A QUASI-STATIC EQUIVALENT MECHANICAL MODEL FOR ROLL STABILITY OF PARTIALLY-FILLED TANKER TRUCKS

非满载液罐车转向行驶时,液体重心会发生偏移现象,对液罐车的侧倾稳定性造成不利影响。以椭圆形截面液罐车为例,分析了液罐车转向时发生侧翻的力学机理,将液面变化近似符合准静态过程,确定压力中心位置,计算液体对罐体壁的总压力,得到非满载液罐车转向侧倾稳定性准静态等效力学模型。研究结果表明,液罐车侧倾稳定性与罐体横截面形状、液体充装率等因素相关,为提高液罐车侧倾稳定性提供了理论分析依据。     

非满载液罐车侧倾稳定性的准静态等效力学模型

非满载液罐车转向行驶时,液体重心会发生偏移现象,对液罐车的侧倾稳定性造成不利影响。以椭圆形截面液罐车为例,分析了液罐车转向时发生侧翻的力学机理,将液面变化近似符合准静态过程,确定压力中心位置,计算液体对罐体壁的总压力,得到非满载液罐车转向侧倾稳定性准静态等效力学模型。研究结果表明,液罐车侧倾稳定性与罐体横截面形状、液体充装率等因素相关,为提高液罐车侧倾稳定性提供了理论分析依据。     

液罐车罐体内液体横向晃动研究

为研究液体晃动对液罐车行驶稳定性的影响,针对罐体内液体的横向晃动问题,运用势流理论建立了液体晃动的控制方程,并采用Galerkin方法进行了求解;根据等效原则建立了罐体内液体晃动的弹簧-质量-阻尼等效力学模型,通过与试验数据的比较,验证了文中的求解过程及建立等效模型方法的正确性。运用建立的等效模型,通过具体算例分析了液体晃动特征频率和等效模型参数随充液比的变化关系、车辆的侧向加速度和充液比对罐体的横向作用力和力矩的影响。结果表明：在液体晃动中,第一阶晃动质量起主导作用,在精度要求不高的情况下,可以考虑只建立一阶等效系统;液体晃动第一阶特征频率随充液比的增加而增加,第二、第三阶特征频率随充液比的增加先减小再增加;罐车转向运动时,充液比在λ为0.8~1.0时液体晃动最剧烈,并且液体对罐体的作用力和力矩均随侧向加速度的增加而增加。     

截锥形弹体在液体介质中运动速度衰减规律分析

水面舰船被动防护体系中液舱的主要功能之一是阻止高速弹体（爆炸破片）对内部重要结构、设备和人员的威胁,高速弹体打击液舱的过程包含着复杂的能量传递与耗散。为了分析弹体形状对其在液体介质中运动速度衰减的影响, 开展了一系列不同头形因数的截锥形弹体在不同入水速度下弹体垂直侵彻液体介质过程的数值模拟,得到了垂直侵彻液体介质时弹体速度衰减特性,发现高速弹体在液体介质中运动的阻力因数与弹体形状和无量纲速度有关。基于对系列数值模拟计算结果的拟合分析,提出了计及头形因数的截锥形弹体 垂直侵彻液体介质时的速度衰减经验公式,通过开展数值算例分析验证了公式计算结果的可靠性。本文中提出的经验公式可实现对高速弹体在液体介质中速度衰减的准确快速计算,为舰船防护液舱结构设计提供一定的参考。     

基于CFD方法的高墩大跨箱梁桥静风力系数参数影响研究

基于计算流体力学(CFD)对某连续刚构桥主梁不同截面、不同工况下的风场特征进行了数值仿真分析,研究了梁高、风攻角、桥梁横坡等参数对桥梁主梁截面静力三分力系数(阻力系数、升力系数、扭矩系数)的影响,并结合气动流场特征分析了不同截面及攻角下的压强和速度分布。研究结果表明:梁截面高度、风攻角、截面横坡均对桥梁静力三分力系数有较大影响,但三者对三分力系数影响的侧重点不同:梁截面高度对阻力系数影响最大,变化幅度达0.494;攻角对升力系数影响最大,变化幅度达0.382;截面横坡主要体现对阻力系数的影响,变化幅度为0.17。静力三分力系数对梁体截面的形状及尺寸变化较敏感,梁体截面左右侧迎风时,阻力系数相差0.04~0.21,升力系数相差0.009~0.2,扭矩系数相差0~0.07;梁高越大,截面钝体特征越明显,周围的流场分布越复杂。     

含中心裂纹任意截面柱体扭转时的应力强度因子计算

本文提出了一组应力函数,采用边界配置方法计算了含中心裂纹不同截面形状柱体扭转时的应力强度因子。有关椭圆截面柱体的算例表明,本文方法具有良好的精度。同时,文中给出了圆、椭圆和矩形等不同截面柱体的计算结果。     

一种用于白天星敏感器的星点质心提取方法

从星空图像中提取星点质心是星敏感器工作的重要基础,针对白天星敏感器所获取的星空图像噪声情况复杂的特点,应用高斯点分布函数为数学模型,提出了一种能够获取高精度星点质心位置的基于帧累加的星点质心提取方法。首先通过多帧迭代优化目标星像灰度,消除随机噪声的影响,提高信噪比,再利用平方加权质心法计算星点质心的位置,从星空图像中提取星点质心。仿真实验结果表明:该方法具有较强的抗干扰能力和稳定性,且质心提取精度随迭代帧数的增加而提高,当迭代次数达到100次时平均定位精度可达0.1像素,适用于低信噪比条件下的质心定位计算。该算法简单易行,运算量小,能够实现对视频图像信息的实时处理,且有效地提高质心的定位精度,可以满足白天星敏感器的应用需求。     

铁路罐车优化设计研究

为了运送水泥、化肥等颗粒状货物,我国铁路车辆工厂设计并制造了一种承载能力为60吨的气卸散装货物罐车。该罐车由三个同样大小的罐体沿牵引中梁方向依次座落在底架上。如图1所示,罐体自身主要由浅碟形罐顶盖、圆柱形罐身及卸料用的下锥体三部分对焊而成。 该车已通过鉴定并大批使用,但是最近用户及有关部门希望该车自重再降一些,以提高承载能力。大连工学院力学所研制的DDDU程序系统新近增加了板壳单元,使我们对     

采用有限单元法计算梁任意形状截面特性

采用将梁截面离散化的方式,用数值积分计算截面的几何特性,并根据梁剪切变形和扭转理论,利用变分原理建立截面的有限元法方程,求解任意形状截面的扭转常数、剪切中心以及剪切面积修正系数等特性.本方法适用于各种形式的截面,具有计算精度高及适应性强的特点.根据上述理论编制了相应程序,按照不同的单元划分方式,分别计算出矩形截面截面特性,与理论解进行比较;又对舟山市定海长峙至岙山预应力混凝土连续箱梁截面进行了计算,并与Ansys结果进行比较,均证明采用本文的计算方法能得到满意的结果,且该方法适用于各种形状的截面形式.     

高压下液体微管道流动的摄动分析

应用参数摄动法对可压缩N-S方程进行渐近展开,并取其零阶近似对高压下微管道液体流动特性进行了分析．对任意截面形状和面积的微管道,在等温流动假设下将其截面形状、滑移长度等对解的贡献转化为求解该截面的格林函数,并给出等截面圆形微管道流动的零阶近似解．以此分析可压缩性、黏性以及壁面滑移等因素对高压下液体微管道流动特性的影响,进一步揭示了高压驱动下液体微管道流动偏离经典Hagen-Poiseuille(HP)理论的原因．      

汶川大地震后水坝建设中若干问题的思考

应用参数摄动法对可压缩N-S方程进行渐近展开,并取其零阶近似对高压下微管道液体流动 特性进行了分析．对任意截面形状和面积的微管道,在等温流动假设下将其截面形状、滑移 长度等对解的贡献转化为求解该截面的格林函数,并给出等截面圆形微管道流动的零阶近似 解．以此分析可压缩性、黏性以及壁面滑移等因素对高压下液体微管道流动特性的影响,进 一步揭示了高压驱动下液体微管道流动偏离经典Hagen-Poiseuille(HP)理论的原因．     

重力环境下液体大幅晃动运动脉动球模型及实验研究

现代航天器通常携带大量的液体推进剂, 在航天器的姿态发生变化的过程中, 由于惯性力和重力的作用, 可能会导致液体燃料发生剧烈晃动, 由此产生附加的晃动力会对航天器造成重要影响. 为了得到液体晃动的规律并满足星载计算机实时计算的要求, 本文研究并验证了一种用于等效液体大幅晃动的动力学模型. 首先将液体大幅晃动运动脉动球模型MPBM推广到重力环境中, 通过脉动球的牛顿?欧拉动力学方程和“呼吸运动”过程中能量关系式, 推导出晃动力法向分量的表达式. 同时, 引入不参与晃动的液体的等效模型, 使得液体质心位置的计算更加准确. 通过和文献中实验数据以及CFD软件的计算结果进行比较, 分别验证了推广的MPBM模型在大幅晃动、零动量机动工况下的有效性, 并基于该等效模型, 研究了脉冲激励的不同时序对航天器中液体晃动响应的影响. 最后, 设计并搭建了用于精确测量液体晃动力的实验平台, 验证了MPBM模型在等效非球形储箱的液体晃动时也同样可以很好地反应出晃动力的变化趋势. 本文的研究工作对进一步研究重力环境中充液航天器刚–液耦合动力学行为具有重要的参考价值.      

二维液桥计算模型及湿颗粒材料离散元模拟

本文研究了二维情况两直接相邻颗粒间液体以液桥形式存在时的液桥临界断裂距离及液桥力的计算过程。导出了用颗粒半径、三相接触角和液桥体积表示的二维液桥临界断裂距离拟合公式及两个接触或非接触颗粒间液桥毛细力随液桥体积的变化关系。引入Voronoi胞元计算定义基于参考颗粒介观结构的物质点的平均饱和度。提出了考虑液桥效应的二维湿颗粒离散元模型,并用以模拟不同初始均匀饱和度下湿颗粒集合体中的吸力效应,验证其有效捕捉以应变局部化为特征的破坏模式的能力。     

非均质固体炸药的冲击引爆临界能量判据研究

分析了冲击引爆过程,研究了非均质炸药受冲击时飞片(或杆)传速给炸药的能量和加载面处高压区域的演化。对于平头飞片,导出了可用于不同直径、不同厚度、不同截面形状的飞片冲击引爆炸药的临界判据,对于几种炸药进行了计算,并同实验进行了比较。研究了轴对称下平板向长杆过渡的临界L/D值,这一数值由最初的1/4及以后的1/12变化为1/8。     

直梁弯曲切应力的讨论

针对矩形截面直梁横力弯曲,讨论了弯曲切应力推导的假设条件,给出了弯曲切应力公式的适用范围.并通过图像的方式展示了不同截面形状下弯曲切应力的分布模式,为学生全面认识与理解弯曲切应力分布提供课堂教学补充材料.     

爆炸位置对钛合金定向泄爆容器冲击响应的影响

研究了不同位置炸药爆炸作用下钛合金定向泄爆容器的冲击响应。通过试验与数值模拟,分析了100 g TNT炸药放置不同位置时容器的抗爆性能和冲击端头的飞行角度,并以限制罐体运动为目的,对罐体轴向受力进行了分析。研究表明：爆炸物位于轴线时,罐体产生弹性形变;紧贴内壁中间位置时,罐体外壁鼓包并贯穿开裂;紧贴内壁近端头处时,罐体外壁凸起。100 g TNT炸药作用下,冲击端头出口速度均值为124.45 m/s、最大偏角为2.3°,且爆炸物位置对端头出口速度影响较小。爆炸物位于轴线前、后端时,轴向力较爆炸物位于轴线中心时分别增大173%和116%。该研究可为民机定向泄爆容器及连接结构设计提供参考。     

椭圆截面弹体侵彻性能的影响因素分析

为研究截面形状和头部曲径比对椭圆截面弹体侵彻性能的影响，开展了圆锥和椭圆锥压头的静态压痕试验，获得了不同截面压头缓慢贯入材料时的力-位移曲线。随后，基于30 mm弹道炮平台，开展了3种不同椭圆截面弹体在400～800 m/s撞击速度范围内正侵彻2A12厚铝靶试验，获得了靶体的破坏形貌及弹体侵彻深度。基于空腔膨胀模型及阻力函数修正系数，建立了椭圆截面弹体侵彻金属厚靶侵彻动力学模型，结合试验结果验证了模型的有效性，并系统分析了弹体截面形状和头部曲径比对侵彻性能的影响。研究结果表明，与圆锥压头相比，具有相同截面面积的椭圆锥压头贯入材料时阻力更大，当压头的截面长短轴比从1.00增大至2.00时，贯入阻力增大10.1%。当弹体截面面积相当，且各横截面保持长短轴比不变时，椭圆截面弹体的长短轴比越大，其侵彻性能越差；椭圆截面弹体侵彻性能随着截面长短轴比的增大和头部曲径比的减小而降低。     

液浮陀螺导电游丝性能分析

利用ＩＤＥＡＳ软件对不同形状的导电游丝的刚度、温度变化产生的力矩等进行了系统的、全面的计算；讨论了游丝的工作刚度随安装角度的变化规律；提出了单自由度液浮积分陀螺中导电游丝的最佳形状。     

基于REPFPA的围岩稳定性数值模拟

为了研究不同巷道截面形状对冲击荷载下围岩稳定性的影响,本文首次采用REPFPA系列软件的岩石类材料非线性分析模块进行了材料非均质性对材料力学性质的影响以及材料动荷载响应的数值模拟。使用REPFPA软件建立了矩形和拱形两种巷道围岩模型,得到了在冲击荷载下顶板围岩的位移响应规律。结果表明:拱形巷道截面的稳定性优于矩形巷道截面;拱形巷道矢跨比小于0.2时位移变化较大,矢跨比大于0.2时位移变化趋于平稳。     

液体的爆炸抛撒特征

针对液体爆炸抛撒过程设计了实验装置,利用高速摄像仪进行记录。通过研究不同中心装药量和 填充液体的抛撒过程,发现在壳体破裂后,液体沿裂缝处向外飞散。药量较小时,液体分散成树枝状形态,然 后破碎成液滴;药量较大时,则形成液体环状区。对于不同粘度的液体,环状区分别由小液滴及已雾化、汽化 的液体,或大液滴、液体丝及液膜等组成,抛撒过程中其宽度越来越大,大液滴、液体丝及液膜等也逐渐破碎成 细小的液滴。