功能梯度材料圆筒的定常工分布及热应力

利用线性热弹性理论研究了功能梯度材料圆筒的定常温度分布及热应力，在考虑各材料常数也存在梯度分布的条件，得到一组计算温度分布及热应力的公式。     

陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的传热与热应力有限差分分析

推导了多层陶瓷梯度涂层圆筒模型的温度和热应力分布，对变物性材料的差分解法进行了分析，并与实际的工程模型进行了对比计算，有限差分解和有限元解能够很好地吻合。     

陶瓷／金属梯度热障涂层动态设计软件的研制

结合热障涂层和功能梯度材料的概念,研究陶瓷／金属梯度热障涂层动态设计软件的结构与功能及其实现过程。通过具体的例子,对多层圆筒模型的温度场的解析解、差分解及有限元解的仿真结果进行了比较及分析。     

基于遗传算法的功能梯度材料的优化设计

针对功能梯度复合材料的陶瓷隔热涂层问题,建立了遗传算法模型,用有限元法计算热应力,得到了满足约束条件的解,为寻找功能梯度材料的陶瓷涂层在空间的最优分布设计提供了一个有效方法。     

陶瓷/金属功能梯度多层组合板的热弹性极限分析

对陶瓷／金属功能梯度多层组合板进行了稳态热传导分析及热弹性极限分析，导出了稳态温度分布场，极限状态热弹性应力分布的计算式，并在弹性极限状态下，得到了弹性极限温度．文中的结果是以ZrO2／Ti-6Al-4V陶瓷热障涂层为对象得到的，其模型和方法同样适用于各类金属陶瓷梯度涂层材料．     

功能梯度材料在道岔中应用的可能性

分析了道岔材料的破损及应力分布情况，在此基础上提出了道岔功能梯度结构模型，依据道岔功能梯度结构模型，通过对合金钢进行温热加压处理，制造了符合结构模型的功能梯度材料、性能梯度变化的特征使得功能梯度材料能够有效地解决道岔中强度与冲击韧性之间的矛盾。     

轮轨热接触耦合效应的有限元分析

针对制动热应力问题,运用有限元直接耦合法,对车轮热接触工况进行了模拟,采用耦合方程同时求解温度场和位移场,研究了纯机械载荷工况和热接触耦合工况下轮轨应力分布与变化规律,分析了车轮及钢轨表层材料和次表层材料的变形、温度与应力之间的关系.分析结果表明:由于热应力的影响,车轮表面以下0～1 mm的表层区域等效应力最大值增大了...     

模拟异种钢接头蠕变力学特性的数值分析

利用有限元数值模拟了高强匹配异种的接头在弹性－蠕变条件下的应力／应变场，结果表明，接头的应力／应变分布不均匀，在焊缝界面上，应力和应变分别呈不连续和不协调分布特性，并随着拦头各区蠕变强度差别的增大，其分布梯度增大，峰值应力／应变提高，因此，蠕变强度梯度大的高强焊缝和低强母材的界面是接头的薄弱部位。     

功能梯度梁纯弯曲的弹塑性理论分析

对功能梯度梁在纯弯曲加载和卸载过程中的弹塑性变形行为进行了研究.假设梁由线弹性材料A和理想弹塑性材料B两相材料组成,其复合材料的屈服特性较复杂.为了获得纯弯曲的理论解,利用复合材料力学的方法,分别考虑两相材料的应力,并以此为基础对梁进行弹塑性分析,认为梁的屈服特性完全由材料B的应力决定,而并非整体应力.文中详细讨论了加载和卸载过程的各个阶段,并给出相应的解析解.最后通过算例,对中性轴的位置、截面应力分布、残余应力和残余曲率的变化规律进行了详细讨论.     

地温梯度孕育的岩体热应力对岩爆预测的影响

为使在高地温环境下通过水压致裂获得的应力更加真实地预测岩爆，提出在岩爆预测过程中应考虑地温梯度孕育的岩体热应力. 结合弹性理论获得了在高地温环境下水压致裂的理论应力解；基于此理论应力解对圆形隧道进行了岩爆预测；应用岩体热应力公式对桑珠岭隧址区的岩爆进行了预测. 研究结果表明:在高地温环境下，恒定压力和水平主应力会增加约一倍的岩体热应力，裂隙重开压力会增加约两倍的岩体热应力，垂直应力不变；如果在高地温环境下直接采用水压致裂测得的应力进行岩爆预测，当水平原位地应力大于竖向原位地应力时，得到的岩爆等级偏高，当水平原位地应力在重力应力和竖向原位地应力之间时，得到的岩爆预测位置与实际不一致，当水平原位地应力小于重力应力时，得到的岩爆等级偏低；桑珠岭隧址区的岩体热应力约为重力应力的61%，若不考虑此热应力进行岩爆预测会导致严重的错误.      

钢管混凝土风电塔架插板式节点的力学行为分析

为了掌握格构式钢管混凝土风电塔架插板式节点的受力性能，进行了4个插板式节点缩尺模型的静力试验，并在此基础上采用ABAQUS进行参数扩展的有限元非线性分析；通过节点板厚度和球柱高度的变化，对节点的节点板等效应力分布、锥台区等效应力分布等性能指标进行了分析. 研究结果表明:插板式节点的破坏形态可分为节点板屈曲破坏模式、包裹体滑移破坏模式和球柱剪切破坏模式，分别取决于节点板厚度、包裹体握裹力和球柱高度；节点板为节点的薄弱部位，随着节点板厚度和球柱高度的变化，其高应力区均集中在节点板下部与球柱相交处；假定腹杆不发生屈曲破坏，在球柱高度相同时，当节点板厚度n ≤ 12 mm时，节点承载力随着n的增大而增加，当n > 12 mm时，随着n的增大，节点承载力增长幅度明显放缓；在节点板厚度相同时，当球柱高度h ≤ 90 mm时，节点承载力随着h的增大而增加，当h > 90 mm时，随着h的增大，节点承载力增长幅度明显放缓；此类节点在实际工程设计使用时节点板厚度n ≤ 12 mm较为合理、球柱高度h ≤ 90 mm较为合理.      

各种典型边界FGM矩形板面内自由振动的二维弹性分析

为获得功能梯度材料（FGM）矩形板面内自由振动的动力学响应,基于二维线弹性理论建立了功能梯度材料矩形板面内自由振动的控制微分方程.采用微分求积法（DQM）数值研究了9种典型边界下FGM矩形板面内自由振动的频率特性,分析了边界条件、长宽比及梯度指数对自振频率的影响.分析结果表明:通过设置梯度指数为0,将FGM矩形板退化为各向同性矩形板,与已有各向同性矩形板的文献结果进行比较,表明了DQM的适用性和精确性;9种边界下长宽比对FGM矩形板基频的影响不同,基频随长宽比的增大而增大的板分别为:C-C-C-C板、SS2-C-SS2-C板、C-C-C-F板、SS1-C-SS1-C板、C-C-F-F板和SS1-SS1-SS2-SS2板;基频随长宽比的增大而减小的板分别为:F-F-F-F板与C-F-C-F板;SS1-SS1-SS1-SS1板发生剪切自锁现象,基频随长宽比的增大而基本保持不变;基频随梯度指数的增大而快速减小,梯度指数p 10时,基频变化不再明显.      

Dynamic investigation on composite flexible multi-body system considering thermal effect

The dynamic performance of composite flexible multi-body system under the simultaneous action of thermal fields and driving constraint is analyzed. Based on strain-displacement relation of the Mindlin plate theory which includes transverse shear deformation, and considering thermal effect, variation equations of laminated plate are derived by the principle of virtual work. The finite element method is used for discretization. According to kinematics constraint relation, dynamic equations for spatial slider-crank system are established. Simulation results show that spatial deformation (torsion deformation) appears in the multi-layered composite slider-crank mechanism which is simulated with planar motions. Furthermore, the influence of coupling between thermal expansion and flexible deformations of non-symmetrical composite plates on the large overall motion under the uniform temperature field is investigated. Finally, significant change in constraint force due to the spatial deformation is shown.     

Finite element modeling of hydrostatic stress distribution in copper dual-damascene interconnects

Hydrostatic stresses of copper dual-damascene interconnects are calculated by a commercial finite element software in this paper. The analytical work is performed to examine the effects of different low-k (k is permittivity) dielectrics, barrier layer and aspect ratio of via on hydrostatic stress distribution in the copper interconnects. The results of calculation indicate that the hydrostatic stresses are highly non-uniform throughout the copper interconnects and the highest tensile hydrostatic stress exists on the top interface of lower level interconnect near via. Both the high coefficient of thermal expansion and the low elastic modulus of the low-k dielectrics and barrier layer can decrease the highest hydrostatic stress on the top interface, which can improve the reliability of the copper interconnects.     

混凝土箱梁桥沥青混凝土铺装层温度应力分析

为了探求混凝土箱梁桥沥青混凝土铺装层在温度变化条件下引起开裂的破坏机理,采用现场监测与理论仿真模拟相结合的手段研究了沥青混凝土铺装层在低温、高温季节,以及夏季阵雨引起大幅降温等情况下的温度场分布及引起的温度应力,并与车辆荷栽作用下的沥青混凝土铺装层力学响应进行了对比分析．计算结果表明,沥青混凝土铺装层在大幅降温条件下产生的拉应力要明显大于日变化条件下的计算结果;由实测温度场得到的拉应力峰值出现在沥青混凝土铺装层表面;大幅降温引起的铺装层拉应力要大于车载作用下的计算结果;在沥青混凝土铺装层的设计中要重点考虑温度荷载的作用．     

Analysis and calculation of axial stiffness of tubular X-joints under compression on braces

This paper introduces the influence factors of axial stiffness of tubular X-joints. The analysis model of tubular joints using plate and shell finite element method is also made. Systematic single-parameter analysis of tubular X-joints is performed using Ansys program. The influences of those factors, including ratio of brace diameter to chord diameter (β), ratio of chord diameter to twice chord thickness (γ), ratio of brace wall thickness to that of chord (τ), brace-to-chord intersection angle (θ), and chord stress ratio, ratio of another brace diameter to chord diameter, in-plane and out-of-plane moment of braces, etc., on stiffness of tubular X-joints are analyzed.Two non-dimensional parameters-joint axial stiffness factor ηN and axial force capacity factor ωN are proposed,and the relationship curve of the two factors is determined. Computational formulas of tubular X-joint axial stiffness are obtained by multi-element regression technology. The formulas can be used in design and analysis of steel tubular structures.     

钢构件对接焊焊缝横向残余应力分布研究

采用ANSYS通用有限元分析软件对钢板对接焊进行模拟分析,通过对不同厚度钢板的对接焊缝横向残余应力分布的研究,得出了横向焊接残余应力分布与板厚关系的一些简便的数学公式,以便设计人员在进行焊缝设计时进行残余应力的估算.     

环板式针摆行星减速器箱体的有限元分析

采用有限元法对双电机驱动双曲柄环板式针摆行星传动减速器箱体进行静力分析，按照设计图纸对三维实体进行精确建模，并设计符合工程实际的边界条件使计算结果尽量接近实际应力状态，并通过结果分析得出箱体的应力分布规律并找出箱体上应力的薄弱环节，采用增加筋的方法使应力分布更加均匀，并为进一步减轻减速器的重量提供设计依据．     

考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

为了提高轨道车轮的结构性能, 利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型; 以双S型轨道车轮为设计蓝本, 分析了轨道车轮的辐板设计域, 提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法; 介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路; 根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准, 分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况, 不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构, 而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构; 对比了优化前后车轮辐板的应力, 并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性, 证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明: 利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的; 在车轮质量不增加的前提下, 优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚, 有效地减小应力集中, 降低结构应力; 对比原双S型车轮, 优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升, 分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%, 其中, 方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高, 并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。      

路基不均匀沉降下无砟轨道受力与变形传递规律及其影响

针对路基上CRTSⅠ和CRTSⅡ型板式无砟轨道的结构特点, 分别建立了相应的有限元模型, 研究了路基不均匀沉降作用下不同板式无砟轨道受力与变形的传递规律及其影响。分析结果表明: 路基不均匀沉降发生后, 上部轨道结构的垂向变形具有一定跟随性, 变形与沉降曲线相近但不完全重合; 底座板伸缩缝的存在对轨道结构的受力和变形有较大影响, 在20 mm/20 m沉降条件下, CRTSⅠ、CRTSⅡ型板的垂向位移分别达沉降幅值的90%和60%, 相对CRTSⅠ型板而言, 沉降对CRTSⅡ型板的垂向位移影响较小, 但后者更易形成较大范围的离缝, 离缝长度达6.52 m, 为CRTSⅠ型板离缝长度的1.92倍; 当沉降幅值位于底座板中心时, 离缝主要集中在伸缩缝、沉降端部和沉降中心, 但当沉降幅值位于伸缩缝处时, 离缝主要集中在伸缩缝两侧和沉降端部; 沉降波长或幅值改变时, 会导致最大离缝位置出现偏移; 在路基不均匀沉降作用下, CRTSⅠ型板的底座板纵向最大拉应力均大于轨道板的纵向最大拉应力, 而CRTSⅡ型板的情形则相反; 从混凝土强度考虑, CRTSⅠ型板沉降控制标准应以底座板的拉应力控制为主, 而CRTSⅡ型板应以轨道板和底座板的拉应力综合控制。