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基于弯曲刚度的阶梯转子等效梁单元方法

清华大学学报（自然科学版） 2022年第12期62卷 2021-2028页

作者：张卫锋李东杰张可周明清华大学航天航空学院北京100084 陆军军事交通学院军用车辆工程系天津300161

为提高阶梯转子建模过程中梁单元弯曲刚度的计算精度,采用基于弯曲刚度的锥形等效梁单元对阶梯处进行建模。基于ANSYS三维实体单元计算阶梯轴弯曲时截面突变处的弯曲刚度,并通过最小二乘法得到锥形梁单元的最优尺寸,给出了梁单元尺寸随... 详细信息

为提高阶梯转子建模过程中梁单元弯曲刚度的计算精度,采用基于弯曲刚度的锥形等效梁单元对阶梯处进行建模。基于ANSYS三维实体单元计算阶梯轴弯曲时截面突变处的弯曲刚度,并通过最小二乘法得到锥形梁单元的最优尺寸,给出了梁单元尺寸随阶梯轴尺寸的变化规律。同样地,给出了整体式圆盘的弯曲刚度等效规律。通过转子动力学分析对所提出的等效方法进行验证,结果表明,采用本文方法等效后的梁单元计算得到的转子临界转速与传统梁单元和45°等效方法相比更接近参考值。

关键词：阶梯转子圆盘弯曲刚度等效梁单元转子动力学

基于拮抗作用的连续体机械臂弯曲刚度调节机理研究

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基于拮抗作用的连续体机械臂弯曲刚度调节机理研究

作者：沈佳伟中南大学

学位级别：硕士

连续体机械臂具有柔顺度高,人机交互性强的优点,被广泛应用于复杂的工作环境,但其负载能力低,刚度调节困难。选取简单易操作的刚度调节机理提高连续体机械臂的刚度对其在复杂工作空间的应用具有重大意义。本文基于拮抗作用设计了一款可... 详细信息

连续体机械臂具有柔顺度高,人机交互性强的优点,被广泛应用于复杂的工作环境,但其负载能力低,刚度调节困难。选取简单易操作的刚度调节机理提高连续体机械臂的刚度对其在复杂工作空间的应用具有重大意义。本文基于拮抗作用设计了一款可变刚度的连续体机械臂,首先自主设计并制作了该连续体机械臂的实验样机。然后通过有限元仿真对该连续体机械臂的弯曲性能进行仿真,并以仿真结果为基础,通过理论分析得出该连续体机械臂的变刚度机理。最后利用自主搭建的实验平台对模拟仿真和理论分析所得变刚度机理进行验证。具体内容如下:(1)该连续体机械臂由三个腔室和三根镍钛合金杆构成,腔室和镍钛合金杆均独立控制,利用外部缠绕纤维线,内部嵌入中心弹簧的结构增加该连续体机械臂的原始刚度,并通过模具将其自主制作完成。(2)基于ABAQUS建立连续体机械臂有限元模型,研究其弯曲性能及其影响因素,为后续的变刚度机理探究提供分析方向。选取合适的本构模型对连续体机械臂的材料属性进行定义,对弹簧和纤维线采用内嵌的定义方式以降低仿真的运算难度。对合金杆力与充气腔室数量采取控制变量的方式,分析连续体机械臂在不同腔室数量下的弯曲变形规律。(3)基于弯曲性能的模拟仿真结果,建立拮抗作用数学模型和末端输出力数学模型,综合两种数学模型理论分析连续体机械臂的弯曲刚度变化规律。揭示合金杆力与腔室气压拮抗作用下连续体机械弯曲刚度的理论调节机理。(4)搭建样机实验平台验证弯曲刚度调节机理,设计对比实验分析在合金杆力与气压共同作用下下引起的弯曲刚度变化规律。同时获得连续体机械臂末端点在弯曲刚度调节过程中的变化轨迹,以此展示连续体机械臂在不同搭配情况下的偏移情况。以弯曲刚度提升效果为评价指标,筛选出最优的弯曲刚度调节模式,为拮抗作用下连续体机械臂的刚度调节方式提供了新思路,具有一定的借鉴意义。图68幅,表27个,参考文献73篇

关键词：连续体机械臂弯曲刚度拮抗作用原理刚度调节机理

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弯曲刚度对斜拉索非线性固有频率的影响

工程力学 2008年第1期25卷 196-202页

作者：赵跃宇周海兵金波刘伟长湖南大学土木工程学院长沙410082

考虑斜拉索的弯曲刚度、垂度及几何非线性,利用Hamilton变分原理推导了斜拉索的三维非线性动力学方程。研究了斜拉索弯曲刚度对面内、面外的一阶及高阶固有频率的影响,并分析了斜拉索长度和初张力等参数对固有频率的影响。结果表明:弯... 详细信息

考虑斜拉索的弯曲刚度、垂度及几何非线性,利用Hamilton变分原理推导了斜拉索的三维非线性动力学方程。研究了斜拉索弯曲刚度对面内、面外的一阶及高阶固有频率的影响,并分析了斜拉索长度和初张力等参数对固有频率的影响。结果表明:弯曲刚度对面外固有频率的影响大于面内;随着斜拉索的长度和初张力的增加,弯曲刚度对面外固有频率的影响递减,对面内固有频率的影响呈钟罩型变化;弯曲刚度对固有频率的影响随着振型阶数的增加而变大。

关键词：斜拉索弯曲刚度非线性动力学 Galerkin方法固有频率

加强层弯曲刚度对框架-核心筒结构振动特性影响

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建筑结构 2022年第22期52卷 79-83页

作者：王四清陈宇沈蒲生湖南省建筑设计院集团股份有限公司长沙410012 湖南省建筑设计院集团股份有限公司新型复杂结构研究中心长沙410012 湖南大学土木工程学院长沙410082

假定外框柱的轴向刚度与核心筒的弯曲刚度沿结构高度不变,忽略转动惯量的影响,同时认为水平伸臂与外框柱铰接,与核心筒刚接。基于分布参数体系的振动理论,考虑核心筒剪切变形和加强层弯曲刚度的影响,对带有一道加强层的框架-核心筒结构... 详细信息

假定外框柱的轴向刚度与核心筒的弯曲刚度沿结构高度不变,忽略转动惯量的影响,同时认为水平伸臂与外框柱铰接,与核心筒刚接。基于分布参数体系的振动理论,考虑核心筒剪切变形和加强层弯曲刚度的影响,对带有一道加强层的框架-核心筒结构体系进行动力分析,得出了该结构体系前三阶自振频率与加强层位置的关系,并对考虑加强层弯曲刚度影响时核心筒剪切变形所引起振动频率的变化进行了分析。分析结果表明:设计时应选择设置“有限刚度”的加强层,适当增加与水平伸臂相连的外框柱轴向刚度,合理设置加强层的位置,核心筒剪切变形对带加强层高层建筑结构的自振频率影响可忽略不计。

关键词：框架-核心筒结构振动特性弯曲刚度加强层位置动力分析剪切变形

考虑弯曲刚度的拉索面内固有振动的理论计算公式

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工程力学 2010年第11期27卷 9-15,27页

作者：吴庆雄李浏陈宝春福州大学土木工程学院福州福建350108

为得到同时考虑弯曲刚度和垂度影响的拉索面内模态的理论公式,首先推导出在整体割线坐标系下考虑弯曲刚度和垂度效应斜索的运动方程式,然后基于扁平索假定和Irvine的拉索初始形状方程推导了扁平斜索的固有频率和振型的理论计算公式。通... 详细信息

为得到同时考虑弯曲刚度和垂度影响的拉索面内模态的理论公式,首先推导出在整体割线坐标系下考虑弯曲刚度和垂度效应斜索的运动方程式,然后基于扁平索假定和Irvine的拉索初始形状方程推导了扁平斜索的固有频率和振型的理论计算公式。通过与有限差分法得到的精确解的对比表明,考虑弯曲刚度的拉索面内固有振动的理论计算公式能较准确地计算出水平索和斜索的面内固有振动频率和振型。

关键词：结构工程斜索弯曲刚度固有振动理论计算公式

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剪力滞对斜拉桥中Π形主梁弯曲刚度影响分析

土木工程学报 2018年第1期51卷 106-113页

作者：周世军宋刚萤庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵州贵阳550081

按实际施工动态过程分析剪力滞对Π形结合梁斜拉桥中主梁弯曲刚度的影响。基于能量变分法引入简化的剪力滞翘曲位移函数,导出一种可以考虑剪力滞与Π形结合梁弯曲刚度耦合影响的实用梁单元。该方法每节点采用两个剪力滞自由度,可以处理... 详细信息

按实际施工动态过程分析剪力滞对Π形结合梁斜拉桥中主梁弯曲刚度的影响。基于能量变分法引入简化的剪力滞翘曲位移函数,导出一种可以考虑剪力滞与Π形结合梁弯曲刚度耦合影响的实用梁单元。该方法每节点采用两个剪力滞自由度,可以处理斜拉桥中集中弯矩引起的剪力滞位移边界条件突变和施工动态过程中荷载和剪力滞位移边界条件不断变化的问题。结合某Π形结合梁斜拉桥进行数值分析并与实测数据比较,验证了本文方法的有效性与准确性。研究表明,剪力滞效应使斜拉桥中主梁的抗弯刚度减小,且在悬臂施工阶段比成桥阶段的影响更大;相对于简支箱梁和连续箱梁而言,剪力滞对Π形结合梁斜拉桥主梁弯曲刚度的影响相对小一些,在悬臂施工阶段其对中跨的影响约为2%~7%,对边跨的影响约为3%~12%。

关键词： П形结合梁剪力滞有限梁段弯曲刚度斜拉桥

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碳纤维波纹管弯曲刚度的测量及有限元分析

清华大学学报（自然科学版） 2019年第7期59卷 587-592页

作者：魏鲲鹏戴兴建邵宗义清华大学工程物理系

飞轮存储动能正比于其转动惯量和角速度平方,使用碳纤维复合材料可有效提高转子线速度,而通过波纹管连接圆筒的多节式飞轮转子设计,不仅便于增大转动惯量,而且考虑到波纹管弯曲刚度对转子固有频率的影响,可实现在较低转速下过临界,增大... 详细信息

飞轮存储动能正比于其转动惯量和角速度平方,使用碳纤维复合材料可有效提高转子线速度,而通过波纹管连接圆筒的多节式飞轮转子设计,不仅便于增大转动惯量,而且考虑到波纹管弯曲刚度对转子固有频率的影响,可实现在较低转速下过临界,增大工作转速范围。该文针对渐变铺层的碳纤维波纹管,通过轴向施力法测量其静态弯曲刚度,建立对应的有限元模型,计算不同载荷下线性和考虑几何非线性的弯曲刚度,并模拟不同下铺层的弯曲刚度。研究结果表明:波纹管弯曲刚度与载荷是非线性关系,载荷较大时测量值与理论值数量级一致,弯曲刚度随铺层数增多、轴向铺层比增加而增大,且受铺层次序影响。

关键词：飞轮储能碳纤维波纹管弯曲刚度有限元铺层

Nomex蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学建模

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复合材料学报 2020年第2期37卷 376-381页

作者：王家伟朱永祥韦成华吴丽雄刘卫平马志亮吕玉伟西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室

胶黏剂粘接性能下降导致的面板与蜂窝芯分离是Nomex蜂窝夹层结构在高温下力学性能发生退化的主要原因。为此定义了胶黏剂的等效脱粘系数为温度升高引起蜂窝夹层结构弯曲刚度下降的损伤变量,并引入面板和蜂窝芯弹性模量的温度保持系数,... 详细信息

胶黏剂粘接性能下降导致的面板与蜂窝芯分离是Nomex蜂窝夹层结构在高温下力学性能发生退化的主要原因。为此定义了胶黏剂的等效脱粘系数为温度升高引起蜂窝夹层结构弯曲刚度下降的损伤变量,并引入面板和蜂窝芯弹性模量的温度保持系数,建立了蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学模型。经外伸梁三点弯曲法试验校验,所建力学模型计算值与试验值的误差在15%内,可以较好地实现蜂窝夹层结构在高温下的弯曲刚度预报。研究成果可以用于软夹心蜂窝夹层结构在高温下弯曲刚度的估算。

关键词：胶黏剂弯曲刚度 Nomex蜂窝温度相关性力学建模

拖拉机橡胶钢筋履带弯曲刚度计算方法与试验验证

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农业工程学报 2006年第9期22卷 106-108页

作者：娄云赵卫兵刘庆庭武良臣河南机电高等专科学校机械工程系新乡453002 安阳工学院机械工程系安阳455000 华南农业大学工程学院广州510642 河南理工大学焦作454000

拟定沿拖拉机橡胶钢筋履带长度上不均匀弯曲刚度的计算方法,是进行橡胶钢筋履带设计的基础。拖拉机橡胶钢筋履带弯曲刚度的传统计算方法是将橡胶钢筋履带作为橡胶和钢筋的均匀复合材料来进行计算的,这种计算方法误差较大。该文通过理论... 详细信息

拟定沿拖拉机橡胶钢筋履带长度上不均匀弯曲刚度的计算方法,是进行橡胶钢筋履带设计的基础。拖拉机橡胶钢筋履带弯曲刚度的传统计算方法是将橡胶钢筋履带作为橡胶和钢筋的均匀复合材料来进行计算的,这种计算方法误差较大。该文通过理论推导和试验验证的方法进行了研究,得出了橡胶钢筋履带设计参数与其弯曲刚度间的理论关系式;提出了在履带计算长度上换算不均匀弯曲刚度的方法,计算结果与试验结果能够很好地吻合。

关键词：橡胶钢筋履带设计参数弯曲刚度计算试验拖拉机