空气弹簧系统垂向刚度特性的有限元分析

对空气弹簧系统材料非线性、儿何非线性和状态非线性问题以及气固耦合问题进行了理论分析，得到了在有限元分析中的处理方法．用有限元软件ABAQUS建立了空气弹簧系统有限元模型，其中帘线采用rebar单元．计算了空气弹簧系统的垂向刚度，并分析了气体压力和帘线角对垂向刚度的影响．有限元计算结果表明，空气弹簧系统垂向刚度随气体压力的增加而增加，随帘线角的增大而略减小．     

高速客车空气弹簧垂向特性的非线性有限元仿真

采用非线性有限元软件MSC．Marc对空气弹簧的非线性垂向刚度特性进行了数值模拟，分析了胶囊内压、帘线角、铺层厚度、帘布线层数对空气弹簧垂向刚度特性的影响、并通过试验对数值仿真结果进行了验证，结果表明所提出的仿真方法合理、可行．     

多约束燃料棒自由振动特性

为开发用于核燃料设计的流致振动计算程序，基于梁理论和势流理论，建立了多约束燃料棒振动问题理论分析方法. 首先通过多跨连续梁理论，得到了多约束燃料棒在空气中振动控制方程和干模态下总体刚度矩阵和质量矩阵；然后通过势流理论，考虑了流体轴流和边界条件的影响，给出了湿模态下附加质量矩阵；最后以压水堆燃料棒为例，得到了燃料棒在干模态和湿模态下自由振动固有频率和振型的理论分析结果，并研究了弹簧刚度和附加质量系数对振动固有频率的影响. 研究结果表明:通过理论分析方法所得计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相一致；燃料棒在堆芯中结构为棒束形式，且周围为高速流动流体，振动频率及振型受到流体轴流和周边相邻燃料棒的边界效应影响，但由于多约束作用，流体轴流和边界效应仅影响了振动固有频率，而对振型基本没有影响；拉压和扭转弹簧刚度越大，燃料棒振动频率越高，增加扭转弹簧刚度可使第1阶固有频率增加79.1%，附加质量系数越高，燃料棒振动频率越低，可使第1阶固有频率降低18.2%，通过优化刚度方法可得到理想的振动特性，为格架设计提供参考.      

纵向底门煤炭漏斗车车体FEA与强度试验

以新型煤炭漏斗车车体研究对象,把物理模型转化成有限元模型,对该车体空车和重车工况分别进行了有限元静强度分析、刚度分析.同时按照<铁道车辆强度设计及试验鉴定规范>进行了样车强度刚度实验,并将计算出的结果与样车的测试结果进行了对比分析,对比结果不仅验证了数值计算的可靠性,而且为进一步在设计期间的车辆疲劳寿命预测提供了基础数...     

大跨度双塔斜拉桥承载能力评定实验方法研究

通过建立的斜拉桥有限元计算分析模型在设计荷载作用下的内力,设计静载及动载实验方案。按照设计的实验方案对桥梁进行荷载实验,现场实测结构在控制截面处的应力应变、挠度及塔顶偏位;同时测试桥梁在不同行车及跳车速度下的冲击系数;脉动激励下的结构自振频率,阻尼比及自振振型。实验结果表明,梁体具有足够的强度和刚度;斜拉索工作正常,索塔偏位正常;结构在动载作用下的冲击处于正常范围内;结构整体刚度较好,满足设计荷载的要求。实验表明此种方法对于评价大跨度斜拉桥实际承载内力及运营状况是行之有效的。     

金属弹簧刚度频变分析及等效算法

为研究金属螺旋弹簧的动态特性及动刚度对频率的响应,利用有限元方法,建立了弹簧有限元模型,计算了弹簧的稳态响应,分析了其幅频特性曲线,并提出弹簧刚度的等效算法。计算结果表明:弹簧的动刚度随着激振频率的增大总体趋势是增大的,但是在共振频率处,动刚度极小,低于静刚度,而在反共振频率处,动刚度极大,远高于静刚度;两种算法的刚度-频率曲线几乎重合,因此,金属弹簧确实存在显著的动态特性,采用多自由度系统等效弹簧系统是可行的。     

装配式公路钢桥竖向自由振动分析

引入抗弯弹簧铰模拟结构接头传递弹性弯矩的特性,建立了用于装配式公路钢桥竖向自由振动分析的带抗弯弹簧铰梁模型;利用有限元程序ANSYS对接头进行数值仿真,得到了抗弯弹簧铰刚度。算例表明,抗弯弹簧铰可反映拼装式结构接头传递弹性弯矩的特性,装配式公路钢桥自振频率理论解与试验吻合很好。     

水中结构振动特性的实验研究

对水中结构的振动特性进行了实验研究.制作了3组不同尺寸的试件,将其放于不同水深的试验水槽中,分别应用共振法和模态法进行动力特性测试,列出了实验步骤和实验结果,讨论了水深对悬臂结构振动特性的影响,得出结构在水中的固有频率均比空气中低,随着水深的增加,结构各阶固有频率降低程度逐渐加大,刚度较小结构的固有频率随水位的升高受水阻尼影响较大等结论.为便于对试验数据的正确性进行分析和判断,在进行水中试验前,利用两种有限元软件计算了悬臂结构在空气中的基频,并与两种不同实验方法测试的结果进行对比,计算数据和实验结果基本吻合.     

空气弹簧频变特性研究

为了研究空气弹簧不同物理参数对空气弹簧动态特性的影响,基于TPL-ASN空气弹簧模型的仿真软件ASDS建立了与试验工况一致的1/4车模型.利用该模型仿真分析节流孔直径、连接管路直径和长度、附加空气室体积、本体体积对空气弹簧频变特性的影响规律,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明: TPL-ASN模型较准确地模拟不同物理参数的空气弹簧在不同激振频率下的动态特性;节流孔和连接管路对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中频段,在低频段和高频段对空气弹簧动态特性影响较小;附加空气室对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中低频段,在高频段对空气弹簧动态特性影响较小;空气弹簧本体对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中高频段,在低频段对空气弹簧动态特性影响较小.      

初始平衡状态的接触网有限元模型

为准确和快速地计算接触网初始平衡状态的吊弦长度、静态刚度、固有频率和模态振型,分别用索单元和梁单元建立了接触网有限元模型.结果表明:单元类型的选择对接触网静态和动态的结果影响可忽略不计;索单元的自由度数目少,可提高计算效率;计算静态刚度和模态振型时,需先确定接触网平衡位置且考虑单元轴向刚度.     

钢-混组合索塔锚固结构的力学行为及结构优化

为了解斜拉桥钢-混组合索塔锚固结构的力学行为并对结构设计进行优化,以重庆嘉悦大桥为依托,通过足尺模型试验及非线性有限元分析的对比分析,对钢-混凝土组合索塔锚固结构的力学性能、荷载传递机理进行了研究;采用正交试验方法对索塔锚固区混凝土主拉应力进行参数敏感性分析,进而提出了结构优化设计参数. 研究结果表明:钢锚箱与混凝土塔壁的应力水平较低,应力分布均匀流畅;钢锚箱与混凝土塔壁的相对滑移值均很小,最大值仅0.029 mm;剪力键的抗剪刚度对混凝土端塔壁的主拉应力水平有较为显著的影响,当刚度增加5倍,混凝土端塔壁主拉应力减少了17.3%;该桥所采用的组合索塔锚固区结构参数是安全、经济的.      

车辆/轨道耦合作用下高速列车车轮振动影响灵敏度分析

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了随机样本仿真分析;在有限试验设计样本和仿真数据的限制下,以最佳近似精度为目标,结合最小角回归、低阶交互截断和留一法交叉验证等实现了多项式混沌展开,构建多项式混沌展开代理模型;采用Sobol法进行全局灵敏度分析,研究了直线、曲线2种工况下车辆参数和轨道参数随机耦合作用对于车轮振动特性的影响,找出了主要影响因子,并考虑了多参数之间的交互效应。研究结果表明:多项式混沌展开法能够基于已有的样本比较好地拟合出代理模型,计算出Sobol灵敏度系数,平均误差低于3%,从而可以高效、定量地分析各参数耦合作用对车轮振动的影响;转臂节点横向刚度、一系弹簧垂向刚度、一系弹簧横向刚度和二系横向减振器阻尼是对车轮振动响应方差具有较大贡献的车辆参数,轨道横向、垂向刚度是对车轮振动响应方差具有较大贡献的轨道参数,各参数之间存在明显交互效应。      

弹性分开式扣件板下组合刚度理论模型设计方法

为探究弹性分开式扣件系统板下组合刚度的科学设计方法,明确传统计算模型（简称传统模型）的设计误差并提高设计精度,提出了一种基于非线性弹性地基梁的板下组合刚度理论计算模型（简称理论模型）. 首先,将弹性垫板非线性弹性引入地基梁系统中,并将梁段划分为多个计算单元,从而建立反映铁垫板实际变形特征与板下支承特征的板下组合刚度理论模型,并采用中点刚度法求解锚固螺栓紧固扭矩与列车荷载施加过程中铁垫板的变形曲线与板下组合刚度;其次,采用力学试验机测试DZ Ⅲ型扣件系统在真实服役状态下铁垫板的变形与组合刚度,验证本文理论模型的正确性;最后,分析传统模型与理论模型在不同安装状态（螺栓扭矩）、铁垫板设计参数（铁垫板厚度、锚固螺栓间距）下的板下组合刚度,明确传统模型设计误差在不同铁垫板设计参数下的变化规律. 对比分析表明:由于未考虑铁垫板变形与板下垫板非线性弹性的影响,传统模型在安装扭矩范围（150 ~ 250 N?m）内的设计误差范围为37.75% ~ 94.27%,已无法满足工程设计的误差要求;本文提出的理论模型最大误差仅为2.91%,符合工程设计要求;铁垫板厚度较低或螺栓间距较宽时,铁垫板实际变形状态与传统模型中的计算假设差异将被放大,传统模型的设计误差也将进一步变大.      

橡胶金属装配一体式隔振器静态特性的有限元分析

以某型橡胶金属装配一体式隔振器为原型,结合有限元分析软件ANSYS,提出了该类型隔振器的静态特性有限元分析通用方法.文中对该型隔振器的一体式橡胶金属弹性元件的轴向、径向静态特性进行研究;利用ANSYS的单元生死和绑定接触功能来实现弹性元件与金属骨架的装配,建立该型隔振器总成的有限元模型;计算出其3个方向的静刚度,并对有限元计算结果与试验结果进行比较.结果表明:提出的方法是可行的,可推广应用于同类型的隔振器.     

Asymmetric deformation of near hemispherical diaphragm under uniform surface load

The asymmetric deformation and eccentricity problems of near hemispherical diaphragm under the uniform surface load are quantitatively characterized in the paper. The analysis is based on a 3D finite element analysis (FEA) model established according to elastic-plasticity and large displacement nonlinear finite element method. Besides, the deformation experiments are taken to validate the reliability of FEA model which shows that the simulation results are in good agreement with the experimental results. Then, three angle parameters, deflection angle β, circumvolving angle θ and distributing angle γ, are introduced and expressed to characterize the asymmetric deformation and eccentricity quantitatively. According to the angle parameters, the inversion processes of uniform thickness diaphragm and varying thickness diaphragm are calculated respectively. The inversion process of varying thickness diaphragm is much steadier than that of uniform thickness diaphragm. The present results show that the asymmetric deformation process can be characterized by curve of three angle parameters (β, θ, γ) exactly, the degrees of eccentricity can be indicated by the final value of deflection angle and the eccentricity position can be characterized by the final values of the three angle parameters.     

混合梁斜拉桥钢-混结合段受力行为仿真分析

为探讨混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力行为,以黑瞎子岛乌苏大桥为研究对象,采用通用有限元程序ANSYS,对其钢-混结合段的受力行为进行了非线性数值仿真分析.分析中考虑了结构和材料的非线性特性,采用非线性弹簧模拟栓钉的粘结-滑移行为,并与采用线性弹簧模型的分析结果进行了比较.计算结果表明:采用非线性弹簧单元模拟栓钉时,数值分析结果与试验结果吻合较好;在设计荷载作用下,采用线性栓钉模型和非线性栓钉模型的计算结果差别不大;采用不同的栓钉力学模型时,对结合段混凝土的初始裂纹扩展模式有较大影响,而混凝土大部分开裂后裂缝分布的差异不大.      

预应力混凝土连续刚构桥温度观测与分析

基于东莞市一座大跨径桥涵预应力混凝土箱梁半年的连续温度场观测结果,分析了在太阳辐射下春、夏季的混凝土箱梁各个截面的温度场随时间变化的规律,利用数理统计方法,拟合了截面升温模式和降温模式的温度梯度,并分析了各国规范截面沿梁高的温度梯度模式,得出了适合广东地区的温度梯度模式．最后,借助大型有限元软件ANSYS对3#截面进行了温度场模拟分析,并将计算温度与实测温度进行了比较．分析结果显示,有限元模型可以精确地仿真实际混凝土温度场．