刚柔耦合定位平台结构-运动-控制一体化建模

针对微电子制造行业等领域中的长行程高精度定位问题,提出了一种刚柔耦合定位平台,并建立了其结构-运动-控制一体化动力学仿真模型。首先,根据刚柔耦合定位平台的结构特点对浮动坐标法进行修改,建立了简洁高效的动力学仿真模型。其次,结合动力学模型、3阶S型曲线和经典的PID控制方法建立了结构-运动-控制一体化仿真模型。最后,通过数值算例对仿真模型的有效性进行了验证。数值模拟结果显示,建立的结构-运动-控制一体化仿真模型能够有效地对定位平台的工作过程进行模拟,为后续的结构优化、运动规划和控制系统设计等工作创造条件。     

K-L法在结构模型降阶及辨识中的应用

模型辨识时，常需要对结构进行降阶处理，以减少辨识参数，降低计算难度，通过K-L(Karhunen-Loeve)特征值提取的方法对结构模型进行降阶，并通过最小二乘法辨识出降阶后系统的模态参数，可以大大减少辨识参数，降低计算复杂性；最后对一简支梁进行了数值仿真，得到一个3阶模型，辨识出简支梁的固有频率和模态阻尼比与解析解很接近。     

基于数字图像相关方法的矿用扁平接链环模型接触变形实验研究

采用分割辅助数字图像相关方法,针对矿用扁平接链环模型在多齿啮合状态下的接触变形进行了实验分析,测量了该结构在承受拉伸载荷时的全场变形分布,并对其接触面附近区域的应变集中现象进行定性与定量分析。实验以Φ26mm×92mm规格的梯齿型接链环模型为研究对象,提出了相应的多分辨率方法进行接触变形场测量。方法中仅采用单个相机实现多分辨率测试,从而避免了传统多分辨率方法中的图像修正误差。采用降采样后的图像计算试件的全场变形,以实现高效的应变分布分析以及应变集中区域定位;采用高分辨率图像进行局部变形计算,以分析应变集中区域的变形分布。实验结果表明,接链环第Ⅱ对和第Ⅲ对啮合齿的齿根部发生的变形最大,是接链环的薄弱部位。该实验结果为梯齿型接链环的变形规律分析和结构设计提供了有效的实验依据。     

螺栓连接的梁–弹簧模型及各齿承载分布

螺栓各齿承载分布严重不均，内外螺纹啮合的第一齿承载较大且齿根存在应力集中，易造成螺栓杆横断失效。本文通过对螺栓连接的受力变形分析，建立梁–弹簧模型，推导了理论模型的力学方程组，并基于此模型编程计算，求解得到螺栓连接件在使用过程中各齿承载的分布情况和齿根应力集中系数。最后进行有限元仿真，对比理论模型和有限元的结果，两者误差在工程可接受范围之内。研究表明，螺栓连接的组合梁–弹簧模型是合理有效的。     

某型飞机机翼前缘抗鸟撞结构设计与试验验证

针对某型飞机机翼前缘抗鸟撞性能不满足适航要求的问题，采用"数值仿真-试验验证-再仿真"的研究思路，对该结构进行了抗鸟撞优化设计。首先，通过有限元数值仿真，分别对具有三角板结构和前墙结构的两种新型前缘结构抗鸟撞能力进行了分析。仿真结果表明:具有前墙结构的机翼前缘抗鸟撞能力优于原始结构和带三角板结构的机翼前缘；在鸟撞过程中，这种具有前墙结构的机翼前缘通过利用破损蒙皮继续变形吸能的方式提高了结构的抗鸟撞性能。基于此，对带前墙结构的机翼前缘进行了抗鸟撞试验，一方面验证了数值模拟方法的准确性，另一方面验证了前墙结构的抗鸟撞效果。最后，采用数值仿真方法对带前墙结构的机翼前缘结构进行了参数分析，得到了前缘蒙皮厚度和前墙厚度与结构抗鸟撞性能的关系，并基于结构承载和抗鸟撞能力的综合要求，确定了最终结构参数。分析表明，优化后的机翼前缘结构不仅满足抗鸟撞要求，而且实现结构减重30%。     

半潜式钻井平台管道钢构支架极限强度研究

钢构支架是半潜式钻井平台管道支吊架的主要类型之一,钢构支架的极限强度是管道系统正常工作的重要保障。研究结构极限强度的方法有理论分析、有限元数值仿真和实验分析。在分析极限理论的基础上由静力法计算四种钢构支架试件的极限载荷;利用MSC软件对试件极限载荷进行数值仿真分析,并对有限元模型化技术进行讨论;对试件进行实验极限载荷测试,对比分析了三种方法测得的极限载荷。结果表明,三种分析方法计算得到结构的极限载荷基本一致,对于结构形式较为简单的结构通过理论分析可以得到简化解析解析解;数值仿真分析中采用合理的有限元模型化技术(结构有限元模型、边界、约束等)可得到精度较高的计算结果。     

截锥型薄壁结构声振耦合动力特性分析

采用大型通用软件ANSYS,建立截锥型薄壁结构的实体有限元动力学模型,通过与相关实验数据的对比验证了模型合理性。据此,利用无限元模拟自由声场边界,建立声场-截锥型薄壁结构的直接耦合有限元动力学模型。通过数值仿真分析研究了声场中截锥壳结构的振动特性,并讨论了声振动对结构动力特性的影响。研究结果表明:数值仿真结果和截锥壳声振实验数据比较一致。在考虑声场影响后发现:结构位移共振频率值大多有所降低,结构位移共振频率数量显著增多;在低频下,结构位移响应峰值在声场的影响下明显增大;在高频下则明显减小。     

复合材料胶接结构有限元分析方法研究进展

胶接结构的强度分析方法可以分为解析法和数值法两类,数值法主要是有限元方法.本文综述了复合材料胶接结构的有限元分析方法,按照胶接结构有限元模型建立的物理机理,将胶接结构力学分析模型分为基于有限元应力分析模型、基于断裂力学模型和基于损伤力学模型3类.详细介绍了这3类模型中的主要有限元建模分析方法:三维应力分析方法、虚拟裂纹闭合技术方法和内聚力模型方法,介绍了每种方法的基本思想、适用范围、优缺点、改进和扩展、有限元建模的实施步骤,以及有限元分析中应用该方法所取得的成果.第五部分从适用范围、应力奇异和破坏判据3个方面对这几种分析模型进行了对比分析.最后,对该领域发展趋势进行了展望.      

飞机风挡结构抗鸟撞一体化设计技术研究

结合大型非线性有限元分析软件,实践了飞机风挡结构由初步设计、数值仿真以及实验验证的一体化设计过程,建立了适于风挡结构材料的非线性黏弹性本构计算接口程序,对合理选取单元类型、材料模型、边界条件影响以及试验设计等工作细节进行了深入研究,通过实验与仿真计算结果的对比,验证了数值仿真计算模型的精度．为飞机风挡的抗鸟撞结构设计-数值仿真-实验验证一体化技术提供了支持论证．     

双稳系统随机共振数值仿真中信号的过采样

数值仿真方法是非线性双稳系统随机共振研究中经常使用的方法。研究中发现，随机共振数值仿真时需要对信号过采样。但过采样的内在机制是什么，已有研究未能给出解释。通过对双稳系统数值仿真模型的稳定性进行分析，给出了系统的稳定性条件，解释了需要对信号过采样的原因。在此基础，已进行了数值仿真试验，数值仿真结果与理论分析结果相一致，为双稳随机共振系统数值仿真研究时的参数选择提供了依据。     

新老混凝土结合面抗剪性能试验研究

新老混凝土结合面是加固结构中最脆弱的部位,新老混凝土能否正常工作主要取决于结合面的抗剪强度。通过模型试验对结合面抗剪性能进行了研究。模型采用Z型试件,分为凿毛不植筋和既凿毛又植筋两种。对比试验结果表明,植筋能大大改善结合面的抗剪性,且大幅度提升新结构的承载力,是一种有效的加固处理方法。数值仿真结果与试验结果比较表明,结合面加固处理的模拟能在一定程度上反映实际情况中结合面的力学性能。     

考虑瞬态效应的承载隔热多功能结构拓扑优化

同时满足承载和隔热要求的多功能结构在高超飞行器热防护结构设计中倍受关注.实际隔热材料通常承载能力弱,而高承载材料隔热性能差,如何在有限空间内协同结构的承载与隔热成为关键问题.高超飞行器气动加热时间有限,存在加热时间短、热荷载变化大的特点.因此结构设计需要考虑时间因素和瞬态效应,而现有稳态传热与承载的多功能协同优化设计模...     

基于黏聚区域模型的石拱圈承载力分析方法研究

石拱桥拱圈石之间的拼接界面往往是拱圈结构的薄弱处,决定着拱桥的安全性和承载力。该连接界面往往因其强度低而沿法向起裂并张开扩展,或沿切向发生相对滑移,此复杂的界面行为特性成为石拱桥承载力分析及安全性评估的难点。针对拱圈石连接缝处的起裂及裂缝扩展后结构非连续变形的复杂力学行为的模拟问题,采用多折线型黏聚区域模型描述拱圈石间界面滑动和拉裂破坏变形,并构造无厚度界面单元,形成考虑非连续变形效应的石拱桥极限承载力分析的方法。采用该方法对一石拱圈的破坏全过程进行模拟分析,实现拱圈石块之间非连续变形的数值模拟,得到拱圈结构的极限承载力及相应的破坏形态,验证了本文方法的可行性。本文方法可以模拟石拱桥结构破坏的全过程,可用于石拱桥的承载能力分析及石拱桥结构脆性破坏的安全性评估。     

短柱型复合材料加筋壁板轴向压缩破坏分析方法研究

复合材料加筋结构可作为航空结构中的承力部件,其损伤与破坏对航空器的结构安全和服役性能至关重要.本文通过试验和数值仿真手段研究了短柱型复合材料结构压缩失效机理和极限承载力.通过短柱型单加筋板的轴向压缩破坏试验,分析梳理出界面脱粘和材料压溃两种典型失效形式;分别建立加筋板壳单元模型和实体单元模型,引入内聚力模型和Hashi...     

泡沫铝填充薄壁圆管的三点弯曲实验的数值模拟

泡沫金属填充薄壁结构的应用日趋广泛,建立合理的数值计算模型对结构设计和工程应用非常重要.该文通过对泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的三点弯曲实验的数值模拟,研究了它的力学行为.采用ABAQUS软件,建立了空管和泡沫铝全填充管的有限元模型,并对这两种结构在三点弯曲下的力学行为进行了数值模拟,所得结果与实验结果符合得较好.通过数值模拟分析了结构的承载机理和不同压头直径对结构承载能力的影响.此外,还研究了泡沫铝部分填充圆管的三点弯曲行为,分析了不同填充长度对结构承载能力的影响.     

基于静载试验钢桁梁悬索桥承载能力评估分析

早期修建的小跨径钢桁梁悬索桥大部分已接近设计年限,正确评估其承载能力是桥梁维修、加固和技术改造的基本依据.本文首先简单介绍了桥梁承载能力评估的静载试验方法.同时结合城南大桥的实例,分析了现有桥梁结构存在的主要病害及产生的原因.在充分考虑分析现场检测资料和原有设计荷载等级的基础上,建立了考虑结构损伤的有限元模型,制定了静载试验的加载方案.通过试验结果与修正后有限元模型结果的比较,评估了桥梁结构现有承载能力状况,并针对该桥提出了恢复承载能力的加固措施和建议.     

Effect of adhesive thickness,adhesive type and scarf angle on the mechanical properties of scarf adhesive joints

The effects of adhesive thickness, adhesive type and scarf angle, which are determined as the main control parameters by the dimensional analysis, on the mechanical properties of a scarf adhesive joint (SJ) subjected to uniaxial tensile loading are examined using a mixed-mode cohesive zone model (CZM) with a bilinear shape to govern the interface separation. Particularly, the adhesive-dependence of the vital cohesive parameters of CZM, which mainly include initial stiffness, total fracture energy and separation strength, is introduced emphatically. The numerical results demonstrate that the ultimate tensile loading increases as the adhesive thickness decreases. Cross the ultimate tension, the joint loses the load-bearing capacity when adopting the brittle adhesive but sustains partial load-bearing capacity while selecting the ductile adhesive. In addition, for the joint with the ductile adhesive, the maximum applied displacement until the complete failure of it is directly proportional to the adhesive thickness, which is different from the case using the brittle adhesive. Taking the combination of the ultimate loading and applied displacement into account, failure energy is employed to evaluate the joint performances. The results show that the failure energy of the joint with the brittle adhesive increases as the adhesive thickness decreases. Conversely, the situation of the joint using the ductile adhesive is vice versa. Moreover, the effect of the adhesive thickness becomes more noticeable with decreasing the scarf angle owing to the variation of the proportion of each component of the mixed-mode. Furthermore, all the characteristic parameters (the ultimate tensile loading, the maximum applied displacement and the failure energy) that adopted to describe the performances of SJ increase as the scarf angle decreases. Finally, the numerical method employed in this study is validated by comparing with existing experimental results.     

外框密肋复合墙抗剪机理及承载力计算

在外框密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,对墙体的抗剪机理进行了分析;依据极限平衡理论引入砌体抗剪承载力影响系数和框格承载力影响系数,同时考虑RC框格与填充砌块之间的相互作用;提出了外框密肋复合墙抗剪承载力计算公式;本文公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文基于水平薄弱层破坏建立的外框密肋复合墙抗剪公式较传统基于斜截面破坏建立的抗剪公式具有更明确的物理意义;本文公式计算精度较高,与试验结果、有限元数值模拟结果相差不到10%。     

仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响. 为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类. 利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析. 结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳. 通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能. 该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.      

侧向压力对岩块极限承载能力的影响研究

工程岩体宏观力学参数特别是极限承载能力的研究是岩石力学最基本、也是最困难的研究课题之一。本文采用数值模拟方法研究了侧向压力对岩块极限承载能力的影响,得到了侧向压力与极限承载能力之间的函数关系,同时还找出了岩块声发射随着侧向压力的变化规律,这些问题的解决对于用数值模拟方法研究岩体工程的宏观力学性能无疑是很有意义的。