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基于杆系离散元法的结构接触碰撞行为分析

振动与冲击 2023年第13期42卷 103-110页

作者：许强叶继红中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学徐州市工程结构火安全重点实验室江苏徐州221116

将杆系离散元法拓展至结构的碰撞行为分析中,通过对颗粒运动轨迹修正实现模拟杆件间的碰撞响应。根据杆件间可能发生的接触模式建立了“点-线”接触模型;将“虚拟接触点对”的概念引入临界接触约束条件,详细推导了接触力的计算公式,并采... 详细信息

将杆系离散元法拓展至结构的碰撞行为分析中,通过对颗粒运动轨迹修正实现模拟杆件间的碰撞响应。根据杆件间可能发生的接触模式建立了“点-线”接触模型;将“虚拟接触点对”的概念引入临界接触约束条件,详细推导了接触力的计算公式,并采用Fortran语言编制基于离散元法的结构碰撞行为分析程序;通过对典型接触碰撞算例的模拟和分析,定量验证算法的正确性和有效性。结果表明:“点-线”接触模型可对发生接触碰撞的杆件做出及时判断,并准确计算法向排斥力和切向摩擦力;同时接触碰撞过程的能量耗散。

关键词：杆系离散元颗粒接触碰撞接触模型碰撞力

单桩基础海上风力机与冰排相互作用的数值模拟研究

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中国造船 2022年第3期63卷 1-10页

作者：宋明王德鹏刘昆张婧江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

为了评估在风载荷与冰载荷共同作用下的海上风力机结构动态响应,基于非线性有限元方法和气动阻尼模型,考虑风载荷与冰载荷的实时耦合作用,建立了一种新的单桩基础海上风力机结构与冰排碰撞数值分析方法。以5 MW单桩基础海上风力机与冰... 详细信息

为了评估在风载荷与冰载荷共同作用下的海上风力机结构动态响应,基于非线性有限元方法和气动阻尼模型,考虑风载荷与冰载荷的实时耦合作用,建立了一种新的单桩基础海上风力机结构与冰排碰撞数值分析方法。以5 MW单桩基础海上风力机与冰排的相互作用为研究对象,采用该方法进行了数值模拟。将风力机简化模型的一阶固有频率与风力机整体系统的一阶固有频率进行对比,采用大直径单桩风力机基础冰载荷的模型试验数据,验证冰材料本构模型和数值模拟的准确性。此外,还分析了风速和冰速对风力机塔顶端位移和碰撞力的影响。研究结果表明:风速和冰速对碰撞力及海上风力机结构动态响应的影响都较为显著。

关键词：单桩基础海上风力机冰载荷风载荷动态响应气动阻尼碰撞力

循环式行星滚柱丝杠副的运动特性及动力学分析

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华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第10期50卷 124-131页

作者：乔冠廖荣姜广君马尚君杨光美内蒙古工业大学内蒙古自治区先进制造技术重点实验室内蒙古呼和浩特010051 西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室陕西西安710072 内蒙动力机械研究所内蒙古呼和浩特010010

循环式行星滚柱丝杠副是一种通过多个沟槽状滚柱与丝杠、螺母螺纹啮合的传动机构。文中对循环式行星滚柱丝杠副的工作原理与运动关系进行分析,建立了循环式行星滚柱丝杠副三维模型。将该三维模型导入多刚体动力学仿真软件ADAMS中,设置... 详细信息

循环式行星滚柱丝杠副是一种通过多个沟槽状滚柱与丝杠、螺母螺纹啮合的传动机构。文中对循环式行星滚柱丝杠副的工作原理与运动关系进行分析,建立了循环式行星滚柱丝杠副三维模型。将该三维模型导入多刚体动力学仿真软件ADAMS中,设置了合理的虚拟样机连接关系,对其进行动力学仿真分析并提取了角速度、速度、力以及力矩等相关参数。结果显示,滚柱角速度仿真值为28.28rad/s,滚柱公转角速度为-5.20 rad/s,螺母移动速度为1.98 mm/s,螺母位移为2 mm,上述各值与其相对应的理论值进行对比,发现误差均小于5%,从而验证了仿真结果的正确性;滚柱分别与丝杠和螺母的接触力曲线在螺母螺纹区呈现正弦曲线特性;当负载为5、10和15 kN时,不同负载下同一滚柱与凸轮环凸台之间碰撞力最大峰值分别为113.92、32.31和54.08N,且同一负载下不同滚柱与凸轮环凸台之间碰撞力最大峰值的波动区间与上述数值范围相近,故滚柱与凸轮环凸台之间的碰撞力峰值不受负载大小影响;滚柱与保持架之间的碰撞力矩随负载的增大而增大;循环式行星滚柱丝杠副在传动过程中,滚柱角速度在螺母无螺纹区开始出现突变,最大突变的位置在滚柱与凸轮环凸台接触处。文中相关研究对优化循环式行星滚柱丝杠副整体性能具有一定的参考意义。

关键词：循环式行星滚柱丝杠副运动特性动力学碰撞力

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不同工况下含间隙铰链接触碰撞力特性研究

振动与冲击 2022年第4期41卷 246-252页

作者：韩雪艳宋敬伟高振辉魏元浩李铜李仕华燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室河北秦皇岛066004

为了更加准确地研究不同工况环境对含间隙铰链接触碰撞力的影响,以提高空间机构的运行及空间指向精度,基于分型理论、Lankarani-Nikravesh模型及宏微观理论,考虑摩擦与微凸体间的阻尼等因素,得到了新的含间隙旋转运动副元素间接触碰撞... 详细信息

为了更加准确地研究不同工况环境对含间隙铰链接触碰撞力的影响,以提高空间机构的运行及空间指向精度,基于分型理论、Lankarani-Nikravesh模型及宏微观理论,考虑摩擦与微凸体间的阻尼等因素,得到了新的含间隙旋转运动副元素间接触碰撞力模型,并通过试验验证了该模型的正确性。采用单一因素试验法,研究了转速、间隙、不同重力以及表面粗糙度等工况环境对含间隙铰链接触碰撞力特性的影响,并进行了相应的力学特性分析。研究结果可以为空间机构本体结构设计与理论研究提供参考。

关键词：不同工况含间隙铰链空间机构碰撞力

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高速连续强冲击下的滚子链动力学特性研究

振动与冲击 2022年第15期41卷 280-286页

作者：王凯李勇田楠申亚琳刘宗超西北机电工程研究所陕西咸阳712099 内蒙古北方重工集团有限公司内蒙古包头014030

为了研究高速强冲击恶劣工况对于滚子链运行特性影响及其动力学机理,建立了滚子链动力学模型,并推导求解其动力学方程。以链式自动炮滚子链为例,根据滚子链动力学方程分析出影响滚子链动力学特性因素,并在多体动力学软件RecurDyn中进行... 详细信息

为了研究高速强冲击恶劣工况对于滚子链运行特性影响及其动力学机理,建立了滚子链动力学模型,并推导求解其动力学方程。以链式自动炮滚子链为例,根据滚子链动力学方程分析出影响滚子链动力学特性因素,并在多体动力学软件RecurDyn中进行数值模拟,获得了预紧力、链节间隙、抽壳力三因素对滚子链传动过程中主动链轮碰撞力和主链节链速的影响规律。结果表明:在预紧力4000-6000 N、链节间隙0.05 mm、抽壳力越小时,主动链轮碰撞力和主链节链速波动相对较小。该结果对链式自动炮滚子链传动的优化设计提供理论依据。

关键词：链式自动炮滚子链动力学碰撞力链速

基于ANSYS Workbench/Ls-Dyna的锤片—菌草粉碎系统的功耗模型分析

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福建农林大学学报（自然科学版） 2023年第1期52卷 127-134页

作者：万家明陈伟祥陈重成郑书河福建农林大学机电工程学院/现代农业装备福建省高校工程研究中心福建福州350002

为了解决锤片式粉碎机在粉碎菌草过程中效率低、耗能高等问题,对菌草的粉碎过程以及功耗变化情况进行研究,设计了一种新型锤片,并利用ANSYS Workbench/Ls-Dyna对锤片与菌草的碰撞粉碎过程进行了数值仿真分析.以转速、斜面倾角以及茎秆... 详细信息

为了解决锤片式粉碎机在粉碎菌草过程中效率低、耗能高等问题,对菌草的粉碎过程以及功耗变化情况进行研究,设计了一种新型锤片,并利用ANSYS Workbench/Ls-Dyna对锤片与菌草的碰撞粉碎过程进行了数值仿真分析.以转速、斜面倾角以及茎秆直径为影响因素,以最大碰撞力和平均功率为试验指标进行单因素试验,确定各个因素的取值范围;通过多因素试验得到最大碰撞力以及平均功率的回归模型,在茎秆直径为22 mm的条件下以最小平均功率为主要优化目标,以最大碰撞力为次要目标得到最佳参数,即转速2623.18 r·min^(-1),斜面倾角7.12°,在此参数条件下,最大碰撞力95.37 N,平均功率165.15 W.

关键词：碰撞力平均功率锤片转速斜面倾角茎秆直径 Ls-Dyna

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中国新型极地考察船冰载荷预估研究

船舶力学 2021年第10期25卷 1302-1310页

作者：宋明周利江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

本文针对中国新型极地考察船所受冰载荷进行了研究,其中包含了平整冰阻力和浮冰碰撞力。对于船舶设计者和建造者来说,船舶冰载荷的预估非常重要。本文采用经验公式方法计算了该船在平整冰中航行的冰阻力,并且与模型试验结果进行了对比... 详细信息

本文针对中国新型极地考察船所受冰载荷进行了研究,其中包含了平整冰阻力和浮冰碰撞力。对于船舶设计者和建造者来说,船舶冰载荷的预估非常重要。本文采用经验公式方法计算了该船在平整冰中航行的冰阻力,并且与模型试验结果进行了对比。结果显示,计算和试验结果中的冰阻力都随船舶航行速度的增大而增大,经验公式方法可以预测出合理的平整冰阻力。通过计算得到了该船的性能曲线,即该船在不同厚度平整冰中航行所能达到的速度。此外,本文还考虑了该船与圆形浮冰之间的三维斜向碰撞问题,采用解析方法评估了浮冰对船舶的撞击力,研究了撞击位置、法向框架角度以及浮冰尺寸对碰撞力的影响。基于计算结果,本文就冰载荷的预测进行了讨论并提出了一些建议。

关键词：中国新型极地考察船平整冰阻力浮冰碰撞力

基于水油颗粒碰撞的安全注水压力预测模型研究

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安全与环境学报 2022年第1期22卷 154-160页

作者：杨振宏薛静张金钟丹妮王文杰西安建筑科技大学资源工程学院西安710055

为提高注水作业的安全性,需对安全注水压力进行有效预测。根据剩余油高度分散、局部富集的特点,从宏观流体拟颗粒角度,分析水油颗粒碰撞力对注水压力的影响。建立二维直角坐标系,按照碰撞力方向与X、Y轴的夹角,将碰撞方式分为直线型碰... 详细信息

为提高注水作业的安全性,需对安全注水压力进行有效预测。根据剩余油高度分散、局部富集的特点,从宏观流体拟颗粒角度,分析水油颗粒碰撞力对注水压力的影响。建立二维直角坐标系,按照碰撞力方向与X、Y轴的夹角,将碰撞方式分为直线型碰撞和斜线型碰撞,分析不同碰撞方式下的颗粒运动规律;根据颗粒粒径变化评估碰撞力的大小。然后对注水压力预测分析,建立基于碰撞力的安全注水压力预测模型,结合地层破裂压力,研究安全合理的注水压力。最后运用该理论模型对实例进行分析。结果表明:油井某些点注水压力不稳定,几乎与地层破裂压力重合。微观水油颗粒的碰撞力大小和方向与宏观层面不安全注水压力密切相关,碰撞产生的高温聚集到一定程度时,对不安全事件的发生也有重要影响。

关键词：安全工程流体拟颗粒碰撞力安全注水压力预测模型

基于黏弹性理论的碰撞力计算方法及其在碰撞TMD中的应用

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振动与冲击 2019年第6期38卷 23-30页

作者：张井财李英娜薛启超张春巍哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

针对地震作用下结构间的碰撞力的计算问题,结合黏弹性力学和接触力学理论,提出了一种基于黏弹性理论的碰撞力计算方法。推导该方法的计算公式,给出计算流程;根据已公开发表的钢-钢碰撞和混凝土-混凝土碰撞试验数据验证了该方法对于单次... 详细信息

针对地震作用下结构间的碰撞力的计算问题,结合黏弹性力学和接触力学理论,提出了一种基于黏弹性理论的碰撞力计算方法。推导该方法的计算公式,给出计算流程;根据已公开发表的钢-钢碰撞和混凝土-混凝土碰撞试验数据验证了该方法对于单次碰撞力计算的精确性。开展PTMD小型振动台试验,将该方法用于碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)的碰撞力计算,验证该方法对于连续碰撞问题的有效性。结果表明:基于黏弹性理论的碰撞力计算方法对单次的弹性碰撞和非弹性碰撞均有较高精度;小型振动台试验结果与数值模拟符合较好,说明该方法也可以较精确地模拟钢材与黏弹性材料之间的连续多次碰撞问题; PTMD可以有效抑制结构在外激励作用下的位移响应,也可以加快结构在自由振动过程中的能量耗散,促使结构快速静止。

关键词：碰撞力黏弹性理论三参数模型碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)