用非线性模态综合法模拟碰撞接触区应力

本文从振动分析的观点出发,研究了线弹性系统的碰撞问题.文中借助有限元方法确定参与碰撞之系统的动力学特性,然后应用非线性模态综合法对碰撞过程进行模拟计算,得到了接触面皮下微深处的应力分布及其随时间变化的规律.文中指出:只要有碰撞存在,接触表面的挤压应力就一定能够超过材料的线弹性极限而出现塑性变形或破坏.     

弹性为周期分布时架空导线振动稳定性的分析

本文从提高电力机车运行速度的实际需要出发,提出了一个判别弹性为周期分布时架空导线振动稳定性的方法.文中首先将振动方程简化为Mathieu方程形式,建立了表征机车运行是否稳定的Υ-ε稳定区域图;探讨了实际工程中可能出现的k(x)=k_cp(1-ε_(cos)2π/lx)和k(x)=ke~(bcos)2π/lx两种周期函数形式的弹性系数问题.为了便于工程技术人员使用,文中利用小参数方法和Hochstadt的引理,建立了几个判别机车稳定运行速度区域的简便公式,所得近似公式同模拟试验台上得出的结果符合.最后讨论了阻尼对系统振动稳定性的影响和改善系统稳定性的途径.     

点弹性碰撞问题之解析解

把处于碰撞状态下之碰撞体与靶体看作是一个振动体系，于是可把弹性碰撞问题转化成该体系在部分体系（碰撞体）具有初始扰动速度下的振动响应问题而纳入常规的振动分析范畴．典型示例表明用这种对策可以方便地得到与波动解完全相同的结果．     

结构碰撞振动的建模与模态截断

根据弹性体碰撞理论和结构模态分析,提出一种简便方法识别两弹性结构的碰撞恢复系数和碰撞速度,进而可确定碰撞阻尼,该方法及后继的碰撞振动分析涉及到结构模态截晰,为此,文中分析了模态截断对碰撞参数识别精度的影响,讨论了不同模态截断对研究碰撞系统动力学行为的作用。     

碰撞振动系统分岔与混沌的研究进展

针对工程实际中普遍存在的碰撞振动系统这种典型的非光滑动力系统, 其研究具有重要的理论意义和工程实用价值. 碰撞振动系统动力学的分析与研究方法主要有理论分析、数值模拟以及应用与实验研究. 为了研究碰撞振动系统的周期运动稳定性、分岔及混沌, 采用的手段有建立Poincar\'{e}映射、中心流形和范式方法, 映射的分岔与混沌理论是碰撞振动系统研究的理论基础. 首先简述了碰撞振动系统的分析与研究方法, 光滑非线性系统动力学的分析方法部分可以推广到碰撞振动系统, 碰撞振动的不连续性导致一些方法的适用性和有效性问题. 进一步综述了碰撞振动系统周期运动稳定性、分岔、混沌及奇异性的理论研究和工程应用现状. 最后着重结合相关离散型映射系统的动力学发展, 对碰撞振动系统的分岔与混沌研究及存在的主要问题进行了讨论, 并展望了其发展趋势.      

柔性悬臂梁与钢球碰撞机制模拟与响应分析

采用线性-弹簧阻尼模型模拟钢球与梁之间的碰撞机制,研究了钢球碰撞下柔性悬臂欧拉梁的衰减振动问题;通过分析推导并建立了整个系统的分段非线性动力学方程。数值结果表明:碰撞是一个瞬时的能量传递过程,碰撞前后梁与钢球的速度均会发生突变;柔性梁从碰撞中获得初始能量,在自身阻尼的作用下作衰减振动;改变系统的参数如钢球质量与速度、碰撞位置等均会对梁的衰减振动产生显著的影响。     

弹性系统撞击响应的线化法

撞击,若视撞击物为弹性体,属复杂的非线性力学现象.本文从分析最基本的弹性球中心碰撞证实,这一非线性现象在定性和定量上均可用当量初速和当量弹簧加以线性化而把问题化为某线弹性系统的自由振动初值问题.本文导出了后者的通解.实例表明,本法计算简单且有较好精度,为分析弹性系统的撞击响应提供了一个实用方法.     

柔性多体系统动力学实验研究综述

介绍了国内外柔性多体系统动力学实验研究现状,分为三个方面,即理论模型验证实验、动力学特性的实验研究和其它实验.柔性多体系统动力学建模理论的发展经历了3个阶段:运动-弹性动力学(KED)方法、传统混合坐标方法和计及了动力刚化效应的各种非线性理论.关于这些理论的模型验证实验均在本文中作了重点介绍.文中还对柔性多体系统动力学性态的研究实验也作了介绍,包括系统模态特性和共振等非线性力学行为.关于机械臂控制和碰撞研究实验虽有提及,但不作为重点.随后,着重介绍了柔性体弹性振动位移的测量和阻尼因素的处理这两个在实验不可避免但又难以解决的问题,尤其是结构阻尼和大范围运动引起的空气阻力.最后指出了今后的研究方向.文中对一些较为重要的实验装置也着重予以介绍,并给出了部分实验图片及数据曲线,以给读者一个更好的理解和参考.      

梁裂纹的识别——最优控制理论的应用

本文研究在已知振源及某测点的振动数据下如何识别弹性梁的裂纹.首先将问题转化为分布参数系统的优化问题.再应用脉冲变分原理得到新的梯度公式及优化算法.文末附有仿真例题.与传统的探伤方法比较,该方法充分利用了振动波的动态讯息,对振源的要求比较宽,可作为在线探伤仪的设计基础.     

动摩擦作用下非光滑振动系统的黏滑颤振分析

研究了一类含Dankowicz动摩擦的非光滑振动系统的动力学行为。建立了含Dankowicz动摩擦和弹性接触的非光滑振动系统的力学模型,分析了系统的运动过程。利用数值仿真方法探讨了系统运动在滑移-黏滞-碰撞接触-颤振之间转换的动力学行为。结果表明,在一定系统参数下,系统存在多种黏滑和颤振之间转换的运动形式,如周期滑移-黏滞-碰撞、周期滑移-黏滞-颤振-碰撞等。     

应用超声多普勒对软组织弹性成像的研究

超声弹性估计与成像有可能成为生物软组织病变诊断的新技术。本言语提出采用仿体外加低频振动与超声多普勒检测及成像相结合的方法,对均匀及非均匀仿体进行声弹性成像,以波动方程和彩色超声多普勒成像为基础,给出了组织振动幅度、速度和调制参数β的估算公式。初步的仿体实验结果表明软组织振动公式与超声弹性图吻合得很好,超声弹性成像比传统Ｂ超更分弹性模量变化垢区域。这些研究圣字位与诊断声阻抗及声散射特性差异不明显的小     

具有单侧刚性约束的两自由度振动系统在强共振条件下的拟周期运动与混沌

采用理论分析和数值仿真相结合的方法,研究了一类两自由度碰撞振动系统在一种强共振条件下的Hopf分叉问题.分析并证实了碰撞振动系统在此共振条件下可由稳定的周期1-1振动分叉为不稳定的周期3-3振动,讨论了亚谐振动向混沌运动的演化过程.     

圆筒内横向流体与弹性管耦合的分域求解算法

海洋丛式井组隔水管和换热器管束等在流体作用下,会诱导管束振动及碰撞,导致管束断裂失效。将弹性管离散成梁单元,采用非线性结构动力学方程描述;将圆筒流体域离散成实体单元,采用计算流体动力学方程描述。在流固耦合界面处,推导了界面位移、速度和载荷计算公式及收敛判断准则,建立了圆筒内横向流体与弹性管耦合的分域求解算法。算例表明,其分域与全域求解计算结果吻合较好,本文算法为复杂流体域内多根管束的振动及碰撞问题求解提供行之有效的计算方法。     

轴盘系统扭转振动的一个新解法

本文给出了轴盘系统扭转振动的一个新解法,将轴看作是一等截面的弹性直杆,而将随轴一起振动的盘的惯性力矩看作是作用于杆上的外力矩,对有任意个盘的轴盘系统,其扭转振动的频率方程和振型函数均可分别用一个统一的解析公式表示.     

PTT黏弹性流体的光滑粒子动力学方法模拟

运用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法对基于PHan-Thien-Tanner (PTT)模型的黏弹性流动进行了数值模拟. 首先, 利用SPH方法模拟了基于PTT模型的平板 Poiseuille流, 通过与文献结果的比较, 验证了SPH方法模拟黏弹性流动的准确性和有效性; 随后, 基于PTT模型对黏弹性自由表面流-液滴碰撞问题进行了SPH模拟, 研 究了PTT模型中拉伸参数对碰撞过程的影响. 为了解决张力不稳定问题, 采用简化的 人工应力公式. 数值结果表明, SPH方法可有效而灵活地模拟黏弹自由表面流问题.     

REBOUNDING OF GALILEAN CANNON FROM A RIGID WALL1)

研究了Galilean炮——即若干个直径递增的弹性球组成的球链---撞击刚性壁回弹的问题。采用三种力学模型：分离刚体的多次"弹性"碰撞、多刚体的接触碰撞、以及有限元模拟,对球链撞击问题进行了分析,旨在给出碰撞结束后末端小球的飞离速度与入射速度的比值。研究表明：球链碰撞反弹后将会散开,末端小球的飞离速度明显大于球链入射速度;当入射球链间存在间隙时,末端小球的速度增幅更加明显。通过实验展现了这种末端小球回弹速度增加的现象。     

Galilean炮在刚性壁上的回弹

研究了Galilean炮——即若干个直径递增的弹性球组成的球链——撞击刚性壁回弹的问题。采用三种力学模型:分离刚体的多次"弹性"碰撞、多刚体的接触碰撞、以及有限元模拟,对球链撞击问题进行了分析,旨在给出碰撞结束后末端小球的飞离速度与入射速度的比值。研究表明:球链碰撞反弹后将会散开,末端小球的飞离速度明显大于球链入射速度;当入射球链间存在间隙时,末端小球的速度增幅更加明显。通过实验展现了这种末端小球回弹速度增加的现象。     

基于三阶剪切变形理论的悬臂输流管道自由振动

采用三阶剪切变形理论,结合有限元法研究了悬臂输流管道的自由振动问题．利用虚功原理建立了输流管系统的有限元方程,同时将悬臂端弹性支承以势能的形式引入到系统方程中,求解了系统前三阶的复频率．分别探讨了流体速度和弹簧刚度对系统复频率实部和虚部的影响,重点分析了弹簧刚度与前三阶固有频率间的关系．在弹性支承刚度为零的特例下,对比了本文结果与Timoshenko梁理论的结果,证明了本文方法的可靠性．研究发现系统固有频率的实部恒为负值,表明一端带有弹性支承的约束形式有利于提高悬臂输流管道自由振动的稳定性;流体的流动对管道振动起到了阻尼作用,在流动速度足够大的情况下,各阶振动固有频率均趋于零;当弹簧刚度为无穷大,且流体速度足够大时,输流管道将发生失稳．     

微重力环境下硅基纳米器件碰撞滑动接触问题研究

随着纳米技术的发展,微机电系统被广泛应用于微纳卫星、皮卫星以及各种高精密仪器. 单晶硅广泛应用于微机电系统,考虑微重力环境空间机构无规则碰撞的运动特性,建立刚性金刚石压头与弹性硅基体之间碰撞滑动接触的分子动力学模型,对比研究压头不同振动频率和振幅对平均摩擦力的影响. 结果表明:压头振动频率低于基体固有频率时,平均摩擦力无明显变化,而高于固有频率时,平均摩擦力随振动频率增大呈现先减小后不变的趋势;振幅的增大导致压头和基体的碰撞更加剧烈,剧烈的碰撞导致基体表面更多原子晶格结构破坏,失效原子数增多,降低了平均摩擦力;在基体表面引入纹理,发现纹理表面能够有效降低平均摩擦力.      

高速泄流下平板的振动与稳定性

本文对高速泄流下流体——弹性平板的耦合振动和因流体流动所激起弹性平板的动力稳定性进行理论分析和实验研究。文中将弹性平板作为二维悬臂以及其它约束条件下的薄板同一侧三维理想不可压缩流体相互耦合作用,以扩展的Galerkin方法求得不同泄流速度下系统振动的半解析解及弹性平板的动力稳定性条件。给出耦合振动系统的特征方程: det{ρ_(1mnij)λ~2+ρ_(2mnij)Vλ+ρ_(3mnij)V~2+ρ_(4mnij)}=0并编写出相应的FORTRAN计算程序,算出平板的频谱随流速的变化以及当量流速随平板相对厚度的变化对振动稳定性的影响。实验所得一阶基频与计算值基本吻合。