温度场作用下悬臂输流碳纳米管的颤振失稳分析

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场作用下的悬臂输流单层碳纳米管(SWCNT)的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法(DTM法)对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了温度场中悬臂单层输流碳纳米管的振动与颤振失稳问题.结果表明:管内流体流速、温度场中温度变化情况与小尺度参数都会对系统振动频率以及颤振失稳临界流速产生影响.其中,小尺度效应将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;而高温场与低温场对系统动态失稳的影响不同,低温场中随温度变化值的增加,系统的稳定性提高;高温场这一作用效果恰好与之相反.     

高超声速飞行器横侧向失稳非线性分岔分析

针对滑翔式高超声速飞行器大攻角横侧向失稳问题,采用延拓算法和分岔理论,求解并分析了以俯仰舵偏为连续参数的稳态平衡分岔图和以副翼舵偏为连续参数的横侧向机动稳态平衡分岔图,对平衡分支的稳定性和突变点进行了分析,并给出了特征根拓扑结构变化.研究表明,高超声速飞行器存在极限分岔点、Hopf分岔点以及叉型分岔点,且从叉型分岔点延伸出多个平衡分支,引起横侧向的自滚转失稳;从Hopf分岔点延伸出极限环分支,该分支对应较为复杂的极限环运动,其中还包含倍周期分岔、花环分岔、极限环极限点分岔等复杂的分岔现象;在横侧向机动飞行情况下,模型存在横向操作偏离失稳问题,且存在多个不稳定的平衡点.研究结果为实现高超声速飞行器的稳定飞行和控制器的设计提供了极其重要的动力学信息.      

温度场作用下输流悬臂碳纳米管的颤振失稳分析

以非局部弹性理论为基础,采用欧拉-伯努利梁模型,考虑碳纳米管的小尺度效应,应用哈密顿原理获得了温度场作用下的输流悬臂单层碳纳米管（SWCNT）的振动控制方程以及边界条件,依靠微分变换法（DTM法）对此高阶偏微分方程进行求解,通过数值计算研究了温度场中悬臂单层输流碳纳米管的振动与颤振失稳问题。结果表明：管内流体流速、温度场中温度变化情况与小尺度参数都会对系统振动频率以及颤振失稳临界流速产生影响。其中,小尺度效应将会降低悬臂输流系统的稳定性,使系统更为柔软;而高温场与低温场对系统动态失稳的影响不同,低温场中随温度变化值的增加,系统的稳定性提高;高温场这一作用效果恰好与之相反。     

侧向载荷作用下的套管塑性破坏力学模型与计算分析

首次针对套管柱承受屈服页岩横向载荷展开研究,运用虚功原理建立了一个横向载荷均匀分布页岩剖面上的力学模型,得出在套管柱径向变形阶段,其横向承载强度迅速下降;对于轴向变形,其横向承载强度变化不大.本文通过计算实例,为优选套管方案提供了可靠的分析工具,增强屈服粘土层段套管柱承受横向载荷的能力,减小套管失效率,降低油田操作费用.     

高温作用下钢管混凝土构件侧向撞击性能

通过耦合ABAQUS有限元软件中的隐式静态分析和显示动态分析,提出钢管混凝土构件在火灾与撞击联合作用下的数值计算方法,分别对已有钢管混凝土构件的温度场试验、火灾下轴向撞击试验和常温下侧向撞击试验进行数值模拟,以验证本文方法的合理性。在此基础上建立了钢管混凝土构件在不同温度下的侧向撞击有限元模型,分别对不同温度下的挠度和撞击力时程曲线进行对比,采用极值后平均撞击力和吸能系数对高温作用下构件的抗侧向撞击性能进行量化分析,并分析了600 ℃下构件撞击全过程。结果表明：温度对钢管混凝土构件的侧向撞击性能影响明显,随着温度升高,构件跨中挠度大幅增加,撞击时程变长;高温下构件的撞击力时程曲线与常温下差异明显,高温下曲线可分为震荡阶段、下降阶段和卸载阶段;构件主要通过整体弯曲变形吸收落锤的动能,随着温度升高,极值后平均撞击力和吸能系数逐渐降低,表明构件的抗撞击性能逐渐降低,当温度超过400 ℃后,构件抗撞击性能损失严重。

     

汽车侧门受侧向撞击动力响应的数值分析

给出了一个汽车侧门受到侧向撞击时的动力响应的数值分析结果,由能量平衡图和时间步长的稳定性来判断,此数值分析是稳定可靠的。对关键测试点的速度 时间曲线和实验结果进行了比较,两者吻合较好。     

轴向可压缩压杆的压缩失稳实验研究

用受压变形明显的聚胺脂胶棒进行了两端铰支的压缩失稳试验。为减少铰支处的摩擦力,在胶棒的两端铰支处安装了直线轴承。试验中观察到了Euler压杆理论所不包括的一些失稳现象,如：仍然在线弹性变形范围内的压杆,没有像Euler压杆理论预测的那样发生屈曲;在较高的临界载荷作用下,柔度较小的压杆发生了亚临界屈曲,所产生的弯矩是突然失稳弯曲的杆件不能承受的,于是杆件突然卸载。另外,大柔度压杆的超临界屈曲,即类似Euler压杆的屈曲现象也被观察到了。这些实验结果与轴向可压缩压杆失稳理论所预测的相符。     

端部受冲击作用的悬臂曲梁的实验研究

本文报导了具有不同端部质量的90°圆弧悬臂梁端部受冲击载荷的实验结果.实验中观察到梁在撞击后程短时间内有塑性区段从端部附近移向根部,梁变形达最大后有明显的反向甩动.变形后梁上各点曲率改变量在梁中部附近有极大值,在根部达最大值.实验结果与理想刚塑性模型的计算结果进行了比较.     

四类变截面悬臂梁在侧向三角形载荷下的挠度1)

研究了圆柱、圆锥、抛物型和双曲型回转变截面悬臂梁在侧向三角形分布载荷下的挠度。基于四类回转悬臂梁的惯性矩沿长度方向的分布规律,得到其任意侧向分布载荷下的挠曲线方程。基于三角形分布载荷下的挠曲线方程,得到其端部挠度值。在等长度和等体积假设下,通过比较端部挠度值找到四类悬臂梁中挠度最小者。研究表明三角形分布载荷下,特征参数在特定范围内,母线为双曲线的悬臂梁挠度最小。     

经受侧向撞击圆管的大变形分析

对两端固支圆管经受侧向撞击时的塑性大变形进行了实验研究和理论分析,理论预测值与实验结果符合很好.     

侧向爆炸冲击波加载作用下钢管吸能特性的实验研究

在爆炸冲击波作用下 ,对横卧单、双钢管吸能特性进行了实验研究。得出了影响钢管吸能效果的主要因素是几何尺寸、吸能元件配重的质量、结构形式等 ,且双钢管吸能元件的吸能效果好于单钢管的结论。     

端部切向载荷作用下的压杆失稳分析及其应用

细直杆件在压应力作用下会产生横向屈曲即失稳．直杆撞击刚性平面或拉断卸载后将形成压缩波，因承载压缩载荷的长度增加可以引起失稳．冲击速度转换的压应力沿着杆件切线方向，该处弯矩和剪力为零；而众多文献设定的失稳段固支边界条件并不准确．基于精确的杆件变形曲率方程得到端部载荷指向杆件中固定点时的受压失稳条件，得到其极限状态即载荷沿杆端切向作用时失稳长度相当于两端简支的1.5 倍．对于钢丝绳拉断形成的冲击失稳，载荷恒定而长度增加，可以产生高阶屈曲即在侧向出现多次曲折，并基于尼龙-橡胶带的模拟试验给出了定性说明．     

CFRP-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击下的动力响应

采用有限元软件ABAQUS建立了碳纤维增强聚合物（CFRP）-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击作用下的有限元模型。模型的计算结果与试验结果吻合良好,能够较好地模拟CFRP-混凝土-钢管在侧向撞击下的力学特性。利用该模型,对试件在冲击荷载作用下的动力响应全过程进行分析,采用正交分析法研究了冲击高度、空心率等7种因素对试件冲击力峰值、冲击力平台值和跨中残余挠度的影响。结果表明:冲击高度（冲击能量）是影响冲击力峰值的主要因素;空心率是影响冲击力平台值的主要因素,并且当空心率在0.3~0.7之间时,试件的抗撞击性能随着空心率的提高而逐渐增强;冲击后结构的跨中残余挠度由冲击高度、空心率、CFRP层数、CFRP方向等因素共同影响。     

侧向冲击载荷下钢管混凝土结构的动力响应及参数分析

采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法,对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型,给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解,得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧向变形的无量纲参数。利用ABAQUS/Explicit软件建立了钢管混凝土结构在侧向冲击作用下的动态响应数值模型并进行了计算分析,将理论预测值和数值模拟结果与试验结果进行了交叉对比。结合量纲分析和数值模型对影响构件最终变形的几何、物理参数及初始冲量进行了分析。结果表明：理论预测值和数值模拟结果与试验结果吻合较好,结构的塑性变形与理论假定的塑性铰分布一致。构件几何参数中,长径比和径厚比对其侧向最终变形有较大影响;冲击头相对宽度可改变构件的变形模态;相比于几何参数,钢管和混凝土芯层的物理参数对构件跨中挠度的影响较小;结构的侧向变形与初始冲量成二次幂相关。最后给出了理论分析参数的适用范围。刚塑性响应模态解可较好地预测钢管混凝土结构在侧向冲击载荷作用下的塑性变形行为。

     

矩形悬臂板在简谐力作用下的非线性分析

矩形悬臂板的非线性振动分析是板理论中的一个相当困难问题至今这个问题还没有解答。本文给出一个满足大这界条件的挠度函数及满足全部纵向边界条件的应力函数，利用伽辽金方法和广信伽辽金方法，在非线性动静态分析中，使解函数逼近相容方程平衡方程及未满足的边界条件，最后建立起求解方程。文中给出数值算例。     

受限亚音速气流中倒置悬臂壁板静气弹稳定性的理论及实验研究

板壳结构在航空航天、高速列车、能量采集等诸多工程领域已经得到了广泛应用.将悬臂壁板倒置于轴向气流中并在壁板周围流场中设置刚性壁面可有效地调控壁板的失稳速度,是俘能器优化设计的重要措施之一.但针对刚性壁面作用下亚音速气流中倒置悬臂壁板的失稳机制仍需要开展深入研究.本文以受限亚音速气流中倒置的二维悬臂壁板为对象,以理论分析及风洞实验为手段,研究了单侧刚性壁面效应对倒置悬臂壁板静态失稳特性的影响规律.在理论分析中,首先应用镜像函数法来处理壁面约束条件,基于算子理论研究获得了以Possio积分方程为表征的壁板气动力,壁面效应实际表征为一包含移位Tricomi算子的复合算子;然后将壁板失稳方程的求解问题转化为定区间上的函数逼近问题;最后,依据Wererstrass定理并利用最小二乘法求解该最优函数,以获得系统的失稳临界参数.在试验研究中依据压杆稳定原理设计了壁板静态失稳的测试方法并完成了风洞实验.理论分析结果表明,壁板会发生发散(静气动弹性)失稳,临界动压随壁板与壁面间距的增加而增大并最终趋于稳定(无壁面情况);通过理论与风洞实验结果的对比分析,验证了本文气动力及理论分析的适用性及准确性.针对倒...     

受限亚音速气流中倒置悬臂壁板静气弹稳定性的理论及实验研究

板壳结构在航空航天、高速列车、能量采集等诸多工程领域已经得到了广泛应用.将悬臂壁板倒置于轴向气流中并在壁板周围流场中设置刚性壁面可有效地调控壁板的失稳速度,是俘能器优化设计的重要措施之一.但针对刚性壁面作用下亚音速气流中倒置悬臂壁板的失稳机制仍需要开展深入研究.本文以受限亚音速气流中倒置的二维悬臂壁板为对象,以理论分析及风洞实验为手段,研究了单侧刚性壁面效应对倒置悬臂壁板静态失稳特性的影响规律.在理论分析中,首先应用镜像函数法来处理壁面约束条件,基于算子理论研究获得了以Possio积分方程为表征的壁板气动力,壁面效应实际表征为一包含移位Tricomi算子的复合算子;然后将壁板失稳方程的求解问题转化为定区间上的函数逼近问题;最后,依据Wererstrass定理并利用最小二乘法求解该最优函数,以获得系统的失稳临界参数.在试验研究中依据压杆稳定原理设计了壁板静态失稳的测试方法并完成了风洞实验.理论分析结果表明,壁板会发生发散(静气动弹性)失稳,临界动压随壁板与壁面间距的增加而增大并最终趋于稳定(无壁面情况);通过理论与风洞实验结果的对比分析,验证了本文气动力及理论分析的适用性及准确性.针对倒置悬臂壁板结构的气动弹性失稳问题,本文提出的方法不涉及系统方程的离散及特征值求解问题,而是将其转化为了定区间上的函数逼近问题进行求解,这为弹性结构静气动弹性失稳问题的研究提供了一个可行的新思路.     

磁场对不同温度场中输流悬臂碳纳米管动态特性的影响

本文在采用经典欧拉-伯努利梁模型的基础上,引入考虑小尺度效应的非局部弹性理论,着重研究不同温度场中输流悬臂单层碳纳米管系统（SWCNT）在外加纵向磁场作用下的颤振失稳问题。基于哈密顿原理获得了该流固耦合系统的振动控制方程及相应的边界条件,应用微分变换法（DTM法）求解此高阶偏微分方程,通过数值计算研究了不同温度场中施加纵向磁场对系统动力学特性的影响。结果表明：施加纵向磁场在不同温度场中都将增强输流悬臂碳纳米管的动态稳定性。然而,这种增强程度却与温度场的变化量有关,在不同温度变化量下,磁场对系统稳定性的增强程度有一个峰值,这意味着,实际应用中,为了提高这类流固耦合系统的动态稳定性,一味提高纵向磁场强度并不可取。     

结构在冲击载荷作用下的实验研究

本文报道了为求解结构在冲击载荷作用下大度形响应而做的实验研究,以不同速度运行的物体垂直冲击圆拱、刚架和旋转扁壳,记录由此引起的冲击点位移、速度曲线以及某些关键点的动态应变历史,从而为寻找规律、建立模型提供实证资料。     

PVC夹芯板在冲击载荷下的动态响应与失效模式

通过开展对泡沫金属子弹撞击加载聚氯乙烯(polyvinyl chloride, PVC)夹芯板的实验,结合三维数字图像相关性(three dimensional digital image correlation, DIC-3D)技术,研究固支夹芯板在撞击加载条件下的动态响应,获得夹芯板受撞击及响应的变形过程,并结合图像分别分析夹芯板整体及三层结构的变形和失效模式;研究子弹冲量与背板最终变形之间的关系和相似冲量下等面密度不同芯层密度的夹芯结构的抗撞击性能。结果表明:夹芯板的破坏和失效主要集中在泡沫金属子弹直接作用区域,背板挠度由中间向固定端逐渐减小,子弹冲量与背板变形近似成线性关系。在等质量的条件下,降低芯层密度、增加芯层厚度可以有效降低背板的变形,实验结果对聚合物夹芯结构的工程优化设计具有一定的参考意义。