孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究

为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。最后,对含有圆形、椭圆形、三角形、矩形和方形孔洞的层状岩石试样(β为0°、30°、45°、60°和90°)进行单轴压缩模拟研究。研究结果表明:对于不同孔洞形状的试样,抗压强度和试样破坏程度随层理倾角的增大呈V字型变化趋势,且均在层理倾角为0°时抗压强度取得最大值,在90°时破坏程度最为严重;孔洞的存在严重削弱了试样的力学性能,且削弱幅度与孔洞形状密切相关,其中方形和圆形孔洞对抗压强度的削弱能力最弱。将含不同形状孔洞试样的破坏模式随层理倾角的变化主要分为穿层理面拉剪混合破坏(β=0°)、沿层理面与穿层理面混合拉剪破坏(β=30°)、沿层理面剪切破坏(β=45°和60°)和沿层理面拉剪劈裂破坏(β=90°)。

L形肋桥面板单元-上隔板组装制造工艺研究

张靖皋长江大桥南航道桥采用桥跨为2300m+717m的双塔双跨钢箱梁悬索桥,北航道桥采用主跨1208m双塔单跨钢箱梁悬索桥;钢箱梁桥面板单元预采用纵向L形肋-苹果形孔槽口的正交异性钢桥面板构造。为了满足上隔板槽口与L形加劲肋间的组装间隙要求,提出了钢箱梁桥面纵向L形肋板单元与苹果形孔槽口上隔板组装制造工艺,以期为类似板单元与隔板组装提供参考。

蜂窝椭圆反射镜的孔单元设计研究

应用有限方法进行了蜂窝状椭圆反射镜的轻量化孔单元设计研究,分析了孔单元形状、孔单元排布形式和孔单元尺寸对蜂窝椭圆反射镜的各项性能的影响。结果表明孔单元尺寸对质量、转动惯量和加工变形的影响较大,而孔单元排布形式和孔单元尺寸对热变形的影响要高于对自重变形的影响,87 mm孔单元的第三种三角形孔单元排布形式是最优的孔单元设计形式。

基于FEM/BEM的开降噪孔金刚石圆锯片孔形研究

对降噪孔几何参数进行研究,以？960mm的金刚石圆锯片为例,将有限元和边界元方法相结合,分析不同降噪孔形状的金刚石圆锯片的振动情况,以计算得到的振动响应作为边界元模型的边界条件,计算金刚石圆锯片的声场特性,并对比分析不同形状降噪孔金刚石圆锯片的计算结果进。结果表明：圆形、三角形、五边形降噪孔金刚石圆锯片分别在低频段、中频段、高频段范围内降噪表现最好;整体降噪效果最明显的是五边形降噪孔金刚石圆锯片。并且提出了该种圆锯片工作的合理转速为346~378r/min和430~456r/min。

类岩材料非圆孔定向胀裂特征研究

采用自行设计的劈裂器,对含有非圆孔混凝土试样进行了胀裂试验,研究了不同孔洞形状试件破坏荷载特征、裂纹扩展规律及孔周应力分布情况。结果表明:与圆形孔洞试件相比,椭圆孔、矩形孔和菱形孔试件峰值荷载均显著降低,荷载减小比例为28.2%~70.3%;椭圆孔洞、矩形孔洞和菱形孔洞对裂纹的萌生均产生了导向作用,椭圆孔洞与菱形孔洞对裂纹的导向作用随着长短轴(对角线)比值的增大而增强,而矩形孔洞导向作用随边长比值的改变变化不显著;从裂纹导向效果来看,菱形孔洞优于椭圆孔洞,椭圆孔洞优于矩形孔洞;改变孔洞形状产生了明显的拉应力集中现象,椭圆孔洞长轴端点拉应力集中程度随着长短轴比值的增大而增大;矩形孔洞4个尖端拉应力集中程度随着边长比值的增大呈现出先减小再增大的规律;菱形孔洞拉应力集中程度随着对角线比值的增大表现出先增大再减小的变化趋势。

预切种式木薯排种机构设计与试验

针对当前预切种式木薯播种器存在充种效果差、合格指数低的问题,该研究设计了一种由落种滑板、主动辊筒、型孔摩擦带、支撑辊组、从动辊筒及储种箱等组成的预切种式木薯型孔摩擦带式精密排种机构。阐述了排种机构的基本结构和工作原理。对关键部件参数进行设计,通过理论分析确定影响排种机构充种性能的主要因素为型孔摩擦带型孔形状、型孔数量、型孔摩擦带安装倾角、型孔摩擦带速度以及种茎层厚度。基于离散元法(discrete element method,DEM)建立种茎群-型孔摩擦带仿真模型,通过单因素仿真分析各因素对充种性能及种茎群规律的影响。以充种合格指数和漏充指数为评价指标,通过二次回归正交旋转组合仿真分析确定最优参数,利用Design-Expert数据软件,建立各试验因素与评价指标的数学回归模型,并进行参数优化。结果表明,影响充种合格指数和漏充指数的因素主次顺序为型孔摩擦带速度、型孔摩擦带安装倾角和种茎层厚度,圆整后的最优参数为型孔摩擦带速度0.6 m/s、型孔摩擦带安装倾角45°,种茎层厚度250 mm,此时的模型预测充种合格指数为94.63%,漏充指数为3.42%,重充指数为1.95%。在最优参数下进行台架试验验证,种茎层厚度为220~280 mm,型孔摩擦带速度0.6 m/s,型孔摩擦带安装倾角45°,C型孔和型孔数12条件下,充种合格指数为94.13%,漏充指数为3.77%,验证试验结果与模型预测值相对误差小于5%。所设计的排种机构作业效果优于现有槽轮式排种机构,品种适应性良好,符合木薯精密播种的农艺要求。研究结果可为木薯精密播种器研制提供参考。

超声Lamb波检测三维平板孔状缺陷的有限元模拟

通过数值计算求解Lamb波的频散特性方程,绘制钢板中Lamb波的频散特性曲线,分析不同模态Lamb波在钢板内的传播特性。基于ANSYS瞬态动力学分析方法,建立S0模态超声Lamb波检测钢板内孔状缺陷的有限元分析模型,通过群速度计算校核分析S0模态和SH0模态水平剪切波,得出其传播过程中振幅呈指数变化趋势。在孔状缺陷周围建立环形信号接收点,得到Lamb波作用缺陷后的散射特性和模态转化规律,散射波能量关于X轴对称分布,且随缺陷尺寸增加有增大趋势,透射波能量随缺陷尺寸增加而减小。

光电转台轻量化几何形状优化研究

对光电转台进行轻量化,首先需要进行几何形状进行优化。筋板如何布置才能使转台的动态刚度达到最优,在设计中一直是一个难点。基于此,通过对转台的连接部件、止推轴承及径向轴承进行有效简化,建立起了光电转台的动力学模型,结合模型,对转台内部的筋板布置形式进行了详尽的研究比较。研究结果表明,要想获得满意的动态刚度,单纯地增加筋板数量并不能达到要求,而应该根据其具体的振动情况来选择合理的筋板布置形式,并且在平行于振型方向的筋板上,开孔时的动刚度效果相对地比未开孔时的动刚度效果要好。

中国元素在币形设计中的应用——我国硬币应采用圆形方孔设计样式的研究

中国人记忆中的"钱币"圆形方孔铜钱,有着2000年多年流通的历史。本文从"中国元素"的角度,对古今中外货币的现状及意识形态加以剖析和论证,说明今天的辅币中采用圆形方孔样式设计的硬币的可行性,及采用圆形方孔样式币形设计的优点。最后,笔者提出通过采用圆形方孔样式的钱币设计,可以提升海内外华人强烈的民族认同感,归属感,充分发挥起凝聚中华民族的战略构想。同时,笔者就采用"中国元素"圆形方孔样式的钱币提出相关设计建议。

开孔形式影响装配式耗能支撑滞回性能研究

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,可有效避免支撑构件失稳。为了研究腹板开孔形状对这种支撑的耗能性能的影响,进行了装配式耗能支撑试件低周往复加载试验,并采用有限元软件进行了模拟计算。试验结果表明:装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间板件进入塑性变形耗能阶段,腹板开长圆孔的试件与腹板开椭圆孔的试件孔间板件端部为薄弱部位,腹板开菱形孔的试件孔间板件中间部位为薄弱部位,加载过程中这些部位首先进入塑性变形阶段并最先发生断裂。加载过程中螺栓与槽钢始终处于弹性变形状态。有限元分析表明:改变腹板宽度对于腹板开长圆孔的耗能支撑的承载能力与初始刚度影响最大,对于腹板开椭圆孔的耗能支撑影响最小;改变孔间板件宽度对于腹板开菱形孔的耗能支撑影响较小。改变腹板厚度对于三种腹板开孔形式耗能支撑的承载力与初始刚度影响相近。当试件主体过早失稳,可通过增大高宽比、减小腹板厚度或选用翼缘更大的槽钢来避免。耗能板件螺栓连接部位安全可靠,未见变形或破坏,布置螺栓时孔距不应超过4.5d_(0)。

底部中空方盒形件粘性介质压力成形工艺研究

针对底部中空铝合金方盒形件塑性变形能力较差、变形不均匀等问题,提出了选用带有预制孔坯料的粘性介质压力成形新方法,通过坯料预制孔的变形缓解底部中空零件的减薄和破裂等问题。研究过程中采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对底部中空铝合金方盒形件粘性介质压力成形过程进行分析,得到了坯料预制孔形状和尺寸对成形试件壁厚分布及坯料流动的影响规律,在此基础上进行了粘性介质压力成形试验。结果表明,不同坯料预制孔形状及尺寸对材料流动规律和试件成形质量影响较大,在合适的预制孔形状和尺寸条件下,可以有效提高底部中空盒形件的成形质量和成形性能。

金属内部孔状缺陷波形传播路径分析及边界定位

为了能够有效检测金属内部缺陷,从有限元基本原理出发,建立二维有限模型。利用激光激励源对具有不同大小及相同埋深的孔洞缺陷的二维有限元模型进行激发,获得纵波波形仿真数据。通过对波形进行分析得出,得出缺陷半径、缺陷上下边界位置计算公式,并与实际信息进行对比,得到的计算误差控制在5%以内,验证了公式的准确性,为缺陷重构提供了一定的理论与数据基础。

Φ101.6 mm×9.7 mmTC4S钛合金管皮尔格温轧孔型曲线设计与优化

皮尔格温轧是无缝钛管生产的主要加工工序之一,而轧辊孔型设计是影响温轧生产效率和成品质量的关键因素。针对规格为Φ101.6 mm×9.7 mm的TC4S钛合金无缝管,分别采用SMS MEER法和Shevakin法设计了考虑温轧条件的轧辊环形孔型曲线。在此基础上建立轧辊、坯料和芯棒的3D模型,结合实际工艺参数和试验获取的材料参数,建立该规格无缝管的皮尔格温轧有限元模型。基于Abaqus/Explict软件平台,对两种方法设计的轧管模型开展仿真模拟,对比分析温轧过程中轧制力、不均匀变形程度和尺寸精度等变化规律。结果表明:Shevakin法的峰值轧制力和平均轧制力为6.01 MN和3.62 MN,相比于MEER设计法对应值分别低23.0%和14.2%,而外径相对偏差和壁厚相对偏差则较小,变形稳定性和尺寸精度相应较高,表明Shevakin法更适合所述规格管材的皮尔格轧辊孔型设计。

含孔洞红砂岩破坏机理的离散元研究

含孔洞岩石破坏具有非连续、大变形的特点,离散元方法能真实反映岩石内部存在的微裂隙、断层、节理等缺陷,并能分析计算岩石破坏中的大变形情况。使用PFC软件建立红砂岩的离散元模型,研究单、双向应力情况下含孔洞红砂岩试件的破坏过程,分析含孔洞红砂岩的破坏机理。研究表明:与完整红砂岩试件相比,含孔洞红砂岩试件的峰值应力明显下降,峰值应力降低的程度与孔洞的形状(圆形、方形、马蹄形)相关;随着围压水平的提高,含孔洞红砂岩破坏峰值应力逐渐增大,且围压限制了初始拉伸裂纹的扩展,其最终的破坏形式与单轴压缩形式相似。

边界元分析中轴对称问题的计算方法

在结构形状优化设计中,建立了轴对称问题的边界元理论公式,与不带轴对称问题的边界元理论相比较,它优化了计算效率,且提高了设计效率,并将该理论公式与通用的优化设计算法相结合,建立了一种新的优化设计方法.用这种新算法对二维平面应力下的弹性体进行形状优化,获得满意的结果.

弹性平面孔距、孔径及孔形的优化设计

建立了弹性平面多孔形状优化问题的数学模型 ,提出用边界元法分析结构 ,采用积分型总极值方法进行孔洞形状优化 ,目标为最小化孔边最大应力 .实例表明其数学模型和最优化方法可行、计算简单、收敛速度快 ,效果较好 .

开方形孔对形状记忆合金板力学性能影响研究

为研究开方形孔对形状记忆合金(SMA)板件力学性能的影响,本文通过ANSYS有限元软件建立了SMA板实体模型.对不同开孔长度的4个试件进行了加卸载分析,并比较了各试件的应力分布及平均应力-应变曲线.结果表明,随着开孔长度的增加开孔处应力集中程度逐渐降低,开孔使试件平均相变应力及逆相变应力降低,但不影响其复位性能.

医用吸盘注射模结构的设计

通过对医用吸盘形体分析,找出了医用吸盘形体上存在2个三角形型孔和8×Φ2 mm×30 mm型孔要素。成型这2种型孔型芯相互垂直贯穿,如同时进行抽芯运动便产生了干涉。为了提高加工效率,注射模采用了一模二腔的三模板结构形式。对于成型2种型孔型芯无疑是要采用抽芯机构进行,为了避免出现抽芯运动干涉的方法是要进行相互避让另一种抽芯运动。即成型8×Φ2 mm×30 mm型孔型芯应先于成型三角形型孔型芯进行抽芯,后于成型三角形型孔型芯进行复位。若采用机械方式进行避让,其结构非常复杂。而采用油缸抽芯机构进行4处三角形型孔的抽芯,2腔8×Φ2 mm×30 mm型孔的抽芯则采用斜导柱滑块抽芯机构。通过计算机或单板机的编程,只是要能控制2种抽芯运动的程序:即8×Φ2 mm×30 mm型孔的型芯先抽芯→三角形的型孔型芯后抽芯→三角形的型孔型芯先复位→8×Φ2 mm×30 mm型孔的型芯后复位就可以了,这样注射模便能顺利地进行医用吸盘的抽芯和脱模。

孔用楔形截面卡簧力学分析

卡簧是机械部件中常用的轴向紧固件,对轴承、齿轮等零部件轴向运动提供阻止作用,一方面可以保证机器设备工作可靠性并延长各零部件的工作寿命,同时其可以减少零部件间工作噪音的产生。本文基于材料力学方法推导出了孔用偏心卡簧受力与变形的理论计算式子,利用有限元仿真软件ANSYS-Workbench对卡簧工作状态下的径向力、轴向力进行了分析。结果表明,数值模拟分析推导结果与建模分析结果基本一致,为楔形截面偏心卡簧的设计与优化提供了理论参考。

面外载荷下含孔复合材料点阵夹层结构弯曲强度数值计算方法

通过实验手段和有限元方法针对含孔碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)点阵夹层结构在面外载荷作用下的失效模式及其影响因素进行了研究。首先通过实验获得了含孔CFRP点阵夹层结构的失效模式,其次建立了其有限元渐进损伤失效分析模型,基于该模型对开孔形状、开孔率及开孔位置对结构弯曲强度的影响进行了探讨。结果表明,当面板较厚时,含孔CFRP点阵夹层结构的主要失效模式为节点脱粘和面板皱曲;有限元计算结果和实验结果吻合较好,极限承载力的误差约为9.1%;当开孔率φ<1.3%时,CFRP点阵夹层结构的弯曲承载能力与开孔形状基本无关;当开孔率1.3%≤φ<8.5%时,含圆形孔夹层结构的弯曲承载能力较大;当开孔率φ>8.5%时,含方孔夹层结构的弯曲承载能力较大;当开孔位于点阵夹层结构的几何中心或边缘时,对弯曲承载能力影响较大。