基于混合有限元法的钢箱拱相关稳定分析

针对薄壁结构提出了一种混合有限元方法,对结构关心的部位采用板壳单元模拟,其他部位采用杆系单元模拟,根据平截面假定推导了2种单元在交界面处的约束方程,由此建立整体混合有限元模型。通过算例验证了该方法的可靠性,可以计算薄壁结构的整体稳定、局部稳定和整体局部相关稳定。用该方法对某座刚构-单肋钢箱系杆拱组合桥梁进行特征值和弹塑性稳定分析,得到了相应的稳定系数和失稳模态。实例显示,该方法既可以弥补梁单元模型无法计算构件局部屈曲的不足,又可克服局部板壳模型无法准确模拟其整体边界条件及工作环境的缺点,还可以避免全结构板壳模型产生过多单元数量和庞大结构刚度矩阵的弊端,计算可靠性和计算效率大大提高。     

6110柴油机曲轴的三维有限元分析

对6110柴油机整体曲轴建立了符合实际情况的三维模型,进行了三维有限元分析,研究了整体曲轴的应力状态和变形情况,并对曲轴在交变载荷下的疲劳强度进行了校核。对曲轴带飞轮和皮带轮及不带飞轮和皮带轮两种情况下进行了模态分析,并进行了比较。为柴油机曲轴的结构设计提供了有价值的理论依据。     

椭圆钢管T型节点应力集中系数分析

为预测椭圆管节点的疲劳性能,优化节点构造设计,以椭圆钢管T型节点为切入点,采用数值模拟方法分析了长轴-长轴、长轴-短轴、短轴-短轴3种可能的连接形式在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下节点的热点应力位置和应力集中系数,同时分析了管壁厚度对应力集中系数的影响。结果表明：进行椭圆钢管节点热点应力试验测点应重点布置于鞍部;在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下,管壁厚度越小,应力集中系数越大;从节点的抗疲劳性能和经济性出发,面外受弯时,建议椭圆钢管节点构造设计以长轴-长轴为主,轴拉和面内受弯时,建议以短轴-短轴为主。     

基于K-L展开的断层-节理边坡随机有限元分析

土性参数的空间变异性和断层-节理的耦合作用,将显著影响边坡工程的稳定性分析。基于K-L展开方法模拟土体抗剪强度参数空间变异性,同时通过强度折减法计算节理岩体边坡的稳定性系数,提出了一种考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析方法。探讨了土性参数的变异性及水平和垂直方向的相关距离对断层-节理边坡随机可靠度的影响。通过与已有研究中均质边坡稳定性对比分析,验证了模型的可行性,并结合现场实际工程进行分析。研究表明：断层-节理裂隙改变了边坡潜在滑移面产状,同时降低边坡的安全系数。边坡失效概率随着土性参数变异系数的增加而增大。忽略土性参数的变异性指标时,会高估边坡的安全系数指标,低估失效概率。土体竖向波动范围显著影响边坡的可靠度,断层-节理对于边坡稳定性的影响远大于土体波动范围。     

考虑剪切变形和二阶效应的变截面构件的计算

同时考虑剪切变形和二阶效应来解析计算杆件的临界力,是求解变系数临界微分方程的难题。本研究采用有限元法推导了变截面单元刚度矩阵。采用三次Hermite插值函数和三次拉格朗日插值函数来计算单元内的弯曲变形和惯性矩变化。采用线性插值函数来计算单元内的剪切变形和截面面积变化。利用最小势能原理对总势能进行变分,系统给出了计入弯曲变形、剪切变形以及轴力二阶效应的变截面构件单元刚度矩阵。最后,用自编的有限元程序对算例进行验证。研究结果表明:本算法的计算精度较高,还可分析二阶位移放大系数以及变截面门式刚架立柱之间的支援作用。     

基于橡胶材料超弹性的排气系统运动包络面分析

为准确校验排气系统与周围结构是否存在运动干涉,对排气系统与车身之间的橡胶吊耳进行非线性刚度建模,采用超弹性Mooney-Rivlin模型表征橡胶材料本构关系,由试验数据拟合获得超弹性本构模型的参数。基于吊耳在10种极限工况下的接触特性建立相应接触关系,分析排气系统非线性运动包络面,并与传统线性弹簧建模方法的分析结果进行对比。仿真结果表明,吊耳非线性刚度特性和自接触现象对排气系统的运动具有显著的抑制作用,在排气系统包络面计算中应予以考虑。     

整车多轮动载作用下沥青路面动力响应

车辆荷载作用下沥青路面各结构层受力复杂,现行公路沥青路面设计规范未能考虑车辆振动特性和橡胶轮胎非线性。为研究整车多轮动载作用下沥青路面动力响应,基于车辆动力学、橡胶材料超弹性及沥青路面黏弹性理论,构建整车-橡胶轮胎-沥青路面三维有限元模型,与实际车-路现场测量比较验证本模型的可靠性,对比分析无路面不平度与B级路面不平度激励下,路面各结构层动力响应。结果表明：通过与实际车-路测量结果比较,沥青层底部纵向最大剪应变与实测值误差为5.889%,表明该车-路动力学模型可靠、合理;B级路面不平度激励下,后轴左单轮接地法向力为0~86.526 kN,车体法向振动加速度为-0.451~0.372 m·s^-2,后轴左悬架弹力为60.376~68.42 kN;与无路面不平度相比,后轴左单轮最大接地法向力、车体最大法向加速度、后轴左悬架最大弹力分别增加113%、402.7%、7.4%;与无路面不平度相比,沥青路面上、中、下面层纵向最大压应力分别增加18.91%、12.4%、21.1%,纵向最大拉应力分别增加3.94%、6.25%、33.3%;横向最大压应力分别增加10.43%、8.47%、9.19%,横向最大拉应力分别增加12.19%、13.08%、33.33%,且压应力数值远大于拉应力;竖向最大压应力分别增加19.1%、19.35%、20.07%,竖向最大拉应力分别增加26.93%、7.38%、6.2%,且前轮压应力大于中、后轮压应力。以上数据说明路面不平度对结构层响应影响较大,车辆振动特性及橡胶轮胎与路面非线性接触不容忽略。     

水下航行体拖缆盘绕器阻力特性分析及优化设计

水下航行体拖带电缆后,在航行过程中,为了提高外挂拖缆安装可靠性,减小拖缆盘绕器对航行体自身的航行姿态影响,须对拖缆盘绕器进行减阻设计。针对该减阻要求,在盘绕器圆形截面基础上,以迎流阻力最小为目标对其截面线型进行优化。通过采用CFX软件,对盘绕器航行过程中的阻力进行有限元仿真,计算出前后对称水滴型截面的盘绕器相对于圆形截面盘绕器减阻最大可达36.5%,减阻效果明显。试验结果也表明,前后对称水滴型截面盘绕器锁定可靠,解锁顺畅,从而验证了仿真结果。