双材料悬臂梁热力耦合的有限元分析

基于弹性介质的二维本构关系和一维热传导理论,采用ANSYS有限元分析软件,依据顺序耦合法,对双材料悬臂梁在热力耦合问题进行了有限元分析.获取了其位移和应力分布,验证了顺序耦合法求解热力耦合问题的有效性,并为双材料构件热力耦合问题的研究提供了分析实例.     

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...     

考虑材料温变特性的三维轮轨接触热分析

为研究材料温变特性对轮轨接触行为和摩擦温升的影响,提出了一种考虑材料温变特性的三维轮轨热力耦合模型,能够考虑纵、横向蠕滑率和自旋的影响,更为真实地模拟轮轨系统的服役状态.首先,研究了热力耦合建模方式对轮轨界面摩擦温升及接触应力的影响;随后,将该模型应用于地铁小半径曲线处车辆-轨道相互作用模拟.结果表明：当轮轨界面温度达到450℃时,轮轨接触应力显著降低,降幅可达20%;考虑热力耦合建模后,轮轨界面的预测温升明显低于不考虑热力耦合建模时的结果,在蠕滑率为0.16时,两者的差异可达51%;地铁车辆在小半径曲线线路上运行时轮轨摩擦温升因过大的蠕滑率与自旋会急剧增大到750℃,应考虑轮轨热力耦合建模以避免过高估计轮轨摩擦温升以及轮轨接触应力.     

多物理域耦合求解的轮毂电机温度场

为研究温度变化对电动汽车用轮毂电机的工作性能和使用寿命的影响,采用场路耦合法将轮毂电机有限元模型与外电路联合求解,建立了包含轮毂电机本体、外部驱动控制电路的联合仿真模型,充分考虑了外部激励中时间谐波电流对磁场的影响. 然后,将计算得到的绕组铜耗、定子铁芯损耗、永磁体涡流损耗以及杂散损耗等作为热源,采用磁热耦合法将其耦合到各部件进行瞬态温度场研究,综合考虑了电机工作过程中其损耗分布在时间和空间位置上的瞬态变化特性,热源损耗与温度场实时精确耦合. 详细研究了负载运行时轮毂电机各部件温度随时间的变化情况,以及温度的空间分布特性. 多物理域耦合法实现了电磁场与外电路的直接耦合,电磁场与温度场的顺序耦合. 最后,对轮毂电机进行台架试验. 研究结果表明:仿真计算结果与试验结果在额定工况下温度的最大误差为4.96%,峰值工况下最大误差为10.55%.      

热力耦合作用下的滚动轴承寿命分析

针对承受热应力和结构应力共同作用的滚动轴承,推演了其热源产生机理和热应力计算过程,并且利用有限元软件Ansys建立了轴承单元分析模型.通过对热力耦合作用下轴承温度分布、应力分布和疲劳寿命特性进行分析,结果表明轴承内圈受温度变化影响最大,滚道导棱处容易发生应力集中,温度变化比轴承载荷对寿命影响更加显著.     

结构-声场耦合模态特征值分析

结构-声场耦合振动在工业领域广泛存在,其理论分析和数值方法对车辆、船舶等内部降噪设计有重要意义.基于结构-声场耦合振动的有限元方程,推导了其左特征向量和右特征向量的关系,基于此证明了虽然无阻尼结构-声场耦合系统由于系数矩阵非对称属复模态问题,但其特征值为实数.用复Lanczos法计算了圆柱壳与内部声场耦合振动、六面体与内部声场耦合振动的耦合特征值,结果表明其耦合特征值确为实数.     

结构-声场耦合模态特征值分析

结构-声场耦合振动在工业领域广泛存在,其理论分析和数值方法对车辆、船舶等内部降噪设计有重要意义.基于结构-声场耦合振动的有限元方程,推导了其左特征向量和右特征向量的关系,基于此证明了虽然无阻尼结构-声场耦合系统由于系数矩阵非对称属复模态问题,但其特征值为实数.用复Lanczos法计算了圆柱壳与内部声场耦合振动、六面体与内部声场耦合振动的耦合特征值,结果表明其耦合特征值确为实数.     

有限元模态叠加法声学-结构灵敏度

基于结构-声场耦合系统有限元模型,用有限元模态叠加法推导了系统在动力载荷作用下响应声压级对结构设计变量的灵敏度.以一矩形平板与立方体声场耦合系统为研究算例,计算了1～200 Hz声场内域点响应声压级对板厚度的灵敏度,分析了灵敏度随激励频率、设计变量的变化规律.计算结果表明,有限元模态叠加法求解声学-结构灵敏度的有效性和正确性.     

流-固耦合问题边界元-有限元耦合方法分析

利用边界元－有限元耦合方法对流－固耦合振动问题进行了分析,假设流体控制方程为Ｌａｐｌａｃｅ方程,利用非连续边界元对流体域进行离散,从而有铲地解决了边界元分析中的“角点效应”问题。固体以平面梁为模型,采用有限元进行离散,对非连续边界元和有限元的耦合问题进行了分析,通过对悬臂梁在一侧受液体作用时的瞬态响应分析的数值解同解析解的比较,表明了本文所给方法的有效性,同时为利用边界元－有限元耦合方法对流－固耦     

基于Marc和遗传算法的焊接工艺参数优化

焊接变形的大小主要受焊接速度、焊接电流、电压、送丝速度、焊接顺序等工艺参数的影响.根据焊接热加工特点和实际需要,针对设计变量数目繁多、类型多样的焊接工艺,采用遗传算法与有限元分析相结合的方式,对重点参数进行了优化.以二维平板对接焊的模型为例,以工件最小焊接变形量为优化目标,经过遗传算法进化后,结合有限元方法进行每组参数组合的焊接过程热力耦合分析,找出焊接能量和焊接速度的最优组合,为焊接工艺的优化和制定提供科学的评价和预测.     

无限元在岩土工程数值分析中的应用

介绍岩土工程数值分析中常用的无限单元的坐标变换式和位移函数,并对一具有精确解的平面问题进行常规有限元分析及有限元与无限元耦合分析。研究表明,引入无限元分析无限域或半无限域问题具有更高的精确性,且节省计算工作量。     

高层建筑—地基空间耦合体系的地震响应

采用动态子结构法和有限元与无界元耦合分析高层建筑－－地基空间体系的地震响应，分析和模拟计算表明，无界元在模拟地基问题上具有很大优越性，不但具有较高的计算精度，而且节省机时，在柔性地基上设计高层建筑考虑结构与地基的相互作用更经济合理。     

有限元与边界元耦合法的数值计算

本文采用了将边界元区域的全部未知量凝聚到耦合面上的方法来实现有限元与边界元的耦合,从而达到节省内存的目的。文中还就耦合中利用对称性时方程组产生奇异性的原因及耦合面上面力不连续的处理作了详细的讨论,提出了解决的办法,最后以三维问题为例,给出了算例。     

核电站导流堤围堰有限元强度折减稳定性分析

以核电站导流堤围堰稳定性问题展开研究,在进行导流堤围堰设计优化、比较的基础上,介绍了有限元数值模拟分析方法,以及有限元强度折减原理与方法;选用施工围堰最为不利断面进行稳定性分析验算,考虑渗流作用与流固耦合影响、强度折减（SSR）进行稳定性分析.分析结果表明,核电站导流堤围堰有限元强度折减稳定性分析能够验证工程实践,研究结果可为类似工程提供技术指导.     

公路车桥耦合振动响应计算方法对比研究

使用有限单元方法,分别建立了桥梁结构的振动计算模型和车辆的振动计算模型,考虑车桥接触点的位移连续,分别提出了考虑桥梁全自由度的车桥耦合振动模型和使用桥梁振动模态的模态综合计算模型。将桥梁结构的振动响应计算转化为求解模态广义坐标,并结合车辆振动与桥面的耦合,建立结构模态广义坐标和车辆振动自由度耦合的系统方程,使用Newmark-β数值积分方法对时变耦合系统进行求解。为了验算方法的有效性和可靠性,分别计算了平面梁在集中力作用下,空间板结构在整车模型作用下的振动响应,研究结果表明,使用模态综合法求解公路桥梁车桥耦合振动响应的结果可靠,并有很高的计算效率,该方法具有广泛的适用性。     

轨道动力学模型与数值方法研究进展

随着列车速度的提高和轴重的增加,车辆与轨道之间的相互作用更加激烈.深入开展轮轨动态作用机理研究,对高速重载铁路安全平稳运行具有重要意义.文章回顾了轨道动力学模型的研究进展,重点介绍了五种轨道动力学模型及算法,即车辆-轨道-路基非线性耦合系统交叉迭代算法,新型车辆单元和轨道单元模型,列车轨道系统动态分析的移动单元法,移动...     

热压电桁架结构灵敏度分析及其优化

在综合考虑温度场、机械场和电场作用的前提下,建立了热压电桁架结构的有限元模型,对结构进行了稳定性分析,推导了关于热压电桁架结构的灵敏度公式,构建了基于灵敏度分析的优化模型,对不同约束条件限制的情况,分别进行了优化设计.算例显示,合理利用热压电效应,可以提高结构的工作性能,并使结构趋于更经济、合理.