基于“局部-整体”映射有限元的大型焊接结构变形仿真研究

大型焊接结构的制造成本高,生产周期长,其焊接变形的研究的主要问题是仿真计算效率低,计算周期长。以动车组铝合金侧墙为研究对象,根据实际的焊接工艺参数,采用物理试验与仿真热源校核对比的方法,对两种焊接接头进行热源模型模拟,给出较真实的热源模型,并建立两种接头的精细三维模型,进行局部模型的仿真计算,给出其纵向及横向的焊接残余应力的分布情况,基于'局部-整体'映射有限元法,提取接头三维局部残余塑变模型,并映射到整体薄壳模型,实现动车组铝合金侧墙的焊接变形数值模拟,仿真计算结果与物理试验测试结果基本吻合,证明该方法及仿真模型的合理性,解决了实际工程中大型焊接结构的变形计算问题,为进一步焊接变形的控制研究提供实用的理论依据。

采用局部-整体映射模型的壁板铆接变形预测

针对现有壁板铆接变形预测方法预测精度低、计算周期长的问题,提出了一种采用局部-整体映射模型的壁板铆接变形预测方法。依据壁板装配工艺流程分析,确定了引起壁板铆接变形的主要原因;结合增扩自由度法,解决了壁板铆接体-壳连接建模中的应力不协调问题,并用于构建壁板铆接局部-整体映射模型;基于局部-整体映射模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形预测。计算结果表明:在十钉铆接结构中,与全实体动态铆接模型相比,单钉的平均计算时间从55min降为15min,变形分布与大小基本相同;某壁板变形预测结果与实验结果相比,测量点的最大变形值偏差为0.062mm,平均偏差为0.01mm,相关性系数为0.898。该模型显著提高了计算效率,且具有有效性,为进一步铆接变形的控制研究提供了理论依据。

基于“局部-整体”映射法的焊接装配变形数值仿真

焊接的非平衡加热、冷却过程导致产生焊接应力与变形,而焊接残余变形是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。本文基于"局部-整体"映射法,模拟了局部模型为T形接头角焊缝的局部塑性应变,并把结果用于薄壁箱形梁的焊接装配变形数值仿真,同时对不同焊接顺序产生的残余变形情况进行了分析和探讨,并将预测结果与焊接工艺试验结果进行了对比验证,二者吻合很好,从而为研究焊接顺序对大型焊接结构变形的影响提供了一种方法。

高强等边角钢轴压杆局部-整体相关屈曲分析

采用ANSYS有限元软件,考虑初始缺陷和双重非线性,对25根高强等边角钢轴压杆的局部-整体相关屈曲进行了数值分析,得到其局部-整体相关屈曲的极限承载力。分析了不同的肢件宽厚比及屈服强度对局部-整体相关屈曲的极限承载力的影响,利用相关屈曲法推导了高强等边角钢轴压杆的相关屈曲建议公式。分析结果表明:相关屈曲建议公式具有合理性,可为今后的工程设计提供参考。

基于“局部-整体”映射法的大型焊接构件装配变形数值分析

大型复杂薄板类焊接结构件焊道多、热输入大、焊接时间长,进行三维非线性瞬态焊接仿真计算周期长、效率低,无法应用于工程实践,本文应用"局部-整体"映射法对汽轮机低压缸子部套大型薄板结构件进行了装配变形数值分析。开发了基于Sysweld软件HSF模块的双侧角焊缝热源模型;建立了局部结构的有限元模型并进行了瞬态非线性塑性应力分析;将宏单元装配映射到整体的薄板焊接构件中,在Pam-assembly中对整体构件进行弹性变形计算;并对焊接工艺顺序进行了优化。计算结果为大型薄板类板筋焊接构件完整性设计、制造工艺方法的选择,以及运行中的安全评定提供技术指导和理论支持。

含裂纹有限结构的局部-整体分析

基于局部－整体分析法用有限元研究了有限结构内含穿透裂纹的Ｉ型断裂问题。作为局部分析，给出了有限结构内穿透直裂纹尖端区域应力场的渐近表达式，并以此为位移模式构造了高阶奇异元，代替通常有限元分析中裂纹尖端的稠密网格。文中以中心穿透裂纹板结构为例细致地讨论了有限结构的有限尺寸效应，讨论了结构厚度结构长度对应力强度因子的影响。

基于局部-整体相关特征的多单元化工过程分层监测

针对一类多单元化工过程的监测问题,提出基于局部-整体相关特征的分层故障检测与故障定位方法,通过表征单元内部变量相关性、单元与单元间相关性、局部单元与过程整体相关性,对过程运行状态进行判断,以提升过程监测的准确性与可靠性.首先,采用典型相关分析,通过引入邻域单元相关变量提取每个单元的独有特征和外部相关特征;其次,对每个单元的独有特征和所有单元的外部相关特征建立统计模型实现分层故障检测;然后,建立单元-变量分层贡献图,对故障单元以及故障变量实现分层定位.通过在Tennessee Eastman仿真过程和一个实验室级甘油精馏过程中的应用说明所提分层监测方法的有效性.

高强钢焊接工字形截面压弯构件局部-整体相关屈曲分析

采用有限元法分析了Q460钢腹板高厚比超限(h w/t w=60,70,80,100,120)的焊接工字形截面压弯构件的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和相对偏心率对其屈曲性能的影响,提出了计算Q460钢压弯构件局部-整体相关屈曲极限承载力的修正公式。研究表明,有限元法能很好地分析腹板高厚比超限的工字形截面压弯构件非线性屈曲性能;腹板高厚比增大,极限承载力提高,腹板屈曲后强度保持能力增大,延性增大。相反,翼缘宽厚比增大,构件极限承载力减小,腹板屈曲后强度保持能力减弱,延性降低;长细比增加,构件刚度明显减小,极限承载力降低,但延性却增大;相对偏心率增大,弯曲变形起主导作用,跨中挠度急剧增加,而轴力的变化相对变缓。提出的修正公式计算结果与有限元结果吻合很好。

基于局部-整体有限元法的薄壁筒焊接变形计算

焊接变形会对焊接件的应用造成很大影响,进行结构件焊接变形的高精度和高效率预测具有重要的工程意义。该文针对大型薄壁圆筒件,应用局部-整体映射法对其环焊缝的焊接过程进行了有限元分析,得到了3种不同焊接顺序下的筒体变形结果。计算结果表明:相比于环缝一段焊和环缝两段焊,对环缝分成四段焊接情况下圆筒变形量最小,其数值相比于环缝一段焊减少约17%。将局部-整体法计算结果与热弹塑性法和实验方法所得结果进行了对比,三者吻合较好,但局部-整体法的计算用时仅为热弹塑性法的约1/6。

心理疲劳对射击运动员整体-局部加工的不同影响

采用整体—局部任务范式,通过事件相关电位技术(ERPs)同时结合问卷测量,考察心理疲劳对射击运动员整体加工和局部加工产生的影响。12名射击运动员参加实验。首先通过目标追踪任务诱发心理疲劳,然后使用心理疲劳问卷评估心理疲劳程度,再让被试进行整体—局部加工任务。结果发现:(1)目标追踪任务能够有效地诱发心理疲劳;(2)射击运动员完成整体知觉任务的反应时更快,准确率更高;(3)在心理疲劳状态下,射击运动员对整体知觉任务中一致条件的反应更快,准确率更高,在额区和中央区引发的N2、P3波幅更高;但是,对局部知觉任务中一致和不一致条件的反应时和准确率以及N2、P3波幅之间的差异不显著。这些结果表明,心理疲劳对整体和局部加工有着不同的影响。整体加工相对自动化,受心理疲劳的影响较小,而局部加工依赖于有意搜索,受心理疲劳的影响较大。研究揭示了心理疲劳对于注意的局部加工的影响及其神经关联,对未来射击运动员特定干预措施设计具有启发意义。

儿童整体-局部加工中的负启动现象

采用2种元素疏密程度的复合数字刺激和启动范式,7岁和11岁2个年龄组的小学生分别在注意整体水平和注意局部水平的条件下对探测刺激进行选择反应。结果发现元素疏密程度可以影响知觉优先,而知觉优先与整体局部水平间的负启动之间没有一致的发展关系,说明与负启动有关的注意分配机制可能比知觉组织发展的晚。

基于整体-局部统一滑动模型的叶片缘板阻尼器减振特性分析

文章通过在干摩擦接触面间引入弹性塑料剪切层来模拟摩擦接触,建立了整体-局部统一滑动摩擦模型。根据一次谐波平衡和等效线性化法计算等效刚度和等效阻尼2个干摩擦因子,用弹簧阻尼单元(包含2个干摩擦因子)模拟干摩擦力,建立了更为贴近工程实际的B-B型缘板阻尼叶片有限元模型。最后用谐响应分析及迭代的方法对系统进了求解,得到了缘板阻尼器设计中关键参数对叶片减振效果的影响规律。文中结论为工程中缘板干摩擦阻尼器设计提供了重要参考。

基于整体-局部技术的鼠笼式弹性支承疲劳强度分析

基于M sc.Patran/Nastran有限元分析软件,使用从整体到局部的有限元分析方法,对某型航空发动机减振用鼠笼弹性支承进行了疲劳强度分析。该分析方法克服了传统方法中对有限元模型的规模与精度难以兼顾的缺点,为分析工程中复杂构件的强度提供了1条新的思路。

整体-局部条件下的数字加工研究

以局部阿拉伯数字组成整体阿拉伯数字为实验材料,采用数字大小比较任务来探讨在数字加工任务中的整体-局部的干扰效应。实验结果是,数字大小一致反应比不一致反应加工要好;整体与局部之间存在双向干扰,没有发现整体加工优势。文中最后讨论了整体-局部的复杂加工情况。

基于整体-局部技术的结构形状优化策略

针对大尺度结构局部形状优化设计中的求解效率与精度之间的矛盾,提出了一种基于整体-局部技术的结构形状优化方法。首先,分析并讨论了是否考虑对切割边界的边界条件进行修正的两种优化方案的优缺点。然后,提出了一种将整体-局部技术与无梯度优化法相结合的双循环优化程序。最后,通过一系列实例对双循环优化程序的实用性、效率和结果精度进行了验证分析。结果表明,提出的基于整体-局部技术的结构形状优化策略对解决大尺度结构局部形状优化问题,无论是在计算效率还是在结果精度方面,都具有很好的效果。

考虑横法向热应变的C^0型整体-局部高阶层合梁理论

通过考虑横法向热变形,本文建立了预先满足层间应力连续的C0型整体-局部高阶层合梁理论,并用于分析复合材料层合梁热膨胀和热弯曲问题。虽然考虑了横法向应变,不增加额外的位移变量。此理论位移场不含有横向位移一阶导数,便于构造多节点高阶单元。基于虚功原理推导了复合材料层合梁平衡方程,并分析了简支多层复合材料梁热膨胀和热弯曲问题。数值结果表明,建立的模型能准确分析复合材料层合梁热膨胀和热弯曲问题,忽略横法向应变的理论分析热膨胀问题误差较大。

增强型整体-局部高阶理论四边形单元层合板自由边分析

基于增强型整体-局部高阶理论,构造了四节点四边形单元并分析复合材料自由边拉伸问题。本理论预先满足层合板面内位移和层间应力连续条件及层合板上下自由表面条件,未知变量个数不依赖于层合板的层数。精化四节点四边形单元满足单元间C1弱连续性条件。数值结果表明,基于增强型整体-局部高阶理论构造的四边形单元能够精确分析自由边拉伸问题。层间横向剪切应力能够直接从本构方程中计算得出,而横向法应力则需在一个单元内使用局部三维平衡方程。

基于整体-局部高阶剪切理论的层合板多体系统的动静力学分析

基于高阶剪切理论,推导了整体-局部1,2-3高阶位移模式.在满足层间位移连续,层间剪应力连续,以及上下表面自由的条件下,层合板每个节点的独立变量变为13,并且不随层合板层数的增加而变化.在此基础上将整体-局部1,2-3高阶位移模式推广到刚-柔耦合层合板多体系统,利用混合坐标法,基于虚功原理,建立了考虑层合板层间应力连续的多体系统动力学方程.通过静力学算例,验证了整体-局部1,2-3高阶位移模式的准确性,得到了层合板层间应力沿着厚度的分布情况.通过多体系统动力学算例,对比了传统方法的计算结果,揭示了本文方法与传统方法在计算层合板多体系统中层间应力的差异,说明了刚-柔耦合层合板多体系统考虑层间剪应力连续的必要性.

Reddy型整体-局部高阶理论及复合材料层合板静力分析

基于Reddy型整体-局部高阶理论,推导了双正弦载荷作用下复合材料简支层合板解析解。整体位移部分采用Reddy理论的位移模式,局部位移为整体-局部高阶理论的局部位移。发展的理论满足自由表面条件、层间位移和应力连续条件,且仅有7个未知变量。通过虚位移原理推导在双正弦载荷作用下复合材料层合板的平衡方程,进一步得出简支层合方板解析解。基于发展Reddy型整体-局部高阶剪切变形理论,分析了复合材料层合板的静力问题,并与已有文献结果对比。数值结果表明,发展的Reddy型整理-局部高阶剪切变形理论可以准确计算位移和应力。

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲试验研究

通过13个Q460C、Q550D和Q690D钢中长柱的双向偏压试验,研究了高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的局部-整体相关屈曲性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲规范以及新提出的计算公式的计算结果相比较,以验证它们对高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部-整体相关屈曲计算的适用性。结果表明,在钢材名义屈服强度fy=460~690 MPa,板件宽厚比b/t=40~70,构件长细比λ=45~79,偏心距ex=ey=20~45 mm范围内,美国规范ANSI/AISC 360-16对较大长细比(λ=79)和Q690D钢较小宽厚比(b/t=40)试件的计算结果偏于保守;欧洲规范BS EN 1993-1-1对较小板件宽厚比(b/t=40)试件的计算结果偏于保守,对其余试件是安全的;使用新提出的有效屈服强度法所得到的计算结果和试验结果吻合良好;新提出的有效截面法对大部分试件的计算结果偏于保守。