基于壳单元的盾构隧道参数化结构计算与验证

三维壳单元较二维梁单元能更精细地模拟管片结构受土体作用下的力学行为。为了推广三维壳单元隧道结构计算模型在大直径盾构隧道结构计算中的应用,提出基于壳单元的参数化隧道结构建模方法(Shell element-based Parametric Tunnel Structure Modeling,SPTSM)。SPTSM基于隧道中轴线及截面半径参数,能自动生成由壳单元所组成的隧道模型。在模型中,相邻环之间的壳单元公共边被定义成线性铰,以此模拟管片环缝间的接头刚度;管片纵缝间的接头刚度通过均质圆环法引入折减系数进行替代;壳单元节点被施加荷载压力、地层弹簧及约束支座,以模拟管片结构与围岩之间的力学行为。SPTSM提供了结构自动建模算法和壳单元节点荷载的自动计算算法,并通过调用Karamba3D有限元结构计算内核,实现盾构隧道结构的建模−计算一体化。将SPTSM应用于杭州某大直径盾构隧道工程76 m区间段,对比结构变形的计算和实际检测结果,验证SPTSM的合理性。SPTSM能自动建立精细的三维壳单元盾构隧道结构模型,并同时完成荷载压力、地层弹簧、线性−铰刚度以及约束支座的布置和设定。对比点云扫描的结构位移检测结果和SPTSM计算出的结构变形结果,SPTSM输出的结构变形云图属于合理范围,结合SPTSM输出的内力云图和荷载分布云图,SPTSM可以近似反映隧道结构局部位置的变形或位移趋势。综上,SPTSM可为盾构隧道的智能化结构设计提供有力支撑。

基于定向挤压的核桃破壳有限元分析及破壳装置设计

针对目前核桃破壳机构适应性不强、破壳率不高、整仁率低的问题,从核桃破壳前定向预处理的视角,探索核桃在破壳加工前果体姿态定向处理对挤压破壳受力的影响因素。同时,以云南漾濞核桃为研究对象,通过3D扫描获取核桃三维实体模型,进行多组过静态压力有限元仿真试验,结果表明:在核桃果体上最佳受力区为核桃中线位置的横径方向,该位置受力最均匀、裂纹扩展效果最佳、最易破壳。基于有限元分析结果,设计出一次破壳与二次破壳相继进行的核桃定向破壳机构,并对核桃的破壳过程进行了力学分析,结果表明:破壳机构中弹簧的刚度系数及锤头旋转角度为影响核桃破壳的关键因素。研究结果可为核桃破壳设备的设计提供有创新意义的理论支撑。

安徽大学学生活动中心结构加固改造设计

某加固改造工程原始设计资料缺失严重。综合考虑多重因素,采取保留外围护砌体墙+内部结构拆除重建的方案。在既有建筑拆除和内部新建结构施工的全过程,对保留围护墙体实施变形监测,若发生异常及时采取措施进行干预,避免安全事故的发生。

基于AutoForm的密码锁壳体级进模设计

运用AutoForm有限元软件对某密码锁壳体的成形过程进行模拟仿真,分析了凹模圆角、压边力、拉深系数等因素对零件开裂、减薄率及应力应变的影响,根据零件成形性模拟优化设计了成形参数,确定了零件主体采用一次拉深加一次整形的成形工艺方案。根据零件工艺要求,设计了三段式的模具结构,第一段完成冲导正孔和刺破;第二段完成拉深;第三段完成整形、冲孔和落料。实际生产证明分段式布局可简化多工位拉深冲孔模的结构,减少各工序间的成形干涉,提高零件成形后的尺寸精度。

发夹式换热器U型扁弯壳结构静力学分析及结构优化设计

采用Ansys有限元分析软件针对发夹式循环冷却器的法兰U型扁弯壳结构进行静力学分析和强度校核。基于有限元模拟结果,依据标准JB 4732—1995进行强度校核的结果表明,在U型扁弯壳封头极值路径处,一次应力与二次应力之和为397 MPa,超出许用应力值351 MPa,强度校核不合格。设置3个轴向加强筋板和1个竖直方向加强筋板后,U型扁弯壳封头的最大应力由515 MPa下降至124 MPa。

电动汽车车架的多目标拓扑优化-尺寸优化-精细化设计

以某电动旅游观光车桁架式车架为例进行多目标优化,先后采用了基于梁单元的多次局部迭代拓扑优化方法、基于梁单元的横截面尺寸优化方法和基于壳单元车架强度分析的精细化设计方法。具体步骤为,首先建立基于梁单元的车架有限元模型,以车架的刚度性能为优化目标建立多目标优化模型,通过多次局部迭代拓扑优化确定梁结构的布置位置,然后以梁的横截面长、宽、壁厚作为优化变量进行尺寸优化设计,确定车架梁的横截面尺寸;在此基础上,建立基于壳单元的车架有限元模型进行强度分析,基于强度分析结果对车架的高应力区域进行精细化设计,最终优化后的车架质量降低了10.5%,性能至少提升了9.3%,并且直接可以用于生产制造。该优化设计方法综合运用了梁单元模型和壳单元模型分析的优势,分别应用于概念设计阶段和工程设计阶段,为桁架式车架的优化提供参考。

基于响应曲面法的闸板防喷器壳体优化设计

针对FZ35-105防喷器存在体积大、质量大等难题,建立105 MPa闸板防喷器壳体承载数值计算模型,研究防喷器壳体长度、宽度和高度对力学性能的影响。基于响应曲面法设计了17个实验组,系统研究了壳体长度、宽度和高度之间交互作用对壳体应力影响,构建了以等效应力为响应值的二次响应面模型,通过求解得到最小响应值下闸板防喷器最优壳体尺寸参数,并将优化前后结构强度进行对比。采用有限元与响应曲面相结合方法,为防喷器壳体尺寸优化提供了新思路,也可用于其他多参数优化设计。

壳体结构优化及其DDDU(W)新版本

本文建立了壳体结构优化的序列二次规划模型,对八节点等参壳单元做了优化处理,扩充了通用结构优化程序DDDU(W)的功能。文末算例表明了算法的合理性与有效性。

基于ANSYS的矿用隔爆型矩形外壳设计

针对目前煤矿井下矩形隔爆壳体类的高电压电器设备的用量增加,为了避免沿用传统设计法形成的隐患。提出了应用弹性力学等原理对矩形隔爆壳体进行初始设计,利用设计参数建模并进行有限元分析,根据分析结果调整设计参数,并校验以满足使用要求,达到既能保证安全性又能实现经济性的目的。实践证明,效果良好。

釜式重沸器锥壳上开设人孔分析

对釜式重沸器斜锥壳上开设人孔的结构建立了简化力学模型,并进行了有限元计算,发现该结构的最大应力强度点发生在斜锥壳开孔与接管的连接区,且位于斜锥壳具有最大倾斜角的经线上靠近大端筒体侧的接管内壁。对几组人孔的分析计算及应力强度评定结果表明,该结构人孔接管及斜锥壳壁厚需要有一定的裕度才能满足强度要求。此类结构可行,建议进行详细的应力分析以保证结构的安全性。

论苹果手机壳的创意设计

苹果(iPhone)手机壳的创意设计选取了许多创意元素,以丰富的意蕴表达,求新、求异、求奇的色彩搭配,健康、环保材料的选用,设计制作了多种多样的手机壳,满足了消费者追求个性与实现自我的心理需求。苹果手机壳火爆的销售表明,创意设计前景广阔。

几种工程薄壳结构的分析及优化设计

利用美国MSＣ公司提供的ＣＡＥ软件对几种常见的工程壳体结构的应力分布及位移变形进行了分析．利用其便捷的前后处理软件 ＭＳＣ／ＰＡＴＲＡＮ建立了几何模型和有限元分析模型，利用ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ对模型进行了计算，得到应力分布和变形分布，并利用优化模块以质量最小为目标函数进行了优化得出质量最小的最佳设计．数值分析及优化结果便于工程实际应用．

基于ASME规范的水下高承压壳体结构设计

基于ASME VIII-2,对于用于深水的水下高承压壳体结构的设计进行了研究。介绍了材料的选择方法及利用按规则设计方法进行设计的具体步骤,得到了仅受横向外压时不同厚度壳体的许用外压,对受轴向和环向组合应力工况下的壳体进行了校核,得到了许用压缩应力。建立了水下承压壳体结构的有限元实体模型,利用ASME VIII-2中的按分析设计方法进行了弹塑性分析,得到了破坏极限压力和许用外压,数值计算结果和理论计算结果相近,表明该结构设计合理,满足使用要求。

圆钢管相贯节点局部刚度的参数公式

对圆钢管相贯节点局部刚度研究的必要性和国内外研究状况作了评述 ;在钢管相贯节点局部变形机制的基础上对局部刚度作了定义 ;采用板壳有限元方法分析钢管相贯节点 ,通过单参数分析确定各影响参数与节点局部刚度之间的函数形式 ,从而设定回归模式 ,并用正交试验设计理论设计计算模型 ;应用多元线性回归理论拟合出相贯节点局部刚度的参数公式 ;通过节点模型试验对有限元方法进行校验 .结果表明 。

圆柱壳角速率敏感器实际结构设计

圆柱壳是一种实用的谐振式角速率传感器的谐振子，如何固定、封装该谐振子具有重要的实用意义．基于振子实际振动特性分析，采用有限元法，对其实际的支承结构进行了深入分析，得到了支承杆对其振动特性影响的有关规律．依减小支承杆弯曲振动对谐振子动力特性的影响，给出了谐振子有关参数的实用设计准则，得到了Ψ型振子最优的重要结论．

薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析的参数化研究

针对在轴向载荷作用下的正置、正交网格形式的薄壁加筋肋圆柱壳结构,利用有限元程序,对薄壁加筋肋圆柱壳稳定性分析进行了参数化研究,得到了进行结构优化设计的准则,对于给定的设计载荷,当结构参数位于某一个局部失稳与整体失稳的临界区域时,结构的重量最轻.提出了基于有限元分析进行结构优化设计的策略.利用优化策略,获得了一薄壁加筋肋圆柱壳结构的优化设计结果,同时给出了粘合刚度简化模型与有限元计算结果的比较.

铁钻工冲扣钳壳体轻量化设计

论文以石油钻机井口钻柱冲卸扣和旋扣机械化作业设备—铁钻工冲扣钳壳体为研究对象,根据力学分析计算结果,基于Solidworks三维建模软件对冲扣钳壳体的重要组成板件进行参数化的建模,建立了壳体重要零件的结构优化数学模型,在不改变冲扣钳壳体各零件之间的配合的前提下利用ANSYS Workbench有限元软件对冲扣钳壳体尺寸参数进行了轻量化设计,同时对零件尺寸进行了敏感度分析。通过轻量化设计,在满足工作要求及强度和刚度条件下可将自重相对减小11.2%,减少了材料成本,为铁钻工冲扣钳的设计研制提供了理论依据。

用于有限元分析的板壳模型的特征造型

为满足板壳结构有限元分析的需要,将板壳结构特征化,以平面特征和曲面特征表示几何特性,以网格特征表示离散特性,厚度、载荷和约束特征表示计算特性,从而形成了造型和有限元网格划分一体化的板壳模型特征造型方案。

基于SolidWorks三维建模矩形顶管掘进机壳体的设计

矩形顶管机与常用的圆形盾构或掘进机相比较,具有空间利用率高和施工成本低等优点。本文通过前期对大断面矩形顶管机的壳体进行三维建模,分析并建立壳体受力模型,使用Solid Works有限元软件对壳体结构建模、约束设定和载荷确定进行简化,经过计算后对结构应力和变形进行分析并进一步优化模型,形成基于Solid Works三维建模的壳体设计、校验和优化方法,可为矩形顶管掘进机的壳体设计提供指导。

自适应牵引力控制差速器壳体有限元分析及结构设计

为设计自适应牵引力控制(ATCT)差速器壳体,对ATCT差速器进行了理论研究和受力分析,利用CAXA建立了三维模型,应用Patran/Nastran对壳体厚度为12 mm初始设计结构进行有限分析,得出在该结构下差速器壳体应力及变形过于富余,不满足轻量化要求。因此对结构进行改进设计出了整体壳体厚度为6mm及壳体厚度6mm与10mm组合结构的2种设计方案,有限元分析结果表明:组合结构方案较合理,比原设计方案减重21.9%。