考虑界面微观滑移的连接非线性系统多尺度分析

振动环境下,连接界面上存在着复杂的多尺度粘滑摩擦行为,进而造成含连接系统复杂的非线性振动现象。本文针对机械结构中的搭接连接系统,采用改进的Iwan迟滞非线性模型建模连接界面的多尺度粘滑行为,建立了连接系统的非线性运动方程,利用多尺度摄动分析方法研究了系统在初始条件下的自由振动,获得了系统响应的近似解析解并与直接数值积分解进行了对比;研究了粘性阻尼系数、刚度比等参数对系统动力学响应的影响。结果表明,Iwan迟滞非线性模型能够复现界面多尺度的微观粘滑行为;多尺度近似解析解和数值解吻合很好;连接系统的自由振动过程中,系统相轨迹以螺线收敛,但平衡位置可能发生偏移;界面切向刚度表现出随振幅增大而减小的软化非线性特点,系统瞬时固有频率随振幅减小而增大;振动过程中连接界面单位周期的能量耗散随振动幅值的减小而减小。研究结果为进一步探索含连接复杂装配结构的非线性动力学行为提供了基础。     

螺栓连接梁的非线性动力学响应分析

连接界面存在复杂的非线性行为和机理。连接部位是导致结构复杂非线性动力响应的关键所在。传统结构动力学分析中,通常忽略连接或采用线性化的方法来建模,造成无法分析和研究含连接结构的非线性动力行为的困难。文中在分析改进Iwan模型用于连接界面动态力学行为描述的基础上,将改进Iwan模型用于构造非线性连接元,该单元能够反映连接界面在不同载荷幅值下的复杂的粘着-滑动行为特征,能反映出幅变非线性阻尼的特征。进一步,应用该连接单元分析了螺栓连接梁的非线性动力学响应。结果表明,该连接单元能够反映出连接结构动力学响应的非线性特征,可方便地与现有有限元动力计算程序接合,用于含连接结构非线性动力学响应的分析。     

螺栓-法兰连接结构非线性优化设计方法研究综述

螺栓-法兰连接是应用于航空航天、核能等领域的管道主要连接形式.工程上迫切希望获得此类结构的最优化设计,以实现系统性能最佳化.针对这种连接结构的优化设计实际包含接触问题和优化问题两部分的内容,是非线性因素的耦合以及优化设计层层迭代的过程.综述了小变形弹性接触问题中的有限元法及其在工程中的应用,针对螺栓-法兰中优化设计中关心的花瓣的优化,同时还简述了拓扑优化设计方面的研究进展.最后对今后的研究方向和研究的重点作了展望.     

带预紧力受剪螺栓连接刚度分析

为了很好的模拟带预紧力受剪螺栓的复杂应力状况,本文应用ANSYS非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真,利用降温法模拟了螺栓的预紧力,给出了螺栓连接刚度计算公式,通过一系列不同厚度构件的螺栓连接刚度计算,得到了构件厚度与螺栓连接刚度间的关系曲线;为复杂结构中螺栓连接的简化计算提供了可靠参考依据.     

柔性结构系统的子空间分析方法

子空间状态空间系统辨识(4SID)方法是分析线性振动系统动态特性的一种新的时域方法。该方法直接从测量数据辨识出系统的状态空间模型,无需非线性搜索和参数正则化,具有良好的数值特性,尤其适用于复杂的高阶多变量系统。本文应用其对一已知模态的桁架结构进行了仿真分析。     

数字图像相关方法在土木测试领域中的实验研究

针对传统接触式测试方法(如电测法等)在土木工程领域中的局限性,开展了数字图像相关(Digital image correlation,DIC)方法在该测试领域的应用研究.采用橡胶带的拉伸实验来验证DIC方法的测量精度,具体的实验测试内容包括:基于空域和频域相结合的混合相关法,开展了建筑膜材的双轴拉伸实验,测量了膜材的力学参数;基于仿射变换的相关迭代法,开展了钢管混凝土框架梁柱连接模型的转角测量与分析实验,测量了加强环式连接的弯矩转角关系;基于时间序列DIC和高速摄影成像技术,开展了自由振动状态下拉索模型的动力学参数识别的实验研究.实验结果验证了这一新型检测手段用于测试建筑材料及结构的力学性能的可靠性与精度.     

整体复合材料结构失效分析的粘聚区模型

对近年来复合材料分层问题的粘聚区模型研究现状及其在整体复合材料结构元件连接界面的失效评估中的应用情况进行了简要的评述.重点指出了在目前的研究工作中存在的两类主要问题:(1)复合材料层间粘聚区模型有待解决的一些基本问题;(2)基于粘聚区模型元件连接界面的复杂失效机理模拟问题.最后指出了进一步开展的重点研究方向.     

采用ABC算法的关节机器人动力学参数辨识

实验辨识机器人动力学参数是获取基于模型的控制器参数的主要方式。针对一般方法仅能辨识线性动力学模型从而辨识精度不高的问题,提出采用人工蜂群(Artificial bee colony,ABC)算法辨识机器人动力学模型。通过Newton-Euler法建立关节型机器人的刚体动力学模型,并用低速动态特性更佳的非线性摩擦模型描述关节间摩擦特性,代替传统的库仑-黏性摩擦模型。优化辨识实验所用的激励轨迹,采集实验数据进行必要的预处理后,采用ABC算法辨识机器人动力学参数。结果表明,ABC算法能够精确辨识动力学参数,基于辨识结果的预测力矩抑制了误差峰值的出现。应用辨识结果设计基于模型的前馈控制器,实验结果表明基于模型的控制器能够提高轨迹跟踪精度。     

复合材料螺栓连接结构疲劳问题研究进展

螺栓连接具有承载能力强、可靠性高等优点，成为复合材料结构常用的连接形式之一。对碳纤维复合材料螺栓连接结构的疲劳问题研究进展进行综述。阐述了复合材料机械连接结构的几种基本类型，总结了螺栓连接在疲劳载荷下的失效过程和破坏形式，从复合材料性能、紧固件性能、侧向约束、几何效应、疲劳载荷和环境因素等方面重点论述了碳纤维复合材料螺栓连接结构的疲劳性能影响因素的研究进展，最后对未来复合材料螺栓连接结构的疲劳性能研究方向进行了总结和展望，以期对未来连接结构的研究和应用提供建议与参考。     

基于薄层单元法的螺栓连接结构有限元模型确认

由于螺栓连接结构结合面的粗糙度、预紧力矩和螺栓直径等因素具有不确定性,因此结合面的连接参数也是具有不确定性的,为了获得能描述连接参数不确定性的有限元模型,对螺栓连接结构开展有限元模型确认研究。将复杂的多螺栓结构拆分为简单的单个螺栓结构;先对单个螺栓结构做模型确认分析,采用薄层单元来表征结合面,通过模态试验数据修正获得薄层单元参数及其统计样本,对不确定性连接参数进行量化和传递分析,并采用模型确认准则验证该参数概率分布的合理性;再将考虑概率分布情况的单个螺栓结构的薄层单元参数应用到多个螺栓连接结构对其模态频率进行预测。研究结果表明:所采用的模型确认方法能量化薄层单元参数的不确定性,可建立具有一定可信度的螺栓连接结构有限元模型,由单个螺栓结构能预测多个螺栓结构的动力学特征。     

复合材料单排多钉连接三维累积损伤强度分析

机械连接是复合材料结构的主要连接形式,针对复合材料层合板单排多钉双剪联接接头,建立了静拉伸三维累积损伤模型,考虑了多种最终失效判定准则;考虑了单排钉不同的几何尺寸。结合有限元技术即应力分析、失效判定准则、损伤后材料性能退化及机械连接最终失效准则,对复合材料机械连接接头部位在静载作用下的累积损伤失效过程及各钉孔孔径的变化过程进行模拟分析。用该模型预测的结果与试验结果进行了比较分析,数值分析结果与试验结果比较一致。     

Low-Cost Wireless Sensor Network Node Design for Multi-point Bolt Loosening Detection

Bolted connections are commonly used in aerospace structures.Once the bolts on the aircraft are damaged or loose,the consequence will be disastrous.Therefore,monitoring bolt loosening is especially required.However,periodic manual inspection costs much money and time.And it is very difficult to achieve multi-point monitoring for many bolted structures in an aircraft.Therefore,a low-cost,reliable detection method based on wireless sensor networks is presented.The reed switch is selected as a sensor for bolt loosening monitor.The chip PT2262 and PT2272are chosen as hardware codec chip for multi-point placement.A wireless transmitter and receiver circuit is designed on 315 MHz frequency.The codec chip and the wireless transmission are triggered by the reed switches.Bolt loosening is detected by the receiving terminal and indicated by light and sound alarms.The wireless transmitter and the receiver circuit are tested and the monitoring system is verified by experiments.The results show that bolt loosening can be effectively detected within 300 m.The developed sensor network is expected to solve multi-point bolt detection problems and provide a low-cost and reliable monitoring technology.     

螺纹联接松动过程的研究现状与发展趋势

松动是螺纹联接最常见的失效形式之一。从影响螺纹联接结构松动过程的主要因素出发,文中概述了螺纹联接结构松动分析与研究的发展现状,总结了该领域的研究所存在的问题与欠缺,提出了若干未来可能的研究发展方向,为今后更加深入的研究提供了参考。     

小变形下螺栓法兰连接结构的静刚度非线性特性

通过理论分析与接触耦合,材料/几何非线性计算相结合,研究了螺栓-法兰连接结构的静刚度非线性特性.将螺栓-法兰连接结构抽象为一个力学元件;单轴拉伸时,荷载一位移曲线分为预压力释放段、弹性段和局部塑性段;而单轴压缩时,荷载一位移曲线不存在预压力释放段.特别地,同时对比拉伸与压缩荷载一位移曲线时,发现荷载一位移曲线表现出强烈...     

Coupled Stress-Electricity Model for Electromagnetic Emission Induced by Concrete Fracture

Electromagnetic emission induced during concrete fracturing is of great significance to health monitoring of concrete structures.A coupled stress-electricity model is established by analyzing the interaction between stress and electricity during concrete fracturing.And based on this model,the electromagnetic radiation parameters are calculated.The theoretical calculation is well coincident with experimental results.This work provides theoretical support for concrete testing system.     

Recent Advances in Hole Making of FRP/Metal Stacks:A Review

Weight reduction is a key driving force for materials development in aerospace industry,which leads to extensive usage of lightweight structural materials such as fiber reinforced polymer(FRP),titanium alloy,aluminum alloy,etc. Hole making is indispensable to assembling these lightweight components by riveted or bolted joints.However,hole making of FRP/metal stacks is always the most challenging task due to differences of material properties between FRP and metals. A comprehensive literature review on hole making of FRP/metal stacks in the last decade is given with a focus on four main aspects including drilling operation,drilling damages and machining parameter optimization,tool performance and wear,and developments in hole making technology. Finally,in order to ensure the precise and efficient hole making of FRP/metal stacks,an idea of low frequency vibration assisted drilling(LFVAD)FRP/metal stacks based on material removal characteristics is put forward by fully exploiting the unique advantages of LFVAD technology.     

一种适用于梁式机翼的变形重构方法

针对航空航天领域飞行器机翼结构实时变形监测的需求,研究了一种基于结构表面应变测量的变形重构方法。该方法采用应变传感系统测得结构表面应变,再通过Ko位移理论实现应变-位移转换,重构测点处的变形,从而为结构健康监测系统、控制系统以及故障预测提供参考,保证结构运行的安全性。首先以等强度梁为对象,对该方法进行了实验分析;进而采用梁式机翼结构,通过对翼梁结构有限元建模,对该方法展开研究。实验和有限元分析结果均验证了该方法在梁式机翼结构变形重构研究中的可行性和可靠性。     

Optimized Fuzzy Clustering Method for Health Monitoring of Shield Tunnels

Since health monitoring of shield tunnels generally employs multiple sensors belonging to different types,a fine analysis on massive monitoring data,as well as further quantitative health grading,is really challenging.An optimized fuzzy clustering analysis method based on the fuzzy equivalence relation is proposed for health monitoring of shield tunnels.Clustering results are auto-generated by using fuzzy similarity-valued map.The results follow the idea of unsupervised classification.Moreover,a convenient new health index HI is proposed for a fast tunnel-health grading.A case study on Nanjing Yangtze River Tunnel is presented to validate this method.Three types of indicators,namely soil pressure,pore water pressure and steel strain,are used to develop the clustering model.The clustering results are verified by analyzing the engineering geological conditions;the validity and the efficacy of the proposed method are also demonstrated.Further,the fuzzy clustering analysis also represents a potential for identifying abnormal monitoring data.This investigation indicates the fuzzy clustering analysis method is capable of characterizing the fuzziness of tunnel health,and beneficial to clarify the tunnel health evaluation uncertainties.     

全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测及声发射监测技术研究

本文介绍了在全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测和声发射监测的技术细节,说明了如何根据监测目标任务要求,确定传感器位置和安装方案、进行声传播通道性能测试、材料声发射(AE)性能研究和考证整个检测系统工作的平稳性。讨论了如何合理设置数据采集系统的参数,研究了背景噪声的变化规律,并特别研究了同疲劳裂纹形成和扩展有关的声发射信号的特征及如何从强背景噪声环境中获得有用AE信号。论文以中央翼-外翼连接区域和起落架上枢轴接头等关键部位为例,说明实施监测的方法。由于疲劳试验特别强调监测结果的实时性和及时性,在声发射信号处理方面,作者利用趋势分析,基于时间、空间的滤波和基于幅度和能量分布等多种信号处理方式,以及多参数综合识别技术对一些关键部位的状态进行了声发射连续跟踪监测,为保证全尺寸飞机机体部件疲劳试验的顺利进行起到了重要作用。     

Nonlinear Modeling and Identification of Structural Joint by Response Control Vibration Test

Components of mechanical product are assembled by structural joints,such as bolting,riveting,welding,etc. Structural joints introduce nonlinearity to some engineering structures,and the nonlinearity need to be modeled precisely. To meet serious quality requirements,it is necessary to detect and identify nonlinearity of mechanical products for structural optimization. Modal test to acquire a dynamic response has been applied for decades,which provides reliable results for finite element(FE)model updating. Here response control vibration test for identification of nonlinearity is presented. A nonlinear system can be regarded as linearity for particular steady state response,and classical linear analysis tool is applicable to extract modal data for particular response. First,its applicability is illustrated by some numerical simulations. Subsequently,it is implemented on experimental setup with structural joints by shaking table. The stiffness and damping function dependent of relative displacement are fitted to describe its inherent nonlinearity. The spring and damping forces are identified by harmonic balance method(HBM)to predict output response. Based on the identified results,the procedure is recommended that it allows a reliable measurement of nonlinearity with a certain accuracy.