变截面Timoshenko梁的单元刚度矩阵

变截面构件在工程中应用广泛,在对变截面梁进行数值计算时,需要建立变截面梁单元的刚度矩阵。该文采用势能驻值原理,考虑了轴力引起的几何非线性和剪切变形的影响,将梁截面刚度的变化率作为小量,得到了近似到二阶的单元刚度矩阵。在构造位移模式时,从梁的微分平衡方程出发,得到同样近似到二阶、分别以三次和五次多项式表示的剪切和弯曲位移模式。该文还证明了单元刚度矩阵的奇异性,给出了轴压刚度的表达式,定量论证了与某些精确解的误差,表明在一定范围内,该文的结果具有足够的精度。最后以一个计算实例说明该文的单元刚度矩阵具有较快的收敛性。     

大柔性Stewart平台的刚度研究

大型射电望远镜舱索系统通过六根索长的协调变化驱动馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动,其工作特点类似于Stewart平台,因此被看作大柔性Stewart平台。基于大型射电望远镜舱索系统50m缩比模型,首先分析了悬索的垂跨比与悬索张力、系统基频之间的关系;其次,研究了大柔性Stewart平台零位时的竖向刚度;最后,对舱体在不同位姿处的扭转刚度进行分析。研究工作为变结构悬索系统的振动分析与运动控制奠定了基础。     

人体手臂阻抗控制研究

阻抗控制对于人体运动稳定性,尤其在进行不稳定任务时有着不可替代的贡献.本文由屈伸肌活性在实验测量和理论计算的误差得到启发,提出了即使在手臂平面自由运动中,肌肉的共同收缩对阻抗也有贡献的观点,运用神经肌肉骨骼模型及最优控制方法,计算出手臂运动轨迹,运动部分代人原有模型得到相似结论,把公式中的相互作用项解释为阻抗贡献,并综合多篇相关文献数据,推算出共同收缩阻抗,修正了旧有模型刚度椭圆单调变化的不足,通过仿真得到与实验基本一致的刚度椭圆图,并附加得出前后自由运动时手臂的共同收缩比左右运动时的幅度要大,对总体刚度椭圆的贡献更多".     

变截面含筋夹层复合材料悬臂结构刚度特性规律研究

含筋夹层复合材料悬臂结构现已在舰船工程应用中得到关注,然而因为变量众多,在方案设计阶段对弯曲刚度特性的把握往往较为困难.对此,首先基于典型结构应用背景需求,建立了变截面含筋夹层复合材料梁弯曲刚度理论计算模型;进而制作结构模型,开展刚度特性试验研究,通过试验与计算结果的对比,验证了计算方法的有效性;最后探讨了各主要构件材料参数、面板混杂纤维含量、面腹板截面分配以及腹板铺层比例对刚度的影响规律,所得结论可为变截面含筋夹层复合材料悬臂结构方案设计提供参考.     

具有弹性支座杆件的动力稳定性研究

研究了杆件具有弹性支座时直杆的动力稳定性问题，推导出了杆件的临界频率和动力不稳定边界，分析了弹簧刚度和阻尼对杆件动力稳定性的影响，研究表明杆件的侧向刚度愈大其结构的动力稳定性愈好，阻尼对杆的振动起有利作用，并提出了在实际工程中减小杆件振动的一些措施．     

考虑时变刚度特性的复合材料微结构拓扑优化设计方法

理想的骨折内固定植入物在组织愈合或修复的过程中,其结构性能需要满足不同愈合阶段对生物力学的需求.提出一种对生物可降解复合材料微结构的时变刚度特性进行调控设计的拓扑优化方法,以达到理想的骨折内固定植入物特殊的时变刚度特性需求.使用具有不同降解速率和刚度的两种可降解材料,以相对密度作为设计变量来描述不同材料的分布,以特定降...     

Timoshenko-Euler楔形梁有限元

本文首先建立楔形梁包含轴力和剪切变形效应的平衡微分方程，由于该方法是二阶变系数微分方程，其争析解很难得到，本文通过将该方程中的变系数和方程的解用Chebyshev多项式逼近得到了Timoshenko-Euler楔形梁的单元刚度方程，最后通过算例检验了所得单元刚度方程的对称性，以及验证了计算悬臂梁挠度和悬臂柱弹性临界力的正确性及其收敛性，本文提出的方法可适用于任意变截面Timoshenko-Euler梁单元刚度方程的求解，运用此方法，除可以考虑轴力和剪切变形的影响外，还可以减少结构分析中的单元数和自由度，提高包含楔形构件的结构分析的精度和速度。     

基于Pushover分析的钢框架整体刚度和屈服强度的概率统计特性

近年来随着静力弹塑性分析Pushover方法的广泛应用，基于Pushover分析的结构整体可靠度分析引起了人们很大兴趣。然而，该方法在分析结构承载力的概率特性时，需要进行大量样本的Pushover分析。本文以钢框架结构为例，考虑了结构构件面积、材料弹性模量、屈服强度、恒荷载和活荷载的随机性，根据不同的水平荷载模式对钢框架进行Pushover分析，对钢框架的双线性整体抗力模型参数(弹性刚度、屈服后刚度和屈服强度)的概率分布特性进行K-S检验，并得到了有关统计叁数．结果表明钢框架双线性整体抗力模型参数均服从对教正态分布．     

一种求解空间多体接触问题的有效方法

本文导出了能够反映不同接缝类型传力特征的物理方程式，提出了以空间接触面单元为基础的变刚度迭代方案，用以求解带有交叉缝的大体积混凝土结构的应力分析问题。所提出的分析方案能够考虑接缝面上不同方向的抗剪能力，接缝间隙随位置，高度和荷载施加的变化情况，通过算例表明，我们提出的分析方案能够有效地解决大体积混凝土结构的空间多体接触问题。     

刚度分配图乘法的基本原理及应用

在结构力学中,当采用常规图乘法计算变截面梁结构的位移时,通常会面临弯矩图分块面积多、图乘次数多、计算量大、计算效率低等困难。针对这些问题,从结构刚度的角度出发,提出变截面梁结构位移计算的刚度分配图乘法,推导了该方法的基本公式并建立其使用的基本操作原则。该方法概念清晰,容易理解,充分发挥了图乘法的优势。算例的应用与比较表明,采用该方法进行位移图乘计算简便合理,计算量非常小,计算效率高,值得推广。     

Quantification of the stiffness and strength of cadherin ectodomain binding with different ions

The stiffness and strength of extracellular (EC) region of cadherin are proposed to be two important mechanical properties both for cadherin as a mechanotransductor and for the formation of cell-cell adhesion. In this study, we quantitatively characterized the stiffness and strength of EC structure when it binds with different types of ions by molecular dynamics simulations. Results show that EC structure exhibits a rod-like shape with high stiffness and strength when it binds with the bivalent ions of calcium or magnesium. However, it switches to a soft and collapsed conformation when it binds with the monovalent ions of sodium or potassium. This study sheds light on the important role of the bivalent ions of calcium in the physiological function of EC.     

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.     

变刚度梁挠度曲线的Green函数法求解

在变刚度梁的线弹性问题中,求解梁受静力荷载的挠度曲线常用解法有积分法与单位荷载法.本文从变刚度梁挠度曲线的微分方程出发,给出了变刚度梁挠度曲线的Green函数法解答,并分析了该解法的优点.从推导结果可以看到,本文提出的公式具有统一、精确、简洁、适合电算的特点,在编制杆系结构计算软件中将具有重要应用价值.     

含芯拧绞绳非线性弯曲动力学特性分析与研究

建立细长缆索大柔性多体动力学模型时,现实存在的复杂捻制几何构型多不予考虑,而是将柔索简化为材料均匀梁进行描述,致使运动仿真模型与物理实际存在一定差距. 为此,研究一种典型非线性拧绞绳股的大变形等效动力学建模方法,考虑准静态与大范围运动情况下绳股内的线接触,计算了受摩擦力及弯曲曲率影响的绳股可变弯曲刚度,通过等效梁模型避免了绳股精细建模时的大规模计算消耗. 基于连续介质力学与绝对节点坐标方法,建立了拧绞绳惯性广义坐标下的多柔体动力学模型. 为了验证等效模型的可行性,与基于有限段方法建立的精细模型进行对比仿真分析,通过位形验证了等效模型的精度. 进一步地,根据力载作用下的准静态构型,研究了特定构型绳股弯曲刚度沿轴向的分布规律;通过自重力下一端固定柔性绳摆自由运动仿真并与传统均匀梁模型相比,研究了模型弯曲特性的差异. 最后,根据能量守恒原理分析了摩擦耗散系统内各种能量间的相互转化. 拧绞绳大变形等效动力学模型能够提高绳索动力系统运动预测的仿真计算效率,还能为钢丝绳参数与构型设计提供依据.      

三维编织复合材料剪切性能分析

根据三维四向编织复合材料的结构特点，提出了刚度合成法预测编织复合材料剪切弹性模量，比较了整体编织试件和裁剪所得试件理论剪切性能差别，分析了三维编织T300／QY9512复合材料的剪切性能随试件沿宽度和厚度两个方向内部单胞数目的变化规律。结果表明，三维编织复合材料剪切弹性模量是与试件尺寸相关的，只有当试件尺寸较大、沿宽度和厚度两个方向内部单胞数目较多时，试件尺寸的影响可以忽略。当沿宽度方向单胞数目较大时，整体编织试件和裁剪所得试件的剪切模量相近。本文还得到了在复合材料板的纤维体积含量不变的情况下，剪切模量随编织角的变化规律。     

系留气球球体结构纵向刚度研究

针对系留气球球体结构为充气膜结构的特点,对系留气球球体结构纵向刚度做了系统的分析. 首先通过理论分析,得出了系留气球球体结构在纵向集中载荷作用下的位移比例系数n 以及内部超压p,进而推导出了系留气球球体结构纵向刚度的理论公式;然后分别利用有限元方法以及1:8 缩比模型的试验验证了理论分析的正确性. 通过该研究得到的充气膜结构刚度的理论计算方法可为相关浮空器锚泊载荷的计算提供支持.     

变质量、变阻尼、变刚度结构系统的动力响应

本文首次提出了变质量、变阻尼、变刚度结构系统的动力响应问题,并根据抓斗卸船机的工作过程导出了结构系统的动力方程及解法。最后给出了工程实际算例。     

对称变截面平面曲杆的单元刚度矩阵

本以一种新的思路和做法对变截面曲杆进行单元分析,直接把变截面曲杆作为单元,采用弹性中心法导出了单元刚度矩阵通用公式,确定了截面按余弦规律变化时,轴线分别为圆弧形、抛物线形、半椭圆形平面曲杆的单元刚度矩阵精确式,供结构设计参考使用。     

用振动试验方法测定羽毛球拍杆的刚度

将羽毛球拍杆简化为单自由度弹簧质量系统,用振动试验方法测出系统的固有频率,用于计算羽毛球拍杆的抗弯刚度,并以此作为评定羽毛球拍杆软硬度的指标. 振动试验方法方便、准确,可用于代替现行弹性测试法,作为测定羽毛球拍杆软硬度的标准.     

DISPLACEMENT CALCULATION FOR STRAIGHT BAR WITH VARIABLE STIFFNESS BASED ON GRAPH MULTIPLICATION METHOD1)

为解决图乘法计算变截面杆件位移时分割图形数目多,计算容易出错这一问题,提出了一种刚度折算的方法,把长度已知的变截面杆件等价转换为两个一定长度的等截面杆件,通过刚度与位移的关系进行折算,然后叠加即可得到正确结果。可显著减少图乘次数,降低计算量,提高计算效率和正确率,值得推广。