基坑工程动态施工过程单元生死法模拟

通过对基坑工程动态施工过程的阐述和分析,简述了基坑工程在不同施工阶段可能出现病害的形成原因和解决方案.使用ABAQUS软件模拟基坑开挖过程,描述了单元生死法的数学表达和基本原理,介绍了使用ABAQUS软件进行分析的基本方法和注意事项,为基坑工程施工分析提供了更多参考.

基于温差法及单元生死法的复合材料储能飞轮缠绕预紧分析

在复合材料储能飞轮缠绕制作过程中,给纤维一定的预应力,使之在成型后材料内部产生相应的初始应力,是有效提高飞轮强度的方法之一。基于温差法和单元生死法建立的空心轮毂复合材料飞轮模型,能很好地模拟出飞轮缠绕预紧的过程,通过反复试算,得出较好的预紧缠绕的方案。计算结果表明,没有预紧缠绕的飞轮在高速回转以后存在诸多损伤,而给予合适的预应力,对飞轮回转以后各部分的周向应力分布和径向应力分布都能起到很好的改善作用。

基于生死单元法的GIS设备安装过程温度效应研究

GIS设备在安装过程中外部温度环境复杂多变,对其安装定位偏差及构件内力有着不可忽略的影响,将造成安装完成状态与设计状态的较大差异。依托某实际变电站工程,结合工程所在地的温度环境,建立4种不同的温度变化工况,采用基于时变力学的生死单元法对GIS设备安装过程进行有限元仿真分析,研究安装过程温度效应对结构位移及应力的影响。仿真结果表明:安装过程中的环境温度变化对GIS设备间隔位移偏差产生累积效应,位移偏差将会影响安装中定位需求;设备支座采用螺栓连接,刚度较小,在温度效应明显时无法协调上部结构和下部支架的变形;安装过程中随温度变化,筒体应力相应变化但应力值较小,螺栓内力相对较大,安全余量较小。研究结果将为GIS设备结构的安装环境控制和结构优化奠定基础。

基于生死单元法的双辊铸轧过程热-力耦合数值模拟

以二辊160mm×150mm立式铝带实验铸轧机为对象,基于MSC.Marc商用有限元软件及其二次开发接口,引入纯铝固-液两相材料本构模型和界面压力热阻数学模型,建立了双辊铸轧过程热-力耦合非线性有限元模型。采用生死单元法模拟铝液的连续浇入,解决了辊套和铸轧区铝带材间的连续耦合传热问题。通过数值模拟,给出了铸轧速度、浇铸温度、熔池高度等因素对KISS点位置和辊面温度时间历程的影响规律,并对典型工况温度模拟结果进行了实验验证。

基于生死单元法的钙线喂入钢包过程温度场仿真研究

以钢包炉外精炼过程中的喂线工艺为对象,利用商用有限元软件MSC.MARC和生死单元法,建立了钙芯线喂入钢液过程中的温度场仿真模型,解决了钙芯线喂入及其与钢液接触传热的动态过程建模问题。通过数值模拟,给出了喂入速度、钙芯线包覆层厚度等参数对钙芯熔解气化深度的影响规律,结合钙的蒸汽压和钢包熔池内静压力关系,对喂线工艺进行了优化。研究方法对稀土及其他合金包芯线的喂线工艺分析具有一定参考价值。

基于生死单元法的BOPP薄膜激光打孔数值模拟

目的利用有限元方法研究薄膜多脉冲激光打孔过程,探究生死单元法运用在薄膜激光打孔中的可行性。方法基于Ansys中的生死单元法,使用Ansys参数化设计语言(APDL)编写程序,建立薄膜多脉冲激光打孔的二维瞬态温度场模型并进行仿真分析,测量孔深、上孔径,对仿真结果进行实验验证。结果仿真与实验结果趋势一致,微孔孔径与孔深随脉冲次数的增加而逐渐增加;孔深最大误差为23.51%,平均误差为12.21%,均方根误差为1.573μm;上孔径最大误差为3.64%,平均误差为2.77%,均方根误差为2.215μm;薄膜在激光束轴心处温度最高,轴心两侧温度逐渐降低,高温区域随着脉冲次数增加而逐渐增大。结论使用APDL语言程序结合生死单元法对薄膜多脉冲激光打孔进行仿真分析,结果可靠。

基于ABAQUS生死单元技术的平衡地应力方法研究

初始地应力是岩土工程数值模拟过程中必不可少的一部分,其初始地应力平衡效果的好坏对后续的数值分析有着较为显著的影响。通用有限元软件ABAQUS虽然提供了多种地应力平衡方法,但是岩土工程材料多样、工况复杂,并不是所有的常规方法都能使地应力平衡满足要求。针对压硬性砂土地基中桶土相互作用问题,通过二次开发,对于ABAQUS软件中的Mohr-Coulomb弹塑性本构模型进行改进,从而可以考虑砂土中变形模量随平均主应力变化的压力相关性。进而基于软件中生死单元功能,提出了一种分步平衡法,通过分步创建桶土之间的接触以更好地模拟地基在桶土相互作用过程中的实际响应。结果表明,分步平衡法的地应力平衡效果明显优于常规自动平衡法,可为其他类似模拟提供参考价值。

基于生死单元法的既有建筑屋面钢网架高空散拆施工方法

对于既有公共建筑,由于其往往具有一定的历史文化意义,需在保护其部分结构和外观的前提下,进行拆除、加固及改造提升。然而,现有针对新建钢网架施工过程安全性的研究较多,对于既有钢网架拆除施工过程安全性的研究较少。为填补该领域的空白,结合上海世博会俄罗斯馆屋顶钢网架拆除施工工程,提出了钢屋架拆除施工准则、采用了生死单元法对单榀拆除施工过程进行了模拟、并对单榀桁架吊运过程进行了验算。计算结果和工程实际表明,该施工过程安全合理。

应用X射线衍射法测定轴类工件中的残余应力

根据测试距车轴表面2mm深度处残余应力的要求,推导了剥层测残余应力的修正公式,利用生死单元法模拟了车轴车削的过程,验证了该修正公式的正确性,并采用X射线衍射法测定了距某车轴表面2mm深度处的轴向和周向残余应力。结果表明:X射线衍射法和修正公式能有效测出距车轴表面2mm深度处的残余应力;轴向残余应力最大值(绝对值)和周向残余应力最大值(绝对值)分别出现在0°测点和90°测点,其值分别为-139.15MPa和-105.21MPa,轴向残余应力和周向残余应力各点的差值均小于EN13261标准规定的40MPa。

大跨度钢结构分步施工模拟方法

针对施工过程中结构几何及边界条件随时间不断变化这一施工力学分析难点,基于先装和后装结构间可通过节点设计构造预夹角的工程实践,提出"生死"子结构先后独立求解、调整"死"结构边界节点转动约束条件的施工模拟方法.分别针对"死"结构为静定和超静定的体系,阐述了两种边界转角条件的调整方法,推导了"生死"子结构的有限元方程,并用该方法对典型算例进行分析、模拟.结果表明,该施工工艺便于后装结构加工且后装结构变形较小,施工完成后结构更接近设计原型.

典型江南传统木构建筑的构件重要性分析方法

以江南典型宋元木构建筑(宁波保国寺大殿)和江南典型明清木构建筑(甘熙故居津逮楼)为研究对象,基于能量方法,采用改变后结构整体应变能的单位体积改变率作为构件重要性的评价指标,运用有限元软件ANSYS开发基于生死单元法和改变弹性模量法的构件重要性评价程序.通过对保国寺大殿和津逮楼的单榀框架和整体框架在竖向荷载作用下的结构构件重要性的计算分析,得到构件的重要性系数和重要性排序,并指出这两个典型构架体系的江南传统木构建筑的关键构件.结果表明:改变弹性模量法更适用于江南传统木构建筑结构构件的重要性分析.

焊道填充方法对焊接变形及焊接残余应力的影响

在焊接数值模拟分析过程中,焊道的填充是必不可少的步骤,且不同的填充方式对计算收敛性及结果的精确性产生较大的影响。本文以大型有限元分析软件MSC.Marc为计算工具,分别采用生死单元法及静态单元法对平板对接接头进行多层多道焊有限元分析。结果表明:不同的焊道填充方式下的焊接仿真变形趋势与实际焊接变形趋势一致,焊接残余应力分布趋势也与实际情况相吻合,但是计算结果及计算的收敛性有一定的差异。

焊道填充方法对X65管线钢环焊缝残余应力数值模拟的影响

在进行管道多层多道焊接仿真分析时,焊缝金属的填充过程对于数值模拟的结果有着不可忽视的影响。文中以有限元软件ABAQUS为仿真工具,分别采用逐层填充和逐滴填充2种方式对X65管线钢环焊缝的焊接残余应力进行仿真分析。为比较2种填充方式结果的准确性,采用X射线衍射法测试了实际管道的焊接残余应力。研究结果表明:采用逐层填充方式所获得的焊接残余应力要高于实际残余应力,而采用逐滴填充方式所获得的残余应力与试验结果吻合良好。

局部位形约束生死单元法及其在施工力学分析中的应用

借鉴桥梁工程中的3种安装定位原则,提出了适用于建筑工程安装的第4种定位原则。对现有的几种结构非线性施工力学分析方法的特点和适用性进行了研究分析,构造了一种改进的结构非线性施工力学分析方法——局部位形约束生死单元法,抑制了传统的直接生死单元法中"死"单元的"漂移"现象,能很好地控制施工力学模拟中新生单元的安装位形,符合工程安装的实际情况,适用范围广。将这种方法应用于实际工程"法门寺合十舍利塔主塔"的施工过程力学模拟中,理论计算结果和实测结果吻合较好,表明这种改进方法是结构施工力学分析的有效方法。

基于粒子有限元法的金属切削工艺仿真软件研究

金属切削是一个复杂的工艺过程,包含了复杂的瞬态热力耦合自由边界问题。开发金属切削工艺仿真软件时,首先采用粒子有限元法开发了切削力学求解器,其次采用生死单元法开发了材料去除残余应力和变形求解器,最后在求解器的基础上进一步开发完整的工艺仿真软件。金属切削工艺仿真软件是一个复杂的系统,包括工艺研发和生产现场两个部分。其中,工艺研发包括切削机理计算与材料去除残余应力和变形计算。生产现场包括工艺MBSE、机床系统仿真和前后处理,其中前后处理的研发难度不亚于求解器。开发金属切削工艺仿真软件的最大难点是成本和周期。通过研究开源软件的核心技术,验证了基于开源软件可以有效降低开发成本和周期,并可以达到工业级软件的水平。该软件建立了统一的几何模型和物理模型的数据结构,建立了统一的数据可视化引擎。此外,还介绍了仿真软件系统集成的3个核心技术。

多道送粉式激光熔覆温度场的有限元分析

根据激光熔覆的特点,建立了激光熔覆温度场分析的模型,对多道送粉式激光熔覆过程的温度场进行了有限元分析.在分析过程中,激光热源模型为可移动的高斯热源,该模型适合熔覆层厚度不大的情况.并采用"单元生死法"来模拟激光熔覆过程中激光粉末不断被熔覆的过程.结合以上分析过程,我们利用ANSYS有限元分析软件来编写一段相应的APDL命令流,运行命令流后,通过ANSYS后处理器便可查看相应的计算结果.分析结果表明:每一道中各步的中心点温度的峰值基本上相等,并且热循环曲线相似,只是在时间上有延迟.后一道各步中心点的温度峰值比前一道各步的要高,但是这种增值的幅度越来越小.

弦支网架预应力张拉施工模拟分析

作为一种新型弦支结构体系,弦支网架由上部刚性网架和下部柔性索通过支杆相连而成。通过预应力张拉可将拉索预应力引入弦支网架中,从而改善结构受力性能,因此预应力张拉施工至关重要。以天津北塘文体中心弦支网架为研究对象,使用ANSYS有限元软件,采用单元生死技术和多时间步连续分析方法对弦支网架预应力张拉施工过程进行模拟,确定了施工过程中各拉索的张拉控制值,并分析了在施工过程中拉索内力、结构位移和杆件应力的变化规律,为该工程预应力张拉施工提供了依据。可为其它弦支网架工程的预应力张拉施工模拟提供参考。

施工效应对双层网架结构初始状态影响分析

双层网架结构具有多种结构形式且自重占比较大等特点,目前广泛运用于各类大型建筑中。施工过程的模拟对于实际工程有着不容忽视的作用,本文基于生死单元法的施工模拟进行分析,对比三种不同施工方式对实际结构受力变形的影响。通过施工模拟分析,双层网架结构初始状态的应力与位移变化,与一次性加载的模型相比有很大区别,足以说明考虑施工效应的施工模拟是当前设计施工中必不可少的环节,如果不考虑施工效应可能会错误判断结构的承载能力。

三种工况下SiC/Al FGM紧凑拉伸试件的力学行为研究

SiC/Al梯度功能材料各梯度层由不同体积浓度的陶瓷和金属组成,由于材料组分梯度变化,克服了双材料界面的应力突变问题,从而获得优异的使用性能。文中应用Ansys软件和激光云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件在三种工况下的力学行为进行研究。通过Ansys分析得出试件裂纹扩展的规律以及裂前4mm处的应变分布,后续实验采集试件随各载荷变化的位移场云纹图,根据位移与条纹级数的关系以及小变形条件下应变与条纹级数关系式,得到梯度功能材料紧凑拉伸试件预制裂纹区的应变分布。通过两种方法相应结果对比分析,得出有关梯度功能材料的裂纹扩展准则的适用性方面的结论;同时,就实验获得的应变测量结果,讨论梯度功能材料的物性变化规律,以及材料组分和梯度层结构对材料整体物性参数的影响。

模具沉积层应变的模拟

为分析沉积层应变的变化情况,并找出温度与形变的变化规律,采用有限元分析软件ANSYS计算并绘制不同时刻以及不同位置沉积层内的温度及应力应变曲线,在建立传热模型过程中考虑了金属液滴向沉积层的传热以及沉积层向系统外的热量散失等问题.采用在厚度方向以微小层逐层叠加来模拟涂层的增厚,并以此为基础构造沉积层有限元计算模型,应用单元生与死逐层激活层单元参与计算过程.实现移动边界以充分模拟真实的喷涂沉积过程.通过分析不同时刻以及不同位置沉积层内的应力应变曲线,获得了沉积层应力应变变化规律.结果表明,沉积层内存在残余塑性应变,且沉积层与母模接触部位等效应力最大,是最易翘曲的地方,验证了沉积层失稳的一般形式.