用于拱冠梁中上部的评价效果较好,可为高拱坝中上部抗震薄弱部位的定位及大坝安全监测提供参考。     

高拱坝泄水底孔三维有限元分析

结合工程实例建立了拱坝的整体有限元模型,基于ANSYS的子模型法对泄水底孔进行了三维有限元分析,研究了孔口的应力分布规律及悬臂对孔口应力的影响。研究表明,采用子模型法不仅大大降低了网格剖分的难度,而且减少了计算分析时间;悬臂结构对悬臂与坝体交接处孔口侧壁应力影响较大。     

自升式钻井平台悬臂梁载荷图谱编制方法研究

悬臂梁载荷图谱是自升式钻井平台使用者安全操作平台的重要参考依据。通过分析X型悬臂梁的结构与载荷特点,建立简化力学模型,以悬臂梁单臂可承受最大弯矩为约束,找到悬臂梁及钻台位置与载荷间的相互关系。结合典型位置的载荷设计值,采用适当插值方法编制悬臂梁载荷图谱。算例分析验证了该方法原理正确、计算快速简便、结论可靠。     

渤海湾盆地东营凹陷中央背斜带构造特征和演化机理

渤海湾盆地东营凹陷沙四段盐膏层和沙三段超压泥岩层等塑性物质的存在,为弹性基础悬臂梁理论在该区的应用提供了必要的物质基础.自沙四段沉积晚期开始,东营凹陷东段的受力以及变形状态就类似于以下伏盐膏层为弹性基础,以南部广饶凸起为固定端,以北部陈南断层为自由端的弹性基础悬臂梁,在自身重力以及上覆沉积物载荷不断增大的情况下,自由端的沉降幅度逐渐增大,使得盆地整体呈箕状产出,在这个沉降过程中,塑性物质不断流动聚集,对上覆地层造成拱升,从而形成中央背斜带.此后悬臂梁又一分为二,单独作用,继续推动着整个凹陷的演化进程.     

燃料电池在海洋石油平台上的应用

本文介绍了燃料电池的工作原理和分类,分析了海上石油平台燃料电池系统的优势。同时介绍了伴生气预处理的一般流程和天然气重整方法,提出了海洋石油平台燃料电池系统优化设计流程。根据燃料电池的特点,依据现有的国内外规范,从安全的角度分析了燃料电池间的通风,燃料管及消防的要求。本文提供的方法和思路对燃料电池在海洋石油平台上应用研究具有一定的指导意义。