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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基于混合形函数和Gurtin变分原理的动力时域有限元方法

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计算力学学报 2024年第6期41卷 1012-1019页

作者：陈凤玲何宜谦于洋杨海天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

提出一种基于多项式和三角函数混合的形函数及其构造方法,结合Gurtin变分原理和加权余量法,建立了三种时域有限元方程,从而为描述变量的时变特性提供了更灵活和多样的选择。在基于增维降阶一阶动力方程的时域有限元计算中,提出了一种算... 详细信息

提出一种基于多项式和三角函数混合的形函数及其构造方法,结合Gurtin变分原理和加权余量法,建立了三种时域有限元方程,从而为描述变量的时变特性提供了更灵活和多样的选择。在基于增维降阶一阶动力方程的时域有限元计算中,提出了一种算法稳定的分析方法,当形函数形式、时间步长及节点数给定,可通过数值计算对算法的稳定性进行判定。通过算例对所提方法的有效性进行了数值验证,考虑了多项式、简谐荷载作用下常/变刚度、质量的动力问题,探讨了不同时间有限元建模方式、形函数、插值点个数、时间步长等因素对计算精度和计算效率的影响,并与解析解、Newmark法、中心差分法等进行了比较,得到了满意的结果。

关键词：动力分析混合形函数时域有限元 Gurtin变分原理加权余量法

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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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随机声子晶体不确定性分析的直接概率积分法

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计算力学学报 2023年第5期40卷 701-709页

作者：李骜陈国海杨迪雄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

由于制造工艺存在大量不确定因素,声子晶体材料属性不可避免地具有随机不确定性,使得声子晶体的物理响应呈现随机性,进而对声子晶体的减振降噪性能造成不利影响。如果采用传统的蒙特卡洛方法对随机声子晶体的物理响应进行不确定性量化,... 详细信息

由于制造工艺存在大量不确定因素,声子晶体材料属性不可避免地具有随机不确定性,使得声子晶体的物理响应呈现随机性,进而对声子晶体的减振降噪性能造成不利影响。如果采用传统的蒙特卡洛方法对随机声子晶体的物理响应进行不确定性量化,则计算代价昂贵。为此,本文基于高效的直接概率积分法对含随机材料参数的声子晶体开展不确定性量化研究。首先,在直接概率积分法框架下,对随机声子晶体能带结构的上下边界频率、带隙宽度和频率响应函数进行了不确定性量化,考察了随机参数大变异性对声子晶体带隙宽度的影响。然后,建立了声子晶体减振降噪可靠度计算公式,对考虑随机不确定性影响下的声子晶体减振降噪性能进行了定量评估。通过与蒙特卡洛方法比较,两个算例验证了直接概率积分法在随机声子晶体不确定性传播和减振降噪可靠性评估中的准确性和高效性。最后,基于直接概率积分法对局域共振型随机声子晶体进行了可靠度分析。结果表明,橡胶材料的随机性对局域共振型声子晶体减振降噪性能有较大影响。

关键词：声子晶体直接概率积分法可靠度概率密度函数带隙特性

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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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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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核反应堆内高温条件下膨胀对控制棒下落的影响分析

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核动力工程 2024年第5期45卷 108-114页

作者：陈昌义席炎炎鲁亚恒吴炫龙吴锋中广核研究院有限公司广东深圳518000 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

核反应堆内的高温环境会导致控制棒组件产生热膨胀现象,进而影响控制棒组件的下落时间。为研究热膨胀对控制棒组件下落的影响,建立考虑膨胀变形的控制棒下落流固耦合模型,求解控制棒组件下落过程的动力学方程。采用有限元对导向管和控... 详细信息

核反应堆内的高温环境会导致控制棒组件产生热膨胀现象,进而影响控制棒组件的下落时间。为研究热膨胀对控制棒组件下落的影响,建立考虑膨胀变形的控制棒下落流固耦合模型,求解控制棒组件下落过程的动力学方程。采用有限元对导向管和控制棒进行稳态热力耦合分析,得到高温条件下控制棒和导向管的膨胀变形。基于所建立模型比较考虑热膨胀和不考虑热膨胀条件下控制棒的下落动力学过程。分析结果表明,热膨胀现象延迟了控制棒整体下落时间,但对控制棒进入缓冲段入口的时间影响较小,因此在一般情况下热膨胀对落棒时间的影响可以忽略,但在工程中仍需要重视控制棒膨胀引起的后果。本文研究结果对控制棒结构设计以及控制棒堆内落棒时间分析有重要意义。

关键词：控制棒下落热膨胀有限元流固耦合

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