介质周期结构频率选择特性有限元法分析

采用有限元方法分析了平面波入射时介质周期结构的频率选择特性。截取一个完整的周期单元,内部应用有限元(FEM)方法计算;采用理想匹配层(PML)吸收边界、周期边界、入射边界相结合的方法对无限空间进行截断。几种边界条件的联合应用大大简化了开放空间问题的计算,保证了计算精度。算例结果与理论值符合较好,表明有限元方法在分析此类问题中的正确性和有效性。

高速铁路周期性桥梁频域有限元法及墩底动反力分析

基于高速铁路工程中常用的等跨径布置简支梁桥的特点,采用无限周期结构理论和有限元法在频域内建立了桥梁结构的分析模型,提出了任意荷载列作用下桥梁结构周期性单元受等效结点荷载时矢量频谱的计算方法,并且通过与既有文献结果的对比验证了本文计算模型的正确性。以某高铁线路上32 m等跨径布置高架桥为例,分析了其能带特性及其在不同频率轨道不平顺引发的移动简谐荷载激励下的动力响应及墩底动反力。计算结果表明:该周期性桥梁结构在低频段和高频段存在共有的通带频率;由于轨道不平顺的影响,桥梁结构截面位移及墩底动反力均出现明显的周期性特征,且动力响应随激振频率的增大而增大;该周期性理论和频域有限元法可以准确有效地计算出任意跨梁体的动力响应和墩底的动反力,为环境振动研究领域中场地振动荷载源的求解提供了研究思路和计算方法。

一种分析准周期结构散射问题的有限元区域分解算法

采用区域分解法和矢量有限元法相结合分析准周期性结构的散射问题。将整个计算区域分成若干个非重叠的子区域,各子域形成自己的有限元线性系统;在子域交界面上引入罗宾传输条件来保证相邻子域的场连续性;通过高斯消去法把求解各子域内部未知量的问题转化为求解交界面上未知量的问题,从而降低计算复杂度。对于一些准周期性结构,利用子结构的几何重复性,能够让电大尺寸问题的求解更加快捷。给出的数值算例证明了该方法的正确性和有效性。

有限元法在冲压模具分析中的应用及展望

综述了国内外有限元模拟技术(FEA)的发展和在冲压成形领域中的研究状况和应用水平,着重介绍了在冲压模具应力应变分析、结构优化设计和尺寸精度控制方面采用有限元法(FEM)的现状。通过利用弹性有限元法进行冲压模具的应力应变分析,可以优化模具设计,在延长模具寿命、缩短模具开发周期、降低开发成本和提高产品质量等方面均可取得显著的成效。最后指出了FEM在模具分析中的研究和应用的不足之处,并对今后的发展方向提出了看法。

有限周期复合结构隔振系统的有限元分析

基于有限元法,研究有限周期复合结构的隔振性能。利用波动方程建立复合结构的数学模型,用有限元法对其离散,最后进行数值仿真。结果表明,有限周期复合结构的模态频率随着散射体密度的增加而减小,随着散射体直径的增大,隔振效果越好,并且有效隔振频率范围随散射体直径的增大而增大。

基于信息熵与谱有限元法的传感器优化布置

为从测量数据中获得尽可能多信息,减少待识别模型参数的不确定性,提出面向结构模型参数识别的传感器优化布置方法。为避免用静态形函数传统有限元方法建模对结构动力特性及传感器优化布置影响,采用高精确动力学法即谱有限元法对结构进行动力学建模。以结构模型参数识别结果的不确定性最小作为传感器优化布置准则,该不确定性程度通过信息熵标量指标量化,用贝叶斯统计系统识别法进行识别。采用整数编码遗传算法在所有可能的传感器配置组合中极小化信息熵指标,获得给定数目的传感器最优布置位置。通过弹性地基带弹性接头的周期管梁模型数值仿真及模型试验验证所提方法。

二维声子晶体微腔能带结构的有限元分析与设计

本文基于ABAQUS建立了二维声子晶体体波能带结构的有限元计算方法。该方法首先利用周期性边界条件和Bloch定理,将周期结构的有限元离散特征方程化归到一个周期单胞内的复系数特征方程,然后将其分为实部和虚部两组方程,并在周期单胞边界上应用Bloch定理,求解得到的实数特征方程,获得频散曲线。与已有计算方法相比,该方法在适用性、计算速度、精确度和收敛性等方面具有明显的优越性。在此基础上使用发展的有限元方法分析研究了不同形状的声子晶体微腔的能带结构特性。结果表明这些晶体结构对于特定频率的声波可以将其限制在声子晶体微腔内,在一定环境下有着较好的吸声降噪功能。

周期结构梁弯曲振动特性研究

为研究周期结构梁的弯曲振动特性,本文建立计算模型并推导了周期梁的自振频率计算方法,计算周期梁上附加构件参数变化对自振频率的影响。计算结果显示,改变周期梁附加构件的几何参数,梁的自振特性也发生明显变化:附加构件长度增加,周期梁的自振频率随之增大;随着构件高度增加,自振频率先增大后减小;保持单个附加构件长度不变,自振频率随附加构件的数量增加而增大。结果表明:在混凝土梁上附加钢板形成周期结构梁,可有效改变梁的振动特性,并可通过改变构件参数调整周期梁的自振频率,实现对既有建筑结构中梁构件的靶向加固。

含中心圆孔有限板动应力集中问题的有限元分析

基于有限元软件ANSYS的计算,对含有中心圆孔的有限板在板边界受到上阶跃波的作用时孔边动应力集中的响应进行分析。得到不同无量纲几何尺寸以及无量纲波数下的动应力响应曲线,并由此得到一些关于动应力响应规律性的结论。另外,对动应力集中系数、最大动应力与静态特征进行比较,并对比较结果进行讨论。

局部缺陷周期简支层合梁结构的波传播特性分析

脱层是复合材料层合结构最主要的破坏形式之一。基于Euler-Bernoulli梁理论和谱有限元方法得到周期结构中健康基本周期单元的动刚度矩阵。再考虑脱层位于周期结构的某一基本周期单元中,并假设脱层边缘处横截面变形服从平截面假定,忽略脱层前沿的应力奇异,建立分层模型,根据分层边缘处各子单元位移、转角连续及分层界面处力平衡条件形成含脱层的周期层合梁超单元动刚度矩阵。基于传递矩阵法得到健康及含脱层周期单元的传递矩阵,进而形成含脱层周期层合梁结构的传递矩阵及总体动刚度矩阵,并通过传递矩阵计算获得的波传播常数来分析周期结构的振动与波传播特性。分别对无脱层情况与脱层引起局部失谐情况下一周期简支梁结构的波传播特性进行数值计算研究,并结合ANSYS有限元仿真分析,对方法进行了验证。

通电螺线管2维磁场有限元计算

通过对通电螺线管磁系统理论分析,实现了通电螺线管2维磁场计算。该算法是采用一次、二次插值函数计算螺线管模型磁场的有限元算法,用于求解螺线管内外任意位置处的磁感应强度分布。实现了螺线管及周期结构的计算,并将结果与Ansoft Maxwell 2-D的计算结果进行了对比。结果表明:较一次插值函数有限元算法相比,二次插值函数算法在对称轴上轴向磁感应强度的分布更准确,体现了该算法的优越性,具有显著的工程应用价值。

周期对称性在结构分析中的应用

在工程实践中周期对称结构非常常见,文中以某型矿井提升机减速器齿轮为例,运用ANSYS软件建立起该齿轮单个基本扇区的计算模型,并进行有限元分析计算,进而在通用后处理器中扩展分析计算结果,即减小了分析规模、又提高了计算效率,可为类似结构的有限元分析计算提供参考。

基于周期结构原理的无限长钢轨模型分析

基于周期结构原理的钢轨振动模型能够考虑钢轨截面变形对振动的影响 ,本文给出了该模型的理论基础 ,并给出了算例。

轴向温度力影响下周期离散支承钢轨竖向振动特性分析

建立轴向温度力作用下无缝线路轨道结构周期离散支承梁模型,其中钢轨采用Timoshenko梁模拟,轨枕考虑为质量块,轨下支承结构对钢轨的支承作用通过动力柔度矩阵进行模拟。通过周期结构波数有限元法,分析得到周期离散支承钢轨的频散特性及位移响应。分析周期离散支承钢轨各阶共振频率与轴向温度力的关系,并探讨轨枕间距的影响。分析结果表明:在0~5 000Hz范围内,周期离散支承钢轨竖向振动各阶共振频率均随轴向拉力的增加而增大,随轴向压力的增加而减小,且共振频率越高,其受轴向温度力影响越明显。其中,共振频率D(1 080Hz)、G(2 947Hz)、H(4 657Hz)受轴向温度力的影响最明显,可作为无缝线路钢轨内部温度力大小的主要评价指标。轨枕间距对各阶共振频率有较大影响,分析时需先确定轨枕间距实际值。

流固耦合的周期加强板的振动及声辐射研究

研究了流体负载下的无穷大双周期加强板,在周期谐振力作用下的振动响应和声辐射,并提出了一种基于有限元和空间波数法的半解析半数值方法.首先利用有限元的方法对周期结构进行单元离散,并将结构对薄板的作用力等效为节点力的作用.然后通过周期结构的振动方程,结合薄板与结构的位移边界条件,建立了节点力与薄板节点位移的函数方程.最后应用空间波数法和傅里叶变换,并采用数值计算的方法求解出薄板的节点位移,得到了周期加强板关于离散节点位移的振动和辐射声压方程.在数值算例中,对该方法的正确性进行了验证,并且分析了周期结构对薄板的振动和声辐射的影响.

基于波数域直接求解法的正交加筋板声辐射研究

为了研究正交加筋板的声辐射问题,基于波数域直接求解法,建立了研究正交加筋板声辐射特性的理论模型。先利用傅里叶变换法求解周期结构的声振理论模型,得到波数域中关于结构响应的无限大耦合代数方程组,采用数值方法将其截断成有限项求解,结合稳相法便可快速获得远场辐射声压。该方法对单向和正交加筋板的预测结果与现有文献中的理论结果取得了良好的吻合,验证了理论模型的准确性和可靠性;并进一步通过数值算例研究了作用点位置,加强筋间距及平板厚度对结构声辐射特性的影响。

邢台地区长周期地震动特征初步分析

沉积平原中存在地表低速沉积层是长周期地震动产生的关键因素,而长周期地震动会对长周期建筑物造成严重威胁和震害。本文基于邢台地震的历史地震震源模型和含地表沉积层的地壳速度模型,采用离散波数有限元法,对邢台地区进行了长周期地震动的计算分析。研究表明,邢台平原地区在大震中会产生长周期地震波,邢台地震中反应谱峰值区域位于宁晋南,与极震区基本重合。震中距小于55km区域内的周期1.5—4s的放大系数谱超过了抗震设计规范谱,反应谱放大系数值在周期2s附近达到峰值。因此,邢台地区因存在地表软弱沉积层,该区抗震设防可能对长周期地震动估计不足,建议应予以特别考虑。

基于空间谐波分析的典型加筋板结构声振特性

[目的]单向周期加筋板在船舶结构中应用广泛,开展其声振特性理论研究可为加筋板的声振特性分析和优化提供理论参考。[方法]首先,考虑骨材对板的力和扭矩作用,以及流体声介质与板的耦合作用,分别建立无限大单、双周期加筋板的结构动力学模型;然后,通过傅里叶变换将空间域转换到波数域,应用构造函数、泊松公式及周期函数的性质推导加筋结构的振动方程,得到力激励和声波激励下加筋板振动位移的解析解,并利用稳相法给出加筋板的远场声压表达式;最后,通过具体算例讨论骨材扭矩、激励类型、激励位置、板厚、骨材参数等因素对周期加筋板结构声振特性的影响规律。[结果]骨材扭矩对加筋板声振特性的影响较小;对于周期加筋结构,可以利用骨材参数对声子晶体带隙的影响,衰减某些频率的振动;激励加载在强构件处可有效减弱振动;骨材的间距、尺寸等参数对声振特性的影响较为明显。[结论]对激励及骨材参数的合理设置,可以有效优化加筋板结构的水下声振特性。

含局部脱层的周期层合梁波传播特性研究

为对含脱层的周期性简支层合梁的波传播特性进行研究,基于欧拉伯努利梁理论和谱有限元方法得到周期结构中完好基本周期单元的动刚度矩阵。考虑脱层位于周期结构的某一基本周期单元中,并假设脱层边缘处横截面变形服从平截面假定,忽略脱层前沿的应力奇异,建立分层模型,根据分层边缘处各子单元位移、转角连续及分层界面处力平衡条件形成含脱层的周期层合梁超单元动刚度矩阵,进而形成含脱层的周期层合梁整体结构模型。分别对谐和条件与脱层引起失谐条件下一周期简支梁结构的波传播特性进行数值仿真研究,结果表明:脱层较显著改变了周期层合梁的动力特性,且具有一定的规律,同时采用ANSYS有限元数值模型对本文含脱层理论模型进行验证。

I-WP型极小曲面空心多孔结构设计与力学性能分析

为了获得具有高承载和吸能特性的新型多孔结构,提出了基于三周期极小曲面的空心多孔结构设计与力学性能分析方法。通过将不同水平参数的I-Wrapped Package(I-WP)型三周期极小曲面进行布尔运算,实现空心多孔结构设计,基于数值均匀化法评估了空心多孔结构的等效属性,采用有限元法分析了空心多孔结构的静态力学性能,通过压缩实验分析了空心多孔结构的压缩和吸能特性。相对于I-WP型基础结构,I-WP型空心多孔结构具有更高的等效体积模量,在静态载荷下承载能力更强,在动态载荷下压缩和吸能特性更优。