不同厚度下船舶板材高频感应自由弯曲成形

应用ANSYS软件建立高频感应自由弯曲有限元模型,研究了船板高频感应成形板厚对可加热温度、变形角度、应力、变形及冷却后的残余应力的影响。结果表明:不同厚度的船舶板材可加热温度皆在860℃以上进入奥氏体温度区。在无约束、忽略船板自重的情况下,不同厚度的船舶板材单面弯曲角度在10-2数量级;加热结束后,不同厚度的船舶板材的应力都达到屈服应力,发生了塑性变形。冷却结束后残余应力主要集中在线圈正下方。随着板厚的增加,可加热温度下降,并在中厚板区有波动;弯曲角度先增加,后减小;最大残余应力先减小,后增加。在给定加热频率和功率条件下,船板的高频感应加热变形的最有效厚度为14 mm。     

重力对板材滚弯成形半径的影响

板材在滚弯成形时，已成形部分的曲率半径由于重力的作用会发生变化，使得测量变得困难。文中对板材在辊弯机上滚弯成形时的重力对成形半径的影响进行了探讨，针对具体的辊弯机和不同厚度的板材用有限元进行了理论计算，得出了重力引起的位移随板厚的变化关系。     

超微粉制备中的感应等离子炬温度场数值模拟

为了得到超微粉制备中的感应等离子炬温度场,根据传热学Navier-Stocks方程及电磁理论,在高频感应等离子炬中建立了电热以及流体耦合控制方程.利用有限元方法对制粉过程中的电热效应及流体-热交互耦合进行数值模拟,得到高频等离子炬气动过程中的速度分布及温度场分布.结果表明:在等离子体加热部分存在涡流,温度的最高点不在轴线上,输入功率越高,距离线圈越近;在相同进气流量条件下,输入功率为2 kW时,温度最高点距离线圈0.062 m,输入功率为5 kW时,温度最高点距离线圈0.039 m.     

沥青路面动态响应数值分析

为了优化沥青路面结构设计,引入无反射边界,依据结构动力理论,利用有限元数值分析方法,对多层沥青路面在移动荷载作用下的动态响应进行了分析。发现沥青面层的拉应力和路表弯沉随着基层模量、层间摩擦系数、行车速度和面层材料阻尼的增大而减小,剪切应力随着轮胎接地压力和基层模量的增大而增大。分析结果表明:基层设计需要综合优化设计,简单增加基层模量和厚度都是不合适的;良好的层间接触状态以及使用较大阻尼的材料,有利于路面性能的改善;提高行车速度可以延长路面的使用寿命。     

凝冰条件下沥青路面与轮胎接触摩擦动力响应分析

综合考虑轮胎材料超弹性和路面材料的粘弹性、轮胎与路面间的瞬态接触摩擦作用,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立凝冰条件下轮胎与沥青路面接触的有限元模型,分析沥青路面动力响应规律。结果表明：凝冰条件下沥青路面路表弯沉在轮胎作用的区域明显增大,在没有直接作用的区域弯沉逐渐减小,且路表弯沉随着摩擦系数的增大而逐渐增大;路表水平剪应力以轮胎作用区域为中心呈反对称分布,且最大水平剪应力在轮胎经过前随着摩擦系数的增大而减小,而在轮胎经过后随摩擦系数的增大而增大。路表竖向应力在轮胎作用的瞬间出现应力集中现象,在非作用区域则很小,竖向应力随着摩擦系数的增大而减小;同时阻尼对凝冰沥青路面力学响应也有着重要的影响。     

钢轨错牙接头区轮轨接触的热弹塑性分析

为了探究钢轨错牙接头区轮轨滑动接触关系,利用有限元软件ANSYS建立了轮轨滑动接触热弹塑性二维有限元模型,分析了错牙高度、滑动速度以及常、变摩擦系数对轮轨间接触应力以及钢轨摩擦温升的影响.研究表明:轮轨间的接触应力、摩擦热、剪应力、等效应力以及等效塑性应变均随错牙高度增大而增大,错牙高度从1.6mm增加到1.8mm时剪应力、等效应力以及等效塑性应变急剧增大;轮轨接触应力等各值也随着滑动速度的增加而增大,在3m/s时存在速率突变;最大摩擦温升、剪应力、等效应力和等效塑性应变随摩擦系数的增大而增大,但轮轨接触应力则随摩擦系数的增加而减小.     

考虑梁弯扭耦合对钢轨横向振动特性的影响

为准确预测弹性波在钢轨中的传播，且探究考虑Timoshenko梁弯扭耦合的必要性，基于波谱-辛混合法建立了考虑梁弯扭耦合的钢轨-扣件空间无限长模型.在模型验证的基础上，分析考虑Timoshenko梁弯扭耦合对钢轨横向固有频率与速度导纳的影响，进一步从理论和试验方面分析了扣件胶垫垂向预压特性对钢轨横向弯曲振动特性的影响.研究结果表明：考虑梁弯扭耦合使得钢轨横向弯曲共振频率增大了约29.6 Hz，且在钢轨横向弯曲振动中同时出现弯曲和扭转pinned-pinned模态；扣件胶垫垂向预压特性主要影响钢轨横向中低频振动，随着预压的增大，钢轨横向弯曲共振频率增大；当预压从30 kN增加到50 kN时，实测的横向弯曲共振频率增加了13.7 Hz，考虑和不考虑梁弯扭耦合时其分别增加了12.5 Hz和21.7 Hz；不同预压下考虑梁弯扭耦合的钢轨横向弯曲共振频率变化规律与实测的结果更为接近.     

移动荷载速度对薄壁箱梁剪力滞效应的影响

为研究薄壁箱梁在动荷载作用下的剪力滞效应,基于能量变分法推导了翼缘板正应力计算公式,并采用ANSYS有限元软件进行了验证.利用ANSYS建立不同跨宽比、不同移动荷载速度、不同荷载工况的单箱三室薄壁箱梁空间板壳模型,计算移动荷载作用到跨中的翼缘板正应力值,研究了移动荷载作用下简支薄壁箱梁桥的剪力滞效应.分析结果表明:剪力滞系数随着移动荷载速度的增加而增加,当移动荷载的速度达到3 m/s时,薄壁箱梁的剪力滞系数会达到峰值,随后减小.     

钢板喷丸处理残余应力场和表面粗糙度数值模拟

为了揭示钢板喷丸处理后残余应力场以及表面粗糙度的分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了多丸模型,模拟了铸铁丸对桥梁用钢Q345钢板的喷射过程,对比分析了冲击速度、冲击次数和弹丸直径对喷丸后钢板水平向残余应力沿板厚的分布以及表面粗糙度的影响.研究结果表明,随着冲击速度、冲击次数以及弹丸直径的增加,残余压应力有均匀化的趋势,并且分布范围逐渐向厚度方向发展,同时表面粗糙度也随之逐渐增大.根据表面粗糙度随冲击次数的变化规律,建议采用对数函数来表示二者的关系,并给出了弹丸直径为1.4 mm情况下表面粗糙度值与喷丸速度和冲击次数的相互关系.      

半刚性沥青路面动荷载力学响应数值分析

利用ANSYS有限元系统对我省常见的半刚性沥青混凝土路面结构进行动态三维数值分析，经分析，路表动态弯沉值、基层底面拉应力和拉应变均随加载周期的增加呈现先增大后减小的变化规律，当动荷载周期为0．500s时，动弯沉比静弯沉大21％，因此，车辆速度过低会缩短路面的使用寿命。     

路面振动压实系统动力学仿真分析

从振动压路机垂直加速度和路面压实度的动力学关系出发,建立了路面振动压实系统模型。基于Simulink的仿真结果表明:在振动压路机合理工况范围内,激振力和振动频率保持不变,振动轮加速度随着路面材料的刚度系数的增大而增大,随着阻尼系数的减小而增大。利用有限元分析软件ABAQUS,建立振动轮-路面三维有限元模型。结果表明:在路面材料允许情况下,采用强振和一挡行驶速度压实的效果最好,随着碾压遍数的增加,密实度提高;在进行复压和终压时,振动压路机的碾压速度应适当提高,可以选择二挡行驶速度进行压实,有利于提高生产效率,降低施工成本。     

陡坡混凝土路面受力特性研究

通过室内模型试验,测试了不同纵坡条件下混凝土板底和板表面的受力变化规律;应用有限元方法,对试验结果进行了分析对比.结果表明:临界荷位处的板底最大拉应力随纵坡增大而减小,剪应力随纵坡的增大而增大;同一纵坡下,混凝土板底部的拉应力远大于其余各测点应力值.根据混凝土板应力随坡度的变化规律,提出了基于纵坡影响的陡坡混凝土路面的...     

大纵坡钢桥面铺装层底剪应力研究

为研究大纵坡钢桥面铺装层底剪应力计算方法,首先基于ABAQUS软件构建了钢桥面铺装局部三维有限元模型,用以计算铺装层剪应力大小。然后,采用正交设计法和多元回归方法得出大纵坡钢桥面铺装层底最大纵向剪应力回归公式,并对其精度加以验证,同时分析了回归公式中各参数对铺装层底最大纵向剪应力的影响。最后,进一步回归了紧急制动时层底最大纵向剪应力计算公式,并以仁皇山大桥工程为例加以验证。结果表明,大纵坡钢桥面铺装层底最大纵向剪应力随纵坡、铺装层模量和U肋宽度的增大而增大,随钢板厚度和横隔板间距的增大而减小。在大纵坡钢桥面铺装设计中,可通过减小纵坡、铺装层模量、U肋宽度或增大钢板厚度、横隔板间距来减小铺装层底最大剪应力,从而提升铺装层界面的安全性。     

移动荷载作用下板式轨道的有限元分析

用有限元法分析了板式轨道在移动荷载作用下的动力响应。视板式轨道为如下模型:钢轨为离散粘弹性支点支承的长梁;轨道板为连续粘弹性基础支承的短梁。视板式轨道及移动荷载为一个系统,运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立该系统的振动方程组。研究了移动荷载的速度、钢轨的类型和钢轨支点的弹性系数对钢轨及轨道板动力响应的影响。算例结果表明:在其他参数相同的情况下,增大钢轨支点的弹性系数,钢轨的动力响应减小;使用较重型的钢轨有利于减小钢轨和轨道板的动力响应;随着移动荷载速度的提高,钢轨和轨道板的动力响应增大。     

基于精细化模型的盾构隧道纵向变形研究

探究盾构隧道下沉或上浮时管片的受力情况,利用有限元软件ABAQUS建立三维精细化非线性有限元模型,分析在管片转动、错台等影响下连接螺栓、管片的应力发展规律。结果表明:在相同管片张开角条件下,连接螺栓的应力与变形曲率半径呈负相关。当变形曲率半径为3000m、张开角为 0.0020°时,首次出现螺栓屈服现象;当变形曲率半径为∞m、张开角为 0.0400°时,首次发生螺栓破坏;当变形曲率半径≤1000m 时,不论张开角多大,所有螺栓均屈服。从环面方向对连接螺栓进行分析,可以看出环面上各螺栓的应力发展有3个阶段。当张开角增大或变形曲率半径减小时,管片部分区域的拉应力开始减小,相应阶段逐渐发展为塑性抗拉阶段。在小变形曲率半径(300~2000m)范围内,管片的最大主压应力水平更多取决于变形曲率半径的大小,而随转动角的增大其变化较小。     

列车撞击荷载的有限元数值分析

为获得列车脱轨撞击荷载,分析列车撞击时盾构隧道的动力响应,建立了列车编组的三维撞击有限元模型,探讨了不同列车编组、不同撞击速度和撞击角度下列车近似撞击力时程曲线,分析了列车撞击力最大值和撞击时间与列车撞击速度和角度的关系,并将典型撞击荷载用于分析不同厚度二次衬砌管片衬砌的动力响应.结果表明:列车编组数量一定时,列车斜向撞击力最大值随撞击速度和撞击角度增大而增大;当撞击角度增大到7.5后,撞击力作用时间随撞击速度增大而延长;根据列车撞击力最大值出现时刻不同,可将撞击力时程曲线划分为2类特征曲线,其中第1类特征曲线(撞击瞬间撞击力达到最大)总体上符合高斯多峰拟合公式,可用10个参数近似拟合.二次衬砌厚度增大能有效减小管片衬砌应力、速度、加速度等动力响应以及拉、压损伤区域.      

考虑SSI的整体式钢桥抗震性能参数分析

利用SAP2000建立了某整体式钢桥的三维有限元模型, 采用非线性弹簧单元和阻尼单元模拟地震作用下桥台-土和桩-土之间的相互作用, 分析了桥梁的模态、非线性时程与相应的参数, 研究了考虑土-结构非线性相互作用的整体式钢桥动力特性和抗震性能, 以及整体式桥台系统的主要设计参数对此类桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明: 压实台后填土、增加桥台高厚比、增加桩周土刚度将使桥梁结构纵向主频增加约6.5%~16.0%, 而H型钢桩的朝向影响仅为1.6%左右; 结构地震响应随着桥台高厚比增加而明显降低, 桥台高厚比为1.44时, 桩顶截面处于塑性阶段, 而高厚比增大到3.15和3.85后, 桩保持弹性状态; 随着台后土密实度的减小, 结构的地震响应明显增大, 增幅大都在40%以上; 桩的朝向由绕强轴弯曲调整为绕弱轴弯曲时, 桩的最大弯矩减小, 但弯曲应力增大, 材料由弹性进入塑性阶段; 随着桩周土刚度增大, 桥梁位移响应明显减小, 桩顶、台顶最大位移及墩底弯矩减小50%左右, 但是桩顶弯矩增大40%以上, 桩的朝向对此几乎无影响; 在满足设计要求及合理范围内, 建议采用高厚比较大与柔性较高的桥台, 并压实台后填土以减小整体桥结构的地震响应, 桥台基础采用H型钢桩时, 建议将其朝向调整为绕强轴弯曲以减小桩、桥台和墩柱的最大弯曲应力与位移。      

磁性液体密封结构中漏磁的研究

为了研究磁性液体密封结构几何参数的变化对漏磁场的影响规律,选取不同的密封间隙、极齿宽度、齿槽宽度、齿槽深度及密封级数建立物理模型,用有限元方法计算各模型的漏磁场.结果表明在密封结构的轴向和径向距离上存在某一临界值,在临界值的两侧,漏磁场磁感应强度随密封结构几种几何参数的变化趋势不同：在轴向距离大于临界值时,轴向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而增大,随级数的增加而减小,随齿宽的增大而减小,随槽宽和槽深的增大而增大;在径向距离小于临界值时,径向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而减小,随级数的增加而增大,随齿宽的增大而增大,随槽宽的增大而增大,随槽深的增大而减小;径向距离大于临界值时的情况与小于临界值时的情况刚好相反.     

水泥混凝土路面的板底脱空及其影响分析

根据水泥混凝土路面板底产生脱空的机理,利用有限元程序ANSYS,就不同脱空面积和脱空形状对水泥混凝土路面板的影响进行了分析,结果表明：理论计算得到的板底脱空形状与实测值相符;随着脱空面积的增大,水泥混凝土路面板的弯沉值呈反S型增大,而当脱空面积相同时脱空区域的形状对弯沉值的影响不大。     

城市高架轨道箱梁振动特性数值分析

为研究列车通过时高架轨道箱梁结构的振动响应,采用有限元方法分别建立了高架简支箱梁的三维振动分析模型,计算当列车分别以60,80,100,120 km/h的速度通过时城市高架轨道箱梁结构的动力响应。模态分析结果表明:固有频率高于10 Hz的箱梁振动模态开始呈现截面变形,随着频率增加,箱梁结构振动形式逐渐表现为各构成板件的弯曲振动;时域分析结果表明:当列车经过时,箱梁结构振动加速度幅值分布呈现翼缘最大、腹板次之、桥面板和梁底最小的规律,钢轨、轨道板、桥面板、翼缘、腹板和梁底板的振动水平分别为140~160,110~120,110~120,115~130,110~125,105~115 d B,振动水平随车速的提高而增大。