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Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2017 Vol.18 No.5 P.329-412
Articles
Fang He, Zhenhua Huang
DOI: 10.1631/jzus.A1600769 Downloaded: 2861 Clicked: 4816 Cited: 1 Commented: 0(p.329-345) <Full Text><PPT> 2087
创新点：1. 提出了两点测量法来重构振荡水柱腔室内液面；2. 建立了孔口流动特性与孔口几何特征的关系式；3. 提出了仅测量腔室内气压即可获得波能提取功率的方法；4. 该方法可扩展至非二维矩形腔室及斜向波。
方法：1. 采用不同尺寸狭缝孔和圆形孔来模拟非线性能量俘获系统；2. 通过一系列波浪水槽试验，对振荡水柱装置的水动力特性及波能的提取展开研究；3. 采用二次损耗系数和收缩系数来描述孔口往复流动特性，并构建其与孔口几何特征的关系；4. 通过两点测量法获取振荡水柱腔室内的准确信息；5. 评估压力波动系数和液面放大系数作为振荡水柱装置波能提取性能指标的有效性。
结论：1. 两点测量法能够重建二维矩形振荡水柱腔室内液面的瞬时空间分布，消除了单点法的测量偏差；2. 孔口相对厚度及振荡气流对可被视为薄壁的圆形孔的影响可以忽略不计，但对不能视为薄壁的狭缝孔的影响显著；3. 本文提出的二次损耗系数经验公式可用于（1）通过孔口几何尺寸设计其流动特性和（2）通过仅测量腔室内气压来计算波能提取功率；4. 用作振荡水柱装置的波能提取性能指标时，压力波动系数比液面放大系数更为可靠。
关键词组：波能提取；振荡水柱；孔口特性；二次损耗系数；收缩系数；水动力效率
Dan-da Shi, Jian-feng Xue, Zhen-ying Zhao, Yan-cheng Yang
DOI: 10.1631/jzus.A1600689 Downloaded: 3069 Clicked: 4922 Cited: 0 Commented: 0(p.346-362) <Full Text><PPT> 2141
创新点：1. 分析了单剪受荷条件下应力主轴偏转引发的主应力与主应变增量之间的非共轴效应，针对密实颗粒试样，研究了初始层理面倾角对非共轴应力-剪胀关系的影响；2. 从细观力学角度，研究了应力主轴偏转条件下初始不同层理面试样的应力诱发组构各向异性特征，提出了一个可以考虑初始层理面效应的应力-接触力-组构经验关系式。
方 法：1. 采用离散元团聚颗粒方法构建初始不同层理面定向的数值试样；2. 采用傅里叶级数近似法对数值试样细观组构各向异性演化规律进行统计和定量数学分析；3. 通过与已有文献数值模拟和室内试验结果的对比，探讨密实颗粒数值试样的单剪特性及非共轴应力-剪胀关系。
结 论：1. 初始层理面定向显著影响数值试样的单剪强度与体变特征，且在定量上能与室内物理试验结果进行对比；2. 在单剪受荷模式下，初始层理角越大，非共轴效应越显著；3. 随着应力主轴的偏转，颗粒定向各向异性主方向逐渐趋于大主应力面作用方向，而接触法向各向异性的主方向基本垂直于颗粒定向各向异性主方向。4. 本文提出的应力-接触力-组构关系式能够较好的反映颗粒定向对试样抗剪强度的影响。
关键词组：初始组构各向异性；颗粒定向；单剪；非共轴；离散单元法
Explicit finite element analysis and experimental verification of a sliding lead rubber bearing
Yi-feng Wu, Hao Wang, Ai-qun Li, Dong-ming Feng, Ben Sha, Yu-ping Zhang
DOI: 10.1631/jzus.A1600302 Downloaded: 6213 Clicked: 6088 Cited: 0 Commented: 0(p.363-376) <Full Text><PPT> 2246
创新点：1. 探究基于显式积分算法的隔震支座数值模拟方法；2. 采取多种方法有效地控制了数值模拟计算规模，同时实现了较高的数值模拟精度；3. 采用程序中提供的3种接触方式较好地模拟了支座中存在的复杂接触关系。
方法：本文主要采用4种方法减小数值模拟计算规模：1. 激活程序内置的质量缩放功能；2. 合理增大支座中对支座竖向刚度与水平剪切性能影响较小的非关键部件--叠层钢板的厚度；3. 合理减小叠层钢板的弹性模量；4. 考虑到支座中所有材料均未考虑材料的率变效应，即加载速率对支座的力学性能没有影响，本文数值模拟中所用加载频率为实际加载频率的10倍。此外，本文采用了一般接触、绑定接触与单边接触模拟支座中不同的接触关系。
结论：1. 显式积分的计算时间步长由2.4×10-7 s增大到3.5×10-6 s；2. 与试验结果对比验证了本文提出的基于显式积分算法对该新型可滑移式铅芯橡胶支座进行数值模拟的方法的准确实用性；3. 该支座在纯压作用下，部分铅芯发生塑性变形，而在最大剪切位移时，铅芯发生了很大的塑性流动变形；4. 与采用隐式算法对该支座进行数值模拟研究所用时间相比，显式算法所用时间少很多。
关键词组：显式算法；可滑移式铅芯支座；计算时间步长；接触关系；试验验证
Yao-bin Zhuo, Xue-yan Xiang, Xiao-jun Zhou, Hao-liang Lv, Guo-yang Teng
DOI: 10.1631/jzus.A1600240 Downloaded: 5567 Clicked: 5200 Cited: 0 Commented: 0(p.377-392) <Full Text><PPT> 2072
创新点：1. 提出了新的确定各节锥参数之间几何关系的计算公式，并建立了节锥参数与曲率参数的相关公式；2. 提出以齿面接触区长半轴、接触线方向角和传动误差曲线交点纵坐标为优化目标，以齿面法曲率和短程挠率为控制参数，以复合形法约束处理的遗传算法为求解途径的齿面接触特性全局优化设计方法。
方法：1. 分析常见齿面接触区和传动误差曲线的缺陷及其原因（图1）；2. 提出全局优化目标（图2），进行节锥参数和曲率参数分析，从而确定控制参数（图3~6），建立优化方程并进行求解算法分析（图7和8），然后进行实例计算分析（图9和10）；3. 建立齿轮副传动系统有限元分析模型，验证优化方法的正确性（图11~13）。
结论：1.优化设计的实例分析表明，优化目标、控制参数和优化算法具有良好的匹配性；2. 通过优化目标与控制参数的相关性分析，得出了控制参数的影响特征；3. 通过有限元分析验证，优化设计结果达到了预期的齿轮传动性能指标。
关键词组：螺旋锥齿轮；齿面接触；传动误差；优化设计；遗传算法；有限元分析
Numerical model and multi-objective optimization analysis of vehicle vibration
Peng Guo, Jun-hong Zhang
DOI: 10.1631/jzus.A1600124 Downloaded: 3611 Clicked: 5207 Cited: 1 Commented: 0(p.393-412) <Full Text><PPT> 1795
创新点：研究不同数值方法的求解精度，为车辆动力学求解方法提供新途径；采用正交试验设计研究车辆各参数的影响权重，为车辆设计提供参考；采用多目标优化算法设计车辆，能兼顾车辆多个方面的性能。
方法：采用不同动力学求解算法、正交试验设计和多目标优化分析方法。
结论：1. 基于不同数值求解算法的研究表明，Hamming法要优于Newmark法和有限差分法，四阶Hamming法的精度不如龙格库塔法；2. 正交试验可得到各参数对车辆动力学的影响权重，但忽略了参数间的交互效应；3. 经过多目标优化设计，衡量车辆振动性能的两个指标分别减少了7.22%和6.82%。
关键词组：车辆；Hamming法；龙格库塔法；数值算法；动力仿真