沥青混凝土材料细观损伤的数值模拟

在对沥青路面心样进行轴向压缩疲劳试验时,结合CT扫描技术拍摄了不同疲劳阶段下沥青混凝土的细观结构图像,利用细观力学及断裂力学方法建立了一细观模型,运用有限元程序对试件的宏观裂纹形成这一复杂过程进行了模拟。结果表明,该模型能有效模拟材料的损伤演化过程,在有限的实验研究基础上,运用细观力学方法数值模拟沥青混凝土的力学性能是可行的,以弥补试验的不足。     

基于点云数据的S型螺旋弹簧逆向设计

利用三坐标激光测量仪读取S型螺旋弹簧的点云数据,通过点云数据提取弹簧结构的特征规律,然后采用Image Ware软件进行逆向建模。依据所建模型,利用有限元分析工具ANSYS进行分析计算,得到了该弹簧的力学特性。与试验结果进行的对比表明,所建立的模型准确可靠,对于S型螺旋弹簧的设计具有参考价值。     

沥青混合料劈裂试验的细观模型验证与分析

沥青混合料为典型夹杂体材料,其宏观材料设计方法较大程度上忽视了混合料细观不均匀性的影响。因此,该文通过沥青混合料劈裂试验的细观模拟分析,从而获得其细观分布规律。首先,基于数字图像处理技术,实现劈裂试验剖面图的二值化并建立细观有限元模型,然后通过材料试验获得断裂参数;其次,通过室内沥青混合料劈裂试验的数字散斑测量,完成细观劈裂试验的模型验证;最后,基于劈裂模型的有限元模拟,分析细观尺度下力学响应的分布规律。结果表明:水平拉应变集中出现在沥青砂浆相且沿界面传递,砂浆与界面区为抗拉薄弱区。     

基于图像识别的沥青混合料有限元建模

综合数字图像识别技术、几何形状矢量化原理和有限元网格自动生成理论,得到能够应用于力学计算的有限元模型。首先识别出二维混合料的细观结构,然后通过几何形状矢量化原理将细观结构矢量化,最后利用有限元网格自动生成技术得到沥青混合料细观结构的有限元网格模型。以马歇尔试件为例,证明该法是可行的。     

沥青混合料粘弹体粘聚破坏行为的二维细观尺度模拟

沥青混合料的细观结构是复杂且高度不均匀混合物。这种不均匀性严重影响着沥青混合料整体的实体力学行为和开裂行为性能,而且细观结构模型的建立也极具挑战性。本研究将基于多重二维细观结构的有限元模型对沥青混合料粘弹体粘聚破坏响应进行预测。首先,为了模拟裂缝的产生和扩展,利用沥青混合料的扫描结构的图像,借助组成相的分割方法分离颗粒与胶浆,有效的生成多个二维的图像,并赋予混合料粘聚区域内的微观结构的材料属性,进而提出一种新的数值算法。建立模型时沥青胶结料具有粘弹特性和也是开裂区,集料被看作弹性体。其次,通过利用间断级配混合料的三点弯曲和密级配的半圆弯曲试验的结果与有限元模拟结果进行统计和对比分析,对提出的多重二维图像分析方法进行验证。结果表明,通过多重二维细观结构的模拟结果可以获取沥青混合料粘弹体的开裂行为,但是当粗骨料的含量越高和分布越复杂时预测能力将有所下降。当这些局限性得到进一步解决时,就可以仅仅通过获取扫描二维图像的细观结构就可以预估沥青混合料粘弹体的粘聚破坏行为,大幅度降低做实验消耗的成本。     

沥青混合料直接拉伸试验与断裂细观模拟研究

设计并开展了不同加载速率和不同温度下的沥青砂单轴拉伸试验,针对沥青砂软化行为提出了损伤本构模型,模型参数通过试验确定,利用随机骨料投放技术建立了沥青混合料直接拉伸试件的异质细观结构有限元模型,并利用模型模拟了直接拉伸载荷作用下试件的损伤断裂行为,最后考察了裂纹形成的形态以及骨料分布对混合料直接拉伸损伤破坏行为的影响。研究表明:模型能描述沥青混合料单轴拉伸损伤破坏过程与内部损伤分布;粗骨料分布基本不影响沥青混合料的断裂路径,但影响裂纹尖端附近区域的损伤分布。     

采用数字图像处理技术和内聚力模型模拟沥青混合料裂缝扩展

裂缝是沥青混凝土路面的主要病害之一。通常,对沥青混合料的裂缝研究没有考虑沥青混合料细观结构的各向异性,对于裂缝尖端的塑性特征也研究不足。采用数字图像处理技术,实现沥青混合料细观结构的有限元二维建模,采用内聚力模型对单调加载情况下半圆弯拉试验裂缝的动态扩展进行数值模拟,此研究可以进一步发展到疲劳特性研究。     

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。     

混凝土斜拉桥动力有限元建模与模型修正

为建立准确可靠的混凝土斜拉桥动力基准有限元模型,对1座大比例(1∶15)Ⅱ形截面主梁混凝土斜拉桥试验模型进行了模态测试,分别采用单主梁模式、三主梁模式、梁壳模式和实体模式建立了斜拉桥的初始动力有限元模型;以实测数据为依据,采用基于灵敏度的模型修正技术分别对以上初始有限元模型进行了修正,将修正前后的动力特性计算值与实测数据进行对比,讨论了不同模式建模方法的计算精度和模型修正效果,以及有限元建模的误差来源和模型修正的相关问题.结果表明:初始有限元模型计算误差主要是由建模误差和参数误差引起的;梁单元模型在建模方面有局限性,应根据不同的结构特点和分析目标建立相应的有限元模型;模型修正应与试验相结合,对引起有限元模型计算误差的各种因素进行全面的考虑,正确处理,才能得到符合实际的基准有限元模型.     

面向降雨环境的激光雷达衰减模型研究

针对现有激光雷达衰减模型依赖统计生成点云、缺乏噪点解释性等问题，提出了一种面向降雨环境的激光雷达衰减模型。首先，建立激光雷达发射-接收模型，并根据雨滴尺寸分布模型模拟获得雨滴空间分布数据；其次，耦合散射模型与噪点模型，获得激光传播过程的光强变化，得到点云的仿真图像；最后，采集正常天气和降雨天气下的点云图像，仿真生成不同降雨量下的衰减点云。将衰减模型获得的点云与对应实际降雨天气点云图像进行对比，结果表明：所提出的模型在各评价指标上明显优于现有模型，有效解释了降雨过程对激光雷达产生的衰减影响。     

Performance of radial-type metal foam diesel particulate filters

An analytical study of the performance of a radial-type, metal foam diesel particulate filter is reported. A mathematical model for the filtration and regeneration of soot in a metal foam filter was developed. Nickel foam was selected for the filter medium due to its large specific area, high porosity, and high thermal resistance. For various metal foams, the filtration efficiency and the pressure drop through the filter were calculated, as was the deposition of soot. The results from the analytical model were compared with experimental data. In comparison with a conventional wall flow filter, the metal foam diesel particulate filter (DPF) is effective in utilizing the volume of material, due to the porous structures. As the size of the metal foam pores in the DPF increases from 580 μm to 800 μm, the filtration efficiency decreases from 90% to 50%, and the pressure drop decreases from 380 mbar to 20 mbar. The metal foam DPF with a large pore size is effective in utilizing the volume of material with a small pressure drop. The regeneration is completed within four minutes by the flow of hot exhaust gases under full load conditions.     

土压平衡盾构渣土改良泡沫半衰期细观测定方法

为克服泡沫半衰期测定过程中无法施加压力及读数误差等问题,自主研发了泡沫性能测试系统,该系统由泡沫生成模块、压力条件下泡沫衰变细观图像采集模块及泡沫半衰期测定模块等组成,可同时测定压力条件下泡沫衰变过程中的平均半径及溶液析出量半衰期.使用该系统测定了不同试验压力(0、50、100、150、200 kPa)及不同泡沫剂体积...     

泡沫应变率对行人小腿碰撞性能影响的研究

建立了车辆-行人小腿碰撞模型,在考虑和不考虑泡沫应变率效应的条件下进行了车辆保险杠与行人小腿的碰撞模拟分析,并与试验结果进行了对比.通过对小腿加速度、弯曲角、剪切位移3个性能参数的模拟分析结果表明,泡沫应变率对行人小腿碰撞性能影响较大,因此在实际分析中必须考虑泡沫材料的应变率效应.     

基于强度折减法的边坡稳定性有限元分析

介绍了有限元强度折减法的基本原理,结合建立的二维边坡模型,基于有限元强度折减法,运用有限元软件Midas/GTS对该边坡进行了数值分析,得出边坡在自重作用下的水平位移等值云图、应力与应变云图及安全系数指标,依此确定了最危险滑面位置和形状以及整体失稳的安全系数。     

金属主簧-复合材料副簧复合刚度计算模型

为了揭示金属主簧-复合材料副簧的变形机理并快速预测其复合刚度,综合应用板弹簧设计理论、复合材料层合板理论及有限差分法建立了金属主簧-复合材料副簧复合刚度的理论计算模型,并编写了相应的MATLAB计算程序。采用ABAQUS软件建立了某金属主簧-复合材料副簧总成的有限元模型并对其刚度特性进行有限元模拟。有限元模拟刚度与理论计算刚度之间的误差低于3%,从而验证了理论计算模型的正确性。建立的理论计算模型不但阐明了金属主簧-复合材料副簧的变形机理,而且适宜编程计算,能准确快速地预测金属主簧-复合材料副簧的复合刚度,这对复合材料板簧的推广应用具有重要意义。     

Nonlinearity in the vertical transmissibility of seating: the role of the human body apparent mass and seat dynamic stiffness

The efficiency of a seat in reducing vibration depends on the characteristics of the vibration, the dynamic characteristics of the seat, and the dynamic characteristics of the person sitting on the seat. However, it is not known whether seat cushions influence the dynamic response of the human body, whether the human body influences the dynamic response of seat cushions, or the relative importance of human body nonlinearity and seat nonlinearity in causing nonlinearity in measures of seat transmissibility. This study was designed to investigate the nonlinearity of the coupled seat and human body systems and to compare the apparent mass of the human body supported on rigid and foam seats. A frequency domain model was used to identify the dynamic parameters of seat foams and investigate their dependence on the subject-sitting weight and hip breadth. With 15 subjects, the force and acceleration at the seat base and acceleration at the subject interface were measured during random vertical vibration excitation (0.25–25 Hz) at each of five vibration magnitudes, (0.25–1.6 ms^?2 r.m.s.) with four seating conditions (rigid flat seat and three foam cushions). The measurements are presented in terms of the subject's apparent mass on the rigid and foam seat surfaces, and the transmissibility and dynamic stiffness of each of the foam cushions. Both the human body and the foams showed nonlinear softening behaviour, which resulted in nonlinear cushion transmissibility. The apparent masses of subjects sitting on the rigid seat and on foam cushions were similar, but with an apparent increase in damping when sitting on the foams. The foam dynamic stiffness showed complex correlations with characteristics of the human body, which differed between foams. The nonlinearities in cushion transmissibilities, expressed in terms of changes in resonance frequencies and moduli, were more dependent on human body nonlinearity than on cushion nonlinearity.     

某型货车车门下沉刚度分析及改进设计

利用Hypermesh软件对某货车车门进行有限元建模及下沉刚度仿真分析,得到车门应力、应变云图,进行该车门的下沉刚度试验,对比分析仿真结果和试验所得下沉变形数据,提出改进措施并计算验证。结果表明,车门有限元模型能反映实际结构的刚度特性,改进后的车门满足车门下沉刚度的要求,该方法为新车门的研发提供了依据。     

汽车车身模具的数字化快速修复技术

针对存在局部物理缺陷或疲劳磨损的汽车车身冲压模具的可重用性,提出了缺陷特征提取和有限元分析耦合技术方案,实现了模具的数字化快速修复。以抽取模具点云中诸如缺陷边界、缺陷原形等特征为基础,并利用特征诱导技术恢复原始模具在缺陷处的基本特征形态。通过冲压过程的动态模拟来矫正基本的特征形态,修复模具在局部缺陷处的CAD模型,为最终以激光焊接技术和高速硬切削技术为基础实现模具的快速物理修复提供可靠的依据。     

FSEC赛车电池箱结构强度有限元分析

针对FSEC赛事规则以及动力系统的需求,文章设计一种FSEC赛车电池箱体。在CATIA中建立电池箱体有限元模型,通过使用ANSYS workbench有限元仿真软件对其进行急加速、急减速、转弯、耐久等工况分析,得到电池箱体的变形云图、应力云图和疲劳交变应力云图,明确了最大应力值以及最大变形位置,为后续结构优化设计提供方向。利用ANSYS软件进行仿真驱动研发,极大提高了设计效率,促进了大赛的发展。     

消防车聚丙烯泡沫罐体有限元分析及优化研究

从结构件强度、刚度的角度,对某款消防车液罐材质由不锈钢替代为聚丙烯的可行性进行了研究。运用Ansys有限元分析软件,对液罐进行了过载、刹车两种消防车典型行驶工况静力分析,结果表明,该材质的液罐满足设计强度要求,能替代传统的液罐不锈钢材料。