基于OBE理念的实验力学课程教学改革与实践

实验力学是一门融合理论与实验的综合性专业课程,涉及光学、力学、数学等多学科的内容。针对当前教学过程中存在的两类“痛点”问题,基于OBE(Outcome based Education)理念,从教学内容、教学方法和考核方式三方面出发,对实验力学课程进行教学改革,助力培养专业理论水平过硬、实践创新能力够强的工程力学专业技术人才的目标。

复合材料层合结构层间应力分析

采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了不同纤维铺设角下承受分布载荷层合板层间应力分布规律.研究结果表明：复合材料层合板层间剪应力τxx随纤维铺设角θ的增加而逐渐减小,但减小趋势不断减弱;层合板层间剪应力τyx随纤维铺设角度θ的增加而逐渐增加;距层合板中心o点距离为0～1.348m,层间剪应力随距离增大变化缓慢,为1.348—1.418 m,层间剪应力急剧增大,在自由边界角节点处层间应力达到极值,此处易于发生脱层效应.

不同温度下受压封隔器胶筒有限元分析

利用ANSYS软件中超弹性材料Mooney-Rivlin建立胶筒轴对称有限元模型,分析受压胶筒在温度载荷作用下应力和变形沿筒长分布规律。研究结果表明,温度对受压胶筒应力分布具有一定的影响:室温(25℃)时,上胶筒应力沿筒长均匀分布,中间胶筒上下两端应力较小,中部应力较大,下胶筒底端外表面应力最大,为19.693 MPa,内表面应力最小,为3.984 MPa;随着温度升高,中间胶筒应力分布趋于均匀,下胶筒底端外表面应力增大,100℃时该应力最大值为19.716 MPa。胶筒变形随温度载荷升高沿筒长非线性变化,上胶筒顶端变形小,且沿筒长变形非线性增大,中间胶筒变形最大,为9.17 mm,下胶筒受温度影响较小,其变形较小且变化较为平缓。

含裂纹结构模态分析的小波有限元法

针对常规有限元在描述裂纹尖端附近应力场方面的不足,提出了基于四边形奇异等参元的小波有限元新方法,该方法将小波有限元和断裂力学理论相结合,建立了含裂纹结构的小波有限元模型,推导了小波单元和裂纹单元的单元刚度矩阵,求解了该结构的前四阶固有频率及振型.将计算结果与ANSYS分析结果比较可知:采用小波单元的求解结果优于900个plane183单元,与1600个plane183单元求解结果吻合,相对误差不超过2%.这表明该方法可用较少单元获得较高计算精度,适宜工程奇异性问题的求解,具有一定的工程应用价值.

基于小波有限元法的虚拟裂纹闭合法

为了弥补传统有限元在处理复杂结构断裂参数数值计算中的不足,将小波有限元应用到断裂力学数值计算中,提出了一种新的基于小波有限元的虚拟裂纹闭合法。该方法将哑节点断裂单元镶嵌到含裂纹结构的小波有限元模型中,利用虚拟裂纹闭合法计算能量释放率和应力强度因子。将计算结果与传统有限元和ANSYS模拟结果比较。结果表明:2个小波单元求解结果与传统有限元和ANSYS模拟结果基本吻合,与解析解相对误差不超过3%,表明该方法具有计算量小、方法简便和计算精度高的优点,为工程中复杂结构断裂参数数值计算提供了一种新方法。

复合材料层合板应力分析的小波有限元法

为提高层合板数值计算精度和效率,基于复合材料层合板理论,采用同尺度不同阶数区间B样条小波(BSWI)尺度函数的张量积插值,构造满足节点位移、挠度及其导数连续性和兼容性的BSWI层合板单元转换矩阵,并从虚功原理出发,推导了层合板单元BSWI单元刚度方程,计算并分析了层合板承受轴向拉伸时对角线OA上各点挠度与板心O距离变化关系及应力、应变沿板厚分布规律.数值结果表明:BSWI有限元法在复合材料层合板应力分析方面,可用较少单元和自由度数获得较高计算精度.

封隔器胶筒密封性能影响因素分析

利用罚函数法将接触面约束条件引入势能泛函,建立封隔器胶筒有限元方程,采用Newmark法进行数值求解,分析封隔器胶筒几何参数和物理参数对封隔器密封性能的影响。研究结果表明:胶筒与套管间接触压力随胶筒长度的增加而增大,这种增长趋势在胶筒长度达到一定数值后趋于减缓;胶筒与套管间接触压力随胶筒厚的增加而增大,而压缩变形随胶筒厚度增加而逐渐减小;胶筒的材料参数设计要求在满足密封要求的前提下,选择较大的胶筒材料系数。

含裂纹结构的区间B样条小波模糊有限元分析

为了解决工程问题中材料和载荷的不确定性给含裂纹结构数值分析带来的困难,提高数值计算的精度和效率,将模糊理论与小波有限元相结合,提出了基于区间B样条小波(B-spline wavelet on the interval,BSWI)模糊有限元分析法.该方法将哑节点断裂单元镶嵌到含裂纹结构的小波有限元模型中,建立了含裂纹结构的小波有限元模型,推导了小波有限元模糊平衡方程,并采用λ水平截集及分解定理求解模糊平衡方程;在此基础上,利用虚拟裂纹闭合法计算了不同裂纹长度下应力强度因子隶属函数值,并将计算结果与解析解进行了比较.结果分析表明该方法可用较少单元更为真实、准确地反映结构响应的变化情况,为工程实际中实现含不确定参数的断裂数值分析提供了一种新途径.

温度对碳纤维增强复合材料力学性能的影响

基于ANSYS软件建立了碳纤维增强复合材料有限元模型,采用Newmark法对不同温度下碳纤维增强复合材料的力学性能进行研究.结果表明：温度对碳纤维增强复合材料的应力、变形均有较大影响,碳纤维增强复合材料的应力在25 ～ 80℃时,随温度的升高呈明显上升趋势,当温度达到80 ～ 100℃时,由于复合材料中的树脂达到其软化温度,碳纤维增强复合材料承载能力显著降低,而100℃之后应力随温度增加呈平缓下降趋势;碳纤维增强复合材料的变形在25 ～ 120℃时始终呈上升趋势.

含轴向裂纹X80压力管道弹塑性断裂分析

为研究含轴向裂纹管道裂尖塑性区对应力强度因子的影响,采用Ramberg-Osgood模型,建立了含轴向裂纹压力管道三维有限元模型,依据Von Mises屈服准则,确定塑性区尺寸,基于相互作用积分法计算断裂参数。研究结果表明:管道几何及材料参数一定条件下,弹塑性极限载荷随裂纹初始长度增加而减小;屈服强度一定时,塑性修正前后应力强度因子相对误差随管道内压的增加非线性增大,当管道R、t、l一定时,塑性修正后KI随裂纹初始长度a的增长而增大。

碳纤维复合材料抽油杆瞬态动力学分析

针对碳纤维复合材料连续抽油杆的结构和工作状态,用ANSYS建立了其瞬态动力学模型。采用Shell 181单元对模型进行描述,通过Full法对模型进行瞬态动力学分析。数值模型固有频率与理论值相对误差小于5%,验证了模型的准确性。数值分析结果表明,冲次大小对悬点最大载荷的变化影响较大,而对泵行程的影响不是很明显;冲程长度和抽油杆厚度对抽油杆悬点的最大速度和加速度有影响,当冲程长度大于4.5m时,要考虑抽油杆厚度变化对悬点运动的影响。

复合材料抽油杆动力学分析的小波有限元法

利用小波尺度函数多分辨率和逼近精度高的特点,将小波有限元应用于复合材料数值分析中,建立了复合材料抽油杆小波有限元模型,推导了复合材料抽油杆小波单元刚度方程,求解了复合材料抽油杆横向振动前八阶固有频率,并将分析结果与ANSYS模拟结果进行比较。结果表明:小波有限元在复合材料数值模拟方面具有较高的计算精度。

潜油电泵轴断裂失效分析

潜油电泵轴是潜油电泵的重要部件,泵轴细而长,传递的功率大,工作时扭转角较大。泵轴的强度极限、屈服极限很大,加工倒角的尺寸误差及表面质量引起的应力集中现象较为明显,疲劳极限下降率较高,易于引起泵轴过早断裂。

复合材料抽油杆横向振动特性

复合材料抽油杆横向振动固有频率是影响有杆抽油系统行为的一个重要因素,为减少抽油杆横向振动对抽油杆动态性能的影响,提高复合材料抽油杆使用寿命,采用振动理论和数值模拟相结合的方法,推导了复合材料抽油杆横向振动方程,建立了复合材料抽油杆数值模型,获得了抽油杆前八阶固有频率和振型,为复合材料抽油杆合理结构设计提供理论依据。

铝合金车轮结构设计有限元分析及实验应用

车轮是汽车上的重要安全部件,车轮结构的设计会对汽车行驶安全造成最直接的影响,文章通过对铝合金车轮结构进行弯曲疲劳试验、冲击试验及径向载荷疲劳试验三种试验,并在此基础上,研究了径向载荷疲劳试验的有限元分析,最后运用有限元分析研究了曲辐条、直辐条和直辐条背面有掏料三种主要车轮结构。

塑性力学课程“四位一体”教学研究与探索

塑性力学课程作为工程力学专业的基本理论课程,是支撑整个专业学生深度学习、设计并指导工程实践的重要载体,为贯彻新时代全国高等学校本科教育工作会议精神、淘汰"水课"、打造"金课",从教学大纲和专业培养计划着手,在教学内容、教学方法、考核方式和实践教学等方面进行塑性力学课程改革,构建了自主学习、合作学习、拓展学习和实践学习服务于"立德树人"的"四位一体"塑性力学课程教学模式,对我国教师教育类课程建设具有指导意义。

基于ANSYS软件的泵轴可靠性设计

有限元分析软件ANSYS9.0概率设计系统(PDS)提供了强大的概率分析功能,使机械零件结构的概率分析易于实现。利用该软件对泵轴进行可靠性分析设计,为生产厂家改进设计,降低成本、进行可靠性评定提供理论依据。