分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 研究横向磁场中矩形薄板在外激励作用下的超谐波共振和1:3内共振的联合共振问题。针对一边固定三边简支的矩形薄板,利用Galerkin积分法得到两自由度非线性振动微分方程组。采用多尺度法求解,得到前两阶模态的幅频响应方程组。通过算例,得到系统发生超谐-内联合共振时前两阶响应幅值与各参数关系的曲线图,讨论了外激励幅值、磁场强度等参数对系统振动的影响。结果表明,考虑内共振时高阶模态被间接激发,系统存在着能量的交换,调节磁场强度可控制系统的共振。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究三元乙丙(ethylene propylene diene monomer,EPDM)力学行为的拉伸速率依赖性,分别开展了拉伸速率为3、30、300、500 mm/min下EPDM的单轴拉伸实验,分析了EPDM非线性力学行为规律及其拉伸速率特性。基于分数阶Kelvin-Vogit模型、ZWT模型和OGDEN模型,对应变160%时不同拉伸速率的实验曲线进行了拟合,对比研究了模型的表征能力。结果表明,EPDM全程加载曲线呈典型“S”型,具有显著的非线性迟滞特性,且拉伸速率越大迟滞环面积越大,阻尼损耗能力越强; 在应变大于68%阶段,EPDM力学行为的拉伸速率特性显著,并呈现硬化现象。分数阶Kelvin-Vogit模型和OGDEN模型适用于EPDM在低拉伸速率下、应变低于68%阶段黏弹性材料的力学行为的表征; ZWT模型适用于EPDM在高拉伸速率下应变高于100%阶段黏弹性材料的力学行为的表征,且ZWT模型在低拉伸速率下也具有较好的拟合效果。研究结果可为EPDM制品的性能评估及优化提供有益参考。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 受滚木运输的启发,设计了一种轮-阜复摆互动机构,通过在两个平面上分别构造摆轮和凸台阵列,可实现平面之间的平稳滑动。为了研究滑动中接触面间法向力和切向力的关系,建立了轮-阜机构的系统动力学微分方程,并基于Runge-Kutta方法提出一种迭代算法对之求解,计算摆轮和凸台相互碰撞所产生的滑动阻力。数值仿真结果表明,合理设置轮-阜机构的几何参数,可以减少接触面相互滑动中的能量损耗,从而大幅提高法向载荷和等效切向阻力之间的比值。在理论分析的基础上,制造了相应的实物模型进行实验验证,结果显示该机构可以实现平稳的滑动,且切向驱动力可低于法向载荷的百分之一,从而验证了该机构的可行性。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 地震是影响赤泥堆体场稳定性的重要因素之一。采用有限元强度折减法和规范指导方法对龙塔崖沟干法赤泥堆场进行了静力稳定性分析,确定了滑动面的位置和形状,计算了静力条件下的安全系数。以拟静力法不同烈度工况下的堆积体安全系数为标定值,分析了两条实测地震波作用下的堆积体位移、加速度以及动力安全系数的变化规律,计算结果满足规范设定的阈值,可确定堆积体是稳定的。通过与不同方法、不同规范的评价要求对比,判定有限元强度折减法可作为稳定性分析的评价标尺。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为进一步研究考虑SSI效应的层间隔震结构在三维长周期地震下的响应规律以及与普通地震动作用下的区别,分别输入一维、二维、三维的普通地震动与长周期地震动。针对在长周期地震动三维输入工况下支座应力远超规范值的问题,在原支座的基础上,增加竖向隔震装置,不仅减小了支座应力,同时进一步验证了三维隔震结构在长周期地震作用下的可靠性。研究发现,长周期地震动作用下,考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应大于普通地震动输入下的响应; 三维长周期地震下结构地震响应大于一维和二维输入下的响应; 三维隔震结构在长周期地震作用下仍然可以有效隔离竖向地震,支座应力有效减小,地基土体应力得到优化,具有良好的隔震效果。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 天然不含节竹管在工程中应用较广,研究此类天然薄壁管结构的抗冲击能力具有重要的意义。利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB),研究天然竹管的抗冲击性能并进行有限元分析。在ABAQUS中应用三维Hashin和Puck单向纤维复合材料失效准则,结合应变率效应对强度的修正建立竹管本构模型,对冲击载荷下的天然不含节竹管进行模拟,得到的动态应力-应变曲线和破坏模式与SHPB实验接近,验证有限元模型的准确性。结果表明:实验与模拟的极限抗压强度误差最小为2.19%、最大为8.68%; 在不同的冲击压缩载荷下,竹管出现端面压溃、沿轴向劈裂等破坏形式; 竹管外壁节点处的位移、速度和加速度响应均随冲击载荷的增加而增加; 随冲击载荷升高,入射能、反射能、吸收能和比吸能随时间均呈上升趋势,透射能随时间变化不大; 不含节竹管的峰值载荷远低于薄壁圆管 GFRP(glass fiber reinforcement plastic),但比吸能较为接近,说明不含节竹管并不适用于需承受大冲击能量的高速冲击防护领域。初步结果可为竹管用于工程结构防护给予理论参考。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 准确地分析和预测浅壳结构在热冲击下的动态稳定性和结构完整性,对于工程中普遍使用的壳结构的设计和优化具有重要意义。利用非线性浅壳理论,并使用Ritz法和Newmark直接积分法研究了内表面受热冲击作用的四边简支各向同性浅壳的动态突跳(snap-through)行为。分析结果表明:浅壳在足够强的热冲击下会发生动态突跳,而在突跳前后都会发生较剧烈的热振动; Budiansky-Hutchinson准则可用于判定发生动态突跳的临界热冲击条件。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 采用ABAQUS通用有限元软件对装配式方钢管约束混凝土桥墩进行建模,计算了桥墩试件荷载-位移滞回曲线与骨架曲线特征值; 以轴压比、长细比、约束系数、方钢管屈服强度、混凝土强度、钢管嵌入深度与桥墩边长比、嵌套钢管直径与桥墩边长比、嵌套钢管厚度与桥墩边长比为拓展参数,研究各参数对装配式方钢管约束混凝土桥墩荷载-位移骨架曲线的影响规律; 借鉴钢管约束钢筋混凝土柱的计算框架,拟合得出装配式方钢管约束混凝土桥墩各特征值(弹性刚度、水平荷载峰值、峰值荷载位移与下降段刚度)的计算公式; 该计算公式与有限元分析结果吻合良好,有限元分析值与公式计算值之比的平均值为1.004～1.035,均方差为0.133～0.162; 选取实际工程对算法进行实例验证,计算结果与有限元数值吻合良好。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器,圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用,从而产生非线性恢复力,对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁,利用梁约束模型对每段曲梁建立计及几何非线性的力-位移关系模型,结合曲梁间的力传递关系和几何约束关系,建立了圆环整体在压缩过程中的非线性恢复力模型,并计算了圆环变形过程中所有分段点处的正应力。通过电子伺服疲劳试验机对圆环结构在压缩过程中的恢复力进行了测量,验证了梁约束模型的建模精度。研究结果表明,利用梁约束模型可以表征圆环结构非线性恢复力特性,其建模精度与椭圆积分法相当,而模型表达式和求解过程都比椭圆积分法简洁。圆环在压缩量最大时正应力最大,此时最大正应力在圆环的上下端点。梁约束模型的建模精度随着分段数的增加而提高,当分段数大于12时,梁约束模型的恢复力计算误差小于2%。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 水凝胶在生物医学、脑机接口、传感器、制动器等高科技领域具有广泛的应用前景。然而,水凝胶在面对不同应用环境时仍存在力学性能上的挑战,包括易发生拉伸断裂、塑性变形以及疲劳破坏等问题,这严重限制了其应用范围。为了增强水凝胶的力学性能以适应不同的工作条件,本研究对当前不同组分水凝胶所具备的力学性能以及多种力学强化水凝胶的典型应用进行了综述。首先,对水凝胶的成分构成进行了介绍,包括天然聚合物水凝胶和合成聚合物水凝胶等。进而,通过系统总结不同水凝胶的力学特性和强化方式,深入剖析了抗拉强度、黏接强度和疲劳阈值等力学性能的优化途径。最后,指明了具有优秀力学性能水凝胶相应的应用场景,并对未来的发展方向进行了展望。本综述提供了水凝胶力学性能提升的多元化视角和解决方案,为设计特定需求的新型水凝胶材料提供了科学指导。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-05-07 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究矩形腔体侧向正弦周期加热条件下对流扰动的成长和传热特性,本研究对流体力学方程组进行了数值模拟。结果表明:随着格拉晓夫数Gr的增加,对流扰动的最大振幅Amax的成长率变大,线性成长阶段的时间变短。对于高宽比A=10,腔体宽度d=2 cm的腔体,普朗特数Pr=6.949的流体,对流扰动的成长率γm随着格拉晓夫数Gr变化的经验式为γm=9×10-8Gr1.234 3; 对于高宽比A=10、腔体宽度d=6 cm的腔体,普朗特数Pr=0.703的流体,成长率γm随着格拉晓夫数Gr的变化关系式为γm=8×10-4Gr0.52。当Pr=0.027 2时,热壁面平均努塞尔数Nu^-和格拉晓夫数Gr的关联式为Nu^-=0.000 02Gr1.17; 当Pr=6.949时,Nu^-=0.000 24Gr1.05。随着格拉晓夫数Gr数增加,右壁面的传热能力增强。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 提出了一种装配式梁柱节点新形式,带悬臂梁段的框架柱与框架梁进行拼接,通过L形角钢进行节点加强,形成全螺栓装配式节点。为研究该节点的力学性能,以前期试验作为研究基础,对带悬臂梁段拼接的装配式新型梁柱节点采用ABAQUS软件进行参数分析。首先建立装配式梁柱节点的足尺试验模型,与试验结果进行对比验证; 然后,对带悬臂梁段拼接节点进行参数化分析并且考虑加劲肋数量、横板厚度、耳板厚度、L形角钢长度和翼缘螺栓数量的因素,得到不同参数下节点的力学性能。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 由于螺栓结构中存在复杂的微观特征,数值模型中无法避免的会引入不确定性。针对螺栓设计中参数不确定性量化问题,一种基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构随机模型更新方法被提出。首先考虑高阶剩余模态的影响,推导了适用于螺栓组合结构弹性交界面的高精度模态综合法; 之后,在贝叶斯推理框架下,通过组合结构的自振频率和振型的概率分布,建立螺栓连接参数的后验概率密度函数,并借助DRAM(delayed rejection adaptive metropolis)抽样方法量化参数的不确定性。数值算例表明,针对各子结构之间自振频率差别较大的结构,与模态综合法相比,本研究方法在较少子结构模态参与的情形下,也可以保证良好的模型更新结果。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究节理角度和不同围压作用下的充填节理岩石的动态力学特性和应力波传播规律,利用改造后的动静组合加载霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,对充填节理厚度为8 mm的砂岩试样进行冲击试验,研究不同围压等级(0、4、6和8 MPa)和不同节理倾角(0°、15°、30°、45°)下充填节理试样的动态力学特性和应力波传播的规律,采用应力波斜射理论并进行验证。试验结果表明:①完整砂岩的反射波幅值最小,以0 MPa为例,反射波幅值从0.194×10-3增长到0.299×10-3,与倾角成正相关,透射波幅值与倾角成负相关,且从0.169×10-3减小到0.053×10-3; 以0°为例,反射波幅值与围压呈负相关,且从0.194×10-3减小到0.074×10-3,透射波幅值相反从0.169×10-3增长到0.257×10-3; ②在冲击动载作用下,一定程度围压可以起到限制变形,抑制胶结面分离,提高承载能力; 节理倾角越大的充填节理产生的变形越大,承载状态越差; ③倾角试件随着围压增大反射能力降低,透射能力提高,0°倾角试件的反射系数从0.603减小到0.147,透射系数从0.569均匀增加到0.789,围压试件随着倾角的增大反射能力增大,透射能力降低与理论分析规律一致; ④节理倾角与试样吸收能密度呈负相关,围压与试样吸收能密度呈正相关,与围压作用下的透反射规律一致。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为获得满足规范要求的拟合楼层反应谱的三向地震动时程,采用六阶常微分方程的本征函数为基函数,分解并重构天然地震动时程; 通过构建影响矩阵,迭代计算逐步调整本征函数的幅值系数,最终实现预设拟合精度; 引入正交化方法保证三向地震动时程两两之间的统计独立性,并通过两组算例提供验证。研究结果表明,迭代所得时程反应谱与目标楼层反应谱的拟合精度较高,迭代过程中时程反应谱均匀一致地向目标谱逼近,迭代过程收敛,所得三向地震动时程均无零飘现象,满足规范要求。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 旨在研究热-力-电载荷下弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动。首先,建立弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳动力学模型; 然后,应用三阶剪切变形壳体理论和修正的偶应力理论,推出弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳模态频率的解析解; 最后,通过数值算例分析了微圆柱壳模态频率的影响因素。结果表明:Pasternak弹性支撑比Winkler弹性支撑更有利于提高微圆柱壳的模态频率; 改变弹性支撑的刚度系数、轴向力、外加电压、孔隙分布、材料体积分数指数和结构尺寸可调节微圆柱壳的模态频率; 孔隙体积分数越大,温度或轴向力对模态频率的影响越大,而电压对模态频率的影响则越小; 不同材料指数下,增大孔隙体积分数对模态频率的影响趋势不同; 弹性支撑会减弱温度、轴向力和电压对模态频率的影响,对薄圆柱壳或短圆柱壳模态频率的影响较为显著。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 输变电塔体系遭受风雨耦合作用破坏时常将原因归于风荷载,忽略了雨荷载耦合激励的放大效应。针对某输电线路“一塔两线”体系模型,以数值方法模拟良态风雨场与湿下击暴流场的风雨时程荷载,分别对塔线体系进行动力响应分析,结果表明:降雨对输电塔线体系的响应,具有显著影响,随着雨强变大,塔线体系响应增大明显; 在极值降雨条件下,湿下击暴流场塔顶位移增幅最大,在X向和Y向分别达到31.30%和33.93%; 两种风雨场中塔顶位移及加速度功率谱密度均出现明显增幅,体系共振响应增强,塔身关键位置主材应力分别增大了11.64%、37.07%; 在不同类风场中,强降雨时雨滴冲击对塔线体系产生的激励增大作用不可忽略。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 构建了覆水峡谷-丘陵复合地貌的地震差动模拟所需的相干函数模型。首先,提出并推导得到了考虑土体滤波效应和竖向距离的覆水峡谷-丘陵复合地貌相干函数模型表达式; 探讨并阐述了相干性变化的规律特征及其物理本质。然后,基于新相干模型和传递函数构建地下功率谱矩阵,生成地下多点地震动; 通过功率谱及相干函数拟合验证了模拟结果的科学性与合理性; 对比分析了本研究提出的相干函数模型对多点地震动空间变异性的影响。最后,以一座连续刚构桥为例,探讨了新相干函数模型对结构地震差动响应的影响。结果表明:基于新相干函数模型的多点地震动相干性降低,各点地震动的空间变异性增大,进而加剧了结构各支承点运动的不同步性,最终导致结构地震差动响应增大。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对现有鳍条效应软体手指建模分析方法难以兼顾高精度与小运算量的问题,本研究以课题组设计的苹果采摘软体机械手为对象,在观察软体手指变形的基础上,提出将鳍条效应软体手指等效为串连铰链四杆机构; 运用虚功原理推导了给定变形状态下软体手指各处接触力与驱动力矩计算方法; 提出用线弹性扭簧模型描述变形恢复力矩,利用改进的粒子群算法求解各级四杆机构扭簧劲度系数; 基于有限元模型,结合二次开发建立了给定关节转角和充气压力下驱动力矩的BP神经网络静态模型。搭建试验平台对3个不同大小的仿真苹果在3个不同高度位置下进行抓取力测量试验。试验结果表明,所建立的力学模型计算抓取力相对误差绝对值小于8.6%,与有限元模型精度相当; 驱动力矩测量试验结果表明关节神经网络模型计算值与测量值变化趋势相同,相对误差小于12.7%。
分类： 力学 >> 力学其他学科 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 应用低阻抗分离式霍普金森压杆和拉杆试验装置开展了聚脲材料动态力学性能的试验研究。分别开展了聚脲8380材料常温条件(T=18 ℃)下的动态压缩和动态拉伸试验,以及高温(50、80 ℃)和低温(-40、-20 ℃)条件下的动态压缩试验,研究了该种材料的动态压缩和动态拉伸性能,并研究了应变率和温度对材料动态力学性能的影响规律。研究结果表明:在不同温度下,聚脲8380材料的动态力学性能均呈现出显著的应变率效应; 随着加载应变率的增大,材料的强度、变形能力和耗能能力均有不同程度的提升; 聚脲8380材料的动态力学性能具有明显的温度相关性,高温和低温条件下材料的动态压缩性能呈现出不同的变化规律; 高温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能发生劣化,其动态抗压强度较常温条件下有较大幅度的降低,随着温度的升高,材料的动态抗压强度降低; 低温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能有显著的改善与提升,其动态抗压强度和耗能能力较常温条件下有大幅度的提高,随着温度的降低,材料的动态抗压强度提高。
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