平流层飞艇绕流场与柔性变形的数值模拟

处于平流层流场中的飞艇,其整体刚度较小,为柔性体,可视为弹性薄膜结构,外围的流场的状态分布与其形状有着密切的关系,从本质上说是一个流固耦合问题。本论文以此为背景,分析了平流层飞艇的外围流场与柔性蒙皮变形的非动态耦合关系。我们采用叠代计算方法来处理这一问题,其中飞艇的三维流场的计算本文采用基于有限体积法的压力修正SIMPLE算法,而飞艇弹性变形的数值模拟计算应用了薄壳无矩理论。本文比较了气动弹性变形和静态超压变形两种不同情况下的飞艇流场压力分布以及气动参数,分析了飞艇变形与流动参数、气动荷载变化的关系。     

预应力混凝土简支梁桥锚下有效预应力分析

为了确定预应力混凝土简支梁桥在施工张拉与运营养护全寿命过程中结构锚固端锚下有效预应力值,基于梁挠曲变形理论与简支梁受力特性,推导出简支梁桥锚下有效预应力计算公式,并提出了一种预应力混凝土简支梁桥下有效预应力简便检测方法．以某40 m预制简支T梁桥为依托工程,通过对不同工况下简支梁桥跨中挠度值与锚固端有效预应力值进行测量,计算了不同工况下简支梁桥锚下有效预应力值,并与实测值进行了比较．研究结果表明：本文所提简支梁桥锚下有效预应力计算公式能较准确预测锚固端有效预应力值,依托工程简支梁桥锚下有效预应力公式计算值与实测值相对误差最大仅为4.83 %,计算精度满足工程需求;所提出的预应力混凝土简支梁桥锚下有效预应力简便检测方法可为桥梁全寿命预测提供指导与借鉴．     

基于梁挠度函数的板解法

基于相应边界支撑和载荷下的梁挠度形函数, 构建板的挠度形函数,求解板的变形, 并用典型算例进行了验证; 对于狭长矩形板,依据其变形特点进行了修正; 结果与三维有限元结果基本一致,说明了该方法的适用性和准确性. 由于板结构内部的相互作用没有得到充分反映,为了更贴近板变形的物理实际, 引入弹性基础梁的挠度函数代替普通梁的挠度函数,进一步完善本文方法. 本文研究成果为工程板件变形的理论分析提供了准确且简便易行的计算方法.     

基于双层平面索变形的车辐式张拉结构找形方法

建立了由上层索、下层索、飞柱组成的双层平面索结构,根据节点平衡推导了各索段拉力的计算公式;基于索拉力产生的平衡荷载与索拉力水平分量及索竖向变形之间的关系,推导了平面索在竖向荷载作用下变形计算的有限元列式;通过对平面索结构边界节点施加竖向位移,将上下索边节点移动到建筑要求的位置;当飞柱高度不同时,可通过飞柱的伸长或缩短达到设计要求的飞柱高度,最终实现车辐式张拉结构找形。本文还给出了找形后结构分析和索张拉控制所需的初应变计算公式以及考虑边界梁和柱子在索力下产生弹性变形的处理方法。通过对车辐式张拉结构工程实例进行找形计算,介绍了有限元法的计算过程;对找形后车辐式张拉结构进行了受力分析,将找形时结构荷载施加在找形后的结构上,结构最大竖向位移仅为0.72mm,验证了该找形方法的正确性。     

一种新型的细胞骨架力学模型

确定细胞骨架的结构和力学特性,建立和完善细胞骨架力学模型,是研究细胞在外界机械刺激下的复杂力学响应的关键。本文基于柔性结构设计中的找形分析,提出了一种新型的细胞骨架力学模型——找形模型。找形模型依靠随机理论生成模型中的单元,利用找形分析确定细胞模型的最终形状,模型更加接近真实的细胞骨架结构。与经典的细胞骨架力学模型(如泡沫模型、张力整合模型、索网模型等)相比,找形模型反映了细胞骨架结构的多样性和复杂性,符合细胞处于预应力状态的试验观测;找形模型计算出的细胞弹性模量为103Pa数量级,与大多数的细胞试验结果相符;另外,找形模型还可以分析细胞骨架组成成分的含量、几何尺寸和力学属性对细胞刚度的影响。     

薄膜结构流固耦合的CFD数值模拟研究

基于弱耦合分区求解策略,在CompaqVisualFortran6．5环境下搭建了薄膜结构三维流固耦合效应的CFD数值模拟平台。程序采用模块化编程思想,主要包含几何建模、流体分析、结构分析和数据交换四个模块。其中几何建模模块采用自行编制的膜结构找形分析程序,流体分析模块采用经过二次开发的计算流体力学软件FLUENT6．0,结构分析模块采用自行编制的膜结构动力分析程序MDLFX;在数据交换模块中,编制了基于薄板样条法的插值计算程序,以实现流固交界面上不同区域网格间的数据传递问题,编制了基于代数法和迭代法的动网格变形程序,以实现流固耦合运算中的动网格更新。基于该软件平台,对单向柔性屋盖和鞍形膜结构屋盖进行了流固耦合数值模拟,验证了方法的有效性。     

预应力混凝土梁桥在移动荷载作用下的动力响应分析

建立预应力钢筋混凝土等直梁强迫振动的运动微分方程,分析了梁在预应力钢筋作用下的横向振动问题.将运动微分方程解耦,得到梁在预应力作用下自振频率的解析解以及梁振动时的动力响应.分析了梁的自振频率与预应力和偏心距的关系.通过实例计算,得到了关于不同速度移动荷载车辆作用下梁的动力挠度曲线,并给出了考虑预应力和不考虑预应力时梁的动力效应比较.结果表明:随着车辆荷载移动速度的增大,梁的动力挠度随之增大;考虑预应力时梁的动力效应略有降低.     

鳍条效应软体采摘机械手建模与试验

针对现有鳍条效应软体手指建模分析方法难以兼顾高精度与小运算量的问题,本研究以课题组设计的苹果采摘软体机械手为对象,在观察软体手指变形的基础上,提出将鳍条效应软体手指等效为串连铰链四杆机构;运用虚功原理推导了给定变形状态下软体手指各处接触力与驱动力矩计算方法;提出用线弹性扭簧模型描述变形恢复力矩,利用改进的粒子群算法求解各级四杆机构扭簧劲度系数;基于有限元模型,结合二次开发建立了给定关节转角和充气压力下驱动力矩的BP神经网络静态模型。搭建试验平台对3个不同大小的仿真苹果在3个不同高度位置下进行抓取力测量试验。试验结果表明,所建立的力学模型计算抓取力相对误差绝对值小于8.6%,与有限元模型精度相当;驱动力矩测量试验结果表明关节神经网络模型计算值与测量值变化趋势相同,相对误差小于12.7%。     

用云纹干涉法测量和研究双层钴合金的挠度

运用云纹干涉原理对双层钴-合金材料进行三点弯曲试验,测试其常温与高温条件下的挠度值.通过大量试验,且与千分表测试的挠度值进行比较.结果表明,常温条件下的云纹测试挠度值与千分表法可以达到同样的精确度.同时,该实验方法体现了高温云纹干涉法在材料高温力学性能测试方面的优越性.高温云纹法是非接触式测量,在高温环境下有效地解决了量具高温变形的困难,且结合云纹图像可以对试件受力动态变形情况进行实时观测和分析,是一种较为精确测试常温及高温挠度的新方法.     

充气式机翼弯矩预测公式的建立与实验验证

基于对充气机翼翼尖加载时机翼发生纯弯曲变形过程中功能转换关系的分析,建立了充气机翼发生纯弯曲变形时的弯矩预测公式,该式表明：机翼翼尖处加载载荷越大、长度越长,机翼翼尖变形量越大,并且翼尖变形量与翼尖加载质量、机翼长度呈线性对应关系;充气压强、翼型截面积越大,翼尖变形量越小,并且翼尖变形量与充气压强和翼型截面积呈反比例函数关系。为验证理论分析结果的正确性,本文进行了NACA0012翼型充气机翼的翼尖载荷实验。实验结果表明：理论计算值与实验数据之间的误差都在10%以内（理论计算值略小）;并且在小压强、大加载时由于机翼弯曲最明显、机翼伸长量最大,误差也最大,但总体上理论计算结果与实验结果基本一致。