平面应力问题新型广义有限元法

结合广义有限元和理性有限元的优势,针对平面应力问题提出一种新型广义四边形单元.该单元考虑泊松效应,以节点位移自由度约束弹性力学平面应力方程的半解析解,构造单元位移模式的附加项,较准确地反映真实位移场,提高单元的计算精度.推导新型广义单元及其等参单元的形函数公式,设计分片试验和数值算例验证单元的精度.数值算例结果表明：在规则网格和非规则网格下新单元的计算精度均优于传统有限元和广义有限元.新单元具有精度高且易于程序实现的特点,可推广应用到实际工程的结构分析中.     

图形引擎与物理引擎结合的研究与实现

由于具有物理特性的三维虚拟场景更具有真实感,用户更易于沉浸到场景中,因此物理引擎在虚拟仿真中的作用日益重要.首先采用了OGRE图形引擎和PhysX物理引擎,设计了图形引擎与物理引擎结合后的主体框架,对框架的核心部分进行了分析.然后在物理引擎中创建模型和用OGRE模型转换为PhysX模型,以及利用关节实现复杂模型.结果实现了两个具有物理特性的虚拟场景,为建立真实的虚拟仿真环境打下基础,并将促进物理引擎的应用.     

一端简支、任意位置支撑长轴转子系统优化设计与后屈曲分析

应用广义Hamilton变分原理,建立了一端简支-任意位置支撑长轴转子系统的非线性模型;取低阶多项式匹配边界和约束条件构造Ritz基,分析获得了系统临界转速、致稳支撑的最优配置位置,应用有限元方法对致稳优化位置及分叉形态进行了验证;在此基础上,分析获得了转子系统跨越临界转速时的分岔模式和后屈曲解。研究表明,单边简支转子系统致稳支撑宜配置在距简支边长度约73%处;且转速跨越临界转速时,系统原平衡位置将失去稳定性,转子挠度和轴向位移分别发生叉式分岔和跨临界分岔到新的平衡位置。研究结果对于指导长轴转子系统支撑位置优化设计和了解系统超临界运行时的几何非线性效应提供了理论基础。     

层叠式聚偏氟乙烯主动约束层阻尼与圆柱壳结构的振动控制

设计一种层叠式聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride, PVDF)主动约束层阻尼结构,将其应用于圆柱壳结构,采用Hamilton变分原理,导出局部附加层叠式PVDF主动约束层阻尼(ALCLD)圆柱壳的振动控制方程.给出层叠式PVDF主动约束层作动力的解析表达式,对两端简支圆柱壳的振动控制进行模拟.研究表明,层叠式PVDF主动约束阻尼层结构产生的作动力与PVDF层数成正比,控制电压相同时,增大主动约束层层数和粘接层厚度,可以有效地增大作动力,显著提高振动抑制效果.研究发现,粘贴在壳曲面上的主动约束层能够在径向产生大的作动力,这对壳曲面面外的振动控制非常有利.     

蜂窝板振动的主动控制实验研究

首先利用有限元分析软件ANSYS对蜂窝板进行了有限元分析,计算出了蜂窝板结构的动力学特性参数,并对蜂窝板进行了试验模态分析,计算结果和试验结果基本一致.在此基础上,根据蜂窝板的振型设计出压电作动器的最佳安装位置,对蜂窝板进行了压电智能结构振动的主动控制试验研究,得到了较好的振动抑制效果.这些结果为蜂窝板的设计和实现主动振动控制提供了重要参考依据.     

微拉曼光谱技术及其在微结构残余应力检测中的应用

多孔硅薄膜，硅基底结构是微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)中的一个基本组元，其厚度为微米量级。由于薄膜与基底材料之间存在着晶格错配，在薄膜，基底间的界面上会出现残余应力，严重时会导致裂纹出现而发生断裂。微拉曼光谱法(micro-Raman spectroscopy，MRS)是近些年来在化学、物理、材料和力学等学科领域迅速发展的光学测量方法。文中对这一方法进行介绍，并且用来测量化学腐蚀多孔硅薄膜结构的残余应力，发现随着孔隙率的增加，多孔硅表面的拉伸应力逐渐增大。特别对某一样品出现裂纹区的拉曼测量表明，在裂纹区的残余应力急剧上升，达到了0．92GPa。使用金相显微镜观察不同孔隙率的多孔硅薄膜表面的微观形貌，这种不同程度的微观孔穴结构与残余应力的分布存在着紧密的联系。     

6自由度姿态控制的挖掘机模拟训练平台设计

针对现有挖掘机模拟训练存在的功能单一、技术含量低,视角、姿态、复杂工况作业等与实际情况差距较大,不能够满足模拟训练需要的问题,创新设计了6自由度姿态控制的挖掘机模拟训练平台。首先提出了模拟训练平台与真机具有相同的操纵系统、相同的视角、相同的姿态感受和相同的施工环境的设计要求。通过采用3屏显示方案,实现了现实设备与真机具有相同的视区和视角;通过改装XCG230LC-8驾驶室系统,设计的操控平台与真机具有相同的操作模式,最大限度地提高了操作训练水平;采用全电动6自由度动感平台,具有在模拟的性能包线范围内给驾驶人员提供一定范围内姿态角变化的动感信息的能力,从而使驾驶人员在同样环境下姿态感受与真机相同。