圆形瓦推力轴承动特性研究

建立了圆形可倾瓦推力轴承动特性计算的数学模型,考虑瓦变形对轴承性能的影响,对中心支承条件下的圆瓦推力轴承的动特性数学模型进行了有限元求解,得出了圆瓦推力轴承的动特性系数值,同时讨论了弹簧支承时的弹簧刚度选取依据,所得结果可用于指导圆形瓦推力轴承的设计和应用。     

基于能量原理确定系泊碰撞载荷的有限元法

准确地确定出船舶系泊时的撞击载荷, 对船舶及海洋平台的强度研究都是极其重要的. 提出了通过能量原理和有限元分析确定系泊撞击载荷的方法. 碰撞时, 动能和变形能满足能量守恒, 动能是包括附连水质量在内的船体总动能, 此动能在撞击时转化为变形能, 根据变形能与载荷的关系, 求出碰撞载荷. 通过具有碰撞载荷理论解的梁的验证, 表明该方法是完全可行的. 为实际工程提供了确定护舷撞击力的理论依据和计算方法.     

支点变形对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响

本文中建立了水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,采用Hertz接触模型,以自定义可倾瓦推力轴承起动过程发生初始倾斜时刻转速—初始倾斜转速Uft为对象,分析了支点接触与磨损变形量、载荷大小对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响.初始倾斜转速Uft随着支点变形量增大而增大,随着载荷增大而增大.在给定可倾瓦推力轴承可接受初始倾斜转速最大值Uftc情况下,几何尺寸确定可倾瓦推力轴承载荷及支点变形均存在最大值.采用水润滑可倾瓦推力轴承性能试验台进行模型验证,结果表明:Uft测量值与数值分析结果吻合度较高,误差小于10%;采用加速度传感器及扭矩传感器联合方法可以比较准确地判断出轴承推力瓦发生倾斜时刻,从而确定可倾瓦推力轴承的Uft值.     

预加载复合材料层合薄板低速冲击理论分析

为更真实地揭示飞机复合材料结构抗冲击性能,开展了面内预载荷作用下的复合材料层合薄板低速冲击行为研究。根据各向异性材料弹性力学和经典薄板理论,采用Sveklo接触律描述了冲击接触刚度和冲击变形,通过面内载荷引入预载荷因素,提出了弹性球体低速冲击预载荷复合材料层合薄板的理论分析模型;并探讨了面内预载荷状态及冲击速度对结构冲击动响应的影响规律。结果表明:面内预载荷对冲击力和冲击变形均有显著影响;面内压缩载荷降低了结构抗弯刚度,使横向抗冲击性能降低,而面内拉伸载荷反之;低速冲击过程中的接触区域面积很小,分布冲击力可简化为集中力处理。作为复合材料层合薄板低速冲击过程的重要影响因素,预载荷状态必须加以考虑。     

碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

对碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承在稳态运行时的热动力润滑性能进行了分析研究,考察了弹簧弯曲刚度,载荷和转速对轴承的油膜厚度为分布,压力分布,温度分布,功耗及油膜压力中心位置的影响,并提出了温度因子概念,研究表明,较小的弹簧弯曲刚度和载荷有利提高轴承的热动力润滑性能,油膜温度随温度因子的增大而增大,当轴承转速在较大的范围内变化时,温度因子基本为常母,油膜温度敢基本不变,油膜压力中心位于瓦几何中心的上游区     

NONLINEAR THERMAL ANALYSIS FOR THE INTER-SHAFT BEARING UNDER THE DYNAMIC LOAD 1)

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.     

动载荷作用下中介轴承的非线性热行为研究

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.      

动压型分段式圆周密封变形特性及其调控策略研究

在流固耦合作用下,分段式圆周密封的变形特性和密封间隙形状是影响密封运行稳定性和可靠性的关键.通过建立动压型分段式圆周密封的流固耦合模型,研究了密封间隙的流场特性和结构变形规律,采用正交试验设计分析了影响密封变形的主要力学参数,包括密封压差、周向弹簧初始载荷和刚度、轴向弹簧初始载荷和刚度,并探讨了接头形状、接头间隙及辅助密封面槽型对密封环的变形调控效果.结果表明：在流体压力和弹簧力的共同作用下,变形后单段密封环的主密封面径向间隙沿周向呈现中间大两端小、沿轴向泄漏方向呈单调递减的变化趋势;力学参数中密封压差对密封环的变形影响最为显著,其次为周向弹簧初始载荷,最小为周向弹簧刚度;通过合理的接头形状和辅助密封面槽型的设计有望显著改善密封环的变形特性,获得分布更为均匀的主密封面径向间隙.     

非均匀泡沫金属材料在冲击载荷下的变形模拟

提出一种二维非线性弹塑性质量-弹簧-连杆模型，该模型将泡沫金属材料离散成许多质量块，质量块在受载方向由非线性弹塑性弹簧连接，垂直于受载方向由可延伸的弹性连杆铰接。采用该模型模拟并分析了层非均匀泡沫金属材料及局部不均匀泡沫金属材料在冲击载荷下的变形特性，说明了非均匀性对泡沫金属材料冲击变形的影响。     

CALCULATION OF DYNAMIC LOAD IMPACT OF BIMODULOUS BEAM WITH CONSIDERATION OF SHEAR EFFECT AND DAMPING

在考虑剪切效应及阻尼的基础上,采用线性振动理论研究了双模量梁动载荷问题的冲击计算. 建立了双模量梁动载荷问题的振动微分方程,推导出了双模量梁动载荷问题的动位移、动载荷系数、冲击时间的表达式,并讨论分析了剪切效应及阻尼对双模量梁动载荷冲击问题的影响. 算例分析表明,对于某些双模量梁动载荷冲击问题,剪切效应及阻尼的影响是不能忽略的.     

A general method for impact dynamic analysis of a planar multi-body system with a rolling ball bearing joint

Impact affects the dynamic characteristics of mechanical multi-body systems and damages those rotating parts, such as the joint rolling element bearings, which are high-precision, defect intolerant components. Based on multi-body dynamic theory, Hertzian contact theory, and a continuous contact model, this study proposed a modelling method that can describe the dynamic behaviour of planar mechanical multi-body systems containing a rolling ball bearing joint under impact. In this method, the rigid bodies and bearing joint were connected according to their joint force constraints; the impact constraint between the multi-body system and the target rigid body was constructed using a continuous contact force model. Based on this method, the reflection relationship between the external impacts of the mechanical multi-body system and the variation law governing the dynamic load on the rolling bearing joint were revealed. Subsequently, an impact multi-body system, which was composed of a sliding–crank mechanism containing a rolling ball bearing joint and the target rigid body with an elastic support, was analysed to explore the dynamic response of such a complex discontinuous dynamic system andthe relevant relationship governing the dynamic load on the rolling bearing joint. In addition, a multi-body dynamic simulation software was used to build a virtual prototype of the impact slider–crank system. Compared with the theoretical model, the prototype had an additional deep groove ball bearing. That is to say, the prototype model took account of the specific geometric structural characteristics and the complex contact relationship of the inner and outer races, rolling balls, and bearing cage. Finally, the effectiveness of the theoretical method proposed in this study was verified by comparative analysis of the results. The results suggested that the external impact of a mechanical multi-body system was prone to induce sudden changes in the equivalent reaction force on its bearing joint and the dynamic load carried on its rolling balls. This study provided an effective method for exploring the distribution characteristics of dynamic loads on rolling ball bearing joints under working impact load conditions. Moreover, it offered support for the parameter optimisation of geometric structure, performance evaluation, and dynamic design of the rolling ball bearings.     

CASE STUDY OF FOUNDATIONS AND BEARINGS OF BRIDGES FOR TEACHING DYNAMIC LOADS IN MECHANICS

将力学概念与实际相结合,引入工程案例来讲解有关知识点,可提升学生的学习兴趣,并提高学生理论与实践相结合的能力。简介了桥梁、桥梁支座与基础,对桥墩受竖向冲击与水平冲击时的力学模型分别进行了简化。针对简化的桥墩模型,对比分析在动载荷作用下桥墩未加与施加橡胶隔震支座、未加与施加防撞墩前后的变形、动荷系数,据能量守恒原理分析讨论相关问题,提高学生对相关力学概念的理解能力。     

Rigid body impact with moment of rolling friction

In this paper, the impact between a rigid pendulum and rough surfaces is studied. The rolling friction moment and the coefficient of rolling friction are introduced, and an improved mathematical model of the planar impact with friction is presented. The influence of the moment of rolling friction on the energy dissipated by friction during the impact is analyzed. For a simple pendulum, using the energetic coefficient of restitution, more energy is dissipated for larger values of the coefficient of kinetic friction and contact radius, and for smaller values of the length of the beam. For a double pendulum using the kinematic coefficient of restitution, some energetically inconsistent results can be solved for some values of the coefficient of rolling friction.     

变转速工况下高速列车轴承转子系统特性分析

高速列车的发展使得其关键零部件——轴承的安全问题日益突出. 现有的轴承模型均是建立在匀速工况下, 不能描述系统在变转速工况下运动状态. 为了解决这个问题, 建立了一个变转速工况下高速列车轴箱轴承转子系统动力学模型, 模型通过角度迭代计算得到了滚动体在不均匀时间内转过的总角度, 进而确定了滚动体在任意时刻的空间位置. 在匀速工况和变转速工况下, 对具有外圈故障的轴承模型进行了实验对比, 验证了模型的有效性. 利用轴心轨迹定性分析了外圈故障、内圈故障和滚动体故障对系统稳定性的影响, 并通过实验验证了分析结果的可靠性. 利用二维不变矩作为特征指标定量分析了三类故障对系统稳定性的影响. 分析结果表明: 当轴承角加速度较小时, 外圈故障对系统稳定性影响最大; 当轴承角加速度较大时, 滚动体故障对系统稳定性影响最大, 但是影响程度随着故障尺寸的变大而逐渐减小. 同样地, 利用二维不变矩作为特征指标进行了系统的稳定性临界状态分析, 确定了在不同转速工况下和不同故障类型下临界状态对应的最大故障尺寸. 研究结果表明: 随着轴承内圈转速的上升, 不同故障类型对应的最大尺寸都会减小, 其中滚动体故障尺寸大都是最小的, 说明滚动体故障对系统稳定性影响最大.      

ENERGY DISSIPATION IN TAPPING MODE ATOMIC FORCE MICROSCOPY

原子力显微镜有多种成像模式,其中轻敲模式是最为常用的扫描方式.轻敲模式能获取样品表面形貌的高度信息和相位信息,其中相位信息具有更多的价值,如能反映样品的表面能、弹性、亲疏水性等.依据振动力学理论,相位与振动系统的能量耗散有关.探针样品间的能量耗散对于理解轻敲模式下原子力显微镜的成像机理至关重要,样品特性和测量环境会影响能量耗散.本文在不考虑毛细力影响下,基于JKR接触模型,给出了探针样品相互作用下的加卸载曲线,结合原子力显微镜力曲线实验,给出了探针-样品分离失稳点的位置,从而计算一个完整接触分离过程的能量耗散,进而讨论考虑表面粗糙度对能量耗散的影响.在轻敲模式下考虑毛细力影响,通过特征时间对比,证明挤出效应是液桥生成的主导因素,在等容条件下,用数值方法计算了不同相对湿度对能量耗散的影响.通过一维振子模型,简要说明原子力显微镜相位像与样品表面能、杨氏模量、表面粗糙度、相对湿度之间的关系.分析表明,表面粗糙度和环境湿度均会引起相位的变化,进而认为它们是引起赝像的因素.     

矿用防冲吸能支护构件的数值分析与实验研究

煤矿冲击地压会造成围岩剧烈震动、变形或突发破坏,从而对支护体产生破坏性冲击作用。基于快速吸能让位防冲击支护理念,研制了一种具有特殊形状的防冲击吸能支护构件,可应用于巷道防冲吸能液压支架中。其机理在于利用构件的快速变形让位与吸能过程,缓解支架受到的超额冲击,保护支架不受损坏,从而防止支护体系以及巷道围岩的失稳破坏。文中提出了吸能构件的承载力与吸能量简化公式,采用Abaqus软件计算分析了构件参数设置的可靠性,得到了理想的力-位移曲线、吸能量曲线和屈曲变形模态,并通过实验室准静态压溃试验进行了一定的验证,试验得到吸能构件承载力达2660kN,吸能量达375.56kJ,与预期值非常接近。此构件的设计与研制,为支架的现场应用以及进一步的优化设计提供了一定的参考依据。     

MODIFIED SUBSTITUTION METHOD FOR CIRCULAR SLIDING SLOPE STABILITY ANALYSIST UNDER STEADY-STATE SEEPAGE

容重代替法是土坡稳定分析的常用方法. 首先研究了作用在圆弧滑动土坡上的水载荷作为孔隙水压力或作为渗流体载荷之间的关系,然后基于作用在滑块上的水载荷分别作为面载荷和作为体载荷的等效关系,给出了一种较简洁的基于代替法的稳定渗流对圆弧滑动土坡稳定影响的改进分析方法.     

初始几何缺陷对网壳截面优化结果影响研究

单层网壳结构是缺陷敏感结构,初始几何缺陷不同对"网壳截面优化结果"有显著影响,该文研究了网壳杆件截面取值与缺陷分布、结构极限承载力之间的关系.结果表明:经截面优化设计的网壳结构最不利应力最早并且一直出现在初始几何缺陷较大处;优化寻优结果与初始几何缺陷分布有直接关系,增大缺陷较大处杆件截面能显著提高结构承载力;由于缺陷随机分布,经截面优化设计的网壳结构须校核其在不同缺陷下的稳定承载力以确保结构安全.     

RESEARCH ADVANCES OF PROGRESSIVE COLLAPSE OF BUILDING STRUCTURES

在爆炸、撞击等偶然载荷作用下,建筑结构中部分关键承重构件失效可能导致后果极为严重的结构整体连续倒塌破坏.本文对国内外建筑结构连续倒塌性能的试验研究和理论分析成果进行了总结,分析了结构倒塌过程中的各种抵抗机制及其对结构抗倒塌性能的贡献,对现有的结构抗连续倒塌设计与研究方法进行了评述,并对结构抗倒塌性能的研究进行了展望.