汽车碰撞试验弹射过程的力学建模与运动分析

基于弹性绳弹射加速的汽车碰撞试验台,分析了弹射过程中弹性绳的变形和滑车的运动,建立了相关的力学模型,并提出一种数值离散方法求解该模型。结合一个具体的算例,研究了初始弹射距离、滑车质量、弹性绳数量以及弹性绳弹性系数对滑车运动的影响,结果表明:弹射过程中,滑车所受合力随初始弹射距离、弹性绳数量、弹性绳弹性系数的增加而增大,滑车质量对合力的影响较小;滑车的初始加速度随初始弹射距离、弹性绳数量、弹性绳弹性系数的增加而增大,随滑车质量的增大而减小;初始弹射距离越大,滑车质量越小,弹性绳数量越多,弹性绳弹性系数越大,滑车的速度、位移变化越快。     

汽车碰撞试验中碰撞过程的运动及力学性能

以汽车碰撞试验为研究对象,分析归纳了摩擦力做功及阻挡杆变形能的计算方法,根据能量守恒的原则,给出了碰撞过程的能量平衡模型,构建了对碰撞过程中滑车的运动以及阻挡杆的变形进行计算的数学模型,并提出了一种利用计算机对该模型进行计算求解的计算方法。以Matlab为计算工具,编制了计算程序,结合一个具体的算例,研究滑车质量、初始碰撞速度、内侧柱销中心距、阻挡杆截面尺寸等因素对滑车位移、冲撞力、速度、以及减速度的影响规律,得到了相应的变化曲线,并对其进行了分析,得出了有益的结论。     

直接碰撞杀伤动能拦截器结构参数分析

针对直接碰撞杀伤动能拦截器结构参数设计问题,建立了一种基于体积重叠法的动能拦截器碰撞子母弹头杀伤模型,利用该模型可有效分析动能拦截器结构参数受碰撞速度、碰撞点偏移量的影响特性. 算例分析表明,动能拦截器结构参数主要取决于碰撞速度和碰撞点偏移量,拦截器最小质量和最小直径随碰撞速度增大而减小,随碰撞点偏移量增大而增大;提高碰撞速度和减小碰撞点偏移量均能有效降低拦截器最小质量.     

油气层爆燃压裂裂缝动态延伸模型

基于油气层爆燃压裂造缝加载模型,建立地层破裂和止裂压力、爆燃气体渗滤、裂缝延伸长度和宽度以及爆燃气体的质量守恒与能量守恒计算模型,并耦合求解,分析爆燃压裂过程中井筒压力、裂缝几何形态变化。结果表明:火药爆燃后,井筒中的压力、温度迅速上升,达到地层破裂压力时起裂,裂缝开始延伸;在火药爆燃、气体渗滤作用下,爆燃气体的压力先增加后减小,最后降至地层初始压力;在爆燃加载条件相同的情况下,随裂缝条数的增加峰值压力和裂缝长度均减小;裂缝延伸过程中裂缝宽度先增大后减小,裂缝条数越少,裂缝宽度最大值和最终值越大。     

压缩机舌簧排气阀运动模型对比及动态特性影响因素分析

为了揭示压缩机舌簧阀启闭运动失效过程及其影响因素,建立了阀片运动的单质点模型和悬臂梁模型,在单质点模型中,综合考虑了阀片的有效工作长度、弹力、质量随位移变化的关系,在Matlab环境下,采用四阶龙格-库塔法计算程序对2种模型进行了求解。为了验证模型的有效性,建立了舌簧排气阀位移测量实验系统,并将测量结果与2种模型的计算结果进行了比较,结果表明,单质点模型相比悬臂梁模型能更准确地反映舌簧排气阀的运动规律。利用单质点模型分析了气阀升程、阀片厚度以及阀孔直径对舌簧阀动态特性的影响,分析结果表明:阀片升程增加,舌簧排气阀的初始关闭角减小,最大冲击速度增大;阀片厚度增大,对初始开启角影响不大,但初始关闭角提前;排气阀口直径减小,阀片开启、关闭时间延迟,压缩机能效比降低。该研究可为舌簧阀组结构参数选择、优化设计提供参考。     

球床堆近等径球流管路气力输送动力学建模及应用

球床反应堆采用气力输送的方式,完成每天数千个燃料元件的堆芯内外循环。该文建立了"近等径球流管路气力输送"动力学模型,用以描述球床反应堆燃料元件输送过程。以此模型为基础,研究了输送管路的结构参数对燃料元件运动特性的影响。研究结果表明:管球直径比和管道倾斜角增大,燃料球的轴向加速时间缩短,末速度提高;碰撞恢复系数越大,燃料球与管道内壁的碰撞越剧烈;燃料球平衡速度低于气体流速,并随管球直径比的增大而显著升高;减小管球直径比和管道弯曲半径可以限制整个气力输送过程燃料球的最终速度,降低燃料球对堆芯的冲击。试验结果与理论分析符合得较好。该文为球床反应堆燃料循环系统管路结构的设计及优化提供了依据。     

带附加气室空气弹簧力学特性参数试验

为了揭示带附加气室空气弹簧动力学特性,基于1T15M-2膜式空气弹簧建立了带附加气室空气弹簧力学特性试验测试系统,利用自由衰减振动的方法研究了簧上质量、节流孔直径、附加气室容积等因素对系统等效刚度、等效阻尼及固有频率等力学特性参数的影响.试验结果表明:在保持弹簧工作高度不变的前提下,增加簧上质量会增大弹簧等效刚度,但簧上质量的变化对弹簧的等效阻尼比和固有频率影响不大;随节流孔直径的增大,等效阻尼先增大后减小;在节流孔直径4～7 mm范围内,等效刚度和固有频率均由最大值迅速降到最小值;在附加气室容积小于主气室容积2～3倍范围内,增大附加气室容积有利于降低空气弹簧的等效刚度和固有频率;在节流孔有效作用下,再增大附加气室容积会明显增大空气弹簧等效阻尼比.     

基于整体三维有限元模型的粉质黏土深基坑土钉支护参数分析

为了研究深基坑土钉支护结构在不同设计参数下的受力和变形,利用大型有限元软件ADINA,对某粉质黏土深基坑土钉支护结构建立了整体三维有限元计算模型,研究了土钉水平间距、土钉长度、土钉倾角、土钉钢筋直径对坑壁水平位移和土钉轴力的影响.结果表明:坑壁水平位移、土钉轴力均随土钉水平间距的增大而增大,随土钉长度的增大而减小,但钉长达到一定程度后影响变弱,随土钉倾角的增大先减小后增大;土钉钢筋直径对支护结构的受力和变形影响不明显.     

基于接触理论的弹体偏航机理

为了从本质上揭示弹体偏航作用机理,在已有弹塑性接触模型的基础上,运用接触理论和撞击理论,推导了接触刚度和恢复系数,建立了弹体与异形体弹塑性碰撞的宏观本构关系。进一步导出了弹体与异形体碰撞的攻角和角速度表达式,计算分析了弹头与异形体曲率半径比、弹体命中速度及入射角等因素对弹体攻角和角速度的影响规律。结果表明,异形体曲率半径越大,弹体攻角和角速度越大;弹体攻角随速度增大而减小,而角速度随速度增大而增大。     

轨下基础参数对钢轨动力响应的影响

以钢轨动力响应周期解析法为理论基础,采用双层弹簧阻尼支承的Timoshenko梁为轨道的力学模型,从时域和频域两方面计算分析了钢轨垫层刚度、轨枕质量、轨枕垫层刚度、钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼及轨枕间距对钢轨点动力响应的影响.随着钢轨垫层刚度和轨枕垫层刚度的减小,钢轨的振动响应增大;随着轨枕质量的增大,钢轨的振动响应减小;随着轨枕间距的减小,大部分频段内的振动响应减小,小频段内的振动响应值增加;钢轨垫层阻尼、轨枕垫层阻尼对钢轨的振动响应基本不产生影响.     

牛粪高温厌氧发酵过程中的流变特性及产气规律

为研究厌氧发酵过程中高浓度发酵原料流变特性的变化,使用HYND-50振动式在线黏度计测量初始总固体质量分数分别为8%和15%时牛粪高温厌氧发酵产沼气过程的流变特性,研究温度和厌氧消化时间对流变特性和产气规律的影响.结果表明:在相同升温范围内,初始总固体质量分数越大,牛粪的活化能越大,流动性越差.在厌氧发酵过程中,牛粪的表观黏度随厌氧消化时间减小,随初始总固体质量分数增加而增大;密度随厌氧消化时间先增大后减小,随初始总固体质量分数增加而增大.随着初始总固体质量分数的增大,牛粪的最大日产气量、累计产气量和累计产甲烷量升高,初始总固体质量分数为15%时的量分别是8%时的1.29、1.24和1.25倍.     

船用压缩风管排烟效率衰减的实验研究

通过风管内气体的连续性方程和能量守恒方程,对影响风管流量的因素进行了理论分析,证明船用压缩风管单位时间流量与风机特性曲线和风管阻力曲线有关。通过实验的方法对影响压缩风管排烟效率的多个因素进行了研究,证明风管的排烟效率随风管直径的增大而增大;随风管长度的增大而减小;随风管转角角度的增大而减小;随风管高差的增大而减小,但其影响因素更多的是由于高差的产生同时产生了两个风管转角。对排烟效率与风管长度和转角角度的关系进行了多项式拟合,证明排烟效率降低速率均随风管长度和转角角度的增大而减小。     

黏弹性聚合物溶液渗流数学模型

分析聚合物溶液在简化孔喉模型中的流动情况,建立了综合考虑聚合物溶液特性和多孔介质特征的黏弹性本构模型,并在此基础上建立了聚合物溶液不稳定渗流数学模型,并利用数值方法求解.通过实例计算,对聚合物溶液的特征时间、稠度系数、幂律指数、孔隙因子(喉道长度与喉道直径之比)和注入速度对注入压力的影响进行了分析,绘制了相应的理论图版.结果表明:注入压力随聚合物溶液特征时间、稠度系数和注入速度的增大而增大,随幂律指数和孔隙因子的增大而减小.     

高温高压条件下甲醇-空气-稀释气层流燃烧速度测定

利用高速纹影摄像法在定容燃烧弹内研究了不同初始压力、初始温度、气体稀释度和燃空当量比下甲醇一空气混合气预混层流燃烧速度和Markstein长度,分析了火焰拉伸对火焰传播速度的影响．基于火焰纹影照片,分析了火焰前锋面形态随混合气初始状态的变化规律．结果表明：甲醇-空气混合气层流燃烧速度随初始压力的增加而降低,随初始温度的增加而增加．氮气作为稀释气添加后,混合气的燃烧速度随稀释度增加而减小．Markstein长度值随初始压力增加而减小,随初始温度增加而减小,随气体稀释度增加而增大．随初始压力增加,火焰前锋面不稳定性增加,皱褶火焰前锋面出现的时刻提前．     

固体颗粒物致液压阻尼孔阻塞的形成机理

针对固体颗粒物致液压阻尼孔阻塞的问题,运用软件Fluent中的欧拉-欧拉多相流模型对细长孔型的液压阻尼孔流域进行三维固液两相流数值计算与分析.研究结果表明:在阻尼孔入口附近,固体颗粒物处于堆状淤积状态,固相体积分数沿中心轴线流动方向存在“阶跃”现象,且固相体积分数随油液黏度的增大而减小,并随颗粒物密度的增大而增大.阻尼孔进口中心区域颗粒的淤积是形成阻尼孔阻塞的主要原因.     

动理论在预测非阻塞性颗粒阻尼能量耗散中的应用

为了准确分析颗粒阻尼(NOPD)的能量耗散机理,拓宽颗粒阻尼在工程中的应用范围,根据分子动理论基本原理,建立非阻塞性颗粒阻尼能量耗散的定量模型。在振动流化床颗粒系统研究成果的基础上,认为当阻尼器内部的颗粒充分流化时,颗粒之间的物质输运和能量耗散由颗粒之间的碰撞主导;将阻尼器内部颗粒的运动与气体分子的运动进行类比,建立非阻塞性颗粒阻尼的能量守恒方程;通过求解颗粒系统的广义温度,得到非阻塞性颗粒阻尼能量耗散功率的定量模型。研究结果表明,颗粒阻尼的能量耗散功率随着颗粒直径的增大、颗粒层数的增多、材料密度的增加以及振动强度的提高逐渐提高。与现有模型相比,提出的模型颗粒阻尼的能量耗散功率不依赖颗粒内部速度梯度,因而具有更大的实际应用范围,也为更精确地描述非阻塞性颗粒阻尼的能量耗散机理提供了一种新的思路。     

光子晶体光纤瑞利散射特性分析

基于全矢量有限元方法,建立了光子晶体光纤瑞利散射损耗的数值分析模型,并分析了该模型对与制作工艺相关的瑞利散射系数、与结构相关的空气孔间距及空气孔直径等参量对空气孔正六边形排列光子晶体光纤瑞利散射损耗特性的影响.分析结果表明:在相同波长下,瑞利散射损耗随着瑞利散射系数的增大而增大;在空气孔间距Λ一定而空气孔直径d增大或d一定而Λ增大时,瑞利散射损耗均减小.     

挟沙强横风环境下高速列车的冲蚀性能研究

为了研究风沙环境下高速列车的冲蚀效应,基于空气动力学理论,使用Navier-Stokes方程、标准κ-ε湍流模型对气流进行连续化假设,应用DPM模型对沙粒粒子进行离散化处理。数值模拟了不同风速、不同沙粒粒子直径、不同浓度下的高速列车冲蚀效应,采用欧拉-拉格朗日方法进行求解计算。研究结果表明：速度越大,反射后的粒子距离列车表面越远,偏航角越大,列车附近的粒子运动越无规则;当速度不变时,列车车头处的冲蚀率随着粒子直径的增大而增大;当粒子直径不变时,冲蚀率随着粒子浓度的增大而增大,随着速度的增大呈现先减小后增大的趋势,且最大冲蚀率是最小冲蚀率的2.8倍。     

焙烧炉新型燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种用于焙烧炉的新型燃烧器的燃烧过程建立了二维旋转轴数值计算模型,采用数值模拟的方法研究了燃气入口速度和喷口与喉部直径比对其燃烧特性的影响.结果表明,燃烧室内最高温度随燃气入口速度增大而升高.当燃气入口速度一定时,随喷口与喉部直径比的增大,火焰形状由梨状变为燕尾状,燃烧室内最高温度先降后升.火焰长度随燃气入口速度的增大而增长,随喷口与喉部直径比的增大而缩短.     

液压冲击锤瞬态冲击动力特性分析

基于弹性体一维振动瞬态应力波传播理论,建立了液压冲击锤活塞与钎杆冲击过程的双柔性杆共轴纵向碰撞计算模型.应用瞬态波函数特征值展开法求解冲击过程中各冲击部件的位移-时间瞬态响应函数,进一步分析了冲击过程中钎杆和活塞的应力波传播规律及各截面的冲击动力特性.文中还分析了液压冲击锤在不同钎杆长度、钎杆直径及活塞初始冲击速度下对冲击部件冲击过程瞬态动力响应的影响.钎杆长度变化对冲击过程撞击力影响不大,随着钎杆长度变短,活塞进入反弹的时间加快;钎杆直径增大时,撞击力幅值增大,破碎能力增强,冲击能量利用率降低;活塞初冲速度增大时,撞击力成比例增大,冲击锤破碎能力迅速提升.文中结果可为优化液压冲击锤系统结构、合理设计冲击破碎性能、合理调节冲击施工参数提供理论依据.