碳纤维波纹管弯曲刚度的测量及有限元分析

飞轮存储动能正比于其转动惯量和角速度平方,使用碳纤维复合材料可有效提高转子线速度,而通过波纹管连接圆筒的多节式飞轮转子设计,不仅便于增大转动惯量,而且考虑到波纹管弯曲刚度对转子固有频率的影响,可实现在较低转速下过临界,增大工作转速范围。该文针对渐变铺层的碳纤维波纹管,通过轴向施力法测量其静态弯曲刚度,建立对应的有限元模型,计算不同载荷下线性和考虑几何非线性的弯曲刚度,并模拟不同下铺层的弯曲刚度。研究结果表明:波纹管弯曲刚度与载荷是非线性关系,载荷较大时测量值与理论值数量级一致,弯曲刚度随铺层数增多、轴向铺层比增加而增大,且受铺层次序影响。     

复合材料压杆的冲击屈曲

考虑剪切变形效应的复合材料层合压杆一端固定，而另一端以某一速度运动时的冲击屈曲．控制方程由有限差分法进行求解，并由Ｂ－Ｒ运动准则确定临界缩短量．分析了初始挠度、冲击速度、耦合刚度等因素对临界轴向缩短量的影响．     

半圆弧波纹管的计算──细环壳理论的应用

本大利用前文［２］所述细环壳的一般解计算了半圆弧波纹管在轴向力和内压作用下的变形和应力分布，并和 Ｃ． Ｅ． ＴＵＲＮＥＲ—Ｈ． ＦＯＲＤ（１９５７）的实验结果进行校核，证明即使在 ａ／Ｒ≈０．３时，细环壳理论仍基本可用。 本文根据计算结果，提出了有关刚度和应力的设计公式。     

波纹管抗扭刚度的计算

在钱伟长教授对旋转壳抗扭刚度的薄膜解的基础上,推导出U型和C型波纹管抗扭刚度的积分计算公式,指出相应EJMA标准计算公式的不足之处,给出相应的修正公式．选用波纹管试件,采用上述计算方法分别计算,并用有限元分析进行了验证．结果表明,采用积分法得到的抗扭刚度,与有限元分析结果几乎完全一致;采用EJMA标准计算的结果比前两者低很多;而其修正公式得到的结果与前两者较接近。     

预应力梁等效刚度与固有频率的近似解析解

预应力梁被广泛应用于微传感器和执行器中,其刚度、固有频率与预应力的关系是非常重要的物理关系.针对纯弯曲问题容易得到静态变形,而纯张力问题容易得到振动频率的特点,基于张力不影响弯曲振型和振型不影响张紧频率的假设,本文提出了高精度近似求解新方法,获得了两端简支、两端固定、一端固定一端简支三种典型边界条件下的等效刚度与固有频率的高精度近似解.与有限元分析结果相比,最大刚度相对误差为1.6%,频率相对误差为2.21%.本文研究为预应力梁的等效刚度和频率计算提供了一种简单有效的方法.     

一端固定、一端自由细长压杆临界压力的另一种推导

利用杆件微弯的曲率公式和面积向量法,求得一端固定、一端自由压杆的临界压力欧拉公式,为该约束条件下细长压杆的临界压力公式推导提供了另一种方法.     

一端固定、一端自由细长压杆临界压力的另一种推导

利用杆件微弯的曲率公式和面积向量法,求得一端固定、一端自由压杆的临界压力欧拉公式,为该约束条件下细长压杆的临界压力公式推导提供了另一种方法.     

迭代法在对称性中的应用

通过对迭代公式中转角分配系数的修正,使该公式同样适用于含一端固定一端定向支承杆件结构的杆端弯矩的求解.     

下端固接上端弹性支承变截面压杆的屈曲

变截面压杆由于其节省材料且具有良好的受力特性,故在起重机械、桥梁结构、飞机结构中被大量使用.利用贝塞尔函数分析了一端固定一端弹性支承的截顶圆锥体变截面压杆的屈曲,得到了弹性支承在不同弹性刚度下,上下端不同刚度的临界荷载.     

材料参数对输电杆塔基桩轴向振动的影响探讨

用复模态方法求解了输电杆塔基桩轴向振动的线性偏微分方程.得到了一端固定、另一端自由的线性粘弹性基桩轴向自由振动的振动模态和固有频率的精确解,并进行了算例分析,考察了材料参数的影响,对于输电杆塔桩基础的抗风、抗震设计有一定的指导意义.     

电磁振动给料机中多层板弹簧的刚度建模

多层板弹簧在工作中受到长期交变应力的作用。为了防止板弹簧疲劳折断、开裂,需要对其动力学特性及其刚度进行分析。本文在对多层板弹簧刚度建模的国内外研究现状进行分析总结的基础上,对振动系统中的多层板弹簧刚度与结构参数进行了研究,把多层板弹簧按两端完全紧固的梁来考虑,但是认为板弹簧变形时一端固定不动,而另一端相对于此端作平移运动,平移运动端只有挠度的变化而转角为零。同时在计算过程中,把此种结构的板弹簧视为一端固定而另一端受载荷作用的超静定悬臂梁,建立的超静定多层板弹簧的刚度模型和计算方法科学合理,具有一定的可行性。     

迭代法在对称性中的应用

通过对迭代公式中转角分配系数的修正 ,使该公式同样适用于含一端固定一端定向支承杆件结构的杆端弯矩的求解     

钢丝绳直线段有限元建模与分析

利用Patran软件设计了1×6钢丝绳直线段股和独立绳芯钢丝绳的有限元模型,利用Nastran进行了有限元分析,计算中考虑了一端固定、一端轴向旋转情况下钢丝绳的载荷与应变的关系和股内各钢丝分载荷情况.对比有限元分析结果、理论计算结果和实验结果发现,三者间误差均在容许范围内,验证了本文有限元模型的有效性.     

机械密封焊接波纹管波片的应力计算及分析

利用ANSYS有限元程序对机械密封焊接金属波纹管波纹膜片进行应力分析计算.通过实例求出由轴向变形力、薄膜应力和离心应力3种静态应力组合的总应力.结果表明:波纹管的应力主要由轴向位移载荷引起,应严格控制波纹管压缩量的大小;通过增加最大应力点所在圆弧的曲率半径来减小最大应力,提高膜片的使用寿命.     

定压预紧主轴轴向动态刚度特性研究

针对目前主轴动态刚度研究中存在的建模过程复杂、计算量大、忽略轴承受力分析的问题,结合理论建模及实验测试,系统研究了定压预紧主轴轴向动态刚度随轴向载荷的变化规律。基于球轴承轴向载荷与轴向变形的经验公式,建立了定压预紧主轴轴向动态刚度分析模型,理论推导出定压预紧主轴轴向动态刚度随轴向载荷的变化关系;设计了定压预紧主轴动态刚度测试实验,实现了对工作状态下主轴轴承位移量及相应轴向载荷的精确测试;求解了主轴的轴向动态刚度,并与仿真数据进行了对比。实验结果表明:在前轴承内外圈压紧方向,随着轴向力的增大,主轴的轴向刚度呈现增大趋势;在前轴承内外圈脱离方向,随着轴向力的增大,其主轴的轴向刚度先减小后趋于定值。实验结果验证了模型仿真的有效性和正确性。     

基于疲劳试验数据的风电叶片刚度退化分析

玻璃纤维复合材料风电叶片的刚度退化是叶片力学性能疲劳变化的重要体现,以叶片疲劳试验数据为依据,对叶片进行刚度退化分析.基于复合材料层合板的疲劳破坏机理,将叶片结构等效简化为一端固定一端自由的悬臂梁,基于悬臂梁模型建立叶片的应力-应变分析模型,通过对叶片的疲劳试验数据的处理,实现叶片疲劳试验下的刚度退化规律分析.结果表明:在疲劳试验中叶片承受了20 a设计寿命的等效疲劳振动次数后,尚未失效.同时在该疲劳试验过程中,薄弱纤维断裂与基体裂纹饱和引起了纤维排布的改变,导致了叶片疲劳过程中出现了刚度略微上升的现象.     

不同填土高度下钢波纹管变形与力学性状的数值分析

利用FLAC3D对填土高度1~10 m下的钢波纹管涵进行模拟,研究不同填土高度下钢波纹管的变形和力学性状.研究结果表明:钢波纹管顶部节点竖向位移最大值在路堤中心断面处,且当填土高度大于6 m时,竖向位移沿轴向逐渐减小趋势较为明显;填土高度小于6 m时,钢波纹管水平位移沿轴向变化较小;填土高度大于6 m时,水平位移变化较为复杂,出现两个拐点;同一填土高度下,钢波纹管路堤中心断面上半部分和下半部分60°~90°范围内弯曲应力较大,水平向弯曲应力最小,且上半部分与下半部分受力状态基本一致;路肩断面上半部分弯曲应力值基本不变,下半部分从0°~-90°范围内弯曲应力逐渐增大,且-60°~-90°范围内弯曲应力值较大,最大值出现在管底处;钢波纹管管顶轴向弯曲应力最小值出现在路肩断面处,最大值出现在路肩至管口范围内;当填土高度大于4 m时,水平节点轴向弯曲应力最大值出现在路肩至管口范围内;管底轴向弯曲应力最大值出现在路肩断面处.     

动力调谐陀螺挠性支承的刚度计算

动力调谐陀螺是一种新型陀螺,挠性支承是这种陀螺的核心部分,因此在设计支承系统时必须逆行精确的计算。由于这种支承结构形状奇特,通常采用数值法进行计算,但这种方法在理论分析上有其局限性且计算工作量很大。本文研完了这种支承系统的径向和轴向刚度的计算方法,并得出了计算支承的径向和轴向刚度的公式。同时,给出了这种支承的正弹性系数和挠性杆刚度的一些计算公式,以供工程设计应用。     

混合梁结合部格室-承压板协同作用机理

为揭示混合梁结合部格室与承压板协同作用机理,基于弹性连续介质层法,考虑钢与混凝土间滑移效应及承压板对混凝土的局部承压作用,建立了格室-后承压板式混合梁结合部的理论计算方法.并与有限元计算结果进行比较,探讨了结合部传力机理的影响因素.研究结果表明,钢板-混凝土板累计轴向变形的差异是导致最大相对滑移出现在远离承压板一端的主要原因;随着结合部长度的增长,连接件剪力最大值呈先增大后减小至某一固定值的变化趋势;增加连接件刚度不会引起其剪力的大幅增长,增加混凝土轴向刚度或者减小钢格室轴向刚度均可减小连接件剪力.     

Winkler地基悬臂梁在均布载荷作用下的非线性弯曲

研究了Winkler地基悬臂梁在均布载荷作用下的非线性弯曲问题.基于梁的大变形理论,考虑杆的轴向伸长,建立了受均布载荷作用下Winkler地基梁的几何非线性平衡方程.采用打靶法求解非线性两点边值问题,获得了一端固定一端自由梁在保守载荷作用下的大变形弯曲问题的数值解,给出了不同基床系数下梁的变形与载荷之间的特征曲线.