结构损伤与断裂力学分析CAE软件发展现状

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作者 任天宇 韩非 +3 位作者 张玲 孙云厚 梅勇 张鏖 《计算力学学报》 北大核心 2025年第5期699-713,736,共16页

损伤与断裂是导致结构失效的主要原因,对工程安全有着重大影响,其中裂纹扩展问题也是目前亟需解决的基础性科学难题。本文介绍了能够模拟损伤与断裂的相关理论基础如断裂力学模型、损伤演化模型,以及数值计算方法如有限元法、边界元法... 损伤与断裂是导致结构失效的主要原因,对工程安全有着重大影响,其中裂纹扩展问题也是目前亟需解决的基础性科学难题。本文介绍了能够模拟损伤与断裂的相关理论基础如断裂力学模型、损伤演化模型,以及数值计算方法如有限元法、边界元法和近场动力学理论等。在此基础上,对常用的结构损伤与断裂分析CAE软件进行了综述,包括通用有限元程序如ABAQUS自带的损伤与断裂分析模块,以及专用的断裂分析软件、损伤容限工具和疲劳寿命分析工具等。讨论了部分自主的CAE软件的发展现状。最后,分析了用于损伤与断裂模拟的CAE软件面临的一些挑战,并展望了国产CAE软件未来的发展方向。 展开更多

关键词 结构损伤 断裂分析 CAE软件 裂纹扩展 有限元 近场动力学

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大变形下周期性轴对称多孔微结构等效导热系数分析

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作者 阎军 刘志辉 +2 位作者 隋倩倩 聂英豪 范志瑞 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期440-449,共10页

周期性多孔微结构广泛应用于新型柔性变体飞行器结构设计中。飞行器高速运行产生大量热的同时会发生严重的变形,多孔微结构的变形将直接影响到结构的散热效果。目前,关于周期性多孔微结构变形与等效导热系数之间的关系尚未得到充分的研... 周期性多孔微结构广泛应用于新型柔性变体飞行器结构设计中。飞行器高速运行产生大量热的同时会发生严重的变形,多孔微结构的变形将直接影响到结构的散热效果。目前,关于周期性多孔微结构变形与等效导热系数之间的关系尚未得到充分的研究。因此,本文开展大变形下三种周期性轴对称多孔微结构等效导热系数分析研究。基于逆向运动非线性分析方法,建立了考虑均匀压缩位移载荷下三种微结构大变形非线性分析模型,实现了三种微结构发生大变形下变形前结构形状的求解。利用稳态热传导方法求解变形前后结构的等效导热系数,并对比探讨变形与等效导热系数的变化规律。研究结果表明,大变形情况下,随着压缩位移的增大,周期性轴对称多孔微结构变形前形状发生显著变化,等效导热系数的变化量最大接近90%,因此需考虑大变形下微结构等效导热系数的变化。本研究为大变形情况下多孔微结构的传热设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 大变形 周期性 多孔微结构 逆向运动 等效导热系数

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量子退火驱动的桁架结构拓扑优化设计方法

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作者 王炎 杨迪雄 +1 位作者 雷振增 陈国海 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期339-345,361,共8页

为克服桁架结构传统拓扑优化方法面临的计算效率低、易陷入局部最优等局限,本文基于桁架基结构思想,提出了一种量子退火驱动的桁架结构刚度优化设计方法。首先,选取桁架结构的弹性应变能作为目标函数,将体积约束表达成惩罚项形式嵌入结... 为克服桁架结构传统拓扑优化方法面临的计算效率低、易陷入局部最优等局限,本文基于桁架基结构思想,提出了一种量子退火驱动的桁架结构刚度优化设计方法。首先,选取桁架结构的弹性应变能作为目标函数,将体积约束表达成惩罚项形式嵌入结构优化问题的哈密顿量中,形成无约束优化问题。然后,通过构造杆件截面积的增量与编码量子比特的指数型映射关系,同时引入辅助量子比特,并以量子退火算法驱动其变化来实现增量正负方向的调整,从而将体积约束下的桁架刚度最大化问题转化为量子退火机能够求解的二次无约束二进制优化问题。使用经典计算机执行有限元分析,在专用量子退火机上实现优化求解,发展了经典与量子计算混合优化框架。两个桁架拓扑优化算例验证了本文提出的算法的稳定收敛性,并展示了量子退火算法在结构优化领域的可行性与应用潜力,为工程优化设计提供了一种融合经典计算与量子算法的创新范式。 展开更多

关键词 桁架结构 拓扑优化设计 量子退火算法 量子计算 二次无约束二进制优化问题

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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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作者 孙晓旭 柯旺 赵岩 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期37-43,共7页

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... 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。 展开更多

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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基于拓扑优化的曲面薄壁结构加筋布局与高度协同优化设计方法

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作者 刘磊 刘杨 刘书田 《计算力学学报》 北大核心 2025年第4期523-528,共6页

研究建立了基于拓扑优化的曲面薄壁结构加筋布局和加筋高度协同优化设计方法.借助NURBS技术,将复杂空间曲面参数化,建立曲面薄壁从三维表面到其参数域的映射关系;在参数平面内定义设计变量以描述加筋的有无,采用基于Heaviside函数的铸... 研究建立了基于拓扑优化的曲面薄壁结构加筋布局和加筋高度协同优化设计方法.借助NURBS技术,将复杂空间曲面参数化,建立曲面薄壁从三维表面到其参数域的映射关系;在参数平面内定义设计变量以描述加筋的有无,采用基于Heaviside函数的铸造约束定向增长拓扑参数化方法,实现加筋的布局和高度的协同描述,以结构柔顺度为目标建立可实现加筋布局和加筋高度协同优化的拓扑优化模型.通过典型算例验证了方法的有效性.数值结果表明,通过使用这种显式参数化方法,可以在曲面薄壁结构上获得高度可变的清晰加筋布局. 展开更多

关键词 加筋设计 薄壁结构 拓扑优化 协同优化设计 曲面参数化

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含切口的压电准晶组合结构界面断裂分析的辛-等几何耦合方法 被引量：2

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作者 杨震霆 王雅静 +2 位作者 聂雪阳 徐新生 周震寰 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第2期144-154,共11页

发展了一种适用于含有切口的压电准晶/压电晶体/弹性体三材料组合结构界面断裂问题的高精度的半数值半解析方法.首先,通过引入Hamilton体系建立了三材料组合结构的Hamilton对偶方程,将原问题在传统Lagrange体系下的高阶偏微分控制方程... 发展了一种适用于含有切口的压电准晶/压电晶体/弹性体三材料组合结构界面断裂问题的高精度的半数值半解析方法.首先,通过引入Hamilton体系建立了三材料组合结构的Hamilton对偶方程,将原问题在传统Lagrange体系下的高阶偏微分控制方程转化为低阶常微分方程组.其次,通过分离变量法求解问题对应的辛本征值和本征解,将各物理场变量利用辛级数展开形式表示.最后,将辛级数与等几何分析方法相结合,获得了辛-等几何耦合列式,直接求得切口尖端附近奇异物理场及其强度因子的解析表达式. 展开更多

关键词 准晶体 压电材料 等几何分析 HAMILTON体系 V形切口 界面断裂

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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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作者 李冉 胡靖宇 刘书田 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期984-990,1019,共8页

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... 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。 展开更多

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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去除表面凸小特征的四面体网格质量优化算法

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作者 付营建 关振群 +1 位作者 曹杰 赵国忠 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期89-97,共9页

针对现有四面体网格优化算法难以解决表面凸小特征区域网格质量差的问题,提出了基于改进优化操作算子的去除表面凸小特征的四面体网格质量优化算法。首先利用边分裂对凸小特征区域网格进行插点,构建出凸小特征尺度方向的短边。然后利用... 针对现有四面体网格优化算法难以解决表面凸小特征区域网格质量差的问题,提出了基于改进优化操作算子的去除表面凸小特征的四面体网格质量优化算法。首先利用边分裂对凸小特征区域网格进行插点,构建出凸小特征尺度方向的短边。然后利用节点合并对短边进行合并,并提出决定节点合并方向的减体积合并准则。针对合并过程中可能出现的错误四面体问题,给出了二分法调整节点位置的解决方法。节点合并后,形成新的网格拓扑,使网格不再覆盖凸小特征区域,从而达到去除表面凸小特征和提高网格质量的目的。最后,通过若干带有表面凸小特征的网格优化的典型算例,验证了本文算法的有效性。 展开更多

关键词 小特征去除 四面体网格 网格质量优化 网格拓扑 边分裂

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基于弹性边界的多墙式盒段结构复合材料壁板屈曲分析方法

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作者 赵北 熊斯浚 +2 位作者 陈亮 王成波 李锐 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第9期1182-1199,共18页

机翼中的多墙式盒段结构是飞机结构设计的重点关注区域之一.盒段结构主要由蒙皮以及支撑件组合而成,其中蒙皮被支撑件近似分隔为多个矩形壁板.在飞机服役过程中,机翼主要承受弯曲、扭转或者弯扭耦合载荷等作用,导致盒段结构中矩形壁板... 机翼中的多墙式盒段结构是飞机结构设计的重点关注区域之一.盒段结构主要由蒙皮以及支撑件组合而成,其中蒙皮被支撑件近似分隔为多个矩形壁板.在飞机服役过程中,机翼主要承受弯曲、扭转或者弯扭耦合载荷等作用,导致盒段结构中矩形壁板容易产生失稳.在传统复合材料壁板屈曲分析中,往往将边界简化为固支或简支,所得结果与试验差距较大,而采用有限元方法进行全面模拟往往效率较低.针对上述问题,该文提出了一种结合单胞模型以及微分求积法的复合材料壁板快速屈曲分析方法.首先,建立了单胞模型计算矩形壁板的弹性边界刚度系数;然后,通过微分求积法求解控制方程,获得了壁板的屈曲载荷;最后,计算了不同类型盒段结构中复合材料壁板的屈曲载荷,并与有限元结果进行对比,验证了该文屈曲分析方法的准确性. 展开更多

关键词 复合材料壁板 弹性边界 屈曲 微分求积法

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空间刚架的拓扑-截面形状协同优化

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作者 王聪磊 杜宗亮 +1 位作者 张志博 郭旭 《力学学报》 北大核心 2025年第4期937-947,共11页

刚架结构常见于建筑学、土木工程等领域,其设计通常伴随着结构减重与力学性能提升的双重需求.为实现以上设计目标,结构优化方法被广泛采纳,并用于解决刚架结构的形状与拓扑优化问题.基结构法是研究离散桁架或刚架结构优化的基本方法,在... 刚架结构常见于建筑学、土木工程等领域,其设计通常伴随着结构减重与力学性能提升的双重需求.为实现以上设计目标,结构优化方法被广泛采纳,并用于解决刚架结构的形状与拓扑优化问题.基结构法是研究离散桁架或刚架结构优化的基本方法,在此基础上,节点移动基结构法被提出并有效扩展了传统方法的设计空间.然而,当前节点移动基结构法的相关研究均基于圆形梁截面,并未考虑梁截面形状的优化以及不规则截面形状引起的主方向设计问题.因此,文章基于罗德里格斯旋转以及离散截面形状优化方法,提出了一种空间刚架的拓扑-截面形状协同优化方法.该方法解决了节点移动引起的梁截面主方向自适应更新问题,通过引入转角设计变量扩展了节点移动基结构法这一设计框架.本方法还考虑了不同截面形状梁在抗弯与抗扭性能方面的差异,可实现多种梁截面形状的自动选择,从而保证复杂工况下材料的有效利用.数值算例表明,通过结构拓扑与截面形状的协同优化,可以获得性能更为优异的空间刚架构型. 展开更多

关键词 拓扑优化 梁单元 移动节点 截面形状 主方向

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局部减薄缺陷圆柱壳受迫振动分析的辛方法

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作者 贾菊芳 温保岗 +2 位作者 渠广众 张全全 孙家斌 《计算力学学报》 北大核心 2025年第2期316-321,共6页

由于腐蚀等因素的作用,常会使压力容器和管道等圆柱壳结构的局部厚度有所减薄。局部减薄型缺陷是一种常见的体积型缺陷,此类结构不可避免地会受到外界激励而产生共振、失稳等现象,因此,含局部减薄缺陷圆柱壳的动力学响应解析分析对该类... 由于腐蚀等因素的作用,常会使压力容器和管道等圆柱壳结构的局部厚度有所减薄。局部减薄型缺陷是一种常见的体积型缺陷,此类结构不可避免地会受到外界激励而产生共振、失稳等现象,因此,含局部减薄缺陷圆柱壳的动力学响应解析分析对该类结构的安全评估具有重要理论意义。现有的解析方法多为半逆法,需要事先假定试函数,而对于局部减薄圆柱壳模型,该试函数难以构造。为解决上述问题,本文将辛方法引入含局部减薄缺陷的圆柱壳模型的受迫振动分析中,基于Reissner壳体理论建立了该类结构在哈密顿体系下的理论模型,将拉格朗日体系下的高阶偏微分方程简化为哈密顿体系下的低阶常微分方程组。随后,借助于辛共轭正交关系和辛本征解叠加法,进一步将该微分方程组转化为代数方程组进行求解,从而获得原问题的解析解。数值算例验证了本文提出方法的有效性和精确性,并揭示了缺陷几何参数、阻尼因子等关键因素对圆柱壳受迫振动稳态位移响应的影响。 展开更多

关键词 圆柱壳 局部减薄缺陷 受迫振动 稳态响应 辛方法

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航空航天结构轻量化设计与实验方法研究进展 被引量：24

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作者 王博 郝鹏 +2 位作者 田阔 马祥涛 冯少军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期596-606,共11页

综述了近年来航空航天结构轻量化设计方法,聚焦薄壁结构与连接结构两类主要承载结构轻量化设计进行总结;针对薄壁结构,分析了面向后屈曲行为的轻量化设计、虑及缺陷的鲁棒性设计以及创新轻质薄壁领域的发展动向;针对连接结构,总结了传... 综述了近年来航空航天结构轻量化设计方法,聚焦薄壁结构与连接结构两类主要承载结构轻量化设计进行总结;针对薄壁结构,分析了面向后屈曲行为的轻量化设计、虑及缺陷的鲁棒性设计以及创新轻质薄壁领域的发展动向;针对连接结构,总结了传力路径与区域应力调控两大类设计方法。此外,就轻量化结构的高精度实验方法与数字孪生模型等共性关键问题进行梳理,并展望了未来航空航天结构轻量化设计方法发展前景,为未来研究工作和装备研发提供参考。 展开更多

关键词 航空航天结构 轻量化设计 薄壁结构 连接结构 优化方法

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基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模 被引量：1

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作者 郑勇刚 吴哲同 +3 位作者 张涵博 刘振海 叶宏飞 张洪武 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期73-80,共8页

提出了一种基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模方法,其能够从基于弹性力学方程的数值计算结果建立简洁且能准确捕捉变形机制的力学模型。基于有限元计算得到的高精度数据和无监督数据驱动控制方程识别方法Seq-SVF,从梁的载荷和... 提出了一种基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模方法,其能够从基于弹性力学方程的数值计算结果建立简洁且能准确捕捉变形机制的力学模型。基于有限元计算得到的高精度数据和无监督数据驱动控制方程识别方法Seq-SVF,从梁的载荷和位移数据中自动识别出了Timoshenko梁形式的弯曲控制微分方程,得到了三种不同加载条件下剪切影响系数关于结构尺寸和力学参数的函数表达式。揭示了经典模型适用的加载条件,同时还给出了一种未发现的新模型。通过将基于弹性力学的第一性原理计算与数据驱动范式相结合,克服了传统建模方法的局限性和对人类经验的强依赖性,为建立简洁的力学模型提供了一种新途径。 展开更多

关键词 结构力学模型 数据驱动 方程识别 TIMOSHENKO梁 第一性原理

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近断层地震下连续梁桥随机振动与易损性分析 被引量：4

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作者 周政 唐光武 +2 位作者 高文军 陈国海 杨迪雄 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期526-534,共9页

由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本... 由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本文提出了基于直接概率积分法的连续梁桥结构非线性随机振动响应与地震易损性准确、通用分析的新框架。发展直接概率积分法,准确高效地计算连续梁桥结构的随机振动响应;结合连续梁桥多种失效状态,根据动力可靠度的首次超越破坏准则,利用直接概率积分法对连续梁桥进行了地震易损性分析。最后,展示了近断层随机地震动激励作用下四跨非线性连续梁桥算例结果,验证了直接概率积分法的准确性特点。比较了近断层脉冲型和无脉冲地震动对非线性连续梁桥地震易损性曲线的影响。结果表明:近断层地震动的速度脉冲显著加剧了连续梁桥结构受到的地震破坏,增大了桥梁结构进入不同破坏状态的超越概率。 展开更多

关键词 连续梁桥 近断层地震动 随机振动 地震易损性分析 直接概率积分法 速度脉冲 多种失效状态 动力可靠度

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多工况下牵引车驱动桥壳多目标优化设计 被引量：1

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作者 苏姝丹 曾岩 李刚 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期977-983,共7页

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... 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。 展开更多

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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基于直接概率积分法的水下航行器随机动力响应高效分析

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作者 陈翰澍 陈国海 +1 位作者 杨迪雄 傅卓佳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1796-1806,共11页

海洋是人类的资源宝库,随着海洋资源的不断发掘,海洋资源的探测与合理开发成为了当今世界各国广泛关注的热点,水下航行器的勘测活动也随之逐渐增多.然而,海洋环境具有极强的随机不确定性,给水下航行器的操作及轨迹规划带来了巨大影响.因... 海洋是人类的资源宝库,随着海洋资源的不断发掘,海洋资源的探测与合理开发成为了当今世界各国广泛关注的热点,水下航行器的勘测活动也随之逐渐增多.然而,海洋环境具有极强的随机不确定性,给水下航行器的操作及轨迹规划带来了巨大影响.因此,准确预测随机海洋环境中水下航行器的随机响应特性具有重要意义.以无舵桨的新型水下航行器为研究对象,基于概率守恒原理,从随机积分的全新视角,建立了随机海洋环境中水下航行器的概率密度积分方程.在此基础上,提出了一种基于分块并行计算的直接概率积分法,该方法将水下航行器系统的控制方程与概率密度积分方程解耦,通过分块并行计算,实现了随机波浪激励下新型水下航行器的随机动力响应高效分析.此外,还将提出方法的计算结果与原直接概率积分法及蒙特卡洛模拟方法的计算结果进行了比较,进一步验证了提出方法的精确性和高效性.最终研究结果表明,海浪的有义波高和流动速度是影响水下航行器响应的主要随机因素.海浪有义波高和流动速度的增加会造成水下航行器偏离预定轨迹的概率显著提高.此外,较大的海浪流动速度还会引发随机跳跃现象,从而降低水下航行器的航行安全性. 展开更多

关键词 水下航行器 随机响应分析 分块并行计算 概率密度积分方程 直接概率积分法

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含裂纹纳米板振动问题的哈密顿体系方法

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作者 屈建龙 周震寰 徐新生 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期66-72,共7页

基于裂纹处范德华力效应,采用非局部弹性理论构造纳米板模型,并通过导入哈密顿体系建立含裂纹纳米板振动问题的对偶正则控制方程组。在全状态向量表示的哈密顿体系下,将含裂纹纳米板的固有频率和振型问题归结为广义辛本征值和本征解问... 基于裂纹处范德华力效应,采用非局部弹性理论构造纳米板模型,并通过导入哈密顿体系建立含裂纹纳米板振动问题的对偶正则控制方程组。在全状态向量表示的哈密顿体系下,将含裂纹纳米板的固有频率和振型问题归结为广义辛本征值和本征解问题。利用哈密顿体系具有的辛共轭正交关系,得到问题解的级数解析表达式。结合边界条件,得到固有频率与辛本征值的代数方程关系式,进而直接给出固有频率的表达式。数值结果表明,非局部尺寸参数和裂纹长度对纳米板振动的各阶固有频率有直接的影响。对比表明,辛方法是准确且可靠的,可为工程应用提供依据。 展开更多

关键词 哈密顿体系 含裂纹纳米板 非局部理论 振动 固有频率

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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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作者 刘玉浩 武洪凯 +1 位作者 张宇翔 吴承伟 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期499-505,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 飞行器 轴承 润滑 供油器 姿控飞轮

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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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作者 宋子文 孙直 朱一超 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期494-505,共12页

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... 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. 展开更多

关键词 渐近分析法 复杂截面 欧拉梁 自由振动

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关节软骨区域性压缩松弛行为差异及黏弹性本构模型

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作者 李姮 于胜波 张伟 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期435-440,共6页

目的研究不同应变率下膝关节不同区域软骨的压缩松弛行为,构建各区域软骨的黏弹性力学本构,为软骨相关疾病预防、软骨修复材料研发提供参考。方法对比格犬膝关节软骨进行区域划分,通过万能试验机测试各区域软骨在不同加载应变率下的单... 目的研究不同应变率下膝关节不同区域软骨的压缩松弛行为,构建各区域软骨的黏弹性力学本构,为软骨相关疾病预防、软骨修复材料研发提供参考。方法对比格犬膝关节软骨进行区域划分,通过万能试验机测试各区域软骨在不同加载应变率下的单轴非围限压缩松弛性能,并构建本构模型。结果软骨表现出明显的应力衰减,归一化应力降幅随着应变率的增加而显著增加,胫骨外侧中心平台软骨在应变率5×10^(-4)s^(-1)时归一化应力降幅为19%,应变率5×10^(-2)s^(-1)时归一化应力降幅增加至69%,各应变率下松弛平衡应力几乎持平。建立各区域软骨的Ogden-Prony黏弹性模型,拟合度R2>0.98。结论膝关节软骨在松弛试验中表现出显著的黏弹性响应,其压缩松弛性能具有率相关性和区域相关性,Ogden-Prony黏弹性模型能够反映软骨应变率依赖的应力松弛行为。 展开更多

关键词 关节软骨 应力松弛 应变率 区域相关性 本构模型

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