考虑活塞回弹的液压凿岩机冲击机构仿真分析

根据应力波理论,活塞在碰撞钎尾后必然存在反弹。以某型号凿岩机为例,考虑活塞回弹,并求得回弹系数的范围,然后从小到大间隔取值,运用线性计算模型,分别对凿岩机处于低频档和高频档时活塞一个周期内的运动进行仿真,得到一组速度对比曲线、位移对比曲线以及各个回弹系数对应的冲击能和冲击频率。通过分析看出,活塞的碰撞回弹会缩短其回程加速时间和整个运动周期,且总位移增大。反映到凿岩机性能参数上则表现为冲击频率升高,且冲击能也略有增长。该研究对凿岩机的设计和性能分析都有指导意义。     

碰撞激发弹粘塑性波传播的动态子结构方法

基于固定界面模态综合法,将柔性结构划分为多个子结构,采用添加-删除技术处理接触约束,建立柔性结构弹粘塑性碰撞动态子结构模型。考虑冲击载荷作用下出现的材料的应变率效应,采用Cowper-Symonds本构关系,推导柔性结构在模态坐标下的碰撞动力学方程,提出柔性结构碰撞弹粘塑性波传播的动态子结构方法,并通过理论证明主模态的存在性和主模态截断的收敛性。运用该方法分析直杆纵向碰撞和简支梁横向碰撞问题,计算结果表明,弹粘塑性波的传播速度,超应力效应,以及超应力幅值逐步衰减等波传播特征,均符合弹粘塑性波的理论特征。同时,通过将碰撞力和弹粘塑性波的数值计算结果与三维动力有限元解进行对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹粘塑性波传播的有效性。     

嵌地半圆形刚平台双自由度传感系统地动响应

利用波函数展开法和振动理论讨论了半空间界面半圆形刚性平台上双自由度振动系统的反平面响应问题。利用弹性波动理论写出半空间介质内的总位移波场,应用振动理论列出双自由度振动系统满足的二阶常系数微分方程组,通过半圆形刚性平台与介质界面之间的位移和应力连续条件求出散射波函数中未知系数,最后确定出振子和半圆形刚性平台分别相对于入射波振幅的位移振幅比以及刚性平台边界处介质内的环向应力集中系数的变化规律,并通过数值算例给出了计算结果,说明了分析结论的正确性。     

地外天体采样器冲击机构应力波传递特性研究

利用有限元数值计算方法仿真并分析了地外天体采样器冲击机构在冲击钻进过程中应力波的产生、传递及其钻进碎岩效果。采用一种新的有限元前处理方法建立冲击系统激振块、钻杆和钻头的三维模型和岩石材料模型。模拟分析了采样器在冲击钻进时应力波在钻杆中的传播过程及钻具对底部岩石材料的破碎效果。仿真结果表明,在冲击碰撞发生时,冲击能量以应力波的形式产生,沿着钻杆向底部传播并不断衰减,当其传递到最底端时发生反射。应力波的形貌、能量随时间的变化情况和钻具对岩石材料的破碎侵入情况均与实际情况和理论分析一致,验证了理论分析的正确性和这种建模仿真方法的有效性,为航天采样器冲击机构的设计和优化提供了一定的依据。     

受冲击变截面杆件圆弧过渡部位的应力分析

介绍了受冲击变截面杆件圆弧过渡部位的应力计算方法。该应力的大小可由按一维纵向应力波理论计算得到的应力σ乘以圆弧过渡部位的应力集中系数β得到。并通过动光弹实验检验,证实了本方法对受冲击杆件圆弧过渡部位应力计算的适用性和准确性,从而使受冲击杆形零件的应力计算得以完善。     

地铁车辆碰撞动力学分析

建立了地铁车辆碰撞的数学模型和动力学方程。对不同缓冲器的车辆编组碰撞进行模拟,并对碰撞中的最大冲击力、缓冲行程、能量吸收比例、吸收总能量、缓冲器平均吸收率等结果进行比较。研究结果表明,碰撞分界面处缓冲器的最大冲击力只和分界面缓冲器的阻尼系数有关,而与其他缓冲器阻尼系数无关,通过改变碰撞分界处缓冲器与其他缓冲器阻尼系数、弹性系数之间的关系,可以降低碰撞分界面处缓冲器所吸收的能量占所有缓冲器吸收总能量的比例。     

无限长带形域内圆孔的反平面响应

无限大带形区域内含圆孔的弹性波散射问题,由于涉及到两条直边界,在理论研究上一直是没有解决的问题,而只能借助于数值求解的办法。利用复变函数法、虚源法和Graf加法公式给出了该问题的散射波解析解,它能够预先满足两条边界上的应力自由条件,利用圆孔边界处的应力边界条件和傅立叶级数展开来确定散射波函数中的未知系数,从而确定出带形区域内的波场,最后通过一个算例计算了圆孔边界处的环向动应力集中系数,说明了文中结论和算法的正确性。     

车桥耦合振动的拱桥吊杆应力冲击系数分析

基于车桥耦合振动理论及地基微波雷达现场试验,研究了高速铁路拱桥的吊杆应力冲击系数。列车和轨道-桥梁模型分别采用刚体动力学和有限元方法建立,两子系统间通过轮轨线性Hertz接触理论实现耦合。采用地基微波雷达对吊杆两端位移进行测试,分析得到桥梁动力特性、吊杆应力时程及其冲击系数。对比地基微波雷达试验数据,验证理论模型的正确性,并基于该模型分析车速、单双线行驶和轨道不平顺对吊杆应力冲击系数的影响规律。结果表明:吊杆应力冲击系数随车速的增加而增大,当车速为300km/h时车桥共振导致吊杆应力冲击系数显著增大;德国低干扰轨道谱样本对吊杆应力冲击系数影响较小,但随着轨道平顺性的劣化,吊杆应力冲击系数显著增大。     

冲击碰撞中接触问题的数值模拟研究

介绍了冲击碰撞过程中接触问题的处理方法以及在数值模拟中接触理论的主要算法,提出碰撞接触理论方法在锤击消应力研究中的重要作用。     

基于压电纤维传感器应力波方向检测的结构冲击定位研究

冲击定位监测是飞行器结构健康监测的重要研究课题。 基于应力波方向检测的冲击定位方法可有效克服传统的到达 时间方法依赖波速的应用局限性,适合飞行器复杂结构的冲击定位监测。 本文分析了压电纤维对冲击应力波的响应特性,针对 板结构冲击应力波信号具有宽频、频散与多模态成分混叠等特征,采用 Shannon 复数小波变换提取应力波能量峰值窄带信号, 通过仿真与实验研究表明低速冲击板中产生的应力波主能量成分为 A0 模态 Lamb 波;基于压电纤维对 Lamb 波的方向响应特 性,优化制备了 45°“应变花”结构的压电纤维传感器,以能量峰值窄带 Lamb 波传播方向表征应力波传播方向,提出了基于压电 纤维传感器应力波方向检测的冲击定位方法。 实验结果表明提出的基于压电纤维传感器应力波方向检测的冲击定位方法准确 有效,平均距离定位误差为 17. 2 mm。 研究成果提供一种应力波方向传感器及不依赖应力波波速的结构冲击定位方法,具有一 定的理论研究意义和工程应用价值。     

小波变换在缆索张力测量中的应用研究

介绍了波动法测量缆索张力的基本原理及其检测技术。针对实际测量中脉冲激励下产生的应力波含噪声大及走时时差难以分辨的问题,利用相关系数选取最优小波函数并结合软阈值消噪方法,将应力波从噪声干扰中提取出来。实验结果表明,采用此方法选取的小波能更有效地消去噪声,经过修正后的小波系数重构得到的信号图清晰地反映了入射波和反射波之间的时差。     

粗糙度对接触界面动态特性的影响研究

接触界面的刚度和阻尼对机械结构的动态特性有重要影响,为了描述接触界面粗糙度对机械结构动态特性的影响,建立了振动应力波在粗糙接触界面传播的数学模型,并进行了数值仿真和模型试验。试验结果表明：较小的表面粗糙度有利于振动应力波通过接触界面传播;随着粗糙度值的增加,通过接触界面的振动应力波减少,说明较大的粗糙度界面消耗振动能量,但是产生了高次谐波,使振动状态变得复杂。     

基于ANSYS的铝制错列锯齿翅片成形回弹研究

以铝制错列锯齿翅片为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA非线性动力有限元求解功能,模拟了翅片成形过程与卸载后回弹变形的全过程,得到了成形过程中任意时刻各处的应力、应变和卸载后板料的回弹结果。研究翅片成形过程中压边力、板料厚度、冲压速度、刀具齿形组合、刀具圆角半径等对回弹的影响。利用回弹规律进行模具补偿设计,以此优化专用翅片成形机及模具的结构参数和工艺参数,从根本上提高铝制错列锯齿翅片的制造精度,为翅片的结构优化设计提供了可靠的依据。     

基于高频柱面超声导波的螺栓轴向应力测量

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法。使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传播规律。结合非线性声学以及弹性力学理论,推出基于群速度比值的螺栓轴向应力测量方法。搭建超声应力测量平台,讨论了脉冲超声激励下的实测导波信号特点并提出使用经验小波算法对信号进行模态分解,有效获取了信号中特定模态的群速度。使用该方法以及传统的纵横波声时比法进行了螺栓轴向应力对比标定和测量实验,结果表明前者平均测量误差约为4%,其精度明显高于传统方法(平均测量误差6%)且具有更简便的测量流程。     

On Deformation Friction and Interface Shear Stress in Viscoelastic-Elastic Layered System under a Moving Load

An investigation is made of the physical behavior of a viscoelastic-elastic layered system under the influence of a moving load. It is restricted to a quasi-stationary case within the plane strain theory, and the viscoelastic material is represented by a standard linear model in shear. The quasi-stationary nature of the surface deformation and interface shear stress are studied. The surface deformation is correlated with the coefficient of deformation friction through a newly developed criterion.     

螺栓轴向应力的非线性超声检测技术研究

在工作过程中,螺栓常受到轴向应力的作用,作为最常见的紧固件之一,螺栓的服役质量对于安全生产至关重要。非线性超声技术对材料内部微结构的变化敏感,在检测螺栓轴向应力方面有极大的潜力。根据超声波在各向同性材料内部的传播规律,分析了非线性系数与基波幅值以及高次谐波幅值之间的关系,搭建了非线性超声检测系统。以45钢和304不锈钢材质的螺栓为研究对象,对不同轴向应力下的螺栓进行非线性超声检测,得到非线性系数与螺栓轴向应力之间的关系曲线。结果表明,螺栓的超声非线性系数随轴向应力的增大而单调增加,当轴向应力超过一定值时,非线性系数显著增大,说明非线性系数对应力变化敏感,可以用来表征螺栓的轴向应力。通过对相对非线性系数进行归一化和多项式拟合,得到螺栓轴向应力与归一化相对非线性系数之间的函数关系,然后采用非线性超声和线性体波检测两种方法对电子拉伸试验机施加的螺栓轴向应力进行检测验证试验,200 MPa以上的轴向应力采用非线性超声检测误差在6%以下,明显优于线性超声体波检测,研究结果为服役状况下螺栓的轴向应力检测提供了有效支撑。     

基于能量密度法预测微动疲劳寿命

通过接触界面的应力应变场和临界平面法计算了能量密度损伤参数,结合疲劳试验得到了能量密度损伤参数-寿命关系曲线中的材料常数,建立了LZ50钢微动疲劳寿命的预测公式。根据裂纹萌生寿命预测效果,将Chen损伤值作为裂纹萌生控制参数。分析了摩擦因数、微动桥半径、循环载荷和微动桥压力对LZ50车轴钢的Chen损伤值的影响,以及CRH2型动车组空心车轴裂纹萌生的位置及寿命。     

The Law of Response of L<Subscript>CR</Subscript> Wave in the Plastic and Elastic Deformation in A36 Steel

Nowadays the method of the longitudinal critical refraction wave (L_CR wave) is an effective method to nondestructively measure the on-line stress in the huge steel structures. The present study and research of the method of L_CR wave are mainly focused on measuring the residual stress in the steel structures, in contrast to the few research findings related to the on-line stress measurement in steel structures (including the elastic and plastic deformation). Based on the Acoustoelastic effect, the L_CR wave stress measurement system is built to measure the change of time of L_CR wave propagating, stress coefficient and the energy of L_CR wave in A36 steel test specimens from the elastic deformation to the plastic deformation. The conclusion is: At the free-stress condition, the flight time of L_CR wave and stress coefficient show an obvious change between the elastically deformed test stage and plastically deformed stage. The change of flight time and the intensity attenuation of L_CR wave show a turning point, when the specimen undergoes the process from elastic deformation to plastic deformation. And the extent of plastic deformation in the steel structure can be evaluated by the extent of intensity attenuation of L_CR wave. The experimental method will be showed in this paper for measuring the extent of plastic deformation in the steel structures in service on construction scene using the L_CR wave method.     

304不锈钢点蚀损伤的非线性超声表征

利用非线性超声表面波检测技术实现了对304奥氏体不锈钢点蚀损伤的无损表征。将固溶态304奥氏体不锈钢在质量分数为6.0%,10.0%,14.0%的FeCl_3溶液中,分别浸泡6,12,18h。利用OLS4000激光共聚焦显微镜对浸泡试样进行表面形貌的观察、稳态点蚀孔三维形貌以及尺寸的测量,利用RAM-5000测量超声表面波非线性系数,基于蚀孔微观形貌和尺寸变化分析点蚀损伤的非线性系数变化规律。结果表明:归一化非线性系数随超声表面波传播距离的增加而逐渐增大;表面波传播距离一定时,归一化非线性系数随浸泡时间的延长和溶液质量分数的升高而单调递增。超声波与点蚀引起的材料不连续界面相互作用,造成界面间的应力-应变非线性效应,且非线性效应随点蚀损伤的加剧被累积,这一结论对奥氏体不锈钢点蚀研究具有较大的参考价值。     

反舰导弹战斗部作用船体板架结构变形计算

对船体板架结构在空中近场爆炸载荷作用下的破坏进行研究,根据爆轰波理论及气体膨胀理论计算出空中近场爆炸载荷,应用应力波及塑性动力学理论计算船体板架结构的变形,得到不同工况下板架的破口大小及挠度。通过算例进行验证,计算结果合理,可应用于舰船结构在空中近场爆炸冲击波作用下毁伤的估算,为舰船的安全防护设计提供了依据。