基于UEL的水电机组导轴承支架非线性连接模态特性分析

模态分析是水电机组故障诊断的重要方法,但其传统方法缺少对接触部分非线性接触的模拟手段,直接影响模态分析的准确性,也无法对链接部位的失效过程及趋势进行分析。该文基于用户自定义单元子程序接口(user-defined element subroutine interface,UEL),建立了结合部三维非线性专用分析单元模型。推导所提模型有限元格式的基本方程,获得表征材料非线性特性的本构关系;给出螺栓连接的固定结合部的静态分析,以及立式水轮发电机导轴承支架的模态分析算例;给出导轴承支架的支臂末端螺栓连接变刚度计算的工程应用实例。实验与仿真对比结果表明了建立的UEL三维非线性接触分析专用单元模型的正确性;连接失效分析表明了随着导轴承支架接触刚度的下降,会在整机模态频率计算中引入新的频率段这一结果的重要性。

连续胶体材料化学-力学耦合有限元理论及其在ABAQUS中UEL程序实现

基于哈密顿原理,得到水凝胶的化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和有限元形式。在整体坐标系下推导出用形函数表示的化学-力学耦合应变矩阵和单元刚度矩阵,并且得到在局部坐标系下的离散化形式。结合ABAQUS软件,编制了用户单元子程序UEL,通过数值算例验证了所开发单元的正确性,为在ABAQUS软件中实现各种耦合问题的有限元UEL编程提供了参考依据。

基于内聚力理论的二维二次界面单元在ABAQUS中的UEL程序实现

依据有限元理论,结合内聚力模型法则,推导出二维二次粘结界面单元在大位移情况下的数值格式,得到用形函数表示的单元位移模式、载荷向量和刚度矩阵,并进行了离散化。基于ABAQUS软件的自定义扩展模块,编制了相应的用户单元子程序UEL,通过数值算例验证了该程序的准确性和有效性。这一成果能为在ABAQUS软件中开展相关数值研究,以及开发其他类型的内聚力界面有限单元提供思路和参考。

基于强度理论的内聚力模型的有限元实现及应用

在对基于强度理论的内聚力模型(ST-CZM)进行二维整理及三维拓展的基础上,使用Abaqus用户单元子程序(UEL)对该模型进行有限元实现.通过经典界面破坏算例验证ST-CZM有限元模型的有效性和准确性,建立纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土模型,采用ST-CZM模拟FRP与混凝土界面间的黏结破坏过程,实现ST-CZM在复杂工况下的应用.相较于传统基于牵引力准则的内聚力模型,ST-CZM具有更灵活的混合模态耦合方式,且其切向和法向的强度模型相互独立,ST-CZM的收敛性更好,对强度的预测更准确.所有算例表明,相较于传统基于牵引力准则的内聚力模型,ST-CZM有限元模型能够更好地实现黏结界面峰值应力的预测和损伤阶段的模拟.

烷烃高温下爆炸极限的测定

用约 2 0L的爆炸容器 ,在 2 5～ 2 10℃测定了正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷的爆炸下限(LEL)和爆炸上限 (UEL)值。LEL值随温度的增高而减小 ,平均相关系数为 0 9893;UEL值随温度的增高而增大 ,平均相关系数为 0 994 8。

充气尾翼湿模态分析与试验研究

为分析复杂形状充气尾翼的模态特性,基于势流理论和预应力刚化模型,提出采用单元尺度的三角形单元等效单元面积特征参数,建立三角形单元附加质量的计算方法,应用Abaqus的UEL二次开发建立了数值分析方法。通过经典的平面圆形薄膜试验验证了方法,并对复杂形状充气尾翼的模态进行了分析与试验,两者结果吻合较好。对飞艇等复杂充气结构模态特性研究具有参考价值。

流固耦合饱和两相介质动力模型在ABAQUS中的实现

采用以固相位移和孔压为基本未知量的u–p形式的方程组对于研究饱和土体的地震动力响应问题相对简单。利用通用有限元软件ABAQUS所提供的用户自定义单元(UEL)接口,编制相应的接口程序,开发了基于流固耦合两相介质动力模型的孔压单元。通过算例对所开发单元的正确性进行了验证,结果表明,所开发的孔压单元能够对饱和土体的动力响应进行较为准确的计算,而ABAQUS中提供的CEP4P孔压单元动力反应计算结果与实际情况有较为明显的差异。

含冲击损伤复合材料层板及加筋壁板剩余强度研究

应用含刚度折减的椭圆形弹性核模拟了层板的损伤问题,研究了复合材料层板及加筋壁板冲击后的剩余强度问题。利用含椭圆核各向异性杂交应力有限单元对损伤层板进行了应力分析,采用基于特征曲线概念的点应力判据预测了含损伤层板、加筋壁板的剩余强度;基于Abaqus用户子程序uel实现了该方法在工程中的应用,并讨论各种参数对剩余强度的影响。研究结果表明此方法是有效的。

基于等参梯度单元的功能梯度材料结构分析

为了解决功能梯度材料非均质特征引起的特殊力学行为的模拟仿真技术难题,本文基于有限元基本理论框架,将材料梯度引入形函数,对单元刚度矩阵进行改写,发展了平面四节点与八节点等参梯度单元,并采用高斯积分数值处理方法,基于ABAQUS平台开发了等参梯度单元UEL(User‑defined element)子程序,建立了功能梯度材料结构件的仿真分析方法。采用功能梯度材料正方形平板,研究网格密度对计算结果的影响,验证了平面四节点与八节点等参梯度单元的收敛性。将本文梯度单元与常规单元的计算精度进行了对比分析。当载荷条件较复杂时,常规单元计算的应力场出现阶跃,严重失真;而梯度单元得到的应力场光滑连续,可以采用较少数目的单元,即可得到比常规单元更为精确的计算结果。最后进行了功能梯度材料开孔结构和悬臂梁的计算分析,得到收敛解,需要采用的梯度单元数量远少于常规单元。研究表明,平面四节点与八节点梯度单元计算精度和效率均优于平面八节点常规单元,更优于平面四节点常规单元。

弹性地基板单元在ABAQUS中的开发与应用

考虑横向剪切变形的任意四边形八结点弹性地基板单元是将Mindlin中厚板理论和Winkler假定相结合,并考虑地层与结构相互作用提出的。利用通用有限元软件ABAQUS所提供的用户自定义单元(UEL)接口,编制相应的接口程序,将此弹性地基板单元引入ABAQUS中,供其主分析模块调用计算。通过算例对所开发单元进行了验证,结果表明,本文所开发的弹性地基板单元是正确的、可靠的,具有较高的计算精度。同时,所提出的二次开发研究思路具有普遍性,对自定义单元的程序研制具有一定的参考价值。

基于ABAQUS与OpenFresco的结构抗震混合试验平台的研究

抗震混合试验是目前国内外结构抗震分析研究的热点,文章以ABAQUS为计算引擎,通过用户自定义单元子程序UEL和VUEL实现与连接软件OpenFresco的连接,再通过MTS CSIC数据接口程序实现OpenFresco与MTS电液伺服控制试验系统之间通道的连接,完成本地混合试验系统ABAQUS-OpenFresco-MTS的建立。为验证混合试验系统的准确性和稳定性,文章以3层4跨钢框架模型为研究对象,选取底层左柱为试验单元由MTS 793软件的demo模块模拟加载,其他部分为计算单元以梁单元B31建模在ABAQUS中分析,分别进行显式和隐式的混合模拟。通过与显式和隐式的纯模拟相对比,可以得出本地混合试验系统中ABAQUS、OpenFresco与MTS加载系统具有较好通讯能力,为实际的混合试验做了一个基础研究。

微型双稳态板压电俘能器的仿真研究

基于中间固定、四边自由的微型压电层合板模型,应用应变梯度理论考虑其尺寸效应,借助ABAQUS用户自定义子程序(UEL)模块自定义了一种三维八节点的微型压电单元.利用有限元法热-力-电耦合分析对微型双稳态板压电俘能器进行了仿真研究,发现其在不同的激振频率下存在不同的变形状态,非线性动态分析显示该结构在其一阶固有频率之前也能俘获较多电能,且存在多态转换交替出现的现象.针对该微型双稳态压电俘能器,给出了其最佳的工作频率和最大俘获电压.研究成果对微型压电俘能器的设计分析和性能检测具有重要的指导意义.

基于宏观三角形分区平板壳单元的非线性有限元分析

针对剪切闭锁效应,本文研究了一种基于假设自然应变方法的宏观三角形分区平板壳单元。利用通用有限元软件ABAQUS所提供的用户自定义单元(UEL)和用户自定义材料(UMAT)子程序,本文将宏观三角形分区平板壳单元和基于损伤能释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型成功嵌入了ABAQUS的主分析模块。经典试验McNeice双向混凝土板的数值模拟结果表明:宏观三角形分区平板壳单元对于描述板壳结构的非线性损伤行为是行之有效的。

考虑随机几何初始缺陷的储油罐抗震可靠度分析

采用屈曲模态的线性组合形成初始缺陷构型,假定缺陷幅值服从零均值正态分布,通过拉丁超立方抽样法生成几何初始缺陷样本。进而,采用增量动力分析法获得加速度峰值与罐壁径向位移最大值的关系,并根据Budiansky-Roth准则确定出地震作用下罐壁失稳临界应力值。基于ABAQUS用户单元子程序实现了基于附加质量法的缺陷储油罐地震反应分析。据此,求解出随机地震作用下考虑和未考虑初始几何缺陷的储油罐可靠度。对比分析表明,随着地震作用的增大,罐壁最大压应力离散程度也增大,其概率分布呈现出非正态性,随机初始几何缺陷显著降低了储油罐的抗震可靠度。

基于ABAQUS二次开发的索单元

基于大型通用有限元分析软件ABAQUS计算平台,利用该软件提供的用户单元子程序UEL接口,以悬链线单元为基础,推导了迭代分析公式,向ABAQUS中添入悬链线单元的刚度矩阵及等效荷载列阵,扩充ABAQUS单元库,使悬链线索单元用于ABAQUS有限元分析,并采用Fortran语言开发了接口程序,研究结果表明,所研制的接口程序开发思路正确,计算精度满足要求。

一种高效的解析刚度杂交元：第九届全国结构工程学术会议特邀报告

本文基于Ｒ．Ｐｉｌｔｎｅｒ和Ｒ．Ｌ．Ｔａｙｌｏｒ１９９９年的工作＾「１」，利用Ｍａｐｌｅ数学软件包，发展了一种解析刚度阵杂交元。这种单元具有和传统的位移元相当的效率，而蒿于位移元和ＱＭ６＾「２」单元。同时，该单元能方便地接入流行的商用软件，如ＮＡＳＴＲＡＮ、ＭＡＲＣ、ＡＢＡＱＵＳ等，以便进行大规模有限元计算。利用ＡＢＡＱＵＳ的ＵＥＬ功能，作者已将该单元成功地接入ＡＢＡＱＵＳ软件件中。

Cosserat弹塑性模型在ABAQUS中的数值实施

利用大型有限元软件ABAQUS提供的接口程序UEL,开发了压力相关弹塑性Cosserat连续体材料的用户单元.采用平面八节点等参单元,包括平动与转动三个自由度,考虑相关联流动的Drycjer-Prager材料模型,应力计算采用四阶龙格-库塔法.利用该单元分析了材料局部化问题中网格密度与材料特征长度的影响.结果表明,网格密度对材料剪切带厚度与等效塑性应影响很小;随着特征长度增大,剪切带厚度增大,等效塑性应变峰值减小.

基于ABAQUS的速度相关型阻尼器单元二次开发

大型通用有限元软件ABAQUS既具有强大的非线性分析功能,又有开放的子程序接口供用户根据自己的实际情况进行开发。本文基于用户单元子程序UEL接口,根据ABAQUS隐式动态分析原理推导了速度相关型阻尼器的单元刚度矩阵和单元阻尼矩阵,并利用Fortran语言开发了粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器这两种速度相关型阻尼器的单元子程序Udamper.for,且实现了阻尼器力-位移滞回曲线与耗能曲线的输出。对一个设置速度相关型阻尼器的钢框架模型,进行了动力时程分析,并与SAP2000的计算结果进行了对比,验证了本程序的准确性及附加阻尼器对建筑结构所具有的减震作用。

介电弹性体圆形薄膜俘能器循环过程的有限元模拟

介电弹性体材料(dielectric elastomer,DE)作为典型的电活性智能软材料可实现机械能和电能的相互转换,广泛应用于柔性机器人、驱动器、智能光学器件、俘能器等领域。有关俘能器方面的研究开展得较晚,也相对较少。主要介绍运用用户子程序UEL模拟俘能器的循环过程以及能量转换规律的方法。首先介绍一种圆形薄膜介电弹性体俘能器,其周围一圈固定,在均布压力和上下表面电势差的作用下,产生面外轴对称大变形;求解薄膜在力电耦合作用下的变形,对比数值模拟和理论计算得到的结果;然后模拟循环过程中每一个状态下的变形,求解能量密度以及能量转换效率;最后考虑输入的机械载荷以及输入的电荷量对于能量密度和能量转换效率的影响。这种数值模拟的方法为俘能器的分析设计提供了一种指导依据。

循环内聚力模型的修正及算法研究

针对Roe等提出的循环内聚力模型中切向卸载/再加载路径与典型的循环应力应变曲线之间存在一定偏差,反向加载时界面单元不能延续卸载前的牵引-分离关系,本文在界面单元遵循等向硬化规律的前提下,提出了切向卸载/再加载规律的修正方法。编写了修正后循环内聚力模型的UEL子程序,采用修正后的循环内聚力模型,在ABAQUS中计算得到自定义界面单元的卸载/再加载路径和循环牵引-分离关系,结果与疲劳理论相吻合。基于修正后的循环内聚力模型,可对粘接界面进行疲劳失效分析。