三维悬线式力矩器的等效刚度模型

三维悬线式力矩器是高密度光学头系统中的核心组件,其等效平动刚度和转动刚度直接决定着光学头克服和补偿系统误差的能力。该文根据三维悬线式力矩器的悬浮支撑模型,依据外力作用下悬线的变形协调关系,利用卡氏最小功原理建立了三维悬线式力矩器在各个有效运动方向上的等效刚度模型。进而由等效刚度可计算出三维悬线式力矩器的固有频率。最后利用Doppler激光测振仪对实验样品进行固有频率测试,实验结果与理论结果相比,最大误差不超过8.5%。该等效刚度模型对力矩器可动部的设计具有重要的理论指导作用。     

应用改进分形理论及连续变形理论的机械结合面切向刚度建模

针对现有分形理论在建立切向刚度模型时未考虑微凸体变形的连续性以及未考虑结合面在即将发生切向滑移之前静摩擦力导致实际接触面积增大的问题,提出了应用改进分形理论及连续变形理论的切向刚度建模方法。该方法以微凸体连续变形理论为基础,应用改进分形理论分析静摩擦力与实际接触面积之间的关系,并利用赫兹接触理论推导了结合面法向接触载荷;随后,根据切向刚度的产生机理,推导了包含弹塑性过渡阶段的切向接触载荷,结合所推导的法向、切向接触载荷从而建立了结合面切向刚度模型。为验证该方法的合理性,首先建立栓接结合部的有限元模型,利用超景深三维显微系统VHX-5000获取结合面的轮廓数据,经过功率谱密度法获取结合面的分形参数,通过虚拟材料将该方法以及对比方法计算的刚度输入有限元模型中进行仿真,得到栓接结合部在不同扭紧力矩下的前三阶固有频率及振型;随后搭建包含栓接结合部的实验装置,通过锤击实验也获取该装置在不同扭紧力矩的前三阶固有频率及振型。在相同扭紧力矩下的前三阶固有频率对比实验和仿真结果表明:该方法的仿真与实验结果之间最大相对误差为3.84%,相比于田红亮的方法降低了54.45%,说明该方法能够更加准确地预测结合面动态特性。     

光学头力矩器的工艺因素对其动态性能的影响

为提高光学头力矩器在大规模生产条件下的性能一致性,研究了力矩器生产过程中7种工艺因素误差对力矩器动态性能参数的影响。以有限元仿真并结合田口实验设计方法和数学统计原理,分析得出:悬线竖直预变形量对扭转共振频率的影响贡献率为72.4%,永磁铁轴向安装误差对扭转共振峰值和偏转共振峰值的影响贡献率分别为51.9%和58.1%,永磁铁水平安装误差对物镜倾角的影响贡献率为93.6%。结果表明,悬线竖直预变形量与永磁铁水平、轴向安装误差属于关键工艺因素,生产中应重点控制。     

光学头力矩器的工艺因素对其动态性能的影响

为提高光学头力矩器在大规模生产条件下的性能一致性,研究了力矩器生产过程中7种工艺因素误差对力矩器动态性能参数的影响。以有限元仿真并结合田口实验设计方法和数学统计原理,分析得出:悬线竖直预变形量对扭转共振频率的影响贡献率为72.4%,永磁铁轴向安装误差对扭转共振峰值和偏转共振峰值的影响贡献率分别为51.9%和58.1%,永磁铁水平安装误差对物镜倾角的影响贡献率为93.6%。结果表明,悬线竖直预变形量与永磁铁水平、轴向安装误差属于关键工艺因素,生产中应重点控制。     

考虑摩擦补偿的SEA弹性体刚度在线估计方法

提出了一种考虑摩擦补偿的串联弹性作动器(SEA)弹性体刚度在线估计方法.该方法利用作动器在适当条件下电机电流补偿摩擦力矩后估计的力矩来实时校准弹性体刚度,以减小弹性体刚度变化带来的力矩估计误差.通过实验定量分析了基于谐波减速器的系统摩擦力矩模型参数.对比弹性模型和电流模型计算力矩的优缺点,分析出当电机角速度在适当范围且负载变化较小的稳定状态时,电流力矩模型补偿摩擦力矩后可准确地计算负载力矩.负载稳定状态时,以电流模型估计力矩,并采用卡尔曼滤波算法对弹性体刚度实时校准.负载不稳定状态时,以弹性模型估计力矩.实验结果表明,本方法能有效克服弹性体刚度变化导致的力矩误差.     

盘扣式钢管脚手架节点转动刚度及稳定承载力研究

盘扣节点转动刚度对盘扣式钢管脚手架稳定承载力有重要影响，但现有研究均未考虑盘扣节点顺/逆时针转动刚度差异.为进一步提高盘扣式钢管脚手架稳定承载力的预测精度，根据各构件真实尺寸建立盘扣节点三维精细化有限元模型，采用基于等向硬化准则及关联流动法则的弹塑性本构模型描述材料的完整变形过程，利用罚刚度方法准确模拟各构件之间的相互作用，从而获得包含顺/逆时针转动刚度差异的盘扣节点完整力矩-转角曲线，并进行了试验验证.研究表明，盘扣节点顺/逆时针转动的力矩-转角曲线及刚度变化规律相似，但逆时针转动的承载能力和转动刚度均大于顺时针转动的情况.基于完整力矩-转角曲线进行的架体稳定承载力分析结果与竖向加载试验结果一致，从而验证了包含顺/逆时针转动刚度差异的盘扣节点完整力矩-转角曲线对盘扣式钢管脚手架稳定承载力预测的适用性.     

超音速二元翼极限环颤振的高次线化分析

以一个在俯仰方向带有初偏间隙非线性刚度的超音速二元机翼为模型,研究非线性气动弹性系统的双稳定极限环颤振问题.在利用二阶活塞理论计算非定常气动力和力矩的基础上,采用KBM法一次渐近解的等效线化分析方法对系统的颤振进行了定性分析,最后通过数值模拟验证了理论分析的正确性.     

主缆为悬链线的多塔悬索桥的中塔刚度计算

以悬链线方程为基础,将主缆对桥塔的约束等效为弹簧,通过变分方法推导了主缆对多塔悬索桥中塔纵向弹簧约束刚度的表达式,并建立有限元模型对公式进行验证.研究结果表明:基于悬链线的中塔刚度公式比已有文献具有更高的精度,在主缆无应力长度确定的情况下,主缆弹簧刚度主要与荷载集度、主缆在塔顶的水平及竖向分力有关.     

基于铁塔等效的交叉跨越架空线安全距离分析

精细化塔线体系有限元模型动态响应计算需要耗费大量计算成本,不适应于重要交叉跨越线路动态安全距离的实时计算.给出了一种输电铁塔等效刚度的计算方法,并使用等效铁塔模型建立了交叉跨越塔线体系模型.针对一220 kV交叉跨越线路架空线动态安全距离实例分析,发现等效模型在静力特性、振型和固有频率方面与桁梁模型具有良好的一致性.在...     

考虑安装面特性参数的悬臂梁固有频率分析

为研究悬臂梁安装的接触刚度和摩擦系数对其固有频率的影响,首先采用ANSYSY-workbench软件对悬臂梁建立有限元模型并进行模态分析,导出横向弯曲振动的固有频率和模态振型。同时根据欧拉—伯努利梁理论求解悬臂梁横向弯曲振动方程,得到悬臂梁横向弯曲振动的固有频率及模态振型的数值解,对比有限元分析与理论推导的前6阶模态分析结果,两者的模态振型一致,对应的固有频率相对偏差率最大值为4.15%。对比分析结果说明,运用ANSYSY-workbench软件进一步分析悬臂梁安装的接触刚度和摩擦系数对固有频率的影响是可行的。建立有安装接触面的悬臂梁有限元模型,针对讨论的悬臂梁横向弯曲振动情况,在悬臂梁上下两个接触面设置考虑摩擦因素的两个接触对,分别分析接触面的法向接触刚度和摩擦系数对悬臂梁固有频率的影响,并同时对接触刚度进行了实验研究。仿真与实验结果表明,有安装接触面的悬臂梁固有频率随着法向接触刚度与摩擦系数的增大而增大,且有安装接触面的悬臂梁固有频率小于约束端完全固定的悬臂梁固有频率。     

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.     

大断面异形盾构衬砌结构纵向力学性能

首先通过建立异形盾构三维有限元计算模型研究了多种因素对异形盾构纵向力学性能的影响,数值结果表明,异形盾构纵向整体向下位移、变形模式符合三次多项式形式;纵向刚度有效率随横向刚度有效率的增加先减小后增大,但纵向刚度受横向刚度的影响较小,异形盾构横向刚度有效率设计建议值为0.65;纵向刚度有效率随埋深增加而减小,错缝拼装能明显提高异形盾构的纵向刚度;纵向刚度有效率随基床系数的增加呈线性增长,其对异形盾构纵向刚度的影响最为明显;纵向螺栓预紧力对纵向刚度有效率的影响呈线性增加关系,但对异形盾构纵向刚度的影响并不明显.基于实测环缝张开量值建立了适用于异形盾构的纵向等效刚度和纵向刚度有效率简化解析模型,解析模型计算结果与数值计算结果吻合,证明该理论模型的有效性.     

巨型钢框架结构动力分析的简化计算模型探讨

为了减小动力分析时结构的自由度数量,本文对常用的某结构形式的巨型钢框架结构体系,首先推导巨型构件的等效抗弯刚度和等效剪切刚度而得到其等效模型,并通过自振特性分析和地震作用时程分析,对等效模型和精确杆件模型的计算结果进行分析和比较.计算结果表明,等效模型具有较好的计算精度,可满足工程实际初步设计的要求.     

弦单元及其在悬挂结构动力分析中的应用

为了合理地对工程中包含有悬挂系统的整体结构进行动力有限元分析， 根据有限单元法的基本原理推导了弦单元的刚度方程，求得了其等效横向 刚度矩阵；最后研究了自由悬挂系统的动力特性．     

含铺层拼接层合板的等效刚度估算

通过分析铺层纤维取向和面内变形特点,提出纤维切断铺层拼接层合板的力学性能分析方法。按单层偏轴向力学性能转换关系,推导了不同纤维方向拼接层的等效工程弹性常数计算公式,并举例说明了含铺层拼接层合板的等效刚度计算方法。     

金属拱型波纹屋顶材料等效弯曲常数试验

按照正交各向异性薄板理论对金属拱型波纹屋顶结构进行了合理的简化,以对原材料T形板、U形板进行的弯曲试验为基础,分析位移随荷载变化的曲线,得到了T形和U形两种截面型式板材腹板和底板的材料等效弯曲弹性模量,并与平板的弯曲弹性模量值进行了比较分析.     

悬置带状线T接头等效电路的提取

为了精确地设计移相器,基于带状线的物理结构和传输线模型,分别设计了单片耦合悬置带状线T接头和双片耦合U型悬置带状线T接头的等效电路,然后根据这些电路计算出T接头S参数的幅度和相位,并与Ansoft HFSS软件的仿真结果和实测结果进行比较,验证了文中所提出等效电路的有效性,为电调天线移相器的设计提供了准确模型.     

纤维在流体中各种运动形态可能性的判别

研究纤维在气流中的运动,对新型纺纱有着重要的意义。本文用多球链作为单纤维的模型,讨论纤维在不可压缩牛顿粘性流体的任意流场中的任意运动,得到了多球链纤维在流体中各种运动形态受拉、压的判别式,所得结论与日常经验相符。     

用微分算子法计算悬垂管道的应力与变形

本文对跨越深谷或河流的悬垂管道,考虑到它具有一定的刚性,用微分算子法求解,再根据边界条件确定其挠度曲线方程和弯矩方程,从而求出悬垂管道的内力和变形,并用实例将悬垂管道与柔性悬索作了对比。     

四角锥系空间桁架的临界荷载

根据刚度等效的原理,将四角锥系空间桁架比拟为实腹梁,分析桁架的等效弯、扭刚度对其临界荷载的影响,导出桁架的临界荷载计算公式。多个典型实际算例的计算结果与有限元结果的误差在±5％以内,满足工程设计计算精度要求。