采用泡沫铝填充薄壁结构的穿透器缓冲防护研究

携带探测仪器的穿透器高速侵彻行星体,内部科学仪器将受到高g值冲击,极易损坏.为了科学仪器的缓冲防护以提高自身存活率,本文设计了一种具有多层能量吸收结构的穿透器样机,将泡沫铝填充薄壁结构(简称FTS)应用于内部载荷的缓冲防护设计上以提高存活率.在LS-DYNA中模拟了穿透器侵彻星球介质的过程,通过冲击试验和仿真分析验证了该种措施的有效性.研究结果表明:FTS对隔离冲击和能量吸收效果明显,为穿透器工程样机的研发提供了重要的解决方案.     

轻小型无人机锂电池在冲击载荷下机械/电化学耦合失效特性试验

为研究轻小型无人机锂电池在受到冲击载荷下的动响应特性及其可能产生的内短路、热失稳以及起火爆炸的规律,我们开展了轻小型无人机锂电池在落锤冲击下的测试试验,研究了不同落锤跌落能量下撞击载荷、响应模式、电压和温度变化,结合电池的机械响应及其电化学参数变化综合分析了轻小型无人机电池的安全性。研究结果表明：电池单体在受到不同能量落锤撞击后分为三种响应模式：低能量冲击模式、中能量冲击模式、高能量冲击模式;电池冲击载荷以及电池自身的电压变化与冲击能量的变化具有明显的相关性,电池电压和冲击载荷互为影响,具有强关联的耦合特性;电池电量与电池撞击过程中的压降规律、趋势和幅度等电化学性能之间并未有明显的耦合关系,但是对电池受撞击后的着火、爆炸等安全性后果具有重要影响。     

一种快速响应光传感器的设计

分析了激光入射晶体后激发的电极化强度特性,发现在与激光传输垂直方向存在一恒定电极化强度分量.基于此原理,设计了一种快速响应的激光探测传感器.     

转子叶片撞击瞬态响应分析

以某型航空发动机高压压气机一级转子叶片为模型,采用解析方法,建立了正常工作中的转子叶片受折断叶片撞击时的动力学方程.确定了系统的边界条件,给出了受撞击叶片对冲击载荷响应的解析表达式,从而使得转子叶片受到来自内部折断叶片撞击时的瞬态响应可以被解析地获得.最后,通过一个算例进行了正常工作中的转子叶片受折断叶片撞击时的瞬态响应分析.计算结果表明:当发动机转速为10 000 r/min,撞击位置距叶根0.05 m,撞击时间0.02 s时,该长、宽、厚分别为0.07 m0、.03 m、0.005 m的转子叶片在撞击脉冲力作用下撞击点的最大瞬态位移可达0.002 92 m,不容忽视.     

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。     

冲击式小型气动马达机械特性研究

为了适应易燃、易爆及防磁的工作环境，该文研制了一种冲击式小型气动马达。介绍了冲击式小型气动马达的工作原理和具体结构组成，理论分析了其喷嘴流量特性和叶轮受力情况，并通过计算机仿真研究了其主要结构参数变化对输出转矩的影响规律。为了对马达输出的转矩和机械功率进行实验研究，设计了一套小型机械特性测试装置。实验研究结果表明：冲击式小型气动马达输出转矩与转速具有良好的线性关系，调速范围广，符合实际应用的要求。     

编码结构的高频声场屏蔽效应研究

设计了一种基于编码结构的圆柱体空腔,在墙体透射与隔声理论分析和物理建模的基础上,利用有限元分析,发现该结构能对空气中的高频声场进行有效的隔离,当外部声压较高时,模型内部声压仅为极低,且外部声压约为内部声压25倍.同时发现,当入射激励在不同位置时,其被屏蔽的区域也不同,可以拓展至实现特定区域的声屏蔽功能.     

不同冲击载荷对双层壳体结构设计的影响

本文采用动力有限元显式积分方法对四种双层壳体结构高速撞击靶体的塑性动力学问题进行了数值模拟,研究了52m/s初速度下撞击两种不同硬度靶体时,外壳、中壳、以及内部弹体的动态演变过程。为保护内部弹体在撞击过程中的安全性,依据能量耗散机理,进行数值模拟分析和对比,得到了不同冲击载荷对双层壳体结构设计的影响,并确定了不同冲击载荷下合理的双层壳结构模型。     

泥石流块石冲击作用下钢网格结构动力响应

针对水土流失十分严重,极易发生沙砾型泥石流的沟道,根据泥石流作用下拦挡结构的承载力和水石分离的技术需要,提出受力合理的新型空间网格拦挡体系;结合实际工程的具体尺寸建立计算模型,运用显示动力学软件LS-DYNA进行数值模拟;考虑冲击物作用在结构不同位置时的动力响应,探讨该结构的动力特征.结果表明,此种类型的体系可以满足结构抗冲击的要求,满足实现水石分离的需要,并符合有效地拦挡泥石流块石的要求;结构的动力性能与静力性能差别较大,设计时应充分考虑结构的动力效应;在同一速度冲击物撞击结构不同位置时,动力响应差别较大,设计时应充分考虑结构的动力效应;结构的动力响应还受到坡度的影响.考虑到泥石流作用的随机性,计算了多冲击物作用于结构不同位置时结构的动力响应.     

可调节活动式破风圈减振机制与效果分析

钢烟囱作为圆截面高耸结构的形式之一,有着高度高,横截面积小的特点,风荷载是其控制荷载,在产生顺风向响应的同时横风向也会产生很大的动力作用,比较典型的是发生横风共振现象,其对结构带来的影响是不可忽视的。本文根据高耸薄壁钢烟囱的特点,采用有限元软件ADINA,通过对结构进行动力时程响应分析及圆柱绕流分析,提出一种可调节活动式破风圈,从而减小风致响应,计算了有无该措施结构的动力响应,并将两种结果进行对比研究,结果表明,安装该种减振措施后结构的动力响应有一定程度降低,减振效果明显,且当调节板长度为直径的2倍时,减振效果最佳,可为工程设计提供参考。     

基于非阻塞性颗粒阻尼技术的填充颗粒对约束阻尼结构减振性能的影响

为使传统的约束阻尼结构的减振性能进一步提高,引入了非阻塞性颗粒阻尼技术,通过颗粒运动状态分析和悬臂梁试验研究了填充颗粒对基于非阻塞性颗粒阻尼技术的约束阻尼结构减振性能,探讨了颗粒填充率、粒径和密度对结构的振动响应、复合损耗因子等阻尼特性的影响规律.结果表明:随着填充率的增加,复合损耗因子呈先增大后减小的趋势,当填充率在50％时损耗因子最高为0.144 7,提高了60.78％,振幅趋于平稳耗时0.257 8 s,此时颗粒呈块状剧烈运动,阻尼效果最为理想;填充等直径钢球颗粒的粒径由0.8 mm增至2.0 mm,复合损耗因子仅增加0.001 5,振幅趋于平稳耗时仅差0.003 9 s,对结构的减振性能无明显影响;填充不等直径的钢球颗粒的质量比为1∶1时,复合损耗因子最大为0.159 1,进一步提高了10％;填充颗粒质量相同时,密度小的材料减振效果最好,体积不变时,密度大的更佳可见基于非阻塞性颗粒阻尼技术的填充颗粒能够提高约束阻尼结构的减振性能.     

围护墙多功能减震结构的地震反应频响分析

围护墙多功能减震结构是一种新型减震结构,具有调频质量减震和阻尼耗能减震等多种耗能减震功能。为了研究此减震结构在地震作用下的响应特性,本文建立了减震结构在地震作用下的动力方程,推导了减震结构地震响应的传递函数、频谱密度,得到主要影响参数对该结构减震效果的影响,并采用模拟地震振动台进行普通框架结构和此结构的对比验证,通过加速度(位移)功率谱密度和加速度(位移)频响幅值反映出各设置工况下的减震规律。结果显示,与普通框架结构相比,该结构的功率谱密度和频响幅值均有不同程度的减小,减震幅度最大可达39.97%,表明该结构体系在地震波作用下具有很好的减震效果,并在参数设置合理的情况下,减震效果更佳。     

基于分步耦合的压电分流薄板动力学建模与分析

为了有效实施压电分流阻尼减振,创建一个能预估其减振效果的动力学分析模型以指导减振设计.根据压电分流薄板结构,提出了一种将基体结构和分流电路分别建模并通过压电片将二者耦合起来的分步耦合建模方法.在ANSYS软件平台上,详细描述了面向压电分流薄板结构采用分步耦合法的建模流程.实验验证了建模方法的合理性,压电分流阻尼对结构具有较好的减振效果,降低共振响应幅度可达50%以上.分析了电感值、压电片贴敷位置、压电片面积等参数对薄板振动响应的影响.结果表明:对于电阻-电感串联及并联分流电路,存在一个最优的电感值可使薄板减振效果最优;压电片贴在变形较大的区域及增大压电片尺寸对减振有利.     

废车、减震沟及沙袋缓冲对塌落振动减振效果对比研究

针对城市爆破拆除工程中的塌落振动问题,结合落锤冲击数值模拟与塌落冲击试验研究了减震沟、废弃机动车及沙袋缓冲层等减振措施对塌落振动的减振效果。结果表明,落锤冲击数值模拟与塌落冲击试验动力响应规律较一致,减震沟、废车及沙袋缓冲等均能在一定程度上降低地面质点振动响应峰值;塌落冲击试验中所有振动分量频率均介于10～40 Hz之间,废车及沙袋缓冲对部分振动分量频率影响不明显;在减震沟、废车及沙袋缓冲等3种减振措施中,废车尤其微型面包车缓冲减振效果最好。     

某大跨网壳的风致响应影响参数分析

在设计大跨结构时,风荷载是被控制的主要因素。为探讨地面粗糙类别、基本风压、阻尼比和风向角对大跨结构风致响应的影响,以重庆某体育场大跨网壳屋盖为研究对象进行了数值模拟分析。计算结果表明:对于大跨结构,采用随机振动分析时需考虑高阶参与振型的影响,当地面粗糙类别由A类向D类变化时,风致响应会逐渐加强,随基本风压的增大,也会使得风致响应逐渐加强,随阻尼比的增大,风致响应会逐渐减弱,风向角的变化对风致响应影响较大。     

硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的建立

由于无法有效确定硬涂层阻尼占整个系统阻尼的份额,致使创建硬涂层复合结构减振机理分析模型变得非常困难.从分离硬涂层的阻尼贡献出发,研究了创建硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的方法.首先,对涂层前后的悬臂梁系统进行了减振特性实验,获得了固有频率、阻尼比和振动响应.然后,在对涂层前后悬臂梁系统储能及耗能分析的基础上,确定了获取硬涂层材料阻尼贡献的方法.最后,基于Oberst梁理论,创建了同时考虑材料阻尼和等效黏性阻尼的悬臂梁系统减振机理分析模型,并校验了分析模型的正确性.结果表明:利用分离出的硬涂层材料阻尼以及涂层前测试获得的阻尼,可创建用于模拟实际涂层梁系统动力学特性的解析分析模型.     

换热器至初馏塔管线的阻尼减振技术应用研究

针对某化工厂分馏装置换热器至初馏塔管道的振动超标问题，利用ANSYS有限元软件建立管道模型并计算其模态，利用Fluent进行流体脉动CFD仿真分析，探讨管线振动的根本原因；将阻尼减振技术应用到管线振动控制中，采用SAP2000软件进行阻尼减振模拟，探讨阻尼器的参数选择以及施加阻尼前后管道的振动情况。在管道相应位置安装黏滞型阻尼器，使管道振动幅值降低90%以上。研究结果表明：管道内流体的脉动冲击产生的激振力频率与管道的某阶固有频率接近从而发生共振，这是管道振动的主要原因；黏滞型阻尼器可以在设备不停机的情况下有效地吸收振动能量，控制管道的振动，同时不会改变管道的原有支撑结构，也不会引起临近管线的振动，保障设备的安全稳定运行。     

周期自由阻尼设计板结构振动与声辐射特性分析

为了探究更高效的阻尼减振降噪结构设计,基于阻尼减振降噪技术和人工周期结构原理,开展了周期自由阻尼设计的板结构振动与声辐射特性研究。首先,建立了板结构声振响应有限元仿真模型;其次,对比了周期自由阻尼设计与传统自由阻尼设计的板结构振动与声辐射特性差异,并分析了不同参数变化对周期自由阻尼作用效果的影响;最后,开展了相关实验研究与仿真规律验证。结果表明：相比于传统自由阻尼设计,周期自由阻尼设计可以获得更好的减振降噪效果,且有助于实现阻尼结构的轻量化设计,但也会改变结构的声辐射效率;选用高弹性模量的阻尼材料、合理设计阻尼单元形状和适当减小阻尼单元截面积都有助于提高周期自由阻尼设计的性能,而阻尼单元粘贴角度的变化对其作用效果的影响较小;实验结果验证了仿真规律的可靠性。