刚性试验机

许多读者可能都已见过和熟悉一般的材料试验机了。它是用来测定和研究材料的强度特性和变形特性的。现时,由于工程规模的发展以及对材料(特别是作为建筑物地基或周围介质的岩石)试验的更高要求,出现了所谓的刚性试验机。这种新型的试验机,有助于研究材料破坏以后的强度和变形性质,以及研究在岩体中开挖时支护与围岩联合作用的机理。实际上,一般的材料试验机也是具有一定刚度的,因...     

试验机弹性储能对岩石力学性能测试的影响

在材料试验机上进行岩石力学性能测试时，如何准确测量岩石的变形是整个测试分析的基础．为了具体考察试验机刚度对岩石变形测量的影响程度，在两台不同的试验机上进行了岩石的单轴压缩试验，通过对加卸载过程中试验系统及岩石能量变化的分析，详细研究了试验系统弹性储能对岩石变形测量的影响，进而给出了基于试验机刚度的修正计算方法，来确定岩石在测试过程中的变形．     

非线性边界约束下梁的弯曲振动

1.引言从强度或刚度要求出发,经常对线性机械结构加上某些在一定变形情况下才起作用的"预备"性约束,这种约束是否起作用,取决于结构的变形状态,它并不相当于一般的刚度方面的增强,实际上构成了它的强度或刚度取决于系统位移的非线性结构.这样的非线性来自边界条件,它既不同于由材料或大变形等原因造成的非线性现象,又不同于描述方程自身的非     

试验机刚度测试技术

本文分析了试验机的刚度构成,提出了测试试验机刚度的活塞行程测量法,并用此法校核了 MTS815.02电液伺服控制岩石力学试验机的刚度,把活塞行程测量法应用于万能液压试验机的刚度测试,提出了自动绘图仪测量法,此法简单易行,精度也较高.     

二种岩石断裂韧度试样测试的稳定性分析

本文分析了 ISRM 采纳的两种具有人字形切槽的试样在测试过程中裂纹扩展的稳定性问题,计算了它们在不同加载条件和试验机刚度时各自的稳定性因子;指出对岩石等一类脆性材料,加载方式和试验机刚度对测试的稳定性有很大的影响;说明了这两种试样在稳定性方面的差异,并指出它们在稳定性上明显地优于普通直裂纹试样.     

鲫鱼皮肤和肌肉的力学性能研究

鱼在水中游动时,参与鱼体弯曲变形的组织和器官与水媒介相互作用,形成了不同的游动模式和变形方式。为了更好地理解鱼体变形机制并为今后的流固耦合计算提供基础实验数据,本文采用万能试验机进行单轴拉伸试验,对鲫鱼皮肤和肌肉等生物材料的力学性能进行研究。通过破坏实验的方式确定其杨氏模量,通过松弛实验的方式确定其归一化松弛函数。针对皮肤和肌肉的生物材料粘弹性性质,给出本构方程。通过简化为标准线性固体模型进行讨论,得到的结论是:鲫鱼游动过程中以很小的能量损耗为代价,增加了其有效刚度。     

基于对数应力率大应变本构关系的参数标定研究

在所有率型弹塑性本构模型中,只有对数应力率对应的本构模型能够满足自适应准则.基于对数应力率,采用实心圆轴扭转实验,对大应变弹塑性本构模型中的参数标定问题进行了讨论.推导出了考虑Swift效应时端部自由实心圆轴扭转变形的变形率、对数旋率、Kirchhoff应力及Kirchhoff应力的对数应力率.对于等向强化大应变弹塑性本构关系,给出了由实心圆轴扭转实验标定的、基于Kirchhhoff应力对数应力率的本构关系中塑性刚度函数的表达式.分析了扭转圆轴的Swift效应对塑性刚度函数的影响.结果表明,实心圆轴扭转的轴向伸长变形和径向变形对基于对数应力率大应变本构关系中的塑性刚度函数都有影响.当不考虑Swift效应时,所得塑性刚度函数表达式与不考虑Swift效应时基于Jaumann应力率的塑性刚度函数表达式相同.     

一种用于测量鱼体材料粘弹性性质的弯曲变形试验机

研究生物材料力学性质是生物力学的重要内容之一.测量材料粘弹性性质的传统方渗是单轴拉伸松弛或蠕变实验.与传统方法不同,为了测量鱼体材料粘弹性性质,本文设计了一种用于测量鱼体材料性质的弯曲变形试验机,通过模拟鱼体摆动,可以测得鱼体材料的储能模量、耗散模量、滞后相位角等参数.通过弹性体(铜片)和粘弹性体(橡胶)材料实验验证了...     

拉力试验系统刚度K的研究

电子万能试验机是大型、精密、光－机－电一体化的材料机械性能测试设备。本文对试验机的主机整体刚度的测试以及整体刚度对材料机械性能测试的影响进行了研究，建立了数学关系，为合理地设计提供了理论依据。     

流变岩体中让压支护作用下隧道力学行为研究

高地应力深埋软岩隧道大变形问题已成为隧道工程建设领域的突出难题. 根据高地应力深埋软岩隧道的变形特征, 基于"围岩能量吸收、变形释放"的让压支护是解决软岩隧道大变形问题的有效方法. 针对流变岩体中深埋圆形隧道在让压支护作用下的力学响应问题, 通过引入分数阶微积分理论, 采用Abel黏壶元件建立了改进的分数阶Burgers蠕变模型来表征围岩的时效变形. 此外, 通过在让压支护不同变形阶段引入刚度修正系数, 克服了传统支护未能考虑围岩变形释放的问题. 据此, 本文推导了在考虑支护延迟安装影响下, 不同变形阶段围岩与让压支护相互作用的解析解. 为了验证理论研究的正确性, 对一算例进行了不同解答及工程结果的比对, 吻合较好. 最后, 参数研究结果表明: 围岩与让压支护间的相互作用受蠕变本构模型分数阶阶数影响较大. 隧道的位移或支护压力与让压位移、支护刚度修正系数间存在线性比例关系, 但由于刚度修正系数仅保持在较小的变化范围内, 隧道的位移或支护压力变化并不显著.      

太空环境压力变化对液浮陀螺性能的影响分析

对太空气压变化影响液浮陀螺性能的机理进行了理论分析,然后利用有限元分析法对陀螺仪在压力变化时浮子产生的变形进行了计算.明确了压力变化对陀螺仪结构件变形的影响程度,并从几个对陀螺仪漂移产生影响的主要方面进行了深度分析,得知压力变化导致浮子的结构变形是陀螺仪性能变化的主要因素,其中框架的变形引起的陀螺漂移达0.3((°)·h-1),g.最后通过对某型陀螺仪进行压力变化试验,验证了分析结果的正确性.此外还对陀螺仪进行了封闭波纹管的实验.得出结论:采用相对厚实的结构,刚度较大、稳定性好的材料可大大提高陀螺仪对环境的适应性,另外还可以给陀螺仪装上对外界环境的密封隔离装置.     

高分子材料银纹的粘弹性边界元分析

1、引言近期,高分子材料中的银纹或所谓拟断裂问题,已经被一些学者用理论或实验方法进行了研究。但仅只少量的工作是应用数值方法去研究拟断裂特性,例如L. Bevan应用线弹性有限元和边界元研究了这种拟断裂特性,但他把银纹表面的作用用一个线性刚度来表征。最近,作者考虑到银纹四周的弹塑性变形和银纹内分子纤维束的大变形,     

一种考虑剪切变形的矩形板元素刚度矩阵

本文应用应变能分项插值的概念推导了一种具有12个参数的考虑剪切变形的正交各向异性矩形平板元素的刚度矩阵,在计算应变能的近似值时,对不同的项采取了不同的位移函数.基本的位移函数是根据考虑剪切变形的直梁的位移得到的,其中包含了弯曲刚度与剪切刚度的比值D/C,因此得到的刚度矩阵对各种剪切刚度值直至薄板(C→∞)都能应用.刚度矩阵以显式表示,使用方便.对典型问题的静力、动力计算表明结果是良好的.     

高弹态未硫化橡胶在不同变形模式下的循环加卸载力学行为

对高弹态未硫化橡胶实施了不同变形模式(单轴拉伸和压缩)的循环力学实验,以考察其黏超弹性响应以及应变率对力学行为的影响。结果表明,材料的拉伸、压缩性能与加载速率和变形历史均有着显著的相关性。对于循环拉伸变形,应力-应变曲线的非线性特征较为明显,材料表现出类似于屈服的性质,且随着循环次数和变形量增加,迟滞损耗的积累趋势逐渐减弱;而对于循环压缩变形,应力-应变关系接近线弹性,且随着循环次数和变形量增加,材料刚度和迟滞损耗积累的趋势都逐渐增强。针对上述实验结果,在经典的Bergstrom-Boyce模型中引入损伤变量,对未硫化橡胶的应变率相关性和Mullins效应进行表征。理论计算结果表明,这种非线性黏超弹模型能够较好地描述未硫化橡胶在不同载荷条件下的变形响应与应力软化特征。     

纤维增强橡胶复合材料拉伸与破坏的试验分析

鉴于橡胶制品的广泛应用,本文利用Zwick020材料试验机和Zwick010双向拉伸材料试验机分析了一类纤维增强橡胶复合材料在不同温度条件下的单向拉伸及双向拉伸的力学行为.得到了不同温度条件下材料单向拉伸及双向拉伸的应力-应变关系曲线和材料的破坏条件,由此分析了温度条件和加载条件对纤维增强橡胶复合材料拉伸变形和破坏等力学性能的影响.同时利用实验结果拟合出材料的一类应变能函数及材料常数.     

DNA纳米管的扭转刚度模型

刚度是衡量材料弹性变形难易程度的一个定量表征参数,与DNA纳米管静动力学特性及其结构生物功能密切相关．本文致力于研究DNA纳米管的扭转刚度．首先,在六角形均匀封装条件下,考虑到单个DNA杆件弯扭组合问题的静不定特点,我们利用平衡方程、变形协调方程和弹性本构方程,合理预测了DNA纳米管扭转实验中单个DNA杆件的弯扭组合变形,由此给出了DNA纳米管扭转刚度预测的解析模型．最后的结果表明：随着DNA杆数的增加,DNA纳米管的弯曲刚度显著增加,而其扭转刚度却几乎不变,合理解释了扭转实验中发现的现象．有关结论为DNA折叠结构的设计和应用提供了参考．     

复合材料层板损伤后刚度衰退的实验研究

对复合材料单向板进行了0°、90°、45°拉伸实验,对铺层为[0°/90°]、[±45°]的层合板进行了拉伸实验,对玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维缠绕的NOL环试样分别进行了短梁剪切实验。实验结果表明:碳纤维/环氧树脂基体复合材料单向板没有明显的非线性行为,而层合板在树脂开裂、面内及层间剪切破坏导致的刚度降低却很明显。层间剪切破坏不仅导致剪切刚度的降低,还会引起弯曲刚度的降低。玻璃纤维、芳纶纤维增强树脂基复合材料在三点弯曲实验过程中体现了较强的抗损伤能力,韧性较好;而碳纤维增强树脂基复合材料抗层间损伤能力较差。本文用标准实验方法,跟踪载荷-变形曲线,得到了用于应力分析的刚度衰减系数。用最大应力准则及实验得到的刚度衰减系数,对直径为1400mm的纤维缠绕壳体进行了变形分析,计算结果与实验值一致性较好。     

求解比例加载下结构负刚度问题的虚加弹簧法

针对恒载和比例变载共同作用下软化结构按位移法求解的负刚度问题,提出了一种虚加弹簧法.在各比例加载点沿荷载方向布置刚度适当的弹簧,得到没有负刚度问题的硬化结构,对虚加弹簧的结构进行逐级加载,在每级加载时从总荷载中扣除弹簧所承担的荷载,即得到结构所承担的荷载.将后者中不符合比例加载要求的非比例成分反向施加在虚加弹簧的结构上重新求解,将得到新的非比例成分.重复此过程进行迭代运算,直至非比例成分可略,就得到本级比例加载下结构负刚度问题的解,重复此过程可得到各级加载下的解.本方法同时也适合结构硬化阶段的求解.该方法力学概念直观,编程简明,可以用于非线性结构加卸载变形全过程的数值分析.运用该方法对多种工况进行了计算,结果表明该方法可行并具有良好的收敛性.     

机械臂臂杆刚度主动控制下的末端振动特性研究

机械臂在运动过程中会因臂杆柔性引发结构变形和弹性振动,降低机械臂末端的定位精度和运动稳定性,将结构振动控制方法用于机械臂的振动抑制研究具有重要意义. 基于变刚度主动控制的设计思想,提出了臂杆刚度主动控制方法,通过改变机械臂臂杆的轴向受力状况来主动改变机械臂的刚度. 采用变形耦合法描述了机械臂的非线性变形,进而结合假设模态法和拉格朗日方程建立了臂杆的变刚度动力学模型,并进行了数值仿真. 在此基础上,设计了基于臂杆刚度主动控制方法的单自由度实验台,分析了不同预紧力下机械臂末端的振动特性. 数值仿真和实验结果表明,随着预紧力的增加,机械臂末端的振动幅值得到衰减,验证了臂杆刚度主动控制方法的有效性. 通过采用响应面法建立了机械臂末端的振动响应与预紧力的关系,并基于内部映射牛顿法的子空间置信域法优化算法对预紧力进行了优化分析,得到了最优预紧力. 该研究可为机械臂的精细动力学建模和振动抑制提供一定的理论依据,并为研究经济型低刚度材料的刚化问题提供了方向,以利用廉价低刚度材料取代目前所应用的昂贵高刚度材料.      

RESEARCH ON VIBRATION CHARACTERISTICS OF THE MANIPULATOR END UNDER ACTIVE CONTROL OF ARM STIFFNESS$^{\bf 1)}$

机械臂在运动过程中会因臂杆柔性引发结构变形和弹性振动,降低机械臂末端的定位精度和运动稳定性,将结构振动控制方法用于机械臂的振动抑制研究具有重要意义. 基于变刚度主动控制的设计思想,提出了臂杆刚度主动控制方法,通过改变机械臂臂杆的轴向受力状况来主动改变机械臂的刚度. 采用变形耦合法描述了机械臂的非线性变形,进而结合假设模态法和拉格朗日方程建立了臂杆的变刚度动力学模型,并进行了数值仿真. 在此基础上,设计了基于臂杆刚度主动控制方法的单自由度实验台,分析了不同预紧力下机械臂末端的振动特性. 数值仿真和实验结果表明,随着预紧力的增加,机械臂末端的振动幅值得到衰减,验证了臂杆刚度主动控制方法的有效性. 通过采用响应面法建立了机械臂末端的振动响应与预紧力的关系,并基于内部映射牛顿法的子空间置信域法优化算法对预紧力进行了优化分析,得到了最优预紧力. 该研究可为机械臂的精细动力学建模和振动抑制提供一定的理论依据,并为研究经济型低刚度材料的刚化问题提供了方向,以利用廉价低刚度材料取代目前所应用的昂贵高刚度材料.