动态显式有限元法在冷冲压加工模拟中的应用

介绍了动态显式有限元法的原理、特点和应用,并用动态显式有限元法对机车车辆的转向架交叉杆冷冲压加工过程进行计算机模拟分析.模拟分析的结果说明了动态显式有限元法在模拟像冲压加工这种大变形过程中的优越性.     

动态显式有限元法在冷冲压加工模拟中的应用

介绍了动态显式有限元法的原理、特点和应用，并用动态显式有限元法对机车车辆的转向架交叉杆冷冲压加工过程进行计算机模拟分析．模拟分析的结果说明了动态显式有限元法在模拟像冲压加工这种大变形过程中的优越性．     

基于RCAR试验的电动SUV低速保险杠耐撞性研究

为研究某款纯电动SUV保险杠在低速正面碰撞工况下的耐撞指标,提高其耐撞性能。首先依据RCAR保险杠低速碰撞试验及评价方法,建立某纯电动SUV正面全宽低速保险杠碰撞有限元模型;其次,从防撞梁、吸能盒的吸能和变形以及车体损坏情况等对仿真结果进行分析。结果表明,模型防撞梁强度不足,导致吸能盒未发挥低速吸能效果,风扇受到挤压。最后从防撞梁截面型式、材料,厚度3个影响防撞梁强度的因素出发,提出3种优化改进方案。研究表明,方案3防撞梁低速碰撞耐撞性最好,在满足轻量化要求的同时满足了RCAR测试的要求。     

车辆吸能部件的碰撞试验与数值仿真

为了设计某列车耐撞性车体, 实现列车被动安全保护, 进行了台车碰撞试验和数值仿真计算, 研究了耐撞性车体吸能部件的吸能特性。在台车撞击试验过程中, 吸能部件从预期部位开始发生稳定有序的塑性变形, 吸收的冲击动能与最大变形量基本成正比关系, 说明该部件具有良好的吸能效果。并在此基础上, 应用显式动力有限元理论建立了其有限元撞击模型, 进行了数值仿真计算。相关性分析结果表明: 仿真结果与试验结果基本一致, 在整个撞击过程中, 撞击力曲线基本吻合, 最大撞击力峰值分别为2486.3、2423.1kN, 最大变形量误差和初始撞击力峰值误差都小于3%, 反弹速度误差小于4%。显然, 利用撞击试验验证了数值计算的有效性和可靠性, 利用数值计算设计和优化车辆吸能部件是可行的。     

平面杆系结构有限元分析CAI系统

用VisualC++语言开发了一个Windows 9x环境下的平面杆系结构有限元分析CAI系统 .屏幕上可同时显示结构的原始状态、受载后位移状态、各种内力图、影响线及结构主振型 ,采用形象直观的图形界面来提高学生学习有限元知识和C++语言的兴趣 ,其方便的数据输入方式可降低学习有限元知识的难度 .本系统可与结构力学杆系结构有限元的教学配合使用     

基于弹性补偿有限元法的拱桥极限分析

基于塑性极限荷载理论,提出了一种拱桥极限分析的新方法--基于弹性补偿有限元法的拱桥极限承载力分析方法,综合考虑拉压、剪力、弯矩和扭矩等内力作用,根据近似广义屈服准则,通过连续修改单元的弹性模量而引起应力重新分布, 以模拟拱桥结构体系的塑性失效行为.同时,编制了拱桥极限承载力计算程序,计算结果与模型拱桥的试验结果相比较,验证了方法所具有的较高的计算精度和计算效率.并且讨论了拱桥材料特性、截面几何尺寸和矢跨比等参数对拱桥极限承载力的影响.     

用有限元模拟软岩蠕变对隧道结构的影响

选用适当的软岩蠕变模型,建立了软岩围岩隧道的有限元计算模型,并以某修建在软岩地段的公路隧道为例,分析了隧道锚杆和支护施工的时间对其变形和内力的影响。另外,该模型也可应用于其它软土地下工程。     

Application of conservative surrogate to reliability based vehicle design for crashworthiness

Surrogate models are commonly used for approximation of large computationally expensive vehicle crash simulation to facilitate rapid design space exploration and optimization. Unfortunately, the optimum design based on surrogates may turn out to be infeasible after running finite element crash simulation due to the surrogate errors. To meet this challenge, conservative strategy of surrogate modeling through compensating fitting errors was used for reliability based design optimization of vehicle structures for crashworthiness and weight reduction. The critical crash responses were constructed by unbiased kriging models, and conservative surrogates were obtained via adding safety margin to estimate the crash responses conservatively. The benefits of using conservative surrogates for reliability based design optimization were investigated in the context of constraint feasibility of the optimum designs through a mathematical example and a case study on vehicle crashworthiness design. The results demonstrate that optimization based on conservative surrogate helps to achieve the feasible optimum design, showing more attractive for reliability based design optimization in engineering applications.     

Back-analysis of the response of shield tunneling by 3D finite element method

This paper presents a numerical back-analysis of the response of a shield tunnel during construction. An important issue in the construction of shallow tunnels, especially in soft ground conditions, is the surface settlement caused by shield tunneling. The tunnel test system with 10 m length, 7 m width and 6.7 m height, which was completed in China in 2009, is a research shield tunnel system. Using shield tunneling technique known as earth pressure balance (EPB) and slurry shield method, it could be excavated in a region consisting of original soft soils, such as silty clay, and different types of underlain soft soils. Based on the test results, the real-life tunnel response can be analyzed by back-analysis technique. The back-analysis technique is adapted to the three-dimensional finite element method (FEM). Parameter analyses are calibrated to study the behavior of the multi-scale diameter tunnel under various conditions. The suggested multi-scale model results show a well agreement between the prediction and the measurement.     

有限元分析中三维体元和梁元的非节点连接

在对三维体元任一点移动和转动分析的基础上,导出了体元和梁元恰当连接应满足的多点约束方程,通过直接代入梁元的单元分析进行自由度替换实现了体梁的良好连接.本文方法对体元和梁元的连接形式具有较强的适应能力,应用方便,算例表明具有较高的数值精度.     

有限元分析中三维体元和梁元的非节点连接

在对三维体元任一点移动和转动分析的基础上,导出了体元和梁元恰当连接应满足的多点约束方程,通过直接代入梁元的单元分析进行自由度替换实现了体梁的良好连接.本文方法对体元和梁元的连接形式具有较强的适应能力,应用方便,算例表明具有较高的数值精度.     

铁道车辆转向架构架多轴疲劳强度有限元分析方法

铁道车辆转向架构架在服役过程中承受复杂的多轴疲劳载荷,为构架结构的设计和分析带来困难.本文以某车辆转向架构架为研究对象,为获得构架在复杂多轴载荷作用状态下的应力分布状态,分别建立构架板壳有限元模型和实体有限元模型,并参照UIC 615-4、TB/T 2368-2005和TB/T1335-1996标准,确定计算工况,对该转向架构架强度进行分析计算,并根据ORE B12/RP17提供的钢材Goodman疲劳曲线图,编写后处理程序对构架进行疲劳强度评估.结果表明：两种有限元模型计算分析结果趋于一致;构架结构的应力分布状态呈现面内应力分布占优的状态;采用最大主应力对其进行疲劳强度评估是合理的;两种建模方法获得的构架静强度、疲劳强度评估结果的一致性说明：采用板壳模型代替实体模型对构架进行有限元强度分析是可行合理的,可节省计算资源.     

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。