分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2023-06-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 随着油气资源需求不断增加,水平井应用越来越广泛,水平井钻柱的横向振动将直接影响钻井效率和钻柱安全。与直井不同,水平井存在造斜段和水平段,钻柱的初始变形和受力条件更加复杂。为了准确分析水平井钻柱的横向振动,文章综合考虑三维井眼轨迹、钻井参数和钻柱与井壁接触等参数,基于Lagrange方程建立了水平井钻柱非线性动力学特性数学模型,采用有限单元法对模型离散并求解,并选取四川某水平井实际参数进行验证,最后讨论了钻压、转速和扶正器对水平井钻柱横向振动的影响。研究结果表明:在钻进过程中,直井段钻柱横向振动较小,造斜段和水平段钻柱横向振动较大,越靠近钻头处,横向振动越大; 钻压对水平段和造斜段钻柱横向振动有较大影响,钻压越大,该段钻柱横向振动越大,而直井段钻柱受钻压影响很小; 在文章分析条件下(转速为30～120 r/min),全井段钻柱横向振动无明显变化; 扶正器可以限制水平段钻柱的横向位移,且扶正器安装位置对其有很大影响。文章所提出的模型也适用于复杂结构井钻柱动力学特性研究,研究成果为水平井钻井提效和钻柱安全提供理论指导。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2023-06-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 混凝土密肋式锥面网壳是通过将圆锥面等分成密肋平板后,再由其在谷(脊)线处交汇形成的新型空间结构。为掌握该类结构的稳定性,在弹性稳定分析的基础上,采用弧长法进行几何非线性分析。并讨论矢跨比、边梁刚度、初始几何缺陷等因素对结构承载力的影响。结果表明:结构薄弱部位主要为谷线跨中与密肋平板交汇处; 屈曲失稳具有壳体结构的特征,在跳跃失稳后承载力急剧下降; 矢跨比的增大会降低结构极限承载力; 因边梁作为主要传力构件在增大其刚度时,能有效提高结构整体刚度; 脊(谷)线梁刚度和屋面板板厚的变化对提高结构整体稳定贡献较小; 增大密肋梁刚度会有效增强结构抵抗失稳能力; 初始几何缺陷对结构极限承载力影响较小,将幅值L/300作为结构可接受的最大初始缺陷。对此类结构进行稳定承载力公式的拟合,发现其误差在工程精度可接受的范围之内。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2023-06-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在近期石墨烯的力学实验中,发现其在有限变形的条件下应力应变本构关系是非线性的。石墨烯卷曲形成碳纳米管,大管径单壁碳纳米管的应力应变关系,在理论上和石墨烯一致。在本研究中,基于石墨烯的非线性本构关系,建立了新的单壁碳纳米管的Euler-Bernoulli梁模型。之后对两端铰支的情况,使用Galerkin方法和多尺度法研究单壁碳纳米管在均布载荷作用下的静力弯曲和受迫振动问题。结果显示,在静力弯曲时,本构中的非线性项对碳纳米管起到了刚度软化的作用。在受迫振动时,本构中的非线性项改变了振幅分岔点的位置。因此本构中的非线性项对碳纳米管力学性质的显著影响不容忽视。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2023-06-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对索式吊运这类欠约束系统的摆动规律分析,综合采取理论建模及可视化仿真相结合的方法,研究索式吊运系统的动力学特性。利用达朗贝尔原理建立索式吊运系统的动力学模型,其中不仅考虑了水平运动和升降运动对系统运动状态的影响,也将钢索质量考虑在内,提高了模型精确度。采用龙格库塔法对模型进行降阶数值求解,并基于ADAMS软件的动力学仿真进行了验证。基于动力学模型和数值计算,研究了水平运动、升降运动及系统参数对摆动的影响规律。结果表明:所建立的动力学模型和数值计算准确,可用来研究索式吊运系统的运动规律和控制策略; 吊点在运动过程中系统摆幅受吊点初始加速度、加速度突变和升降运动速度影响较大,初始加速度过大或加速度突变,升降速度越大,摆幅越大,升降速度使摆幅随时间呈指数式增长; 停止后摆幅与停止时吊重速度、加速度和系统频率有关,速度越大,摆幅基数越大; 加速度越大,加速时间越长,摆幅增幅也越大; 钢索长度和吊重质量决定系统固有频率,不影响系统运动过程中的摆幅; 吊点加速规律对摆动影响的研究,可用来指导吊运系统设计与控制。
分类： 计算机科学 >> 计算机科学技术其他学科 分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2023-06-15
摘要： 本文基于膨胀残差卷积宽度网络提出一种模态分析的策略。在模态分析中，大规模结构或复杂系统的振动分析通常需要处理大量的数据和复杂的计算。采用膨胀残差卷积宽度架构可以降低网络的参数量和计算复杂度，减轻计算负担，提高分析的效率。膨胀残差卷积宽度网络应用于模态分析任务能够提升振动特征的提取能力、改善模态识别的准确性、增强结构损伤检测的敏感性，并且具有较高的计算效率和参数效率。实验结果表明，我们的模型在模态分析预测的回归任务中取得了优异的成绩。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2022-12-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 采用准零刚度、阻尼器和惯容器并联组合形成一种新的混合隔震系统QZSID。为研究竖向近断层地震动下QZSID隔震系统的动力反应机理,建立了竖向地震下QZSID系统的分析模型。采用非线性时程反应分析方法分析了QZSID隔震系统的响应控制效果。研究结果表明惯容器的地震响应控制效果与近断层地震动的卓越周期相关; 惯容器对长周期近断层地震动的加速度控制效果较好,但对位移控制效果较差; 对于长周期地震波作用下虽然共振周期没有延长,但系统能避开结构地震波的共振频率,因此系统仍能获得良好的减震效果; 系统的竖向自振周期不宜取值过大; 阻尼比及竖向静态平衡点高度参数能有助于系统的位移响应控制,惯容器质量大小与地震响应数值不成比例关系,应考虑近断层地震动波频谱特性。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2022-11-01 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 研究了考虑宏观节理卸载效应的节理裂隙岩体内应力波的能量耗散规律,综合分析了细观裂隙和具有不同加卸载变形特性的宏观节理对应力波传播的影响。首先,研究了5种波形入射波(方形波、半正弦波、三角形波、左三角形波和右三角形波)在节理裂隙岩体内的能量透射特性; 其次,比较了考虑卸载效应与不考虑卸载效应的应力波能量透射特性的差异; 最后,讨论了入射波波形、传播距离和入射波幅值对能量透射系数的影响,并进一步揭示了入射波波形、传播距离和入射波幅值对考虑与不考虑卸载效应的能量透射系数差异的影响。研究结果表明:考虑卸载效应的能量透射系数总是小于不考虑卸载效应的能量透射系数。另外,节理裂隙岩体内方形波的能量透射系数最大,右三角形波的能量透射系数最小; 方形波的能量透射系数差异最小,左三角形波的能量透射系数差异最大。能量透射系数随着传播距离的增加而减小,随着入射波幅值的增加而增大; 能量透射系数差异随着传播距离的增加而增大,随着入射波幅值的增加而减小。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2022-11-01 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 应力波在地下结构中的散射而引起的动应力集中是导致深部岩体损伤失稳的重要因素,运用波函数展开法,推导了无限空间弹性介质中充满流体的圆形衬砌硐室在平面P波作用下的解析解,分别分析了弹性和刚性衬砌对硐室周围动应力集中的影响; 在稳态响应的基础上,将半正弦波作为入射函数,引入(x)函数和Heaviside阶跃函数结合傅里叶积分变换,得到了瞬态P波作用下充满流体圆形衬砌硐室周围动应力的解析解,分析了波长和时间对动态响应的影响。进一步通过有限元程序LS-DYNA模拟了瞬态波作用下衬砌与围岩的应力分布。结果表明:数值模拟结果与理论计算一致,波形参数、衬砌的厚度、材料的弹性模量对动态响应有不同程度的影响,增加衬砌厚度和适当调整衬砌材料的刚度能够起到更好的支护效果; 在瞬态扰动下,围岩和衬砌中既会造成较大的压应力集中,又会出现拉应力持续时间较长的现象。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2022-11-01 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 应力波在岩体中传播规律的研究是分析工程岩体动力稳定性的基础。天然岩体中包含的大量节理对应力波的传播规律具有显著的影响。应力波在岩体中传播时会出现幅值的衰减以及波速的降低,在此过程中,节理在应力波的作用下会出现张开、闭合和滑移变形。目前,应力波在岩体中的一维和二维传播规律分析方法比较成熟,这些方法主要分为非连续介质方法与动态等效连续介质方法以及双尺度非连续耦合方法。借助这些方法,研究者们开展了线性和非线性节理对应力波传播规律影响的研究。本综述将详细地总结上述3种方法,探讨它们的优缺点,并提出值得进一步研究的问题。
分类： 力学 >> 振动与波 提交时间： 2022-11-01 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于雷诺平均N-S方程对脉冲射流作用下的翼型非定常流场进行数值模拟,采用本征正交分解(POD)方法对低频率、中等频率、高频率脉冲射流尾迹中涡结构的变化进行分析。结果表明:借助POD方法能够有效提取尾迹中小尺度涡结构的运动状态。POD方法提取的低阶模态主要反映了尾迹中强度最大的尾涡静态分离结构,对应脉冲射流的主频成分,高阶模态则主要反映了尾涡内部或尾涡之间的流动状态,对应脉冲射流的高阶倍频成分,尾涡内部的相互拉伸包含频率范围较广,尾涡之间的牵引分解包含频率较为单一; 低频率下尾迹中仅能提取到一对主要尾涡,高频率下尾迹中能提取到多对强度相当的尾涡; 低频率下尾涡单一且相互作用简单,用前六阶模态即可表征流场结构,高频率下尾涡数量多且相互作用复杂,需要更高阶模态才能表征其流场结构。
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