检索结果-内蒙古大学图书馆

计算力学学报 2024年第1期41卷 26-39页

作者：吴承伟大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

参变量变分原理及其参数二次规划算法是由钟万勰院士1985年针对弹性接触边界非线性问题首次提出来的,经过将近40年的不断发展,目前参变量变分原理已经成功应用于各个领域,其中包括弹塑性分析、接触问题、润滑力学、岩土力学、变刚度杆... 详细信息

参变量变分原理及其参数二次规划算法是由钟万勰院士1985年针对弹性接触边界非线性问题首次提出来的,经过将近40年的不断发展,目前参变量变分原理已经成功应用于各个领域,其中包括弹塑性分析、接触问题、润滑力学、岩土力学、变刚度杆系结构、先进材料性能分析、材料的蠕变与损伤、柔性结构力学和LQ最优控制等各个工程领域.本文首先回顾了参变量变分原理的起源,介绍了参变量变分原理的基本概念,然后以弹塑性分析问题为例,阐明建立参变量变分原理的理论模型以及实现数值参数二次规划求解原理,最后详细回顾了参变量变分原理的基本理论与相应数值算法在各个领域的发展及其工程应用,展示了参变量变分原理在求解各类非线性问题的特色与优势.

关键词：参变量变分原理二次规划非线性问题弹塑性接触变刚度结构

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姿控飞轮轴承供油器设计与精准供油分析

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计算力学学报 2024年第3期41卷 499-505页

作者：刘玉浩武洪凯张宇翔吴承伟大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

姿控飞轮转子系统是飞行器飞行姿态的重要控制部件,对轴承精准润滑与供油可靠性提出了严格要求。基于固体间隙密封的反向设计原理,本文设计了一种依靠离心力自动调节轴承供油率的微型供油器,充分利用两个轴承之间的狭小空间,结构简单且... 详细信息

姿控飞轮转子系统是飞行器飞行姿态的重要控制部件,对轴承精准润滑与供油可靠性提出了严格要求。基于固体间隙密封的反向设计原理,本文设计了一种依靠离心力自动调节轴承供油率的微型供油器,充分利用两个轴承之间的狭小空间,结构简单且可靠性高。首先建立了供油速率的流固耦合理论分析模型,得到了供油速率的半解析解,研究了供油器过盈接触面的几何参数等对供油速率的影响规律,发现供油器的供油速率与供油量可以通过优化过盈配合界面的几何尺寸、表面粗糙度和过盈配合压力等来实现精确控制,供油速率与过盈接触界面名义间隙的立方和周向长度成正比,与润滑油粘度和接触面轴向宽度成反比。供油率与轴承转速的平方成正比,使得轴承在高速运转时可以自动得到足够的润滑油。此技术可以应用于航天航空器的精密姿控飞轮系统以及其他各类精密轴承转子系统的供油设计。

关键词：飞行器轴承润滑供油器姿控飞轮

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面向含外表面异质层的结构构型设计的拓扑优化方法

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计算力学学报 2024年第6期41卷 984-990,1019页

作者：李冉胡靖宇刘书田大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

严苛的服役环境要求异质表面层结构在满足特定功能的同时,兼具轻量化的特性。这意味着结构的外表面不能仅作为功能层使用,还需要参与承载,结构构型设计时需要考虑外表面异质层的影响。针对该需求,本文研究建立了一种考虑异质层影响的含... 详细信息

严苛的服役环境要求异质表面层结构在满足特定功能的同时,兼具轻量化的特性。这意味着结构的外表面不能仅作为功能层使用,还需要参与承载,结构构型设计时需要考虑外表面异质层的影响。针对该需求,本文研究建立了一种考虑异质层影响的含外表面异质层结构的拓扑优化方法。首先,采用基于腐蚀算法的结构表面层建模技术,通过光滑过滤和离散映射两个过程构建了异质表面层结构的识别和描述模型。其次,采用非线性虚温度法识别了结构中的开放/封闭区域,并基于此区分暴露于工作环境中的结构外表面层及附着于封闭孔洞的结构内表面层。最后,建立了含外表面异质层结构的拓扑优化模型,并推导了目标函数关于设计变量的敏度信息。几个数值算例验证了本文方法的有效性。

关键词：含异质表面层的结构拓扑优化表面层识别与描述虚拟温度法

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多工况下牵引车驱动桥壳多目标优化设计

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计算力学学报 2024年第6期41卷 977-983页

作者：苏姝丹曾岩李刚大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

面向牵引车双后桥平衡悬架驱动桥壳强度设计和结构轻量化问题,本文对桥壳进行多工况拓扑优化设计使高应力区材料分布更佳;建立设计变量与响应间的Kriging代理模型,以重量和最大应力为优化目标进行多目标尺寸优化,为桥壳优化问题提供一... 详细信息

面向牵引车双后桥平衡悬架驱动桥壳强度设计和结构轻量化问题,本文对桥壳进行多工况拓扑优化设计使高应力区材料分布更佳;建立设计变量与响应间的Kriging代理模型,以重量和最大应力为优化目标进行多目标尺寸优化,为桥壳优化问题提供一系列参考方案,如优化方案中桥壳本体质量降低6.5%,制动和牵引工况的最大应力降低约10%,同时焊缝疲劳寿命提升23.0%,有效满足了桥壳对疲劳强度和轻量化的设计需求。

关键词：驱动桥壳拓扑优化轻量化疲劳寿命多目标优化

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表面织构对气体润滑承载的作用机理和性能影响研究

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计算力学学报 2025年第1期42卷 1-7页

作者：李钦谷俊峰李征阮诗伦申长雨大连理工大学工程力学系大连116024 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

气体润滑轴承由于其低摩擦、无污染、回转精度高等优点在超高速、精密仪器设备得到了日益广泛的应用,但较低的承载力严重制约了其发展和应用。表面织构设计是提升气体润滑轴承承载能力的有效途径之一,但其作用机理和影响规律尚不清晰。... 详细信息

气体润滑轴承由于其低摩擦、无污染、回转精度高等优点在超高速、精密仪器设备得到了日益广泛的应用,但较低的承载力严重制约了其发展和应用。表面织构设计是提升气体润滑轴承承载能力的有效途径之一,但其作用机理和影响规律尚不清晰。本文基于求解N-S方程分析了表面织构对于气体润滑承载的作用机理,并研究了表面织构尺寸参数和底部形状对于承载力的影响规律。通过数值实验发现,随着摩擦面的高速运动,当气体流过矩形织构时,由于惯性的存在,在织构处会产生非对称涡流。合理的涡流大小与位置是提升承载力的关键,且随着织构深度、壁面移动速度增加,非对称涡流在气膜发散处从无到有,再逐渐增大并向收敛处移动,承载力则先增大后减小,存在最佳设计尺寸。壁面移动速度越大、气膜厚度越小,对应的最佳织构深度越小。同时,对于织构底部形状的研究发现非对称三角形底部形状会获得更利于提升承载力的涡流,且对于固定织构最大深度,壁面移动速度越大,最优三角形底部形状的顶点越向收敛处移动,拓扑优化的形状也进一步验证了这一结果。本文的研究结果将为气体润滑性能提升与织构设计提供参考。

关键词：表面织构尺寸优化非对称织构承载力气体润滑

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基于渐近分析法的复杂截面梁振动分析

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力学学报 2024年第2期56卷 494-505页

作者：宋子文孙直朱一超大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学宁波研究院浙江宁波315016

梁结构在工程工业中发挥着重要的作用,梁的自振问题能够体现其本征动力学特性,是梁动力学分析中的基本问题.经典梁理论的提出往往基于不同的假设,文章采用渐近分析的方法,以梁的截面尺寸与长度之比为特征参数,严格地推导了三维梁结构的... 详细信息

梁结构在工程工业中发挥着重要的作用,梁的自振问题能够体现其本征动力学特性,是梁动力学分析中的基本问题.经典梁理论的提出往往基于不同的假设,文章采用渐近分析的方法,以梁的截面尺寸与长度之比为特征参数,严格地推导了三维梁结构的一维等效振动分析模型.基于梁结构几何特征的参数的引入,有助于确定梁结构应力场和位移场等物理量之间的真实量级关系.渐近分析结果表明,纯弯曲变形只是细长梁振动分析中的首阶项,对于复杂截面梁结构仍然可以使用与欧拉梁模型复杂度相似的一维等效梁模型进行振动分析.以精细三维有限元的计算结果为基准,验证了所提出的一维等效梁模型用于振动分析的准确性和有效性.一维等效梁模型可以在商业有限元软件中通过自定义截面等内嵌模块便捷地实现.对比有限元软件中多种梁单元的计算结果发现,在相似的模型复杂度下,等效模型对细长梁自振频率的分析精度与稳定性显著优于在商业有限元软件中直接选择复杂梁截面使用梁单元计算的结果.

关键词：渐近分析法复杂截面欧拉梁自由振动

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考虑载荷及强度不确定性的结构安全系数精细化设计方法

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机械工程学报 2024年第13期60卷 182-192页

作者：郝鹏杨浩陈发鑫曾耀祥王明杰王博大连理工大学工程力学系大连116024 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 北京宇航系统工程研究所北京100076

受制造加工以及服役环境影响,结构强度和所受载荷均存在较强不确定性。为保证结构安全,工程中常采用安全系数来抵御多源不确定性的影响。然而,现有安全系数设计方法大多基于工程经验或者简化理论模型,难以准确量化结构失效风险,致使结... 详细信息

受制造加工以及服役环境影响,结构强度和所受载荷均存在较强不确定性。为保证结构安全,工程中常采用安全系数来抵御多源不确定性的影响。然而,现有安全系数设计方法大多基于工程经验或者简化理论模型,难以准确量化结构失效风险,致使结构设计过度冗余。因此,提出了一种面向载荷和强度不确定性的结构安全系数精细化设计方法,通过建立基于一阶可靠性方法的全局可靠度优化框架近似构建了失效概率与安全系数的区间映射关系。进一步,提出了基于单变量降维法的安全系数修正策略并通过构建关心域精细化Kriging模型,实现安全系数区间的高效、精准估计,有效平衡了结构轻量化与高可靠性的矛盾。数学算例和典型航天加筋筒壳算例验证了本方法的有效性和工程适用性。

关键词：安全系数可靠度优化航天结构区间估计

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绳驱桁架结构伸展臂的主动振动控制

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计算力学学报 2024年第1期41卷 139-144页

作者：蔡志勤曹彬彬彭海军大连理工大学工程力学系大连116024 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架... 详细信息

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架结构伸展臂,研究其作动绳上铰链串联顺序的优化和模型预测控制律的设计,这两部分内容均考虑了作动绳的单边约束和饱和约束。首先,通过ANSYS软件获取结构的模态信息;然后结合系统可控性原理和遗传算法计算出作动绳上铰链串联最优顺序;最后,在数值仿真中,通过设计的控制率对一个由四个单元组成的桁架结构伸展臂的振动控制过程进行仿真分析。结果表明,提出的作动绳串联铰链的方式能够有效抑制伸展臂的振动。

关键词：桁架结构伸展臂绳驱模型预测控制振动控制作动器位置优化

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基于等效接触的电池包碰撞高效高保真建模方法

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计算力学学报 2025年

作者：倪炀李刚曾岩大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室

新能源汽车动力电池包是一个复杂的系统，其高效高保真建模是研究碰撞问题的迫切需要。本文建立了动力电池包的混合降阶电池包模型，即中心区域精细建模，基于集中质量法以质心替代其它部位，采用简单连接-接触方法完成建模；与精细全... 详细信息

新能源汽车动力电池包是一个复杂的系统，其高效高保真建模是研究碰撞问题的迫切需要。本文建立了动力电池包的混合降阶电池包模型，即中心区域精细建模，基于集中质量法以质心替代其它部位，采用简单连接-接触方法完成建模；与精细全模型相比，最大应力误差相对较小，计算效率提高约3.5倍。通过进一步考虑边界接触的影响，提出了基于等效接触的质心模组结构模型。相比混合降阶模型，质心模组结构模型的碰撞位移和最大应力更接近精细全模型。最后，针对质心模组结构模型进行了冲击响应分析，并对比精细全模型碰撞中心点及冲击物的行为，结果表明两种模型响应曲线趋势一致，且误差较小，进一步验证了模型的可行性。

关键词：动力电池包混合降阶简化模型质心模组结构模型底部碰撞

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基于共旋坐标法的海洋柔性管缆动力学分析

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计算力学学报 2025年第1期42卷 37-43页

作者：孙晓旭柯旺赵岩大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 大连理工大学宁波研究院宁波315016

海洋柔性结构的运动往往随着开采深度和离岸距离的增加而不断增大,这种大幅度的往复运动使得结构危险点极易发生疲劳损伤,显著增加了失效的风险。本文考虑海洋柔性管缆大位移、大旋转和小应变的几何非线性,基于共旋坐标法开展了结构动... 详细信息

海洋柔性结构的运动往往随着开采深度和离岸距离的增加而不断增大,这种大幅度的往复运动使得结构危险点极易发生疲劳损伤,显著增加了失效的风险。本文考虑海洋柔性管缆大位移、大旋转和小应变的几何非线性,基于共旋坐标法开展了结构动力学分析。首先,基于共旋坐标法建立了柔性管缆的基本运动方程;其次,根据Morison方程计算水动力效应得到海洋柔性管缆的运动方程,并应用Newton-Raphson法结合HHT法进行求解;最后,在数值算例中将本文方法与商业软件分析结果进行对比,表明本文提出的方法能够有效用于海洋柔性管缆的非线性动力学分析。

关键词：海洋柔性管缆非线性动力分析共旋坐标法 Morison方程随机波浪载荷

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