基于FEA的升船机复杂焊接结构疲劳强度评估方法及应用

对于焊接金属结构,焊缝的疲劳强度对于结构安全性至关重要。文章针对升船机金属结构和机械设备结构复杂、运转频繁且承受变化载荷的特点,在借鉴Eurocode3及国内相关行业标准的基础上,根据国内实际情况提出了适合升船机结构和载荷特征的基于有限元分析(FEA)的焊接金属结构疲劳强度评估方法,并以齿轮齿条爬升式垂直升船机小齿轮托架机构为例进行了具体的验证。

PET材料改性及加工应用

为了提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate,PET)材料的性能,课题组采用熔融共混法向PET中添加接枝弹性体POE-g-GMA,通过考察测试了不同添加量的接枝弹性体对PET材料结构与性能的影响。研究结果表明:随着接枝弹性体POE-g-GMA体积分数的增大使材料的冲击强度先增大后降低、拉伸性能略有下降。有限元分析验证了改性后PET材料的承压性能没有表现出明显的下降。

基于有限元分析的钢丝缠绕胶管协调优化

高压胶管在使用过程中,易出现疲劳损坏问题;同时受压后易在轴向伸长或缩短,使其不能满足胶管的使用。针对高压胶管出现的疲劳损坏和长度上的变化,在结构设计时使用有限元分析的方法,通过正交实验进行优化设计,研究了高压工况下四层钢丝缠绕角度对钢丝缠绕胶管的疲劳寿命和伸长率变化。结果表明,优化后的方案相对于原始设计方案,最大轴向位移减小了76%,应变能密度最大值减小了63%,较大幅度降低了胶管的轴向长度变化率,同时提升了疲劳耐久性能,达到了协调优化的目的。通过仿真分析结果对设计方案进行了快速的筛选和优化,为高压胶管的结构设计提供了新的思路,对提高胶管耐久性有一定的指导意义。

内压薄壁圆柱壳电阻凸焊接头疲劳寿命研究

为提高凸焊接头在使用过程中的安全性能,笔者采用有限元法和等效结构应力法,对内压薄壁圆柱壳电阻凸焊接头疲劳寿命预测方法进行了研究。提出了一种考虑预压载荷对圆柱壳形状影响的建模方法,计算了不同预压载荷下的筒体变形和凸焊接头疲劳寿命。研究结果表明薄壁圆柱壳在凸焊接头处的变形对凸焊接头疲劳寿命有显著影响。建议在制造中采取措施减小焊接过程对圆柱壳在开孔区的变形的影响,从而使凸焊接头获得较高的疲劳寿命。

汽油机气缸垫密封失效原因分析及可靠性开发研究

为进一步提高汽油机气缸垫设计开发的可靠性,降低气缸垫在开发过程中出现密封失效问题的概率,快速解决气缸垫密封失效问题。对汽油机气缸垫的密封失效问题进行了研究。分析了影响气缸垫密封性能的相关零部件:气缸体、气缸盖、气缸盖螺栓及气缸垫本身,涉及密封的相关问题,提出了这些零部件的优化措施和设计要求。针对气缸垫设计开发过程,提出了有限元仿真分析结合冷热冲击试验瞬态温度场边界的分析方法,可以更准确的得到气缸垫仿真分析结果。同时为了规范化设计开发气缸垫,提出了一种气缸垫设计开发流程。

基于响应面法铝合金盖板冲压成形工艺参数优化

为改善铝合金板材冲压后的回弹缺陷,以某笔记本电脑后盖板为研究对象,基于Creo Parametric软件构造了板材和模具的几何模型,通过LS DYNA有限元软件建立仿真模型,利用Quantum XL数据分析软件设计了压边力、模具间隙和冲压速率三个关键因子的响应曲面试验,得到了盖板整体最大回弹量、截面轮廓回弹角度两个响应值的二阶回归模型,并由响应面模型求解出最优参数组合为:压边力11kN,模具间隙0.7mm,冲压速率1000mm/s。

基于Inventor FEA模块的移载机械手提升手臂静力学分析(英文)

通过在Inventor环境中建立了移载机械手提升手臂的三维模型,运用Inventor的FEA模块对提升手臂进行了静力学仿真,分析计算出了提升手臂的应力、变形等力学性能参数,最终验证了该手臂的设计合理性。同时,提出了一种在Inventor中建模并直接在其中进行有限元仿真分析的方法,该方法一定程度上解决了三维软件与其他仿真分析软件之间的转换操作的繁琐和数据在转换中出现丢失的问题,在实际工程运用中实用、效率高,对相关工程技术人员具有一定参考意义。

基于非正交解耦原理的紧凑型高压交流磁饱和限流器研究

磁饱和故障限流器需要外加空心电抗器来提升限流性能,这导致体积和占地面积大,为此提出了一种基于非正交解耦原理的紧凑型高压交流磁饱和限流器(compact saturated core fault current limiter,CSFCL),其具有占地面积小、体积小和限流性能较好的优点。首先介绍了非正交解耦原理,结合传统混合励磁饱和铁芯型故障限流器(hybrid type SFCL,HSFCL)的磁路结构,提出了集成非正交解耦绕组的限流器拓扑,分析了其等效磁路和电路模型,并阐述了限流器的工作机理。然后提出一种带气隙的多段解耦绕组电感计算方法,较传统方法精度提升35%。再对限流器响应时间和限流比进行参数设计计算。接着进行了220 kV CSFCL和HSFCL有限元仿真,验证了理论分析的正确性。最后设计研制出限流器小容量试验模型,并开展了试验研究,对比得到CSFCL限流系统总体体积相较于HSFCL减少47.8%,占地面积减小85.1%。仿真和试验结果均证明了该拓扑的有效性。

一发三收式桩基声波透射检测技术及数值模拟分析

桩基声测管倾斜会使得桩身混凝土超声波波速计算结果出现误差,影响桩身质量检测结果,为此提出一种一发三收式声波透射检测技术。该技术通过固定各声波接收换能器的间距,根据几何关系,使用检测得到的超声波声时和接收换能器的间距,即可计算得到桩身混凝土超声波波速,使其不再依赖于超声波发射端和接收端的间距,也不再需要拟合声测管管身曲线。通过有限元软件模拟接收换能器间距和声测管倾斜程度对检测结果精度的影响,结果表明该技术可以良好地适应超声波接收换能器间距和声测管倾斜斜率的变化,稳定保持较高的波速计算精度,解决声测管倾斜、偏位时造成的声速计算误差。

基于改进迭代田口法的双余度永磁同步电机优化设计

针对双余度永磁同步电机(DRPMSM)的多目标优化设计问题,该文采用Pearson相关系数分析法,在参数敏感度分析的基础上,提出一种改进迭代田口法的多目标优化设计方法。该方法利用单余度模式下的田口法优化设计结果作为双余度模式下优化因子水平取值的依据,对优化因子的水平取值进行了优化选择。既考虑了各工作模式下的优化设计,又解决了不同水平值之间无法寻优的问题。以800 W双余度永磁同步电机为例,利用有限元仿真,对比分析了优化前后的效率、转矩等关键性能参数,验证了所提优化方法的有效性。最后,制作了实验样机,实验测试结果与优化设计结果有较高的吻合度,证明该文所提出方法可有效解决多余度电机的多目标优化设计问题,拓宽了对于该类电机的优化设计思路。

基于有限元的隔振垫刚度与压缩量关系研究

为探究某型橡胶隔振垫的安装预压缩量与刚度的关系,建立了隔振垫在不同预压缩量条件下的静刚度模型。通过商业有限元软件,选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型,分析了橡胶隔振垫在不同压缩量的条件下的各向刚度。结果表面,该结构形式的隔振垫,其压缩量对垂向刚度的变化较为敏感,对径向和切向两方向的刚度变化影响不大。通过试验进一步验证了该有限元计算方法的结论,因此该计算方法对隔振垫的选型和使用具有一定的指导意义。

多层U形波纹管轴向刚度等效厚度模型研究

将U形波纹管简化为曲杆模型,推导了波峰、波谷半径不相等情况下的轴向刚度经验公式。波纹管轴向刚度有限元值经验证可与其试验值等价后,分析了基于经验公式法与有限元方法计算多层波纹管结构轴向刚度的误差规律,通过引入刚度修正系数λ,给出了一种基于经验公式法的多层波纹管等效厚度计算方法,并在此基础上提出了一种基于等效厚度单层U波纹管有限元模型进行多层U形波纹管轴向刚度分析的方法。算例结果表明,文中计算方法与有限元计算结果一致性达到90%。

考虑支撑框架影响的FPU上部模块设计方法优化

船型浮式生产装置(FPU)在服役过程中会出现中垂、中拱现象,此时主甲板变形对位于其上部的模块产生影响。FPU船体与上部模块之间通常设置有支撑框架,传统设计方法是将船体主甲板上表面变形作为上部模块的位移边界条件进行设计,没有考虑支撑框架的影响,造成上部模块结构设计偏于保守。该研究引入有限元分析方法,对支撑框架进行全尺度模拟,分析支撑框架对船体主甲板变形和上部模块固定端相对位移量关系的影响。研究结果表明,支撑框架实际纵向变形值远小于船体主甲板纵向变形。该研究在有限元分析基础上提出模拟上部模块固定端位移载荷的修正方法。该方法可以提高上部模块结构设计的精确度,降低钢材用量,优化模块空间。

基于卷积块注意力模块和双向特征金字塔网络的接触网支持装置检测方法研究

接触网支持装置是接触网悬挂状态检测监测图像分析的关键对象,对支持装置零部件的检测定位是实现缺陷自动分析的基础。针对接触网支持装置零部件种类多、尺寸差异大、存在遮挡、部分零部件相似度高等问题,提出一种融合卷积块注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)和双向特征金字塔网络(bidirectional feature pyramid network,BiFPN)的接触网支持装置检测方法。在YOLO v5s网络模型基础上,该方法通过CBAM增强接触网支持装置的特征提取,结合BiFPN,实现不同零部件分辨率特征图的融合。利用4C装置获得的图像数据集,开展验证试验。试验结果表明,相对YOLO v5s网络模型,融合CBAM和BiFPN的接触网支持装置检测方法,网络平均精度mAP@0.5提高2.12%;能显著提升小目标检测效果,提高定位的准确性和稳定性,对接触网状态的智能分析有重要意义。

连续体结构的拓扑优化设计

对基于有限元数值求解技术的连续体结构的拓扑优化设计技术进行了综述.利用密度-刚度插值格式和优化准则方法,以结构的柔度最小化作为优化的目标函数,论述并建立线弹性结构的静力学拓扑优化设计的数学模型和设计变量显示的迭代格式;基于数学规划方法中的一种凸规划方法--移动渐近线方法和密度方法,以结构的频率最:大化作为优化的目标函数,论述并建立了特征值问题拓扑优化设计的数学模型和设计变量隐式的更新方法.对多目标拓扑优化问题、柔性机构的拓扑优化问题以及多物理场拓扑优化设计问题进行了讨论.对优化结构中出现的棋盘格式和网格依赖性等数值计算问题进行剖析和讨论,介绍和分析了目前解决数值计算问题常见的方法,在此基础上对边界扩散现象进行了讨论.给出了连续体结构拓扑优化设计的程序流程,并用Matlab程序实现了算法,通过几个典型的算例证明所综述方法的有效性.

驳接式玻璃结构建筑及其玻璃板承载性能分析

近年来 ,驳接式玻璃幕墙在现代建筑中获得了广泛应用 ,但对它的理论研究却滞后于它的工程应用。通过对驳接式幕墙节点构造的研究 ,分析了驳接式玻璃幕墙的受力性能 ,并列举了相应的工程实例。最后 ,利用有限元程序ANSYS对不同形式玻璃板的受力特性作了比较与分析 。

正交异性板桥面体系计算支承长度匹配问题研究

针对虎门大桥正交异性钢桥面板,探讨不同边界条件和加载方式下,有限元法和P E法的差异。采用全梁段板壳单元模型,进行8种工况的分析计算。结果表明:支承长度的变化,将导致桥面体系和顶板体系的计算结果有明显差异,并且支承长度和荷载的变化对跨中正应力的影响小于支点位置,因此全梁段模型的计算支承长度需与全桥体系计算中采用的梁单元长度匹配。将跨中和横梁位置桥面板和U形加劲肋的正应力计算结果与P E法进行比较后,发现前一方法更能体现这种结构的整体受力和变形性能,更全面反映不同部位在不同荷载和不同边界条件下的性能差异。通过与实测值的比较,说明本文建立的全梁段板壳单元模型可以反映正交异性桥面板的桥面体系和顶板体系的综合受力性能。

焊接工字形截面不锈钢受弯构件的整体稳定性分析

目的研究不锈钢焊接工形截面无侧向支撑梁的整体稳定性能,提出工形截面梁整体稳定系数的计算公式,为我国不锈钢结构设计规范的编制提供理论依据.方法对比了现有国外规范的设计方法,通过有限元分析研究了材料系数对不锈钢梁稳定系数的影响,以有限元分析结果为基础,对我国钢结构设计规范中受弯构件稳定系数的计算公式进行适当修正.结果提出了焊接工形截面不锈钢受弯构件整体稳定系数的计算方法,并将笔者建议的计算公式与欧洲规范和有限元结果进行了对比,结果表明建议公式比欧洲规范略偏安全.结论笔者建议的计算公式形式简单,计算结果比欧洲规范略偏安全,可以很好地应用于工程设计中.

预应力混凝土矮肋斜T梁桥的计算方法研究

预应力混凝土矮T梁是一种新型的桥梁结构,而将其用于大角度斜梁当中,使得问题的研究更加复杂化。为了探讨预应力混凝土矮T梁的力学性能,分析斜梁桥在荷载作用下的受力特点,先后采用空间有限元分析方法及广义弹性支承连续梁法进行了理论研究和设计分析。计算结果表明:采用广义弹性支承连续梁法对矮肋斜T梁桥进行受力性能分析能取得较好的计算精度,并可用于工程设计当中。

超磁致伸缩体内涡流效应有限元分析

为补偿涡流效应产生的温度与反相磁场对超磁致伸缩微位移驱动体位移输出造成的非线性,从电磁场基本原理出发,推导了超磁致伸缩驱动器内的涡流分布和大小的数学模型。利用伽辽金加权余量法和牛顿-拉夫逊迭代法得到涡流效应数学模型的解析公式。通过解析公式分析超磁致伸缩驱动器内驱动体横截面上的电磁场分布,进而得到驱动体上各部分涡流大小及分布与输入电流频率增加的对应关系。当输入频率大于1 kHz时,涡流有限元模型计算得到的涡流导致磁场损耗量与实测磁场强度相差约4.6 mT,表明此模型可以对超磁致伸缩驱动体内的涡流损耗进行有效的补偿。