基于非线性特征的黏弹性悬架系统减振特性分析

为分析履带式工程车辆黏弹性悬架系统的非线性阻尼减振特性,根据其结构特点和非线性特征,建立该系统两自由度分段非线性振动模型,并由平均法推导出系统固有频率共振区附近的幅频特性方程。以装有黏弹性悬架的某300kW履式拖拉机为应用对象进行研究,分析系统在固有频率共振区附近的非线性特性和阻尼减振性能。讨论了激励幅值、地面刚度、悬架分段非线性刚度、分段线性阻尼系数、车体质量和幅频特性之间的关系,并提出改善系统减振性能的建议。该文的理论与分析方法,可为黏弹性悬架参数与系统减振性能的一致性优化设计提供参考。     

履带式车辆黏弹性悬架分数阶模型及其减振效果分析

为了准确掌握黏弹性悬架减振效果及参数影响规律,针对传统整数阶黏弹模型的不足,引入分数阶Kelvin-Voigt模型,建立了考虑结构几何参数的分数阶黏弹性悬架动力学模型,利用Grumwald-Letnikov分数阶导数定义及矩阵函数理论推导出动力学方程数值解。以某型履带拖拉机为例,利用所提模型分析了其黏弹性悬架减振性能,并进行了参数分析,包括黏弹性悬架黏弹件径厚比、分数阶次和激励频率。结果表明,该型悬架具有较好的减振效果,尤其在系统固有频率处效果显著;径厚比与减振效果负相关,分数阶次与减振效果正相关。该研究成果为大功率重载履带黏弹性悬架的开发提供相应的理论基础。     

液电式馈能半主动悬架控制特性仿真分析与能量回收验证

为了回收车辆悬架系统在行驶过程中产生的振动能量,提出了一种液电式馈能半主动悬架(hydraulic-electrical energy regenerative semi-active suspension,HERSS)系统方案,并深入研究了HERSS半主动控制特性及馈能特性.根据HERSS系统原理,明确了其独特的单行程可控特点,推导了HERSS四分之一悬架系统方程,设计了线性最优LQG (linear quadratic Gaussian)控制器,利用MATLAB/Simulink搭建了基于LQG控制的HERSS仿真模型,通过仿真试验对比分析了HERSS、被动悬架、传统半主动悬架的性能差异.最后,进行了HERSS的馈能特性台架试验.研究结果表明:针对簧载质量加速度、悬架动行程、车轮动位移3个指标而言,由于HERSS仅伸张行程阻尼力可调的特点,其综合性能介于被动悬架、传统半主动悬架之间.针对馈能特性,当控制电流达到30A时,HERSS回收能量功率最高为51.94 W,对应的能量回收效率为12.86％,并且试验数据整体呈现出HERSS回收到的振动能量及能量回收效率随着控制电流的升高而增大的规律.其他悬架形式无法回收振动能量,因此,HERSS在馈能特性指标上具有明显优势.综上所述,HERSS能够满足汽车对半主动悬架系统的功能要求,并具有能量回收功能,在新能源汽车领域具有一定应用价值.该文研究成果可为液电式馈能悬架的实际应用提供参考.     

黏弹性材料动态力学性能的分数阶时温等效模型与验证

为构造一种更加精准的黏弹性时温等效模型,基于黏弹性阻尼材料的分数阶本构关系和Vogel-Fulcher-Tammann黏度方程,结合WLF(Williams-Landel-Ferry)方程,提出了黏弹性阻尼材料动态力学性能的分数阶时温等效模型(fractional time-temperature superposition model,FTTSM),导出频率转化因子,并给出参数识别方法。在DMA(dynamic thermomechanical analysis)试验数据的基础上,对比研究了FTTSM和WLF两种模型,并应用分数阶Kelvin-Voigt模型对二者在参考温度5℃的主曲线进行了验证。结果表明,FTTSM和WLF所表征的频率转化因子在温度范围(–80~80℃)内最大相对误差为0.984 4%,FTTSM主曲线和WLF主曲线相对于Kelvin-Voigt模型理论预测值的均方根误差(RMSE)分别为1.291和1.834 MPa,验证了FTTSM的精确性。另外FTTSM主曲线扩展的最低频域低于WLF主曲线2个数量级,证明FTTSM对黏弹性动态力学特性具有更广泛的预测能力。为黏弹性材料动态性能预测、物理老化、蠕变损伤演化机理等研究提供理论参考。     

车辆被动天棚阻尼悬架系统台架试验

为进一步改善悬架系统的隔振性能,开发了被动悬架系统,将理想天棚阻尼的被动实现方法应用于车辆悬架系统。基于"惯容.弹簧.阻尼"机械系统,构造被动天棚阻尼悬架系统,研制被动天棚阻尼悬架试验样机,将2级串联型的被动天棚阻尼悬架"对折",安装于试验用裸车的后部,替换原被动悬架,在四通道轮胎耦合道路模拟机上,对整车进行台架试验。试验结果表明:与传统被动悬架车辆相比,在1~3 Hz频率范围内,被动天棚阻尼悬架车辆左后车身加速度增益下降了37.5%,车辆质心垂直加速度均方根值下降12%左右,改善了车辆的低频频响特性,提高了车辆的乘坐舒适性。试验结果同时也验证了理想天棚阻尼被动实现方法的正确性和可行性。该研究为含惯容器的新型被动悬架系统的设计与完善提供参考。     

圆截面扭转弹簧强扭角计算

圆截面扭转弹簧是轮式及履带式车辆悬架的主要承载元件之一，预先进行强扭转是提高其性能的关键工艺。文章在研究圆杆经强扭转后截面残余应力分布基础上，计算了实际工作应力下降所导致的寿命提高及强扭转造成的寿命损失，为选择强扭转的角度提供了理论依据。     

小型履带式油菜播种机导航免疫PID控制器设计

针对适应于长江中下游地区稻茬田土壤黏湿、小田块的轻简化播种机智能化问题,设计了一种基于免疫PID的小型履带式油菜播种机导航控制器。以小型履带式油菜播种机为基础,利用电磁铁对其转向系统进行电控改装,采用高精度北斗定位模块和电子罗盘进行组合导航,获取履带式播种机的位置和航向信息作为导航控制器的输入,设计了小型履带式油菜播种机自动导航控制系统。建立了履带式油菜播种机运动学模型和转向角传递函数,利用Matlab仿真和实地导航试验对常规PID控制和免疫PID控制进行了对比试验。仿真表明:在相同参数条件下,与常规PID相比,免疫PID控制具有响应快、超调量小、平均跟踪误差小等特点;路面试验表明:当播种机速度为0.50m/s时,免疫PID控制器直线跟踪的平均绝对偏差为4.2 cm,最大跟踪偏差为11.9 cm。田间试验表明:当播种机速度为0.50 m/s时,免疫PID控制器直线跟踪平均绝对偏差为5.8 cm,最大偏差不超过15.2 cm,能够较好地满足播种机导航作业要求,该研究可为履带式播种机的自主导航提供了技术参考。     

胎圈结构参数对机械弹性车轮接地压力分布的影响

为了进一步掌握机械弹性车轮的接地特性,该文着重研究了胎圈结构参数对车轮接地压力分布的影响。建立了车轮胎圈曲梁模型,通过对车轮承载变形的理论分析,确定影响车轮接地特性的结构参数为胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比和弹性环分布位置。针对不同的胎圈结构参数,建立对应的车轮有限元模型并验证了模型有效性。利用有限元分析软件ABAQUS对其作静态接地特性仿真试验,结果表明减小胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比或弹性环分布系数,可不同程度地增大车轮接地长度和接地面积,并使车轮平均接地压力和接地压力偏度值减小。对比不同胎圈结构参数的车轮,其接地长度最大增加7.2%,接地面积最大增加21.6%。该文为优化机械弹性车轮的接地特性提供了参考。     

基于流变学法研究容重和含水率对土壤结构力学稳定性的影响

土壤结构力学稳定性不仅与土壤质量和肥力密切相关,而且还与农业器具设计和农业水土工程建设紧密联系。该研究以黄土高原广泛分布的塿土和黄绵土为研究对象,采用振幅扫描试验模拟振荡荷载过程,研究土壤容重和含水率对土壤结构力学稳定性的影响。结果表明：1）随土壤容重的增加,土粒间接触点增多,使得剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力、屈服点的剪切应力、最大剪切应力及屈服点的储能模量均增加,土壤结构强度增强;其在较大剪切应变下的弹性和总的弹性（屈服点的剪切应变和积分z）先增大后降低,表明土壤颗粒存在一个最稳定的排列组合方式。同时,剪切强度参数对土壤容重的响应更为敏感。2）随含水率的增加,土壤颗粒间黏聚力和摩擦力降低,剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力、屈服点的剪切应力、最大剪切应力及屈服点的储能模量均降低,土壤结构强度降低;当剪切应变在线性黏弹区时,弹性随含水率的增加而增加,而较大的剪切应变下的弹性和总的弹性随含水率增加均降低。3）对比2种土壤,因塿土的黏粒、有机质、阳离子交换量、比表面积等较高,增加了土粒间的胶结强度,使得塿土的弹性和剪切强度较高,而黄绵土结构更具脆性。该研究结果表明基于流变仪中的振幅扫描测试所获取的流变学参数能够定量表征土壤细观结构力学稳定性,为进一步深入认识土壤微观力学特性提供了丰富的评价参数。     

全脂和低脂模拟干酪的流变及质构特性研究

分别通过TA.XT2i质构分析仪和AR1000流变仪对全脂和低脂模拟干酪进行全质构分析以及稳态及动态流变分析。结果表明，降低脂肪含量，全质构分析数据除了弹性及内聚性以外全部显著下降。稳态流变结果显示，模拟干酪在不同温度下均表现出非牛顿假塑性流体特性。采用power－law模型可以很好地对其数据进行拟合。动态流变分析表明，相对于低脂样品来说，高脂干酪更具有固态特性。黏弹性参数如弹性模量、黏性模量、复合黏度均与振荡频率有关。从流变和质构的角度来看，低脂和高酯干酪有明显区别。因而对干酪样品的流变和质构特性进行分析对于改善其加工工艺及品质保证是非常有意义的。     

履带式行走机构粘弹性悬挂机构的刚度-阻尼特性分析

针对传统履带式拖拉机行走系易受剧烈振动冲击的问题,开发出一种新型的粘弹性悬挂机构。用复刚度理论,建立起该机构的运动微分方程,对其刚度-阻尼特性进行了分析。依据能量转换的观点,分析了机构中粘弹性阻尼材料的静、动态对振动能转换率的影响。对开发后的应用在240kW履带式拖拉机粘弹性悬挂机构上进行了刚度曲线设计和性能分析,并在电液伺服试验机上对实际产品进行了性能试验     

水体-结构-地基耦联的泵站出水塔地震响应分析

泵站出水塔是一种连接泵站压力管道和下游输水渡槽的塔式结构,为保证结构安全运行,有必要对其进行地震响应分析。该文以景泰川二期六泵站出水塔为研究对象,考虑流固耦合效应,依据弹性波理论,建立出水塔结构无质量地基模型和粘弹性边界模型,进行出水塔体系有无水体2种工况下的研究,根据泵站出水塔现场实测数据,提取结构的固有工作频率,并与流固耦合模型干湿模态结果进行对比分析,验证所建流固耦合模型的合理性及流体对出水塔体系的影响。分别对无质量地基模型与粘弹性边界模型进行地震波输入,对比分析相应的动力响应,探讨水体-结构-地基耦联系统相互作用的影响规律。研究表明:出水塔结构工作基频为3.3 Hz;结构内水体降低出水塔的固有频率,增加出水塔的地震响应,在进行地震计算分析时,不应忽略;粘弹性边界模型在地震计算中能够考虑辐射阻尼效应,与无质量地基模型计算结果相比,出水塔特征点的位移响应最大值降低38.5%,应力幅值降低37.8%,因此地基建议选用粘弹性边界。研究成果可为后续出水塔结构模态辨识及地震分析提供理论指导。     

基于准静态压缩的果实黏弹塑性模型

目前对果实黏弹塑性特征与模型进行表征比较困难。基于果实等速压缩变形特征，提出了一表征其黏弹塑性的流变模型。该模型包括3个非线性弹簧元件、一个黏性元件以及一个滑块元件。结合压缩应力—应变试验曲线特征与模型特性提出了模型参数的数值确定方法。采用梨果实全果肉、带核果肉两种试样进行试验，获得了其黏弹塑性模型参数。结果表明试验与理论模型结果非常吻合，果核对其黏弹塑性有较大影响。采用本模型结合试验结果能较准确简便地确定类似特性果实的流变特征参数。研究结果为果品黏弹塑性流变特性分析以及模型表征提供了一种新的方法。     

Rheological properties and baking performance of new oat beta-glucan-rich hydrocolloids

Two new oat beta-glucan hydrocolloids (designated C-trim20 and C-trim30) obtained through a thermal-shearing process were evaluated for their potential use in food products as functional ingredients. Their rheological characteristics were investigated using steady and dynamic shear measurements. Both samples exhibited typical shear-thinning and viscoelastic properties of random coil polysaccharides. The Cross equation was also used to examine the dependence of their apparent viscosity on shear rates. Furthermore, the effects of flour replacement with C-trim20 on the physical, rheological, and sensory properties of cookies were studied. The cookies containing C-trim20 exhibited reduced spreading characteristics compared with the control due to their increased elastic properties. Also, higher water content and water activity were observed in the C-trim20 cookies. However, flour replacement with C-trim20 up to 10% produced cookies with instrumental texture properties similar to those of the control, which was in good agreement with the sensory results.     

作物多尺度力学初探

作物力学性能广泛应用于作物抗倒伏性、机器-作物-土壤互作系统和作物栽培等领域的研究,为培育抗倒伏品种、提高机器作业质量和改进栽培措施提供理论支持。作物的力学性能与其形态结构、解剖学特征、化合物组分等有密切关系。该研究在梳理作物力学性能研究的基础上,将作物多尺度力学概括为以作物为研究对象,分别以细胞壁层、细胞壁、细胞、组织和器官为基本元件,依次建立细胞壁、细胞、组织、器官和植株的几何结构与力学模型,并解析其力学性能的科学。进一步对细胞壁结构力学、细胞结构力学、组织结构力学、器官结构力学和植株结构力学的研究内容进行了归纳总结。该研究明确提出作物多尺度力学的概念、系统归纳其研究内容和方法,有利于促进作物多尺度力学理论的形成、数据库的建立和分析软件的开发。     

复合材料发动机机体的粘弹性分析

对采用可溶性合金型芯整体模压成型的复合材料发动机机体,用三维有限元方法对其进行了应力场和位移场粘弹性研究,建立了机体用复合材料的粘弹性力学模型,反映了机体的变形规律,获得更精确的应力场和位移场。通过机体的动态实时测试,验证了计算结果的正确性     

不同含水率高易溶盐含量的伊犁黄土流变特性

流变学研究方法可以揭示黏弹性物质的流动和变形规律,常被应用于土体结构的力学稳定性及长期变形参数研究。为了深入探究伊犁黄土类土的黏弹性和结构稳定性,该研究采用流变仪对不同含水率和易溶盐(Na₂SO₄)含量的伊犁黄土类土进行了稳态和动态流变试验,引入Bingham模型对小剪切速率下的流变曲线进行了拟合,并分析解释了稳态和动态流变试验的演化过程。同时,讨论了含水率及易溶盐含量对稳态和动态流变参数的影响规律,定量分析了流变参数与各变量之间的关系。结果表明：稳态剪切过程中土体由固态向类固态转化,并最后趋于流态,具有剪切变稀行为;随着含水率及易溶盐含量增大,屈服应力和黏度均减小,且屈服应力在300～1 100 Pa之间。随着含水率和易溶盐含量增大,动剪切强度参数和黏弹性参数均线性减小,土体的结构稳定性降低。当剪切应变小于0.1%时,土体处于线性黏弹区,损耗因子变化不大;剪切应变大于0.1%时,损耗因子逐渐增大。高含水率及高易溶盐含量的土壤最先到达屈服点,说明高含水率和高易溶盐含量不利于土体结构的稳定性。随着含水率的增大,易溶盐含量对流变参数的影响程度变小...     

Impact of noncovalent interactions between apple condensed tannins and cell walls on their transfer from fruit to juice: studies in model suspensions and application

The adsorption of procyanidins (condensed tannins) on cell-wall material was quantified by bringing into contact solutions of procyanidins and suspensions of cell-wall material. A model was developed on the basis of the Langmuir isotherm formulation and a factorial experimental design. The parameters that influenced the adsorption were the concentration and molecular weight of the procyanidins, the ionic strength of the solution, the temperature, and the apple cell-wall concentration. The model was applied to partitioning of procyanidins from apple between juice and mash. The parameters to be taken into account are the composition of the apples and, specifically, (i) the concentration and molecular weight of the procyanidins, (ii) their acidity and pH as a determinant of the ionic strength, and (iii) their cell-wall content and the temperature at pressing. To estimate the ability of the model to relate procyanidin concentrations in the juice to their concentration in the apple, apples of three varieties of widely different procyanidin compositions were pressed in conditions that prevent oxidation. In these conditions, yields in the juice were >80% for phenolic acids or catechin monomers but <50% for procyanidins, with the lowest rates obtained for the higher polymers in accordance with the model.