基于数学物理方程预制密肋模板等效刚度拟板的分析法

预制密肋模板是装配整体式叠合楼盖永不拆除的结构构件,是由平板和密肋交叉梁组成.通过对其平板和密肋梁之间耦合作用的研究,建立了预制密肋模板.等效平板刚度的计算数学物理方程,并基于刚度最小的原则,确定了密肋模板等效平板的弯曲中心平面,将预制密肋板等效成平板,建立了简化的预制密肋模板竖向承载的理论计算方法.研究结果表明模板的跨度、肋梁间距、肋梁高度和模板的厚度对其力学响应具有明显的影响.     

周期性正弦凸起凹凸板等效刚度的研究

针对构造正交各向异性周期性正弦凸起结构凹凸板的等效刚度问题，根据经典弹性薄板理论，基于对单胞结构力学特性分析和单胞结构在板宏观结构上周期性均匀化分布的特点，推导了正弦凸起凹凸板的等效刚度解析公式.以四边简支周期性正弦凸起结构凹凸板为例，将该文计算结果与有限元模拟结果进行对比，验证了该文等效刚度的合理性和精确性.最后，分析了正弦凸起凹凸板几何参数对等效刚度特性的影响，给出了结构几何参数与等效刚度之间的关系.结果表明:应用该文方法可以有效计算周期性正弦凸起凹凸板的等效刚度；由于凹凸板在构造上的几何结构变化，与基础平板相比其弯曲刚度和抗扭刚度都有明显的提升.该研究结果对凹凸板静力学和动力学的进一步研究以及实际工程应用具有指导意义.     

构造上正交各向异性半球形凸起凹凸板等效刚度研究

根据半球形凹凸板周期性将其划分得到代表性体元结构.首先研究代表性体元的刚度特性,利用变形等效原理、均质化和刚度组合法得到半球形凹凸板的等效刚度.然后将得到的三个主向刚度代入四边简支板Navier解中求解板中心挠度.通过有限元数值模拟解和Navier解进行对比分析,从而验证该文得到的主向刚度的准确性.然后讨论了代表性体元的材料尺寸对所得等效刚度的影响.随着代表性体元边长与凸起半径的比值逐渐增大,所得结果精度越来越高,且等效刚度公式适用于不同厚度的半球形凹凸板.最后给出了较为简洁的工程应用公式,并给出了凸起半径的近似取值范围和工程应用算例.     

微曲输流管道振动固有频率分析与仿真北大核心CSCD

首次建立了基于Timoshenko梁理论的微曲输流管道横向振动的动力学模型,并分析了流体流动影响下微曲管道横向自由振动的固有特征.采用广义Hamilton原理,导出了考虑流体影响的微曲管道横向振动的控制方程,通过Galerkin截断对控制方程离散化,再由广义本征值问题得到管道横向振动的固有频率,并研究了液体流速和弯曲幅度对管道横向固有振动特征的影响.发展了基于等效刚度和等效阻尼方法的考虑流体影响的微曲管道振动分析的有限元仿真计算方法,并通过有限元软件实现数值仿真,验证了Galerkin截断的分析结果以及所建立的Timoshenko微曲管道动力学模型的有效性.研究表明,流体的流速以及管道的弯曲幅度对管道横向振动固有频率均有显著影响.     

考虑纤维弯曲刚度的橡胶-帘线复合材料各向异性超弹性本构模型

针对纤维增强复合材料的有限变形,基于Spencer的连续介质力学不变量理论,提出了一种考虑纤维弯曲刚度的非线性超弹性本构模型.通过引入变形后纤维方向向量的梯度项,把单位体积的自由应变能分解为便于参数识别的体积变形、等容变形、各向异性变形和弯曲刚度4部分.理论和实验分析均表明传统的基于连续介质力学的纤维增强复合材料有限变形理论不适用于弯曲变形,必须考虑纤维弯曲刚度的影响.数值仿真结果也验证了在应变能函数中增加弯曲刚度项是必要的.     

双层网格圆底扁球壳的非线性稳定问题

从基于等效夹层壳思想的双层网格扁壳,非线性弯曲理论的变分方程出发,利用坐标变换方法和驻值余能原理,导出双层网格圆底扁球壳,在均布压力作用下的轴对称大挠度方程和边界条件．采用修正迭代法,求得了两类边界条件下双层网格圆底扁球壳的非线性载荷-位移关系式和临界屈曲载荷的解析表达式,并讨论了几何参数对临界屈曲载荷的影响．     

边界条件对梁类结构系统刚度的影响

车身骨架是由大量梁类结构单元构成的.除了这些梁的截面形状和尺寸外,边界条件也对系统刚度影响很大.讨论了各种边界条件和载荷模式下的梁系统的合成刚度.基于两端固支的均匀截面梁的弯曲和扭转刚度,研究了各联结刚度的大小对系统刚度的贡献,并绘制了相应的影响曲线.最后,通过上述解析公式和有限元法计算了某汽车仪表板横梁系统的实际弯曲和扭转刚度.文中获得的静态刚度公式对其它梁类结构也适用。     

斜放四角锥扁网壳的非线性弯曲理论

双层网壳是大型空间结构的主要结构形式,斜放四角锥扁网壳就是其中一种.它主要依靠上、下表层承受载荷,网壳腹部则比较空而且柔.根据斜放四角锥扁网壳的几何和力学特点,在三个基本假定的基础上,把它连续化并等效成一夹层扁壳.先从能量和内力等效的角度来分析它的本构关系,然后运用虚功原理,推导出斜放四角锥扁网壳几何非线性弯曲理论的基本方程.     

碳纤维/树脂基复合材料曲壁蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能北大核心CSCD

为研究碳纤维复合材料(CFRP)曲壁蜂窝结构在三点弯曲载荷作用下的承载特性与失效模式,对不同芯层高度、面板厚度的结构进行了理论预报、数值模拟及试验.首先,根据夹芯结构的主要失效模式,提出了相应的理论预报公式,并绘制了失效机制图;其次,建立了CFRP曲壁蜂窝夹芯结构的有限元仿真模型,对其在三点弯曲载荷作用下的典型失效行为进行模拟;最后,通过模压成型工艺制备了不同尺寸的CFRP曲壁蜂窝夹芯结构,并将试验结果与理论、模拟结果进行比较.结果表明,蜂窝夹芯结构承载能力与芯层高度、面板厚度密切相关,结构芯层及面板刚度随其尺寸的减小而下降,导致结构失效模式由面芯脱黏失效变为面板压溃失效.     

格栅夹层梁热弯曲的等效微极热弹性分析

将格栅夹层梁热弯曲等效为微极热弹性梁的受热变形,利用平面微极热弹性理论建立了微极梁受热变形的控制方程组,给出了温度载荷下微极梁的位移表达式.通过胞元能量等效的方法,得到了研究的格栅夹层梁等效微极热弹性梁材料参数.对比了等效微极梁模型和ANSYS有限元软件计算得到的温度载荷下悬臂格栅夹层梁受热弯曲变形的数值结果,两种方法得到的结果非常接近,证明了微极热弹性梁是一种简单有效的模拟格栅夹层梁热变形的等效模型.     

非均匀变截面弹性圆环在任意载荷下的弯曲问题

本文在等刚度弹性圆环的初参数公式的基础上,利用[2]提出的阶梯折算法,进一步研究非均匀变截面弹性圆环的弯曲,得到了这类问题的通解,应当指出,这组通解对非均匀变截面圆柱拱的相应问题也是适用的.为验证所得的公式并说明这种方法的应用,文末给出了示例并进行了求解,圆环、圆拱是工程上经常采用的结构,它们的弯曲,Timoshenko,S.[5],Barber,J.R.[3],Roark,R J[4],津村利光[6]等曾作过很多研究.然而,迄今只求得了均匀材料、等截面圆环的通解。对变截面问题,仅仅求得了抗弯刚度是坐标的线性函数这一特殊情况的解.由于非均匀变截面问题常常导出变系数微分方程,它们的求解遇到很大的数学困难.本文通过阶梯折算法把非均匀变截面弹性圆环弯曲问题的变系数微分方程转化成一等效的等刚度圆环弯曲的常系数微分方程.为保证内力连续,引入虚拟内力,并以[1]导出的初参数公式为影响函数,通过积分构造出了非齐次解,从而求得了非均匀变截面弹性圆环弯曲问题的通解.     

任意支承梁的差分离散系统及其刚度矩阵的振荡性

应用二阶中心差分公式,建立了任意支承的Euler梁的差分离散系统,导出了与之等效的弹簧-质点-刚杆模型．利用振荡矩阵理论,证明了上述系统的刚度矩阵的符号振荡性,完整的导出了正系统的充分必要条件．     

多杆空间柔性机器人递推Lagrange动力学建模和仿真

研究了多杆空间柔性机器人的动力学问题.运用Lagrange方法,结合齐次变换矩阵,推导得到了多杆空间柔性机器人动力学方程,在推导过程中采用了运动学递推策略以提高计算效率.建模时除考虑柔性构件的横向弯曲变形外,还计及了构件的扭转变形.基于上述理论研制了多杆空间柔性机器人动力学仿真软件,并对一空间柔性机器人进行了动力学仿真计算,验证了理论和软件的先进性能.     

一组一点外推的数值积分公式的提出与验证

通过利用拉格朗日多项式对等间距的离散采样数据进行函数逼近,就相等间距外推一点进行积分,得到了具有一定未来预测能力的一组一点外推的数值积分公式.计算机数值实验的结果表明了公式的有效性,即应用公式预测的积分结果可以达到一个较高的精度.     

基于改进遗传算法的自动阈值图像分割方法

图像分割技术在图像分析和图像识别上具有重要意义.传统自适应遗传算法有可能使问题求解陷入局部最优解,而求得错误的图像分割阈值.为了得到最优的图像分割阈值,对交叉率和变异率公式进行了重构,使得交叉率和变异率在任何情况下都不为零.同时,以最大二维熵函数作为适应度函数,采用选择、交叉变异等遗传操作作搜索最优分割阈值.仿真实验表明,该方法可以有效地提高图像分割精度和计算速度.     

倾转旋翼飞行器飞行控制系统的建模与设计

运用最优控制理论中的极小值原理,对倾转旋翼飞行器的飞行控制系统进行建模设计并进行计算机仿真模拟,得到了对飞行器发动机倾角的最优控制律以及一系列仿真对比分析结果.     

框架结构多目标优化方法

提出了一种框架结构多目标优化方法。基于力法给出了框架结构的等效刚度、最大弯矩随结构材料、几何等设计参数的变化,利用动能等效给出了框架结构的等效质量,进而得到框架结构一阶固有频率随结构材料、几何等参数的变化,用有限元方法验证了所得频率、弯矩公式的正确性。以固有频率、最大弯矩为优化目标函数构造框架结构的多目标优化模型,通过单目标优化得到频率、弯矩最优值,以单目标优化值为基础构造全局目标优化函数,将多目标优化转化为单目标优化。     

刚性边界对矩形板在静水中的频率影响

研究了矩形板在有刚性边界静水中的固有频率。薄板的流固耦合振动在航空、核电和海洋等领域被广泛研究。通过经典薄板弯曲理论建立壁板的数学模型。流体作用于壁板上的压力通过势流理论和伯努利方程得到,流体压力体现在附加质量项。用有限元法对流固耦合方程进行离散得到质量阵和刚度阵,通过特征值求解得到壁板在静水中的固有频率。分析结果和试验值以及其他方法分析结果能很好的吻合。     

球形涂层粒子增强复合材料的有效模量

本文通过四相球模型和复合材料的等效介质理论,研究了球形涂层粒子增强复合材料的有效模量性质,得到了这种增强复合材料的有效体积模量和有效剪切模量的理论预测公式。这些结果在特殊情况下,可退化到三相球模型确定的球形粒子增强复合材料的有效模量公式。     

空间弹性变形梁动力学的旋量系统理论方法

所谓空间弹性梁,即同时考虑受弯曲、拉伸和扭转等力作用而发生空间变形的梁.借助于刚体运动的旋量理论,引入了"变形旋量"这一概念,进而提出了空间弹性梁的旋量理论.在基本的运动学假设和材料力学理论基础上,分析并给出了梁的空间柔度.接着研究了空间弹性梁的动力学,用旋量理论分析了其动能和势能,从而得到了Lagrange算子.通过对边界条件和变形函数的讨论,进一步运用Rayleigh-Ritz方法计算了系统的振动频率.将空间弹性梁与纯弯曲、扭转或者拉伸等简单变形情况下的特征频率做了对比研究.最后,运用所提出的空间弹性梁理论研究了一关节轴线互相垂直的两空间柔性杆机械臂的动力学,通过动力学仿真发现了关节的刚性运动和空间柔性杆的弹性变形运动之间的耦合影响.该文的研究工作阐明了运用旋量系统理论解决具有空间弹性变形杆件的机构动力学问题的有效性.