某型包装机推手机构刚柔耦合系统动力学研究

高速状态下,柔性较小的零件作为纯刚体进行计算,其结果与实际情况有偏差.基于刚柔耦合系统动力学理论,采用有限元方法和模态综合叠加法,将刚度较小的零部件柔性化,建立某型包装机推手机构的刚柔耦合系统动力学模型.基于该模型,计算推包和折边时长臂推手的动态应力,并与ABAQUS中计算结果比较,二者基本吻合,验证了基于刚柔耦合系统动力学理论计算动态应力方法的正确性.对比研究推手机构的多刚体计算模型与刚柔耦合系统动力学模型,表明柔性长臂推手变形会引起一定的位置偏差,验证了在高速状态下该机构刚柔耦合系统动力学模型的计算结果更为准确.     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

游梁式抽油机悬点负载耦合动力学建模

建立了描述游梁式抽油机悬点负载动态特性的耦合动力学模型.采用多自由度的弹簧-质量-阻尼器机械动力学系统描述抽油杆柱振动特性.综合考虑有杆泵抽汲过程中泵腔内气体可压缩性、泵腔压力变化、泵阀局部阻力等因素的影响,建立了泵腔压力、进泵流体流量、泵腔内液体体积与柱塞运动之间相互关系的数学模型,得到一组描述有杆泵动态抽汲过程的新模型,确定了求解抽油杆柱振动模型的井下边界条件.采用时步有限元方法对所建杆-泵耦合动力学模型进行仿真计算.油田现场应用表明,所建模型具有较高精度,可用于抽油井负荷、泵效、扭矩和平衡度等工况参数预测及故障诊断.     

地壳演化过程中的滑脱构造—运动学和动力学型

滑脱构造是地壳内广泛发育的一种构造现象,它的形成与演化过程贯穿在地壳演化的整个过程之中。本文就滑脱构造的演化过程及动力学,运动学机制进行了初步探讨,并提出了二个可能的演化模式和二个理论模型—前陆褶皱带滑脱构造的运动学模型与壳内低速层中反向流导致的大规模滑脱构造的动力学模型。     

石灰岩损伤演化的断裂力学模型及耦合方程

采用断裂力学方法分析裂纹起裂条件 ,建立腐蚀损伤岩体水力 (劈裂 )损伤的演化方程 .水化损伤的演化用矩(碟 )形板模型表示 ,用化学动力学的方法———PWP(Plummer Wigley Parkhurst)方程推导出水化损伤的演化方程 ,在此基础上 ,通过拉剪状态下水化 -水力耦合损伤演化模型 ,建立了水化 -水力耦合损伤演化方程 ,并结合工程实例将其用于耦合损伤条件下应力强度因子和渗透张量的计算     

考虑材料阻尼的平动柔性梁动力学建模与仿真

利用Lagrange方程和粘弹性模型,建立了同时考虑构件变形和材料阻尼影响的平动柔性梁的动力学方程.描述构件变形时采用一次耦合动力学模型,在纵向变形中考虑了横向变形产生的耦合效果.通过算例仿真了同时考虑构件变形和材料阻尼影响的平动柔性梁的动力学响应.     

地壳演化和变形的非线性动力学:2新疆阿尔泰造山带研究

阿尔泰造山带主要形成于晚泥盆世至早二叠世的主造山期，为一冲断—推覆—滑脱的造山作用、综合考虑多因素和多过程的非线性耦合与反馈作用对阿尔泰地区的造山与变形作用过程进行了数值模拟，模拟结果表明，该区造山变形作用是一个非线性动力学过程．在造山期的应力和变形演化是非线性的，并表现为应力的空间非均匀分布和进一步的变形强度的空间差异、变形岩石的变质作用是非线性的并导致变质岩石的空间非均匀分布．岩浆的侵入对造山变形有重要影响，同时也是导致区域非线性变形的重要地质过程和因素。     

基于机器学习的界面多相催化效应动力学蒙特卡罗模化

高焓气动环境表面多相催化效应对高超声速飞行器气动热有显著影响,对该效应多尺度特征的表征建模是飞行器热防护系统轻量化、低冗余设计的重要前提.采用动力学蒙特卡罗方法,建立了可用于宏观流场计算的界面多相催化介观模型,并通过径向基函数神经网络算法,训练形成了基于机器学习的吸附演化动力学精确解析的界面多相催化代理模型,实现了催化复合系数的快速精准预测.研究表明,基于机器学习的界面催化代理模型获得的复合系数预测值与动力学蒙特卡罗方法相一致,同时计算时间大幅缩短至常规宏观方法耗时.通过与宏观非平衡流场求解器耦合,所建立的界面催化模型可快速获得多尺度界面多相催化效应下的表面气动加热热流.基于机器学习方法对微细尺度的计算结果进行模化并用于宏观计算,在解析界面多相反应演化动力学的同时,提升了计算效率,为工程适用的飞行器复杂高温效应跨尺度建模提供了理论依据.     

大范围运动柔性梁的连续力法撞击动力学分析

该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题.采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程.采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型,导出柔性梁含碰撞的动力学方程.文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的柔性梁的动力学进行了探讨.     

耦合箱体振动的行星齿轮传动系统动态响应分析

为获得准确的行星齿轮传动系统动态响应进行精确产品设计,文中建立了耦合箱体振动的2K-H行星传动系统动力学模型.将整个行星传动系统分为传动部分与箱体结构两部分,对传动部分采用集中质量模型而对箱体结构采用有限元法建模,然后根据子结构方法将箱体模型转换到轴承支撑的连接节点,并与传动部分通过界面协调条件进行耦合.文中还引入了时变的啮合刚度、综合啮合误差激励,从而获得了一个时变的、多自由度耦合行星齿轮传动系统动力学模型.耦合箱体前、后的系统动力学分析结果表明:箱体结构的耦合作用使行星传动系统的啮合力与支承力均有较大程度的降低;在系统参数不变的情况下,输入转速变化使啮合力和支承力呈不同趋势变化;有必要进行精确的动力学建模与分析,以实现优化的传动系统轻量化和可靠性设计.     

The effect of energy feedbacks on continental strength

The classical strength profile of continents is derived from a quasi-static view of their rheological response to stress--one that does not consider dynamic interactions between brittle and ductile layers. Such interactions result in complexities of failure in the brittle-ductile transition and the need to couple energy to understand strain localization. Here we investigate continental deformation by solving the fully coupled energy, momentum and continuum equations. We show that this approach produces unexpected feedback processes, leading to a significantly weaker dynamic strength evolution. In our model, stress localization focused on the brittle-ductile transition leads to the spontaneous development of mid-crustal detachment faults immediately above the strongest crustal layer. We also find that an additional decoupling layer forms between the lower crust and mantle. Our results explain the development of decoupling layers that are observed to accommodate hundreds of kilometres of horizontal motions during continental deformation.     

基于元胞自动机的30CrMo钢动态再结晶组织演变规律研究

根据30CrMo钢的热模拟实验数据,建立了基于动态再结晶物理机制的位错密度、形核率及晶粒长大模型,并采用元胞自动机(CA)方法模拟了30CrMo钢在不同温度及应变速率下的微观组织演变规律。结果显示,通过CA方法模拟得到30CrMo钢的流变应力曲线及平均晶粒尺寸均与实验值吻合较好,所建模型的有效性和准确性得到验证。当应变速率一定时,变形温度越高越利于动态再结晶的充分进行,稳态下晶粒尺寸相对较大;而当变形温度一定时,高应变速率条件下材料的形核率较大,再结晶晶粒较细小。     

Numerical Simulation for Arc Windshields of Aircrafts Subjected to Bird Impact

A finite element model including full-scale circular arc windshield glass and the relative parts of the military plane is established in this paper. The model is analyzed by using an explicit element code LS-DYNA3D for analyzing the nonlinear dynamic response of structures. The data in aspects of displacement, strain, stress and contact force in the process of deformation are obtained. The deformation and failure mechanism of circular arc windshield glass are discussed. The possible location at which failure may take place is given. The valuable data are provided for designing,researching and producing new windshields with high crashworthiness.     

压下率对42CrMo钢塑性成形与微结构演化的影响

以热物理模拟试验为基础,得到42CrMo钢发生动态再结晶的数学模型.采用热力耦合的弹塑性有限元法对42CrMo钢圆柱试样在形变温度为1 050℃、应变速率为0.1 s-1的热变形过程进行数值模拟,讨论该热变形过程中压下率对42CrMo钢试样应力/应变分布情况与微结构演化规律的影响.模拟结果表明:在热变形过程中,试样各部位变形不均匀,试样心部的等效应变最大,且变形不均匀性随着压下率增加先增大,然后趋于稳定;试样各部位的等效应力分布不均匀,其最大值一般位于心部大变形区与自由变形区和粘着区的交界处,平均等效应力在压下率约为20%时达到峰值;由于变形的不均匀性导致了动态再结晶的不等时性,动态再结晶首先发生在心部大变形区,然后,向自由变形区和粘着区延伸,而且该条件下动态再结晶临界应变约为20%;试样心部等大变形区的动态再结晶晶粒较细,而粘着区等小变形区的动态再结晶晶粒较粗大,随着压下率的增大,动态再结晶晶粒继续长大.     

压缩荷载作用下脆性岩石弹塑性损伤耦合本构模型研究

在压应力作用下,岩石的塑性变形和损伤演化是相互耦合的。在热动力学基本框架下,建立了一个用于描述在压缩荷载作用下脆性岩石非线性力学行为的弹塑性损伤耦合模型。模型采用基于Drucker-Prager线性屈服准则,并同时考虑损伤软化效应的函数作为加载函数。此外,为反映岩石在压应力作用下体积变形从压缩到膨胀的转化过程,引入非关联的塑性流动方程。基于已有的损伤理论,建立含有塑性剪切应变的损伤准则。通过联立屈服准则和损伤准则的一致性条件,建立塑性和损伤发展的耦合关系。运用建立的模型对不同围压下大岗山辉绿岩的常规三轴压缩试验进行模拟。模拟结果和试验数据具有较好的一致性,表明了模型的合理性和有效性。     

Short-lived orogenic cycles and the eclogitization of cold crust by spasmodic hot fluids

Collision tectonics and the associated transformation of continental crust to high-pressure rocks (eclogites) are generally well-understood processes, but important contradictions remain between tectonothermal models and petrological-isotopic data obtained from such rocks. Here we use 40Ar-39Ar data coupled with a thermal model to constrain the time-integrated duration of an orogenic cycle (the burial and exhumation of a particular segment of the crust) to be less than 13 Myr. We also determine the total duration of associated metamorphic events to be approximately 20 kyr, and of individual heat pulses experienced by the rocks to be as short as 10 years. Such short timescales are indicative of rapid tectonic processes associated with catastrophic deformation events (earthquakes). Such events triggered transient heat advection by hot fluid along deformation (shear) zones, which cut relatively cool and dry subducted crust. In contrast to current thermal models that assume thermal equilibrium and invoke high ambient temperatures in the thickened crust, our non-steady-state cold-crust model satisfactorily explains several otherwise contradictory geological observations.     

基于几何精确桨叶模型的旋翼刚柔耦合建模

建立一种适合于多种直升机桨毂构型的高精度旋翼结构动力学模型。将几何精确桨叶模型集成到传统的旋翼刚柔耦合动力学模型中去,使得新模型既适用于全铰接式旋翼,又能对先进桨毂构型(无铰式或无轴承)桨叶精确建模。建模过程中不进行阶次截断,不作小量假设。采用有限变形下的Green应变表达式及几何精确的弹性变形运动几何学关系式,推导桨叶应变能、动能以及外载荷虚功。桨叶根部铰约束处的转角分别以三个独立刚体自由度与桨叶弹性变形自由度耦合,依据Hamilton作用量原理建立旋翼刚柔耦合动力学方程。大变形梁与铰接式旋翼桨叶算例验证了模型的有效性与高精度。     

轧制过程中不均匀变形分佈和温度分佈的数值解模型

本文基于“流动近似理论”,用差分法综合求解金属塑性变形粘性流动的力平衡方程、质量守恒及热平衡方程,从而得出轧制过程中金属各点不均匀变形、各点温度分佈的数值解预报模型。由于差分法计算时间大大小于有限元法的计算时间,因此提供了求解在线控制模型的可能性。     

800H合金热变形行为研究

通过高温单道次压缩实验,研究800H合金在变形温度850～1 050℃和应变速率0.01～10 s-1条件下的热变形行为和微观组织变化.根据单道次压缩实验数据,绘制了不同变形条件下的800H合金真应力-真应变曲线,通过非线性回归建立了流变应力数学模型;通过线性回归建立了不同温度区间内热变形本构方程.分析了热变形条件对合金微观组织的影响,结果表明:动态再结晶更有可能发生在低应变速率和高变形温度的变形条件下;当变形温度低于950℃时,沿晶界析出的Cr23C6粒子对动态再结晶的发生有一定的抑制作用.     

EH36船板钢的动态再结晶和变形抗力

通过单道次压缩热模拟实验,在MMS-200热模拟实验机上测定了EH36船板钢的应力-应变曲线,研究了变形温度、变形速率和应变对实验钢动态再结晶行为的影响,并建立了实验钢的动态再结晶/变形抗力模型.结果表明,变形温度越高,应变速率越低,应变量越大,越有利于动态再结晶的发生;计算出的动态再结晶激活能和变形抗力与实测值吻合良好,证明了模型的正确性.