基于区域分解的圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构自由振动

提出一种分区广义变分和最小二乘加权残值区域分解法来分析圆锥壳-圆柱壳-圆锥壳组合结构的自由振动。首先将组合结构分解为圆柱壳、圆锥壳子结构,为获取组合壳体的高阶振动特性,进一步将圆柱壳、圆锥壳子结构分解为圆柱壳段和圆锥壳段。采用分区广义变分和最小二乘加权残值法将各壳段分区界面上的位移和转角协调方程引入到组合壳体的势能泛函中,使组合壳体的振动分析问题,归结为在满足分区界面位移和转角协调条件下的无约束泛函变分问题。圆柱壳段及圆锥壳段位移变量的周向和轴向(或母线方向)分量分别以Fourier级数和Chebyshev多项式展开。将区域分解法计算出的组合壳体振动频率与有限元软件ANSYS结果进行对比发现,两者非常吻合,验证了区域分解方法的收敛性和计算精度。     

大变形柔性管道两相流流致振动研究

针对柔性管道内段塞流引起的结构大变形流致振动问题,本文采用分区强流固耦合方法建立了面向大变形两相流输运管道的双向流固耦合数值计算模型.基于流体体积法对气液两相流动界面进行追踪并结合任意拉格朗日-欧拉(ALE)动网格方法考虑流体域网格变形,同时采用有限元方法建立了柔性管道动力学模型,根据流体和管道壁面的相互作用构建强流固耦合计算模型.研究表明,在两相流作用下柔性管道的振动主要以类似一阶和二阶振动模态响应为主且会发生模态切换;模态切换与管内的液塞长度、液塞流动频率以及气液塞在管内的轴向分布有关;管道的大变形振动促进了短气塞的融合并显著改变了液塞的长度和频率,进而影响管道的振动和流型转变界限.     

虚拟样机技术在地质工程机械领域的应用研究

基于对国内地质工程机械的研发现状的考虑，根据虚拟样机技术的特点，讨论了在地质工程机械领域实施虚拟样机技术的必要件，并提出了建立地质工程机械虚拟样机的策略。联合PRO／E、ANSYS及ADAMS建立了气动潜孔锤的虚拟样机模型，对气动潜孔锤虚拟样机进行了仿真，阐明了虚拟样机技术在地质工程机械领域的应用前景。     

网格对潜孔锤钻头球齿冲击过程数值模拟的影响

潜孔锤钻头冲击钻进的过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程。对这一复杂过程的研究，目前主要是利用实验方法。应用非线性显式三维有限元求解程序LS—DYNA3D，采用与岩石性质较接近的混凝土模型，对潜孔锤钻头硬质合金球齿冲击混凝土板的过程进行了仿真计算，讨论了不同网格尺寸对冲击力、冲击速度及破碎坑深度的影响等。     

流固耦合动力学与控制专题序

围绕管道流固耦合振动建模理论与方法、流致振动与控制、涡激振动抑制等研究主题,本专刊介绍了流固耦合动力学与控制领域的一些研究成果.     

气动潜孔锤缓冲碟簧载荷特性仿真与实验

碟形弹簧的载荷变形关系直接影响潜孔锤系统振动特征。利用Muhr公式及有限元软件ANSYS分别对矩形截面、平行四边形截面缓冲碟形弹簧载荷变形特性进行计算。并对平行四边形截面碟形弹簧进行了实验。仿真与实验的结果显示,Muhr公式适用于矩形截面碟形弹簧。对于平行四边形截面碟形弹簧,应用Muhr公式计算会带来较大误差。变形量较大时,碟形弹簧载荷作用位置发生改变,考虑接触的有限元模型计算的结果与实验结果一致,因此,利用有限元法可以精确地数值模拟潜孔锤缓冲碟簧特性参数。     

气动潜孔锤虚拟样机中活塞驱动力子程序的开发

在应用ADAMS软件建立气动潜孔锤虚拟样机过程中,由于各气室气体状态数学模型较为复杂,使得与之相关的活塞驱动力难以通过现有的ADAMS库函数直接加载,需要开发相应的ADAMS用户子程序.介绍了ADAMS用户子程序的应用原理,阐述了基于C语言的ADAMS用户子程序的实现过程;利用C语言编写了活塞驱动力的用户子程序,实现了活塞的驱动力和各气室气体状态、活塞位置之间的复杂函数关系,使得系统仿真顺利进行.通过在气动潜孔锤仿真中的应用,说明了ADAMS用户子程序对于丰富ADAMS函数库和控制复杂仿真有着重要意义.     

潜孔锤钻头球齿冲击过程数值模拟

潜孔锤钻头冲击钻进的过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程.对这一复杂过程,目前主要是利用实验方法来进行研究,致使钻头设备的开发与研制一直处于传统的经验或实验模式下进行,设计与制造周期长、成本高,产品严重老化、缺乏市场竞争力.应用非线性显式三维有限元求解程序LS-DYNA3D,采用与岩石性质较接近的混凝土模型,对钻头硬质合金球齿冲击混凝土板的过程进行仿真计算,讨论不同球齿冲击速度下混凝土的变形及破碎机理,分析球齿的冲击力、侵入混凝土的速度、位移及冲击力-凿入深度曲线等,为研究钻头与脆性材料的作用过程及钻头的优化设计提供一种有效的分析方法.     

冲击锤钻凿系统纵向冲击数值模拟

冲击锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程。利用非线性有限元程序LS-DYNA3D 研究了冲击锤钻凿系统的纵向冲击混凝土过程,分析了冲锤不同冲击速度下混凝土的变形及破碎机理,钻凿系统的冲击力,侵入混凝土的位移及冲击力-侵入深度曲线等。结果表明,由于砧子及钎头的反弹,导致冲击锤钻凿系统发生多次冲击现象。在整个冲击侵入过程中,最大冲击力峰值点并不出现在最大侵入深度处。混凝土在气动冲击锤冲击作用下的破碎过程经历4个阶段：弹塑性变形阶段,脆性崩裂阶段,挤凿破碎阶段及卸载阶段。通过LS-DYNA3D数值模拟计算,形象地再现了冲击锤冲击作用下混凝土发生侵入破坏的物理过程,为研究冲击锤与脆性材料的作用过程及冲击锤的优化设计提供了一种有效的分析方法。     

基于有限元法的冲击钻机钻塔模态分析

钻塔的模态分析是钻机运行稳定性及其可靠性分析的重要基础.利用有限单元方法对GCT-1500型冲击钻机钻塔系统进行了模态分析,得到了钻塔的固有频率及振型特征.为冲击钻机的动态设计提供了参数依据.