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弧面凸轮曲线高阶连续性改进设计及实例分析

机械设计 2018年第9期35卷 37-43页

作者：余剑武罗红吴耀沈湘胡其丰湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082 湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心湖南长沙410082

弧面凸轮机构中现有凸轮曲线存在高阶不连续问题,造成传动稳定性和凸轮廓面质量降低,为此提出适用于常用凸轮曲线的高阶连续性改进方法。该方法通过解析分析寻找现有凸轮曲线的高阶不连续点,确定约束条件和插值区间;基于约束条件求解各... 详细信息

弧面凸轮机构中现有凸轮曲线存在高阶不连续问题,造成传动稳定性和凸轮廓面质量降低,为此提出适用于常用凸轮曲线的高阶连续性改进方法。该方法通过解析分析寻找现有凸轮曲线的高阶不连续点,确定约束条件和插值区间;基于约束条件求解各段插值曲线,构建具有全局高阶连续性的改进型凸轮曲线。应用该方法对修正正弦曲线算例进行改进设计,并结合弧面凸轮机构设计实例展开验证分析,结果表明:改进型凸轮曲线下的弧面凸轮机构实现了运动全程角位移、角速度、角加速度、角跃度连续,机构传动稳定性得到有效提升,且凸轮线面光顺性达到G3水平,验证了该方法的可行性和准确性。

关键词：弧面凸轮凸轮曲线高阶连续分段插值实例分析

基于高阶连续理论的空心圆柱体弹塑性力学行为研究

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基于高阶连续理论的空心圆柱体弹塑性力学行为研究

作者：李国朝中原工学院

学位级别：硕士

许多材料的宏观变形行为与其微观结构特征有很大关系,需要考虑微观结构特征对宏观弹塑性力学行为的影响。高阶连续理论中含有可以反映材料微尺度影响的尺度因子,但是求解过程比较复杂,很难得到解析解。本文在高阶连续理论框架内,对本构... 详细信息

许多材料的宏观变形行为与其微观结构特征有很大关系,需要考虑微观结构特征对宏观弹塑性力学行为的影响。高阶连续理论中含有可以反映材料微尺度影响的尺度因子,但是求解过程比较复杂,很难得到解析解。本文在高阶连续理论框架内,对本构模型进行了简化,只考虑体积应变梯度的影响,建立空心圆柱体弹性解析解求解方法。引入特雷斯卡屈服准则,对空心圆柱体弹塑性力学行为进行研究。以空心圆柱状膨胀土为研究对象,将高阶连续理论与试验相结合估算尺度因子的数值,研究膨胀土的尺度效应。本文主要研究内容为:（1）许多材料的微尺度影响主要来自体积胀缩,可只考虑应变梯度理论中的体积应变梯度的影响,忽略偏应变梯度项,建立柱坐标系内的简化高阶本构模型。在简化的高阶本构模型中,只保留主要影响因素的径向高阶应力,假定径向高阶应力与体积变形的梯度相关,得到简化平衡方程,进而推导空心圆柱体材料的弹性位移解析解。将解析解与精确数值解的结果作比较。（2）基于简化的高阶应变梯度理论,应用特雷斯卡屈服准则研究材料的弹塑性行为。对空心圆柱体在围压作用下进入弹塑性、完全塑性阶段的弹塑性力学行为进行分析,采用数值点射法和Broyden迭代法求解具有两点边界条件的四阶常微分方程组,并通过数值程序进行求解,将数值结果与传统弹塑性理论解进行比较。（3）选取最优含水率下的膨胀土,利用GDS空心扭剪试验仪设计空心圆柱体膨胀土的变形试验,结合试验数据,通过高阶理论研究膨胀土的尺度效应。

关键词：高阶连续应变梯度屈服准则弹塑性尺度因子

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一种新型高阶连续的点对点运动轨迹规划算法

哈尔滨工业大学学报 2021年第9期53卷 147-155页

作者：肖友刚朱铖臻李蔚韩锟中南大学交通运输工程学院长沙410075 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室(中南大学) 长沙410075

为解决机器人、数控机床、起重机等机械设备的运动状态变化对系统冲击过大的问题,利用两段双曲正切函数构造衔接点在匀速段的S型速度曲线,并将S型曲线与跟踪微分器结合,生成一种结构简单、高阶连续的点对点运动轨迹(HCP⁃PMT),通过调整HC... 详细信息

为解决机器人、数控机床、起重机等机械设备的运动状态变化对系统冲击过大的问题,利用两段双曲正切函数构造衔接点在匀速段的S型速度曲线,并将S型曲线与跟踪微分器结合,生成一种结构简单、高阶连续的点对点运动轨迹(HCP⁃PMT),通过调整HCPPMT的相关参数,可调节加、减速阶段的快慢程度、匀速阶段的最大速度、作业时间,使点对点运动过程中加速、匀速、减速过程的平滑程度、冲击强度可控、各阶段状态可调,减少了运动状态切换对机械设备的冲击,增强了运动平稳性。应用Lyapunov方法证明了HCPPMT的收敛性,并对HCPPMT具有的一些物理性质进行了严格的数学证明,通过与其他两种轨迹对比,以及在三自由度机械臂末端执行器轨迹规划上的应用,说明了HCPPMT的优越性。

关键词：点对点运动轨迹规划高阶连续 S型曲线

移动最小二乘法在高阶连续问题数值模拟中的应用

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中原工学院学报 2015年第3期26卷 80-84页

作者：陈根生杨子胜孙玉周中原工学院郑州450007

以弯曲梁为例,应用移动最小二乘法构造具有高阶连续特征的形函数,建立无网格数值计算框架。研究移动最小二乘法在传统弯曲梁和高阶连续弯曲梁数值模拟中的应用,并对施加边界条件等相关关键问题进行讨论。

关键词：弯曲梁高阶连续移动最小二乘法无网格法罚数法

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索膜结构风致流固耦合气动阻尼效应研究

振动与冲击 2013年第6期32卷 47-53页

作者：卢旦楼文娟杨毅华东建筑设计院有限公司上海200041 浙江大学土木工程学院杭州310027 中国中铁二院工程集团有限责任公司成都610017

根据三角形重心坐标系原理提出了基于松耦合计算的流固耦合网格协调插值新方法,提高了流固耦合的计算效率;为解决由于柔性结构加速度过大而导致的求解不稳定问题,通过在1个时间步上进行流体及结构间反复交替求解来得到稳定的时程解。应... 详细信息

根据三角形重心坐标系原理提出了基于松耦合计算的流固耦合网格协调插值新方法,提高了流固耦合的计算效率;为解决由于柔性结构加速度过大而导致的求解不稳定问题,通过在1个时间步上进行流体及结构间反复交替求解来得到稳定的时程解。应用上述方法对一柔性平屋盖结构进行风振响应的数值模拟计算,通过与风洞试验的对比验证了计算结果的可靠性,并较全面地再现结构在风作用下的实际行为。在此基础上,联合采用经验模态分解法(EMD),随机减量法(RDT)和希尔伯特变换法(HT)从结构的动力响应时程数据中提取到了结构的气动阻尼特性信息。分析结果表明,气动阻尼在柔性结构的风振响应中作用不容忽视,主要表现为:四周封闭建筑的阻尼比远小于迎风面开孔建筑的阻尼比,且四周封闭状态下气动阻尼随风速变化小,其对总阻尼的影响较小;而迎风面开孔状态下气动阻尼较大且随风速的增大而增大。因此,对于柔性且阻尼较小的结构,特别对于开孔结构,气动阻尼的影响不可忽略。

关键词：柔性结构流固耦合高阶连续动力响应气动阻尼

基于FFD变换的高层建筑风致流固耦合数值模拟研究

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土木工程学报 2012年第7期45卷 17-23页

作者：卢旦上海现代建筑设计(集团)有限公司上海200041

在采用松耦合方法进行建筑物的风致流固耦合计算时,由于结构模型的节点数量通常要比流体计算模型的节点少,因此变形的连续性和协调性往往会由于所采用算法的不当而失真,继而导致计算收敛困难和结果误差。提出一种基于自由变形(Free-Form... 详细信息

在采用松耦合方法进行建筑物的风致流固耦合计算时,由于结构模型的节点数量通常要比流体计算模型的节点少,因此变形的连续性和协调性往往会由于所采用算法的不当而失真,继而导致计算收敛困难和结果误差。提出一种基于自由变形(Free-Form Deformation,FFD)原理的高层建筑三维变形方法,即在不改变建筑表面流体网格数量和拓扑关系的前提下,通过将结构节点作为建筑物变形的控制点,实现利用少量结构节点变形信息完成大量流体网格的高阶连续变形的功能。通过算例验证以及与风洞试验结果和已有文献成果的比较表明,本文方法实现高层建筑的任意复杂连续侧弯及扭转变形,数值模拟结果与试验吻合得更好,提高数值计算的精度,增强计算的收敛性。

关键词：高层建筑流固耦合自由变形高阶连续风洞试验

偶应力理论的有限元-无网格耦合方法及其应用

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偶应力理论的有限元-无网格耦合方法及其应用

作者：韩理中原工学院

学位级别：硕士

偶应力理论等高阶连续理论越来越多地被应用到工程实际中,由于很难得到问题的解析解,数值模拟在高阶连续理论的应用中扮演着非常重要的作用,但是,现有的有限元软件没有模拟高阶连续结构的功能。本文在偶应力弹塑性理论框架内,应用移动... 详细信息

偶应力理论等高阶连续理论越来越多地被应用到工程实际中,由于很难得到问题的解析解,数值模拟在高阶连续理论的应用中扮演着非常重要的作用,但是,现有的有限元软件没有模拟高阶连续结构的功能。本文在偶应力弹塑性理论框架内,应用移动最小二乘近似的高阶连续特征,建立了偶应力理论的有限元-无网格耦合计算方法,基于这一耦合框架,可以扩充传统的有限元程序实现数值模拟,也可通过有限元软件二次开发实现数值模拟。随后,通过数值例子按证了本文方法的有效性。本文的主要研究工作包括:（1）在偶应力弹塑性理论框架内,将弹塑性增量矩阵分解为传统项子矩阵和高阶项子矩阵,在势能泛函形式中实现传统项和高阶项的分离。提出传统项利用有限元法进行离散计算,高阶项利用无网格法进行离散计算,进而建立偶应力弹塑性理论的有限元-无网格耦合计算方法。（2）应用ANSYS软件建立计算模型,划分单元,计算传统刚度矩阵和力向量。导出有限元节点信息,作为无网格法节点,应用移动最小二乘近似构造形函数,应变梯度用形函数的二阶导数和节点位移的乘积近似,应用FORTRAN语言编写程序计算高阶项子矩阵和力向量。应用ANSYS软件的二次开发功能将高阶项子矩阵和力向量嵌入ANSYS软件,实现有限元-无网格耦合方法的数值计算。（3）应用建立的偶应力弹塑性理论的有限元-无网格耦合计算方法,对简支薄板进行了计算模拟,证明了本文方法的有效性,并分析了节点影响域等的选取问题。对自重作用下的斜面进行了计算模拟,研究了尺度因子对高阶连续结构变形的影响规律。本文利用无网格法可以方便构造高阶连续形函数的特点,提出应用有限元-无网格耦合方法求解高阶连续结构问题,在理论上具有创新。提出通过有限元软件二次开发,将无网格法计算得到的高阶项嵌入软件实现耦合计算,为相关工程实际问题的数值模拟提供了新的思路。

关键词：高阶连续尺度因子 ANSYS二次开发有限元法无网格法

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细胞微管力学行为的无网格数值模拟

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