典型地铁车站结构大型振动台试验相似比分析

以典型地铁车站结构的大型振动台试验为基础,对试验相似比设计和试验结果的相似比精确度进行了分析。基于Buckinghamπ定理,采用一致相似率分析方法,建立以覆土质量为主要控制因素的等效密度方程。将需要施加的人工配重与非结构荷载统一考虑,分析地铁地下结构欠人工质量模型的相似比。研究不同的覆土厚度对重力效应的影响程度,计算了试验中的实际相似比,并通过试验测试结果证明其在提高计算精度上的有效性。结果表明,随着结构上覆土层厚度的增加,速度、频率、加速度的重力效应与人工质量模型的重力效应越接近,且加速度重力效应精度的提高幅度最大。通过调整试验条件下实际覆土层厚度,反演实际相似比,可以有效提高相似比设计的精确度。     

变温环境下结构高频瞬态能量响应预示

目的解决变温环境下结构的高频瞬态能量响应预示问题。方法基于统计能量分析方法,通过考虑时变参数对结构能量的影响和热效应引起的材料力学性能变化和热应力对统计能量分析参数的影响,提出了一种变温环境下结构高频瞬态能量响应预示方法。以双振子模型为例,通过与Newmark-beta法的对比验证数值方法的准确性。结果该能够较好地捕捉结构高频能量响应的周期性变化规律,其峰值时间和峰值能量与精确数值解基本吻合。以L型折板系统为例,研究了20～300℃变温环境下结构的瞬态能量响应变化规律,子系统1和子系统2之间的能量交换远小于两子系统中因阻尼引起的能量消耗,子系统2瞬态能量响应的峰值时间为4.3ms、峰值能量为0.09J。结论该方法具有较高的计算精度和计算效率,能够较好地适用于结构高频瞬态能量响应预示。     

热塑性复合材料高速冲击时不同失效模式对比分析研究

目的准确地对热塑性复合材料前缘结构进行抗鸟撞冲击设计。方法首先基于刚度退化、材料塑性及应变率影响的复合材料本构关系,通过霍普金森拉-压杆测试得到热塑性复合材料的动力学性能参数。基于不同的失效模式,采用PAM-CRASH显式有限元法,针对运输类飞机热塑性复合材料机翼前缘结构在高速冲击时的破坏形式进行对比分析研究。结果热塑性复合材料较其他复合材料在临界拉伸损伤极限值和纵横向及屈服应力的率相关性上具有更好的性能。冲击分析时,失效应变应考虑材料破坏瞬间的强化效应。剪切应变取值为0.1左右时,前缘结构计算仿真失效的结果与试验结果一致性较高,应变误差仅为6.2%,破坏尺寸误差为4.9%。结论在复合材料失效参数较复杂的情况下,抗冲击设计可将拉伸、压缩、剪切及层间失效等多目标优化设计简化为等效剪切应变失效的单目标优化,此方法可推广应用于其他类型复合材料的抗冲击设计。     

航天器火工冲击载荷减缓设计及验证

目的研究航天器火工冲击缓冲方案,降低火工冲击对航天器上设备的影响。方法根据火工冲击环境防护设计原则设计3种系统级缓冲方案,由NASTRAN软件进行响应预示,用星箭分离局部结构解锁分离试验数据进行验证及模型修正。结果在星箭连接界面增加间断面的加速度响应最大衰减量为62%,增加复杂构型结构的加速度响应最大衰减量为82%,采用冲击隔离的加速度响应最大衰减量为60%。结论在星箭连接界面增加间断面、复杂构型结构或减小星箭界面接触面积均有一定的缓冲效果,系统缓冲设计时应综合考虑质量、结构连接刚度、缓冲效果、卫星状态、运载火箭状态约束等条件。冲击响应预示计算结果与试验结果基本吻合(在±6 d B内),表明这种预示方法能够较准确预示某卫星结构火工冲击响应。     

综合预应力与陀螺效应的TLJ500土工离心机模态分析

目的 分析获得离心机运转时各综合效应对其模态频率的影响.方法 从理论上推导结构在无离心场时,仅考虑预应力刚化效应和仅考虑旋转软化效应与综合考虑各效应时结构固有频率之间的关系.建立TLJ500土工离心机静止状态及运转状态的有限元模型,并根据TLJ500静止状态的模态试验结果对有限元模型中主轴轴承部位的材料参数进行修正识别,获得可信度更高的模型.再将修正识别得到的主轴轴承参数代入离心机运转状态的有限元模型,开展离心机运转状态的模态分析,结合理论分析结果,计算得到综合考虑预应力刚化效应与旋转软化效应时离心机关心模态频率的结果.结果 运转状态TLJ500离心机关心模态频率计算结果与试验结果比较一致.结论 仿真结果验证了文中方法的可行性,为离心机临界转速设计提供了一种可信的数值模拟预测方法.     

基于改进应变楔模型的大直径桩基水平承载力分析方法

针对传统分析方法对于大直径计算结果与实测结果存在偏差的问题,提出了一种基于改进应变楔模型的大直径桩基水平承载力的分析方法。该方法首先推导了考虑桩侧摩阻的桩身侧向位移微分控制方程,并基于改进的应变楔模型计算大直径桩基的桩侧径向地基反力模量;然后考虑桩端弯矩和桩端剪力的影响,将其作为边界条件代入微分控制方程对大直径桩基的水平响应进行求解;最后通过算例分析,并与现场试验的实测结果进行对比,验证了该方法的可靠性和准确性。结果表明:桩侧摩阻、桩端弯矩和桩端剪力有利于大直径桩基水平承载能力的发挥,不考虑上述因素时,计算结果将偏于保守;除桩身抗弯刚度外,桩基尺寸效应是桩侧摩阻、桩端弯矩和桩端剪力3个因素共同作用的结果,对于大直径桩基水平承载力的计算应综合考虑这些因素的影响。     

板弯成型残余应力的数值分析

应用矩阵分析法,对板弯成型过程,按三维流动理论,考虑材料非线性和几何非线性,加工硬化按实际的应力—应变硬化曲线,通过增量加载,求得加载终了时的应变、应力和外力矩。卸载按弹性变形,通过增量卸载,求得弹复后的残余应变,残余应力,弯曲曲率和板宽方向的翘曲。最后,分别用应变片电测法和x射线法进行了板弯成型残余应力的实验研究,所得结果与数值计算结果比较吻合。     

基于PAM-CRASH的飞机着舰拦阻系统动力学仿真分析

目的研究拦阻和着舰过程中拦阻钩的动态响应,为拦阻钩的多冲动力学分析提供依据。方法运用PAM-CRASH软件建立着舰拦阻冲击动力学的有限元模型,将整个过程分解为着舰和拦阻两个不同的阶段,考虑柔性体的建模方法。结果通过仿真分析,得到拦阻着舰过程中响应最大的位置,得到绳索拦阻的最大载荷。结论针对飞机拦阻钩结构动力学模型,就其啮合过程进行了动力学仿真,考虑飞机的航向及下沉速度综合作用下拦阻绳索的动态响应,探索了柔性拦阻绳索结构的动力学模拟方式。     

惯性测量组合减振系统动力学分析及实验研究

目的保证惯性测量组合(Inertial Measuring Unit,IMU)减振系统具有良好的减振性能。方法建立测量组合的三维模型,为提高IMU的解耦率,调整IMU和支架的质心,使IMU的质心与4个隔振器的刚度中心基本重合。采用Mooney-Rivlin超弹性本构模型对橡胶隔振器的橡胶材料进行表征,并在此基础上建立IMU减振系统有限元模型,对IMU减振系统的频率响应和冲击响应进行分析,并对IMU减振系统进行振动和冲击试验。结果通过调整IMU质心位置和支架结构,使各阶模态能量解耦率都在80%以上;通过频率响应仿真分析,IMU减振系统在X,Y,Z方向上放大倍数分别为3.072,3.12,3.17;通过冲击响应仿真分析,IMU减振系统响应最大幅值为70.1g。结论通过实验验证了有限元模型的正确性和减振设计的有效性。     

全复合材料翼面振动主动控制技术研究

目的减小复合材料结构振动响应。方法以全复合材料翼面为研究对象,结合该翼面结构有限元模型,建立带有压电作动器的结构动力学仿真模型。利用PID(Proportional,Integral and Differential)控制理论设计主动控制律,基于Simulink仿真平台设计控制律程序,通过控制律变参分析得出PID控制各参数的设计规律,基于仿真模型进行主动控制仿真试验。以仿真试验结果为基础,在复合材料翼面上进行振动主动控制地面试验。结果有效地控制了复合材料翼面振动响应,振动响应减小了79.74%,验证了模型和控制律设计的有效性。结论以压电作动器作为控制作动器,通过PID控制理论设计控制律,能够有效控制全复合材料翼面振动,使振动减小。     

板料冲压过程的数值仿真与参数优化

采用有限元动态分析技术,采用HILL屈服准则,模拟了板料拉深成形的过程,结合实验拉深进行比较,模拟结果与实验数据符合。应用0.618一维搜索优化方法,在数值模拟中对压边力进行了优化,为实验中压边力的确定提供了参考数据。     

Numerical modelling of electrohydraulic free-forming and die-forming of DP590 steel

Electrohydraulic forming (EHF) is a high energy rate forming process in which the strain rate in the sheet metal can vary from 5 × 10² to 10⁵ s⁻¹ depending on various factors. Several mechanisms have been reported to cause an improvement in formability in EHF such as material deformation mechanisms, inertial effects and the dynamic impact of the sheet against the die. EHF is a complex high speed forming process and experimental work alone is not sufficient to properly understand this process. To understand the variation of some influential variables in EHF, electrohydraulic die-forming (EHDF) and free-forming (EHFF) of DP590 dual phase steel were simulated in ABAQUS/Explicit by considering the fluid/structure interactions. Three-dimensional finite element simulations were conducted by modelling the water with Eulerian elements with a view to investigating the effect of released energy on the sheet deformation profile history, strain distribution, loading path and damage accumulation type. The Johnson–Cook constitutive material model was used to predict the sheet behaviour and the parameters in this model were calibrated based on experimental test results available for DP590 at various strain rates. The Johnson–Cook phenomenological damage model was also used to predict the ductile failure (damage accumulation) in both EHDF and EHFF. Predicted final strain values and damage accumulation type showed good agreement with the experimental observations.     

用于柔性板振动控制的压电陶瓷时效损伤性能研究

目的基于压电陶瓷的逆压电效应,以试验和仿真分析的方法研究压电陶瓷对某柔性板试验件振动控制的时效性能,为压电陶瓷如何保持长时间有效参与振动控制提供参考。方法搭建振动主动控制系统,实现柔性板的振动控制,以压电陶瓷驱动电压的降低模拟时效损伤。建立该结构的动力学有限元模型,并进行响应分析,以压电陶瓷产生的驱动力变小来模拟时效损伤。通过测定不同损伤程度的压电陶瓷参与振动控制前后的动响应,得到多种条件下的振动控制效率。结果当所有压电陶瓷的时效损伤程度均达到80%时,对某柔性板试验件的振动控制率降低为初始振动控制率的60.4%。基于试验与分析结果,评估多种条件下的振动控制率,得到了压电陶瓷时效损伤对柔性板振动控制的影响规律。结论压电陶瓷时效损伤对柔性板振动控制的影响可以用有限元仿真来模拟,压电陶瓷的时效损伤程度可通过调节它的驱动电压来进行测试。     

精馏过程动态建模与安全控制研究进展

介绍了精馏过程的动态建模与安全控制等方面的研究现状,提出了基于塔板力学模型动态建模与安全分析技术,通过对精馏塔动态特性分析,可准确反映精馏过程的动态变化。根据动态响应规律,建立基于智能调控的先进性控制系统,指导精馏塔、阀门、泵等设备进行变频调节,从而保证精馏塔的稳定运行。     

有机生活垃圾多组分联合厌氧降解产甲烷性能研究

为了阐明生活垃圾多组分的混合对其厌氧降解产气性能的影响,通过在中温（37±1）℃下对餐厨类、纸类和园林类垃圾组分进行单独和联合厌氧降解产甲烷实验,研究接种物来源对单组分和多组分物料厌氧降解产甲烷性能的影响,应用修正的Gompertz模型拟合和分析物料产甲烷过程动力学特征,并借鉴和发展评价混合物料联合厌氧降解性能的量化指标方法.试验与模型拟合结果均表明：接种物来源对各组分及其组合的厌氧生物可降解程度无显著影响,但对其降解速率存在明显影响.此外,尽管物料的混合对试验初期物料降解产甲烷速率存在促进作用,但仅有3组分混合试验组在最终累计甲烷产率方面表现出显著的协同促进,在2种接种物条件下,相比于3组分单独降解的甲烷产率分别增长了16%和14%.     

典型复合材料加筋壁板落锤/冰雹冲击损伤仿真分析研究

目的研究复合材料层压板落锤和冰雹离散源冲击损伤特性。方法对于落锤和冰雹,分别以刚体模型和弹塑性模型,构建本构模型。对于加筋板,基于Cohesive内聚力界面单元的B-K失效准则,对复合材料层间分层破坏进行数值模拟。通过对多材质冲头、不同冲击能量、不同冲击角度下其响应及损伤扩展特性开展研究,并对比复合材料层压板落锤冲击及冰雹离散源冲击试验数据,对数值计算方法进行对比验证。结果在机体相同部位的落锤、冰雹能量截止值冲击下,落锤低速冲击的损伤响应要大于冰雹离散源冲击。同时,冰雹冲击能量越大,冲击角度越接近于90°,其损伤响应也越大。结论落锤和冰雹离散源冲击仿真方法在损伤响应及扩展的预测与试验结果接近,可以为复合材料冲击损伤引入及抗冲击性能研究提供基础。     

船舶撞击下10 MW单桩基础风机动力响应特性分析

目的 探究风机在遭遇船舶撞击时的动力响应,以及不同工况下的失效模式。方法 采用 SACS 软件,建立DTU 10MW单桩基础风机的动力分析模型,并利用p-y曲线模拟桩土相互作用,计算不同撞击速度、撞击角度、风载方向作用下海上风机的动态响应,探究风机在停机工况和运行工况下的失效模式。结果 风机受风载作用时,最大机舱加速度和塔顶最大位移分别较无风载时增加了8.5%、68.1%。以5 000 t撞击船为例,风机在停机状态下,撞击速度超过2.13 m/s时,风机面临因机舱故障而引发的失效;风机在运行状态下,撞击速度超过1.88 m/s时,风机面临因挠度超过最大允许值而引发的失效。结论 有、无风载时,机舱加速度响应的差异不明显,而有风载时的塔顶位移较无风载时增长明显。根据风机在停机工况和运行工况下的失效模式,提出了相应的船舶撞击速度临界值。     

Investigation on the changes effected by tool profile on mechanical and tribological properties of friction stir processed AZ31B magnesium alloy

The present study investigates the effect of tool shoulder profile on the mechanical and tribological properties of friction stir processed AZ31B magnesium alloy. The tool rotational speed and feed rate are the chosen process parameters. The experiments were conducted with 3 level 2 factors full factorial design. The recorded responses were tensile strength, wear losses and corrosion rate. The results were analyzed with the help microstructures of the processed samples. The study reveals that, for concave shoulder tool, the strain hardening effect was playing a major role in determining the properties of the processed materials and for the step shoulder tool, the grain size plays a major role in determining the properties of the processed materials.     

多元混合物料协同促进厌氧消化产甲烷性能试验研究

为评估农牧废弃物多元物料混合厌氧发酵对产甲烷性能的协同促进作用,研究了中温（37±1）℃和固体质量分数为12%时,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆混合原料的厌氧消化产甲烷性能,最后应用修正的Gompertz方程分析甲烷生产的动力学过程.结果表明：3种物料混合厌氧发酵发生了明显的协同促进作用,协同效应作用值为34.85%~70.39%,贡献效果显著（P<0.05）;当牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS混合比例为50：20：30时,甲烷产率、累计甲烷产量和VS降解率达到最大值,分别为286.0mL/g VS、20713mL和65.6%,比单一牛粪、蔬菜废弃物以及玉米秸秆厌氧消化甲烷产量分别提高了32.9%、229.9%和82.0%.修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,拟合结果的R²均大于0.99,牛粪、蔬菜废弃物和玉米秸秆VS比例为50：20：30时具有最大产甲烷速率17.34mL/（d×g）和较短的迟滞时间2.97d.该研究结果可为农牧废弃物多元混合物料厌氧消化产沼气工程提供参考.