有限长滑动轴承非线性油膜力的近似解法

本文中提出了一种求解有限长径向滑动轴承非线性油膜力的近似解析方法.在滑动轴承-转子系统非线性动力行为分析中,油膜力计算模型通常采用"π"油膜假设,但是,实际工况中油膜的存在区域并非是"π"区域,运行时油膜中出现气穴,破裂成条纹状(即具有Reynolds边界条件).本文中的近似解析方法采用Reynolds边界条件,基于变分原理,运用分离变量法求解油膜的压力分布,其中油膜压力的周向分离函数通过无限长轴承的油膜压力分布获得,油膜的破裂终止位置角通过连续条件确定,轴向分离函数运用变分原理并结合周向函数求得.计算结果表明:本文中提出的方法和有限元方法的结果吻合得很好.在此基础上,分析了一些轴承参数对油膜压力分布的影响.     

复杂非线性转子—轴承系统动力特性数值分析

研究非线性高维复杂转子－轴承系统的动力特性。针对系统的局部非线性特征,给出了一种降阶及配套动力积分方法。降阶系统仍保持局部非线性特征,非线性响应数值积分所需的迭代只需在局部非线性的维数上执行。对于油膜力无封闭解的实际轴承,采用变分不等方程有限元法求解Reynolds边值问题,使得油膜力及其Jacobian矩阵的计算变得非常简单明了且与具有协调一致的精度。应用上述方法计算分析了一双跨、椭圆轴承－转子系统的不平衡响应,数值结果展现了系统丰富复杂的非线性现象。     

轴承-转子系统Hopf分叉及其后动力学行为研究

采用长轴承解析模型研究滑动轴承支承的平衡单盘柔性转子-轴承系统的自激振动,把结合打靶法的延续算法应用于柔性平衡转子-轴承系统Hopf分叉后周期解的追踪和求解上,基于Floquet理论对周期解的稳定性加以分析.通过持续追踪周期解频率变化并与失稳固有频率进行对比,分析了自激锁相现象,研究了非线性油膜力自激源对系统的作用机理.运用Poincare映射、分叉图、及Lyapnov指数对周期解分叉、混沌及进入和脱离混沌的过程进行了分析.     

滑动轴承非线性油膜力的神经网络模型

在已有的滑动轴承非线性油膜力数据库基础上 ,将轴承的位置和速度参数加以综合 ,利用变量状态空间变换将分段的油膜力数据转换成连续的数据空间 ,建立非线性油膜力连续型数据库和相应的网络模型 .以圆轴承 -转子系统为例 ,分别采用有限差分法、数据库法和 BP网络模型计算了轴承系统的非线性油膜力和轴心轨迹 .结果表明 ,网络模型计算结果与基于数值方法的结果较为吻合 ,可以显著地提高轴承系统的计算效率     

用瑞利-李兹法求解瞬时非稳态滑动轴承油膜力的新算法

提出了一个利用瑞利一李兹方法求解Reynolds边界条件下非稳态滑动轴承油膜力的近似算法，充分利用油膜力分布的特性，用双曲余弦函数来表示油膜力的轴向压力分布，而用多项式函数插值法来求解油膜力的周向压力分布，并同时计算出油膜力的破裂边界。算例表明本算法达到了相当高的精度，可用于转子系统的非线性数值分析，能大大降低数值求解瞬态油膜力的计算时间。     

基于Poincare变换的滑动轴承非线性油膜力数据库方法

运用状态空间Poincare变换使径向滑动轴承动力系统的部分状态变量由无限区间变换到有限区间,在经过变换的状态空间中求解Reynolds方程,建立了径向滑动轴承非线性油膜力数据库及相应的插值拟合程序,实现了非线性油膜力的快速准确获得。通过滑动轴承,转子系统运动瞬态分析和Poincare映射方法验证了数据库及拟合程序的精度。     

流体动压滑动轴承-转子系统非线性动力特性及稳定性

根据油膜的物理特性,在动力积分、迭代过程中实时修正具有下游Reynolds边界条件的轴承流体润滑椭圆型变分方程,使其等价为变分不等式.运用八节点等参有限元方法,同时完成非线性油膜力及其Jacobian矩阵的计算.运用Newton-Raphson方法求得转子平衡点时,同时求得了作为副产品的轴承的刚度和阻尼系数.将预估-校正机理和Newton-Raphson方法相结合,提出了计算轴承-转子系统Hopf分岔点(对应于线性失稳转速)的方法.将预估-校正机理与Poincaré-Newton-Floquet方法相结合,分析了T周期运动的局部稳定性和分岔现象.结果表明,采用八节点等参有限元方法同时完成非线性油膜力及其Jacobian矩阵的计算时,同传统方法相比计算量减少,且精度协调一致;将预估-校正机理和Newton-Raphson方法相结合,可以方便地计算轴承-转子系统Hopf分岔点;将预估-校正机理与Poincaré-Newton-Floquet方法相结合,可以避免初值选取困难,快速求得系统周期解及其分岔点.所建立的计算方法具有省时、精度高等优点,可用于指导滑动轴承-转子系统设计.     

考虑温粘热效应的多瓦轴承模型及其应用

构筑了轴向解析、周向有限元压力分布的一维变粘度场有限宽轴承模型。在绝热边界条件下,忽略泊肃叶流项对速度的影响,不考虑温度轴向变化并沿油膜厚度方向积分,三维能量方程可降阶为平均温度场只沿周向分布的一维形式,结合滑动轴承非线性油膜力的一维直接解法,能量方程与雷诺方程可分别求解,既考虑了温粘效应对滑动轴承非线性动力学性能的影响,又提供了无需迭代直接确定油膜破裂边界和求解非线性油膜力的快速新方法。作为应用,针对进油槽位于水平两侧的椭圆瓦轴承进行了动力润滑热效应分析,与工程数据比较,计算结果吻合,证明该模型合理,适用于工程上多瓦轴承的分析计算。     

轴向槽动压滑动轴承非线性油膜力解析模型

本文中提出了一种求解流体润滑轴向槽径向滑动轴承非线性油膜力的解析模型.采用油膜气穴边界条件,基于Sturm-Liouville理论,求解了非线性油膜的压力分布.为了便于求解油膜动压润滑的Reynolds方程,将油膜压力函数分解为特解和通解相加的形式,润滑油膜的破裂位置通过连续性条件确定.运用分离变量法,将特解的压力分布分解为周向分离函数和轴向分离函数相加的形式,周向分离函数运用Sommerfeld变换求解.将通解的压力分布分解为周向分离函数和轴向分离函数相乘的形式.采用变量代换,将周向分离函数方程转化为Sturm-Liouville型方程,根据边界条件求得本征值和本征函数系,进而得到通解的周向压力分布;通过求解微分方程,得出轴向分离函数为含本征值的双曲正切函数.在油膜完备区域,对油膜压力分布的解析表达式进行积分,从而求得有限宽轴向槽径向滑动轴承非线性油膜力.计算结果表明:本文中提出的方法和有限差分法的结果吻合得较好,验证了本文中所提出解析模型的正确有效性.     

弹性支承滑动轴承不平衡转子系统非线性动力稳定性和分岔的研究

研究弹性支承滑动轴承不平衡转子系统的稳定性及分岔特性。建立了弹性支承-滑动轴承-转子非线性动力系统的力学模型，在油膜力非线性的情况下，应用数值模拟，采用打靶法计算了刚性转子系统的周期解，并与龙格-库塔法计算的结果进行了对比，依据Floquet理论，分析了周期解的稳定性，再结合龙格-库塔法、Poineare映射法作出了系统运动分岔图。最后，讨论了轴的柔性对转子系统运动稳定性的影响。     

Lower bound shakedown analysis by the symmetric Galerkin boundary element method

In this paper, the static shakedown theorem is reformulated making use of the symmetric Galerkin boundary element method (SGBEM) rather than of finite element method. Based on the classical Melan’s theorem, a numerical solution procedure is presented for shakedown analysis of structures made of elastic-perfectly plastic material. The self-equilibrium stress field is constructed by linear combination of several basis self-equilibrium stress fields with parameters to be determined. These basis self-equilibrium stress fields are expressed as elastic responses of the body to imposed permanent strains obtained through elastic–plastic incremental analysis. The lower bound of shakedown load is obtained via a non-linear mathematical programming problem solved by the Complex method. Numerical examples show that it is feasible and efficient to solve the problems of shakedown analysis by using the SGBEM.     

在线铁谱仪电磁装置磁场的有限元分析

针对在线铁谱仪中的一种新型的直流电磁装置,通过有限元分析揭示了其工作气隙中的磁场分布规律,采用正交设计方法确定了夹角方案条件下的最佳工作气隙尺寸,比较了磁场在夹角方案和倾角方案条件下的分布情况.结果表明,该装置在夹角方案条件下可以在油样流动方向上形成由弱到强的磁场分布,但效果不如倾角方案好.     

有限元—康托洛维奇杂交法及其应用

本文将有限元法与康托洛维奇方法进行适当组合,吸收二者的主要优点,提出在单元的位移插值函数中附加康托洛维奇项。康托洛维奇方法是一种半解析法,其在解析方向具有较高的精度,在一定程度上弥补了原有限元方法中插值函数选取的盲目性,能够较好地反映微分方程的固有性质,提高其适应性。在单元的位移插值函数中附加内部无节点的位移项,无需增加新的单元与节点,使用较少的单元即可获得较高的精度。并且,这些附加项满足单元边界条件为零,故其在单元与单元的交界面上是保证协调的。本文通过算例充分说明了此方法的特点和优越性。     

非饱和土-结构动力响应的多耦合周期性有限元法

真实的地基土体-隧道系统中土体及结构性质往往沿线路纵向变化. 为考虑土体与结构沿纵向的变化特性, 提出了一种非饱和土-结构系统动力响应分析的多耦合周期性有限元法. 首先基于非饱和土的实用波动方程, 采用 Galerkin 法推导了单节点5个自由度的非饱和土u_b-p_l-p_g格式有限元表达式, 相比于单节点9个自由度的u_b-v-w格式有限元表达式, 节省了计算资源. 其次引入复拉伸函数, 构建完美匹配层边界单元截断无限域. 最后采用多周期性模拟结构沿纵向的变化特性, 引入自由波传播理论, 结合各周期性结构间的连续性条件, 实现纵向各周期性结构间的耦合. 通过与既有的2.5维有限元-完美匹配层法和波函数法的计算结果进行对比, 验证了本文方法的可靠性. 该方法与既有的解析、数值方法相比, 具有可高效考虑结构纵向变化特性的优点. 基于该方法, 以非饱和土-隧道-隔离桩系统为例, 讨论了隔离桩的减(隔)振效果, 结果表明: 与咬合桩相比, 考虑隔离桩桩间距后地表动力响应规律有所改变, 因此在进行地铁隧道系统振动响应预测时, 应考虑系统结构沿纵向的变化特性.      

Periodic solutions of rigid body–viscous flow interaction

This paper describes the work on extending the finite element method to cover interactions between a viscous flow and a moving body. The problem configuration of interest is that of an arbitrarily shaped body undergoing a simple harmonic motion in an otherwise undisturbed incompressible fluid. The finite element modelling is based on a primitive variables representation of the Navier-Stokes equations using curved isoparametric elements. The non-linear boundary conditions on the moving body are obtained using Taylor series expansion to approximate the velocities at the fixed finite element grid points. The method of averaging is used to analyse the resulting periodic motion of the fluid. The stability of the periodic solutions is studied by introducing small perturbations and applying Floquet theory. Numerical results are obtained for several example body shapes and compared with published experimental results. Good agreement is obtained for the basic non-linear phenomenon of steady streaming.     

An efficient method for computing local quantities of interest in elasticity based on finite element error estimation

We present an efficient finite element method for computing the engineering quantities of interest that are linear functionals of displacement in elasticity based on a posteriori error estimate. The accuracy of quantities is greatly improved by adding the approximate cross inner product of errors in the primal and dual problems, which is calculated with an inexpensive gradient recovery type error estimate, to the quantities obtained from the finite element solution. With less CPU time, the accuracy of the improved quantities obtained with the proposed method on the coarse finite element mesh is similar to that of the quantities obtained from the finite element solutions on the finer mesh. Three quantities related to the local displacement, local stress and stress intensity factor are computed with the proposed method to verify its efficiency.     

压电传感器探测层合板分层的数值分析

用修正的准三维有限元法分析了受单轴拉伸表面覆盖有压电薄膜的复合材料层合板。文中首先讨论了压电薄膜层对层合板层间应力的影响，然后在存在分层裂纹的情况下，计算了压电层的电压分布。结果表明将压电薄膜作为传感器来进行分层探测是可行的。文中最后考虑了多种因素对传感灵敏度的影响。     

周期分布多边形夹杂奇异性应力干涉问题的研究

采用一种新型的杂交元模型和一种单胞模型来解决周期分布多边形夹杂角部的奇异性应力相互干涉的问题。新型杂交元模型是基于广义Hellinger-Reissner变分原理建立的,其中奇异性应力场分量和位移场分量是采用有限元特征分析法的数值特征解得到的。使用当前的新型杂交元模型,只需要在夹杂角部邻域的周界上划分一维单元,避免了像传统有限元模型那样需要划分高密度二维单元。文中给出了代表奇异性应力场强度的夹杂角部广义应力强度因子数值解,并考虑材料属性、夹杂尺寸和夹杂位置关系的影响。算例中,考虑了夹杂和基体完全接合的情况,并给出了考核例。结果表明:当前模型能得到高精度数值解,且收敛性好;与传统有限元法和积分方程方法相比,该模型更具有通用性,为非均质材料的细观力学分析打下了基础。     

PREDICTIONS OF EFFECTIVE OUT-PLANE SHEAR MODULUS AND SIZE EFFECT OF HEXAGONAL HONEYCOMB

给出了预测六边形蜂窝材料等效剪切模量及其尺寸效应的圆筒扭转力学模型和扭转能量法,建立了等效面外剪切模量G₁₃相对于材料体分比ν、周向单胞数n、圆筒半径r和单胞层数参数m变化的解析表达式;同时将扭转能量法、有限元数值模拟计算和G-A经典细观力学方法进行了比较,从理论上揭示并验证了尺寸效应的存在性. 结果表明,当蜂窝体胞尺寸相对结构尺寸无穷小时,预测结果趋近于细观力学方法的结果. 此外,利用周期性蜂窝材料的结构对称特性,使用体胞子结构有限元计算模型进行等效面外剪切模量及其尺寸效应的预测,在不影响计算结果的前提下极大地提高了计算效率.     

A theoretical solution for axially symmetric problems in elastodynamics

This paper presents a theoretical solution for the basic equation of axisymmetric problems in elastodynamics. The solution is composed of a quasi-static solution which satisfies inhomogeneous boundary conditions and a dynamic solution which satisfies homogeneous boundary conditions. After the quasi-static solution has been obtained an inhomogeneous equation for dynamic solution is found from the basic equation. By making use of eigenvalue problem of a corresponding homogeneous equation, a finite Hankel transform is defined. A dynamic solution satisfying homogeneous boundary conditions is obtained by means of the finite Hankel transform and Laplace transform. Thus, an exact solution is obtained. Through an example of hollow cylinders under dynamic load, it is seen that the method, and the process of computing are simple, effective and accurate.