系泊系统松弛-张紧引起的冲击张力研究

研究深海平台系泊系统松弛-张紧引起的系缆冲击载荷.考虑缆绳的粘-弹特性,建立缆绳-浮体系统冲击之后的运动方程,确定系统由无量纲的位移比、频率比和阻尼比决定的松弛一张紧区域,分析各个因素对系统松弛-张紧条件的影响.计算了不同参数条件下系泊系统的响应,分析了平台质量、缆绳长度、外激励幅值以及预张力等因素对缆绳内最大张力的影响,结果表明,缆绳内最大张力随着平台质量的增大、外激励的增大以及预张力的增大而增大,随着缆绳长度的增大而减小.     

张紧器-高压隔水管耦合系统横向振动特性研究

为了准确分析张紧器-高压隔水管耦合动力学特性，考虑平台漂移以及张紧器、海水阻尼等影响，基于动力学基本原理建立深水钻井工况下张紧器-高压隔水管横向振动力学仿真模型，并在MATLAB中利用有限差分法进行离散求解，分析了管内高压流体、张紧器耦合作用、海流流速、平台漂移量、张紧器张力比等因素对高压隔水管和常规隔水管横向振动的影响。仿真结果表明：在管内高压流体、张紧器耦合作用的影响下，高压隔水管的横向振动位移减小、应力增大；随着海流流速的增大，隔水管的横向振动位移增大，位于海面附近的隔水管的横向振动应力增大，隔水管底部的横向振动应力基本不受海流流速的影响；随着平台漂移量的增大，隔水管的横向振动位移增大，且越靠近海面变化越明显，但横向振动应力基本保持不变；随着张紧器张力比的增大，隔水管横向振动位移减小、应力增大，且对于常规隔水管，易产生应力集中。研究结果可为深水钻井工况下张紧器-高压隔水管的耦合振动特性分析提供理论依据。     

纤维解取向行为的粘弹性分析

建立了高分子纤维材料的自由状态的二元件弹簧与粘壶的串联粘弹性模型,对解取向的热力学本质及动力学方程进行了推导,用这一模型可以合理诠释解取向过程的粘弹性本质。通过粘弹本构方程的推导,研究了解取向过程中的瞬时应力和收缩应变与温度及时间的函数关系。结果表明,纤维解取向的自发倾向取决于纤维的初始内应力和环境温度,解取向环境的温度越高,时间越长,纤维解取向时的内部瞬时内应力越小,而收缩应变越大,lnσ(t)和ln[-(γ(t))]呈现对时间的一次函数关系。高分子链本身的粘弹特性如相对分子质量、分子链的柔性,以及微观松弛时间等都将影响纤维的解取向行为。     

拦阻索冲击的多体动力学仿真研究

舰载机着舰时,尾钩冲击拦阻索导致索内应力动态向甲板两端传播。为研究拦阻索应力波传播规律及峰值决定因素,本文在多体动力学框架下,发展了基于绝对节点坐标法的具有接触碰撞功能的大位移索单元,在此基础上建立了包含缓冲装置的拦阻系统多体动力学模型,仿真揭示了拦阻索受冲击后应力波在传播过程中,分别在甲板两侧的导向轮和尾钩处,因横波的反射与叠加均造成了应力尖峰,而滑轮缓冲装置与钢索末端缓冲装置均能有效的降低索内应力峰值。拦阻系统中的钢索用轻质材料代替,亦能降低索内应力峰值。此外,本文建立的全尺寸舰载机拦阻系统多体动力学模型为系统的设计与优化提供了一种计算手段。     

柱状装药不同起爆方式的数值模拟研究

运用三维非线性动力有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA对柱状装药3种起爆方式下的爆轰过程和岩石中的应力波传播特征进行模拟。分析不同起爆方式下岩石中应力波的叠加和传播过程,对比岩石的应力状态、应力水平和振动响应。分析结果表明:不同起爆方式下岩石中应力波的传播方向、大小不同,引起的振动响应也不同;反向起爆时岩石自由面的拉应力和振动速度峰值较正向起爆时大;反向起爆时孔底近区的应力水平较正向起爆和双向起爆时大。综合考虑岩石的应力和振动响应,可得反向起爆的爆破效果较正向起爆和双向起爆好。     

厚壁复合材料管纤维缠绕张力的神经网络设计方法

提出了一种纤维缠绕厚壁复合材料管的张力优化设计方法。介绍了纤维缠绕控制系统的工作原理, 并讨论了缠绕厚壁复合材料管成型质量的影响因素。针对厚壁复合材料管纤维缠绕过程, 利用弹性叠加原理建立了计算缠绕张力导致复合材料管残余内应力变化的模型和方法。分别比较了利用现有恒张力、 恒力矩和锥度张力三种常规模式缠绕厚壁复合材料管的内应力分布特性。设计了一种独特的神经网络结构, 并通过误差反向传播实现了对纤维缠绕张力的优化设计。以实验验证说明神经网络收敛优化过程的主要机制, 结果表明, 通过该神经网络优化的纤维缠绕张力能满足特殊内应力(如等应力)分布设计的需要。     

应力波在基桩中的传播特性

将基桩简化为一维弹性杆，研究了位移波和应力波在不同类型的基桩中的传播特性。同时，本文分析了位移波和应力波在固定端、自由端和弹性支承端的反射特点。在固定端，位移为零而应力加倍；在自由端，应力为零而位移加倍。通过对应力波在基桩中的传播特性的分析，不仅有利于提高基桩动测的理性认识，而且为实测响应的解释和参数的估计提供了较为严格的理论依据。     

空间站柔性太阳电池翼模态分析及基频优化

空间站柔性太阳电池翼机构环节多,展开长度长,具有低频、频率密集、静态变形大等特点。以我国空间站柔性太阳电池翼为对象,建立电池翼有限元模型,通过在张紧机构上施加温度应力实现柔性阵面张紧力模拟,采用线性初值加非线性迭代修正两步法获取满足张力设计要求的温度变化。同时基于非线性静力分析获取的柔性阵面张紧状态刚度矩阵,开展柔性电池翼模态分析,并给出张紧力及伸展机构屈曲载荷与整翼基频的关系。     

纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮的预应力简化分析

在纤维束缠绕时施加张紧力,使得固化成型后的飞轮内部形成一定的预加径向压应力,这是提高飞轮径向强度的有效方法之一。基于过盈配合的思想建立了计算张紧力缠绕导致的复合材料飞轮内部预应力和变形的简化模型和方法。通过算例分析发现:等张力缠绕产生的环向应力在半径方向上先减小后增大,径向压应力不断变小;变张力缠绕过程中,张紧力由小逐渐变大时,飞轮的径向压应力增大,径向强度提高;飞轮设计中仅仅依靠张紧力缠绕是不够的,还必须和固化成型后的厚壁筒之间的过盈套装一起来设计合理的径向预加压应力。     

顶张式立管液压气动式张紧器的数值模拟

综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系以及平台-张紧器-立管之间的运动耦合关系,建立带液压气动式张紧器的顶张式立管有限元分析模型。为了更加符合工程实际,该模型中考虑了立管的真实截面布置以及采油树的作用。对4种张紧器模型,即恒定集中力模型、传统的简化模型、线性弹簧-阻尼模型以及非线性弹簧-阻尼模型进行对比分析。结果表明:恒定集中力模型不能反映立管张力的变化规律,而且立管响应也存在较大差别,故不宜采用;传统的简化模型过高评估了张紧器的张力水平,有可能导致不准确的立管响应评估结果;线性弹簧-阻尼模型可用于环境条件较温和的情况;该研究建立的非线性弹簧-阻尼模型最能反映张紧器的刚度特性,且在极端载荷环境下尤为适用。     

深海系泊系统模态分析

该文考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到12×12的非线性刚度矩阵,实现了该文单元与有限元软件的调用对接。针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了系泊系统固有频率和模态以及系泊缆群的张力响应。计算结果表明:该文单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的动力响应特性。     

拉索-阻尼器体系振动索力测量法研究

拉索索力的精确测量是索类结构健康监测的一个重要内容。由于阻尼器的存在,已有的不考虑阻尼器的索力识别方法在测量拉索-阻尼器体系索力时精度将受到影响。利用Steffensen不动点迭代法对的拉索阻尼器系统的频率超越方程进行求解,进而给出了一种新的考虑阻尼器因素的索力识别方法,并给出了该方法和其他三种方法在识别拉索阻尼器系统索力时的相对误差表达式。通过数值仿真,研究了拉索参数和阻尼器参数对各方法的影响,比较了各方法的相对误差范围。研究表明,基于频率超越方程数值解法的索力识别方法是进行拉索-阻尼器系统索力识别时的最佳选择。     

连续长索非线性静动力分析的样条单元

本文建立了三维长索局部和整体坐标间的映射关系,采用三阶Ｂ样条基构建索的等参元模型,导出了假定初应力技术以克服索初平衡状态寻找中可能遇到的困难。采用本文方法可以求解松索、紧索及索系统的非线性静动力问题。     

低张力缆索有限元模型及其应用

为准确计算缆索在低张力时的运动状态,该文考虑缆索低张力状态时的拉伸刚度、弯曲刚度和扭转刚度,建立了一种适用于低张力缆索的三维有限元模型。首先基于细长杆理论推导了缆索的动力学微分方程,接着以三次样条曲线为试函数,运用Galerkin加权残值法导出了单元刚度矩阵,最后对其进行组合建立了缆索的整体矩阵方程,并采用Matlab编写了求解程序。将其应用于实例中,所得结果与实验结果相一致。研究成果为拖曳缆、系泊缆、潜行器脐带缆等海洋缆索的运动分析与设计提供了理论依据。     

水闸钢拉索的不稳定振动分析

水电站事故闸门启闭系统普遍采用钢索拉杆传动,水轮机诱发的闸门振动将会导致钢索的大幅振动,从而造成系统的失效破坏。基于对某水电站快速闸门系统振动破坏的实验和理论分析,建立等效索的参外激振动方程,根据Floquet理论进行运动稳定性分析。通常当闸门的水平摆动频率接近索的固有频率时,将产生横向共振。而闸门的铅直波动将引起索的主、超、亚谐波失稳,产生大幅振动,是导致其失效破坏的一个主要原因。     

拉索-双弹簧系统的自由振动特性分析

辅助索减振措施是常见的拉索减振方法之一,但拉索-辅助索的减振机理尚不清楚,优化设计方法尚未建立。该文将辅助索对拉索的刚度贡献简化为弹簧对拉索的支撑作用,进行了附加两根弹簧的拉索自由振动特性分析。由位移的连续条件和力的平衡条件建立了拉索-双弹簧系统的频率方程;由一阶泰勒展开得到了当弹簧安装位置靠近拉索锚固端时频率方程的近似解。以弹簧刚度为零时对应的拉索自由振动频率和弹簧刚度趋向于极限时拉索振动频率极限值为基础,讨论分析了不同安装位置和不同弹簧刚度下拉索低阶振动模态的特点,得到了其振动模态分布随弹簧安装位置和刚度变化的内在规律;研究结果可供辅助索减振优化设计参考。     

用于阻尼器试验的斜拉索等效模型建模

该文提出一种便于试验室内布置的短梁模型等效斜拉索,利用该模型可进行足尺拉索阻尼器试验研究。等效原则为,附加阻尼器后等效模型一阶振动频率及模态阻尼与其原型按张紧弦理论计算得到的相应值相等。该文首先提出了等效模型的概念及参数;然后,对比水平张紧弦-线性粘滞阻尼器系统的振动分析理论,对等效模型进行了自由振动和有阻尼振动的参数分析,采用数值方法分析了模型的振动特性;最后比较模型与原型的振动特性,提出确定模型参数的方法。数值模拟结果表明:按上述方法得到的等效模型与原型一阶振动频率及附加相同阻尼器后模态阻尼比的差值均小于5%,等效模型具有良好的精度。     

斜拉索不稳定振动的主动及半主动控制

研究斜拉索在支座运动激励下参激不稳定振动的主动及主动控制.建立斜拉索的参激振动方程,基于Floquet理论分析其不稳定性.应用LQ控制方法确定最优主动控制力,并按照Bingham模型确定相应于磁流变阻尼器的最优半主动控制力.数值结果表明,对于索不稳定振动的控制效果很显著,且切实可行.     

深水锚泊线串联浮筒系统的动力特性分析

在时域范围内建立深水锚泊线串联浮筒系统的动力分析模型,考虑锚泊线和海床之间的接触作用,基于Morison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,并利用单根锚泊线由于上部浮体运动而吸收的能量来计算锚泊阻尼。分析串联浮筒系统对锚泊线张力和阻尼的影响特征,进而对串联浮筒的大小和所处位置进行参数敏感性分析。该结果对深水浮式平台锚泊系统设计中如何有效地减小锚泊张力具有实际意义。     

斜拉桥桥面结构损伤位置识别的指标比较

以香港汲水门大桥为背景,应用高精度三维有限元模型,对斜拉桥桥面结构损伤位置识别的模态曲率指标、模态柔度指标和斜拉索张力指标进行了比较研究。主要比较了(1) 在无噪声情况下,三损伤指标对各种不同损伤情况的识别效果;(2) 三损伤指标对损伤程度的敏感性;(3) 三损伤指标的抗噪声能力。获得以下结论: (1) 曲率和柔度指标在损伤定位上对不同类型的损伤情况显现一定的互补性; (2) 同曲率和柔度指标比较,索张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性;(3) 对大多数损伤情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标最差。