虚功原理

摘要： 单位载荷法是一种求解位移的通用方法,在材料力学能量方法中占据重要地位。使用虚位移模式表述单位载荷方法时,满足位移边界条件是虚位移的主要限制条件。在静不定问题、特别是带有自由边界条件单位载荷系统构造时,对于该限制条件的理解决定了使用单位载荷方法的灵活性。本文使用几个经典例题剖析该限制条件的作用,为教学活动中解释相关问题提供参考。

摘要： 动力学分析是机器人评估运动性能以及实施运动控制的关键,由于四足爬壁机器人的多运动链结构和闭链约束,运动学分析较为困难。为此,本文提出以虚功原理求解四足磁吸附爬壁机器人的稳定性与动力学。求解动力学方程,利用优化理论设计驱动力二次规划方法,通过最小功率原则计算关节驱动力,并验证其合理性。设计仿真实验,通过PID控制,采用Matlab与ADAMS联合仿真。仿真结果表明:该控制方案具有较高的跟踪性能和控制精度,负载在350 N及以下时,机器人不会发生滑移,并验证了冗余驱动下驱动力求解的正确性。

摘要： 软体致动器是组成各类软体机器人的基本组成单元,对于软体机器人的应用具有重要的意义,因此设计一种由气压驱动的增强纤维式多气腔软体致动器。运用虚功原理对软体致动器进行力学建模;采用有限元软件进行仿真分析。搭建包含气动回路和控制电路的控制系统;采用单腔驱动,对软体致动器的弯曲性能进行试验;采用BP神经网络对软体致动器的气压和角度的非线性关系进行拟合,拟合误差在1°以内;通过样机试验,证明了理论模型和有限元分析的准确性,为软体机器人的设计提供了理论支持。

摘要： 采用热压罐固化成形的纤维增强复合材料工件在脱模后通常与模具形状有一定出入,影响成型的精度和质量。为研究曲面零件固化变形规律,将C形圆台壳件的几何形状用母线长度、半高处半径、圆心角、半顶角、厚度5个参数表征,并基于虚功原理和小变形假设推导由于固化工艺中温度改变导致的形状变化公式。结果表明:固化后此类工件的厚度减小,半高处半径缩小、圆心角增大、母线变短、顶角变小。与有限元模拟正交实验对比,验证了公式的正确性;给出了基于path-dependent本构关系的固化变形有限元模拟的简化实现方案,与文献相比可以减少80%的计算时间,且实现难度较低。分别用本公式、热弹性有限元模型、path-dependent有限元模型计算某小型固定翼飞机的机头罩固化变形,预测半跨长平均缩小量分别是8.1 mm、7.6 mm、6.1 mm,均与实测值7.7 mm基本吻合;计算结果可以解释该零件的装配变形现象。

摘要： 南京江北A1地块超高层项目的建筑高度为499.8m,采用带伸臂桁架加强层的巨型拱支框架-核心筒结构。与已建成的超高层结构不同,本项目采用拱结构替代普通的环形桁架,实现了结构高效和建筑美观的融合。根据不同分区的结构布置和荷载,结合理论推导的合理拱轴线,以拱弯矩最小为设计原则确定了各分区的最优拱形。采用缓粘结预应力技术实现拱结构推力的自平衡,降低巨柱的次弯矩。对比了K形和X形伸臂桁架的结构效率,确定了最优的伸臂桁架布置。根据大震弹塑性分析结果,对加强层处核心筒墙体采取针对性加强措施。对在核心筒内采用C80高强混凝土的合理性进行了分析比较,可供类似超高层项目参考。

摘要： 针对一种零耦合度的空间2T1R并联机构,求解各构件速度与驱动副速度之间的关系矩阵;运用基于虚功原理的序单开链法,建立了机构的动力学模型,求解了机构的驱动力及连接2个SKC连接处运动副的支反力,进行算例验证;并就动力学方法求解的实时性,通过对比选用两种不同广义坐标时动力学方程求解所用的时间,给出优选广义坐标的建议。研究结果为该机构的设计和动力学优化奠定了基础。

摘要： 根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论及方法,设计了一种含一条冗余驱动支链(RRR)、零耦合度且部分运动解耦的全转动副组成的空间两平移一转动(2T1R)并联机构,并对该机构进行了拓扑结构分析;依据基于拓扑特征的运动学建模原理,给出了该机构的符号式位置正解;同时推导出了位置逆解,得到了动平台的雅可比矩阵,由此推导出了机构内各构件的速度、加速度;最后,将笔者团队提出的基于虚功原理的序单开链法用于该空间机构的逆向动力学建模与分析,求解了机构的驱动力矩和若干重要运动副的支反力,并通过ADAMS软件予以动力学仿真验证。研究结果为该机构用作管材弯曲加工所需的并联弯管机设计提供了技术依据。

摘要： 针对轴向运动梁系统的振动稳定性问题,建立了细梁和粗梁通用的有限元动力学模型。首先,采用三阶剪切梁理论,以一种2节点梁单元离散求解域,基于虚功原理建立了轴向运动梁系统动力学有限元方程。然后,在两端固支的边界条件下,用数值算例给出了系统前三阶复频率,与ANSYS软件计算结果进行对比,最大误差不超过1.7%,证明该建模方法对细梁和粗梁都有很高的计算精度。最后,探讨轴向运动梁振动稳定性的特点,指出稳定及失稳的速度区间,阐明了离心力和科氏力对振动特性的贡献。

摘要： 基于运动功能仿生设计了一种新型三自由度耦合并联机械腿并且应用到足式全向步行机器人当中,并对机器人整机性能进行了研究分析.首先,建立了运动学模型,应用几何法分析了运动学正逆解,利用逆解搜索法得到了可达工作空间.然后,采用虚功原理计算了驱动关节静力矩,规划了四足机器人的全向步态和足端轨迹.最后,完成了虚拟样机仿真分析并制作了原理样机,进行了样机的步态实验.通过分析可知:机构具有良好的稳定性和加速度连续性,其足端具有2R1T三自由度的运动特性;全向运动可以有效地解决在空间受限制的情况下无法完成转向的问题.

摘要： 变形体虚功原理是变形体力学中的重要基本原理之一,在结构力学、弹性力学等课程都有广泛应用,但是关于其表述和理解在不同课程和不同文献并不完全一致。笔者分析了一些主要教科书和相关文献中的内容,针对变形体虚功原理的两个核心问题:(1)变形体与质点系之间的关系问题,(2)内力虚功的定义和计算问题,给出若干认识;据此认为质点系虚功原理和变形体虚功原理是辩证统一的;通过两个算例演示了本文的分析过程。希望本文的认识有助于深化对变形体虚功原理的理解,并有助于形成从质点系到变形体的一致的虚功原理描述体系。

摘要： 在对最小作用量原理起源和发展、应用和意义综述的基础上,给出了一个加深对此原理本质的理解和重要意义认识的思路,并对其与虚功原理和牛顿定律之间的关系做了一些说明.最小作用量原理是有限元方法的最根本原理,而有限元方法是材料变形最全面实用的基础理论和技术之大成,是将材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学统一于材料变形力学的最有力的武器.

摘要： 屈曲约束支撑的不同布置方式对结构的耗能减震有很大的影响.本文提出一种基于虚功原理布置屈曲约束支撑的方法,并采用有限元软件Etabs对一栋5跨8层的框架结构进行了验证对比分析,主要分析不同的布置方式对结构侧移、顶层的位移时程以及对结构的附加阻尼比的影响.通过对比发现:虚功原理布置屈曲约束支撑的方法可以有效地减小结构侧向位移以及结构的动力响应,并且可以为结构提供更多的附加有效阻尼比,因此可以充分地发挥支撑的耗能能力.

摘要： 超高层结构往往利用建筑设备层或避难层设置伸臂结构,以协调核心筒与外框架的变形,提高结构的抗侧刚度.通过对K型与X型伸臂桁架的分析,研究了两种伸臂桁架的杆件布置形式对其效率的影响规律,并对比了两种伸臂桁架的效率优劣.分析结果表明,K型伸臂桁架斜杆交点位于高度中点时,其效率最高;对称X型伸臂桁架斜杆交点位于外跨1/4点时,效率最优;跨高比较小时,K型伸臂桁架效率高于对称X型伸臂桁架.

摘要： 推导出的变压器轴向短路力与绕组轴向高度微变后电抗变化量关系的计算公式,可用于变压器轴向短路力的测算.本方法解决了长期以来无法对变压器短路计算结果进行测量比对的难题,也可用来指导变压器的装配调整以降低短路力.

摘要： 考虑耦合效应的作大范围运动柔性空间结构耦合动力学研究在航空航天领域具有重要的应用价值。本丈从柔性空间结构的建模及有限元分析展开论述，以模态展开以及虚功原理为理论基础，建立了作大范围运动柔性空间结构的动力学模型，并通过Matlab软件编写程序进行求解.

摘要： 采用虚功原理推导了板式加强型梁单元刚度矩阵方程。将带有加强板的梁划分为三个单元,分别求出各梁单元在剪力、弯矩、轴力作用下的外力功和内力功,根据虚功原理建立杆端位移与力之间的关系式,得到了板式加强型梁单元刚度矩阵方程。通过对比分析应用板式加强型梁单元刚度矩阵与普通等截面梁单元刚度矩阵求解得出的梁端弯矩,得出板式加强型梁比普通等截面梁的静力承载力明显增大的结果,可为钢框架梁板式加强型节点的工程应用和结构设计提供参考。

摘要： 为研究方钢管混凝土隔板贯通节点的受剪承载力性能,建立了节点域非线性有限元模型,较为精确地模拟了节点域的应力分布规律和受力破坏机理。并根据虚功原理推导了节点的受剪承载力计算公式。有限元计算结果与所推导的公式计算结果接近。在节点足尺试件的低周反复荷载拟静力试验基础上,得到的剪力一剪切变形曲线和有限元计算所得到的曲线吻合较好。受剪承载力公式计算简单,结果可靠度高,可供实际工程设计参考。

摘要： 接触问题的有限元分析是汽车轮胎设计优化的重要组成部分，接触压力分布的不均匀度又是轮胎设计优化的重要指标之一。本文针对采用现有软件得到的接触压力分布计算得到的不均匀度在设计灵敏度分析中遇到的不稳定问题，提出了一种自适应后处理方法。对于接触区域的可扩展边界前沿设置了部分接触单元，使接触面积随载荷逐步增大；部分接触单元接触面积的大小由消除在其附近接触压力分布不合理情况的条件来确定；而接触压力分布自适应修正的方程根据虚功原理来建立。通过计算实例验证了这种后处理方法的有效性。

摘要： 本文探讨了结构力学教学中的三个问题。分别为虚功原理的讲解；某种对称结构在对称荷载作用下，用位移法求解时几种半结构的取法及比较：位移法中关于“等截面杆件的崮端弯矩和剪力”图表中一个易混淆的问题的讨论。

摘要： 本文使用了FAST有限分析前后处理软件及STAN8求解器。通过分析一具体拉杆实例，使利用数值分析法对工程问题进行有限元分析的解析得到广泛应用，该方法具有较好的应用前景。

摘要： 一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，所述方法首先假定汽轮发电机转子绕组无匝间短路故障，并利用发电机运行状态信息和发电机的基本参数，求得对应的电磁功率（称为虚功率）

摘要： 本发明公开了一种基于标准脉冲虚功率源法的直流电能表校准方法及系统，属于电能计量技术领域；所述方法使用脉冲虚功率源作为标准源，校准被测电能表；标准脉冲虚功率源由稳态测试源、标准表、开关阵列和控制器组成；通过控制动态误差，对稳态电压U，稳态电流I以及时间ton进行测量可获得电能的准确值；通过控制标准脉冲虚功率源模拟动态变化负荷和高频纹波电流，可测试电能表在变动负荷条件下的计量准确度问题。本发明输出的脉冲虚功率实现了量值溯源，可作为标准源法实现电能表的校准，全面准确地评估直流电能表电能计量的性能。

摘要： 本发明属于矿山压力与岩层控制领域，公开了一种基于虚功理论的煤矿顶板初次来压步距预测方法，首先根据工作面的实际情况确定工作面长度、运输顺槽与回风顺槽的宽度、顶板的平均厚度以及顶板岩石的力学特征，再根据关键层理论确定工作面顶板所支撑上覆岩层的载荷，随着工作面的推进，顶板达到塑性极限状态，出现“四坡顶”形式的塑性铰线，根据顶板进入塑性极限态时的载荷与出现塑性铰线时顶板尺寸间的对应关系预测顶板初次来压的步距。本发明所述方法简单便捷，可有效的预测顶板初次来压步距，指导井下支护、防护工作，减少初次来压造成的人员设备的伤害。

摘要： 本发明涉及一种基于虚功法的永磁球形电机转矩计算方法，针对双层八极的永磁球形电机，包括以下步骤：定子极和转子磁极编号；设定子极和转子磁极所占空间角度相同，在仅考虑定子极和转子磁极下的磁场基波的前提下，根据虚功法原理得到任意对定子极和转子磁极的电磁转矩；任意对定子极和转子磁极的相对位置计算；任意对定子极和转子磁极各转矩分量方向夹角的计算；符号函数；任意对定子极和转子磁极的各转矩分量的计算；永磁球形电机基于虚功法的转矩计算。

摘要： 一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，所述方法首先假定汽轮发电机转子绕组无匝间短路故障，并利用发电机运行状态信息和发电机的基本参数，求得对应的电磁功率（称为虚功率）

摘要： 本发明属于矿山压力与岩层控制领域，公开了一种基于虚功理论的煤矿顶板初次来压步距预测方法，首先根据工作面的实际情况确定工作面长度、运输顺槽与回风顺槽的宽度、顶板的平均厚度以及顶板岩石的力学特征，再根据关键层理论确定工作面顶板所支撑上覆岩层的载荷，随着工作面的推进，顶板达到塑性极限状态，出现“四坡顶”形式的塑性铰线，根据顶板进入塑性极限态时的载荷与出现塑性铰线时顶板尺寸间的对应关系预测顶板初次来压的步距。本发明所述方法简单便捷，可有效的预测顶板初次来压步距，指导井下支护、防护工作，减少初次来压造成的人员设备的伤害。

摘要： 本发明属于药物领域，具体涉及一种具有增强免疫力和调节肾阴虚功能的粉剂及其制备方法。本发明提供了一种具有增强免疫力和调节肾阴虚功能的粉剂及其制备方法。本发明通过黑木耳、茯苓、薏苡仁、莲子、大枣两次水提取，枸杞子、桑椹、龙眼肉两次水提取，将上述提取液混合后浓缩、过滤，再与玉竹提取物混合，经真空带式干燥，制得粉剂。本发明提供的粉剂能在一定程度上调节肾阴虚证的相关物质基础雌二醇、环磷酸腺苷水平，从而改善甲状腺功能亢进，平衡性激素及环核苷酸系统。本实验提示本发明提供的粉剂可能通过调整内分泌系统中激素水平紊乱、平衡调节能量代谢，发挥滋阴补肾功效。

摘要： 用于虚功原理展示和教学的观测装置，包括安装座，设置在安装座上的三铰拱，所述的安装座包括带延伸段的固定盘和安装在固定盘上的可调底盘，所述的三铰拱包括左拱片和右拱片，所述的左拱片和右拱片的顶端通过合页铰接，所述的左拱片和右拱片的底端分别设置有立式带轴轴承支座，所述的左拱片的底端通过立式带轴轴承支座轴接在一立式支撑架上，所述的立式支撑架固定在所述的可调底盘上；所述的右拱片的底端通过立式带轴轴承支座可滑动地设置在延伸段上；所述的左拱片与右拱片的底端的带轴轴承支座之间设置有丝杆，所述的丝杆上设置有应变片测力计和螺旋测微头；所述的三铰拱的拱顶设置有数显千分表。

摘要： 用于虚功原理展示和教学的观测装置，包括安装座，设置在安装座上的三铰拱，所述的安装座包括带延伸段的固定盘和安装在固定盘上的可调底盘，所述的三铰拱包括左拱片和右拱片，所述的左拱片和右拱片的顶端通过合页铰接，所述的左拱片和右拱片的底端分别设置有立式带轴轴承支座，所述的左拱片的底端通过立式带轴轴承支座轴接在一立式支撑架上，所述的立式支撑架固定在所述的可调底盘上；所述的右拱片的底端通过立式带轴轴承支座可滑动地设置在延伸段上；所述的左拱片与右拱片的底端的带轴轴承支座之间设置有丝杆，所述的丝杆上设置有应变片测力计和螺旋测微头；所述的三铰拱的拱顶设置有数显千分表。

摘要： 本实用新型公开了一种基于制造误差的虚功原理实验装置，它具有左拱片、右拱片、铰链、带花篮螺丝和拉力计的拉线、圆柱形滚轮。铰链底部有一挂钩，顶部安装百分表位移计，挂钩下悬挂砝码盘和砝码。左、右拱片、铰链和拉线可组装成一个几何不变的三铰拱结构，利用位移计和拉力计可测定由拉线制造误差产生的拱顶位移以及拱顶竖向力产生的拉线拉力。本实用新型具有构造简单，操作方便，测试精度高等特点，能够直观、清晰地再现虚功原理的应用。