纯弯曲下薄壁圆柱壳屈曲的非线性分析

为解决薄壁圆柱壳在纯弯曲下由于横截面的椭圆化而引起的屈曲几何非线性问题. 基本假设是改良的Brazier 简单理论,把圆柱壳的纯弯曲变形简化成一个两阶段的过程,分别求得纵向弯曲变形应变能和横截面变形应变能,然后利用最小势能原理求出作用力矩与杆端旋转角度的关系,最后分析可知:壳体长度参数越小,对应的圆柱壳壁越薄,非线性的影响越大;剪力大小参数越小,边界条件对椭圆化变形影响越小,非线性的影响越大.     

基于传递函数法的水下消声层声学性能研究

潜艇在水下潜航时,为防止敌方声呐的探测,需要采用各种主被动手段来降低自身的噪声,其中主要手段就是在潜艇外壳覆盖黏弹性消声瓦结构. 针对潜艇消声瓦结构降噪问题,考虑结构两侧的流体负载,建立了潜艇壁面水下消声覆盖层的消声理论模型. 将潜艇壁面结构简化为无曲率的无限大薄板,基于基尔霍夫(Kirchho )薄板理论和声波方程,应用传递函数法导出了消声覆盖层的声压插入损失. 利用所建理论模型进行了数值计算,讨论了不同的内侧流体介质、艇壳厚度、消声层厚度和孔腔形状对壁面结构振动与声学性能的影响. 研究发现,内侧介质为空气时,在低频段,消声层对结构振动的削弱量小于消声层加入后艇壳振动的增强量,故消声层的加入反而使壁面结构的振动增大;在高频段,覆盖消声层后壁面结构的振动明显减小. 内侧介质为水时,覆盖消声层后,壁面结构的振动在全频段均减小,且减小量随频率的增加而增加. 增大艇壳厚度及消声层厚度有利于潜艇壁面结构的减振降噪. 当消声层孔腔内径沿潜艇内侧至外侧的方向先减小再增大时,消声层在高频段减振降噪效果较佳;当孔腔内径沿潜艇内侧至外侧的方向先增大再减小时,消声层在中频段的减振降噪效果更好.      

损伤拉索的等效弹性模量及其参数分析

损伤拉索会出现线形松弛、应力水平降低的情况,必然会影响拉索的等效弹性模量。本文首先引入损伤程度、位置及范围3个参数,用以描述拉索损伤形态的特征,建立损伤拉索索力和线形计算公式,采用数值方法计算了损伤拉索弦向等效弹性模量精确数值,并和经典的等效弹性模量公式的计算结果进行了比较分析,分析了考虑损伤时两种不同计算方法结果的误差。计算表明,对于500m弦向长度以内的损伤拉索,拉索的弦向长度Lc越大,倾角越小,等效弹性模量的损失越大,并且应用割线模量公式计算的误差也越大,当Lc=500m时,损伤拉索相对误差值在2.5%~4.5%之间。弦向应变越小,等效弹性模量损失越大,弦向应变在[0.001,0.004]内,应用割线模量公式计算的相对误差小于3.5%。损伤程度及损伤范围对引用等效弹性模量公式的误差影响较大,倾角对等效弹模公式相对误差的影响也不容忽视。弦向长度、弦向应变、倾角和损伤程度参数都是通过改变拉索的松弛程度进而影响等效弹性模量的数值以及公式的误差。     

低渗油层压裂水平井两相流研究

依据压裂水平井不同流动区域的流动规律, 将压裂水平井的渗流分为裂缝中的高速非达西流 动区、裂缝控制影响的椭圆渗流区、远离裂缝的基质非达西渗流区, 考虑启动压力梯度的影 响, 对压裂水平井两相渗流进行了分析, 得到了低渗透油层压裂水平井的产量公式. 研究结 果表明, 裂缝的导流能力越大, 压裂水平井的产量越高. 但随着开采时间的增加, 其产量递减幅度越 大; 压裂裂缝长度越小, 压裂水平井的初始产量越高. 但随着生产时间的推移, 压裂裂缝的 长度越大, 产量的递减幅度越小; 中间裂缝长, 两翼裂缝短的情况下, 压裂水平井的产量最 高.     

髓核固定/滑动型人工颈椎间盘应力特征对比及关节面摩擦学优化设计

对比了髓核固定型和滑动型人工颈椎间盘应力和变形特征,根据应力和λ值(最小膜厚与等效粗糙度之比),采用正交试验法进行关节面摩擦学优化设计. 结果表明:两款球窝假体应力集中均发生在相对运动关节面和组件连接处,且髓核上表面应力最大值呈环形分布特征. 滑动型相对固定型,优势是运动模式更丰富、应力传递更均匀,劣势是复杂运动会加大髓核应力(从1.36 MPa到2.43 MPa). 固定型的髓核变形量仅是滑动型的22.5%,但总变形均集中在前后两端. 关节面参数对应力影响权重是球缺高度>球头半径>球窝间隙,且高度和半径越大、间隙越小越好;对润滑状态影响权重是球窝间隙>球头半径,且间隙越小、半径越大,润滑状态越佳. 半径、间隙和高度的最佳组合为16.00 mm、10.0 μm和1.2 mm,在此组合下滑动型假体最大应力数值最小(2.79 MPa),且润滑状态最佳(λ值0.573).      

三点起爆控制参数对尾翼爆炸成型弹丸成型的影响

针对三点起爆控制参数（起爆直径、起爆同步误差）对尾翼爆炸成型弹丸（explosively formed projectile,EFP）成型的影响问题,理论分析了三点起爆条件下爆轰波的马赫碰撞,计算获得了不同起爆直径下马赫波的相关参数,利用LS-DYNA有限元软件通过数值模拟研究了不同起爆直径下三点起爆同步误差对EFP尾翼成型及飞行速度的影响规律。结果表明,起爆直径越大,马赫波在药型罩上的作用面积越小,马赫超压越大,形成的EFP长径比和速度越大;起爆直径为30、40、50 mm三点起爆成型装药形成较佳尾翼EFP应满足的最大起爆同步误差分别为50、100、150 ns;此外,尽量使中间起爆点起爆同步误差约为最大同步误差的一半,有利于降低尾翼EFP的侧向分速度,提高飞行稳定性。     

串联EFP装药结构参数优化实验研究

为了在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径符合要求,提出了一种前后两级均为爆炸成形弹丸 (EFP)装药的新型串联聚能装药结构。分析了装药结构参数对串联EFP侵彻威力的影响,并在此基础上分 别开展了串联EFP装药在不同装药间距与起爆延时条件下侵彻45钢靶实验。实验表明,优化后的串联EFP 装药结构使前后两级EFP装药的侵彻效率大大提高,能对硬目标进行有效破孔。     

流体静压型机械密封的三维传热数学模型及端面温度分析

建立了静环倾斜时流体静压型机械密封的三维稳态传热模型,考虑流体黏度随压力、温度的变化,建立了压力、温度的控制方程,采用有限差分法,分析研究了倾斜量、结构参数及操作参数对机械密封温度分布的影响规律.结果表明,端面的最大液膜压力和最高温度随静环倾斜量的增加而增大,倾斜量越大,压黏效应越显著;端面温升受密封的结构参数、操作参数影响明显.静环端面锥角越大,温升越小;流体注入温度越低,温升越大;动环转速越高,温升越大.     

考虑塔梁影响的斜拉索随机激励参数振动分析

为了揭示随机激励下斜拉索参数振动特性,考虑塔、梁协同振动的影响,建立了高斯白噪声激励下斜拉索-桥塔-桥面梁耦合振动微分方程,推导了耦合体系的伊藤状态方程组,采用Milstein-Platen法构造了斜拉索振动时程求解迭代格式,研究了斜拉索振动的时程、统计和频域特性,分析了桥塔侧向扶正作用、激励强度和索塔梁初始位移对拉索振幅产生的影响．结果表明：随机激励下斜拉索振动呈现出双“拍”振现象,“拍”幅值和周期具有随机性;拉索随机位移均值、均方差在振动初期具有长时间的非平稳特性;拉索响应幅值对应的频率和拉索功率峰值对应的频率基本一致,但随机激励下的拉索幅值和功率峰值更大;拉索振动概率密度曲线满足高斯分布和马尔科夫性质;桥塔侧向扶正作用越强,拉索振幅越小;激励强度越小,拉索振幅越小;各结构初始位移越大,拉索振幅越大,且对桥面梁初始位移越敏感．     

用格子Boltzmann方法模拟液滴撞击固壁动力学行为

首次用格子Boltzmann方法中的伪势模型对液滴撞击固壁的动力学行为进行了数值模拟.详细研究了液滴在壁面上的流动状态以及各种因素对撞击过程的影响.通过数值模拟得到:壁面的可润湿性越小,液滴越容易发生反弹,液滴的回缩速度越快;液滴的撞击速度越大,所得到的相对直径越大,回缩速度越快;液滴的粘性越小,所得到的相对直径越大;液滴的表面张力越大,液滴越容易发生反弹现象.另外,液滴的最大相对直径与We数满足一定的线性关系,这些结果与前人的理论预测和实验结果完全吻合.     

对碰波作用下金属圆管材料参数对其运动特征影响的数值模拟

基于两点起爆实验,采用动力学有限元程序,在不考虑圆管破裂的前提下,详细分析了同一炸药爆轰下金属圆管各材料力学参数对其运动的影响规律。计算结果表明:弹性模量越大,泊松比越大,金属圆管的膨胀速度越大,但它们对圆管膨胀的位移和速度影响极小,在工程中可以忽略;屈服应力对金属圆管的运动有一定影响,屈服应力越大,对碰部位的鼓包范围越宽,鼓包峰值越小,但圆管各处的膨胀量均落后于屈服应力较小的情况;密度对圆管运动有较大影响,密度越大,受鼓包影响范围越宽,鼓包峰高越小。     

Cosserat连续体模型中本构参数对应变局部化模拟结果影响的数值分析

基于所发展的压力相关弹塑性Cosserat连续体模型及相应的数值方法,以一维剪切层及二维平板压缩问题为例,数值分析了Cosserat连续体模型中的本构参数Cosserat剪模、软化模量及内部长度参数对应变局部化数值模拟结果的影响.结果表明在一定取值范围内,Cosserat剪模对数值模拟结果几乎没有影响,并给出了具体数值计算时的取值范围;软化模量绝对值越大,后破坏段的荷载-位移曲线越陡,计算得到的剪切带宽度越窄;内部长度参数越大,后破坏段的荷载-位移曲线越平缓,计算得到的剪切带越宽.     

分数导数粘弹性模型描述的土中管桩竖向振动的频域解

在分数导数粘弹性本构模型的基础上综合考虑桩周土和桩芯土的平衡方程和几何方程建立了桩周土和桩芯土的竖向运动的控制方程．在频率域内利用分离变量法和分数导数的性质求解了桩周土和桩芯土竖向振动控制方程．考虑管桩与桩周土、管桩与桩芯土的边界连续性条件以及三角函数的正交性得到了分数导数粘弹性模型描述的土中管桩的竖向振动,通过数值分析研究了管桩和土体模型参数和几何参数对管桩的桩顶复刚度的影响规律．结果显示：桩芯土本构模型的分数导数的阶数对管桩竖向振动的影响较桩周土本构模型的阶数要小,且与频率有一定关系;桩芯土与桩周土的模型参数比τ1 和τ2 对等效阻尼的影响较对刚度因子的影响要大;管桩桩周和桩芯的直径比d 越小,管桩复刚度的实部和虚部就越大;土体力学性能对管桩竖向振动的影响要比管桩桩身力学性能的影响小．     

航行体出水破冰的多场耦合效应与相似律

航行体出水破冰中的耦合效应及载荷特征, 是出水冰结构安全性评估的重要依据. 针对航行体出水破冰问题, 通过量纲分析, 获得了影响航行体动载荷及头部应力的主控参数和相似律. 基于LS-DYNA流固耦合计算方法, 得到了航行体在不同冲击速度、冰层厚度、冰层大小条件下的载荷特性. 计算结果表明, 航行体速度越大, 不同冰层对其过载和头部应力的影响差别越大, 这主要是因为航行体速度越大, 通过水介质对不同冰层的前期破坏程度不同. 对于无限大冰层, 当其厚度大于3倍航行体直径时, 航行体穿冰后期呈现稳定侵彻现象, 航行体的过载和头部应力只与航行体的速度和冰的动力学性能相关; 而对于薄冰, 航行体速度越大, 其头部应力反而越小, 这是因为航行体初速度越大, 其通过水的运动对冰的前期冲击破坏越严重, 冰层易开裂上鼓, 所以造成航行体头部应力较小. 对于径向尺寸为6倍航行体直径的碎冰, 当其厚度大于5倍航行体直径时, 碎冰对航行体运动特性的影响和无限大冰层几乎相同; 而当其厚度小于3倍的航行体直径时, 只有在初速度较低时, 碎冰的尺寸效应才可以忽略. 此外, 对比碎冰和无限冰层对航行体运动的影响可以看出, 越厚的冰受前期水的冲击破坏越小, 碎冰和无限冰层的影响规律基本一致; 而较薄的冰在前期水的冲击下破坏严重, 碎冰和无限冰层对航行体运动的影响都较小; 只有中等厚度的冰, 在较高冲击速度下碎冰和无限冰层才表现出径向尺寸效应相关的破坏程度, 如无量纲厚度为3的两种冰在航行体较高初速度40 m/s的条件下前期破坏差别较大, 导致后期对航行体运动特性的影响具有显著差异.      

无铆连接模具参数对异种金属板料接头成形的影响

为了研究无铆连接模具参数对 304 不锈钢和 AL6061 板料接头成形的影响，基于 DEFORM-2D 建立了有限元模型，分析了凹模深度、凹槽深度和凸模直径三个主要模具参数对接头成形的影响．研究结果表明，凹模深度越大，越有利于下板料变形，反之，则有利于上板料变形．当凹模直径一定时，凹槽深度和凸模直径过小不利于形成互锁，而凹槽深度不宜过大，避免出现充不满现象，凸模直径过大导致接头颈厚值过小．通过正交试验发现，对接头成形的影响程度从大到小依次为凸模直径、凹槽深度和凹模深度，确定了最优模具参数，并通过无铆连接实验验证了正交试验的可靠性．此外，通过剪切实验获得了接头最大剪切失效载荷为 1.8 kN．     

高能球磨时间对碳质中间相结构及其高温摩擦磨损特性的影响

采用高能球磨法对煤焦油沥青碳质中间相进行非平衡处理,利用X射线衍射仪和激光Raman光谱仪研究中间相高能球磨前后的结构变化,用差示扫描量热仪测试不同状态下碳质中间相的结构稳定性,在SRV高温摩擦磨损试验机上采用阶梯升温方式考察了碳质中间相作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能.结果表明,高能球磨处理导致中间相的结晶有序度下降,微晶石墨平面尺寸减小,层间间距增加,说明高能球磨处理促使中间相向无定形结构转变.高能球磨时间越长,中间相的无定形结构特征越明显.高能球磨处理降低了碳质中间相的稳定性,随着球磨时间增加,碳质中间相的稳定性变差.球磨态碳质中间相具有高温减摩抗磨效应,球磨时间越长,其减摩抗磨效果越明显.高能球磨处理在一定程度上促进摩擦机械诱发碳质中间相的石墨化转变,从而对其高温减摩抗磨效应有一定促进作用,球磨时间越长,其促进作用越大.     

基于非局部理论的分数阶黏弹性场地地震放大效应分析

基于非局部理论和分数阶导数理论,研究上覆黏弹性场地土的地震放大效应。利用Eringen非局部理论考虑土体颗粒尺度等非局部效应的影响,通过分数阶黏弹性本构模型刻画场地土的应力应变本构关系,建立基于非局部理论的分数阶黏弹性场地土的振动微分方程;考虑分数阶导数的性质和黏弹性场地土的边界条件,得到了简谐地震波作用下黏弹性场地土的位移和剪切应力的解析解,并在频率域内给出了位移放大系数和应力放大系数的表达式;最后通过数值算例分析了非局部效应、分数阶导数的阶数和土体黏性参数等对黏弹性场地地震放大效应的影响。数值分析结果表明,在低频时位移放大系数和应力放大系数随频率变化曲线存在波动,高频时逐渐趋于稳定;非局部效应对场地土位移放大系数的影响与频率有关,对应力放大系数的影响较大,在研究场地土振动效应时有必要考虑土体非局部效应的影响;分数阶导数的阶数越小,位移放大系数和应力放大系数随频率变化曲线波动越大;场地土的力学性质对场地土的振动效应的影响较大;上覆场地土的黏性对位移放大系数的影响与频率有关,高频时,土体黏性越大,位移放大系数越大;越接近基岩,土体的应力放大系数越大,且土体深度对应力放大系数的影响越大。     

顺桨风力机塔叶干涉翼型非稳气动力时频特性

由于风力机叶片与塔筒流场相互干涉,实际气动力与理想情况存在较大差异,这种干涉作用造成的气动力差异给叶片与塔筒结构可靠性带来不可忽视的影响.以翼型DU91-W2-250为研究对象,采用瞬态数值分析与本征正交分解方法,考虑叶片和塔筒流场相互干涉作用,分析顺桨工况翼型非稳气动力时频特性及其影响规律,量化不同雷诺数下塔叶相对位置及几何参数对气动力均值、波动幅度和频率的影响程度,通过流场模态能量分布形态分析,揭示流场干涉对气动力的影响机制.结果表明,翼型气动中心至塔筒几何中心的垂直距离、水平距离以及塔筒直径相对于翼型弦长的无量纲参数y*,x*和D*对气动力均有不同程度影响,其中y*对升阻力系数均值影响最大,对频率无明显影响,y*绝对值越大,C_l均值越接近单翼型C_l值,y*绝对值越小升阻力系数波动幅度越大,y*从-12增大到12,升力系数均值最小值为-0.48,最大值为1.16;x*减小和D*增大,反向阻力均值增大,波动幅度增大,波动频率略有下降,当x*小于临界值5时,带塔翼型阻力均值反向;在计算范围内,带塔翼型升力系数均值相对于单翼型升力系数最大偏差为...     

STUDY ON SUBSIDENCE OF THE BUBBLES INSIDE THE VIBRATING LIQUID UNDER THE CONDITION OF VIBRATION

本文从流体动力学角度探究气泡下沉现象的机理,对垂直振动圆柱容器中的气泡下沉行为进行了系统研究。根据附加质量以及气泡压缩性概念,建立出现下沉效应的可压缩性气泡数学模型,并通过分离变量法分析气泡下沉的临界位移以及运动速度。研究表明,正弦激励振幅以及频率是影响气泡下沉条件的重要因素,决定了临界位移与运动速度的大小,且振幅和频率越大,临界位移越小,气泡越容易下沉。     

振动条件下液体内部气泡下沉现象研究

本文从流体动力学角度探究气泡下沉现象的机理,对垂直振动圆柱容器中的气泡下沉行为进行了系统研究。根据附加质量以及气泡压缩性概念,建立出现下沉效应的可压缩性气泡数学模型,并通过分离变量法分析气泡下沉的临界位移以及运动速度。研究表明,正弦激励振幅以及频率是影响气泡下沉条件的重要因素,决定了临界位移与运动速度的大小,且振幅和频率越大,临界位移越小,气泡越容易下沉。