纤维弹性细杆模型几何大变形静力学分析的有限元方法

以纺织工程中的气流辅助加捻纺纱为背景,以弹性细杆为纤维模型,对其几何位移大变形的非线性问题进行分析和讨论.采用空间杆单元有限元分析方法,导出了考虑轴力对弯曲影响的空间杆单元刚度矩阵,空间方位用欧拉角表示,几何非线性采用分步加载逐次逼近方法处理,建立了弹性细杆静力平衡方程组.对纤维弹性细杆有限元总体分析,运用Matlab模拟气流辅助加捻纺纱过程中纤维包缠的平衡状态.     

基于珠-杆模型的喷气涡流纺喷嘴气流场中的纤维运动规律

采用有限体积法对喷气涡流纺喷嘴中的高速气流场进行数值模拟,通过Fluent软件获得了喷嘴中气流场的流动特征,并对气流场中的纤维模型进行动力学分析,在此基础上建立纤维/气流力学模型,求解纤维运动方程,从而对纤维在涡流纺喷嘴气流场中的运动轨迹进行追踪.模拟结果表明:喷气涡流纺喷嘴内部气流呈中心对称分布,纤维在喷嘴内部呈波浪形运动,纤维尾端越靠近加捻室区域,其摆动越明显;当纤维全部进入空心管后摆动不明显.     

弹性细杆的动力学普遍定理

讨论动力学普遍定理对弹性细杆的表现形式。基于平面截面假定，以微段杆为对象，导出动量定理、动量矩定理和动能定理对弹性细杆的表达式；为明确三者的相互关系，分别 弹性细杆动量方程和动量矩方程以及离散系统的动能定理导出弹性细杆能量方程。因存在时间和孤坐标两个自变量，除关于时间的能量定理外，还存在关于孤坐标的能量定理，显示了弹性杆的特殊性。研究结果表明，对于不受分布力和约束的情形，三者具有相同的数学形式，即等式一边为对孤坐标的全偏导数，另一边是对时间的全偏导数。为进一步研究弹性细杆的守 恒运动及其守恒量奠定了基础。     

带静电斥力弹性杆的Cosserat方程及其数值模拟

根据牛顿动力学定律,导出弹性杆的Cosserat方程,引入欧拉参数将方程组化为方便数值计算的分量表达形式.导出弹性杆的静电斥力的数值表达式,进一步导出带静电斥力的弹性杆的Cosserat方程.最后利用数值方法进行数值模拟.     

锭子弹性支承刚度对其不平衡响应的影响

将锭子分解为锭杆和支承两个子结构，采用传递矩阵法导出锭杆的不平衡响应动力学方程，运用动态子结构方法分析计算了一种双弹性支承纺纱锭子的不平衡响应，作出了用于锭子弹性支承优化设计的锭子的不平衡响应与支承动刚度参数关系曲面。     

压杆内力与频率关系的有限元法分析

采用三次函数作为压杆单元的位移函数,基于能量变分原理,构造了一种可以考虑初始内力及边界条件的压杆单元.采用该单元导出了可以充分考虑各种边界条件和变截面影响的有限元振动频率方程,由此可得到压杆的内力与频率的对应关系,并由ω=0,解得其临界值.采用Matlab软件编制了相应的内力及临界值计算的有限元程序.在此基础上,分析了压杆的边界条件,以及孔洞率等因素对频率计算的影响.     

弹性细杆静力学的薛定谔粒子波动比拟

研究弹性细杆静力学的薛定谔粒子波动比拟。类似于Kirchhoff动力学比拟,依据弹性细杆曲率平衡微分方程与一维定态非线性薛定谔方程数学形式的相似性,给出两者的动力学比拟关系,称为Schr?dinger粒子波动比拟。基于比拟关系,给出弹性细杆方程的Jacobi椭圆函数解,并画出此解所描述的弹性细杆的空间位形。Schr?dinger粒子波动比拟建立了波函数的量子态与弹性细杆的几何构型的对应关系,给予波函数的量子态直观的几何图像,为弹性细杆方程的求解提供了新的途径。     

锥形喷气涡流加捻器的理论研究

针对一种利用气流进行加捻的锥形涡流场纺纱加捻器,采用计算流体动力学(CFD)技术进行理论分析,研究喷射气流经喷孔后在加捻器内形成的三维旋转涡流场的运动规律.结果表明:涡流腔内气流的切向速度分量分布符合旋转气流理论;加捻器内部静压呈U形分布规律.通过观察所纺纱线外观可以发现,涡流场的气流对纱体具有一定的加捻效果.     

高速压缩空气对纤维分离的研究与应用

对纤维在喷嘴中产生的喷气流场中的受力和运动情况作了理论分析和推导,探索了利用高速压缩气流来分离纤维的可能性,在此基础上提出了一种新的纺纱方法——喷气自由端纺纱,并设计了纺纱装置进行纺纱实验,结果表明,这种方法纺出的纱具有一般自由端成纱的结构,且本方法利用高速气流来形成自由端和加捻成纱,不损伤纤维.     

喷气纺纱条动态气圈的转速与成纱强力的关系

喷气纺纱是利用旋转气流作用推动纱条形成气圈运动,使头端自由纤维加捻成纱。本文采用本组研制的纱条气圈转速仪对喷气纺纱纱条动态气圈的转速进行了测试,并就改变加捻成纱过程中的第一喷嘴和第二喷嘴的气圈转速,探讨其与成纱强力的关系。     

超细长弹性杆的动力学模型及动力学方程解的存在性

在kirchhoff弹性杆理论框架下,考虑可以扭转、弯曲、剪切、拉伸并受到内力作用的弹性杆模型.在截面主轴坐标系下,建立了利用剪切拉伸向量描述的运动弹性杆的动力学模型;根据Doliwa和Santin提出的曲线运动方程的可解性理论,利用Lax方程可解性,分析了该动力学模型解的存在性,为对这一类动力学方程进行数值求解和数值模拟提供了理论依据.     

纱线动态加捻的理论研究 第二部分:对一些理想加捻过程的分析

在前文即第一部分中已推导了动态加捻的基本方程和捻度的波动方程,并讨论了它们的动力学特征。在这一部分中则将利用上述基本方程和结论,分析一些典型理想加捻过程,包括加捻的过渡过程以及传统纺纱和自由端纺纱的稳态加捻问题。     

粘弹性波导吸振器中能量导出杆的动力学模型

为了解决波导吸振器中粘弹性能量耗散器与振源之间的能量传输及阻抗匹配问题,提出了能量导出杆这一设想,并建立了等截面及变截面能量导出杆的动力学模型。通过对其进行动力学分析,导出了能量导出杆传输能量能力与所选材料、结构,波的频率、负载情况等之间的关系方程,定量地讨论了在振源与粘弹性能量耗散器之间加入能量导出杆后,其界面处的能量反射情况。仿真结果表明,选用剪切模量与密度乘积越小的弹性材料制作能量导出杆,能     

弹性力学基本方程弱形式

弹性力学基本方程正确的弱形式将是有限元分析的基础.如直接从基本方程出发,由于其整个方程可以有正负号的差异,往往得不到正确的弱形式.因此从泛函分析的角度出发,基于共轭空间的概念和泛函分析的基本定理准确地给出了弹性力学基本方程的弱形式;给出了连续介质在位移或物理常数间断面上的条件.将三维空间的弹性力学动力学方程,理解为定义在四维空间域上的运动方程,导出了弹性力学动力学方程的弱形式,在此基础上推导出了与Hamilton变分原理同样的结果.     

基于惯性理论的膜结构充气过程计算机仿真

运用杆件惯性的概念对充气膜结构的充气过程进行模拟.考虑到充气膜结构的截面特征,将膜截面简化为由有限个杆单元铰接而成的机构模型.为了确定机构模型的所有结点的运动情况,将每根杆的两端未知力作为总动力方程的未知量,利用动力学中杆单元的运动规律并结合整个机构的运动协调条件,得到简化机构模型的总的动力方程,求解此矩阵方程从而获得各个结点的位置和模型的实时运动状态,进而可以实现对充气膜结构的整个充气过程的计算机仿真.     

考虑弯曲位移影响的解析型压杆单元构造

利用解析形函数构造了压杆单元,可用于求解压杆稳定问题.基于考虑二阶效应影响的压杆微分平衡方程,得到以节点位移表示的压杆位移形函数,利用能量法和解析形函数得到压杆单元势能泛函表达式.对压杆单元势能泛函变分,确定了考虑弯曲位移影响的压杆单元弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵.为检验解析型压杆单元的精度,将提出的方法与插值形函数法和直接刚度法进行对比,结果表明:提出的解析型压杆单元具有较高的计算精度和效率.     

柔性多体系统接触碰撞动力学研究

用有限元方法对柔性系统的接触碰撞问题进行了数值仿真计算．以柔性杆与刚块纵向碰撞为例，建立了接触碰撞动力学模型，利用有限元方法建立了接触碰撞期间的动力学方程．通过对不同的参数进行大量的数值仿真，结果表明，有限元方法能够仿真在接触碰撞期间的柔性杆纵向振动的弹性波，碰撞力时间响应的数值解与解析解吻合较好．     

柔性预应力索杆钢结构张拉过程跟踪计算方法

柔性的预应力索杆钢结构在张拉过程中，构件同时发生刚体运动和弹性变形，这一问题不能用传统的有限元方法来求解．基于柔性多体系统动力学，建立了一种索杆单元的动力学模型，同时考虑了构件的刚体运动与弹性变形，推导了相应的运动学方程、几何约束方程和动力学控制方程．该方法可以对张拉全过程进行跟踪，找到结构的运动稳定路径和最终的静平衡构形，计算出构件内力的连续变化过程．数值算例表明该方法实用有效，计算精度高．     

粘弹性波导吸振器中能量导出杆的动力学模型

为了解决波导吸振器中粘弹性能量耗散器与振源之间的能量传输及阻抗匹配问题,提出了能量导出杆这一设想,并建立了等截面及变截面能量导出杆的动力学模型．通过对其进行动力学分析,导出了能量导出杆传输能量能力与所选材料、结构、波的频率、负载情况等之间的关系方程,定量地讨论了在振源与粘弹性能量耗散器之间加入能量导出杆后,其界面处的能量反射情况．仿真结果表明,选用剪切模量与密度乘积越小的弹性材料制作能量导出杆,能量传输效果越好;对高频振噪的传输效果优于低频振噪;另外,通过调节能量导出杆的长度,使减振系统进入共振状态,可对特定频率的振噪达到理想的减振效果．     

带转动弹簧的杆单元平面钢结构弹塑性时程分析

用两端带转动弹簧的杆单元代替一般的杆单元,提出了一种新的平面杆系钢结构动力弹塑性时程分析计算模型.根据梁柱半刚性连接的力学模型,提出了该类型连接在地震荷载作用下的恢复力模型.采用虚功原理,通过对单元转角 - 位移方程的修正,推导了这种计算模型的单元质量矩阵和刚度矩阵.采用Wilson - 数值积分算法,进行了结构弹塑性时程分析计算,并编制了相应的分析计算程序.用此程序分析了连接的半刚性在罕遇地震作用下对钢框架结构动力性能的影响,并与有限元结果进行了比较.算例结果表明:连接的半刚性对结构动力性能的影响非常大,设计中应该考虑连接的半刚性影响.