7FDL-16柴油机气缸盖热结构耦合应力分析

通过CATIA软件进行三维建模,利用Space Claim模块提取流体域,在Fluent模块设置流体边界条件并仿真流动,先后导入Ansys Workbench稳态热和静应力分析模块,设置热边界条件和应力载荷,得到气缸盖的温度场以及热结构耦合应力分布云图。热结构耦合应力分析可得:热应变最大处在火力面鼻梁区,最大变形量为0.002 1 mm,应力最大处在两排气门之间的鼻梁区,最大应力值为398 MPa,安全系数为2.71,满足实际结构工作的要求标准。

基于ANSYS的纤维改性压力容器的耦合应力分析和结构优化设计

为了满足天然纤维改性处理系统的特殊要求,以实际工程为例,运用Solidworks三维软件对天然纤维改性压力容器进行了参数化设计并建立方针分析模型,采用ANSYS分析软件对压力容器进行压力应力-热应力耦合分析和结构改进设计。获得了可靠、精确的分析结果,通过对仿真数据的分析,对天然纤维改性压力容器应力集中处增加容器壁厚和在罐体内添加加强圈,使得压力容器的最大应力和最大变形量满足设计要求,使材料得到了有效利用,满足了系统的使用要求。

O形橡胶密封圈的热应力耦合分析

研究原油高温热采工具O形橡胶密封圈在高温高压下的密封特性。借助于大型有限元分析软件ANSYS,建立O形橡胶密封圈及其边界的二维轴对称有限元模型,研究油压、装配间隙和摩擦因数对密封面最大接触应力、剪切应力和Von Mises应力的影响,并采用热应力耦合分析方法,分析温度对O形密封圈密封性能的影响。结果表明:摩擦因数对应力影响不大,而油压和装配间隙对应力影响很大,过大的装配间隙会造成O形橡胶密封圈最大接触应力下降和最大剪切应力上升,造成密封失效;当温度升高时,密封圈最大剪切应力和接触应力相应减小,而最大Von Mises应力明显减小,因此应使O形密封圈在适当的温度下工作,以确保密封的可靠性。

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明:当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。

各向异性岩应力-渗流耦合问题的反分析

在岩土工程实践中对于诸如各向异性岩体的应力-渗流耦合分析等复杂问题,建立用于同时确定多类参数的反分析方法具有重要意义。以位移量测信息为基础信息,对基于复变量微分法的优化算法(Levenberg-Marquit法)引入异步长因子矩阵Y(k),建立同时反演确定初始地应力、围岩性态参数和渗透系数的协同优化变步长反演算法。对不同的参数借助搜索迭代过程,确定不同的步长因子系数。异步长因子矩阵可使在峰值附近不收敛的参数重新选择搜索方向,使其收敛至精确值。算例表明,异步长因子矩阵可成功地用于协调各类参数敏感性之间的差异,从而有效改进多参数耦合反演的收敛性和收敛速度,使算法具有更好的适应性和有效性,为岩土工程的复杂问题的求解提供一种方法。

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。

降水对桥基影响的三维渗流-应力耦合分析

近邻桥梁进行降水施工时,地层的固结变形导致桥梁基础变形,当桥梁的基础变形过过大时,可能危及桥梁的安全和正常运行。为了预测降水过程中桥梁基础的空间响应和评估其安全状态,建立三维非饱和渗流–应力耦合分析数学模型,同时,运用ABAQUS软件,建立地层、地下水、桥梁相互作用的三维有限元模型。采用直接耦合分析方法,对近邻桥基进行降水施工时的动态降水过程进行三维仿真模拟。模拟结果表明,水位下降10m时,降水所引起的地表最大沉降值为21.37mm,桥基的最大沉降值为19.56mm,相邻桥基的差异沉降不到2mm,表明降水期间桥基没有安全隐患,现有的降水方案是可行的。通过将沉降计算值与现场量测值比较分析,两者数据吻合较好,表明所提出的计算模型和分析方法是合理的,可为类似问题的研究提供了借鉴和参考。

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上,把裂隙岩体看作是离散网络模型,分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性,建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型,并推导了控制方程.对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究,提出了渗流场应力场耦合的分析模型,推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式.

电视导引头光学整流罩的瞬态热应力耦合分析

导弹在高马赫速度飞行时,电视导引头的光学整流罩的外表面温度会不断增加,随着温度的增加,导引头将发生热变形。导引头的变形最终导致成像质量下降。为解决上述问题,利用热应力耦合分析方法,将电视导引头的瞬态热度场与瞬态应力场的耦合过程进行了研究。采用APDL语言进行二次开发,完成了光学整流罩的瞬态温度场与瞬态应力场的耦合分析。结果表明,整流罩能满足实际工况需求。通过仿真,在提出电视导引头设计时需要考虑在第一材料段与第二材料段之间使用一些柔性连接,为类似的瞬态热应力耦合分析提供了借鉴。

土-地下结构相互作用的三维弱耦合有效应力分析法

地震波传播至土-结构接触界面时会发生反射与透射现象,结构周围土体处于往复剪应力和正应力差耦合的三维循环剪切状态。采用三维等效剪应变算法和加卸载判据将一维Davidenkov非线性滞回模型与剪切-体积应变耦合的孔压增量模型拓展至三维应力空间。考虑循环加载过程中土骨架循环刚度退化与超静孔隙水压力增长的耦合关系,建立了三维应力空间中的弱耦合有效应力分析法。基于ABAQUS显式求解器,实现了该有效应力算法,可应用于大型三维可液化场地中的土-地下结构体系非线性地震反应分析。针对已完成可液化场地三层三跨地铁车站结构试验开展数值模拟,结果表明:超静孔隙水压力的累积导致土的性状变化显著影响土-地下结构动力相互作用,数值模拟得到的土-结构接触界面能量聚焦时刻以及该时刻对应的瞬时卓越频率与振动台试验结果均吻合较好,提出的三维弱耦合有效应力法能较为理想地反映振动台试验中土-地下结构动力相互作用特性。土骨架有效应力水平显著影响超孔压比的发展规律,振动台不完备的密度相似比设计会造成模型结构周围地基土与原型的超孔压比分布规律存在差异。

淋溪河水电站大野坪滑坡体渗流应力耦合分析

软弱夹层的渗流、应力耦合作用是影响滑坡体稳定性的主要因素。为正确评价含软弱夹层的大野坪滑坡体的整体稳定性,基于Biot固结微分方程,采用虚位移原理,按照Goodman单元的形成格式,引入Desai单元控制嵌入的思想,构造了二维4节点耦合薄层单元,给出了能够模拟滑坡体蠕变特性的弹黏塑性本构模型,编制了相应的有限元程序,并用孔压实测数据检验了程序的正确性。同时,对大野坪滑坡体处于正常蓄水位和水位骤降两种工况的渗流场、应力场进行了非线性有限元耦合分析。结果表明:正常蓄水位,滑坡体处于稳定状态;而水位骤降工况,使滑坡体中前部孔隙水压力、位移、剪应力水平等均有大幅度地提高,塑性区沿着软弱夹层向上也有较大发展,致使滑坡体有可能沿着软弱夹层在中前部发生局部折线滑动,对滑坡体的稳定性极为不利。最后,采用刚体极限平衡法,对耦合分析的结果进行校核,两者结论一致。该研究成果为全面评价淋溪河水电站建设的可行性提供了重要的理论依据,建立耦合单元研究软弱夹层耦合特性的方法,为其他含软弱夹层的滑坡体的稳定性评价提供了有益的借鉴。

隧道降水施工地表沉降的渗流-应力耦合分析

根据有效应力分析方法,建立了弹塑性渗流–应力耦合分析理论模型;采用流体体积方法方法来跟踪非稳定渗流场的动态自由水面,开发相应的数值模拟分析程序;并对某地铁隧道工程的动态降水过程和开挖过程进行仿真模拟,对降水和开挖过程中的地表沉降进行重点分析,得出动态变化的地表沉降曲线,通过将地表沉降计算值与现场量测值比较分析,两者数据吻合较好。研究结果表明,降水的影响半径约为30m,降水所引起的地表最大沉降值约为23mm,左右隧道施工完时地表最大沉降值约为43mm,施工期间周围建筑物和地下管线均无安全隐患。而通常采用30mm的控制标准,说明城市地铁工程的沉降控制基准要视具体的工程环境条件而定,这为该工程和类似工程施工提供了依据和参考作用。

焊接残余应力的温度-组织-应力耦合分析

在应变加和分解式的基础上,通过引入相变应变增量描述模型,采用均匀化方法对多相组织力学行为进行描述,构建可以对温度-组织-应力耦合关系进行表征的模型,并将该模型应用于对9Cr1Mo钢管道环焊缝接头焊接残余应力的分析中.结果表明,在数值模拟中,使用三维有限元模型进行计算,计算结果很好的体现了在焊接过程中马氏体相变随热源移动逐渐进行的过程.在对焊接残余应力的表征上,无论是在残余应力沿管道轴向分布的特征,还是在具体的残余应力水平上,三维有限元计算的结果均与实际测量结果取得了较好的吻合.

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。

考虑应力-挠度耦合效应的连续刚构体外束合理加固时机研究

体外预应力加固时机的选择是否合理将对结构承载能力、使用性能的提升及全寿命周期成本产生显著影响。为解决以上问题,以某体外束加固连续刚构桥为依托工程,通过计算在不同初始挠度下体外束加固前、后结构最大主拉应力、挠度增量,确定主要控制参数取值范围。基于加固前后最大主拉应力-挠度耦合分析,以主拉应力限值为控制指标,从挠度控制的角度提出了体外束合理加固时机。结果表明,当体内预应力损失在10%以内,结构最大主拉应力、挠度增量变化较大,加固后最大主拉应力,挠度变化曲线趋于平缓,结构最大主拉应力、挠度近似呈正相关。以1.2 MPa为最大主拉应力控制指标,依托工程体外束合理加固时机为跨中挠度77 mm时,且体内预应力损失小于10%。

渗流-应力场耦合作用下苏州工业园区某地下车库基坑的变形分析

地下水渗流对基坑变形的影响成为当前研究的热点,以苏州工业园区某地下车库基坑为例,采用ABAQUS模拟基坑开挖及支护过程,分析基坑开挖过程中的变形及渗流场规律。结果表明:在开挖间歇期的坑外地表沉降量均比同期开挖结束后的沉降量要小,而基底隆起量比同期开挖结束后的隆起量要大。每步开挖间歇结束时,围护墙的水平位移有所减小。随着开挖的进行,围护墙周围的水头等势线越来越密,地面沉降形状为下凹的盆地形状。

非饱和多孔介质应力渗流耦合分析研究

非饱和多孔介质进行应力场渗流场耦合分析时引入多孔介质有效应力原理,探究有效应力参数的确定。根据弹塑性理论,得到应力平衡方程,继而得到应力场方程。根据孔隙介质的连续性方程,得到渗流场方程。在以上控制方程组的基础上,加上定解条件,建立完整的非饱和多孔介质应力场渗流场耦合分析数学模型。通过土石坝的案例分析,得到数学模型在工程应用中的合理性。

压力锅体有限元热应力耦合分析

压力锅的安全性关系到人们的生命财产,利用大型非线性有限元分析软件MSC.Marc对结构压力锅体进行热-应力耦合有限元分析,模拟热工作工况和试验工况,得到锅体的应力分布情况,校核压力容器在热工作环境和压力环境下的强度,得出计算模型能够满足压力锅工作安全的需要。

裂隙岩体非稳定渗流场与应力场耦合分析研究

渗流分析对大坝安全稳定具有重要意义,在进行大坝工程设计时,必须建立坝基中的渗流与应力的相互关系更能符合实际情况。文章基于裂隙岩体等效连续介质渗透原理,建立大坝二维有限元模型,有限元计算分析分布密集型岩体裂隙的二维非稳定渗流场与应力场耦合现象,提出在实际工程中考虑渗流应力耦合必要性和合理性。

裂隙岩体渗流场与应力场动态全耦合参数反演

考虑到裂隙岩体渗流和力学行为的发生与发展往往是一个动态过程,同时现场观测资料也是一个动态的时间序列,为能及时利用现场量测的新增信息使参数反演更为合理,基于求解非恒定渗流场与弹性位移场动态全耦合正分析理论与方法,应用建立的混合遗传算法作为优化算法,同时利用水头、位移等多类型动态观测资料,建立了裂隙岩体渗流场与应力场动态全耦合的参数反演思路。为避免在耦合反问题中由于利用多类型量测资料所带来的量纲问题,采用了各时刻水头、位移的相对值来构造量纲一的目标函数。待反演参数同时考虑了力学参数与渗流参数两种类型,包括岩块的弹性模量、各组裂隙的切向与法向刚度系数、各组裂隙的初始等效渗透系数等。最后以一简单裂隙岸坡为算例,针对库水位快速上涨情况,以各时刻的动态全耦合正分析结果作为"假想"的实测数据,进行动态全耦合参数反演。反演结果表明,利用不断新增的实测资料可提高反演精度,最终获得的参数反演解与理论解吻合很好。