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[硕士论文] 王俊
建筑与土木工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:平板作为一种常用的结构,在航空航天、机械以及土木工程等领域中有着广泛的使用。若平板中存在孔洞、夹塞物或裂纹等不连续处,在平板中传播的弹性波就会发生复杂的散射现象,在散射体附近的局部区域会出现动应力集中现象,这直接影响到平板结构的承载能力和使用寿命。因此,平板内弹性波的散射与动应力集中问题一直都是国内外专家学者的研究重点。
  人们采用各种方法对弹性波的散射与动应力集中问题进行了研究。通过文献调查发现:对平板中弹性波的散射和动应力集中问题的研究主要集中在开圆孔,基于各种工程假设的薄板和中厚板,这在实际工程应用中存在较大的局限性。为了能够更好地呈现弹性波传播与散射现象,精确地确定平板结构的强度和动力学响应,延长其使用寿命。本文基于平板弯曲振动精确化方程,对含双圆孔与含弹性夹塞物平板弹性波的散射与动应力集中问题进行了研究。
  本文基于平板弯曲振动精确化动力学方程,采用波函数展开法、“分区、契合”的思想及局部坐标系的方法,分别对含双圆孔与含弹性夹塞物平板结构中弹性波的散射与动应力集中问题进行了研究,给出此类问题的解析解。同时给出了结构各区域弹性波波场的表达式,根据位移与应力在界面处应满足的条件,利用正交函数展开法将待解的边值问题转化为对无穷代数方程组的求解,然后采取级数截断的方法将其转化为对有限个代数方程组的计算,最终确定弹性波的模式系数,推导出动弯矩集中系数的一般表达式,并给出数值算例。本文主要工作如下:
  1.基于平板弯曲振动精确化动力学方程,采用波函数展开法和局部坐标系的方法,对含双圆孔平板内弹性波散射与动应力集中问题进行了研究,给出了问题的解析解。通过数值算例,分别给出含单个圆孔和含双圆孔板的动弯矩集中系数的分布情况,并研究了弹性波波数、板厚和孔间距等参数对动弯矩集中系数的影响。
  2.基于平板弯曲振动精确化动力学方程,采用波函数展开法和“分区、契合”的思想,研究了含弹性夹塞物平板内弹性波散射与动应力集中问题,得到问题的解析解。通过数值算例,给出了弹性夹塞物边缘处动弯矩集中系数的分布情况,并研究了不同夹塞材料、板厚、弹性波入射波数和频率等参数对动弯矩集中系数的影响。
[硕士论文] 陈泽芸
机械工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:元胞自动机是一种时间、空间都离散的动力系统,作为一种数值计算工具已经被广泛应用许多领域。本研究基于元胞自动机思想提出一种用于求解二维弹性力学问题的无网格方法。并将该无网格方法与有限元法进行耦合,形成一种新的耦合算法,用于计算二维固体模型的位移与应力。
  该耦合算法将二维弹性域分成两个子区域,靠近边界的为有限元子区域,其余的为元胞自动机子区域。有限元子区域用有限元法进行网格划分,元胞自动机子区域用一系列随机的元胞结点进行离散。在元胞自动机子区域内,每个元胞结点都有一个正六边形的影响域,影响域内包含若干个结点,从中选择6个结点作为中心结点的邻居。元胞的正六边形影响域可以分成6个正三角形,用有限元三角形插值可以建立邻居结点与影响域顶点、中心结点间的位移关系。通过三角形的刚度系数矩阵可以建立影响域顶点和中心结点间的关系,利用系数矩阵的转置消去影响域顶点的位移,则得到元胞自动机区域内任一结点与其邻居结点间位移的关系。在靠近边界的有限元子区域,任一结点与其相关结点间的关系直接通过有限元法中的总体刚度矩阵建立。两个子区域都在元胞自动机的框架下求解,将结点位移求解式定义为元胞自动机的局部演化规则,利用元胞自动机的动态演化进行求解。用这种方法可以将有限元子区域和元胞自动机子区域无缝连接,实现算法的自然耦合,对二维弹性力学模型,通过元胞自动机的动态演化求得结点的位移后,结点的应力可以利用传统有限元方法得到。
  元胞自动机的演化求解可以从任意位置以任意顺序进行,这使得该耦合算法在并行计算方面有很大优势。本文中也提出了一种简单的并行计算方法。算例证明了该耦合算法的正确性。
[硕士论文] 王远保
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:超细颗粒因粒径小、比表面积大,具有一系列优异的物理和化学性质,被广泛应用于各个领域。流态化技术能有效地对固体颗粒进行混合、输送及改性,在颗粒规模化处理方面具有独特优势。将流态化应用于超细颗粒处理的报道越来越多。超细颗粒由于粒径很小,原生颗粒之间存在着很强的粘性作用力,导致其流态化过程与常规颗粒不同。本文针对SiO2、Al2O3和TiO2三种超细颗粒,在不同原生粒径和不同静床高度条件下的流化特性进行了研究,并通过引入振动场研究超细颗粒的振动流化行为,同时根据颗粒聚团在流化时所受结合力和分离力,建立了基于动态力平衡的聚团尺寸分布模型。
  通过传统流化实验研究发现,SiO2超细颗粒的流化随着表观气速升高,分为比例段、屈服段、鼓泡流化段、湍动流化段和飞溅段五个阶段,稳定流化时表现为类似散式流化的状态,与之相比,Al2O3和TiO2稳定流化时表现为鼓泡流化状态。原生粒径从30nm增大到45μm时发现,随着原生粒径的增大,颗粒流化能力先减弱后增强,原生粒径5μm超细颗粒的流化能力最弱。浅床层超细颗粒的上行流化气速明显比深床层的低,且稳定时的床层膨胀比略高,但两者的下行流化气速几乎一致。本文还通过“正-反-正”流化实验证明了初始床层结构和内聚力是导致流化滞后现象的原因。
  在振动流化实验中发现,通过引入振动能,在较低气速下即出现床层突然膨胀、剧烈流化的现象;同时振动能的引入,减弱了超细颗粒流化滞后现象。恒定振频下振幅越大超细颗粒流化效果越好;恒定振幅下,振频的增大对超细颗粒流化行为的影响具有两面性,较低振频下随振频的增加流化效果变好,当超过一临界值时,继续增大振频超细颗粒的流化效果反而变差。振动能的引入对纳米、亚微米级超细颗粒起到改善流化作用,然而对原生粒径较大的超细颗粒流化几乎没有影响;亚微米级超细颗粒的临界振频小于纳米级颗粒。
  基于颗粒聚团流化时的受力平衡,建立了聚团破碎-聚合动态模型,用以预测超细颗粒流化床内聚团尺寸分布,并与文献中的数据进行对比,大部分误差在20%以内。应用模型对SiO2、Al2O3和TiO2三种超细颗粒在不同原生粒径和不同静床高度下聚团尺寸进行了预测。结果表明:聚团平均尺寸随着原生粒径先增大后减小,原生粒径5μm时形成的聚团平均尺寸最大;随着静床高度的增大,聚团平均尺寸略微增大。
[博士论文] 马永斌
结构工程 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:经典傅里叶热传导理论中描述,热的传播速度是无限大的,热流矢量与温度梯度成正比。如果热作用时间较长,呈现稳态传热状态,采用经典热传导定律描述,结果是足够精确的。如果传热条件比较极端,热的传播会呈现出非傅里叶现象,于是各种非傅里叶导热模型应运而生,如C-V波模型、单相滞后双曲热传导模型、双曲两步模型、双相滞后模型、三相滞后热传导模型及热-质模型等。非傅里叶热传导理论的发展过程中,学者们发现热波的存在,即热以有限速度进行传播,于是出现各种广义热弹耦合理论。考虑空间宏观、时间微尺度情况,广义热弹耦合理论包括:Lord和Shulman理论(含一个热松弛时间)、Green和Lindsay理论(含两个热松弛时间)及Green和Naghdi理论(能量不耗散)等。对于许多的材料模型(如粘弹性材料、多孔材料、生物材料、有机材料及聚合物等)和物理过程(如异常传导、反常扩散等),由于具有记忆依赖的特点,其热弹行为已经难以用传统的热弹理论有效描述。于是分数阶微积分算子被逐渐引入热传导方程,建立了分数阶广义热弹耦合理论。
  本文着眼于热弹性力学、分数阶微积分的学科交叉,基于分数阶广义热弹耦合理论,对空间宏观、时间微尺度的压电热弹多场耦合问题,含有球腔无限大体的热冲击动态响应问题及半空间无限大弹性体的二维电磁热弹问题进行研究。根据所研究问题的维数,结合弹性介质的具体形状、受力情况、初始条件及约束情况等,建立上述问题的分数阶广义热弹多场耦合力学模型,寻求有效解析计算方法,进而获得所涉及物理量的分布规律。得到如下主要结论:
  (1)对于空间宏观、时间微尺度的压电热弹多场耦合问题,考虑材料属性不变、材料属性随坐标梯度变化及材料属性随温度连续变化三种情况进行研究,借助于拉普拉斯变换及其反变换技术,得到热源移动时温度、位移、应力及电势的动态响应。从分析结果可以看出:分数阶参数、热源速度会对所涉及物理量产生重要影响。同时,随坐标梯度变化及随温度连续变化的材料参数也会影响所涉及物理量的分布规律。
  材料属性不变情况下,当分数阶参数确定时,位移峰值绝对值、电势及温度峰值、应力绝对值随着热源速度的增加而降低;当热源保持一定速度时,位移峰值绝对值、电势及温度峰值、应力绝对值随着分数阶参数的增加而增加。
  材料属性随坐标梯度变化情况下,随着分数阶参数的增大,位移、应力、温度及电势等的峰值绝对值相应增大,热波速和应力波速相应减小;随着坐标梯度材料属性随温度连续变化情况下,分数阶参数及热源速度不变时,温度峰值、位移峰值绝对值及应力绝对值均随温度连续变化的材料参数的增加而增加;随着分数阶参数的增大,热波速和应力波速相应减小。
  (2)对于含有球腔无限大体的热冲击动态响应问题,由于热冲击的作用,含有球腔的无限大体产生热变形,进而产生位移和应力,体现了热弹性耦合效应。随着时间延长,热弹耦合效应由球腔处向无限体内逐渐延伸;分数阶参数对各物理量的分布规律有显著影响,随着分数阶参数的增大,温度、位移、径向应力及环向应力的波动周期会随之减小。
  (3)对于半空间无限大弹性体的二维电磁热弹动态响应问题,运用正则模态法,得到热冲击载荷作用下温度、位移、应力的动态响应。从分析结果可以看出:分数阶参数对所涉及的物理量有重要影响,随着分数阶参数的增加,热波波速会随之降低;对于二维问题,无量纲位移、温度、应力等的变化趋势不仅与时间变量有关,还与空间变量有关。
[硕士论文] 乔文元
动力工程及工程热物理 中北大学 2017(学位年度)
摘要:连杆衬套是曲柄连杆机构中一个小的零件,但它的使用有效地缓解了连杆小头端的应力集中现象,很大程度的减小连杆小头的磨损,从而提升了连杆的使用寿命。连杆衬套是采用过盈联结的方式装配到小头孔内,与活塞销之间存在一定的间隙。而且在发动机工作的过程中,连杆衬套受到活塞传递来缸内气体压力、自身的惯性力以及其它因素的影响。在这样复杂的工作环境下,同时又要保证工作时能够有效发挥其作用,因此有必要对连杆衬套的过盈联结下的接触进行详细的分析,为进一步连杆组结构强度的分析提供参考。
  主要是以某型号发动机的连杆衬套为研究对象,具体分析了发动机工作过程中曲柄连杆机构的受力情况,得出了连杆在最大气体作用力和往复惯性力下的受力,再通过计算得到连杆衬套在最大压缩工况下的受力,结合弹性力学所介绍的组合厚壁圆筒的理论,算出了连杆衬套在过盈装配时所需的结合压力和装配时的过盈量范围。
  然后采用Workbench对连杆衬套设置过盈接触来仿真模拟。通过比较在装配工况下不同过盈量时连杆衬套接触压力的计算结果与仿真结果,验证了仿真模型的可靠性,同时对该型号的连杆衬套的过盈量进行了初步判断。接着应用建立的接触模型,对连杆组在最大压缩工况下,不同过盈量下的应力分布和接触情况进行了分析。最后,以过盈量最小时产生的接触压力满足传递的扭矩的要求,最大时不会造成连杆衬套的屈服,同时以不影响连杆衬套整体的应力分布为依据,对该发动机的连杆衬套装配的过盈量的取值范围给出了限定。为下一步连杆衬套润滑、微动和优化的研究奠定了基础。
[硕士论文] 李彩凤
运筹学与控制论 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:在可靠性理论中,贮备系统和串联系统是其重要的研究对象,被广泛的应用到人们的生产生活中.但以往的研究大多考虑的是部件发生故障是由自身寿命引起的内部故障,这显然是不切实际的,在实际操作中,系统会经常受到来自外界的干扰.由此,Poisson冲击下的可修系统就成为了可靠性理论研究的重要内容.本文针对这一课题,考虑了Poisson冲击对部件的影响,分别讨论了n部件组成的温贮备系统和带一个冷贮备的两部件串联系统的可靠性.
  模型一:针对由n个同型部件和k个维修工构成的温贮备系统,考虑了系统不断受到外部冲击,冲击流的到达是遵从参数为?的Poisson过程,部件失效是由自身寿命及外部冲击引起的,部件的工作时间、贮备时间和修理时间都服从不同参数的指数分布,通过运用Markov理论和Laplace变换方法得到了稳态可用度、首次故障前平均时间等一系列可靠性指标,并给出一个例子验证了研究结果的可行性.
  模型二:对在Poisson冲击下由三个不同部件,两部件串联,一部件作冷贮备的可修系统进行了可靠性分析.假设部件的工作和修理时间服从指数分布,冲击只对工作部件产生影响,工作部件失效是由自身寿命及外部冲击引起的,运用Markov理论和Laplace变换方法得到了可靠性指标.
[硕士论文] 陈东宝
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:柴油机连杆衬套在工作过程中主要受到两个力交替作用:气缸的爆发压力和连杆的惯性力,工作条件非常恶劣,且维修成本高,因此对连杆衬套的工作性能要求非常之高。经过强力旋压工艺加工的连杆衬套具有综合性能好、疲劳强度高、承载能力大等优点,因此,强力旋压工艺也被视为是柴油机连杆衬套的理想的加工工艺。但是,在强力旋压工艺进行连杆衬套的加工过程中,由于不同工艺参数、金属堆积、金属流动不均匀等各种可控以及不可控因素,导致加工后连杆衬套表面会产生残余应力。残余应力的存在则导致连杆衬套的尺寸精度、形状误差、疲劳强度、静强度、硬度等性能发生改变,进而影响到柴油机的使用寿命,因此,研究强力旋压加工后残余应力的分布规律、强力旋压工艺参数对残余应力的影响规律以及减小残余应力,对提高连杆衬套的使用寿命指导实际生产有着重要意义。本文以锡青铜(QSn7-0.2)为原材料,以强力旋压连杆衬套为研究对象,基于弹塑性有限元,对强力旋压加工过程以及加工后的连杆衬套表面残余应力进行有限元仿真。主要研究内容:
  (1)基于金属弹塑性有限元,采用ABAQUS有限元仿真软件,建立了三旋轮错距旋压的仿真模型,并进行了有限元仿真;
  (2)对连杆衬套的成形过程进行了分析,并对仿真成形过程中的轴向、周向、径向残余应力的形成过程进行了研究;
  (3)通过设计仿真方案并进行强力旋压成形过程的仿真,得到多组数据,基于此数据,分析了强力旋压工艺参数对残余应力的影响规律
  (4)通过设计正交试验,分析了强力旋压加工工艺参数对残余应力的影响顺序,并验证了仿真的可靠性。
  研究结果表明,减薄率、进给比以及主轴转度等工艺参数对连杆衬套表面残余应力有着重要影响,其中减薄率影响最为明显,通过ABAQUS可进行连杆衬套的成形过程仿真,可在实际生产中降低试验成本、节省时间。
[硕士论文] 杨辉
机械工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:多孔结构是一种由大量孔洞构成的三维网状结构,论文研究非均质多孔结构的建模方法,并使用有限元法分析孔洞单元的力学性能。基于插值思想,将不同类型的三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)进行融合,通过分析TPMS的拓扑连通规律,运用distance融合的思想,设计保持TPMS拓扑的人工单元,并结合形函数理论,实现人工单元的装配。本文的主要工作如下:
  (1)设计多孔结构的最小单元。首先分析TPMS作为孔洞结构的可行性与优越性,在MATLAB中实现TPMS的建模及可视化,在此基础上,研究隐函数中的参数与TPMS形态之间的关系,并使用中心线法和单元减小法分析TPMS的拓扑连通规律。
  (2)研究TPMS的融合方法。首先提出线性插值法融合两种TPMS,对于过渡不理想的插值结果,运用Sigmoid函数进行优化,然后提出影响球分区法融合多种TPMS,通过手工设定影响球的中心和半径控制融合效果,最后提出Voronoi Diagran分区法融合多种TPMS,通过种子点的坐标和中面的偏置距离控制融合效果。
  (3)研究distance的融合方法。首先根据TPMS的拓扑连通规律设计人工单元,然后利用六面体网格的剖分结果,实现人工单元的装配,之后通过加密模板对六面体网格进行加密,从而设计单元密度可控的多孔结构,最后使用Delaunay算法得到离散的四面体网格,并结合形函数理论设计具有一定随机性的多孔结构。
  (4)分析单元的力学性能。使用有效杨氏模量作为力学性能的评价指标,首先研究有效杨氏模量与单元阵列的关系,随着阵列数目的增加,有效杨氏模量趋于稳定,然后分析有效杨氏模量与空隙率的关系,随着空隙率的增加,有效杨氏模量逐渐减小。
[硕士论文] 王鹏
力学 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:薄壁圆管作为一种比较常见的能量吸收构件,具有自身结构稳定,在轴向载荷下发生褶皱屈曲变形,屈曲压实过程能量吸收可控的优点,因此被广泛的应用于车辆安全、施工工程等与碰撞安全密切相关的领域。
  对轴向载荷下薄壁圆管的屈曲变形行为的研究从上个世纪60年代开始陆续出现,但这些文献大多针对均匀壁厚的薄壁圆管的褶皱变形形态开展实验及理论分析研究,而对梯度圆管在动态载荷下的动力响应行为却鲜有报道。近年来关于泡沫材料轴向冲击过程中的冲击波模型研究的大量涌现,为轴向冲击载荷下薄壁圆管动力响应的研究模型的建立提供了新的思路。本文通过对动态载荷下均匀壁厚圆管屈曲变形的研究分析,将冲击波模型应用于圆管在轴向冲击下的变形过程,分析了薄壁圆管轴向冲击下的动力响应特征及吸能缓冲特性。将理论模型与有限元模拟结果对比发现直接使用薄壁圆管初始壁厚并不能很好地预测结构变形过程中配重块的速度变化规律,将模型中使用的圆管壁厚修正为其在屈曲变形过程中实际压实的壁厚,得到修正后的理论模型计算结果与有限元模拟结果吻合较好,证明了修正后的理论模型能够较好地预测轴向动态载荷下薄壁圆管的动力响应。在均匀壁厚圆管的冲击波模型的基础上,本文提出了外径不变,壁厚随圆管轴向变化的梯度圆管。当梯度圆管薄壁侧为冲击端时,冲击过程中的屈曲褶皱会从冲击端产生;而当梯度圆管厚壁侧为冲击端时,圆管两侧都会产生屈曲变形,本文对这两种工况下分别进行理论推导和有限元模拟,并分析了无量纲参数(质量比、厚径比、梯度参数)对结构吸能特性的影响。可以得到的结论包括:使用冲击波模型可以较好地预测轴向冲击载荷下均匀和梯度薄壁圆管的缓冲吸能过程;梯度圆管的缓冲吸能特性优于均匀圆管,且圆管壁厚差越大,缓冲吸能性能越好。
[硕士论文] 王在
力学 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文通过实验、数值模拟及理论相结合的方法研究了SiCp/AZ91D在静动态加载条件下的力学响应,利用万能材料试验机及分离式霍普金森杆(SHPB)等测试手段进行实验研究,并且基于现有材料本构模型结合实验结果给出了具体的材料参数,详细分析了SiCp/AZ91D在不同加载条件下的屈服行为及硬化行为,对其加载速率的敏感性进行了定量的描述,在此基础上构建出描述SiCp/AZ91D力学行为的一维本构公式。
  本文在AZ91D中加入体积分数10%的5μm SiCp颗粒作为改性剂,通过万能材料试验机及分离式霍普金森压杆(SHPB)测试了其在静动态加载条件下的力学性能,分析测试结果,给出了描述复合材料动态力学力学性能的本构关系。结果表明经过二次热变性处理的AZ91D镁基合金复合材料在本文所研究的应变率范围内均表现出应变硬化行为,且其硬化行为具有明显的率相关性,采用指数函数能较好地描述加载速率对屈服应力的影响,通过分析AZ91D镁基合金的硬化参数的率相关性构建出能有效预测其力学行为的一维本构方程。
  将SCS引入到SiCp/AZ91D静动态力学测试中去,通过三种不同双线性本构模型的SCS的静动态压缩的数值模拟研究了SCS压缩加载时的表观载荷和位移与对应的Mises等效应力和应变的关系。研究表明:对于确定形状与尺寸的SCS的表观载荷和位移与Mises等效应力和应变之间存在一定的关系,可以通过合理的数据处理获得,但是两者之间的关系的是受到材料属性和加载速率的耦合作用的,为此通过采用三种不同双线性本构模型的数值模拟可以给出忽略材料属性影响的SCS表观载荷和位移与Mises等效应力和应变之间的数值关系;而分别进行静动态的SCS的研究可以得到描述SCS表观载荷和位移与Mises等效应力和应变之间的统一数值关系;基于此,研究了SiCp/AZ91D在高应变率下的大应变力学行为,结合J-C模型确定其材料参数,给出了描述SiCp/AZ91D高应变率下大应变行为的本构公式。
[硕士论文] 周帅
机械电子工程 汕头大学 2017(学位年度)
摘要:能源问题是全球性的问题,世界各国越来越多的关注新能源的开发。风资源由于其资源分布广泛,清洁无污染等优点,被大力开发。目前风力发电技术主要研究为以下两个方面:一是提高风力发电设备的使用寿命;而是提高风力发电的发电质量。频率是电能质量的重要指标,本文主要的研究重点为双馈风力发电机的惯性控制,以及风力机塔架侧向载荷振动分析,主要内容包括以下几点:
  首先,从空气动力学入手,介绍了双馈风力发电机的基本理论知识以及其数学模型,双馈风力发电机并网的矢量控制以及传统机侧和网侧变流器的控制策略,为后续工作做好理论铺垫。
  其次,对双馈风力发电机惯性控制响应过程进行了详细的分析。针对风轮释放动能提供有功补偿时,风机输出功率增加量与可持续时间,以及风轮转速最小值进行了探讨;在风轮转速恢复过程中,以发电量损失最小为目标,确定了不同工况下,风力机输出功率减少量取值的问题。
  再次,阐述了风机侧向气动载荷的计算,推导出风机侧向载荷,考虑风机侧向振动环节,推导出塔架侧向受力,通过 Bladed仿真与计算结果进行了对比。建立了塔架与传动轴扭转动力学方程,对风机运行过程中塔架载荷进行了相关分析,并通过仿真进行了对比。
  最后,概括总结了全文所做的研究工作和意义,指出了研究过程中存在的不足,并提出了下一步的研究工作展望。
[博士论文] 崔希望
控制科学与工程;控制理论与控制工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:随着全球变暖的加剧,CO2的过度排放引起了各国政府的重视。碳捕获与封存(CCS)技术既能够大规模减少CO2排放量,又不影响化石燃料的使用,对我国中长期应对气候变化、推进低碳发展具有重要意义。CO2运输是CCS技术中连接捕获与封存的纽带,工业规模的CO2泄漏事故如果得不到及时有效的处理,将会造成重大的经济损失,并且严重危害生态环境和人类健康,因此,在实施CCS项目过程中,准确可靠的泄漏检测技术是不可或缺的。目前,CCS尚在发展当中,还没有成熟完善的泄漏检测和定位方法,只能借鉴石油、天然气和自来水的相关泄漏检测经验,但是存在的技术难点很多,亟待研究解决。第一,石油、天然气和自来水的泄漏检测本身还有许多难点尚未解决,泄漏爆炸新闻时有报道;第二,CO2性质特殊,极易发生相态变化,运输过程中可能会出现气、液、超临界等多种相态,与石油、自来水、天然气的物理特性差别很大;第三,目前的泄漏检测研究主要针对固定式的运输管道,但是对移动式的存储设备的泄漏检测研究较少;第四,CO2运输和存储设备结构复杂、带有保温层、埋在地下或海底,既需要快速准确的泄漏检测和定位方法,又需要尽可能少破坏或不破坏地表封土和保温层,因此,CO2运输和存储设备的泄漏检测与定位研究非常具有挑战性。为了满足CO2运输环节的安全性,亟待研究一种能有效适用于CO2运输和存储设备的泄漏检测与定位方法。
  论文比较了现有泄漏检测方法的优缺点和适用条件,并结合CO2运输设备的特点,开展了基于声发射技术的CO2泄漏检测和定位研究;针对CO2泄漏检测难点,通过理论分析、数值仿真、实验验证等途径深入研究泄漏声发射信号的声源特征、传播机理、传感器阵列布局、信号的滤波、分解、特征提取以及泄漏源定位等关键技术,实现了准确的CO2运输和存储设备的泄漏定位,尤其是实现了多泄漏源的定位,填补了国内对CO2运输环节的泄漏检测空白,为CO2运输环节的安全监测提供了保障。具体研究内容包括:
  (1)泄漏声发射源机制和信号特征分析
  通过理论分析与实验验证相结合的方法,研究泄漏源的声发射机制,设计了CO2泄漏检测实验装置,模拟并分析了不同形状、尺寸泄漏源以及多泄漏源产生的声发射信号特征。
  (2)泄漏信号去噪和多尺度分解
  针对泄漏声发射信号易受噪声干扰、传播过程中发生频散畸变等问题,研究了泄漏信号去噪、多尺度分解和特征提取等关键问题。针对不同CO2运输设备的形状特征和声波衰减规律,分别采用了基于经验模态分解(EMD)、改进型经验模态分解(EEMD)以及小波包分解的算法,对采集的含有噪声的泄漏信号进行多尺度分解,提取包含泄漏特征的特定模态信号进行波形重构,减小了模态混叠对泄漏源定位的影响。
  (3)CO2运输管道泄漏定位研究
  根据管道的几何形状,将泄漏源定位模型进行一维简化,并分析泄漏信号沿管道壁面的传播模式和衰减特性,确定了用于管道泄漏定位的传感器选型依据,并在此基础上研究了可行的定位算法、需要的传感器数量等问题,提出了基于相关系数融合的TDOA定位算法和无需声速的改进型定位算法,达到了提高泄漏源定位精度的目的。
  (4) CO2存储设备泄漏定位研究
  针对CO2存储设备的壳体特征,将泄漏源定位模型进行二维简化,分别提出了基于近场模型和远场模型的波束形成定位方法以及基于双曲线的定位方法,仿真分析了阵列形状、传感器间距和数量对定位算法性能的影响,得到了最优化的参数配置,并且对提出的定位方法进行了实验验证和结果比较。
  (5)多泄漏源的识别和定位研究
  目前的泄漏检测和定位研究主要针对检测区域内只存在单一泄漏源的情况,多泄漏源同时存在的情况是目前泄漏检测研究领域的难点和盲点,已有的单一泄漏源检测和定位方法在解决多泄漏源的问题时,由于模型错误导致检测准确率降低或者直接无法工作。论文提出了一种基于MUSIC算法和多传感器阵列信号处理的方法,实现了多泄漏源的定位,并且通过仿真和实验验证了该方法的检测性能。
[硕士论文] 彦孙荣
力学 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:作为新兴金属材料,镁合金越来越受到人们的重视。一系列具有优良性能的镁合金被研究者们开发出来,并投入到实际应用中。如今镁合金已广泛应用于汽车、航空航天、3C电子产品和医疗等领域。人们对镁合金的需求量也逐年递增,镁合金巨大的应用潜力正被不断挖掘出来。
  作为最轻的金属结构材料,镁合金的服役环境往往比较复杂。为了更加科学合理的应用镁合金,充分发挥镁合金的优势,需要对镁合金进行更加深入的研究。作为重要力学性能指标之一,材料的屈服强度一直是人们关心的对象。大量研究表明,韧性金属材料大都符合Mises屈服准则。镁合金由于其特殊的密排六方晶格结构,常温下可启动滑移系较少,塑性变形机理十分复杂,适用哪种屈服准则还无定论。基于此,本文开展的主要工作为:(1)AZ91镁合金初始屈服行为的实验研究;(2)采用现有屈服准则理论屈服面与实验初始屈服面对比,确定AZ91镁合金符合的屈服准则;(3)AZ91镁合金屈服后加载面函数的推导及验证。
  采用压剪试件(SCS)法进行压剪复合加载实验,得到AZ91镁合金在复杂加载状态下的力学响应。同时进行了单轴拉伸、单轴压缩和“帽型”剪切试验,对AZ91初始屈服面进行实验测量。考虑到应变率对材料力学行为的影响,所有的实验都设计了三种加载速度,分别为4.8mm/s,48mm/s,480mm/s。通过对实验应力应变曲线的观察可以发现,AZ91镁合金具有明显的应变率敏感性。在弹性阶段,随着应变率的增大,弹性模量变小,屈服强度下降;在塑性阶段,随着应变率的增大,材料应变硬化率提高。
  整理不同加载条件下的实验数据,得到AZ91镁合金实验初始屈服轨迹。将其与现有屈服准则理论初始屈服面对比,发现椭圆屈服准则理论屈服面和实验屈服轨迹拟合的较好,可以采用椭圆屈服准则来判断AZ91镁合金是否屈服。在确定了AZ91镁合金初始屈服面的函数表达式后,基于等向强化假设,引入多项式函数拟合拉伸、压缩、剪切变形的塑性应力应变曲线,推导出AZ91镁合金的后继加载面演化函数,并用实验数据检验其可靠性。在此基础上,考虑应变率对材料力学响应的影响,提出了应变率相关的后继加载面演化函数,并验证其可靠性。从而本文基于实验和理论推导,建立了常温下AZ91镁合金率相关的后继加载面的演化函数,可对材料在复杂加载方式下的力学行为进行预测,为AZ91镁合金的应用设计提供了一定的理论支持。
[硕士论文] 谭捷
结构工程 汕头大学 2017(学位年度)
摘要:本文研究二维非均质界面的拉伸破裂演化过程及其统计规律。基于细观力学和有限单元法的基本思想,提出了一个新的用于模拟非均质界面破坏的数值模型——界面微元模型。用随机均匀分布描述界面细观尺度上的非均质性,基于弹性力学基本解,通过界面微元的本构关系和界面上的应力、位移耦合关系建立了以界面单元应力为未知量的演化控制方程。利用Matlab软件编写了二维非均质界面的断裂演化过程程序。模拟了受集中力作用、含孔洞和具有时间流变行为界面的非均匀断裂演化过程,得到了相应的非均匀断裂演化规律。
  结果表明,非均质界面拉伸破裂演化过程中总的趋势是开始时先发生一系列小规模破裂,然后裂纹稳态扩展,最终加载到某个临界值时发生失稳破裂。破裂过程中伴随的声发射和能量释放现象符合幂次的G-R规律,且声发射幂次拟合的斜率?值落在[0.60,1.45]区间,能量释放幂次拟合的斜率b值落在[0.60,1.50]区间。受集中力作用或含孔洞时界面的均质度越低、均值越小、界面层越厚和界面两侧材料的弹性模量越大时,发生中大规模破裂的次数就越多,?值和b值越小,反之则越大。具有时间流变行为界面的的非均匀断裂演化过程中,界面的均质度越低、长短期强度比越大和加载水平越高时,发生中大规模破裂的次数越多,?值和b值越小,反之则越大。
[硕士论文] 谭育新
土木工程 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:热弹性问题是科学和工程领域中的重要问题。数值求解凭借其适用性强、效率高、成本低等优势成为研究此类问题的主要工具之一。近年来,数值流形方法(Numerical Manifold Method,简称NMM,又称流形元法)因其特有的两套覆盖系统而备受关注。与常用的三角形和四边形单元相比,多边形单元具有网格划分更灵活、不易发生体积自锁等优势。本文发展了用于分析二维均质材料热弹性问题的多边形NMM,并结合典型算例对方法的可行性与精度进行了验证,完成的主要工作与相关成果如下:
  (1)对热弹性问题、NMM以及多边形单元的国内外研究现状进行了简要的综述。
  (2)给出NMM的基本概念和近似函数,简述了多边形单元的常用权(形)函数形式,对NMM与其他常用数值方法进行了比较。
  (3)发展了用于分析均质材料二维稳态热传导问题的多边形 NMM。列出了相应的控制方程和边界条件,给出了多边形 NMM温度场近似函数,基于变分原理导出了多边形 NMM离散方程,探讨了积分策略,采用 C++语言编制了仿真程序,通过对典型算例的分析验证了方法的可行性和精度。
  (4)发展了用于分析均质材料二维热弹性问题的多边形 NMM。列出了相应的控制方程和边界条件,给出了多边形 NMM位移场近似函数,基于变分原理导出了多边形 NMM离散方程,采用 C++语言编制了仿真程序,通过对典型算例的模拟验证了方法的可行性和精度。
[硕士论文] 侯成
力学 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:混凝土是一种主要起强度作用的多相复合材料,其用途之广,用量之大,在国民生活中发挥着不可替代的作用。尽管混凝土材料应用广泛,但我们对其的认识仍有不足,如含裂纹的混凝土地基、高楼建筑、桥梁、大坝、军用防护设施等的使用评估;可能遭受诸如强昼夜温差、强压、强风、撞击、爆炸、地震等载荷作用的混凝土建筑结构的评估。因此,研究混凝土的断裂失效对于工程的建设与维护具有非常重要的意义。
  应力强度因子(SIF)和T应力是断裂力学中的重要参量。本文详细介绍了如何利用权函数法、超确定有限元法和相互作用积分法来求解含裂纹构件的SIF与T应力。并着重描述了基于扩展有限元法(XFEM)的相互作用积分法,该方法更具一般性且计算精度非常高,可用于求解均质材料、功能梯度材料以及含夹杂界面的非均质材料在复杂工况的下裂纹尖端的SIF和T应力。此外,本文详细介绍了Ayatollahi等人修正的最大切向应力准则(MMTS准则),其中MMTS准则是既考虑了裂纹尖端应力场中的奇异应力项(即SIF),又考虑了非奇异应力项(即Williams级数中的T应力、A3和B3项)的最大切向应力准则。
  利用MTS、GMTS和MMTS三种准则对四种不同类型试件(砂浆试件,小颗粒骨料混凝土试件,大颗粒骨料低强度混凝土试件,大颗粒骨料高强度混凝土试件)、不同形式裂纹(纯I型,纯II型以及I-II复合型)的混凝土中心裂纹的巴西圆盘(CCBD)试件的裂纹起裂角和断裂阻力进行了实验和理论研究。并对MTS、GMTS和MMTS准则预测混凝土CCBD试件断裂行为进行了比较分析。研究结果表明,与传统MTS、GMTS准则相比, MMTS准则能够更好地预测混凝土CCBD试件裂纹起裂角和起裂韧性,特别是针对II型载荷占主导地位的情况。
  采用权函数法和相互作用积分法研究了围压对CCBD试件的裂纹尖端SIF和T应力的影响。结果显示,权函数法和相互作用积分法的精度都是非常的高,两者误差很小。围压对T应力和I型的SIF有重要影响,但对II型SIF无影响,大的围压将使裂纹趋于闭合。当裂纹长径比和加载角为一定值时,随着围压的增大,I型SIF逐渐减小,而T应力逐渐增大。纯II型裂纹对应的临界加载角的大小取决于围压的大小,围压越大,临界加载角越小,随着围压系数逐渐增大到1,临界加载角逐渐减小到0。
[硕士论文] 操文盛
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:转子不平衡作为引起旋转机械振动的主要激振力,不但会导致转子振动加剧,严重时会引发安全事故。随着工业化的不断进步发展,旋转机械也越来越多的应用到电力、石化、航空航天等各领域中,针对转子动平衡的研究也开始引起人们的高度关注。近年来,测试领域以及计算机领域的快速发展,仪器仪表与计算机的结合已经成为仪器技术发展的必然趋势。
  本文以国内外关于动平衡领域发展与研究状况为背景,对刚性转子和挠性转子动平衡的原理和平衡方法进行了详细的介绍和分析,结合振型平衡法和影响系数法各自的优缺点,给出了刚性转子和挠性转子测试系统的动平衡方案;结合信号处理相关知识,利用互相关分析法以及相关滤波原理,对不平衡振动信号进行分析处理并提取信号的幅值和相位,实现了转子动平衡测试关键技术;通过LabVIEW实现了测试系统软件的开发,完成了动平衡测试系统的集成。
  以NI公司生产的USB-6218数据采集卡作为动平衡测试系统构建的核心设备,结合个人计算机以及信号采集设备,利用图形化编程软件LabVIEW,在动平衡理论基础上,实现了对系统软件的信号采集、时域分析、频域分析、滤波、故障诊断、动平衡算法模块化设计。开发了集测试、分析与计算为一体的虚拟动平衡系统,实现了对不平衡振动信号幅值相位的测量提取以及所需配重量的求解,完成了对不平衡量的校正与测试。最后通过WS-ZHT5型多功能转子试验台进行试验测试,验证了动平衡测试系统各模块的功能。
[硕士论文] 魏良宝
建筑与土木工程 苏州科技学院;苏州科技大学 2017(学位年度)
摘要:疲劳导致的结构破坏在实际工程中占到70%左右,其中以振动疲劳引起结构破坏最为突出。对于振动疲劳的研究主要集中在理论方面以及单轴振动疲劳试验方面,研究的内容相对不够全面,特别是对于多轴振动疲劳试验的研究。以裂纹梁试件为分析对象,结合立体视觉方法对单轴、双轴振动疲劳进行了试验研究,主要包括预拉试件和未预拉试件。由高速数字图像相关系统采集一系列正弦交变载荷作用下预制裂纹梁试件裂纹周边区域的序列数字散斑图像,应用三维数字图像相关(Digital imagecorrelation,DIC)技术计算获取试件固有频率的变化、预制裂纹尖端区域的位移场及应变场。通过对预制裂纹尖端区域在不同循环周期下离面方向位移、主应变、离面方向应变变化的分析位移、应变与循环周期之间的变化规律。同时基于Abaqus和fe-safe平台,建立试件动力学模型,完成通过模拟单轴、双轴振动疲劳得到的试件裂纹扩展情况与运用三维数字图像相关方法得到结果对比。由于模拟所得疲劳寿命结果,具有一定的准确性,因此模拟在单轴、双轴振动疲劳下试件厚度、宽度、预制裂纹深度、宽度、距固定端的长度以及一轴向激振位移的变化对试件疲劳寿命以及裂纹扩展的影响进行分析,得出预制裂纹深度、距固定端的长度以及一轴向激振位移对试件疲劳寿命以及裂纹扩展影响比较大。论文主要工作包括:
  1、建立起单轴、双轴振动疲劳的试验系统,该系统主要包括疲劳加载系统和数据采集系统,其中疲劳加载系统主要由支座、激振器、NI控制设备、功放、传感器等组成,数据采集系统主要由NI采集设备、传感器、高速摄像机、CCD控制器、图像采集和分析软件等组成;
  2、对未预拉的裂纹梁试件进行以X方向一阶固有频率振动疲劳试验。研究在预制裂纹距激振点不同长度、不同加载加速度时,试件固有频率的变化以及应用立体视觉的方法对单轴振动疲劳过程中试件的位移、应变场进行分析;
  3、对预拉的裂纹梁试件进行以X方向一阶固有频率振动疲劳试验。研究在不同加载加速度时,试件固有频率的变化以及通过立体视觉的方法对单轴振动疲劳过程中试件的位移、应变场进行分析;
  4、对未预拉伸的裂纹梁试件分别以X方向及Z方向以一阶固有频率同时进行振动疲劳试验。研究在预制裂纹距激振点不同长度、不同加载加速度时,试件固有频率的变化以及通过立体视觉的方法对双轴振动疲劳过程中试件的位移、应变场进行分析;
  5、建立裂纹梁试件模型,以fe-safe软件为计算平台,对单轴、双轴振动疲劳进行模拟得到试件的疲劳寿命。本研究考虑试件厚度、宽度、预制裂纹长度、宽度、位置对单轴、双轴振动疲劳寿命和裂纹扩展长度的影响以及在双轴振动疲劳过程中,一轴向激振力的变化对双轴振动疲劳试件寿命和裂纹扩展长度的影响。
[硕士论文] 刘泓杉
固体力学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:高温超导体因其巨大的实用价值而受到广泛的关注和研究,为了高温超导体在实际中能够得到更好的应用,除了其各种基本特性以外,高温超导体本身还有很多值得研究的重要力学性质。由于高温超导体运行过程中必经的冷却过程,基于弹性力学中热应力问题的研究方法,本文研究了圆柱型高温超导体在冷却过程中的热应力应变的分布,同时由于裂纹对于超导体的制备及应用有着重要的影响,作为力学性质的研究中不可避免的问题,也得到了研究。
  首先,利用解析法求解了圆柱型超导体置于液氮中冷却的热传导方程模型,得出了温度场的精确分布。并发现超导体内温度在初始时刻很短的时间内快速降低,然后逐渐平缓,直至趋于液氮温度,同时超导体内沿半径方向不同位置具有较大的温度差。
  其次,采用弹性力学中热应力问题的研究方法,对于不同情形下的材料参数,分析了圆柱型超导体中的热应力应变的分布,并对比了三种材料参数下的结果。当弹性模量为常数时,超导体内径向应力及环向应力都是先增大后减小,同时径向应力与环向应力的最大值都出现在圆柱中心附近,不同的是径向应力始终表现为拉应力,而环向应力则在圆柱中心附近为拉应力,而在靠近边界附近为压应力;径向与环向应变都随着时间逐渐增大,并且越靠近边界变化速度越快。当弹性模量与位置坐标呈指数关系时,径向应力、环向应力以及应变都与弹性模量为常数情况类似,不同的是径向应力最大值出现在了半径的中间位置。而对于热膨胀系数随温度变化的情况,则与弹性模量为常数的情况非常接近。
  最后,利用应力法,研究了零场冷却的情况下,中心含有贯穿型裂纹的圆柱型超导体内裂纹尖端的热应力强度因子与温度及裂纹尺寸之间的变化关系。应力强度因子随时间先增大后减小,与热应力变化相符,而当冷却时超导体内部与外部温差越大,热应力强度因子的值越大,同时应力强度因子随着裂纹尺寸的增长而增大,温度与裂纹尺寸对热应力强度因子有着重要的显著作用。
[硕士论文] 温双双
应用数学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的进步和生产力的不断发展,具表/界面效应的非均匀弹性体受到广泛关注。为了考虑表面效应对纳米材料力学行为的影响,Gurtin和Murdoch基于连续介质力学发展了表面弹性力学。然而,在纳米复合材料的制备过程中往往会带来各种缺陷,例如,裂纹、单个或多个孔洞或夹杂。因此,研究具表/界面效应的非均匀介质的力学行为,不但对纳米材料和纳米元器件的设计加工具有理论指导作用,而且丰富了经典弹性理论,对推动表面弹性力学的发展有巨大影响。
  本文基于Gurtin-Murdoch表/界面理论,采用复变函数法,讨论了各向同性弹性体中含多个圆形夹杂的问题,以两个圆形夹杂为例,得到了受表/界面影响的纳米复合材料的应力和位移的解,分析了纳米界面和两个圆形夹杂对整个纳米材料的影响。
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