基于渗碳−啮合耦合效应的弧齿锥齿轮热处理变形半解析预测方法

1

作者 杜文龙 陈唐炜 +4 位作者 张建兴 丁撼 王智泉 荣士锋 周镇宇 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期487-500,共14页

对传统的齿轮热处理研究大多基于商业软件进行,其求解精度高,但耗时较长,为此,提出一种兼顾精度与效率的新的用于预测渗碳-啮合耦合效应对齿面热处理变形影响的半解析预测方法。将数值加载接触分析(NLTCA)与齿面渗碳相结合,确定机床加... 对传统的齿轮热处理研究大多基于商业软件进行,其求解精度高,但耗时较长,为此,提出一种兼顾精度与效率的新的用于预测渗碳-啮合耦合效应对齿面热处理变形影响的半解析预测方法。将数值加载接触分析(NLTCA)与齿面渗碳相结合,确定机床加工参数与齿面热处理变形之间的半解析泛函关系;采用线性规划方法对瞬时椭圆接触中心的渗碳-啮合耦合效应进行求解,并通过Newton-Raphson迭代法预测考虑渗碳-啮合耦合效应的整个齿面的热处理变形。以航空航天领域中应用的非正交弧齿锥齿轮为例,验证耦合效应对热处理变形的影响。研究结果表明:所提出的半解析预测方法能够高效精确地求解齿面热处理变形,这可为具有高精度、高效率和高性能要求的弧齿锥齿轮制造提供参考。 展开更多

关键词 弧齿锥齿轮 渗碳-啮合耦合效应 热处理变形 半解析预测方法

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考虑能源土软化特性及钻采全过程的井壁稳定半解析模型

2

作者 吴嘉园 王华宁 +2 位作者 宋飞 胡韬 蒋明镜 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2121-2134,共14页

天然气水合物被认为是21世纪最有潜力代替煤炭、石油和常规天然气的新型清洁能源之一。然而,如何科学合理地预测天然气水合物钻采全过程的多物理场演化过程仍然是科学界和工程界面临的一个重大挑战。综合考虑了水合物钻采全过程,建立了... 天然气水合物被认为是21世纪最有潜力代替煤炭、石油和常规天然气的新型清洁能源之一。然而,如何科学合理地预测天然气水合物钻采全过程的多物理场演化过程仍然是科学界和工程界面临的一个重大挑战。综合考虑了水合物钻采全过程,建立了一个基于时间迭代的多物理场耦合半解析模型。该模型可以综合考虑渗流、传热和力场的参数与水合物饱和度的耦合机制,同时考虑了深海能源土在开采过程中的剪胀和峰后行为。数值比对中,半解析解与基于有限元模拟的数值结果一致,验证了半解析模型的正确性。计算结果表明,适当降低降压速率有利于增加产气量,适当升高降压速率有利于开采安全。与传统的理想弹塑性以及弹脆塑性模型相比,采用的应变软化峰后模型可以提高深海水合物开采过程中安全性能的预测能力。 展开更多

关键词 天然气水合物 半解析模型 多场耦合 应变软化 降压法

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基于拉氏反变换的传输线耦合电流半解析解 被引量：5

3

作者 卢斌先 王泽忠 程养春 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2007年第14期52-56,共5页

根据均匀平面波的特点,可将外场激励下传输线沿线激励的电源视为传输线首端等效电源的延迟,该延迟是空间电磁场相对于传输线入射参数的函数。基于Taylor传输线耦合模型,考虑均匀平面波激励下分布激励源的延迟性,推导了以理想大地为回线... 根据均匀平面波的特点,可将外场激励下传输线沿线激励的电源视为传输线首端等效电源的延迟,该延迟是空间电磁场相对于传输线入射参数的函数。基于Taylor传输线耦合模型,考虑均匀平面波激励下分布激励源的延迟性,推导了以理想大地为回线拉普拉斯域的传输线终端电流的半解析解公式,然后应用拉普拉斯反变换的性质推导出了时域电流的半解析解。终端耦合电流随着传输线参数和空间电磁场入射参数的变化而变化。仿真结果表明该半解析解公式收敛很快,对分析研究电磁场在传输线上的耦合机理和研究影响耦合电流大小的参数有特别意义。 展开更多

关键词 耦合 半解析解 传输线 电磁脉冲 拉普拉斯变换

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高功率CO_2激光器高反膜红外耦合窗热形变的半解析方法的研究 被引量：3

4

作者 史彭 李隆 +2 位作者 何化岳 李东亮 甘安生 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2004年第6期4-6,共3页

为了有效地解决高功率CO2 激光器高反膜红外耦合窗吸收谐振腔内激光能量产生热效应问题 ,通过对红外耦合窗镀膜参数和工作特性分析 ,建立了红外耦合窗热模型。基于热传导方程和边界条件 ,利用半解析热分析方法得出当CO2 激光器具有理想... 为了有效地解决高功率CO2 激光器高反膜红外耦合窗吸收谐振腔内激光能量产生热效应问题 ,通过对红外耦合窗镀膜参数和工作特性分析 ,建立了红外耦合窗热模型。基于热传导方程和边界条件 ,利用半解析热分析方法得出当CO2 激光器具有理想的TEMoo模式输出时红外耦合窗的温度场和热形变的计算表达式 ,同时对影响红外耦合窗温度场分布的各种因素进行了讨论。研究结果与以往将谐振腔内振荡激光做均匀光强处理作了对比 ,不仅热模型更符合激光器系统 ,而且计算出温度场分布也更加准确。研究方法和结论还可以应用到其它具有轴对称性激光束模式产生的温度场。 展开更多

关键词 半解析热分析方法 高功率CO2激光器 红外耦合窗 高反膜

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地下结构和岩土介质弹塑性耦合分析的摄动半解析法 被引量：2

5

作者 吕安军 曹志远 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1998年第4期335-339,共5页

本文研究了一个用于物理非线性相互作用分析的有效的数值方法·结构和介质耦合分析的弹塑性问题可用摄动法转化为几个线性问题，然后对相应的线性问题分别用有限条和有限层法分析地下结构和岩土介质以达到简化计算的目的·这种... 本文研究了一个用于物理非线性相互作用分析的有效的数值方法·结构和介质耦合分析的弹塑性问题可用摄动法转化为几个线性问题，然后对相应的线性问题分别用有限条和有限层法分析地下结构和岩土介质以达到简化计算的目的·这种方法用了两次半解析技术———摄动和半解析解函数———将三维非线性耦合问题化为一维的数值问题·此外，本法是半解析法结合解析的摄动法应用于非线性问题的新进展，同时也是近年来发展的摄动数值法的一个分支· 展开更多

关键词 半解析法 地下结构 弹塑性耦合分析 岩土介质

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压裂过程中瞬态井筒-地层耦合温度场半解析模型 被引量：1

6

作者 吕欣润 张士诚 +2 位作者 张劲 钟子尧 廖凯 《断块油气田》 CAS 北大核心 2017年第6期822-826,共5页

压裂过程中,井筒温度的变化会影响压裂液到达井底时的流变性以及在地层中的滤失性,准确预测井筒及地层温度分布可以指导施工方案的设计。关于压裂过程井筒温度场的研究主要集中在数值模型方面,目前还没有合适的解析模型。文中在Hasan采... 压裂过程中,井筒温度的变化会影响压裂液到达井底时的流变性以及在地层中的滤失性,准确预测井筒及地层温度分布可以指导施工方案的设计。关于压裂过程井筒温度场的研究主要集中在数值模型方面,目前还没有合适的解析模型。文中在Hasan采气井筒瞬态传热解析模型的基础上建立了压裂过程井筒瞬态传热方程,通过Laplace变换进行求解,消除了Hasan采用稳态假设求解温度梯度所引起的高排量时的误差,使之能够准确地模拟压裂过程的瞬态井筒温度。通过与Hasan模型和数值模型的对比,验证了该方程的准确性。结果显示,在相同精度下Hasan模型计算效率远高于数值模型。之后,通过将井筒瞬态解析解与地层二维瞬态传热数值解结合,建立了压裂过程瞬态井筒-地层耦合温度场半解析模型,并应用该模型分析了排量及注入温度对压裂井筒-地层温度场的影响。 展开更多

关键词 压裂 井筒 耦合温度场 半解析解 瞬态

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TEM01*模式输出高功率CO2激光器红外耦合窗热形变半解析方法

7

作者 张文英 史彭 李隆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第z3期222-227,共6页

为解决高功率CO2激光器高反膜红外耦合窗吸收谐振腔内激光能量产生热效应问题,通过对红外耦合窗镀膜参数和工作特性分析,建立了红外耦合窗的热模型.对热传导方程及其边界条件利用半解析热分析方法得出TEM01*(TEM01+TEM10)模式的CO2激光... 为解决高功率CO2激光器高反膜红外耦合窗吸收谐振腔内激光能量产生热效应问题,通过对红外耦合窗镀膜参数和工作特性分析,建立了红外耦合窗的热模型.对热传导方程及其边界条件利用半解析热分析方法得出TEM01*(TEM01+TEM10)模式的CO2激光器红外耦合窗的温度场和热形变计算式,并且对影响红外耦合窗内温度分布的因素进行分析和讨论,发现热模型更符合实际激光器系统,而且TEM01*(TEM01+TEM10)模式在工业领域的应用很广泛,因此对此模式的研究具有重要的实际意义. 展开更多

关键词 半解析热分析方法 高功率CO2激光器 红外耦合窗 TEM01*(TEM01+TEM10)模式

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基于半解析VOF-DEM的激光直接沉积多尺度过程模拟 被引量：2

8

作者 王泽坤 刘谋斌 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3228-3239,共12页

与传统铸造技术相比,基于金属粉末的增材制造技术因其生产周期短、可操作性强而在航空航天、生物医学等领域具有很好的优越性.尤其是激光直接沉积技术,因其自由度高,在复杂构件制造、部件修复中有着广泛的运用.但是该激光直接沉积过程... 与传统铸造技术相比,基于金属粉末的增材制造技术因其生产周期短、可操作性强而在航空航天、生物医学等领域具有很好的优越性.尤其是激光直接沉积技术,因其自由度高,在复杂构件制造、部件修复中有着广泛的运用.但是该激光直接沉积过程涉及多物理场、跨尺度、极端高温高压环境和相变问题,仅靠实验不能很好地研究其中的机理.已有数值模拟技术一般通过预设或者射入拉格朗日点作为颗粒输入,不能做到同时考虑环境气体、颗粒碰撞和相变过程.本文在近期发展的基于核函数近似背景流场的半解析CFD-DEM耦合方法中引入了流体体积分数法(VOF),发展了可以同时模拟含热、刚体颗粒、相变和自由液面及相变界面的半解析VOF-DEM(或半解析CFD-DEM-VOF)方法,从而首次实现了真实物理环境下激光直接沉积技术的数值模拟.其中,VOF中的气相为环境气体,液相为熔融和凝固的金属相,界面通过iso-Advector重构,DEM为未熔化的金属粉末,且流体网格可解析离散元颗粒形状.这一模拟框架可以有效复现颗粒之间的碰撞、粘结、熔化、融合,以及熔池熔道的形成,为激光直接沉积技术的数值模拟提供了开拓性的范式,并可以被应用到其他带相变的颗粒系统中. 展开更多

关键词 激光直接沉积技术 颗粒流动 半解析cfd-dem耦合 数值模拟框架

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非相干饱和光折变空间光孤子对的半解析研究 被引量：1

9

作者 廖旭 任学藻 +1 位作者 刘涛 汪克林 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期444-452,共9页

用函数级数展开方法讨论和计算了非相干饱和光折变空间孤子对,针对较普遍性,从几个方面论证了解的收敛性及其演化的稳定性.并首次从系统的计算和讨论中得出在饱和参量一定的光折变介质中,其孤波的特性受到一定的限制.

关键词 非相干耦合 空间光孤子对 收敛性 半解析

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轨道交通环境振动半解析预测方法 被引量：3

10

作者 雷晓燕 胡云 司丕贤 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期148-156,共9页

准确预测列车引起的环境振动对轨道交通减振降噪具有重要作用。建立点源冲击荷载作用下的轨道-半无限区域大地模型,推导预测列车在轨道上运行时引起大地振动加速度的解析公式。根据该公式,提出基于模型计算列车荷载密度和现场实测大地... 准确预测列车引起的环境振动对轨道交通减振降噪具有重要作用。建立点源冲击荷载作用下的轨道-半无限区域大地模型,推导预测列车在轨道上运行时引起大地振动加速度的解析公式。根据该公式,提出基于模型计算列车荷载密度和现场实测大地线源振动传递导纳的轨道交通环境振动半解析预测方法。为验证预测方法的正确性,选择昌九城际铁路某轨道区域实测大地线源振动传递导纳和地面测点振动加速度响应。根据试验区域的轨道结构类型和开行的列车类型,建立列车-轨道非线性耦合系统动力学模型,运用交叉迭代算法求解列车-轨道耦合系统动力学方程和计算列车荷载密度。运用预测公式得到地面各测点振动加速度级。预测结果与实测数据吻合良好,地面各测点加速度幅值及在频域中的分布规律具有很好的一致性,说明了预测方法的正确性。该方法具有预测精度高,容易实施的特点。 展开更多

关键词 轨道交通环境振动 半解析预测方法 列车荷载密度 线源振动传递导纳 列车-轨道非线性耦合系统 交叉迭代算法

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波浪对弹性结构三维绕流分析的半解析方法

11

作者 曹志远 翟桐 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期258-262,共5页

采用二维解析和一维离散的方法处理无限流体介质 ,建立一种分析结构与外流体动力相互作用问题的半解析无限元法 ,使波浪对弹性结构绕流的三维问题化为一维数值问题来解 ,从而在很大程度上节省了单元、内存与计算工作量 ,同时径向无限域... 采用二维解析和一维离散的方法处理无限流体介质 ,建立一种分析结构与外流体动力相互作用问题的半解析无限元法 ,使波浪对弹性结构绕流的三维问题化为一维数值问题来解 ,从而在很大程度上节省了单元、内存与计算工作量 ,同时径向无限域边界可得以正确模拟 。 展开更多

关键词 半解析无限元法 流固耦合 波浪 无限边界 弹性结构 三维绕流问题 海洋工程 无限流体

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地埋点热源作用下层状半空间的热-力耦合响应

12

作者 王路君 艾智勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期2052-2058,共7页

采用解析层元法对存在地下点热源的岩土工程问题进行解答。首先从热弹性力学三维问题的基本控制方程出发,利用拉普拉斯-傅里叶积分变换推导出其在变换域内单层介质及下卧半空间的解析层元;然后结合有限单元法原理组装得到总刚度矩阵,结... 采用解析层元法对存在地下点热源的岩土工程问题进行解答。首先从热弹性力学三维问题的基本控制方程出发,利用拉普拉斯-傅里叶积分变换推导出其在变换域内单层介质及下卧半空间的解析层元;然后结合有限单元法原理组装得到总刚度矩阵,结合边界条件,得到其在变换域内的解答,最后应用拉普拉斯-傅里叶积分逆变换技术,得到物理域内的解。编制了相应的计算程序,算例分析表明:该结果与已有文献吻合较好,该方法求解层状半空间的热-力耦合响应问题具有较好的适用性和较高的精度;层状岩土介质体系中,热扩散系数对温度及地表隆起的变化过程影响显著,但对其初始值和最终稳定值影响不明显;分层特性对岩土介质温度分布及地表位移变化过程均有显著影响。 展开更多

关键词 解析层元 地埋点热源 层状半空间 热-力耦合 拉普拉斯-傅里叶变换

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盆架状压电宏微平面作动器半解析性理论建模 被引量：2

13

作者 王哲逸 贺红林 +2 位作者 李冀 龙玉繁 李晨捷 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第2期294-305,319,共13页

为丰富宏微平面运动装置形式,该文提出了盆架状压电作动器。设定盆架状结构的一阶面内对称弯振模态和二阶反对称纵振模态为工作模态,利用粘附于盆架状作动器表面的压电陶瓷激发工作模态振动,迫使驱动足同时沿xOz、yOz面做椭圆轨迹行进... 为丰富宏微平面运动装置形式,该文提出了盆架状压电作动器。设定盆架状结构的一阶面内对称弯振模态和二阶反对称纵振模态为工作模态,利用粘附于盆架状作动器表面的压电陶瓷激发工作模态振动,迫使驱动足同时沿xOz、yOz面做椭圆轨迹行进以推动移动体。根据传递阵力学原理,构造作动器各单元的振动传递方程,在确定各单元间连接与传递条件及作动器压电边界条件基础上,建立了作动器的半解析性机电耦合传递矩阵模型,编制了模型的解算程序。建立作动器的多目标优化数学模型,求得其优化结构尺寸。为印证半解析理论模型,还构建了作动器的机电耦合有限元数值模型。传递阵模型与数值模型解得的作动器工作模态频率差分别为177 Hz和191 Hz,求取驱动足在x、y、z向的振幅分别为2.95μm、3.27μm、1.37μm及3.12μm、3.61μm、1.82μm,表明了半解析模型的有效性。结果表明,该文提出的结构设计与驱动原理相结合的作动器分析方式,为优化压电作动器性能开启了新思路。 展开更多

关键词 盆架状作动器 传递矩阵 机电耦合特性 半解析模型

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基于半解析砰击模型的弹性楔形体入水冲击分析 被引量：4

14

作者 于鹏垚 赵勇 +2 位作者 王天霖 甄春博 苏绍娟 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期179-187,共9页

基于半解析砰击模型,建立了弹性楔形体入水冲击响应的流固耦合分析方法.通过对比不同网格密度、时间步长和模态数目下的计算结果,表明该方法具有较好的收敛性.通过与商业软件和文献结果对比,验证了该方法的正确性.与基于Wagner模型的水... 基于半解析砰击模型,建立了弹性楔形体入水冲击响应的流固耦合分析方法.通过对比不同网格密度、时间步长和模态数目下的计算结果,表明该方法具有较好的收敛性.通过与商业软件和文献结果对比,验证了该方法的正确性.与基于Wagner模型的水弹性分析方法相比,该方法合理地实现了流动分离前后楔形体结构响应的预报.利用该方法对比分析不同冲击速度下耦合响应和解耦响应,进一步揭示了流固耦合作用的重要性. 展开更多

关键词 入水冲击 半解析砰击模型 流固耦合 水弹性

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楔形体匀速和自由落体水弹性砰击的半解析法求解

15

作者 冯松 高健 +2 位作者 陈毓珍 孙哲 张桂勇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期190-198,共9页

针对二维弹性楔形体入水过程的流固耦合问题,提出一种基于耦合Wagner理论和模态叠加法的半解析解方法。结构湿表面的速度势基于Wagner理论求解并考虑了结构弹性影响。砰击压力根据伯努利方程求解,为提高求解精度考虑了伯努利方程中速度... 针对二维弹性楔形体入水过程的流固耦合问题,提出一种基于耦合Wagner理论和模态叠加法的半解析解方法。结构湿表面的速度势基于Wagner理论求解并考虑了结构弹性影响。砰击压力根据伯努利方程求解,为提高求解精度考虑了伯努利方程中速度平方项。通过平均弹性速度修正模型推导出附加质量和阻尼矩阵,将其代入固体动力学方程从而建立统一的流固耦合方程,耦合方程通过基于隐式的Newmark-β算法实现求解。通过计算楔形体垂直恒速和自由落体入水两种运动状态,并与基于半解析、数值和试验的文献结果进行了对比,验证了所提理论的可靠性。 展开更多

关键词 入水 流固耦合 半解析解 水弹性砰击

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钢轨踏面的空气耦合超声检测方法 被引量：8

16

作者 常俊杰 李媛媛 +2 位作者 胡宸 邬瑞峰 卢超 《应用声学》 CSCD 北大核心 2019年第3期405-410,共6页

该文针对钢轨踏面浅表面裂纹提出非接触空气耦合超声类瑞利波的检测方法。首先利用半有限元法求解了CHN60型钢轨的振动模式,抽出了钢轨轨头踏面的振动模态结构和频散曲线,并搭建实验系统,根据Snell法则和声源在空气中的声场分布确定了... 该文针对钢轨踏面浅表面裂纹提出非接触空气耦合超声类瑞利波的检测方法。首先利用半有限元法求解了CHN60型钢轨的振动模式,抽出了钢轨轨头踏面的振动模态结构和频散曲线,并搭建实验系统,根据Snell法则和声源在空气中的声场分布确定了检测参数,最后从理论和实验两方面着手对钢轨踏面浅表面裂纹的有无及裂纹大小进行了实验分析和数值计算,其结果非常吻合,证明了空气耦合超声导波检测方法的可行性和可靠性。 展开更多

关键词 空气耦合超声波 钢轨踏面 半解析有限元 浅表面裂纹

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一维流固耦合振动问题的有限元分析 被引量：2

17

作者 苏丽杰 郭星挥 聂义勇 《机械设计与制造》 2004年第5期84-85,共2页

流体管道的振动,是典型的一维流固耦合振动,管内流体振荡引起管道产生机械振动,而管道机械振动反过来又会影响管内流体的动态行为。本文应用半解析有限单元法对流体管道固有特性的数值解进行了研究。半解析单元采用了周向解析、轴向离... 流体管道的振动,是典型的一维流固耦合振动,管内流体振荡引起管道产生机械振动,而管道机械振动反过来又会影响管内流体的动态行为。本文应用半解析有限单元法对流体管道固有特性的数值解进行了研究。半解析单元采用了周向解析、轴向离散的位移函数,可减少计算量,节省计算时间。 展开更多

关键词 振动 流固耦合 半解析有限单元法 数值解

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饱和地基中波阻板远场被动隔振的二维BEM-FEM耦合分析 被引量：1

18

作者 时刚 朱超杰 陈既学 《世界地震工程》 北大核心 2023年第3期216-226,共11页

国际上已把振动污染列入“七大环境公害”之一,而波阻板(wave impedance block,简称“WIB”)是低频环境振动污染防治的一种常用手段。针对饱和地基中建(构)筑物下方设置波阻板的远场被动隔振问题,分别采用饱和土半解析BEM对饱和地基和FE... 国际上已把振动污染列入“七大环境公害”之一,而波阻板(wave impedance block,简称“WIB”)是低频环境振动污染防治的一种常用手段。针对饱和地基中建(构)筑物下方设置波阻板的远场被动隔振问题,分别采用饱和土半解析BEM对饱和地基和FEM对波阻板进行建模,最终建立了波阻板对入射Rayleigh波隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,采用该方法计算分析了波阻板的远场被动隔振效果,并初步探讨了组合式波阻板(由多种材料组成的波阻板)的隔振效果。研究结果表明:在建(构)筑物下方一定深度设置波阻板能够有效降低波阻板上方地表的振动;地表屏蔽区域范围与波阻板设置范围基本吻合。减小波阻板埋深和增大波阻板厚度均能取得更好的隔振效果,而波阻板宽度对隔振效果基本无影响;实际工程设计时,建议波阻板埋深取0.2~0.4λR(λR为Rayleigh波波长)和厚度取0.2~0.3λR,宽度则根据被保护建筑尺寸确定。波阻板材料剪切模量对隔振效果影响较大,增加波阻板材料剪切模量是提高波阻板被动隔振效果最为有效的措施之一。此外,当波阻板由竖向多层材料组成时,建议采用上软下硬方式构建波阻板;当波阻板由多种材料水平分区组成时,地表隔振效果与其下方对应分区的材料性质相对应,可根据实际工程振动控制要求的不同构建多种材料分区的组合式波阻板。 展开更多

关键词 饱和地基 波阻板 RAYLEIGH波 半解析BEM-FEM耦合方法 远场被动隔振 隔振效果

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单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究 被引量：2

19

作者 陈原培 向剑 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2209-2220,共12页

针对单股钢丝绳在服役过程中因丝间接触引起的失效问题,基于弹性接触理论和曲杆理论,研究轴向扭转载荷作用下单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能。首先,综合考虑泊松比效应和接触变形等因素,建立具有多层结构的单股钢丝绳轴向力学性能与丝... 针对单股钢丝绳在服役过程中因丝间接触引起的失效问题,基于弹性接触理论和曲杆理论,研究轴向扭转载荷作用下单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能。首先,综合考虑泊松比效应和接触变形等因素,建立具有多层结构的单股钢丝绳轴向力学性能与丝间接触性能的数学模型。其次,采用基于半解析法(SAM)的数值方案进行耦合求解。半解析法求解过程中,采用共轭梯度法(CGM)和快速傅里叶变换(FFT)求解多层结构单股钢丝绳丝间接触压力、接触变形及钢丝内部应力,揭示单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的接触性能参数随扭转载荷变化的演变规律,以及钢丝绳结构参数对单股钢丝绳丝间接触行为的影响机制。最后,通过与COSTELLO理论计算结果对比,验证单股钢丝绳多层接触耦合模型的有效性。研究结果表明:轴向扭转载荷作用下,单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的最大接触压力和变形均位于接触中心,且随扭转加载进程而呈非线性变化;在大扭转载荷下,内层螺旋钢丝与外层螺旋钢丝间的接触区易先发生应力屈服;相比于内层螺旋钢丝捻角,外层螺旋钢丝捻角对单股钢丝绳内部各层丝间的接触作用影响更加显著;扭转载荷引起的最大钢丝应力位于接触界面下,该应力区的应力及深度随螺旋钢丝捻角增大而增大。 展开更多

关键词 单股钢丝绳 多层耦合 接触性能 轴向力学性能 捻角 半解析法

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富氢环境下镍钛形状记忆合金弹簧变形行为的实验和理论研究 被引量：3

20

作者 姜晗 于超 康国政 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期422-432,共11页

镍钛形状记忆合金器件在某些特定服役环境下不可避免地与氢接触,导致其力学性能发生改变.实验研究方面,通过对两种构型(弹簧指数为8.5和11.7)的镍钛合金弹簧进行异位电解充氢,随后对充氢和未充氢镍钛合金弹簧进行不同幅值的拉伸-卸载实... 镍钛形状记忆合金器件在某些特定服役环境下不可避免地与氢接触,导致其力学性能发生改变.实验研究方面,通过对两种构型(弹簧指数为8.5和11.7)的镍钛合金弹簧进行异位电解充氢,随后对充氢和未充氢镍钛合金弹簧进行不同幅值的拉伸-卸载实验,揭示了氢对超弹性镍钛合金弹簧变形行为的影响.结果表明,氢会显著影响弹簧的相变硬化行为,并且使马氏体相变临界力下降地更为迅速.理论研究方面,基于实验结果,在不可逆热力学框架下构建了镍钛形状记忆合金力-扩散耦合本构模型.在该本构模型中,考虑了与弹性,马氏体相变和氢致膨胀相关的应变和氢浓度场对马氏体相变的影响.通过建立的Helmholtz自由能推导出相变行为的热力学驱动力.基于质量守恒定律和Fick定律,得到氢浓度场的演化方程.为了准确地描述充氢和未充氢镍钛合金弹簧的变形行为,在建立的本构模型基础上,进一步发展了描述弹簧力-扩散耦合变形行为并考虑其扭转、弯曲变形模式的半解析模型.通过与实验结果的对比,可以发现,提出的半解析理论模型能够很好地预测富氢环境下超弹性镍钛合金弹簧的变形行为. 展开更多

关键词 镍钛形状记忆合金 弹簧 富氢环境 力-扩散耦合 半解析模型

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