应用广义拟余能原理研究流固耦合问题(英文)

水动力学与固体力学交叉的流固耦合理论是船舶与海洋工程结构响应分析与直接设计的重要工具.本文应用卷变积方法,按照广义力和广义位移之间的对应关系,将弹性动力学的基本方程卷乘上相应的虚量,然后积分,代数相加,并考虑到体积力和面积力均为伴生力,建立了非保守系统初值问题的两类变量的广义拟余能原理.应用广义拟余能原理研究流固耦合问题,分析了结构的动力响应,给出同时求解力类量和位移类量两类变量的计算方法.     

规则波浪中舰船操纵与横摇耦合运动模拟及特性分析

采用六自由度舰船操纵性方程与横摇波浪力矩耦合构成动力学模型,对舰船在规则波浪中的操纵与横摇耦合运动特性进行了模拟研究.其中操纵性方程采用MMG模型,波浪力矩由切片法计算,舰船航向按PD控制.模拟计算了某船正横规则波浪下保持航向的横摇运动,计算结果与单自由度理论结果进行了比较,其幅频曲线与相频曲线两者符合较好,间接证明了耦合构成动力学模型的有效性.在此基础上计算了不同浪向角和航速下的横摇运动,以横摇等值极坐标曲线表征舰船规则波浪中的横摇特性,从而给出了规则波浪下舰船耦合动力学所描述的运动特征.     

基于混合法的内部结构声分析

有限元法（FEM）是广泛接受的分析耦合结构声（SA）系统动力响应的预报工具。由于随频率增加计算模型也增加导致基于单元的方法在实际中约束在低频段。一种替代方法是基于间接Trefftz法的基于波动方法（WBM）。但WBM的不足之处在于高计算效率只针对中度复杂的几何模型。为了利用两者的优势：FEM的广泛应用和WBM的高收敛特性,提出了混合FE-WB预报法（FEM-WBM）。基本原理是将FE模型中较大且几何简单的部分采用WBM代替。得到的耦合模型仍具有较少的自由度。简要描述了FEM、WBM以及混合FEM-WBM的理论基础。最后将该方法应用于一个简单的结构声模型,理论分析结果与数值仿真计算结果吻合较好,该混合方法有潜力覆盖中频段。     

深水试验水池大型升降平台多电机同步控制

深水试验水池是开展深海装备开发必不可少的试验手段,大型升降平台是其中的关键设备.大型高精度、高转速传动系统的多电机同步控制是最为核心的问题之一.同步控制算法的优劣直接影响系统的性能与可靠性.提出深水试验水池大型升降平台多电机同步协调控制系统构成方案,并提出一种新的基于拉力死区误差均衡及中心耦合误差的升降平台多电机同步协调控制策略,实现了拉力控制和位置控制的解耦;同时,提出了多电机控制的升降平台仿真系统,其仿真结果表明:所提出的控制策略同步稳定性能高、收敛速度快,具有很高的应用价值.     

基于多层动网格技术的流固耦合方法研究

从弱耦合的角度出发,对某型跨声速风扇叶片做了第一阶扭转振动模态下的流固耦合验证计算,采用三维线性插值方法,通过商用软件ANSYS和CFX实现了计算结构动力学和计算流体力学之间的数据交换,从而使固体域与流体域顺序祸合.应用多层动网格技术解决了固体域模型在流场中运动受到流体网格尺寸制约的问题.计算结果表明,模拟结果可以预估叶轮系统的模态气动阻尼系数,具有工程参考价值.     

锚绞机带式制动器热-结构耦合分析

采用三维CAD软件SolidWorks建立了带式制动器组件的三维实体模型,对其进行瞬态温度场、应力场以及沉头螺钉失效机理等热-结构耦合分析,揭示了瞬态制动过程制动器和摩擦片内部温度场和应力场的分布规律,探讨了沉头螺钉的失效机理,为带式制动器的优化设计提供了依据.     

MATLAB在多项式计算中的应用

将MATLAB应用于多项式运算,充分发挥了其强大而方便的功能。MATLAB在解决实际的工程和数学问题中,与其它计算机程序设计语言C、FORTRAN相比,具有使用更为简便、语句功能更强,用户界面良好的特点,适合于在工程计算,尤其在多项式的加减乘除以及求导和估值运算中。     

车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真

为了提高车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真的逼真度,采用迹线法计算了车轮踏面接触轮廓面,以平面方式表现轮轨动态接触关系,钢轨以梁的形式参与振动,通过实时建立具有一定垂向、横向和扭转振动形态的钢轨模型来模拟钢轨的振动行为。仿真结果表明,在保证优良的实时性的同时,可以清晰地观察轮轨接触点的变化情况,免去了在复杂的三维场景中变换视点的操作,使轮轨动态接触关系更简洁,通过实时创建钢轨模型,使钢轨振动行为的模拟更逼真。     

有碴轨道下沉变形参数影响分析

为理解轨道下沉变形产生与发展机理及主要影响参数,以道床下沉为例,运用车辆-轨道耦合动力学理论和轨道下沉变形法则,借助已开发的仿真分析程序,分析了运营条件与轨道结构参数对道床下沉变形的影响。分析结果表明:车辆运行速度、车辆轴载、线路运量是轨道下沉破坏主要控制因素;采用重型钢轨、大截面尺寸轨枕和重质道碴可以降低道床下沉量;轨枕间距大,道床弹性模量高,不利于道床下沉变形的控制;当路基K30模量小于90MPa.m-1时,道床下沉量随着K30值的增加而增大,当K30值大于90MPa.m-1时,随着K30值的增加道床下沉量反而降低。可见,为了阻止有碴轨道下沉变形,应注重轨道结构参数的匹配,合理安排运输。     

轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型

基于伽辽金变分原理,利用有限元方法,建立了轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型,分析了轮轨摩擦热与钢轨接触区热膨胀位移、摩擦温度、应变和应力的关系。模型中温度场和位移场由耦合方程同时求解,但没有考虑惯性项和材料阻尼的影响。分析结果表明:耦合求解的温度场和位移场与非耦合求解的温度场和位移场的计算结果一致,钢轨表面各点滑动位移的方向与车轮滑动方向一致,垂向位移方向先负后正;钢轨表面各节点进入接触区后,温度快速上升,但高温持续时间短;在滑动方向上,钢轨接触点先受压应变后受拉应变作用,垂向受拉应变作用,滑动方向压应力明显高于垂向压应力,钢轨接触斑前后节点滑动方向应变符号相反;垂向高正应变区主要集中分布在接触斑后半轴上,最大剪应变与剪应力区在接触表层以下。