基于动态显式分析的复合材料盒段失效模拟

为了研究复合材料结构失效过程并为强度设计提供分析依据,对结构进行失效模拟。在静态隐式分析中,材料的失效和破坏常常导致严重的不收敛。针对复合材料多墙盒段结构,采用动态显式分析方法对弯曲载荷工况进行了试验模拟。壁板和墙均采用层壳元,在上壁板中面嵌入一层体元模拟层间失效,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,并进行渐进式失效分析。分析表明,动态显式分析避免了不收敛问题,能比较准确地模拟复合材料盒段的失效过程,无论是应变、屈曲载荷、破坏载荷,还是破坏形式,分析结果均与试验结果吻合较好,屈曲载荷、破坏载荷的预测值与试验结果误差在7%以内。表明本文方法可以满足工程设计和分析要求。

转向架交叉杆冷冲压动态显式有限元分析

通过交叉杆材料的拉伸实验,获得了交叉杆材料的应力—应变关系;在此基础上,用动态显式有限元法对机车车辆的转向架交叉杆冷冲压加工过程进行计算机模拟分析。在不同工艺参数下,如:不同的摩擦系数、不同的冲压速度等,对冲压过程中应力、应变和局部减薄量等进行了分析。模拟结果为减少调试和优化工艺参数提供了依据。

显式动态分析在液压支架强度分析中的应用

运用非线性有限元分析软件ABAQUS/Explicit显式求解器,对ZY17000/32/70D型两柱掩护式支架在顶梁屈服变形、底座弯曲组合工况和顶梁弯曲、底座对角线加载组合工况下的受力状况进行动态模拟分析,考察支架整架的刚度、稳定性和抗冲击性能,总结支架各主要部件的位移和应力分布特点,从而为液压支架的设计和优化提供重要的参考依据。

摩擦片偏磨对盘式制动器摩擦振动行为影响研究

以某车型盘式制动器为研究对象,探索在不同侧摩擦片发生偏磨时,制动器可能出现的摩擦振动现象。研究结果表明,制动器存在多频振动耦合的现象,当制动器发生较大强度的摩擦振动时,由于部件之间的相互变形,导致接触界面存在局部接触或局部脱离的现象,最终导致摩擦片产生偏磨。复特征值分析结果表明,随着活塞侧摩擦片的偏磨量逐渐增大,制动器的尖叫频率逐渐向高频处聚集,且制动器的振动倾向愈发明显,振动强度明显增大。相比之下,当钳指侧的摩擦片发生偏磨时,制动器振动频率的数量明显减少,但是也集中在高频区域。另外,由于钳指侧摩擦片偏磨导致部分模态耦合现象消失,因此制动器的振动强度变化不大。进一步地,对两侧摩擦片出现偏磨的情况进行模拟,结果表明,制动器产生的振动噪声频率向较高频处移动,且随着偏磨量的增大,出现的噪声频率数量逐渐增多,且产生噪声的振动倾向愈发明显,振动强度明显增大。因此,虽然不同侧摩擦片的偏磨对制动器稳定性的影响不同,但是最终均导致制动系统严重失稳,产生更加强烈的振动噪声。显式动态分析结果进一步证明,摩擦片的两侧偏磨导致制动器的振动强度明显增大,且振动噪声的频率向高频处转移。本研究结果为摩擦片切向偏磨的研究提供全新的思路,也为后续的制动器的设计和优化提供一定依据。

长桁与蒙皮脱粘对复合材料加筋板承载能力影响分析

复合材料结构在制造和使用过程中,难免产生分层损伤,这些损伤都会在不同程度上影响结构的承载能力。针对复合材料加筋板,采用有限元动态显式分析方法,分析长桁与蒙皮脱粘面积对加筋壁板结构屈曲和后屈曲承载能力的影响。在ABAQUS商业化有限元分析软件及其二次开发平台上,利用用户自定义材料(VUMAT)的方法对材料性能进行连续衰减,实现加筋板轴压载荷作用下的渐进式失效分析。建立了脱粘面积与结构承载能力之间的关系,研究结果可为合理制定复合材料构件缺陷验收标准和结构修理容限提供分析依据。

利用正交试验设计优化冷弯成形工艺参数

冷弯成形工艺参数的设计对冷弯成形产品质量有重要影响。本文对方矩形管冷弯成形过程中机架间距、摩擦因数和轧制速度的不同取值水平通过正交试验设计,利用Abaqus有限元软件的显式非线性动态分析对所设计试验仿真模拟,得到了每道次轧制过程中带钢边部最大纵向应变最小时各个道次3个工艺参数的最佳取值。并用优化后的参数进行仿真和验证,得到各道次带钢边部最大纵向应变比优化前要小,优化后第4-第10道次带钢纵向应变极值相对接近,产品边部拉伸小,并且边部拉伸分布比较均匀,有效改善了产品质量。

辊弯方矩形管工艺参数优化

对方矩形管辊弯成形过程中机架间距、摩擦系数和轧制速度三个工艺参数的不同水平值进行了正交试验设计,用Abaqus有限元软件的显式非线性动态分析对所设计试验过程进行了模拟分析,求出各个道次各个参数的信噪比,获得了边部纵向应变峰值最小时各个道次三个工艺参数的最优值。并用优化后的参数模拟和验证之后,结果是各道次边部纵向应变峰值比优化前各组试验都小。优化后第4到第10道次纵向应变峰值的方差最小,也就是产品边部拉伸最小,并且边部拉伸分布均匀。

基于Ansys的水泥混凝土路面碎石化技术研究

利用Ansys有限元方法对水泥混凝土路面进行了多锤头碎石化显式动态分析和模态分析,以浏(阳)-永(安)二级公路路面结构为例计算了水泥路面对重锤冲击的响应及其在各种工况下的主振型和固有频率,确定了该路面在多锤头碎石化过程中重锤的提升高度和冲击频率。

轻型组合桥面板中小栓钉连接件的静力及疲劳性能

为探究轻型组合桥面板UHPC薄层中小尺寸栓钉连接件的静力和疲劳性能,对总计6个试件进行了静力加载和疲劳试验。基于显式动态分析方法,采用ABAQUS软件进行了静力推出试验的数值分析;随后又设计9个正交试验开展了栓钉参数分析及特征值影响因素显著性分析。最后,基于一个实际工程,对轻型组合桥面板中小栓钉连接件的疲劳强度进行验算。结果表明:(1)UHPC薄层中的小栓钉仍具有较好的承载力,其承载力设计值可偏安全地按照Eurocode-4规范的计算式取值,即P_d=0.8A_sf_u/γ_v。(2)UHPC薄层中的小栓钉承载力主要受栓钉的直径和屈服强度影响,滑移特征值主要受栓钉的高度影响,抗剪刚度主要受栓钉的直径影响。(3)疲劳试件破坏前的很长一段时间内,滑移量增长缓慢且增量较小,在试件疲劳破坏阶段,滑移值增速较快且增量明显。基于断裂力学方法的栓钉疲劳寿命估算值与实测值基本吻合。(4)小栓钉连接件的疲劳强度满足洞庭湖二桥轻型组合桥面板的设计要求。

基于薄壳单元的膜材褶皱发展过程研究

考虑到柔性结构几何非线性的特点,采用显式动态分析方法,利用ansys/ls-dyna壳单元对张拉平面膜材褶皱的发展过程进行数值模拟和研究分析。把薄膜结构褶皱的整个发展过程划分为缺陷、微观褶皱和宏观褶皱3种状态,并给出每种状态的特点。选择带有不同初始缺陷的膜片进行加载分析,对每种状态进行了详细描述,且对初始缺陷在每种状态时的影响进行了对比。研究结果表明:把张拉平面膜材褶皱划分为3种状态可以更有效的衡量褶皱发展的程度,并可以方便的对处于特定状态的结构进行研究和描述。

爆炸荷载下钢筋混凝土桥面板损伤机理研究

为揭示钢筋混凝土桥面板在爆炸荷载作用下的动态力学响应及损伤机理,在RHT动态本构和显式动态数值分析模型合理性验证的基础上,研究了不同TNT当量、板厚度以及钢筋直径对桥面板受爆力学性能的影响。研究结果表明:基于RHT动态本构的显式动态数值分析结果与构件抗爆试验表征一致,能够反映结构在爆炸荷载下的动态力学响应和损伤机理。TNT炸药当量是影响钢筋混凝土桥面板破坏形态的主要因素,在小当量条件下(2 kg TNT),结构发生轻微损伤,板在2个方向力学特征与单向桥面板的受力规律一致,同时应力及变形时程曲线呈自由振动特征,振动周期为3.68 ms。TNT当量逐渐增加时(5,10 kg TNT),桥面板在数毫秒内发生损伤,板在2个方向最大正应力逐渐趋于一致,损伤特征主要表现为局部冲剪破坏,刚度下降后导致其振动频率降低,振动周期分别增加至4.38,8.64 ms。TNT当量进一步增加时(20 kg TNT),结构直接发生大范围冲剪破坏,并迅速失效。板厚增加能够显著提升结构的抗爆性能,增加13%及30%时,损伤区域范围分别降低57.5%及82.5%。钢筋直径增加时,在一定范围内提升了结构刚度,但对于结构的整体抗爆性能改善并不显著。