液化场地桩-土-结构动力相互作用的有限元分析

基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有效应力方法对液化场地桩基础的地震反应进行了三维有限元分析。在饱和液化砂土的循环塑性模拟中,采用了超固结边界面、Armstrong-Frederick型非线性运动硬化准则和非关联流动准则来描述动荷载作用下砂土的循环活动性以及液化强度等特性。对于桩的动力本构行为,则采用了可以考虑体积效应和轴向力影响的梁—柱单元来模拟。以某城市高架桥的实际工程为例,应用该方法对地基液化时桩—土—结构的动力相互作用进行了计算分析,并得到了一些有用的结论。

考虑土-结构相互作用大型动力机器基础三维有限元分析

本文提出了考虑土-结构相互作用计算大型机器基础动力反应的三维有限元方法.该方法将动力机器基础与周围地基作为一个完整的研究对象,将基础作为粘弹性体反映基础变形,建立粘-弹性人工边界模拟半无限地基的辐射阻尼和远场地球介质的弹性恢复性能,并通过构造等效弹簧实体元使这一人工边界在商业有限元程序中实现。文中进一步将上述方法用于分析燕化高压聚乙稀装置压缩机基础的动力反应，并通过数值试验定量讨论了影响大型机器基础动力反应的主要因素，得出了一些有用的结论。

二维土-结构地震动力相互作用时域有限元分析

土与结构动力相互作用是地震工程研究中的一个十分重要的课题。给出了分析地震作用下二维土-结构动力相互作用的时域有限元方法。重点放在如何模拟瞬态波在无穷介质中的传播以及如何实现地震动的输入方面。在给出的有限元过程中,地震动的输入方法以及用于截断无穷介质以获得有限计算域的局部透射人工边界都是基于柱面波动方程推导建立的,这种方法非常简单有效,结合Newmark时间积分法是无条件稳定的,使得时域计算有效而可靠。数值算例验证了这种方法的精度和有效性。

高层建筑在桩-土-上部结构共同耦合作用下的有限元分析

以某12层钢筋混凝土框架剪力墙结构为例,采用有限元软件ANSYS分析了"桩-土-上部结构共同耦合作用"与"正常设计条件"两种情况下,上部结构的内力及变形情况,并将计算结果进行对比分析。分析结果表明在高层建筑结构设计时,应该充分考虑到下部结构对上部结构的影响,从而使设计更加合理。

月面手动插旗过程的离散元-有限元耦合分析

在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化设计以提高其稳固性;最后,提出三种不同的插旗方式并讨论不同插旗方式下旗杆的动力特性.研究结果表明,离散元G有限元耦合算法对月面插旗过程的模拟是有效的;底部尖锐度及稳定支架开叉角度的合理设计有利于增大旗杆的入壤深度和旗杆的稳固性;增大直接插入法中轴向力、提高敲击插入法中敲击力和敲击频率均可以增加旗杆的入壤深度;旋转插入法中旋转速度和旋转频率对插入过程影响较小.以上研究可为月面手动插旗提供有效的方案和理论参考.

基于ANSYS的电力耐张线夹监测装置热-结构耦合有限元分析

耐张线夹是架空输电线路的重要组成部件之一,其损坏导致电力系统安全运行成本的增加,因此需要大量相关监测装置。设计了一款耐张线夹监测装置,用于耐张线夹运行状况的监测。利用ANSYS对装置进行环境载荷下的热-结构耦合的有限元分析,记录监测装置在不同安装接触情况下各部位的应力和变形,所得结果表明面接触安装方式优于点接触和线接触。选取面接触安装方式与NY400型耐张线夹三维模型完成装配,进行引流板接触位置180℃情况下的瞬态热有限元分析,获取监测装置对引流板接触位置温度变化的响应情况。

基于热-结构耦合的某液压动力转向器结构有限元分析

液压助力转向器在汽车上有着广泛的应用。由于液压油长时间的流动会使转向器温度升高,将有可能影响到汽车的操稳性能。以某循环球式液压动力转向器为研究对象,采用有限元方法,建立转向器热-结构耦合分析模型并进行了求解,对比分析了有无温度载荷时转向器各零部件刚度的变化。结果表明:温度对转向器各零部件的变形有一定影响,但不会影响到转向器的性能。

宏微运动平台热-结构耦合有限元分析及优化

采用有限元热分析方法,构建宏微运动平台的热-结构耦合分析模型,对宏微运动平台的连接架及柔性铰链平台开展热特性分析。耦合场分析结果发现,相比无温度场载荷条件,连接架及柔性铰链平台的变形量增大。对运动平台的关键部件连接架进行尺寸优化,尺寸优化后的连接架最大变形量减少15.2%,总质量减少12.6%,最大应力减少20.3%。补充了传统的仅考虑结构载荷影响的方法,为运动平台的超精密定位和稳定运行提供更为全面的分析。

密封圈热-结构耦合场参数化有限元分析

应用超弹性理论和传热学原理,对带有挡圈的O形密封圈热-结构耦合场进行有限元分析,研究工作参数对密封圈性能的影响。结果表明:密封圈的根部以及与缸壁接触部位变形较大,最大Mises应力发生在根部;工作压力增大时,剪切应力和最大接触压应力明显增大。摩擦及机械滞后生热导致密封圈具有较高的温度场;流体压力、相对滑动速度增大以及流体温度升高时,密封圈温升均明显增大。为减少重复工作,提高分析效率,便于优化设计,开发了基于ANSYS/MATLAB的密封圈参数化自动分析系统,可以对不同类型、尺寸及工作条件下的密封圈进行分析。

压电智能结构有限变形下热-机耦合的有限元分析

采用有限元方法研究了结构在热载荷作用下变形与热传导之间的耦合特性。分析表明,结构变形较小,非线性效应很弱时,变形对材料的热传导系数影响很小,对结构的温度分布几乎没有影响;当变形增大,非线性效应增强时,变形对材料的热传导特性影响显著,热载荷作用下结构的温度变化和变形与现行不考虑热-机耦合效应所得结果产生明显差异。因此,为实现压电智能结构形状(振动)的精确控制,分析及实施控制时须考虑热-机耦合及变形对热传导系数的影响。

基于热-结构耦合的LNG储罐有限元分析

LNG储罐内部存储的液化天然气与外界环境存在巨大温差,且LNG储罐内部保冷结构复杂,非常容易泄漏发生火灾、爆炸等事故。利用有限元软件ANSYS分别建立了罐底、罐壁、罐顶的三维精细化模型。探究了LNG储罐各部位温度场分布随外界环境温度以及外罐温度场分布随泄漏液位高度的变化情况,并利用workbench中的热-结构耦合功能分析了储罐各部位的温度应力,对今后LNG储罐的设计和建造以及消防安全等有一定的指导意义。

薄板压力容器盖的热-结构耦合有限元分析

对复杂薄板结构压力容器盖有限元模型的建立进行了研究,计算了压力容器盖在热、压力载荷作用下的温度场、应力及变形,并进行了热结构耦合分析,得到并分析了薄板结构的压力容器盖在实际工况下的应力场,校核了其安全性,为薄板承压结构更深入地分析研究提供理论参考.

多遇地震下桩-土-上部结构一体化有限元分析

以18层钢筋混凝土框架剪力墙结构为例,采用大型通用有限元软件建立了"正常设计"和"桩—土—上部结构共同耦合作用"的三维有限元分析模型,并将两种情况下计算结果进行了对比分析,分析结果表明高层建筑中考虑下部结构对上部结构的影响进行设计,会更加合理。

降雨入渗引起非饱和土边坡破坏的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元分析

为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等^([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑性本构模型,从而可以连续地描述在降雨入渗时土体由非饱和状态转化为饱和状态过程中力学特性的变化。同时用Green-Naghdi客观应力速率张量来考虑边坡失稳过程中的大变形问题。程序不仅可以模拟由于降雨入渗引起的水分迁移、孔隙水/气压力变化的过程,而且可以很好地反映出由于降雨入渗所引起的边坡变形、塑性剪切带形成等力学行为。选取室内边坡模型试验为研究对象,用所提出的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元程序来进行数值模拟,并与试验结果对比,验证了所提出的有限元数值方法的有用性。

柔性凸点热-结构耦合应力应变有限元分析

建立了芯片尺寸封装焊点的柔性凸点三维有限元分析(FEA)模型,对该模型进行了热-结构耦合有限元分析,研究了热-结构耦合条件下柔性凸点温度场和应力应变的分布规律,对比了有无柔性层结构的凸点内应力应变的大小,分析了柔性层厚度、上下焊盘直径对柔性凸点应力应变的影响。结果表明:柔性层结构有效降低了凸点内的应力应变;随着柔性层厚度的增加,凸点内最大应力应变减小;随上焊盘和下焊盘直径的增加,凸点内最大应力应变的变化无明显规律。

撬装式LNG加液站管道非线性热-结构耦合有限元分析

为分析-162℃和1.6 MPa内压下撬装式液化天然气加液站管道的应力和强度,采用UG建立几何三维模型并导入软件Ansys,分别模拟了加液、卸车和调饱和三种运行状态的温度场,然后进行非线性热-结构耦合分析,获得了整个管路的应力分布状况,同时确定最大应力位置并进行强度校核,并通过强度试验验证有限元法的可行性。结果表明各工况下管道应力符合极限应力要求,低温是产生管道应力的主要因素,法兰端面会出现应力集中。

基于热-应力耦合场有限元分析的不锈钢板翅结构性能研究

采用有限元分析中热-应力耦合场分析方式对不锈钢板翅片、隔板等组成的板翅式结构的换热器在高温条件下运行的工作情况,分析其产生的热应力和热变形。首先需要对板翅式换热器的结构单元建立一个二维模型,再计算高温流体换热的工作情况,使用数值模拟的计算方式。其次,将计算出来的结果作为初始条件导入结构分析单元,进行结构性能分析。分析过程中需要考虑不锈钢材料与母材之间存在的差异性,以及与焊缝结构之间存在的影响,得出最大应力的数值大小和存在的位置,然后分析在不同工作状况下翅片结构产生应力与应变结构性能。

某航空弧齿锥齿轮热-结构耦合有限元分析

根据传热学、齿轮啮合原理、摩擦学等基本理论,采用热-结构耦合理论以及有限元仿真分析方法,建立了某航空用弧齿锥齿轮副三维有限元模型,对弧齿锥齿轮副进行了结构载荷分析和整体热-结构耦合分析,并对结果进行对比分析。最后,采用KISSsoft机械传动设计分析软件对结果进行了对比分析和验证。结果表明,最大接触应力发生在啮合面上靠近齿顶处,近似呈椭圆形分布,由于本体温度场的影响,轮齿热-结构耦合分析最大接触应力相对静态接触应力和KISSsoft中的接触应力分别增加了5. 3%和7. 45%,说明有限元分析结果与KISSsoft解析结果的一致性,从而为弧齿锥齿轮副的结构优化和轮齿修形提供了理论依据。

基于动水及桩-土-结构相互作用的斜拉桥地震响应分析

为了得到更为符合实际情况的跨江大桥动力稳定性的地震反应分析,在桥梁抗震研究中必须综合考虑动水及桩-土-结构的相互作用。基于此,结合某斜拉桥,采用基于Morison方程的动水力简便计算方法来模拟水对桥梁下部结构的动水压力,通过大型有限元程序Midas/Civil分别建立了没有考虑动水及桩土效应和考虑动水及桩土效应两种情形下的计算模型,通过输入El-Centro波分析了动水及桩土效应对斜拉桥结构动力特性和地震反应的影响。分析表明动水及桩土效应对斜拉桥动力特性和地震反应的影响较大,因此在对跨江斜拉桥结构进行抗震分析时,应考虑动水及桩土效应对其动力反应的影响。

考虑水-饱和土场地-结构耦合时的沉管隧道地震反应分析

用理想流体介质模拟水层、流体饱和多孔介质模拟饱和土地层,在理想流体介质与流体饱和多孔介质相连接边界的连续条件基础上,结合已有的对理想流体介质、流体饱和多孔介质进行动力反应分析的显式有限元方法,开考虑地层与结构的动力相互作用,建立了进行水与场地、结构耦合动力分析的方法。利用该方法对沉管隧道的地震响应进行了研究,重点分析了水深、地质条件等因素对沉管隧道地震反应的影响,并从中得出了一些可供相关人员进行沉管隧道抗震分析时参考的结论。