基于有限单元法驾驶室防翻保护结构性能分析

防滚翻保护装置(ROPS)设计的可靠性,直接影响驾驶员是否能得到有效的保护。根据实车尺寸和视野要求,进行ROPS结构设计和挠曲极限量DLV设计;利用UG建立驾驶室三维模型,并建立有限元分析模型;根据国家标准关于ROPS的规定,对驾驶室翻滚保护的安全性进行分析,重点对不同方向的承载进行分析;基于驾驶室翻滚测试试验台,选取侧向加载进行测试,验证模型分析的可靠性。结果可知:当侧向力增加到140kN时,驾驶室吸收的能量为16672J,满足最小能量吸收能力要求;侧向载荷加载时,应力和位移均出现最大值,分别为372MPa和11.86mm,满足材料承载和能量加载要求;试验获得侧向加载时的最大应力和最大位移,满足材料和设计尺寸的要求,且与仿真结果的误差均小于4%,表明仿真分析模型是可靠的。所设计的防翻保护装置可以起到保护作用,为此类设计生产提供参考。

基于有限单元法密封结构影响因素建模分析

密封圈结构对高压试验装置的密封性、承压性具有直接影响。依据高压试验装置的结构特点,对O型密封结构进行结构参数分析,基于Mooney-Rivlin模型对特性进行分析;利用MARC有限元分析的方法对O型圈进行密封分析,分析不同密封间隙和槽深的尺寸下,接触压应力和Von Mises应力的大小,基于分析结果,优选密封间隙和槽深参数。结果可知:密封间隙为(0.04~0.14)mm间,压缩率为(10~20)%间,能够满足设计承载条件下的密封要求;通过对影响因素分析发现,密封间隙与Von Mises应力正相关,与接触应力负相关;压缩率提升,Von Mises应力先增后降,最大接触应力先降后增;80MPa压力下,较小密封间隙、压缩率对密封结构承载是有利的;通过分析设计密封圈影响趋势,发现参数的最优解为间隙0.043mm,槽深5.357mm,压缩率为10%。分析方法和研究结果可为超高压压力容器O型密封结构设计提供参考依据。

基于扩展有限单元法和弥散裂缝法的玄武岩纤维混凝土构件裂缝扩展研究

混凝土水工结构具有易裂性和水敏感性,在季节性冻土地区容易因裂缝扩展而形成裂-渗-冻的互馈破坏机制,这对混凝土水工结构的耐久性影响很大.掺有玄武岩纤维的混凝土结构的抗裂性能优越.为准确刻画混凝土构件裂缝的扩展情况,在力学性能实验基础上,通过扩展有限单元法及弥散法对玄武岩纤维混凝土结构进行开裂分析,探索裂缝分析的相关参数设定,研究不同方法下裂缝扩展的特点及规律.结果表明,弥散裂缝法可确定模型开裂的基本位置,再结合扩展有限单元法进行更准确的预测,可达到较好的模拟结果.可为玄武岩纤维混凝土结构在抗裂方面的应用研究提供参考.

基于有限单元法的堤坝管涌拟流场分析及试验

为了深入探究拟流场的电流密度响应特征,更好地服务于病险水库隐患探测和汛期堤坝查险,从分析有限元理论开始,建立不同渗漏通道模型,计算其拟流场电位进而获得电流密度的主要特征,分析不同模型对电流密度的影响。结果表明,电流密度不同分量在渗漏处附近均出现异常特征,在渗漏区域附近,电流密度x分量出现双极性异常,电流密度y分量出现单极值异常,电流密度z分量出现方向相反的异常情况,变化幅度较大。因此,为了更方便、有效地寻找渗漏通道,本文提出应当在水域底部布置若干条沿垂直于堤坝走向的测线测量电流密度z分量,通过分析电流密度z分量异常响应找到疑似渗漏点,为汛期堤防渗漏的快速排查提供理论指导。并实际应用于深圳某水库的堤防渗漏检测,圈定疑似渗漏入水口区域,经过工程验证,证实其为渗漏入水口。

基于mbS模式的有限单元法

mbS模式及其有限元法是在固体和结构分析模型中引入薄膜、弯曲和剪切理论,且采用纯拉压、纯弯和纯剪单元进行分析的数值方法.在时空系中剖分物质单元和时间单元上构造以指数函数和贝塞尔函数为插入函数且按Lagrange插值条件的薄膜、弯曲和剪切等基本位移函数,由此得到更加完备和耦合的固体和结构实体单元的变形模式,根据能量泛函变分原理得到静动力有限元基本方程的一致格式.研究表明,mbS模式及其有限元法可用于梁柱和板壳等结构的静动力分析及屈曲分析.

课程思政下“有限单元法及应用”教学改革与实践探索

专业知识的海洋能够对学生进行工程伦理教育,培养其精益求精的大国工匠精神,激发其科技报国的家国情怀和使命担当。在“有限单元法及应用”的教学实践中,建立“信、知、行”三位一体的课程思政教学理念,将思政元素、专业知识、工程实践有机结合,提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力,有助于学生塑造正确的世界观、人生观和价值观。“信”是通过课程思政元素的融入,促使学生树立国家富强、民族振兴、人民幸福的家国情怀;“知”是通过夯实基础理论知识,增强工程应用经验,达到学以致用;“行”指能够根据所学理论知识与实践经验,解决实际工程中的潜在问题,使学生具备独立进行问题分析的能力。围绕“信、知、行”三位一体课程思政教学理念,“有限单元法及应用”从教学目标、教学大纲、课程体系、课程内容、课程手段、课程案例等多维度开展课程改革,为更好地开展“有限单元法及应用”课程思政教学改革提供了思路和方法。

土木工程专业有限单元法课程思政建设探索

为发挥土木工程专业有限单元法课程思政建设在全程育人、全方位育人中的重要作用,使专业知识与思政内容充分融合,梳理有限单元法课程思政建设背景和现状,以课程内容为基础,结合课堂实践活动、工程案例分析等多元化教学方式,将专业教学与精神引领相融合,提出有限单元法课程思政建设策略,致力于培养德才兼备的当代土木工程专业人才。

新生破裂影响地震破裂跨越断层阶区传播过程的扩展有限单元法模拟

采用扩展有限元方法计算了断层阶区内介质产生的新生破裂对地震破裂跨越断层阶区传播过程的影响。模型中新生的断层扩展遵循最大剪应力破坏准则,当最大剪应力超过岩石的承受极限时,完整介质产生破裂形成新的断层,并且新断层的扩展方向为最大剪应力方向。扩展有限元法模拟结果表明,断层阶区内新生的断层改变了断层阶区的几何形态,同时也改变了断层破裂后的应力状态。新生破裂可以改变库仑应力在空间的分布格局,特别是可以提高断层上的应力水平,从而提高地震破裂跨越断层阶区的能力。模拟结果还显示,断层阶区内新生破裂的产生,可以使得地震破裂跨越10 km宽的断层阶区,若阶区内部介质没有产生新生破裂,则地震破裂无法跨越该断层阶区。本研究有助于进一步认识地震破裂跨越断层阶区的传播过程,特别是对地震震源过程分析及地震灾害评估等具有重要的科学意义。

基于有限单元法的轻型框架堤防结构特性分析

轻型框架结构堤防具有整体稳定性好、工后沉降小、工程占地少、形态美观整洁等特点,近年来在人口密集、土地稀缺、基础软弱的沿海城市得到了广泛的应用。本文基于有限元方法,采用刚-柔、面-面接触单元模拟桩-土接触问题,建立了能全面反映结构整体和细部问题的轻型框架结构堤防数值分析模型。以浙江省温州市某堤防为例,结合有限元计算成果,对轻型框架堤防整体以及钢筋混凝土框架、桩基础等细部的结构特性进行分析,并提出设计注意事项,可为沿海地区类似工程设计提供参考。

Mathematica软件在计算有限单元法系数矩阵中的应用

以一维分层连续介质大地电磁有限元模拟为例,应用Mathematica软件计算系数矩阵。节约了大量的推导时间。确保快速、准确地得到有限元系数矩阵。展示了mathematica软件在计算有限单元系数矩阵中的强大功能。

小湾高拱坝坝踵开裂的有限单元法分析

在开裂单元中引入不连续形函数 ,然后基于虚功原理推导出开裂单元的广义刚度矩阵和广义荷载的具体表达式 ,以及有限元平衡方程 ,从而建立了一种三维裂缝扩展的不变网格有限元分析方法。运用该方法对已建的二滩拱坝和待建的小湾工程拱坝在相同的工况下进行了对比计算。计算结果表明 :在目前所考虑的影响因素下 ,小湾拱坝和二滩拱坝的开裂范围、开裂程度及对网格疏密、混凝土抗拉强度和水力劈裂等影响因素的敏感程度都非常相似。考虑到二滩工程已建成 ,且运行正常 。

拱坝坝基渗流场的有限单元法精细求解

笔者在近 2 0年来对工程渗流问题研究的基础上 ,针对拱坝坝基岩体的渗流特性和有复杂的防渗与排水降压渗控措施 ,详细地论述了如何用有限单元法精细地求解坝基整体渗流场的思想和具体处理技术 ,所提出的算法技术在理论上是严密的 ,多年来一直已在工程中得到了广泛的成功应用。最后 ,作为算例对一个高 14

考虑剪滞效应的薄壁曲梁有限单元法

本文以最小势能原理为基础,考虑剪力滞后效应和翘曲扭转(包括二次翘曲剪切)的影响提出了一种用于分析单室或多室曲线薄壁箱型梁桥力学特性的曲梁单元,推导了单元刚度矩阵、等效节点荷载列阵。作为验证,在算例中对一双室曲线薄壁箱型梁模型的静力特性进行了分析,并将本文数值结果与试验结果和板壳有限元方法所得结果进行比较后证明了本文方法是有效的。

基于混合边界条件的有限单元法GPR正演模拟

从Maxwell方程组出发,推导了探地雷达(GPR)有限元波动方程.阐述了透射边界条件和Sarma边界条件的原理,推导了这两种边界条件的理论公式;通过在衰减层内加入过渡带优化了Sarma边界条件的加载方法,压制了介质区和衰减层交界面处的人为反射.考虑到透射边界条件与Sarma边界条件不同的理论机制,提出了一种结合透射边界条件和Sarma边界条件的混合边界条件,它利用Sarma边界条件对到达边界区域的GPR波能量衰减功能和透射边界对GPR波能量的透射功能,使GPR波经过Sarma边界条件的衰减吸收后,再通过透射边界条件将剩余能量透射出去,集成了二者的优势.并以二维均匀模型中的中心脉冲激励源方式为例,通过Matlab程序实现,以GPR的全波场快照的直观方式,对比了有、无边界条件及不同边界条件对人工截断边界的处理效果,说明了该混合边界条件对到达截断边界处的GPR波的处理优于单一边界条件.最后,以基于混合边界条件的有限单元法对两个典型的GPR地电模型进行了正演模拟,指导了GPR数据处理与工程实践.

利用有限单元法模拟二维MT倾子响应

在二维地电模型中,考虑到大地电磁测深(MT)倾子响应依赖于横电(TE)模式的数值模拟问题,笔者采用矩形网格单元和双二次插值对MT的倾子响应进行求解。首先,给出了二维地电条件下的边值问题和变分问题,并通过有限单元法对模型进行单元剖分、插值、积分和整体合成;其次,通过求解复系数方程组得到了每个节点的电场值;最后,采用差分方法求得电场沿横向和垂向的偏导数值,从而计算出二维MT的倾子响应。通过对2个二维地电模型的倾子响应进行数值模拟,获得了倾子响应的实部、虚部和振幅,结果很好地反映了不均匀体的横向分布情况。

基于有限单元法的岩土边坡动力稳定分析及评价方法研究进展

该文给出了基于有限元法的岩土边坡动力稳定分析的主要方法,对这些分析方法进行了较为详细的表述和分析,在此基础上提出了平均地震系数计算的新方法,即对潜在滑动区域分块按有限元法计算地震系数,进而再按拟静力法计算安全系数。为了考虑滑动体变形对地震稳定系数和永久变形的影响,应建立地震响应与地震永久变形相耦合的计算方法。指出边坡在地震荷载作用下产生的永久位移或累积变形作为边坡稳定性评价指标是科学合理的。最后提出了基于性态的边坡抗震设计方法,包括边坡抗震性态水准的划分、性能指标的建立和抗震设计方法。

基于有限单元法的二维/三维大地电磁正演模拟策略

对于二维和三维大地电磁正演问题,有限单元法最后形成了一个线性方程组KX=p。方程组中的K是大型稀疏的带状对称复系数矩阵,其条件数远大于1,为严重病态矩阵,求解其对应方程组会遇到很多困难。不完全LU分解处理的BICGSTAB算法,可用于该线性方程组的求解,并且具有速度快,精度高,稳定性好等优点。为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下,设计了非均匀网格剖分。在程序编制中,因只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间。通过对二维模型和三维模型电磁响应的计算,验证了该算法的正确性。

基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统非线性动态特性分析

针对齿轮传动系统的动态传递误差、单双边冲击状态、脱齿、拍击及混沌现象等复杂非线性动力学问题,在同时考虑齿侧间隙、轴承间隙、时变啮合刚度及齿面摩擦等非线性特性的基础上,首次提出一种基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统的非线性动态特性分析方法。以某单级斜齿轮传动系统为例,利用大型通用有限元分析软件AN-SYS/LS-DYNA建立耦合系统动力学模型,分析支撑状态下耦合系统的非线性动态特性,研究了不同转速及负载力矩对耦合系统非线性动态特性的影响规律。结果表明有限单元法能在满足高精度分析的条件下求解各种复杂工况的齿轮系统非线性动力学问题,为进一步研究齿轮传动系统非线性动力学问题提供有力工具。

考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法

利用考虑滑移的钢-混凝土组合梁单元,建立了考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法.在粘结剪力和滑移微分控制方程的基础上,建立了关于组合梁单元杆端未知力的力法方程.在力法方程的基础上,给出了组合梁单元的刚度矩阵、杆端位移向量及杆端荷载向量并建立了刚度方程.为验证有限单元法的正确性,对试验梁进行了跨中挠度、沿梁高应变分布及梁端滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法与试验值吻合较好,计算结果可靠.

应用有限单元法预测碳酸盐岩裂缝发育区带

本文介绍了有限单元法的基本原理和计算方法,提出用此法计算地质历史时期构造应力场的一般步骤,举例说明构造应力场对碳酸盐岩中裂缝发育的影响,分析了该法预测裂缝的效果,为合理勘探裂缝性气藏提供一种新的研究手段。