测试海洋工程桩-土动力响应的多荷载耦合加载装置设计与实现

结合海洋工程桩基础全生命周期的受荷特点,研制出一种测试海洋工程桩基础-土动力响应的多荷载耦合循环加载装置,该装置能同时或分别施加水平循环荷载、竖向循环荷载、水平冲击荷载。本文对装置各个模块的工作原理进行了详细阐述,并推导了各模块工作时输出力的大小和规律。其中,水平循环加载模块,通过变频电动机转轴的转动带动对心曲柄滑块机构中的滑块在导轨上水平往复运动,从而实现水平循环荷载的施加。水平冲击加载模块,变频电动机的转盘带动绕线器转动,通过钢丝绳与绕线器连接的冲击加载小车沿倾角为θ的导轨向上运动至撞击杆处时,连接在冲击加载小车上的撞击脱钩器与撞击杆发生碰撞后自动脱钩,冲击加载小车进入水平导轨,撞击安装在模型桩上的加载板,实现水平冲击荷载的施加。竖向循环加载模块,利用与变频电动机相连的钢丝绳带动小车沿导轨运动,引起与加载板相连的弹簧伸长或压缩,通过与下加载板连接的卡扣实现竖向循环荷载的施加。该装置能得到多荷载耦合作用下海洋工程桩基础动力响应及桩土相互作用导致的桩周土刚度弱化规律,对海洋工程桩基础的设计和维护具有重要意义。     

测试海洋工程桩-土动力响应的多荷载耦合加载装置的设计与实现

结合海洋工程桩基础全生命周期的受荷特点,研制出一种测试海洋工程桩基础-土动力响应的多荷载耦合循环加载装置,该装置能同时或分别施加水平循环荷载、竖向循环荷载、水平冲击荷载。对装置各个模块的工作原理进行了详细阐述,并推导了各模块工作时输出力的大小和规律。其中,水平循环加载模块,通过变频电动机转轴的转动带动对心曲柄滑块机构中的滑块在导轨上水平往复运动,从而实现水平循环荷载的施加。水平冲击加载模块,变频电动机的转盘带动绕线器转动,通过钢丝绳与绕线器连接的冲击加载小车沿倾角为θ的导轨向上运动至撞击杆处时,连接在冲击加载小车上的撞击脱钩器与撞击杆发生碰撞后自动脱钩,冲击加载小车进入水平导轨,撞击安装在模型桩上的加载板,实现水平冲击荷载的施加。竖向循环加载模块,利用与变频电动机相连的钢丝绳带动小车沿导轨运动,引起与加载板相连的弹簧伸长或压缩,通过与下加载板连接的卡扣实现竖向循环荷载的施加。该装置能得到多荷载耦合作用下海洋工程桩基础动力响应及桩土相互作用导致的桩周土刚度弱化规律,对海洋工程桩基础的设计和维护具有重要意义。     

新型卧式冲击疲劳试验机性能研究

为对枪械自动机易损件进行冲击疲劳寿命模拟实验,研制了一种新型卧式冲击疲劳试验机。该试验机采用凸轮-弹簧式加载装置加载,通过调节电机转速、弹簧刚度和预压量调节冲击频率和冲击力峰值。对样机性能进行了实验研究,经测试获得冲击力特性,加载运动特性,冲击力峰值、冲量与弹簧预压量之间的定量关系及冲击频率对冲击力峰值的影响情况,为该类冲击疲劳试验机应用提供了依据。实验结果表明该试验机工作原理可行、动作可靠,能够满足自动机易损件冲击疲劳寿命模拟实验要求。     

空间多功能加载装置的试验研究及有限元分析

为适应空间复杂节点工作性能的试验研究需求,设计并制作了由自平衡反力加载框架、液压千斤顶和其他辅助构件构成的空间多功能加载装置。该装置可进行平面节点和空间节点试验,能实现空间节点多个杆件(最大允许9根)同时加载,加载制度可采用单调加载或滞回加载,空间同时多向最大加载达10 000 k N。目前,该装置已成功应用于装配式平面钢框架梁柱节点和空间复杂相贯节点足尺试验。为验证该加载装置在空间多向设计荷载下的刚度和强度,采用有限元软件ABAQUS对加载框架进行了模拟分析。分析结果表明:1该加载装置安全、可靠;2空间复杂相贯节点足尺试验过程中,加载框架测点位移数值变化无规律性并非因框架屈服,而是由空间同时多向加载相互耦合所致。     

力传感器动态标定装置的研究

文中提出一种力传感器的动态标定装置,用于动态加载情况下对力传感器进行动态标定.该装置以力矩电机作为动力源,通过滚珠丝杠传动和2级液压缸增大推力,实现了便携式和微动力条件下的大负荷加载输出.利用ANSYS有限元分析软件对所设计的结构进行了强度和刚度分析,结果表明所提出的机械结构是合理可行的.最后,对该装置计算机数据采集及控制系统作了初步的探讨.     

古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置及应用

为了在低周往复荷载试验中加载电液伺服系统,自制了一套古建木构架水平低周往复荷载试验加载装置,通过改变平面摇摆柱的双刀口支座的两个"刀口"距离和耳板孔到平面摇摆柱中心轴的距离,实现了古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置,克服了加载设备作用在试验对象的荷载误差。为古建木构架模型低周往复荷载试验提供了一种新的加载装置。     

智能弹簧检测装置的研制

针对铁路运输各种车辆制动器中所用多种型号的弹簧研制的一种智能检测装置,通过该装置中的力传感器和位移传感器拾取的信号,经单片机判断处理,快速采精度地检测出各类弹簧的性能参数。同时,该装置又作为一台下位机,可将弹簧各参数及时向上位机进行数据通讯,以便集中管理。     

纵向裂缝对隧道钢筋混凝土衬砌结构影响的试验

基于荷载 结构模型,开展了钢筋混凝土衬砌的加载试验.通过分析钢筋混凝土衬砌加载过程中结构的变形和裂缝展开规律,获得了纵向裂缝深度与结构转动刚度的关系曲线,提出了单一裂缝情况下钢筋混凝土衬砌的计算模型.该模型根据连接弹簧单元来模拟衬砌裂缝,弹簧单元的参数根据衬砌结构试验结果和理论分析确定.通过该模型得到的承载安全系数可以评价带裂缝衬砌是否需要进一步加固,对实际隧道工程具有指导意义.     

“桉叶糖”异型钢管相贯焊节点试验和有限元分析

结合工程实际,对河南广播电视发射塔中"桉叶糖"异型钢管"X"节点缩尺试验进行了研究,讨论了实验的加载装置、测试结果和有限元数值计算结果,分析了这种节点在设计荷载下的受力性能和影响该节点荷载-应力曲线的主要因素.结果表明,这种"桉叶糖"异型钢管相贯节点在设计荷载作用下具备足够的刚度和强度,满足设计需求;有限元计算结果与试验实测结果吻合较好,有限元分析模型可进一步推广至未实测的"X"节点.     

考虑减振装置弹簧刚度的斜拉索等效索长及索力测量

为了提高对安装减振装置斜拉索索力的测试精度,提出计算等效索长的铰接等代法.基于索力振动频率法所采用的弦振动理论,考虑减振装置弹簧刚度对拉索边界条件的影响,着重研究减振装置弹簧刚度与等效索长的关系,提出考虑弹簧刚度影响的二次等效索长修正公式.结合实测索力及通用有限元软件ANSYS关于振动索力的数值模拟结果,验证了该方法的...     

称重传感器夹具动态特性分析(修改)

针对称重传感器误差标定装置中传感器夹具发生受迫振动问题,采用基于模态叠加法的谐响应分析技术,对传感器夹具的动态特性进行了研究。基于模态、谐响应分析理论,求解得到称重传感器夹具的动态响应特性。研究结果确定了对称重传感器夹具动态性能影响最大的模态频率,并将仿真结果与模态试验数据进行了对比;经过谐响应分析得到了夹具正常工作状态下夹具材料力学性能与谐振频率之间的关系。研究结论可为称重传感器夹具的优化设计提供一定的理论参考。     

非滑动型连接钢框架抗冲击性能

对一种新型非滑动型钢柱脚减震装置进行了抗冲击性能研究,根据试验结果建立了非滑动型连接钢柱脚的恢复力模型,并以此对一钢框架模型进行了弹塑性时程分析.分析中采用了2种不同的方案:在钢柱脚加装减震装置;按传统外露式柱脚.将计算结果进行对比,结果表明:非滑动型连接装置可以有效的减小结构的冲击残余变形;减震装置中的弹簧和楔块有效的实现了塑性耗能,控制了冲击荷载中结构刚度的衰减;钢柱脚减震连接对底层变形的影响较明显.研究表明,这种非滑动型连接装置对于控制结构变形、耗散冲击能量具有明显的效果,使结构具有良好的抗冲击性能.     

复杂结构刚体惯性参数识别方法与试验

为了高效精确地识别复杂结构刚体的惯性参数,基于频响函数质量线法,设计了惯性参数识别试验装置。采用多体动力学仿真分析了系统刚度与阻尼、噪声、激励点坐标误差、响应点坐标误差、激励角度误差以及传感器安装角度误差对惯性参数识别精度的影响规律。借助搭建试验装置,对已知惯性参数的样件进行识别,惯性参数误差都在5%以内。表明基于频响函数质量线法的试验装置可以高效精确地识别复杂结构刚体的惯性参数。     

渐变刚度钢板弹簧建模方法对比

为更好地分析钢板弹簧刚度特性,对钢板弹簧建模方法进行了对比研究。依据钢板弹簧国家标准GB/T 19844—2005,针对某型渐变刚度钢板弹簧分别在有限元软件Hypermesh和多体动力学软件Adams中建立其有限元模型和离散梁模型,并进行了仿真,得到刚度特性。将仿真结果与试验值进行了比较。结果表明,在针对该钢板弹簧的刚度分析中,运用离散梁法得到的刚度特性更加接近试验值。     

异形汽车座椅弹簧的刚度及应力分析

以某型异形汽车椅弹簧为研究对象,针对其刚度特性及应力进行理论计算.利用Hypermesh与ANSYS联合仿真研究该异形汽车座椅弹簧的结构特点,并对其弹簧的刚度特性进行应力分析和强度校核.结果表明:基于弹簧串联理论得到的弹簧刚度和仿真结果更接近;汽车座椅弹簧轴向载荷与轴向变形量呈近似线性关系,刚度随着轴向力的增大而小幅增大,在满载工况下,汽车椅弹簧能满足强度要求,符合实际应用要求.利用有限元软件对弹簧进行应力分析及强度校核,并对切应力计算公式提出修正系数,使结果更加合理.     

碟簧力学性能试验及仿真分析

针对外径28mm的C系列碟簧,利用微机控制电子试验机进行静力加载试验,得到碟簧不同工况下的载荷-位移特性曲线.基于ABAQUS有限元软件,建立了相应碟簧的有限元模型,进行不同位移载荷下的数值模拟计算,利用实验数据对数值计算结果进行检验并修正,修正后模型的计算结果与实测结果吻合良好.在此基础上,对开发的非标开槽碟簧建立有限元模型,计算得出了不同开槽位置和不同开槽方式下碟簧的载荷-位移特性曲线和刚度-位移曲线,系统分析了不同开槽位置和开槽方式对碟簧载荷变化范围、刚度变化速率、刚度变化幅度、负刚度区域大小和最大等效应力的影响.本研究对非标开槽碟簧的设计和作为负刚度元件在减隔振装置上的应用具有一定的参考价值.     

碳纤维织物增强水泥砂浆板平面内抗剪性能

采用单点加载试验研究了碳纤维织物增强水泥砂浆(carbon textile reinforced mor-tar,CTRM)板的平面内抗剪性能,以碳纤维织物层数、钢纤维掺量两个因素对CTRM复合板力学性能进行研究.试验结果表明:随着织物层数的增加,试件的斜截面开裂荷载、极限荷载以及开裂前刚度和开裂后刚度都得到了明显的提高;提高钢纤维掺量可以有效提高试件的斜截面承载力,提高斜截面开裂荷载和极限荷载,并且可以有效改善碳纤维织物与水泥砂浆的界面性能,减轻织物与水泥砂浆的剥离破坏程度.最后,提出了CTRM板平面内抗剪承载力的计算方法.     

新型轻轨列车轮轨接触的数值分析

对于采用钢套橡胶轮的新型轻轨列车,其轮轨之间的力学行为有别于钢轮-钢轨、汽车轮胎-地面的力学行为。运用Ansys有限元程序,采用柔-刚面接触单元,模拟新型车轮与刚性钢轨之间的接触问题,分析轮缘橡胶的变形规律,建立橡胶变形与作用荷载之间的函数关系。引入等效刚度系数,将轮缘橡胶等效为三向弹簧,从而简化新型轻轨列车系统的力学模型。     

不同摩擦系数的少片变截面钢板弹簧性能分析

采用不同材料的板簧垫片,簧片间摩擦系数亦有所不同,因此设计钢板弹簧时仅考虑钢与钢的接触摩擦将造成其性能分析结果的不准确.针对这一问题,利用ANSYS软件的接触非线性功能,对少片变截面钢板弹簧的等效应力及刚度特性进行分析,得到不同摩擦系数下的VonMises应力分布和载荷-变形曲线,重点讨论了摩擦系数对钢板弹簧应力及刚度特性的影响;同时对钢板弹簧进行相应的性能试验.结果表明:少片变截面钢板弹簧的应力计算值和测试值误差较小,刚度仿真计算值和试验测量值基本吻合,相对误差小于5%,说明有限元分析能精确地模拟各簧片间的接触和摩擦问题,真实反映钢板弹簧的受力和变形情况,可用于研究簧片间不同摩擦系数对钢板弹簧应力及刚度特性的影响.     

三向切削力实验装置研制

三向切削力测量对理解机械制造、金属切削原理以及机床设计有着重要的指导意义。针对目前市场上切削力测量装置成本高,安装操作复杂以及功能单一等缺点,研发了一种新型三向切削力测量装置,采用应变片测量切削引起的微小变形,通过精心布置的应变片贴片方案将三向切削力引起的力变形转化为电压或电流信号。经过三向电校准和机械校准后,确保三向测力传感器的输出与载荷之间的响应系数相对恒定。开发切削力实验软件,可以提供单因素切削力实验、正交切削力实验以及自由切削力实验研究。该装置已经在国内许多高校中得到了具体应用。