柔性机械臂系统动力学建模的研究

有限差分法和有限元法不仅对于均匀梁的单连杆柔性机械臂系统的建模有效,而且较假设模态法等方法更适合于非均匀截面梁的柔性机械臂系统的建模。应用这两种方法建立单连杆柔性机械臂系统动力学模型,模型中包含了机械臂的形状参数以及驱动器的参数。为验证建模方法的有效性,进行了大量的数值仿真工作,仿真结果显示其有效性和可行性。

跨海特大型桥梁风-浪耦合作用的随机振动分析

考虑风-浪耦合场中风和波浪特征参数的相关性,建立了基于有限元法与边界元法联合分析的特大型桥梁风-浪耦合作用运动方程.其中,作用在大型深水基础上的波浪力采用势流理论和边界元法进行计算,并建立有限单元与边界元单元组的映射关系,将边界单元组上的波浪力映射到结构有限单元上;作用在桥梁上的气动力通过有限元法进行计算,包括由脉动风激发的非定常抖振力和由气弹相互作用产生的自激力.在此基础上,基于随机振动分析的高效算法——虚拟激励法,建立了计算桥梁风-浪耦合作用响应的分析方法.最后,针对某跨海超大跨桥梁方案进行研究,结果表明:与风致响应相比,风-浪耦合作用下桥梁深水基础内力显著增大,其中波浪激发的侧向剪力占主导地位,波浪激发的侧向弯矩在海床附近与风致响应基本相当,但在海床以下更大;斜风-波浪耦合作用下的主梁内力响应和深水基础内力响应比正交风-波浪耦合作用下的结果更大.因此,在跨海桥梁设计中,必须考虑风-浪耦合作用效应.

红山水库平面钢闸门安全评估分析

按构件锈蚀后实测尺寸并结合闸门设计图纸,在Solidworks环境下建立了平面闸门三维实体模型。应用ANSYS软件,对红山水库闸门在水压力作用下的应力和变形进行了分析研究,并与传统方法计算结果进行对比,据此对闸门的安全性进行了评估,根据闸门的有限元方法计算结果,确定了平面闸门的危险部位,从而为该闸门的设计和加固提供了依据。

三轴转台结构静动态特性分析

为了使三轴转台具有良好的控制精度及可靠性,根据三轴转台的机械结构特点,对转台轴承、驱动电机及测量元件等关键部件进行了简化和等效处理,采用有限元分析软件ANSYS,建立了转台的实体模型。对框架垂直或平行于基座的两种放置状态进行静力学分析,得到三轴转台的整体变形情况;采用子空间法进行模态分析,得到了相应的振动频率和振型云图。仿真结果表明:两种放置状态,转台整体变形均发生在配重顶端,最大值分别为51和65μm,中心位置最大变形分别为30和45μm;考虑到三轴转台的刚度和频率响应,装置的一阶振动频率为65.4Hz,能够满足设计指标要求。

基于非平均热源的油浸式变压器2维温度场分析

为了更准确地研究油浸式变压器温度场分布,考虑磁场损耗分布不均匀性和温度对媒质物性参数的影响,提出一种基于非平均热源的多物理场耦合计算方法。该方法结合了有限体积法和有限元法的优点,采用有限体积法分析变压器流场分布,采用有限元法研究变压器温度场分布,并在有限体积法和有限元法中分别加入迎风格式,可有效避免计算过程中产生的非物理振荡。通过数据映射方法,将磁场损耗分布映射到温度场的计算网格中,得到温度场分析的非平均热源。针对换流变压器2维简化模型,分别用该算法和多物理场仿真软件Comsol计算了流体场和温度场,2种方法得到的速度峰值最高差≤0.03 m/s,最高温度相差≤3 K,验证了该算法的有效性。此外,还对比分析了平均热源和非平均热源条件下的温度场分布,分析结果表明,与平均热源方法相比,非平均热源的计算结果与理论分析更相符,可为变压器的寿命预估与热点预测提供参考。

四合水库除险加固工程中坝体稳定性分析

针对在长期复杂的自然环境条件和各种荷载作用下,土石坝容易产生安全隐患的问题,针对四合水库坝体除险加固工程中坝体进行了初步设计,并分别应用两种方案极限平衡法和有限单元法对坝体在多工况下:校核水位、设计水位、正常水位以及水位骤降条件下进行抗滑稳定性分析,结果表明:应用有限元法更能反映坝体的稳定性情况,该研究为同类坝体的安全鉴定、加固提供借鉴。

非线性全矢量有限元模型及其应用

推导并建立了基于混合棱边/节点元的非线性全矢量有限元模型,提供了相应的迭代过程以获得强光注入下的稳定解,并利用该模型分别分析了非线性单模光纤和高非线性光子晶体光纤在线性状态和强光注入下的色散特性,数值结果与已发表的文献结论吻合良好,证明了所建立模型的准确性和有效性.

复合绝缘子风压分布研究及抗风性能检测方法

中国西北地区电网中,复合绝缘子的伞裙在强风作用下出现了十分严重的撕裂故障。目前主要用风洞来研究绝缘子伞裙的起振风速、振幅等力学行为,但对其中的物理过程尚缺乏足够的研究。基于有限元仿真工具,对运行于新疆电网的若干型号复合绝缘子进行了建模和流固耦合仿真,研究了绝缘子迎风角度、伞径组合方式、伞径以及风速对伞裙表面风压的影响,并分析了复合绝缘子伞裙在风压作用下的受力和形变。以此为依据,提出了一种绝缘子抗风能力的检测方法,即在伞裙表面施加特定形状的静力载荷,并同时测量伞裙边缘的形变量。对数据进行换算,得到伞裙的单位压强形变后,与风洞实验中测得的起振风速存在良好的对应关系。所得结果可为风区抗风型绝缘子的设计和选型提供参考。

二阶变元混合有限元的多层网格法

为了研究一些实际工业的问题,运用一致三角剖分的扩张混合有限元方法求解了具有二阶变元的反应扩散方程,并提出了一种可求解一般性问题的二阶变元混合有限元多层网格法.

淮河淮南段污染物扩散输移的数值模拟

以淮河流域水污染主要指标氨氮、CODcr模拟淮河干流淮南段水质状况,结合排污口的实测资料,运用SMS(Surface-water Modeling System)软件中平面二维有限元水动力学模型RMA2和RMA4模块建立淮河淮南段的水流水质模型,并对模拟结果进行了验证和分析,同时还对研究河段进行了限量排污讨论,为水环境保护和可持续发展提供依据和参考。

铺层顺序对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响研究

采用仿真和试验相结合的方法探讨复合材料薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的失效吸能特性和吸能机理。首先,建立复合材料薄壁圆管"层合壳"有限元模型,通过显式动力学方法求解其在准静态轴向载荷下的压溃失效力学行为。仿真与试验结果在圆管轴向压溃变形过程、初始峰值载荷、平均压溃载荷及比吸能等主要吸能参数上具有很好的一致性,验证了"层合壳"复合材料圆管有限元模型和建模方法的有效性。其次,采用解析模型与仿真分析方法分别对[0/90]3s、[0/90/02/902]s、[03/903]s三种不同铺层顺序的复合材料圆管的屈曲载荷与吸能特性进行了对比,进一步分析了铺层顺序对圆管失效吸能特性的影响。研究表明,0°与90°铺层交替程度对复合材料圆管的吸能特性影响较大,保证纤维失效方式在结构宏观失效中占主导地位能够提高材料失效吸收能量。

基于有限元法的水声构件声性能预报

对水声构件的声性能进行有限元仿真研究,是因为水声构件的声性能不仅由材料本身的物理参数所决定,而且与其内部空腔形状与分布有关。通过反射波与入射波形成的驻波场声压可以直接计算出水声构件的吸声系数。对多种样品进行仿真与测量,两者结果较为一致。该法不受模型结构复杂性的限制,具有费时少、精度高的特点,为消声瓦等水声构件的声性能预报提供了保证。是预报水声构件声性能的一种便捷工具。

面板堆石坝设置挤压墙以及面板与挤压墙间填料特性的影响分析

该文研究了混凝土面板堆石坝挤压墙以及其与面板接触面设置不同填料时对大坝应力变形的影响规律。应用三维有限元分析方法,对堆石料与土和结构接触面,分别采用沈珠江双屈服面弹塑性模型和清华弹塑性损伤模型,计算了面板与挤压墙之间采用不同填料时大坝的应力变形。结果表明:面板与挤压墙之间的不同填料对坝体变形应力的影响很小;采用挤压墙施工方法有助于减小面板的拉应力,并不会导致面板应力明显恶化;面板与挤压墙之间设置乳化沥青等填料有利于减小面板的应力;不同填料对面板应力的影响有较大差异,但基本分布规律是一致的。

用OpenMP实现三维复杂渗流场的并行计算

建立了有自由面的三维渗流饱和-非饱和计算模型,该模型包含水头和饱和度两个变量,用二维、三维结果的对比证明了模型的合理性与准确性。通过分析数据执行时的相关性,算法结构的固有串行性及有限元计算的耗时分布,利用OpenMP并行编程接口,实现了渗流求解的并行化。对不同规模的问题进行了并行数值模拟并测定了加速比,通过分析可知加速比与处理器的个数呈线性分布,并且随着问题规模的增加而逐渐提高。

1000kV大型薄壁钢管变电构架风致振动响应研究

1000kV变电构架属于风敏感结构,风荷载是设计的主要控制荷载。该文以某一大型薄壁钢管构架为工程背景,结合多阶模态力法和模态解耦原理,提出了多模态显式积分法,并推导了结构风致响应与风振系数的计算公式。在时域内得到了结构的风致振动响应时程,研究了结构位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布特点,同时计算比较了不同风向角时构架结构典型节点的荷载风振系数和位移风振系数。通过研究,揭示了1000kV大型变电构架的风致振动特性,为构架结构的抗风设计提供了依据。

基于可信度约束结构分析的区间因子法

构建了物理参数、几何参数和载荷同时具有不确定性的桁架结构有限元分析模型,提出了基于可信度约束的区间因子法的结构分析方法;定义了具有可信度约束的区间运算规则;利用区间因子的数学表述,推导出结构位移响应和单元应力响应的计算表达式.算例给出了区间参数结构的响应可能区间及其可信度的计算结果,表明该方法的可行性和有效性.