基于ANSYS的结构拓扑优化及其二次开发

本文吸收了"基结构法"和"均匀化法"的思想,提出了"通过力传递的路径来构造拓扑"和"逐次去劣、两极分化"的拓扑优化新思路和方法,对有限元软件ANSYS的拓扑优化功能作了二次开发,拓展了ANSYS拓扑优化结构单元的适用种类,且不仅可以求解连续结构的拓扑优化问题,还可以求解桁架结构的拓扑优化问题,编制了相应程序考证了连续体和桁架两种类型的典型算例,最后将此方法应用于一个船舶板架结构优化中,得到了预期的结果.     

夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析

目前各大船级社普遍缺乏新颖玻璃钢艇体结构强度的计算规范,因此设计者需要直接计算艇体结构强度。在研究玻璃钢游艇的基础上,用ANSYS软件建立全船有限元模型,采用层合壳单元处理复合材料和复合材料夹层结构并计算分析整船结构强度。分析中所采用的方法对于正确地进行玻璃钢游艇整船直接计算具有指导作用和实用价值。同时所采用的冲击力和水动力加载方法可应用于其他类型的高速艇结构强度的有限元分析。     

船舶柴油机曲轴动态强度分析

为准确分析二冲程船舶柴油机工作时曲轴的动态特性,结合Pro/E 3D软件和ANSYS软件对船舶柴油机曲轴、轴承、活塞、连杆等部件进行三维实体有限元建模,采用子结构法对其进行结构缩减,并将结果文件导入EXCITE软件中,建立整个船舶柴油机的轴系非线性多体动力学模型。采用该模型对曲轴进行一个循环的多体动力学计算。将计算结果恢复到曲轴实体有限元精细模型,进行正常工况下曲轴在一个循环内的动应力计算。结果表明,与单体曲轴强度分析方法相比,采用非线性多体动力学方法可获得更接近实际的曲轴载荷的边界条件,提高了船舶柴油机曲轴动态特性计算精度。     

漂浮耐压体的有限元分析

潜艇的集体逃生舱是一种新型脱险装置,可有效地提高失事潜艇艇员的自救能力。本文在设计、计算中,采用求解结构的非线性屈曲问题,应用有限元分析软件ANSYS对漂浮耐压体结构进行有限元直接计算。     

梁板式高桩码头结构计算模型比选

通过计算比较分析,讨论了梁板式高桩码头结构计算的各种计算模型的适用性。分别以某15万t级集装箱高桩码头的结构段和单个排架段结构为研究对象,建立了梁板单元、实体单元和等效桩基实体单元的有限元分析模型,通过对控制工况进行计算比较,讨论了各种计算模型的计算效率、特点和适用性。计算码头桩基内力、横纵梁内力、沉降变形量时,可采用梁板单元结构段模型,作为近似,也可采用现设计规范推荐的投影梁板单元排架结构模型。     

水下结构数值计算中面体单元连接技术及力学试验研究

结合有限元分析软件ANSYS对大潜深、大开口观察窗壳体结构模型的静态力学性能进行了数值分析及试验研究。计算模型考虑了材料非线性、几何非线性的影响。球壳采用面单元建模,观察窗窗座采用体单元建模,减少了计算规模,节省了计算时间。针对这2种不同自由度单元的连接,采用了不同的面体单元耦合技术,讨论了它们对静态力学性能结果的影响,在此基础上进行了试验研究。试验表明,本文所建立的有限元模型和计算策略准确可靠,可供设计时使用。同时也表明了在数值计算中采用MPC接触方法的面体单元耦合技术精度更高。     

燃气轮机吊装轨道系统结构强度分析研究

以某船为研究背景,进行了燃气轮机吊装轨道的强度分析研究。首先开展了导轨系统的受力分析,给出了不同类型力载荷的理论计算结果;再利用有限元软件分别建立了导轨的杆梁单元和实体单元三维计算模型;然后确定了10个典型计算步的载荷;经过试算对比两种模型,杆梁单元和实体单元模型相比具有求解速度快,效率高等特点。进而确定了以杆梁单元网格为主要计算模型,实体单元网格为校核计算模型的研究思路。计算结果表明：现有吊装轨道系统的强度满足使用要求,在过渡导轨段是整个导轨系统的薄弱环节,需要进一步优化吊装轨迹或者局部结构加强。     

大跨径悬索桥高温下屈曲失稳破坏研究

以某大跨径悬索桥为工程依托,利用有限元软件ANSYS,采用全桥为杆系结构,跨中节段为空间精细化板壳实体单元的方法进行建模,得到了桥梁力学分析模型,计算获得了高温下桥梁结构的应力、挠度等关键力学指标。基于钢材板件屈曲原理,推导出高温下钢材板件屈曲应力计算方法,结合有限元计算模型获得了悬索桥高温下屈曲失稳时间,为悬索桥抗火设计提供了技术依据。     

应用ANSYS软件二次开发进行坞式船闸施工期温度及温度应力仿真分析

针对船闸水工结构中大体积混凝土施工期温度及温度应力问题,通过对有限元软件ANSYS进行二次开发,利用VB语言设计出方便的图形化参数输入界面,结合软件自带的APDL语言,自动完成分析全过程,使得复杂的全过程仿真分析趋于简洁化、高效化、实用化、能更好地应用于工程实践,解决实际工程问题。对一典型坞式闸室的温度及温度应力进行了计算分析,为工程技术人员提供参考。     

基于板壳模型的减摇鳍鳍翼水力负荷结构分析

为了提高减摇鳍仿真模拟工作的效率和仿真模拟的精确度,基于ANSYS软件中的Workbench-component systems建立鳍翼的板壳模型,采用FLUENT软件与ANSYS软件相结合的方式对减摇鳍进行流固分析。利用FLUENT软件对某型减摇鳍鳍翼进行水动力分析,获得鳍翼在流场中的升力和阻力;将鳍翼受到的升力和阻力分别施加到基于实体单元和板壳单元的鳍翼结构有限元模型上,进行鳍翼结构响应分析。结果表明:与实体模型相比,基于板壳模型的鳍翼结构有限元分析建模工作量小、计算耗时少、数值模拟计算精度高。对于鳍翼而言,在结构上和力学性能上更适合用板壳模型进行有限元分析。     

不均匀沉降影响下的方块码头胸墙内力有限元分析

针对方块码头普遍存在的不均匀沉降问题,进行不均匀沉降影响下的胸墙内力数值分析。通过有限元软件ANSYS的静力求解模块及接触分析方法,计算得出不均匀沉降影响后在自重及使用期荷载作用下的胸墙内力。结果表明,不均匀沉降影响后的方块码头胸墙内力将显著增加。因此,必须采取一些设计和施工的措施来减小不均匀沉降对方块码头胸墙的影响。     

旧高桩码头基桩承载力的计算与测试

首先采用ANSYS软件对某高桩码头的原构件及基桩承载力进行有限元分析;然后模拟试验预定的加载步骤分多次施加荷载,获得了相应荷载作用下码头试验段各构件的内力及群桩中的单桩承载力;最后在码头结构上进行加载试验,测出相应的内力及单桩承载力,并与计算结果进行了比较,结果表明,采用计算与测试相结合的方法能较准确地评估码头各构件及群桩的承载能力。     

坐落于弹性地基上的船台底板的受力分析

结合实际工程介绍求解弹性地基上船台底板受力的近似理论方法;采用有限元软件ANSYS模拟液压小车的移动荷载作用于船台底板的情况,利用参数化编程进行工况组合,一次性求得船台底板的内力包络图与变形图;分析板厚和同时行进小车数量的不同对船台底板内力变化的影响,可供类似工程参考.     

波浪作用下斜坡上护面块体应力分布的数值模拟

文章基于SPH方法和FEM/DEM方法建立了SPH-FEM/DEM的二维流固耦合数值模型,模拟了在波浪荷载作用下斜坡上的护面块体内部的应力分布。结构物的水动力条件采用SPH方法模拟,结构物边界采用虚粒子模拟,护面块体结构的受力、运动和变形采用FEM/DEM方法模拟。不同块体间的接触力采用基于势函数的罚函数法来计算,采用中心差分的显式方法来求解有限元单元的变形。应用ANSYS软件和数值模型对静水压力作用下的混凝土方块的内部应力分布进行了比较模拟分析,验证了所建立的耦合数学模型。通过数值计算给出了波浪作用下位于斜坡上的护面块体的动水压力和块体内部的应力分布,讨论了块体内不同角点位置处的应力变化特性。     

大型倒虹吸水泥混凝土水化热特性分析

倒虹吸作为一种薄壁混凝土结构,容易受水泥水化热温升的作用而产生开裂现象。结合南水北调滹沱河倒虹吸工程实例,运用有限元软件 ANSYS模拟了倒虹吸水泥混凝土分层浇筑、养护的全过程。得到了倒虹吸混凝土水化热温升变化规律。同时对间歇期、养护条件、混凝土入仓温度等温控措施对倒虹吸管段混凝土内外温差的影响进行了优化分析。     

高桩+板桩复合式结构的内力分析方法

对高桩+板桩复合式结构进行内力分析，通过采用SAP2000和PLAXIS有限元分析软件建立不同的计算模型，得出每种模型下高桩和板桩结构的弯矩、轴力、剪力和位移等计算结果，并对结果及其产生差异的原因进行分析。结果表明：仅采用SAP2000的分析模型因高估了土体对板桩结构的支撑作用，其内力计算结果偏小；仅采用PLAXIS2D的分析模型因忽略了高桩结构的变形，其内力计算结果偏大；而采用这两种软件迭代计算的分析模型与PLAXIS 3D模型的计算结果接近，说明该计算模型的结果与实际情况较为吻合。     

坞口大体积混凝土浇筑过程温度场影响因素

大体积混凝土浇筑过程中,由于水化热的产生使得混凝土结构产生内外温差。如果温差过大,混凝土结构表面会产生温度裂缝,对结构的安全稳定非常不利。利用大型通用结构分析软件ANSYS分析比较了影响船坞坞口大体积混凝土结构浇筑过程温度场的部分因素,可供类似大体积混凝土在施工浇筑过程中参考。     

基于影响矩阵法的斜拉桥成桥索力优化

介绍了斜拉桥成桥索力优化的影响矩阵法,运用大型有限元程序ANSYS中的优化模块,结合某独塔斜拉桥验证了这种方法计算合理成桥索力的可行性和有效性。计算结果表明,将影响矩阵法引入斜拉桥成桥索力的有限元分析中是可行的,可为类似桥梁的设计提供参考和验证。     

小钢管劲性骨架混凝土箱拱施工阶段受力分析

通过有限元程序ANSYS建立箱拱的空间计算模型，采用内力叠加法和应力叠加法计算施工过程中拱桥的应力和位移，对2种方法的计算结果进行了对比，阐述了2种方法的特点和适用范围，并分析了初始应力和截面刚度变化对拱桥受力的影响。     

基于ANSYS的钢筋混凝土构件裂缝宽度计算方法

以大型通用有限元计算软件ANSYS为平台,建立了荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的一种计算方法。采用ANSYS中的Solid 65单元模拟混凝土,Link 8单元模拟钢筋,三维非线性弹簧单元Combine 39模拟钢筋-混凝土界面的粘结滑移关系,将Houde提出的钢筋-混凝土间的粘结滑移本构模型引入ANSYS中以确定Combine 39弹簧单元的荷载-位移关系式。此外,在现有混凝土裂缝宽度计算方法的基础上,推导出适用于有限元分析的裂缝宽度计算公式,并应用ANSYS软件提供的二次开发工具——参数化编程语言(APDL)编制程序,在ANSYS后处理中实现混凝土构件裂缝宽度的计算功能。算例分析表明,与现有方法相比,该方法能更准确地计算各级荷载作用下钢筋混凝土构件的裂缝宽度。