金属“O”环强度可靠性的概率有限元分析

金属"O"环作为安全阀的静密封元件,要求具备极高的密封可靠性。论文基于ANSYS软件,采用弹塑性接触分析法建立了金属"O"环的有限元模型,分析了设计工况下"O"环的变形以及应力分布。以此为基础,利用ANSYS的结构可靠性分析模块PDS,对"O"环进行了强度可靠性的概率有限元分析计算。结果表明:循环模拟2000次可以足够满足精度要求;材料强度极限是最重要的随机输入变量,减小其分散程度,可提高"O"环密封结构的可靠性。

换热器可靠性三维热-力耦合概率有限元模拟

应用概率有限元Monte Carlo法、反应面法,基于三维热-力耦合(TMC)模型对换热器可靠性模拟中的一些核心问题进行了研究,发现直接模拟法能够更准确地模拟换热器整体结构可靠性。提出了复杂边界条件和TMC过程中诸多变量的不确定性处理技巧,通过定义多维表格数据函数,应用分段线性插值实现了随机变化温度边界条件施加;将疲劳寿命经对数变换后可提高模拟精度。工业换热器实例模拟计算表明:有限元随机模拟技术应用于复杂结构可靠性计算和疲劳寿命预测,能够给出完全再现实际结构服役载荷与材料、几何非均匀特性的高可信度结果。

数控铣床主轴系统动态刚度可靠性概率设计

针对数控铣床主轴系统是在变化复杂的、非简谐力的激励下振动,而与该振动特性密切相关的主轴滚动轴承的刚度又不是一个定值,而是载荷的函数的特点,以某数控铣床主轴系统为研究对象,基于概率有限元理论、瞬态响应有限元分析理论及轴承动刚度理论,将有限元分析软件ANSYS10.0中的瞬态响应分析方法与Monto-Carlo模拟方法相结合,对机床主轴系统进行了动刚度可靠性概率有限元计算,得出了在主轴系统中,对其动刚度影响最为敏感的几何因素是主轴前支承处的半径,其次是主轴前端半径以及对主轴系统动刚度影响最为敏感的刀具因素是铣刀杆的悬伸量,其次是铣刀杆半径的结论。

含铸钢节点钢结构的随机结构分析

利用等效弹性模量随机场来表征铸造缺陷的随机性,对含铸钢节点的钢管桁架结构进行概率有限元模拟,计算了结构整体性能对铸钢材料及钢梁钢管材料分散性的敏感度.然后,基于随机场局部平均理论,利用随机场网格描述铸钢节点缺陷概率分布随空间位置变化的特点,计算了结构整体性能指标对随机场离散后各随机变量的敏感度.最后,对随机场网格进行二次划分,得到能反映随机因素空间重要度的随机场网格,并大大减少了结构随机有限元计算的计算量.结果表明:含铸钢节点的钢结构的结构性能对铸钢材料弹性模量随机性的敏感度约为型钢钢管材料的3倍,铸钢材料的随机性是影响结构性能的重要因素;铸钢节点主管下侧受拉部位的材料对结构的刚度和稳定性影响较大,主管与支管相贯线部位的材料对结构强度影响较大,在跨尺度随机有限元分析中,相关区域在随机场网格细化和缺陷模型建立时应重点考虑.

Nonlinear finite-element-based structural system failure probability analysis methodology for gravity dams considering correlated failure modes

The structural system failure probability(SFP) is a valuable tool for evaluating the global safety level of concrete gravity dams.Traditional methods for estimating the failure probabilities are based on defined mathematical descriptions,namely,limit state functions of failure modes.Several problems are to be solved in the use of traditional methods for gravity dams.One is how to define the limit state function really reflecting the mechanical mechanism of the failure mode;another is how to understand the relationship among failure modes and enable the probability of the whole structure to be determined.Performing SFP analysis for a gravity dam system is a challenging task.This work proposes a novel nonlinear finite-element-based SFP analysis method for gravity dams.Firstly,reasonable nonlinear constitutive modes for dam concrete,concrete/rock interface and rock foundation are respectively introduced according to corresponding mechanical mechanisms.Meanwhile the response surface(RS) method is used to model limit state functions of main failure modes through the Monte Carlo(MC) simulation results of the dam-interface-foundation interaction finite element(FE) analysis.Secondly,a numerical SFP method is studied to compute the probabilities of several failure modes efficiently by simple matrix integration operations.Then,the nonlinear FE-based SFP analysis methodology for gravity dams considering correlated failure modes with the additional sensitivity analysis is proposed.Finally,a comprehensive computational platform for interfacing the proposed method with the open source FE code Code Aster is developed via a freely available MATLAB software tool(FERUM).This methodology is demonstrated by a case study of an existing gravity dam analysis,in which the dominant failure modes are identified,and the corresponding performance functions are established.Then,the dam failure probability of the structural system is obtained by the proposed method considering the correlation relationship of main failure modes on the basis of the mechanical mechanism analysis with the MC-FE simulations.

预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制研究

预应力张拉是确保预应力空间网格结构实现预期设计状态的关键,但施工误差的随机变异影响了张拉过程的可控性。为此,提出一种预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制方法。在考虑施工材料参数与几何参数误差的基础上,首先对基准结构模型进行概率有限元分析,获取误差结构响应与预张力控制方案的样本对;然后利用BP神经网络的非线性映射功能,以概率有限元分析结果为训练样本,构建结构响应与预张力控制值的关系模型;在实际的多阶段张拉过程中,基于前一阶段的实测结构响应数据,利用构建的神经网络关系模型预测下一阶段的张拉控制力。利用ANSYS软件的概率设计模块与MATLAB软件的神经网络工具箱,编制了反馈控制的实现程序,并针对预应力弦支穹顶结构的数值算例进行模拟分析。结果表明:利用建议的方法能够实现对预张力控制方案的动态调整,确保结构张拉完成时实现预期设计目标。利用一3 m跨弦支穹顶模型,通过误差可调节点对结构施加节点安装误差,基于实测结构杆件内力与节点位移,对结构模型的径向索张拉过程进行了索力反馈控制试验。结果表明:施工误差影响下,结构张拉完成时径向索力达到目标预应力值,验证了反馈控制方法的有效性。