曲梁周期结构动力学特性和隔振性能

针对由曲梁和刚性面板组成的四边支撑曲梁周期结构,提出其等效质量 弹簧模型.利用Bloch定理和波向量法分别研究了其阻带特征和输入输出导纳特性,分析了周期数和尺寸参数对导纳的影响.利用传递矩阵法研究了曲梁周期结构在基础为弹性板的单自由度系统中的应用.理论和实验结果表明：曲梁周期结构具有较低频段的宽频带阻带;曲梁周期结构可以作为隔振器,对机组引发的振动进行隔振;也可以作为具有阻带特征的隔振结构,抑制其阻带内弹性基础共振峰处的响应.     

机械弹性车轮侧向刚度的影响因素分析

为深入研究机械弹性车轮侧向力学特性,基于理论及数值仿真的方法对车轮侧向刚度影响因素进行了分析.利用能量法建立了0轮单元侧向刚度理论模型,并得到影响车轮侧向刚度的主要因素.在简化机械弹性车轮结构的基础上,建立了车轮三维有限元模型,并验证了模型的有效性.针对不同垂向载荷、0轮几何结构参数以及橡胶层剪切模量,对机械弹性车轮进行了侧向刚度特性的仿真试验.计算结果表明:随着垂向载荷、橡胶层剪切模量的增大,车轮侧向刚度均增大;随着0轮断面高宽比的增大,车轮侧向刚度呈减小趋势.通过对车轮侧向刚度影响因素的理论及数值分析,可为优化车轮刚度特性及改进车轮结构等方面的研究提供参考.     

解耦膜与节流盘对液阻悬置动态特性的影响

分析了一种带解耦膜的液柱共振式液阻型橡胶隔振器的结构,结合液-固直接耦合有限元分析方法,建立了隔振器的一体化有限元模型,进行了不同激励频率下的隔振器动态特性计算和工作过程分析.结果表明解耦膜在低频范围也发生了变形,通过调整解耦膜的数量和刚度均可改变隔振器的低频动刚度和滞后角特性.在原方案基础上增设不同结构参数的节流盘并计算隔振器的动态特性,分析了节流盘的设置对隔振器动刚度和滞后角的低频峰值及其对应频率的影响,同时研究了隔振器的低频动态特性曲线随节流盘直径和杆长变化的规律.通过实验验证了有限元计算和分析的有效性.基于液-固直接耦合分析技术的有限元建模方法能够有效反映隔振器内部结构的实际工作过程和动态特性的变化规律,可以用于具有复杂结构的液阻型橡胶隔振器的性能分析和结构设计中.     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

正交面齿轮传动系统的非线性振动特性

基于集中参数理论,考虑支撑的弹性变形、啮合齿轮副的时变啮合刚度激励和误差激励,建立正交面齿轮传动系统的多自由度弯曲-扭转-轴向移动耦合振动三维空间动力学模型;采用有限元方法计算点接触面齿轮传动系统的轮齿啮合刚度;借助动态相对传动误差,合并两轮转动自由度,将系统等效处理为5自由度非线性振动方程;采用自适应变步长Runge-Kutta数值积分方法,获得该系统的动态响应,并分析间隙对动载荷系数的影响。研究结果表明:随着啮合频率的变化,系统将出现单周期、2倍周期、拟周期和混沌响应;在周期响应状态下动载荷系数对间隙较敏感;间隙的改变对齿轮副的冲击状态没有影响,需通过调整支撑刚度等参数来实现单边冲击。     

一种双层六棱结构橡胶隔振器的隔振性能

为了解决车辆油箱的振动及燃油晃动的问题,提出一种具有双层六棱结构的橡胶隔振器;采用橡胶超-黏弹性材料本构模型,建立橡胶隔振器的有限元模型,并利用ANSYS有限元仿真软件研究和分析该橡胶隔振器的隔振性能。结果表明:该橡胶隔振器具有较小的固有频率和共振放大率,理论上对振动的衰减能达到94.5%;将该橡胶隔振器安装在汽车油箱与车身连接处,可有效降低油箱内因燃油晃动产生静电的可能性,改善了汽车行驶时的安全性。     

基于复刚度法的浮筏隔振系统有限元分析

针对船用浮筏隔振系统,采用有限元分析法,建立了两种筏体结构的浮筏隔振系统的有限元分析模型.提出了采用复刚度法模拟隔振器的阻抗,并由试验测得的隔振器阻抗求得了其随频率变化的刚度和结构阻尼系数.在此基础上,采用振级落差方法估算了浮筏隔振系统的隔振效果,并与试验结果进行了对比,理论预测与实测值基本一致.     

斜拉桥多索-浅拱-弹性约束模型及面内自由振动

考虑斜拉桥的初始构型和支座刚度,建立了竖向弹性约束下的多索-浅拱动力学模型.首先基于索和浅拱的经典动力学方程,将浅拱在索-拱耦合处分段,推导了竖向弹性约束多索-浅拱的面内自由振动理论.然后采用分离变量法对其面内特征值问题进行了求解.同时以双索-浅拱模型为例,建立了相应的有限元模型,并将论文方法算出的频率和模态与有限元结果进行对比,从而验证了论文方法和模型的正确性.最后,对竖向弹性约束双索-浅拱的动力学特性进行了系统的参数化分析.结果表明:竖向刚度对系统的动力学特性有着明显的影响.     

双向水平地震作用下非对称框架结构抗震分析简化方法

采用刚性楼板假定,取各个楼面的质量中心在x,y方向的位移与绕z轴的转角作为自由度,将非对称空间框架结构简化为串刚片模型.将空间框架按两个正交方向划分为若干平面框架子结构,求得这些平面框架子结构的刚度矩阵后将其缩聚,再应用直接刚度法形成整体结构的刚度矩阵.该方法同时考虑了结构的扭转耦合及梁柱节点的弯曲转动.最后,通过一个结构的模态分析与弹性时程分析,比较了按本文方法与用ansys按空间有限元方法计算的结果,两者相符良好.故本文方法可用于非对称框架结构的抗震分析与设计.     

高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响研究

为了研究高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响,分别建立单层和双层连续弹性支承梁动力学模型.在空间-频率域给出正弦稳态激励下弹性梁的动力学响应.分别定义沿弹性梁垂直方向的力传递率和水平方向的平均振动衰减率,对比高阻尼隔振器对弹性梁动态响应的控制效果.计算结果表明:相比常规线弹性支承,高阻尼隔振器可有效抑制弹性梁的力传递率幅值并增加弯曲波的空间传递衰减率;同时,梁-高阻尼隔振器系统固有频率大于梁-线弹性支承系统固有频率;通过调整高阻尼隔振器的安全系数ε和刚度比α,可优化弹性梁的力传递率和空间衰减率的有效工作频段和响应幅值.     

鼠笼弹性支承的刚度实验测试及计算分析

为了获得鼠笼弹性支承准确的刚度值,基于实验测试、有限元数值仿真和理论公式推导,进行了鼠笼弹性支承刚度的实验和计算研究。首先,施加不同的外力,进行鼠笼刚度的测试;然后,从网格划分、有无倒角、外力施加位置和边界约束条件四个方面开展鼠笼刚度有限元的数值仿真计算的研究;最后,在充分考虑鼠笼条截面形状、鼠笼条的弯曲方向和受力方向不平行等因素的基础上,进行了鼠笼刚度理论公式的推导。对比实验测试、有限元仿真和理论公式计算得到的鼠笼刚度值可知,网格划分、边界约束条件、有无倒角对鼠笼刚度的有限元计算结果有较大影响,其中,网格划分的影响最大,而外力施加位置对鼠笼刚度的实验测试结果影响较小。     

一种几何非线性低刚度高阻尼隔振器动态特性研究

为了实现隔振器低动态刚度和高阻尼的设计目标,利用两层变杆长X型机构,提出一种新型隔振器.首先,采用谐波平衡法获得所建隔振系统动力学模型的稳态解析解,并分别给出隔振系统的幅频响应、相频响应、等效刚度、等效阻尼和力传递率.然后,根据力传递率,将新型隔振器与常规线性隔振器和准零刚度隔振器进行对比分析.同时,采用有限元方法对获得的解析解进行了有效性验证.最后,分析并给出系统参数对新型隔振器隔振性能的影响规律.结果表明：与常规线性隔振器相比,新型隔振器具备更小的动态刚度和更高的阻尼输出;与准零刚度隔振器相比,本新型隔振器除了能保证低刚度和高阻尼输出之外,还具有较好的稳定性与静承载能力;隔振系统设计参数对隔振性能均有较大影响,可通过灵活调整隔振系统各设计参数满足不同的隔振需求.     

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.     

止口及螺栓对法兰盘结构静力学特性的影响

以含止口配合的螺栓连接法兰盘结构为研究对象,利用ANSYS有限元软件进行数值仿真分析,基于接触算法与实体单元建模方法分析结构受横向载荷时的静力学特性,对比了含止口结构和无止口结构在接触状态和弯曲刚度上的差异.在此基础上,讨论了不同参数对接触特性和弯曲刚度的影响规律,为后续含止口螺栓连接法兰盘结构的设计提供一定参考.研究结果表明:对接触特性的影响,止口长度的增加有利于降低受压区域面积和接触压力的最大值;对弯曲刚度的影响,螺栓个数对弯曲刚度的影响占主导地位,其次是止口长度和摩擦系数,然后是螺栓预紧力,而止口过盈量对弯曲刚度的影响最小,同时良好的接触状态有利于提高结构弯曲刚度.     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

国内首座CFRP索斜拉桥荷载试验及有限元建模

介绍了国内首座CFRP索斜拉桥荷载试验,建立了该桥基于梁壳杆单元的有限元分析模型,进行结构有限元模拟,并与实测结果进行了对比分析.分析结果表明,基于所建模型的结构静力学分析结果与试验结果基本吻合,该模型可用于CFRP索斜拉桥结构的静力学分析.同时,荷载试验结果表明,国内首座CFRP索斜拉桥结构在役刚度和承载能力符合设计要求,整体工作性能良好.文中试验及其相关分析结果可为CFRP新型缆索材料在桥梁工程中的进一步推广应用提供参考依据.     

动车组车辆地板振动问题及其优化

针对某型动车组高速运行时地板振动脚感发麻问题,对该车进行了线路运行试验.通过振动传递分析与运行舒适度分析发现,车体钢结构振动经弹性支撑元件传递至地板后,在20~50Hz频率范围的振动被放大,且该频率范围覆盖了人体腿部敏感频率,导致乘坐时脚感发麻.为进一步研究地板振动放大机理,建立了包含地板的车体精细化有限元模型,并对模型进行验证.有限元分析结果表明,原地板弹性支撑刚度参数不当,导致地板局部模态频率与车体钢结构局部模态频率接近,进而导致地板与车体底架发生局部共振现象,地板振动能量被放大.针对地板弹性支撑参数不当进行了优化研究,并对优化方案进行了试验验证.试验结果表明,优化设计有效地解决了地板振动发麻问题.     

横观各向同性层合板理论编程实现与验证

板式构件因自身特殊的几何形状,进行结构分析时,通常采用比实体单元效率更高的板（壳）单元。文章基于MATLAB编程,对刨花板材料构成的板式结构进行了有限元数值分析与静力荷载试验。首先,将横观各向同性材料本构方程应用于板式构件,得到了以刨花板为代表的三层结构复合材料层合板的力学性能本构关系。随之,介绍了基于Kirchhoff薄板及Mindlin-Reissner中厚板理论的DKT、DKQ、DST、DSQ板有限单元的构造方法,并验证了各个板单元有限元数值解与理论精确解的收敛性能;通过将板构件在空间内组装,说明了材料参数及节点自由度在单元局部坐标系与空间整体坐标系间的转换方法。最后,通过对比板结构静力试验测量值与有限元模型数值解,分析了不同板单元对有限元计算结果的影响。