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刚柔耦合仿生胸鳍结构设计与动力学分析
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作者 郑力新 李宗刚 +3 位作者 王治平 黎斌 夏广庆 康会峰 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期1826-1838,共13页
为描述刚柔耦合胸鳍鳍条运动关系和分析鳍面主被动变形特性,提出了一种多鳍条协同驱动的胸鳍波动方程,建立了胸鳍水动力学模型。首先,基于生物学对鱼类胸鳍形态与结构的相关研究,设计了一类由刚性鳍根-弹性鳍条-柔性鳍膜组成的刚柔耦合... 为描述刚柔耦合胸鳍鳍条运动关系和分析鳍面主被动变形特性,提出了一种多鳍条协同驱动的胸鳍波动方程,建立了胸鳍水动力学模型。首先,基于生物学对鱼类胸鳍形态与结构的相关研究,设计了一类由刚性鳍根-弹性鳍条-柔性鳍膜组成的刚柔耦合胸鳍简化结构;其次,根据鱼类胸鳍波动规律,基于简化的准定常流体阻力模型建立了鳍条运动学和动力学模型,结合欧拉-伯努利梁基本假设推导出鳍条的运动控制方程;然后,利用有限元法对鳍条的运动控制方程进行离散化,结合傅里叶级数拟合得到刚柔耦合胸鳍的波动方程;最后,通过数值模拟和实体实验验证了所得波动方程及水动力学模型的准确性。研究结果表明:胸鳍波动方程涵盖鳍条截面、长度、数量、根部间距、根部夹角、刚度以及鳍条运动特性等参数,具有较高的运动自由度,能够有效模拟鱼类胸鳍的复杂运动行为,适用范围广泛;鳍条刚度与胸鳍波动方程的正弦项系数呈正相关,与余弦项系数呈负相关,刚度越小,胸鳍波动变形越明显;在相同的运动参数下,随着刚度系数增大,胸鳍的平均推力和最大峰值推力均下降,且下降趋势逐渐趋于平缓,故柔性可显著提高胸鳍的推进性能。 展开更多
关键词 刚柔耦合胸鳍 胸鳍波动方程 动力学模型 欧拉-伯努利理论 鳍条刚度
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考虑表面应力的微悬臂梁质量传感器的建模与仿真 被引量:1
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作者 马树军 修强 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期237-241,共5页
为了考虑悬臂梁谐振器表面吸附层或者不同材料涂层引起的表面应力的影响,进而提高质量传感器的精度和性能,基于瑞利-里兹法提出了考虑表面应力的悬臂梁质量传感器的理论方法.在悬臂梁振动的控制方程中引入应力系数对其振型函数进行修正... 为了考虑悬臂梁谐振器表面吸附层或者不同材料涂层引起的表面应力的影响,进而提高质量传感器的精度和性能,基于瑞利-里兹法提出了考虑表面应力的悬臂梁质量传感器的理论方法.在悬臂梁振动的控制方程中引入应力系数对其振型函数进行修正,并系统地分析对悬臂梁振动频率的影响,再根据瑞利法建立微悬臂梁质量传感器的理论模型.应用该方法,纳米颗粒的位置和质量可以通过颗粒吸附前后悬臂梁的频率移动来精确确定.该方法的准确性和可行性通过有限元仿真进行了验证. 展开更多
关键词 微悬臂 质量传感 表面应力 欧拉-伯努利理论 瑞利-里兹法
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钢桁腹-混凝土组合梁桥受弯性能分析 被引量:10
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作者 杭子豪 刘朵 +1 位作者 张建东 周叮 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1564-1572,I0013,共10页
基于欧拉-伯努利梁理论,分析钢桁腹-混凝土组合梁桥的受弯性能。考虑到腹杆在纵向的不连续性,通过对腹杆进行受力分析,将腹杆的受力等效为轴力和面内弯矩,分别作用在顶板和底板上。引入奇异函数建立梁挠曲的微分方程,根据支座边界条件... 基于欧拉-伯努利梁理论,分析钢桁腹-混凝土组合梁桥的受弯性能。考虑到腹杆在纵向的不连续性,通过对腹杆进行受力分析,将腹杆的受力等效为轴力和面内弯矩,分别作用在顶板和底板上。引入奇异函数建立梁挠曲的微分方程,根据支座边界条件和腹杆节点的位移协调方程求解出所有的未知系数,得到了顶板和底板在不同荷载下的挠曲函数以及腹杆的轴力。根据腹杆的轴力确定腹杆的破坏荷载以及破坏形式。最后通过ANSYS建立实体有限元模型,对比了不同腹杆倾角下顶板的挠度和腹杆轴力,计算结果与有限元结果误差在5%左右。说明该方法能计算在弯曲荷载下,任意点的挠度和所有腹杆的轴力,计算方法既简单又能满足精度要求。 展开更多
关键词 钢桁腹-混凝土组合 欧拉-伯努利理论 奇异函数 ANSYS 挠度 腹杆内力
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安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响
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作者 廖静 刘柏圻 +1 位作者 杨恒虎 王伟波 《机床与液压》 北大核心 2024年第4期75-80,共6页
为研究安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响规律,根据双梁结构假设和欧拉-伯努利梁理论,建立热态全流量试验管线中汽机旁路阀的横向振动分析模型;基于扫频法和敲击法,分别搭建振动测试平台,测试汽机旁路阀在本体刚性支撑和管线支撑2种... 为研究安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响规律,根据双梁结构假设和欧拉-伯努利梁理论,建立热态全流量试验管线中汽机旁路阀的横向振动分析模型;基于扫频法和敲击法,分别搭建振动测试平台,测试汽机旁路阀在本体刚性支撑和管线支撑2种安装状态的固有频率;采用ANSYS软件的流固耦合和模态仿真模块,求解实际工况参数下不同管线支撑距离的汽机旁路阀固有频率。研究表明:采用扫频法、敲击法和数值模拟方法获得本体刚性支撑的汽机旁路阀最小固有频率分别为34.5、35、35.41 Hz,符合核电阀门抗震频率要求;管线支撑使汽机旁路阀刚性变弱,固有频率降低约7 Hz;管线支撑位置与汽机旁路阀本体距离越远,固有频率下降程度越大;蒸汽介质与汽机旁路阀的流固耦合作用使固有频率降低。汽机旁路阀实施振动抑制措施时,应避免接近实际安装状态的固有频率及其倍频,亦可调整管线支撑与阀门距离增加或减小固有频率,从而实现有效抑振。 展开更多
关键词 汽机旁路阀 固有频率 欧拉-伯努利理论 振动测试 数值模拟
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大型风力机叶片的耦合优化方法 被引量:3
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作者 刘伟江 潘柏松 陈栋栋 《机电工程》 CAS 2012年第3期261-264,共4页
为了降低兆瓦级风力机叶片的制造成本,通过耦合叶素动量理论与复合材料欧拉伯努利梁强度设计理论,综合考虑风能效率和成本,以叶片的风能效率成本最小化为优化目标,提出了大型风力发电机叶片的多学科优化设计方法。并基于该方法,对某50 ... 为了降低兆瓦级风力机叶片的制造成本,通过耦合叶素动量理论与复合材料欧拉伯努利梁强度设计理论,综合考虑风能效率和成本,以叶片的风能效率成本最小化为优化目标,提出了大型风力发电机叶片的多学科优化设计方法。并基于该方法,对某50 m风力机叶片进行了优化设计。研究结果表明,该方法能够找到风能效率与成本的平衡设计点,叶片风能效率成本比传统设计方法设计的叶片减少了8.84%。 展开更多
关键词 多学科优化 风力机叶片 叶素动量理论 欧拉伯努利梁理论 风能效率
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多约束条件下采煤机摇臂横向振动分析及试验验证 被引量:3
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作者 白杨溪 陈洪月 +1 位作者 陈洪岩 王鑫 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2020年第6期707-712,共6页
摇臂是采煤机的关键执行部件,起调节滚筒截割煤岩高度的作用,其在复杂工况环境下会产生强烈的振动。为了研究采煤机摇臂的横向振动特性,首先,对采煤机摇臂及其连接件进行理论建模,建模时将摇臂简化成梁模型、滚筒简化成集中质量块、小... 摇臂是采煤机的关键执行部件,起调节滚筒截割煤岩高度的作用,其在复杂工况环境下会产生强烈的振动。为了研究采煤机摇臂的横向振动特性,首先,对采煤机摇臂及其连接件进行理论建模,建模时将摇臂简化成梁模型、滚筒简化成集中质量块、小摇臂简化成刚性杆以及调高油缸简化成弹簧阻尼系统;然后,根据欧拉-伯努利梁理论构建采煤机摇臂横向振动微分方程,并基于等效替换原则构建其约束方程;接着,利用谐波函数法对采煤机摇臂的横向振动微分方程进行求解,得到其各阶模态的固有频率解析式;最后,利用采煤机模型进行摇臂模态试验,并与理论计算结果进行对比验证。结果表明:基于理论模型计算得到的摇臂前6阶模态的固有频率为1 129,7 036,7 118,17 756,19 800和30 100 Hz,通过试验测得的摇臂前6阶模态的固有频率为1 078,6 268,6 310,15 886,18 938和27 714 Hz;计算值相对于试验值的误差分别为4.73%,12.25%,12.81%,11.77%,4.55%和8.61%,均小于15%,在合理误差范围内。研究结果表明,所建立的采煤机摇臂横向振动模型具有一定准确性和实用性,可为采煤机摇臂的结构优化提供理论支撑。 展开更多
关键词 采煤机摇臂 模态试验 欧拉-伯努利理论 振动特性
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