分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 提出了一种装配式梁柱节点新形式,带悬臂梁段的框架柱与框架梁进行拼接,通过L形角钢进行节点加强,形成全螺栓装配式节点。为研究该节点的力学性能,以前期试验作为研究基础,对带悬臂梁段拼接的装配式新型梁柱节点采用ABAQUS软件进行参数分析。首先建立装配式梁柱节点的足尺试验模型,与试验结果进行对比验证; 然后,对带悬臂梁段拼接节点进行参数化分析并且考虑加劲肋数量、横板厚度、耳板厚度、L形角钢长度和翼缘螺栓数量的因素,得到不同参数下节点的力学性能。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 由于螺栓结构中存在复杂的微观特征,数值模型中无法避免的会引入不确定性。针对螺栓设计中参数不确定性量化问题,一种基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构随机模型更新方法被提出。首先考虑高阶剩余模态的影响,推导了适用于螺栓组合结构弹性交界面的高精度模态综合法; 之后,在贝叶斯推理框架下,通过组合结构的自振频率和振型的概率分布,建立螺栓连接参数的后验概率密度函数,并借助DRAM(delayed rejection adaptive metropolis)抽样方法量化参数的不确定性。数值算例表明,针对各子结构之间自振频率差别较大的结构,与模态综合法相比,本研究方法在较少子结构模态参与的情形下,也可以保证良好的模型更新结果。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究节理角度和不同围压作用下的充填节理岩石的动态力学特性和应力波传播规律,利用改造后的动静组合加载霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,对充填节理厚度为8 mm的砂岩试样进行冲击试验,研究不同围压等级(0、4、6和8 MPa)和不同节理倾角(0°、15°、30°、45°)下充填节理试样的动态力学特性和应力波传播的规律,采用应力波斜射理论并进行验证。试验结果表明:①完整砂岩的反射波幅值最小,以0 MPa为例,反射波幅值从0.194×10-3增长到0.299×10-3,与倾角成正相关,透射波幅值与倾角成负相关,且从0.169×10-3减小到0.053×10-3; 以0°为例,反射波幅值与围压呈负相关,且从0.194×10-3减小到0.074×10-3,透射波幅值相反从0.169×10-3增长到0.257×10-3; ②在冲击动载作用下,一定程度围压可以起到限制变形,抑制胶结面分离,提高承载能力; 节理倾角越大的充填节理产生的变形越大,承载状态越差; ③倾角试件随着围压增大反射能力降低,透射能力提高,0°倾角试件的反射系数从0.603减小到0.147,透射系数从0.569均匀增加到0.789,围压试件随着倾角的增大反射能力增大,透射能力降低与理论分析规律一致; ④节理倾角与试样吸收能密度呈负相关,围压与试样吸收能密度呈正相关,与围压作用下的透反射规律一致。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为获得满足规范要求的拟合楼层反应谱的三向地震动时程,采用六阶常微分方程的本征函数为基函数,分解并重构天然地震动时程; 通过构建影响矩阵,迭代计算逐步调整本征函数的幅值系数,最终实现预设拟合精度; 引入正交化方法保证三向地震动时程两两之间的统计独立性,并通过两组算例提供验证。研究结果表明,迭代所得时程反应谱与目标楼层反应谱的拟合精度较高,迭代过程中时程反应谱均匀一致地向目标谱逼近,迭代过程收敛,所得三向地震动时程均无零飘现象,满足规范要求。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 旨在研究热-力-电载荷下弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动。首先,建立弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳动力学模型; 然后,应用三阶剪切变形壳体理论和修正的偶应力理论,推出弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳模态频率的解析解; 最后,通过数值算例分析了微圆柱壳模态频率的影响因素。结果表明:Pasternak弹性支撑比Winkler弹性支撑更有利于提高微圆柱壳的模态频率; 改变弹性支撑的刚度系数、轴向力、外加电压、孔隙分布、材料体积分数指数和结构尺寸可调节微圆柱壳的模态频率; 孔隙体积分数越大,温度或轴向力对模态频率的影响越大,而电压对模态频率的影响则越小; 不同材料指数下,增大孔隙体积分数对模态频率的影响趋势不同; 弹性支撑会减弱温度、轴向力和电压对模态频率的影响,对薄圆柱壳或短圆柱壳模态频率的影响较为显著。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 输变电塔体系遭受风雨耦合作用破坏时常将原因归于风荷载,忽略了雨荷载耦合激励的放大效应。针对某输电线路“一塔两线”体系模型,以数值方法模拟良态风雨场与湿下击暴流场的风雨时程荷载,分别对塔线体系进行动力响应分析,结果表明:降雨对输电塔线体系的响应,具有显著影响,随着雨强变大,塔线体系响应增大明显; 在极值降雨条件下,湿下击暴流场塔顶位移增幅最大,在X向和Y向分别达到31.30%和33.93%; 两种风雨场中塔顶位移及加速度功率谱密度均出现明显增幅,体系共振响应增强,塔身关键位置主材应力分别增大了11.64%、37.07%; 在不同类风场中,强降雨时雨滴冲击对塔线体系产生的激励增大作用不可忽略。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 构建了覆水峡谷-丘陵复合地貌的地震差动模拟所需的相干函数模型。首先,提出并推导得到了考虑土体滤波效应和竖向距离的覆水峡谷-丘陵复合地貌相干函数模型表达式; 探讨并阐述了相干性变化的规律特征及其物理本质。然后,基于新相干模型和传递函数构建地下功率谱矩阵,生成地下多点地震动; 通过功率谱及相干函数拟合验证了模拟结果的科学性与合理性; 对比分析了本研究提出的相干函数模型对多点地震动空间变异性的影响。最后,以一座连续刚构桥为例,探讨了新相干函数模型对结构地震差动响应的影响。结果表明:基于新相干函数模型的多点地震动相干性降低,各点地震动的空间变异性增大,进而加剧了结构各支承点运动的不同步性,最终导致结构地震差动响应增大。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对现有鳍条效应软体手指建模分析方法难以兼顾高精度与小运算量的问题,本研究以课题组设计的苹果采摘软体机械手为对象,在观察软体手指变形的基础上,提出将鳍条效应软体手指等效为串连铰链四杆机构; 运用虚功原理推导了给定变形状态下软体手指各处接触力与驱动力矩计算方法; 提出用线弹性扭簧模型描述变形恢复力矩,利用改进的粒子群算法求解各级四杆机构扭簧劲度系数; 基于有限元模型,结合二次开发建立了给定关节转角和充气压力下驱动力矩的BP神经网络静态模型。搭建试验平台对3个不同大小的仿真苹果在3个不同高度位置下进行抓取力测量试验。试验结果表明,所建立的力学模型计算抓取力相对误差绝对值小于8.6%,与有限元模型精度相当; 驱动力矩测量试验结果表明关节神经网络模型计算值与测量值变化趋势相同,相对误差小于12.7%。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 应用低阻抗分离式霍普金森压杆和拉杆试验装置开展了聚脲材料动态力学性能的试验研究。分别开展了聚脲8380材料常温条件(T=18 ℃)下的动态压缩和动态拉伸试验,以及高温(50、80 ℃)和低温(-40、-20 ℃)条件下的动态压缩试验,研究了该种材料的动态压缩和动态拉伸性能,并研究了应变率和温度对材料动态力学性能的影响规律。研究结果表明:在不同温度下,聚脲8380材料的动态力学性能均呈现出显著的应变率效应; 随着加载应变率的增大,材料的强度、变形能力和耗能能力均有不同程度的提升; 聚脲8380材料的动态力学性能具有明显的温度相关性,高温和低温条件下材料的动态压缩性能呈现出不同的变化规律; 高温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能发生劣化,其动态抗压强度较常温条件下有较大幅度的降低,随着温度的升高,材料的动态抗压强度降低; 低温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能有显著的改善与提升,其动态抗压强度和耗能能力较常温条件下有大幅度的提高,随着温度的降低,材料的动态抗压强度提高。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为获得大阻尼复合材料结构,开展了共固化多层阻尼膜夹嵌复合材料梁的动力学性能研究。基于一阶剪切变形理论和Hamilton原理,提出并推导了该结构的动力学方程,运用变分原理和伽辽金法求解了,在固支边界条件下的自由振动特性理论解,通过仿真和试验对理论可行性进行了验证,揭示了参数变化对一阶固有频率和阻尼比的影响,为多层阻尼膜在复合材料结构中的优化设计提供了理论依据。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 以二维二轴编织的SiC/SiC复合编织管为研究对象,研究其抗热冲击性能及失效机理。自主搭建了基于石英灯辐照加热的循环热冲击试验平台,基于该平台开展了SiC/SiC复合编织管的循环热冲击试验考核,并对循环热冲击后的复合编织管进行了径向压缩测试,探究了复合编织管力学性能与破坏机理,拟合得到了热冲击强度退化经验公式。研究结果表明,搭建的循环热冲击试验平台能够模拟快速升降温的实际服役环境,最高升温、降温速率在试验过程中分别可达约40、60 ℃/s。随着热冲击循环次数的增加,SiC/SiC复合编织管环向拉伸强度下降,且降幅随之增大。热冲击产生的热应力导致纤维周围的基体产生微裂纹,弱化了纤维束与基体之间的连接,这是复合编织管强度降低的原因之一。拟合的强度退化经验公式能够准确描述强度退化规律,可以满足工程应用需求。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 超声滚压(ultrasonic surface rolling,USR)技术结合高能冲击和静载滚压的特点,处理后工件具有表面光洁度高、变形层深、残余压应力大和晶粒细化明显等优势; 可通过适当的工艺参数设计,极大提高金属材料的疲劳强度,因而在制造业得到了广泛应用。自该技术应用至今,国内外学者做了大量有关USR工艺及性能方面的研究,并在多种重要金属材料及关键零部件中应用。截至目前,关于USR工艺参数对材料表面完整性和疲劳性能的研究,比较零散,缺乏系统总结。研究首先简要介绍了USR的工作原理和可控性; 然后总结了不同USR工艺参数诱导的残余应力和微观组织,以及残余应力在疲劳加载过程中的释放规律; 分析了不同工艺USR诱导的表面完整性对疲劳性能的影响及其潜在机理; 阐述了与USR相关的复合强化方法的最新进展,并展望了USR金属材料的应用前景。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在弹性空腔结构上敷设被动约束层阻尼(passive constraint layer damping,PCLD)可达到减振降噪的效果,针对这类复杂结构建立了二维复合弹性空腔的边光滑有限元耦合动力学模型。其中,PCLD结构采用两节点四自由度的PCLD梁单元,声场采用边光滑有限元模型。以二维全敷设复合矩形空腔模型为数值算例,以精细网格下的有限元法结果作为参考解,对比研究了在相同背景网格下,边光滑有限元法和有限元法的频响结果,发现前者更接近参考解,说明同样的计算成本下,边光滑有限元法具有更高的精确性,特别是在中频计算中。最后,分析了PCLD结构对某汽车驾驶舱的降噪效果,以及黏弹层和约束层厚度参数的影响规律,发现黏弹层厚度增大,可一定程度上降低空腔噪声,而约束层厚度增大,并不能在整个频段得到很好的降噪效果。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在建立弹性支撑功能梯度薄壁微圆柱壳模型的基础上,基于修正的偶应力理论和一阶剪切变形理论,推导了微圆柱壳的模态频率方程,讨论了弹性支撑、尺寸效应、温度梯度、材料组分指数、孔隙以及几何尺寸等参数对微圆柱壳模态频率的影响。结果表明:微尺度下,弹性刚度系数在0～105N/m3范围内对微圆柱壳的模态频率基本无影响,剪切刚度系数在0～5104N/m范围内对模态频率的影响较大,且增大剪切刚度系数有益于提高微圆柱壳的模态频率; 由修正的偶应力理论得到的模态频率大于由经典连续体理论得到的模态频率; 在弹性支撑和尺寸效应有无考虑的4种组合下,模态频率随温度梯度和微圆柱壳长度的增大而减小,随陶瓷体积分数指数的增大而增大,随孔隙体积分数和微圆柱壳厚度的变化规律不同; 温度梯度对考虑尺寸效应或弹性基础的微圆柱壳模态频率影响较大,而孔隙调节具弹性支撑微圆柱壳的模态频率尤其显著。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 外壁温度高于内壁温度的水平同心圆柱环形结构因具有良好的隔热效果,在工程上得到了广泛的应用,而水平同心圆柱环形结构的隔热降温效果受环内流体流动换热影响大,且目前缺乏外壁温度高于内壁温度的水平同心圆柱环内自然对流换热特性研究,因此针对外壁温度高于内壁温度的水平同心圆柱环形结构,数值模拟研究了普朗特数为0.7情况下间隙比(内圆直径与环间距之比,即)在0.1～14以及瑞利数在103～107时环内自然对流流动模式与传热。使用流线和等温线分别表示出计算的流动模式和温度场,并研究了间隙比和瑞利数对圆柱环内壁面的平均努谢尔特数的影响。研究发现:在低瑞利数时整个间隙比范围内都存在稳定的月牙形流型,此外还观察到4种不同的流动模式,即二维漏斗振荡流、三维螺旋流、二维多涡流、二维多涡振荡流。这4种流动模式在较高的瑞利数时出现,具体取决于间隙比。根据流动模式的分布特征,整个间隙比可分为3部分,即宽间隙(=0.1～2)、中等间隙(=2～8)和窄间隙(=8～14),给出了不同间隙比范围内环内壁面平均努谢尔特数与间隙比和瑞利数的相关方程,其相关系数(R2)大于0.990 2。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2023-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于对仿生生物的相关理论研究,提取了鲨鱼的菱形表面和蜣螂体表的凹坑特征,设计了复合结构耦合仿生风扇。为了研究仿生复合结构对发动机冷却风扇气动性能和噪声的影响,建立了与试验台相对应的CFD仿真模型,给出了风扇气动性能和噪声的计算方法,并将两款风扇的计算值进行对比。结果表明,在大流量区间内,复合结构耦合仿生风扇的做功能力有显著提升,静压提高了13.11%,功率降低了6.01%。且仿生复合结构能够将其附近杂乱无章的大涡流割裂成无数的小涡流,减少了相互无规则碰撞产生的涡流噪声。同时,也可以将A计权声压级峰值调配至两侧频率段内,以达到降噪的目的,噪声值减小了1.38 dB。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2023-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 扩展有限元法通过在间断区域引入富集函数,在处理强弱不连续问题上较有限元法有极大的优势。本研究给出了基于扩展有限元法的双材料界面裂纹位移逼近方程及相互作用积分的数值离散方法和单元刚度矩阵的积分策略,材料界面弱不连续性用改进扩展有限元模拟,裂纹贯穿部分用强不连续的Heaviside函数模拟,裂纹尖端分别用2种不同渐近裂纹尖端富集函数模拟,用Matlab编制相应的扩展有限元程序。算例表明,数值模拟结果和参考文献的结果拟合的较好。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2023-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了探究单层柱面网壳结构受冲击作用下的动态响应,验证有限质点法模拟网壳结构冲击动态响应的准确性,建立了7个冲击工况的有限质点法模型,采用以对称罚函数为基础的双球碰撞模型为冲击模型,根据能量守恒定律确定冲击模型中碰撞刚度系数,引入Cowper-Symonds本构模型,获取结构动力响应,并将模拟结果与试验结果对比。结果表明:1)有限质点法得到的冲击力时程变化曲线与试验结果相近; 2)由于未考虑结构损伤因素,有限质点法所得节点位移略小于试验值,但所获得的结构失稳动量与试验一致; 3)冲击产生的网壳应变能更易沿着网壳斜杆传递,同时冲击区杆件,刚度较大区域如支座附近的杆件为结构的主要受力构件。有限质点法可以较为准确的判断单层柱面网壳结构受冲击作用的动态响应,可为提高相关结构抗冲击性能提供理论依据。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2023-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对复杂的螺旋钢丝绞缆结构力学响应问题,建立了考虑局部接触变形的17结构三维绞缆离散元模型。首先,通过球体间黏结模型和连续体离散化方法将单根连续的钢丝离散为多个互相接触的球体; 然后,通过螺旋线方程和旋转矩阵,构建了钢丝绞缆17结构的三维离散元数值模型,并与经典实验结果进行了对比验证; 最后,通过构建的17结构的钢丝绞缆离散元模型分析了不同螺旋角对钢丝绞缆力学行为的影响。结果表明,螺旋角的增大会增加钢丝绞缆的等效杨氏模量和外层钢丝的轴向变形,降低外层钢丝和中心钢丝间的接触力。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2023-12-15 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 结合多稳态结构的跳变特性和形状记忆智能材料,提出了一种基于多稳态结构的智能可调表面设计。首先,研究了双稳态余弦梁单胞的机械驱动跳变行为; 其次,将形状记忆聚合物材料引入余弦梁单胞,实现了智能驱动双稳态结构的跳变,并研究了余弦梁支座厚度对结构跳变行为的影响; 基于余弦梁单胞设计了马鞍形余弦梁单胞,通过调控支座厚度,影响单胞的形状记忆跳变成功与否; 基于像素成像思想,结合马鞍形余弦梁结构单胞的可调形状记忆跳变特性,实现了可定制表面的设计策略; 最后,通过有限元仿真分析验证了HIT和力智能可调表面的设计有效性。
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