方形截面弹俯仰振荡对滚转特性的影响

飞行器在大气环境中飞行时,经常受阵风等的干扰,引发非指令的自激振荡,威胁飞行安全.通过建立刚体六自由度运动方程和N-S方程的松耦合求解技术,研究强迫俯仰振荡过程对滚转特性的影响.针对背风区涡流形态及横侧向气动特性复杂的方形截面飞行器,数值模拟研究了其不同攻角下的静态滚转气动特性、自由滚转运动特性,以及俯仰振荡时不同振荡速率对滚转气动和运动特性的影响.结果表明,此飞行器在静态时临界攻角约为13°,当攻角小于临界攻角时,滚转方向是静不稳定的,诱发快速滚转运动;当攻角大于临界攻角时,滚转方向是静稳定,其滚转运动是收敛的.研究发现,俯仰振荡一般会降低飞行器滚转方向静稳定或静不稳定的量值,增强滚转方向的动态稳定性.在俯仰振荡的影响下,即使滚转方向是静不稳定的,如果俯仰振荡的频率足够大,飞行器的滚转运动也可能是收敛的.     

对自由滚动圆柱辊子滚动阻力系数的研究

本文应用粘弹性理论及赫芝接触原理对水平基础上自由滚动圆柱辊子的滚动阻力进行了理论研究,提出一组可用于确定滚动阻力系数及接触宽度的方程。     

摩擦与滚阻对被动行走器步态影响的研究

本文研究了圆弧足被动行走器支撑足与地面间的摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响. 首先分别利用扩展的 赫兹接触力模型和LuGre摩擦模型描述了支撑足与地面接触点处的法向支撑力和切向摩擦力,并考虑了行走过程中支撑足 所受的滚动摩阻;其次利用第二类Lagrange方程推导出了该系统的动力学方程,并通过与已有成果的对比确定 了合适的LuGre摩擦模型参数;最后仿真分析了摩擦系数和滚阻系数对被动行走器步态的影响. 研究发现:摩擦系数的改变 虽然对被动行走器行走的平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较小,但摩擦系数的减小 会改变其行走步态类型,如发生倍周期分岔甚至混沌现象;然而,滚阻系数的改变会对行走器行走的 平均速度、步幅,以及支撑足接触点处的最大法向接触力的影响较大,尚未发现滚阻系数的改变会引起其行走步态的变化.      

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在重轨万能轧制过程中,首先建立了简化的三维理论模型. 然后分别给出了轨腰、轨头及轨 底的运动学许可速度场以及相应的应变速度场和剪应变速度强度,并求出了相应变形区的塑 性变形功率、速度间断面上消耗的功率以及由于摩擦产生的摩擦功率. 最后根据上限原理分 别求解了水平辊和两个立辊的轧制力上限解. 通过比较可知,二辊轧制理论公式误差很大因 此不能用于万能轧制过程,而上限法求得的轧制力近似解大于轧制现场数据但最大误差不超 过13\%, 因此根据上限原理进行轧制工艺参数设定及优化是比较可靠的.     

在微粗糙平面上滚动的Chaplygin球的稳定性

本文利用文献[1]的结果,继续讨论 Chaplygin 球在微粗糙平面上滚动的稳定性。严格证明了在粘性和库仓两种磨擦条件下球绕最大惯量主轴滚动的一致稳定性,和在粘性摩擦条件及球的最大与中间主惯量矩十分接近的前提下球绕最小惯量主轴滚动的不稳定性。     

等离子体激励器诱导射流的湍流特性研究

为了进一步掌握等离子体流动控制机理, 完善等离子体激励器数学模型, 提升等离子体激励器扰动能力, 采用粒子图像测速技术, 在静止空气下开展了介质阻挡放电等离子体激励器诱导射流特性研究. 实验时, 将非对称布局激励器布置在平板模型上, 随后将带有激励器的模型放置在有机玻璃箱内, 从而避免环境气流对测试结果的影响. 基于激励器诱导流场, 分析了激励电压对诱导射流特性的影响, 揭示了较高电压下诱导射流近壁区的拟序结构, 获得了卷起涡、二次涡等拟序结构的演化发展过程, 计算了卷起涡脱落频率, 阐述了卷起涡与启动涡的区别, 初步探索了卷起涡的耗散机制. 结果表明: (1)层流射流不能完全概括等离子体诱导射流特性, 激励电压是影响射流特性的重要参数. 当电压较低时, 诱导射流为层流射流; 当电压较高时, 诱导射流的雷诺数提高, 射流剪切层不稳定, 层流射流逐渐发展为湍流射流. (2)等离子体诱导湍流射流包含着卷起涡、二次涡等拟序结构; 在固定电压下, 这些涡结构存在恒定的卷起频率. (3)当激励电压较高时, 流动不稳定使得卷起涡发生了拉伸、变形, 引起了流场湍动能增大, 从而加速了卷起涡的耗散. 研究结果为全面认识激励器射流特性, 进一步挖掘激励器卷吸掺混能力, 提升激励器控制能力积累基础.      

轮轨三维弹塑性接触应力的算法研究

轮轨三维弹塑性接触应力的计算是研究轮轨接触疲劳的前提,本首次将ＣＯＮＴＡＣＴ程序与有限元方法相结合,考虑钢轨的真实几何形状和边界条件,形成了统一的轮轨滚动接触算法和软件ＣＭＥＦ,快速、有效地计算钢轨中真实的弹塑性应力场。     

具有弹性层的两圆管间夹入弹性薄膜时的回转接触

应用弹性接触理论及Fourier变换,考虑接触域的粘着及微小滑状态,对具有弹性层的两圆筒间夹入弹性薄膜的非对称回转接触问题进行了0研究,讨论了接触宽度,弹性层厚度及摩擦系数等对弹性薄膜传送速度和圆筒公称圆周速度之比的影响。     

轴对称钝物体的尾涡结构

本文对于圆球和70°角斜切尾钝头旋成体的尾涡结构作了流态显示和部分热线测量,流态显示结果表明,这类钝物体尾迹中的三维尾涡结构均呈现为一列相互锁定的“涡链”状结构,每一个涡元素自身并不闭合,呈“发卡”形,并与后继的涡相连接,对于70°斜切尾钝头旋成体模型,由于其斜切尾有固定三维尾涡面卷起和脱落方位的作用,故呈现出规则的三维尾涡结构。而圆球模型,由于涡面卷起和涡脱落的方位是随机旋转的,因此“涡链”呈现为被任意扭曲的千姿百态,流态照片各不相同,圆球尾迹的这种既有周期性又有随机旋转的特性,在热线测量的结果中也有所反映。     

轮轨滚动接触力学的发展

轮轨滚动接触力学主要研究轮轨滚动接触过程中的作用行为。由于其研究的复杂性,目前在该领域的研究已基本形成既独立又关联的六个分支,它们分别是轮轨滚动接触蠕滑率/力理论、轮轨粘着、接触表面波浪形磨损、轮轨滚动疲劳、脱轨和轮轨噪音。本文综述了这几个方面研究的发展历史和现状。由于轮轨滚动接触作用的研究又是以轮轨滚动接触蠕滑率/力理论为基础的,故本文着重评述目前常用于车辆/轨道动力学和轮轨关系研究中几个经典滚动接触理论模型的优缺点。根据实际工程中轮轨作用存在的严重问题,并提出轮轨滚动接触理论及其试验在今后的研究方向和所要考虑的有关重要因素。      

非稳态纯滚动接触弹塑性分析

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.     

轴线平行圆柱体滚动接触时的轴向移动阻力

应用摩擦学中的预位移原理，求解轴线平行的两粗糙圆柱体滚动接触时的轴向移动阻力，分析了轴移速比、法向接触载荷、圆柱体表面粗糙层参数对轴向移动阻力的影响，并给出了计算轴向移动阻力的简化公式．     

连铸板坯热轧中角部裂纹变化的研究

采用有限元方法对轧件角部横向和纵向裂纹在多道次立-平轧制过程中变形行为进行了模拟,分析了裂纹的闭合与扩展行为．结果表明:采用平立辊,裂纹很好闭合,但变形程度大,可能延伸和往轧件顶面移动,对角部横向裂纹,裂纹尖端节点往外扩散,对三角形横向和纵向裂纹,裂纹可能发生折叠;采用孔型立辊,立轧后,轧件裂纹很好地闭合,平轧后,横向和侧面纵向裂纹可能被拉开,顶面纵向裂纹闭合较好,只有三角形横向裂纹可能发生折叠．     

基于LBM的铝微滴斜柱沉积水平偏移研究

金属微滴沉积制造技术采用逐点堆砌方式成型, 为斜柱沉积提供无支撑制造方式, 具有高度灵活性. 本文针对铝液滴斜柱连续沉积过程, 建立格子玻尔兹曼模型进行数值模拟, 研究液滴在凝固表面上的水平偏移运动. 根据表面能充放过程, 沉积运动被划分为下落、快速扩张、慢速扩张、回弹4个阶段, 其受力状态由表面能、重力势能、动能和黏性耗散趋势得到. 液滴内部流动在扩张阶段中表现为滑动状态, 而在回弹阶段中表现为滚动状态. 液滴偏移运动的加速阶段主要发生在扩张阶段, 而偏移距离则在回弹阶段中产生. 扩张阶段的受力状态表明偏移运动的主要推动力为重力和毛细力. 随着液滴轴线距离的增大, 扩张阶段中的加速段时间缩短、速度峰值提高, 使水平偏移距离呈先增大后减小的趋势, 这种阶段化特征源于加速段时长和速度极大值的竞争关系. 不同沉积高度和固液浸润度下, 偏移距离均保持相同的演化趋势. 在相同的轴线距离下, 偏移距离随固液浸润度的增大而减小, 随沉积高度的增大而减小. 通过拟合水平偏移距离演化规律、优化扫描步距, 能够实现斜柱的均匀沉积, 并使倾角与理论结果一致.      

颗粒摩擦对颗粒材料剪切行为影响的试验研究

通过对一种类似于土的颗粒材料--玻璃珠开展一系列室内直剪试验,研究颗粒间摩擦对颗粒材料剪切行为的影响. 试验一共考虑了4种不同的摩擦情况:干燥状态、用水浸润状态、完全淹没在水中和用油浸润状态. 分析试验结果发现,与干燥状态试样相比,用油浸润能明显降低试样的剪胀性和抗剪强度,而用水浸润和淹没在水中的方法没有产生显著的影响. 此外,通过在剪胀关系式中引入可变剪胀系数来考虑颗粒摩擦对颗粒材料剪胀性的影响,并从颗粒滑动与滚动的细观机理上初步解释了颗粒滑动摩擦角对临界状态摩擦角的影响规律.     

轧制过程的显式动力学有限元模拟

采用显式动力学弹塑性有限元方法对平板轧制问题进行了模拟计算,得出咬入,稳定轧制和抛钢阶段整个轧制过程的应力应变场。通过将板宽对称中心线轧制压力分布的计算结果与实验值进行对比,表明计算结果准确。     

CMP流场的数值模拟及离心力影响分析

化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)是一项融合化学分解和机械力学的工艺, 其中包含了流体动力润滑的作用.在已有润滑方程的基础上, 提出并分析了带有离心力项的润滑方程.利用Chebyshev加速超松弛技术对有离心力项的润滑方程进行求解,得到离心力对抛光液压力分布的影响. 数值模拟结果表明,压力分布与不带离心力项的润滑方程得出的明显不同;无量纲载荷和转矩随中心膜厚、转角、倾角、抛光垫旋转角速度等参数的变化趋势相同,但数值相差较大, 抛光垫旋转角速度越大差别越大.      

光滑曲面点接触的理想约束推导

分析力学在讲述形状光滑的两刚性面保持点接触时,如果无摩擦或者纯滚动,使用了两个接触点的可能微小位移在接触点法向分量相等,或者接触点的相对速度为零的条件推导出接触为理想约束。本文从两曲面保持点接触时满足共点和相切的几何条件出发,获得这一结论,前提条件更加明确。     

基于碰撞模型的斜坡滚石颗粒速度预测

滑坡滚石灾害是西部山区常见的地质灾害类型,具有突发性和随机性强的特点,是山区地质灾害预测和防治工作的重点和难点. 本文基于颗粒接触理论,考虑影响斜坡滚石碰撞过程中的随机因素,建立了用于预测斜坡滚石颗粒碰撞后速度的理论模型. 根据冲量及冲量矩定理建立滚石颗粒碰撞基本方程,得到斜坡滚石颗粒碰撞后反弹速度的解析解. 结果表明:斜坡滚石碰撞后反弹速度的解析解包含了坡角、坡体上被碰颗粒速度以及角度、入射速度和角度以及撞击角度等随机因素;当考虑入射滚石颗粒与坡体上被碰颗粒的撞击角度变化时,模型预测结果与试验结果吻合较好;本文进一步预测了滚石颗粒碰撞后颗粒反弹线速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布情况. 结果显示,反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布均服从高斯分布;当坡体上被碰颗粒速度和坡角发生变化时,其对反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度概率分布定性上没有影响,但是对概率分布的中心参数有显著影响.      

A NUMERICAL STUDY OF THE STRESS DISTRIBUTION IN HOPPER FLOW

The stress distributions of granular flow in a cylindrical hopper with fiat bottom are investigated by means of a combined approach of discrete element method (DEM) and averaging method. The filling and discharge of the hopper flow are first simulated at a particle level by means of a modified DEM. The results are then used to determine the velocity and stress profiles of the hopper flow by means of an averaging method. The analysis is focused on a central section plane of the hopper due to the relatively perfect axial symmetry. The velocity profiles are illustrated to be consistent with those obtained by the previous experiments, confirming the validity of the proposed approach. The distributions of four components of the planar stress tensor at different heights are quantified. It is shown that the vertical normal stress increases with increasing the height near the central axis, the horizontal normal stress varies more slowly at a higher level and is almost constant when the height is equal to or greater than about 12 particle diameter, and the magnitudes of two shear stresses are equal at the central zone of the hopper but not so at the points near the walls. The dependence of stress distributions on the wall mechanical properties such as sliding resistance and rolling resistance is also discussed.