不同FE建模方法对疲劳强度分析结果影响的对比研究

为了提高工程结构强度分析的效率,基于ANSYS和Hyper Mesh平台建立了某型号机车焊接构架的全实体单元模型和体—壳混合单元模型,并对这2种建模方法的建模时间、分析周期及疲劳强度的计算精度进行了对比分析。针对体—壳混合单元组合建模中存在的体、壳单元连接处自由度不匹配的问题,在接口引入了RBE2刚性连接单元来提高计算精度。研究表明:全实体单元建模方法在工作量、分析周期以及有限元模型的规模等方面,都数倍于体—壳混合单元组合建模方法;采用合理的体、壳单元连接措施后,其疲劳强度分析计算精度的相对误差能控制在10%的范围内,对提高工程结构强度分析效率具有良好的应用价值。     

200 km/h城际动车组动力转向架构架强度试验及有限元分析

介绍了200 km/h城际动车组动力转向架构架强度试验的基本情况.通过建立实体单元和壳、实体混合的构架有限元计算模型,按照强度试验栽荷工况对构架进行了详细的强度计算,并对比分析了强度试验结果与有限元计算结果的差异,总结了构架强度设计的基本经验.     

机车车体典型焊接接头应力分析

为解决近年来在采用壳单元的重载机车车体结构强度分析中,牵引梁与中梁过渡区域焊接接头的理论分析结果与试验结果存在较大差异这一问题,提出将车体主体结构离散为壳单元,分别采用壳单元和实体单元离散牵引梁与中梁的过渡区域。基于机车的运用工况,确定车体在纵向压缩和拉伸载荷作用下的理论应力分布并与试验结果进行对比,研究壳单元和实体单元对典型焊接接头应力分布的影响,并对该区域的局部结构进行优化。分析结果表明:在典型焊接接头区域,实体单元比壳单元具有更高的计算精度,且与试验结果吻合度较高;采用实体单元能更准确地模拟存在较高应力集中效应的焊接接头的应力分布。     

隧道初衬计算单元类型的技术对比分析

隧道结构是包括围岩和支护的一个高度非线性系统,无论是荷载结构模型还是地层结构模型,多数都是建立在经验和类比基础上。初衬作为隧道工程中最为关键的一个环节,在目前的有限元计算中,对于初衬单元的建模有的是实体单元,有的是壳单元,两者相互比较的很少。本文就初衬单元的技术问题进行分析研究,得出非独立实体单元、独立实体单元和独立壳单元的区别以及它们各自的特点,推荐采用独立实体单元衬砌模型分析计算。     

高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究

为降低动车组车体加工中的焊接残余应力,开展了动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究。研究中基于热弹塑性有限元理论,利用实体-壳单元混合模型以有效减小计算规模,通过壳单元实现实体与壳单元连接的方法,建立了高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真有限元模型。在试验的基础上,利用双椭球模型校核焊接热源,通过提取和简化各道焊平均热循环曲线,实现热源加载,分析了KK端焊接残余应力的分布规律。在此基础上,提出采用2种分段焊的优化方案,最终的计算结果表明,分段焊可有效的减小KK端的焊接残余应力。     

跨座式单轨交通作业车转向架构架静强度及疲劳分析

根据构架在实际运行中的受力特点,提取4种超常载荷工况对构架静强度进行分析,其最大节点von-Mises应力为118.181 MPa,位于稳定轮与构架连接处,小于构架材料Q345A的最大许用等效应力293 MPa。分析正常运行时利用FAMOS采集的牵引曲线工况下构架测点动应力值,将其代入材料的Goodman疲劳极限图中进行构架疲劳强度分析,测点的最大、最小应力值及应力幅值均在材料疲劳强度的许用范围内,表明构架的静强度和疲劳强度均满足设计和使用要求。     

实体退化板-壳组合单元法及钢-混结合梁桥施工过程力学分析

在实体退化等参单元的基础上,引入板壳理论的基本假定,构造了三维8～20节点实体退化板壳组合单元。由于同一个单元包含了不同的板壳组件,不同的板壳组件又可以由不同的材料组成,同一个板壳组件又可以分为若干个不同的材料分段(允许材料为空,相应的材料参数置零),单元刚度矩阵需要通过对不同的材料分区分块积分后叠加组合而成。板壳组件的应力应变由整体笛卡儿坐标系下单元的应力应变经过坐标转换后求出。桃河特大桥的施工过程及成桥静动载的理论分析结果与实测结果表明,该方法不仅可以减少组合结构桥梁的单元剖分数量,提高计算效率,并且精度完全能够满足控制要求,具有良好的工程应用前景。     

悬索桥隧道锚与下方公路隧道相互作用分析

隧道锚、公路隧道叠置使锚址区受力十分复杂,研究锚、隧的相互作用十分必要足尺模型试验难以实现,而数值分析是一条有效途径以我国首座大跨径悬索桥隧道锚为研究对象,基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟,该围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元用读入应力法建立复杂构形的初始应力场。结果表明：在锚、隧间距合适时,施工期间两者的相互作用不突出;隧道施作时锚体区竖向位移与设计缆力作用的位移值对比表明,先施工公路隧道后施工隧道锚的工序是合理的;隧道锚的施作对隧道围岩位移影响微弱为大桥和隧道的设计与建造提供了可靠依据。     

不同自由度单元之间连接刚度问题的研究与应用

针对有限元分析中,板壳单元与实体单元之间由于自由度的不匹配,使转动自由度在板壳单元与实体单元交界处产生不连续的问题,提出了采用约束方程进行联合建模的思路。根据有限元理论进行公式推导,得到了约束方程在板壳单元与实体单元连接处的刚度协调方程;用有限元实例进行计算比较验证;将该建模方法运用于某地铁车的仿真当中。理论分析及仿真结果表明,非协调性单元之间自由度的协调统一对仿真结果有较大的影响,采用约束方程在板壳单元与实体单元之间形成过渡能有效消除自由度不协调的问题,从而得到更切合实际的仿真结果。     

有限元三维实体单元与壳单元的组合建模问题研究

板单元与实体单元之间的连接由于本身自由度的不同使转动自由度不连续，这个问题是有限元计算中比较难以解决的问题，本文采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡，复合单元可以看成是板单元与实体单元的组合，其刚度矩阵可以看成是板单元刚度矩阵与实体单元刚度矩阵的叠加，即复合单元具有三个方向的位移自由度和三个方向的转动自由度，通过对全实体有限元模型和具有复合单元的有限元模型的计算证明，采用复合单元来实现板单元与实体单元之间的过渡，其计算结果与全实体有限元模型的计算结果偏差较小，结果真实可靠。     

钢铝混合车体铆接结构有限元建模方法研究

为建立一种适用于钢铝混合车体铆接结构的简化有限元模型,基于ANSYS平台,采用壳单元与MPC184刚性梁单元在3种不同的复杂程度下分别建立了双排单搭板铆接结构和双排双搭板铆接结构的简化有限元分析模型,并与全实体有限元模型进行了比较分析。在此基础上提出了铆接结构采用壳单元与MPC184刚性梁单元进行离散化的工程方法,并将其成功运用于某钢铝混合车体强度分析中。研究表明:采用该方法对铆接结构进行离散化时,在距离铆钉距离大于10倍的铆钉名义直径区域,铆接结构的von_Mises应力计算相对误差在5%以下,且随着距离的增加逐渐减小;在对大型铆接结构进行强度分析时,综合采用该方法与子模型技术在保证其计算精度的前提下提高了计算效率。     

高速铁路声屏障动力特性研究

以高速铁路声屏障为研究对象,介绍作用于声屏障的高速列车脉动风荷载的特性.分别建立单块混凝土声屏障及金属立柱声屏障的实体有限元模型,并建立用于时程响应分析的20 m长板壳有限元模型.实体、板壳声屏障模型的自振特性分析结果表明,两者的基频结果相符较好,基频均在9.0 Hz以上,远离高速列车的2.0～4.0 Hz的脉动频率.两者模型差异导致2阶以上的自振频率存在一定差异.高3.05 m整体式混凝土声屏障的列车脉动风荷载的时程响应分析表明,声屏障的侧向最大位移与最大应力均较小.除透明板振动稍大外,结构动力性能良好,无共振现象.     

机车驱动单元的强度试验

以Voith Turbo公司驱动单元为例,介绍了与有限元计算相结合的驱动单元构架的强度试验方法.     

高速铁路路基动力响应特征的正演数值仿真

为预测和分析高速列车在路基上行驶时产生的动态荷载、振动和冲击等影响因素,评估路基的稳定性和强度,提出高速铁路路基动力响应特征的正演数值仿真方法。采用实体单元模拟轨枕与钢轨,针对路基、路基本体以及道床设置三维一致粘弹性人工边界条件和三维一致粘弹性边界单元,构建高速铁路路基数值模型;在位移、加速度和应力等方面,结合车轮荷载分布函数,构建高速铁路路基动力响应函数,分析高速铁路路基动力响应特征,计算在不同深度、路基机床表层厚度和行车速度下产生的位移、加速度和应力值。仿真结果表明,应力、位移与加速度的变化没有明显规律,而应力与加速度衰减趋势较大,这种衰减趋势随深度增加逐渐减弱,基床表层厚度对位移产生的影响高于应力和加速度。     

泰国BS100钢轨菱形交叉组合强度分析

为了确定泰国BS100钢轨菱形交叉的强度是否能够满足使用要求,运用车辆-轨道耦合系统动力学分析车辆通过菱形交叉的最大轮轨力,并将计算结果作为菱形交叉的强度计算荷载;采用三维实体有限单元法分析菱形交叉的应力和变形.结果表明,菱形交叉在列车动载作用下,变形合理,轨道状态能得到较好保持;菱形交叉的最大Mises应力为262.917 MPa,小于材料屈服强度440 MPa,且屈服强度与最大Mises应力的比值大于一般工程强度安全系数1.3,辙叉强度满足使用要求,并具有较大储备.     

轨道车辆车体气密强度试验系统研究与设计

为解决目前车体气密强度试验过程中压力加载系统与应力位移测试系统两者相互独立，测试位移方式为相对位移的问题，基于NI平台，借助NI-CompactRIO微控制器和Labview软件人机交互界面设计，采用迭代学习控制算法，开发了轨道车辆车体气密强度试验系统。该试验系统实现了车体气密强度试验过程中压力加载系统与应力位移测试系统耦合，当车体各测点应力位移测试值超出预警值，会自动反馈控制调节压力加载值，使其泄压，起到有效、及时地保护试验车体的作用，提高试验的安全性及智能化程度；同时能够对不同车型任意断面任意位置处车体结构绝对位移测试，提高测试可靠性及精准度，为车体结构优化设计提供数据支撑。     

孟买地铁1号线车辆转向架构架强度分析

文章介绍了轻量化构架的结构设计特点,建立了构架的有限元模型,根据标准UIC 615-4对孟买地铁1号线车辆转向架构架采用ANSYS求解各工况下的应力值,对于不同的运用工况,分别进行静强度及疲劳强度分析,并对其进行了静强度与疲劳强度试验校核。     

转K7型转向架副构架优化设计

以转K7型转向架副构架质量为目标函数,以C级铸钢的静强度为约束条件,根据.TB/T1335-1996所规定的货车转向架部件强度的试验载荷,对副构架进行结构优化设计,采用降低弯矩和变形量的设计方法,以提高副构架结构的静强度.优化方案副构架最大等效应力较原方案降低13.96%～34.69%,结构刚度和应力趋于均匀,副构架静强度满足设计要求.     

焊不透缺陷对某转向架结构强度的影响分析

利用有限元分析软件ANSYS,采用“壳到实体”、“实体到实体”子模型法,以CW-200转向架构架帽筒焊不透缺陷对结构强度的影响进行了分析,得到了焊缝未焊透缺陷对结构强度的影响规律。     

桃河特大桥主跨65m钢—混结合梁施工过程控制

采用虚拟层合板—壳—梁—实体组合单元法对桃河特大桥施工过程进行了有限元仿真分析,并与实测结果进行了对比,得出如下结论:虚拟层合板—壳—梁—实体组合单元法能够以少量的单元精确模拟结合梁的几何细节,避免了结合梁施工过程力学分析中的重复建模、节点耦合等难题;"U"型钢梁在移梁架设过程中各控制截面的实测应力变化较小,架设过程平稳、顺利;各施工阶段钢梁和钢筋混凝土桥面板应力实测值与理论值较为吻合。