沉管隧道柔性接头压缩性能研究

柔性管节接头是沉管隧道的重要组成部分，接头的压缩性能决定了沉管接头的水密性能及安全性，但目前针对沉管隧道柔性接头压缩性能的研究相对缺乏，接头压缩性能参数的取值缺乏试验结果的支撑。基于此，以港珠澳大桥沉管隧道为研究背景，设计了几何比尺为1：10的隧道管节和接头模型，并进行了大比尺结构试验和止水带材性试验。通过对沉管隧道管节柔性接头逐级施加轴向荷载，试验获得了接头轴向位移随轴向荷载的变化曲线，并与止水带材性试验结果进行了对比分析，揭示了柔性接头的非线性压缩性能：接头压缩性能受GINA止水带自身压缩性能影响；相比材性试验，结构试验结果中接头压缩量普遍偏小2~3 mm，相对差异可达21%。为了进一步验证试验结果，分别建立了二维和三维止水带有限元模型，通过对比试验结果与有限元计算结果，分析并量化了试验中支座摩擦、止水带长度、形状及其横向约束等对试验结果的影响规律。量化分析结果显示，支座摩擦、止水带长度及横向约束对试验结果影响较小，可忽略不计，但止水带纵向尺寸对结构压缩性能影响较为显著，结果相差最大达到8.8%。最后基于试验结果提出了一种可用于模拟沉管接头压缩性能的简化力学计算模型，亦可应用于其他柔性接头的轴向力学分析。     

铝合金焊接结构塑性变形及断裂失效预测方法

铝合金焊接接头力学性能不均匀加大了焊接结构变形及开裂失效预测的难度。通过特殊样件拉伸试验，结合有限元反求方法获得了铝合金焊接接头焊缝、热影响区局部材料参数，建立从细观损伤力学角度预测铝合金焊接结构变形开裂的GTN（Gurson-Tvergaard-Needlemen）损伤模型。将焊接接头按照材料性能差异进行分区，构建精细有限元模型，采用Ls-dyna 软件结合GTN损伤模型对铝合金拼焊薄壁梁结构轴向压溃变形及开裂失效进行了预测，预测结果与试验吻合很好，验证了该方法的有效性。     

基于刚度的某客车骨架灵敏度分析与结构优化

建立某电动客车整车骨架有限元模型,进行车身结构的弯曲刚度和扭转刚度有限元计算;然后进行车身弯曲刚度、扭转刚度及质量对构件厚度的灵敏度分析,依据灵敏度分析结果,优化车身构件厚度,提高车身骨架结构的扭转刚度和弯曲刚度,同时质量不增加。     

基于动静载试验数据的预应力混凝土梁模型修正方法试验研究

为了将有限元模型修正方法引入到预应力混凝土主梁结构性能评估中,首先基于设计图纸,用有限元软件ANSYS建立后张法预应力混凝土T梁和箱梁的有限元模型。而后,综合运用动态加权系数和灵敏度分析的方法,以静载试验竖向挠度以及竖向前5阶自振频率为状态变量,构造目标函数。通过分析目标函数对设计参数的灵敏度,选取灵敏度高的设计参数对模型进行修正,调整了模型的物理参数,使模型计算值与试验结果在合理误差范围内。该方法克服了以往采用单目标函数修正有限元模型的不足,更易找到全局最优解。修正后的有限元模型按照静载试验加载工况进行加载,模拟分析了静载试验加载工况下2榀预应力混凝土梁有限元模型的应变、挠度计算结果,与现场静载试验测试结果相比较,其表明能够用于桥梁结构性能评估,可为类似工程提供借鉴。     

钢-UHPC轻型组合桥面板横向受力性能

为研究一种正交异性钢-超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构,在局部车轮荷载作用下的横向受力性能与横向受力组成,进行了足尺模型静载试验和有限元数值模拟。静载试验对同一足尺模型分别进行了横向简支工况和横向悬臂工况的加载试验,通过边界条件的变化来模拟组合桥面板不同的受力状态,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模型的正确性,而后利用有限元模型的分析结果,得到组合桥面板在局部车轮荷载下的横向受力组成。研究结果表明:组合桥面板在车轮荷载作用下,其横向受力局部效应明显,横向应力主要局限于荷载作用区域附近的两道U肋范围内;在车轮荷载影响区域内,由横肋弯曲产生的桥面板整体附加弯矩的影响很小,组合桥面受力以第3体系为主,相应截面弯矩达到了总弯矩的75%,而在其他区域,第3体系受力所占比重迅速衰减,组合桥面受力以第2体系为主;加载至300kN时,组合桥面板受力仍处于弹性阶段,UHPC层顶面最大横向应力达到11.9 MPa仍未开裂,满足设计要求。     

基于行人腿部保护的商用车保险杠系统参数优化分析

建立了某型商用车前部结构的有限元模型,基于GTR法规对行人腿部保护的规定,采用正交试验设计方法进行碰撞模拟试验及参数灵敏度分析,找出了影响商用车行人腿部保护性能的主要设计参数,并从结构和造型角度提出了改进此款车型腿部保护性能的方法。     

基于刚度灵敏度分析的宽体货箱优化设计

建立了某新型宽体货箱有限元模型,对其进行静刚度分析,并利用DHDAS静态信号采集分析系统对宽体货箱进行刚度试验,比对分析和试验结果,验证了有限元模型。以货箱最小质量为优化目标,部件厚度作为优化变量,建立优化模型。通过验证后的有限元模型对宽体货箱进行灵敏度分析,定义了刚度和质量综合影响程度的衡量优化指标,确定了尺寸优化的主要部件。经过优化,货箱质量降低了12.7%;弯曲刚度提高了6.05%,扭转刚度提高了1.3%。本文优化方法为货箱优化设计提供了参考价值。     

基于灵敏度分析的商用车车架轻量化设计

运用Hyper Mesh软件建立某商用车车架的有限元模型,通过模态分析得到车架的动态特性,并结合模态试验验证了有限元模型的准确性。在此基础上对车架进行了弯曲刚度和扭转刚度分析。对车架部件进行了质量灵敏度、1阶固有频率灵敏度和柔度灵敏度分析,基于相对灵敏度分析结果确定车架的设计变量,以车架总质量最小化为目标,以车架1阶固有频率、弯曲刚度和扭转刚度不下降为约束条件,建立车架尺寸优化模型。优化结果表明:优化后的车架总质量减轻6.14%,同时第1阶固有频率提高6.09%,弯曲刚度提升1.21%,扭转刚度提升0.58%,验证了该车架轻量化思路的可行性。     

基于应力测试技术的重型车变速器齿轮失效研究

针对某重型车变速器齿轮的失效问题,利用应力测试技术对易产生弯曲疲劳失效的齿轮进行了应力测试,并通过与有限元计算结果的比较,论述了有限元计算结果的局限性。根据测试结果,从齿根过渡圆角和基节偏差的角度分析了变速器齿轮的失效原因,提出了增大主动齿轮刀具刀顶圆角半径及对基节误差进行控制的改进措施,并通过台架试验进行了验证。     

基于响应面法的汽车车身T型接头优化

提出了一种适用于汽车概念设计阶段的车身T型接头快速优化方法.该方法根据T型接头的结构特点,将其划分为1个本体区域、3个分支区域和3个过渡区域,并建立7个相应的六面体作为各区域的控制体,通过六面体顶点的位置变化来实现各区域结构的尺寸变化.接着提取整车刚度和强度分析工况下接头的边界载荷,并利用拉丁方实验设计方法对接头有限元...     

焊接工艺对客车骨架T形接头强度的影响

为了给客车骨架T形接头焊接工艺方案的选择提供参考依据和技术指导,以某全承载式客车为载体,研究焊接顺序和焊接电流对客车骨架T形接头强度的影响。选取底架上3处危险T形接头作为研究对象,采用与所选取接头截面尺寸相同的方钢进行焊接试验,对其在不同焊接顺序和焊接电流方案下的焊接变形进行测量与统计。根据试验数据建立变形后的T形接头有限元模型,在其端部施加反向位移,从而获得T形接头在各个方案下的焊接变形应力。通过建立车身整体梁壳混合模型,对所研究T形接头在整车危险工况下的工作应力进行统计,并将焊接变形应力引入整车分析,基于应力叠加的方法,获得T形接头处的实际应力值,以此为依据研究不同焊接工艺参数对客车骨架T形接头强度的影响。研究结果表明：焊接工艺对T形接头强度存在较大影响,针对选取的3处T形接头,当采用不同的焊接顺序时,应力最高值与最低值相差可达40%以上;当采用不同的焊接电流时,应力最高值与最低值相差达到了30%左右;合理选择焊接工艺参数可以避免焊接变形应力与工作应力的叠加,从而有效降低接头处的应力水平,进一步提高车身骨架整体的承载性能。     

基于弯扭刚度的某轿车车身梁结构灵敏度分析

讨论车身梁结构灵敏度分析对整车性能控制的重要性;简要介绍结构灵敏度知识;描述有限元参数化模型的建立过程;详细研究灵敏度分析结果;确定对弯扭刚度影响较大的梁及其截面属性。     

基于相对灵敏度分析的客车车架轻量化

以某客车车架为研究对象,进行模态分析并与试验模态比较,验证了有限元模型的准确性;进行刚度分析,验证了该车架弯曲刚度和扭转刚度符合设计要求。在此基础上,考虑车架结构件板厚对其低阶模态参数及质量的影响,对主要部件的板厚进行频率灵敏度和质量灵敏度分析。引入相对灵敏度,提取相对灵敏度较大的部件以板厚为设计变量进行优化分析。优化结果表明：车架固有频率降低,同时车架的质量也减少,达到了轻量化的目的。     

碳纤维与铝合金螺栓连接拉伸失效仿真研究

通过有限元软件ABAQUS中Explicit模块建立碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）与铝合金螺栓连接接头的有限元仿真三维模型，并进行了相对应的单钉单剪拉伸试验研究。结合试验和仿真结果，获得了螺栓连接接头在单轴拉伸载荷下的损伤失效模式。铝合金失效基于延展性（Ductile）金属失效准则，CFRP失效准则基于Hashin准则，可以表现复合材料在纤维拉伸压缩、基体拉伸压缩、法向分层拉伸压缩和纤维与基体剪切模式下的7种失效形式，复合材料起始失效后采用刚度折减规则实现刚度退化。结果表明，螺栓失效过程分为3个阶段，即线弹性阶段、CFRP损伤起始阶段、接头失效阶段。对比仿真和试验结果，以接头强度角度考虑，仿真结果与试验结果误差为6.3%，说明了有限元仿真模型的有效性。通过有限元仿真结果分析发现，在螺栓接头失效过程中，CFRP失效发生在基体拉伸和压缩模式以及法向分层压缩模式上，铝合金表现出了明显的延展性损伤形式。     

沉管隧道新型剪力杆组合结构的抗剪应用研究

为了提高节段接头施工效率和沉管隧道预制化水平,改善现有节段接头连接方案存在的接头截面利用率低、中埋式止水带安装困难、工效低和剪力键浇筑质量差等突出问题,提出以新型钢剪力杆组合结构替代传统剪力键的节段接头连接方案。通过开展剪力杆组合结构单杆、多杆剪切试验,测量剪切荷载、接头相对错动、钢套筒应变和钢筋应力,研究其抗剪性能。以大连湾海底沉管隧道工程为依托,基于材料塑性损伤本构模型,考虑节段接头的细部构造,根据剪力杆组合结构剪切试验对数值仿真方法的有效性进行验证。利用数值模拟研究了节段接头水平向、竖直向剪切,绕横轴、竖轴弯曲的变形规律和破坏特征,进一步建立三维仿真模型,研究剪力杆组合结构在大连湾海底沉管隧道工程中的工作情况。研究结果表明：剪力杆组合结构的失效由剪力杆的剪断破坏控制,破坏延性特征明显。剪力杆破坏荷载-位移关系可以分为弹性、塑性加强和塑性破坏3个阶段。接头存在间隙时,剪力杆组合结构破坏屈服特征明显。剪切试验数值结果与现场试验结果吻合良好。节段接头数值试验揭示,在剪切、弯曲作用下接头破坏过程较为复杂,且均呈现出阶段性特征。基于接头损伤分析,提出了节段接头位移安全评价指标。对控制工况下...     

汽车动力总成弯曲振动固有特性的有限元计算及结构修改灵敏度分析

本文采用有限元方法建立了一种轻型客车动力总成弯曲振动分析模型，计算分析了其弯曲振动固有频率和固有振型，并进行了动力总成弯曲振动固有频率对离合器壳厚度等结构参数的灵敏度分析，为结构修改设计提供依据，对该动力总成的主要低频弯曲振动模态的计算结果得到实验模态分析结果的验证。     

基于内聚力模型的动力电池胶粘连接仿真研究

针对动力电池中的胶粘连接,本文开展电池包用结构胶粘接对接接头和拉伸剪切接头的力学性能测试,获取了基于内聚力模型的胶粘界面力学性能参数,并将其应用于电池包准静态挤压分析中,仿真预测挤压过程中结构胶的开裂失效和整包的机械安全性能。对动力电池包开展挤压试验,实测结果与仿真结果基本相符,未发生安全问题。基于内聚力模型模拟结构胶开裂失效,可以为电池包结构高集成和轻量化设计提供技术支撑。     

基于Sobol'法的白车身弯扭刚度灵敏度分析及优化设计

为了提高某轿车白车身弯扭刚度性能,文章采用全局灵敏度分析方法进行白车身结构优化设计。首先,分别建立白车身弯曲刚度及扭转刚度的有限元模型,进行结构性能的分析;然后,以车身部件的厚度作为分析参数,采用基于Sobol'法的全局灵敏度分析方法,获得各个部件对弯扭刚度的综合贡献度;最后,根据部件的敏感程度进行结构优化设计。结果表明,在兼顾白车身总质量的前提下,弯曲刚度提高15. 66%,扭转刚度提高12. 28%,显著提高了白车身的结构性能。     

超服役周期沥青路面抗裂性能及疲劳性能评价

为解决传统四点弯曲疲劳试验所需试件尺寸较大、现场取芯对路面损坏较严重等问题,针对不同的横向裂缝间距,选取6个典型路段,引入半圆弯曲试验(SCB)开展沥青路面抗裂性能与疲劳性能研究。通过SCB劈裂试验和疲劳试验的结果发现:当横向裂缝间距小于100 m时,断裂能和横向裂缝间距的相关性系数R~2=0.984 4,故断裂能可以用来评价不同病害沥青路面的抗裂性能;基于疲劳寿命和应力幅(lg N_f-σ)的单对数线性回归能够更好地反映沥青路面的疲劳性能。     

客车结构优化设计

把灵敏度分析引入到客车结构优化设计中,通过对某型客车各梁的相关参数相对于整车质量变化的灵敏度分析,找出对质量变化最敏感的设计参数,再对其进行尺寸优化,计算出最优数值,根据型钢标准对优化结果进行圆整,从而得到改进后的尺寸,对客车结构的改进提供指导,提高优化设计的效率,减少其盲目性。