飞机起落架载荷测量中的线性变换与鲁棒性

基于线性变换的起落架载荷解耦测量原理,研究了载荷方程对地面校准误差及飞行应变测量误差的免疫问题,提出了载荷方程鲁棒性的概念,并推导了其评价指标--敏感因子,建立了基于线性和鲁棒性的载荷方程优选方法。研究表明：系数矩阵的敏感因子越小,则载荷方程的鲁棒性越好,抗误差干扰能力越强。本文给出的某飞机主起落架载荷测量应用实例表明该优选方法可行、高效;当敏感因子值小于50时,相对误差小于7%。     

深水钢悬线立管触地区力学特性数值模拟分析

通过将钢悬线立管与海床土体的相互作用模拟成为一根置于一系列非线性弹簧上的梁单元,根据海底土体P-y曲线,对钢悬线立管与海底土体之间的相互作用进行了数值模拟分析,研究了海底形成的沟槽形状、沟槽的最大深度及触地点附近立管的弯矩变化。研究结果表明:钢悬线立管在循环位移作用下,在靠近立管加载端的下部海床上形成沟槽;土体刚度越大,形成的沟槽最大深度越小;循环位移载荷幅值越大,海床上形成沟槽的最大深度也越大;随着位移载荷的逐渐增大,沟槽最大深度点的位置向远离加载端的方向移动;立管触地点附近的弯矩变化幅度从大到小排列依次为线性硬土、线性软土、非线性黏土。     

基于参变量变分原理的直升机系留载荷高性能计算方法

为了保证直升机在舰船上的安全性,必须使用系留设备将直升机系留在舰船上。直升机的系留问题可简化为由机身刚体、索具和起落架组成的杆件系统,索具只承受拉力而不承受压力,起落架只承受压力而不承受拉力。因此,直升机系留问题为典型的强非线性问题,需要发展有效的求解算法。在考虑大变形的情况下,基于参变量变分原理建立了求解直升机系留载荷的高性能计算方法。该方法利用参变量变分原理能够准确判断索具和起落架的拉压状态,并将材料非线性静力问题转换为线性静力互补问题求解,极大地提高了结果的收敛性。数值算例中,通过与有限元通用软件NASTRAN和ABAQUS计算结果比较,证实了该方法的精确性、收敛性及高效性。     

牛膝关节软骨的摩擦行为研究

采用UMT．2型微观多功能测试系统,在试验环境为牛血清,法向加载应力0．8MPa,加载时间从5s到60min变化条件下分别测定了牛膝关节软骨在静态加载和滑行时的法向位移以及滑行时的摩擦系数．结果表明：上、下软骨间的法向位移与加载时间呈非线性增加;滑行时法向位移影响软骨间摩擦系数,启动摩擦系数高于平坦滑行过程中的摩擦系数;滑行速率对软骨摩擦系数的影响较小,加载时间越长,法向位移越大,所对应的启动摩擦系数越大;加载时法向位移和滑行时启动摩擦系数具有类似的变化趋势．     

系留气球球体结构纵向刚度研究

针对系留气球球体结构为充气膜结构的特点,对系留气球球体结构纵向刚度做了系统的分析. 首先通过理论分析,得出了系留气球球体结构在纵向集中载荷作用下的位移比例系数n 以及内部超压p,进而推导出了系留气球球体结构纵向刚度的理论公式;然后分别利用有限元方法以及1:8 缩比模型的试验验证了理论分析的正确性. 通过该研究得到的充气膜结构刚度的理论计算方法可为相关浮空器锚泊载荷的计算提供支持.     

考虑恒载效应对梁静力反应影响的有限元分析

从非线性弹性理论出发,应用Hamilton原理,采用三次多项式作为位移函数给出了考虑恒载效应影响的一般形式的单元刚度矩阵,建立了考虑恒载效应影响时梁静力分析的有限元方法,为解决各种不同构造、荷载类型、刚度变化、边界条件下的实际结构考虑初始恒载影响提供了有效的工具。讨论了在分布和集中两种恒载类型条件下恒载大小、结构自身刚度（惯性矩、惯性半径、跨度）等因素对各类梁（简支梁、两端固支梁、悬臂梁）静力反应的影响,结果表明：梁自身的刚度会对恒载效应造成影响,结构越柔（约束越弱、或惯性矩越小、或跨度越大、或回转半径越小）,这种影响越大。验证了初始恒载的存在减小了梁在活载作用下的静力反应,并且这种影响与恒载的大小及结构自身的刚度有关。     

滚动直线导轨副摩擦系数试验研究

针对目前缺少滚动直线导轨副摩擦系数试验研究的现状,首先基于动力学分析,推导了滚动直线导轨副预加载荷与摩擦系数的关系式;然后创新性设计了一种预加载荷调节装置,构建了一种预加载荷与预紧拖动力同步在线测量系统,实现了不同载荷和速度下滚动直线导轨副动态摩擦系数的精确测量. 试验结果表明:速度一定时,摩擦系数随预加载荷增大而增大;预加载荷一定时,摩擦系数随速度增大先减小后增大;预加载荷越大,摩擦系数受速度影响程度越小.      

ANALYTICAL STUDY ON GROUND VIBRATION INDUCED BY MOVING VEHICLE 1)

本文从汽车动力学出发,建立 1/4 汽车与半空间地基耦合振动的动力学模型,并采用弹性滚子接触模型来反映轮胎包容性. 模型中同时考虑轮-地之间的纵向和竖向作用力,构建系统动力控制方程,利用 Fourier 和 Laplace 积分变换进行求解,推导出地表振动位移的解析解. 在数值算例中,利用离散傅里叶逆变换和 Crump 法进行数值反演,得出地表振动位移的空间分布,由此讨论了轮胎着地长度和轮-地相互作用力的变化规律,并对地表振动位移的参数影响作出分析. 结果表明,地面不平度对轮-地之间作用力的影响最为显著,地面越不平顺则轮-地作用力和地表振动位移越大. 车速对轮-地作用力的大小影响有限,但对载荷激励频率影响较大,车速增大则激励频率增大,地表振动位移随之增大. 在较低车速时,轮胎包容性对轮-地作用力和地表振动产生一定影响,轮胎充气压力增大,轮-地作用力和地表振动位移增大,但随着车速升高,这种影响将逐渐消失.     

计及摩擦影响的直齿轮时变啮合刚度计算方法

针对现有的齿轮时变啮合刚度计算模型不考虑时变摩擦影响的问题,以一种弹流润滑状态下的时变摩擦系数为基础,通过推导齿轮副的齿面速度、滚滑比、卷汲速度、赫兹应力,得到了弹流润滑状态下,考虑单双齿啮合情况下载荷变化的时变摩擦系数;并应用于势能法刚度计算模型,提出了计及齿面摩擦的时变啮合刚度计算方法。计算结果表明:齿面摩擦对时变啮合刚度有很大的影响;在节点位置,不存在相对滑动,刚度和不考虑摩擦情况一致;在单双齿啮合区的临界点,单齿刚度存在突变的现象;随着载荷的增大,时变啮合刚度减小。该方法同样适合于其它摩擦模型,从而为后续进行考虑摩擦影响的齿轮动力学分析提供新的时变啮合刚度理论基础。     

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。     

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为开展小型飞机起落架结构的轻量化设计工作,本文首次将有关的强度规范引入其中, 并以杆件的强度与失稳载荷作为限制条件,采用位置优化与尺寸优化进行起落架结构的最小 重量设计. 由算例可知：仿真的优化计算与实验结果相符合;理论分析与航模载重参赛飞行 情况也表明：此法不仅可行而且有效,可以用于类似的小型或者超轻型飞机的起落架结 构设计.     

汽车行驶诱发地表振动的解析研究

本文从汽车动力学出发,建立 1/4 汽车与半空间地基耦合振动的动力学模型,并采用弹性滚子接触模型来反映轮胎包容性. 模型中同时考虑轮-地之间的纵向和竖向作用力,构建系统动力控制方程,利用 Fourier 和 Laplace 积分变换进行求解,推导出地表振动位移的解析解. 在数值算例中,利用离散傅里叶逆变换和 Crump 法进行数值反演,得出地表振动位移的空间分布,由此讨论了轮胎着地长度和轮-地相互作用力的变化规律,并对地表振动位移的参数影响作出分析. 结果表明,地面不平度对轮-地之间作用力的影响最为显著,地面越不平顺则轮-地作用力和地表振动位移越大. 车速对轮-地作用力的大小影响有限,但对载荷激励频率影响较大,车速增大则激励频率增大,地表振动位移随之增大. 在较低车速时,轮胎包容性对轮-地作用力和地表振动产生一定影响,轮胎充气压力增大,轮-地作用力和地表振动位移增大,但随着车速升高,这种影响将逐渐消失.      

面接触多体摩擦过程界面特性试验研究

基于前期自制的精密摩擦测试系统,以界面间噪声、摩擦系数等界面特性为研究对象,对Si C金相砂纸和不锈钢试件组成的摩擦副由二体摩擦状态向三体摩擦状态演变的过程进行了实时监测,考察了磨粒粒径、载荷、转速等工况条件对界面特性的影响,并探究了试验后试件表面粗糙度情况。试验结果表明:二体摩擦状态向三体摩擦状态演变过程中,界面间噪声逐渐下降后保持稳定;粒径在15μm~30μm范围内,粒径越小,稳定噪声越大,载荷、转速对稳定噪声的影响不明显,摩擦系数先迅速减小又逐渐增大后趋于稳定;粒径在15μm~30μm范围内,增大磨粒粒径、转速、载荷均会使摩擦系数的稳定状态提前、稳定摩擦系数增大;试验后的试件表面粗糙度与界面间的摩擦系数具有很强的相关性,但基于不同工况条件,这种相关性并不一致;对于变磨粒粒径试验,摩擦系数越大,试件表面粗糙度值越大;对于变载荷试验和变转速试验,摩擦系数越大,试件表面粗糙度值越小。     

着陆冲击力对起落架摆振的影响

为了分析着陆冲击力对起落架摆振特性的影响,考虑支柱缓冲器的负油孔面积,在ADAMS中建立了某飞机起落架的虚拟样机模型,并对该模型进行了动力学分析,得到了起落架缓冲系统负油孔面积对轮胎与地面之间接触力的影响曲线、对前轮摆角的影响曲线、在不同垂直降落速度下摆幅的对比曲线,并结合摆振基本理论进行分析。结果表明：负油液阻尼孔面积减小或飞机触地垂直降落速度增大时,对应的着陆冲击力增大,使摆幅增大;当负油孔面积小于50.5mm2或飞机着陆时的垂直降落速度大于1773mm/s时,由于着陆冲击力过大,使摆振极不稳定。     

黏弹性板的大挠度蠕变屈曲

研究了具有初始小挠度受轴向压载黏弹性板的蠕变屈曲问题,在建立控制方程时,利用了von Karman非线性应变-位移关系,并考虑了初始挠度,用标准线性固体模型描述材料的黏弹性特性,在求解非线性积分方程时,利用梯形公式计算记忆积分式,将非线性积分方程化为非线性代数方程进行数值求解,得到了结构的蠕变变形过程,又将问题退化到小挠度情况进行研究,得到了挠度随时间扩展的解析解,分析了瞬时失稳临界载荷、持久临界载荷的物理意义,讨论了考虑几何非线性对黏弹性板蠕变屈曲的影响。     

清管载荷作用下输气管道安全落差研究

山地天然气管道局部落差和坡度大,在清管过程中易在清管器冲击载荷作用下发生屈曲和应力超限.基于有限元方法研究了考虑管-土耦合作用的大落差管段清管过程非线性动力学特征,分析了清管器运行速度、管道坡度、清管器-管内壁间摩擦系数对管道受力和位移的影响,得到了不同坡度、摩擦系数条件下极限清管运行速度和最大高程差.结果表明:清管器...     

混凝土多尺度应力响应方程及其数值模拟

针对混凝土的多相多尺度材料组成特征及其复杂力学响应问题, 首先, 根据混凝土中各组成材料的几何特征, 将C-S-H凝胶、硬化水泥浆体、砂浆及混凝土细观组成分别视为纳观、微观、亚细观和细观尺度上的复合材料, 并利用颗粒空间堆积方法, 重构了混凝土各尺度复合材料的简化几何模型; 其次, 基于重构的几何模型和等效夹杂理论, 通过等效刚度的升阶计算和应力响应的降阶计算, 建立各尺度复合材料应力响应之间的过渡关系, 推导混凝土多尺度应力响应方程, 并编制相应的计算程序; 最后, 以单轴压缩载荷作用为例, 数值计算载荷作用下混凝土各尺度复合材料中的应力响应, 分析骨料空间位置和相互作用以及水化产物刚度、几何形状和空间取向对其应力响应的影响规律. 结果表明, 单轴压缩载荷作用下, 混凝土细观组成中的应力分布并不均匀; 骨料颗粒之间的距离影响到混凝土中的应力分布, 其有效影响范围约为骨料粒径的6倍; 水泥水化产物的刚度、几何形状和空间取向是影响其应力分布的重要因素, 刚度越大, 所受应力越大, 与载荷作用方向的夹角越小, 长椭球形水化产物沿载荷作用方向的应力越大, 扁椭球形水化产物与之相反.      

粗糙表面的弹塑性接触研究

建立了综合载荷作用下粗糙表面弹塑性接触的确定性模型,考虑了微凸峰接触的弹塑性变形阶段,数值求解得到实际接触面积、压力分布和微凸峰塑性形变.分析了实际接触面积与法向载荷的关系,并研究了点接触的椭圆参数对上述关系的影响.建立了结点增长模型,分析了结点增长与滑动摩擦系数的关系以及滑动摩擦系数随椭圆参数的变化.结果表明:随着法向载荷增大,实际接触面积与法向载荷之间的非线性关系愈加显著;椭圆参数越大,实际接触面积越小,选择较小的椭圆参数可降低平均接触压力;结点增长的速率随滑动摩擦系数增大而增大;表面剪切作用力使最大Mises应力值升高,疲劳裂纹的发生源向表面靠近;重载时选择较小的滚动轴承沟曲率半径系数有利于减小摩擦功耗.     

考虑横向惯性效应的非饱和土中单桩的竖向动力响应

基于非饱和土的动力控制方程,考虑横向惯性效应,建立了三相非饱和介质中嵌岩桩的竖向动力响应连续介质模型,对桩侧非饱和土的动力控制方程进行Laplace变换,在频域内,通过引入势函数、算子分解等手段对控制方程进行解析,得到了桩侧土体剪应力及竖向振动位移的表达式.结合桩基的竖向振动方程及桩–土接触面的连续性条件,使桩土耦合振动系统得以解答,最终在频域内得到了桩顶复刚度、导纳、桩–土系统振动位移及应力的解析解,借助Laplace逆变换得到了半正弦激励载荷下桩顶的速度时程曲线.最后,通过算例分析验证了计算结果的准确性,分析了横向惯性、泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基动力响应的影响.结果表明:(1)单桩动刚度、阻尼、导纳等变量随频率变化发生周期性振荡,在桩基各阶固有频率处发生共振;(2)泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基的动力响应有较大影响,且频率越大,影响越明显;(3)泊松比越大,单桩动刚度、阻尼、导纳的波动幅值及对应的频率越小,桩顶时程曲线中的桩底反射信号越弱;(4)饱和度越大,对应各动力响应的波动幅值越大,且桩底反射信号的波峰越大.     

起落架结构参数对飞机机轮摆振的影响

建立了飞机机轮摆振运动方程,详细研究了起落架三个重要结构参数;稳定距、支柱刚度和减摆器传动系统扭转刚度对飞机机轮摆振的影响,考虑了各参数之间的耦合作用,严格区分“轮胎型”摆振和“结构型”摆振,并分别予以研究,所得结论为新机防摆设计和现役飞机防摆维护提供了理论依据。