复杂牵连运动下船用转子-轴承系统的非线性动力学研究

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作者 杜宝祥 李明 《机械强度》 北大核心 2025年第5期46-54,共9页

为揭示复杂牵连运动(垂荡、横荡、艏摇和纵摇)下船用转子-轴承系统的非线性动力学行为,基于Lagrange方程建立了包含非线性油膜力和牵连惯性力的转子-轴承系统的动力学模型。主要分析了转子转速和牵连运动参数对系统非线性动力学行为的... 为揭示复杂牵连运动(垂荡、横荡、艏摇和纵摇)下船用转子-轴承系统的非线性动力学行为,基于Lagrange方程建立了包含非线性油膜力和牵连惯性力的转子-轴承系统的动力学模型。主要分析了转子转速和牵连运动参数对系统非线性动力学行为的影响。结果表明,考虑垂荡、横荡、艏摇、纵摇耦合运动后,比不考虑此运动时系统的振幅及油膜涡动区间要大;受耦合牵连运动的影响,转子会在较低转速下发生明显偏转;在一定转速下,随着垂荡幅值、横荡频率或横荡幅值的增加,系统振动响应出现由油膜涡动引起的幅值突跳现象,系统运动状态历经准周期和混沌,而随横荡频率、艏摇幅值、艏摇频率、纵摇幅值或纵摇频率的增加,系统始终处于准周期振动状态,但转子的振动幅值有不同程度的增大。 展开更多

关键词 复杂牵连运动 船用转子-轴承系统 非线性动力学 非线性油膜力

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橡胶轴承耦合转子系统动力学研究 被引量：10

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作者 李方 帅长庚 +2 位作者 何琳 杨雪 李明 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2011年第3期37-41,68,共6页

讨论橡胶轴承支承下大型转子系统的动力学建模和动力学特性。首先采用Kelvin-voigt材料模型和微振动假设,建立橡胶轴承的力学模型,然后根据分析力学方法推导橡胶轴承耦合转子系统的运动微分方程。通过对典型推进轴系的动力学分析表明,... 讨论橡胶轴承支承下大型转子系统的动力学建模和动力学特性。首先采用Kelvin-voigt材料模型和微振动假设,建立橡胶轴承的力学模型,然后根据分析力学方法推导橡胶轴承耦合转子系统的运动微分方程。通过对典型推进轴系的动力学分析表明,在一般情况下系统的低阶模态是以螺旋桨振动为主,螺旋桨的不平衡所引起的稳态响应,即使在转速较低时,螺旋桨轴承的振幅有可能比水润滑橡胶轴承的水膜厚度要大,可能造成橡胶体与轴颈间的"粘着-滑动",进而发生鸣音现象和橡胶体的磨损。 展开更多

关键词 振动与波 橡胶轴承 转子系统 动力学模型 动态特性

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三瓦双向箔片轴承-高速电机转子系统动力学研究 被引量：4

3

作者 程文杰 邓志凯 +4 位作者 肖玲 钟斌 张博 孙岩桦 段文博 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期218-225,共8页

以10 kW,120000 r/min的超高速永磁同步电机为实验样机,对三瓦双向箔片轴承-电机转子系统动力学行为进行实验研究。分析了三瓦双向箔片轴承的承载特点,在对轴承刚度和阻尼系数适当简化的基础上,计算了弹性支撑时的转子锥动模态频率和平... 以10 kW,120000 r/min的超高速永磁同步电机为实验样机,对三瓦双向箔片轴承-电机转子系统动力学行为进行实验研究。分析了三瓦双向箔片轴承的承载特点,在对轴承刚度和阻尼系数适当简化的基础上,计算了弹性支撑时的转子锥动模态频率和平动模态频率。在样机上进行了30000 r/min,60000 r/min的升速实验和90000 r/min的自由降速实验。实验表明:转子的起飞转速约为4000 r/min,当转子工作在90000 r/min时,伴随着强烈的亚同步涡动频率,而且该亚同步涡动频率完全是由轴承-转子系统本身所引起。结果显示三瓦双向箔片轴承-转子系统具有较好的稳定性,该理论分析和实验结果为超高速永磁电机轴系设计和动力学分析提供了参考。 展开更多

关键词 三瓦双向箔片轴承 超高速电机 亚同步涡动 刚体模态 转子动力学

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水润滑橡胶轴承支承转子系统动力学特性研究 被引量：3

4

作者 史永峰 李明 +1 位作者 刘刚 何琳 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期584-594,共11页

文章研究了水润滑橡胶轴承的动态特性及其在橡胶轴承支承下转子系统的动力学行为。首先,考虑了动压润滑和橡胶体的弹性变形等因素后,建立了水润滑橡胶轴承的水弹性动力润滑数学模型,根据载荷增量法与差分法,分析了轴承的刚度和阻尼。然... 文章研究了水润滑橡胶轴承的动态特性及其在橡胶轴承支承下转子系统的动力学行为。首先,考虑了动压润滑和橡胶体的弹性变形等因素后,建立了水润滑橡胶轴承的水弹性动力润滑数学模型,根据载荷增量法与差分法,分析了轴承的刚度和阻尼。然后,选择集总参数法离散化转子系统,根据分析力学方法推导了水润滑橡胶轴承耦合转子系统的运动微分方程。最后,通过广义逆迭代法,研究了水润滑橡胶轴承支承的转子系统的动力学特性和稳定性,得到了转子-轴承系统的坎贝尔曲线,临界转速与振型以及失稳转速等。结果表明偏心率、间隙比、转速及长径比对轴承的动态特性的影响比较显著;轴承的水弹性润滑特性对系统的临界转速影响较大,橡胶轴承的弹性对系统的稳定性影响次之。 展开更多

关键词 水润滑橡胶轴承 转子系统 动态特性 临界转速 稳定性

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石墨烯辐照损伤及力学性能研究 被引量：4

5

作者 华军 候燕 +1 位作者 段志荣 贺煜 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1080-1087,共8页

石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段,离子辐照技术是实现上述目的的有效途径.利用分子动力学方法建立了硅离子辐照石墨烯和辐照后拉伸的数值模型.考虑辐照剂量、辐照能量和辐照角度这3个主要影响因素,研究了不同辐照... 石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段,离子辐照技术是实现上述目的的有效途径.利用分子动力学方法建立了硅离子辐照石墨烯和辐照后拉伸的数值模型.考虑辐照剂量、辐照能量和辐照角度这3个主要影响因素,研究了不同辐照条件下石墨烯的缺陷类型和数量,并分析了在辐照剂量影响下的拉伸破坏.结果表明:当辐照能量较小时,入射粒子会吸附在石墨烯表面.随着辐照能量的增大,入射粒子会穿透石墨烯而形成缺陷,当辐照能量到达一定值时,再无吸附原子.随着辐照剂量的增加,溅射原子和缺陷数目均增多,且缺陷类型以空位缺陷为主,其拉伸力学性能随着缺陷数量的增加而减小,二者近似成线性关系.辐照后石墨烯的拉伸破坏机理与完美石墨烯的有所不同,应力强化阶段明显缩短,缺陷带决定其起裂位置和断裂走向. 展开更多

关键词 石墨烯 辐照损伤 分子动力学 破坏机理 力学性能

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基于改进PSO-BP神经网络的土遗址锚固力智能化预测研究

6

作者 殷运童 马剑 +4 位作者 白镇滔 芦苇 毛筱霏 倪娜 李东波 《力学学报》 北大核心 2025年第4期867-882,共16页

古建筑“最小干预”原则严禁加固设计时大规模原位测试,导致锚固设计等往往具有较大经验性和随机性.近年来,人工智能的数据挖掘、高效精准等优势为古建筑保护提供了新的思路,如何协同好“最小干预”和加固设计科学化已成为古建筑保护智... 古建筑“最小干预”原则严禁加固设计时大规模原位测试,导致锚固设计等往往具有较大经验性和随机性.近年来,人工智能的数据挖掘、高效精准等优势为古建筑保护提供了新的思路,如何协同好“最小干预”和加固设计科学化已成为古建筑保护智能化的重要课题.为此,引入自适应惯性权重和非对称学习因子改进传统粒子群算法,进而优化BP(backpropagation)神经网络的初始权重和阈值,构建一种新型粒子群优化BP神经网络(improved particle swarm optimization-backpropagation,IPSO-BP)锚固力智能化预测模型.以碳纤维楠竹锚杆为例,综合原位和模型试验,考虑锚固长度、直径、倾斜角度、灌浆体强度、孔径和碳纤维缠绕间距等影响因素,建立锚固力样本数据.数据学习和预测结果表明,IPSO-BP模型具有更好的鲁棒性、效率和精度,与传统粒子群优化BP神经网络模型相比均方根误差与平均绝对误差分别下降了61.3%和31.9%.基于Spearman相关系数理论,进一步分析了锚固力对不同影响因素的灵敏性,结果表明,锚固长度是影响锚固力的关键因素,而钻孔体积将直接影响锚固施工时对土遗址的损伤程度.进而以锚固长度和孔径作为设计变量,通过单目标和多目标优化分析,获得了锚固力最大化和钻孔体积最小化的最优设计方案.研究成果可为土遗址加固保护的智能化发展提供技术支撑和理论参考. 展开更多

关键词 土遗址 锚固力 粒子群优化 BP 神经网络 预测模型

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基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究 被引量：9

7

作者 李东波 刘秦龙 +2 位作者 张鸿驰 雷蓬勃 赵冬 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1393-1402,共10页

与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法... 与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法,建立了羟基、羧基和环氧基等官能团随机分布的GO原子模型;通过单向拉伸模拟,分析了其断裂行为,结果表明,远离羟基和羧基的环氧基对断裂具有'诱导'作用,并从化学成键、体系能量和应力分布三个角度对其机理进行了阐释;此外,进一步研究了拉伸应力-应变曲线、极限强度、极限应变等力学性能与含氧官能团覆盖度间的关系,结果表明,极限强度、极限应变均随含氧官能团覆盖度的增大而呈减小趋势.分析认为,主要原因是官能团的出现对石墨烯面内的sp^2杂化形式造成了破坏,进而使得原子间键合能弱化,随着含氧官能团的覆盖度的增大,被弱化的键合能的数量和程度将越大,从而使得GO的极限强度、极限应变等越低.研究结果可为GO的基础研究和工程应用提供参考. 展开更多

关键词 分子动力学 氧化石墨烯 拉伸 断裂行为 力学性能

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表面效应对纳米开关结构线性弯曲行为的影响

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作者 杨帆 王旭阳 李诚波 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1350-1358,共9页

纳米开关结构是纳米机电系统中的重要控制元件,基于表面能的模型引入表面效应,分析了表面效应和分子间作用力同时对纳米开关结构线性弯曲行为的影响。对应变能与表面能进行变分,并通过最小势能原理,推导出纳米开关的控制方程以及边界条... 纳米开关结构是纳米机电系统中的重要控制元件,基于表面能的模型引入表面效应,分析了表面效应和分子间作用力同时对纳米开关结构线性弯曲行为的影响。对应变能与表面能进行变分,并通过最小势能原理,推导出纳米开关的控制方程以及边界条件,并运用同伦摄动法来求解该非线性微分方程。通过计算结果具体分析了不同边界条件下纳米开关在考虑表面效应和Casimir力作用下表面效应对纳米开关弯曲变形、吸合电压的影响。研究结果表明,表面效应会使得纳米开关结构的弯曲变形更小,从而使得吸合电压变大,表面效应对纳米开关的吸合稳定性具有显著的影响。这对认识和研究纳米开关的力学行为,以及纳米开关的设计与制备有着重要的理论意义与实际使用价值。 展开更多

关键词 表面效应 纳米开关 分子间作用力 弯曲变形

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2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂试验及表征

9

作者 师维刚 张超 +2 位作者 李玫 王晶 张程煜 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期45-50,共6页

二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC... 二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC_(f)/SiC的层间裂纹驱动的加载数据,得到了其裂纹端口张开力及张开位移变形曲线。在试验加载过程,通过光学显微镜监测了视觉裂纹扩展过程,探究了2D-SiC_(f)/SiC的层间I型裂纹扩展规律。结合理论分析和裂纹视觉特征解释了加载曲线拐点及其他特征点的断裂力学含义。利用扫描电子显微镜分析了2D-SiC_(f)/SiC的层间断面特征,揭示了断面分层裂纹扩展机制。结果表明:W-DCB方法测量的2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型初始能量释放率与DCB方法等效;2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型断裂过程中,裂纹端口变形曲线的多峰性不符合经典线弹性断裂力学预测的加载峰后特征,反映了2D-SiC_(f)/SiC层间约束关系的复杂性;层间断面为结构性非完全损伤,发生了局部纤维桥连现象。 展开更多

关键词 2D-SiC_(f)/SiC复合材料 层间Ⅰ型断裂 表征分析 纤维桥连

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含缺陷双层石墨烯的纳米压痕模拟研究 被引量：2

10

作者 华军 武霞霞 段志荣 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期917-925,共9页

石墨烯具有独特的力学、电学性能,被誉为是具有战略意义的新材料,具有广泛的应用前景.目前生产的石墨烯含有各种缺陷,相较于完美石墨烯,其仍有较大应用价值.因此有必要研究和掌握缺陷对石墨烯性能的影响,以便在目前的生产技术下,推动其... 石墨烯具有独特的力学、电学性能,被誉为是具有战略意义的新材料,具有广泛的应用前景.目前生产的石墨烯含有各种缺陷,相较于完美石墨烯,其仍有较大应用价值.因此有必要研究和掌握缺陷对石墨烯性能的影响,以便在目前的生产技术下,推动其工业化应用.采用Tersoff势来模拟C—C共价键的相互作用,Lernnard--Jones势来模拟非成键碳原子之间相互作用力,基于分子动力学模拟了金刚石压头压入含缺陷双层石墨烯的纳米压痕过程,讨论了Lernnard--Jones势函数的截断半径最佳值以及得到了典型的载荷-位移曲线.重点探讨了Stone--Thrower--Wales、空位(包括单空位和双空位缺陷)以及圆孔缺陷当位置不同和数目不同时对石墨烯力学性能的影响.得出结论:薄膜中心存在缺陷时,破坏强度下降幅度特别明显.空位缺陷在压头半径范围内存在时,临界载荷与缺陷与薄膜中心的距离成线性关系;缺陷数目越多,其杨氏模量、破坏强度等就越低.圆孔缺陷数目在压头范围外达到一定浓度后会使石墨烯的力学性质显著降低.本文结论也说明石墨烯结构稳定,对小缺陷不敏感,缺陷石墨烯仍具有较好的性能和使用价值. 展开更多

关键词 双层石墨烯 缺陷 纳米压痕 分子动力学 薄膜

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包含表面效应及Casimir力的纳米阵列弯曲变形分析 被引量：1

11

作者 杨帆 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第6期843-846,990,共5页

研究了包含表面效应及Casimir力的纳米阵列弯曲行为。通过表面能模型引入表面效应,基于Euler-Bernoulli梁模型,运用最小势能原理推导了控制纳米阵列弯曲变形的一组基本方程并进行了数值求解,主要计算分析了纳米梁根数N=7、N=20、N=50的... 研究了包含表面效应及Casimir力的纳米阵列弯曲行为。通过表面能模型引入表面效应,基于Euler-Bernoulli梁模型,运用最小势能原理推导了控制纳米阵列弯曲变形的一组基本方程并进行了数值求解,主要计算分析了纳米梁根数N=7、N=20、N=50的纳米阵列。结果表明:在表面效应和Casimir力作用下,纳米阵列的弯曲变形量较小,不足以使纳米阵列相互粘附;与阵列始末两端的纳米梁变形相比,纳米阵列中间部分纳米梁的变形可忽略不计。因此,对于包含数量较多纳米梁的纳米阵列,仅需要关注阵列始末两端的纳米梁变形即可。本研究结果对纳米阵列及以纳米阵列为元件的纳米器件的设计和使用具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 表面能 纳米阵列 CASIMIR力 弯曲变形

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超静定梁-柱的解析解研究 被引量：1

12

作者 李银山 丁千 +3 位作者 李子瑞 郭春霞 孙永涛 柳占立 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3068-3079,共12页

本文采用渐进积分法研究了超静定梁-柱的弯曲问题.首先建立超静定梁-柱的四阶挠度微分方程,考虑到边界条件和连续光滑条件,采用连续分段独立一体化积分法求解得到了挠度的精确解析解.为了满足工程设计需要,构造了超静定梁-柱的四阶挠度... 本文采用渐进积分法研究了超静定梁-柱的弯曲问题.首先建立超静定梁-柱的四阶挠度微分方程,考虑到边界条件和连续光滑条件,采用连续分段独立一体化积分法求解得到了挠度的精确解析解.为了满足工程设计需要,构造了超静定梁-柱的四阶挠度微分迭代方程,选取无轴向力作用时超静定梁的挠曲线作为梁的初函数,将初函数代入梁的四阶挠度微分迭代方程进行积分,利用边界条件和连续光滑条件确定积分常数,得到下一次迭代挠度函数,依次进行迭代积分运算.计算出了最大挠度、最大转角和最大弯矩等用轴向力放大系数表示的多项式解析函数解.本文选取了两种边界条件下受分布力作用的超静定梁-柱进行分析,计算结果表明,当超静定梁-柱所受的轴向力小于欧拉临界力的1/2时,迭代六次误差就可以控制在1%以内;不仅梁-柱最大位移和最大内力的大小随轴向力的增大而增大,而且其位置也随轴向力的增大而发生迁移.本文的研究对揭示轴向力对超静定梁-柱变形和内力的影响有重要意义,为超静定梁-柱的实际设计提供了一定的理论基础. 展开更多

关键词 渐进积分法 梁-柱 超静定 放大系数 一体化解法 位置迁移

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氧化石墨烯与粉煤灰增强水泥基材料的协同机理及其抗压性能尺寸效应 被引量：7

13

作者 李东波 张鸿驰 +2 位作者 刘春燕 赵冬 芦苇 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1869-1876,共8页

氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)对水泥基材料微观结构和力学性具有显著改善和增强作用,但同时会劣化其流动性。为此,考虑粉煤灰(FlyAsh,FA)对流动性改善作用,提出了FA和GO协同增强水泥基材料的优化策略,并阐释了其协同机理以及抗压性能... 氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)对水泥基材料微观结构和力学性具有显著改善和增强作用,但同时会劣化其流动性。为此,考虑粉煤灰(FlyAsh,FA)对流动性改善作用,提出了FA和GO协同增强水泥基材料的优化策略,并阐释了其协同机理以及抗压性能的尺寸效应。结果表明,FA和GO可改善水泥基材料的流动性并且增强其力学性能,表现出明显的协同优化效应。考虑FA的润滑效应、火山灰效应以及GO的促凝作用、纳米填充效应、桥联阻裂效应等,阐释了两者在分散性、水化进程、级配优化等方面的协同机理。结果表明:相比于单掺GO,复掺FA和GO时的抗压强度尺寸效应系数减小,表明协同效应使得复合材料更加匀质化,进一步验证了协同效应对分散性、级配效应等的优化;并从匀质性和环箍效应等方面阐释了尺寸效应机理。极差分析表明,尺寸效应系数对各影响因素灵敏性从大到小依次为GO、FA和水胶比。相关结果对该水泥基材料的理论研究和工程应用具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 氧化石墨烯 粉煤灰 水泥基材料 协同机理 力学性能 尺寸效应

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机械冲击对氧化锆陶瓷降温热冲击行为的影响 被引量：1

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作者 樊怡 寇海波 赵慧 《兵器装备工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第8期276-280,共5页

系统研究热冲击过程中存在的机械冲击对氧化锆陶瓷材料热冲击行为的影响,发现机械冲击造成了试件先后入水部分存在明显的裂纹密度差异,三点弯残余强度测试时试件的断裂位置位于其中部偏后,而非广泛认为的弯矩最大的中部。当水温较高时,... 系统研究热冲击过程中存在的机械冲击对氧化锆陶瓷材料热冲击行为的影响,发现机械冲击造成了试件先后入水部分存在明显的裂纹密度差异,三点弯残余强度测试时试件的断裂位置位于其中部偏后,而非广泛认为的弯矩最大的中部。当水温较高时,剧烈的汽化吸热作用对陶瓷试件造成了剧烈的热冲击,不仅改变了试件的表面裂纹形态,而且降低了材料的残余强度。分析了广泛使用的降温热冲击-三点弯残余强度测试实验方法存在的问题,指出了机械冲击对陶瓷材料抗热冲击性能的表征及评价存在的影响。 展开更多

关键词 机械冲击 陶瓷材料 热冲击行为 汽化吸热 表征方法

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