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第1章　绪论1

1.1　冲击机械概述1

1.2　古典碰撞理论的局限性3

1.3　波动力学分析的力学模型4

1.3.1　基本元件4

1.3.2　冲击系统6

1.3.3　工作介质的动力学特性8

1.3.4　冲击机械系统的性能指标9

1.4　冲击机械系统动力学研究的简单回顾9

参考文献12

第2章　波动力学理论与试验技术13

2.1　一维弹性杆的波动力学13

2.1.1　杆中纵波的控制方程13

2.1.2　波动方程的解析解15

2.2　波动力学数值分析方法18

2.2.1　特征线法19

2.2.2　透反射关系法21

2.3　冲击机械系统波动力学试验技术24

2.3.1　冲击试验装置24

2.3.2　冲击波动力学试验原理25

2.3.3　动态测试及数据处理系统28

2.3.4　作用力-位移曲线的测试30

2.3.5　Nicolet Odyssey动态信号采集和数据处理系统33

参考文献38

第3章 冲锤与杆撞击应力波及其传播研究40

3.1　等截面冲锤与杆撞击应力波40

3.1.1　撞击应力波波形函数40

3.1.2　应力波波形特征分析42

3.2　冲锤与杆撞击局部变形力学模型44

3.2.1　线性模型的物理意义44

3.2.2　撞击弹簧刚度46

3.3　冲锤与杆间接撞击应力波48

3.3.1　等截面冲锤48

3.3.2　刚性冲锤50

3.4　截面连续变化冲锤与杆撞击的特征线数值计算法52

3.4.1　数学模型52

3.4.2　特征线计算方法53

3.4.3　数值计算程序55

3.4.4　数值计算结果分析56

3.5　应力波通过非弹性杆元件的传播57

参考文献63

第4章　冲击系统波动力学分析65

4.1　一元冲击系统的波动力学分析65

4.1.1　系统的动力学方程65

4.1.2　塑性介质下的系统动力学分析67

4.1.3　弹性介质下的系统动力学分析69

4.1.4　工程应用70

4.2　二元冲击系统的波动力学分析71

4.2.1　系统的动力学方程71

4.2.2　黏塑性介质下的系统动力学分析72

4.2.3　黏弹性介质下的系统动力学分析74

4.2.4　工程应用75

4.3　带弹簧的二元冲击系统波动力学分析77

4.3.1　塑性介质下的系统动力学分析77

4.3.2　弹性介质下的系统动力学分析78

4.3.3　工程应用79

4.4　冲击系统冲锤回弹的波动力学分析80

4.4.1　冲锤与杆撞击回弹定性分析80

4.4.2　冲锤回弹速度计算81

4.4.3　讨论84

参考文献85

第5章　冲击机械系统动态数值模拟86

5.1　冲击机械系统数值模拟方法86

5.1.1　数值模拟原理86

5.1.2　数值模拟程序91

5.1.3　试验验证与分析91

5.2　YYG90液压凿岩机数值模拟94

5.2.1　冲击系统模型及其参数94

5.2.2　模拟结果及分析95

5.2.3　YYG90A液压凿岩机冲击活塞的改进97

5.3　D12筒式柴油打桩锤数值模拟研究99

5.3.1　冲击系统模型及其参数99

5.3.2　模拟结果及讨论100

参考文献102

第6章　反演设计研究进展103

6.1　引言103

6.2　反问题的数学描述104

6.3　反演设计问题105

6.3.1　反演设计的提法105

6.3.2　反演设计基本特征108

6.3.3　反演设计方法111

6.4　反演设计发展概况112

参考文献114

第7章　冲锤应力波反演设计方法及应用116

7.1　冲锤应力波反演设计方法116

7.1.1　冲锤与等截面杆撞击数学模型116

7.1.2　反演计算方法118

7.1.3　冲锤与变截面杆撞击反演设计119

7.1.4　反演设计程序122

7.2　理想应力波和冲锤最优形状研究122

7.2.1　理想应力波波形122

7.2.2　冲锤的合理形状125

7.3　岩石动态性能测试中的合理加载应力波波形及冲锤形状研究126

7.3.1　理论分析127

7.3.2　冲锤反演设计128

7.3.3　小直径SHPB试验机及其试验结果128

7.3.4　大直径SHPB试验机及其实验结果130

参考文献131

第8章　应力波传播部件反演设计133

8.1　部件波传播矩阵方程133

8.1.1　波动状态向量133

8.1.2　单元的波传播方程134

8.1.3　部件的波传递矩阵135

8.2　等透射率部件的动态反演设计原理137

8.2.1　透射率和反射率定义137

8.2.2　部件设计反演策略137

8.3　等透射率部件动态反演设计程序与应用139

8.3.1　反演设计程序139

8.3.2　反演设计示例140

8.4　反演解的分布和误差分析143

参考文献145

第9章　系统冲击激励宜人化反演设计146

9.1　引言146

9.2　提升机绳系激励反演设计146

9.2.1　关于宜人化冲击激励的确定146

9.2.2　由绳系响应计算激励的反演设计方法147

9.2.3　宜人化激励加速度的反演设计与分析149

9.3　车辆道路线形反演设计152

9.3.1　缓和竖曲线152

9.3.2　车辆动力学模型154

9.3.3　宜人化动力学评价指标154

9.3.4　反演设计结果155

参考文献156

第10章　冲击部件的强度设计157

10.1　冲击部件的受力与失效分析157

10.1.1　受力分析157

10.1.2　失效形式分析161

10.2　冲击部件的应力谱164

10.2.1　理论应力谱164

10.2.2　实测应力谱164

10.2.3　讨论165

10.3　冲击部件强度设计方法167

10.3.1　疲劳强度校核167

10.3.2　可靠性设计169

10.4　冲击部件疲劳寿命估算171

10.4.1　高应力低循环次数下的疲劳寿命估算171

10.4.2　低应力高循环次数下的疲劳寿命估算172

10.4.3　疲劳裂纹扩展寿命估算173

10.5　延长冲击部件使用寿命的途径175

参考文献176

第11章　环境友好型全水压冲击凿岩机178

11.1　环境友好型全水压凿岩机178

11.1.1　全水压凿岩机冲击器工作原理和结构179

11.1.2　全水压凿岩机机头转钎原理和结构180

11.1.3　全水压凿岩机支撑推进原理和支腿结构181

11.2　环境友好型全水压支腿式凿岩机设计182

11.2.1　冲击凿岩机动力学融合概念设计182

11.2.2　冲击凿岩机动力学融合设计公式184

11.2.3　冲击凿岩机参数设计计算186

11.2.4　全水压凿岩机动力学数值模拟192

11.3　环境友好型全水压凿岩机特殊设计与工艺194

11.3.1　水介质的特点和存在的问题194

11.3.2　全水压凿岩机密封设计195

11.3.3　全水压凿岩机防腐耐磨设计与处理工艺197

参考文献198