计及接触非线性的钢丝编织增强软管精细化有限元建模方法

聚四氟乙烯软管是一种用于航空发动机管路中的钢丝编织复合柔性软管,为了较为准确预测其疲劳寿命,需要建立有效的力学模型。针对以往研究未考虑编织层间接触状态影响软管力学性能等不足,提出根据软管多层结构参数建立钢丝尺度精细化有限元模型的方法,该模型可计算编织层间的接触状态、钢丝间的摩擦应力和软管力学性能的非线性变化。通过应变测量实验验证了模型的有效性,在压力载荷下,软管呈径向膨胀轴向缩短变形状态,中间区域应变基本一致,且应变以周向为主,轴向为周向的20%~30%。在0~20MPa工作压力范围内,由于编织层接触状态的改变,软管表现出3种不同的力学性能,压力从3MPa增加到4MPa过程中,编织层逐渐发生接触,编织层应变、应力曲线出现转折点,而内管和橡胶层转折点略迟于编织层。

扣件刚度非线性对波磨区轮轨瞬态滚动接触行为的影响

WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建立考虑扣件刚度非线性特征的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究刚度非线性对车轮与钢轨波磨间高频动态响应及瞬态接触行为的影响,并重点分析了波磨工况下时频域内轮轨接触力、轴箱加速度的变化信息.结果表明:扣件非线性对轮轨接触力变化影响明显,主要表现为车轮行驶至扣件前端时强振动导致橡胶垫板表现为柔软特性使轮轨接触力减小,车轮行驶至扣件上方时在轴重作用下振动减弱表现为刚硬特性使轮轨接触力增大,轮轨力变化差异最大达到13.1%.

地下厂房岩锚梁接触面非线性有限元模拟方法

地下厂房岩锚梁接触面是岩锚梁整体结构薄弱环节,建立合理的接触面模拟方法是岩锚梁有限元数值分析的重要内容。针对地下厂房岩锚梁与围岩接触问题,分别构建模拟岩锚梁与围岩接触面非线性特征的有限元数学模型和力学模型。在Desai薄层单元基础上,推导岩锚梁接触面单元有限元数学模型,该数学模型形式简单,便于有限元计算;结合非线性弹性理论和弹塑性理论,提出岩锚梁接触面3维非线性力学模型,该力学模型能够模拟岩锚梁接触面弹性阶段的非线性现象和塑性阶段的损伤软化现象。针对岩锚梁接触面闭合、张开、剪切滑动等变形特征,提出考虑接触面黏结、开裂、滑移现象的分段式抗滑安全系数。详细论述了所提模型的有限元实现方法,并据此编写了有限元程序。将本文模型应用于某地下厂房岩锚梁有限元分析计算中,与接触面等效连续模型相比,所提模型计算得到的岩锚梁梁体应力稍小,荷载更多的是由长锚杆承担,梁体的整体变形量增加了2~3 mm,说明接触面的存在使得岩锚梁整体稳定性降低,岩锚梁接触面处的安全系数也稍小,局部出现拉裂损伤,与实际工程岩锚梁接触面开裂现象相吻合,说明所提模型能够合理反映岩锚梁接触面非线性接触特征。为地下厂房岩锚梁稳定分析提供了一种有效的有限元分析方法。

质量缩放方法在非线性岩石切削有限元数值模拟中的应用

阐明了质量缩放基本原理,应用有限元软件Abaqus CAE显式动力学方法对不同缩放系数下的非线性岩石切削问题进行了多组数值模拟分析。明确了建模过程和模拟方法,从计算时间、能量、岩石破坏情况3个角度对数值模拟结果进行了统计与分析,进一步揭示了质量缩放方法原理,确定了质量缩放方法在本问题中是适用的,证明了应用质量缩放方法能够有效提高计算速度,但是缩放系数并不是越大越好,而是要根据实际情况综合考虑,使其能够达到兼顾计算速度和计算精度的目的。

超深基坑地下水疏干效果的非线性有限元模拟及试验研究

以北京市某超深基坑工程为例,基于Midas GTS NX软件对地下水疏干效果进行非线性有限元模拟,并针对实际案例开展了试验研究。研究结果表明:采用Midas GTS NX软件进行建模非线性有限元分析,可以对地下水疏干效果进行有效模拟;TRD工法施工的闭合环帷幕止水效果总体良好,针对相应于第二含水层深度段存在微小渗漏问题,可在后续帷幕施工中严格控制搅拌均匀度来加以解决,相关结论对类似工程项目具有一定的借鉴意义。

油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟

基于多孔介质流-固耦合的控制方程,推导了相应的非线性增量有限元列式,并采用以节点位移和孔隙压力为自由度的黏结单元来模拟水力损伤造成的预设裂缝的起裂和扩展,在此基础上建立了油井水力压裂的有限元模型。在该模型中考虑了压裂液的黏性系数和支撑剂的体积浓度随时间变化,所有参数均采用现场压裂的数据。通过数值模拟,得到了缝口压力、射孔孔眼摩阻、沿程摩阻、井筒内液柱静水压力和地面井口压力随压裂时间的变化规律,并给出了"压裂作业三条线",模拟得到的"压裂作业三条线"与现场压裂实测结果吻合良好。

O形密封圈密封性能非线性有限元数值模拟

利用ABAQUS软件建立海底采油设备用O形密封圈轴对称模型,对其在不同压缩率、不同油压时的Von Mi-ses应力及密封面接触压力分布规律进行探讨,确定O形密封圈材料易失效位置;分析压缩率和油压对O形密封圈最大Von Mises应力、最大接触压力及最大接触压与油压压差的影响。结果表明:O形密封圈最大Von Mises应力、密封面最大接触压力随压缩率和油压的增加而增加,且O形密封圈在中低高压下的密封能力高于超高下的密封能力,为海底采油设备用O形密封圈的结构设计及选型提供相关参考。

唇形橡胶密封圈非线性接触有限元分析

借助于大型非线性有限元分析软件ABAQUS,对自行设计的非标准件唇形橡胶密封圈进行了三维装配体非线性接触有限元分析,对唇形密封圈在不同初始过盈量和油压下的变形与应力情况进行了分析研究。结果表明:最大接触应力随着初始过盈量增加而增加;在不同油压作用下,最大接触应力始终大于油压,满足唇形圈的密封条件,并经实践检验,证明有限元分析结果是正确的。

糯扎渡水电站1^#导流隧洞三维非线性有限元开挖模拟分析

糯扎渡水电站1#导流隧洞开挖经过F3断层,开挖过程中,F3断层影响带附近的岩体力学参数直接控制着围岩的变形和应力分布。为了评判后续Ⅱ,Ⅲ层开挖围岩的稳定性,首先利用隧洞第Ⅰ层开挖的位移监测数据反演出F3断层附近围岩的岩体力学参数和初始地应力场;然后,利用反演得到的初始地应力场和岩体力学参数进行Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ层开挖模拟分析,得到了F3断层附近围岩的应力变形情况。计算结果表明:随着开挖的不断进行,隧洞F3断层周围岩体的约束逐渐解除,围岩的应力逐渐增大,隧洞周边的位移也不断增大,并且隧洞周围应力变形在F3断层中心区域有明显的错动现象,说明F3断层对隧洞的开挖影响比较大,有必要对此区域后期变形加强观测和分析。

高水头平面闸门P型水封非线性有限元模拟

建立了高水头平面闸门P型水封的非线性有限元模型,对其止水过程进行了模拟。模型中考虑了水封橡胶材料的非线性和不可压缩性、高水头作用下水封大变形导致的几何非线性以及水封与压板、水封与止水座板的接触非线性边界条件。通过非线性有限元分析,得到了P型水封的接触应力、接触宽度等情况,研究了P型水封的变形特性及止水性能,并分析了水封头部半径对P型水封变形特性及止水性能的影响,为实际工程中P型水封的设计提供有益的指导。

过盈配合应力的接触非线性有限元分析

基于非线性有限元软件 MARC,提出过盈配合应力的动态和静态两种有限元分析方法 ,并以铁道车辆某高速轮对组装的过盈装配为例进行了有限元仿真计算 ,比较了两种方法的计算结果 ,分析了过盈量、摩擦系数、形状误差对装配应力的影响 。

共轭断层系统的非线性有限元模拟与震群模型讨论

采用断层摩擦接触的非线性有限元模拟方法,对单断层与交叉断层2种断层模型分别进行数值模拟计算对比,结合中国大陆双震或震群型地震孕育发生的构造条件对共轭断层系统的孕震与发震机理进行了讨论与分析。断面滑动摩擦机制较好地解释了共轭断层由闭锁状态进入发生地震的滑动状态的过程,共轭断层系统会交替地发生失稳事件,验证了2组共轭断层系统构成的地震模型的滑动习性。其数值模拟与讨论分析结果可为共轭断层发育区的地震监测预报提供科学依据。

轮胎与地面接触问题的非线性有限元分析

考虑轮胎的材料非线性、几何非线性、橡胶帘线复合材料各向异性、以及橡胶材料本身的不可压缩特性等 ,分析了 9.0 0R2 0子午线轮胎静态下与地面的接触问题 ,考察了不同下沉量、不同内压及静摩擦系数等因素对轮胎静态接地面内应力应变场的影响 ,得出了对工程设计有指导意义的结论。

回转窑轮带在受接触力时的非线性有限元仿真

用有限元非线性分析方法,建立回转窑轮带和托轮接触有限元分析模型;并通过编程计算出轮带和托轮的最佳接触刚度;通过仿真,可绘出整个轮带的应力分布图和变形图。与理论算法比较,此方法所得结果更直接,观察结果更方便,且与理论结果很相近。

风力发电机主轴的非线性接触有限元分析

使用非线性接触有限元方法对风力发电机主轴零件进行结构分析。模型模拟了轴承和轴套对主轴的非线性支承条件以及轴承的调心转动,给出静强度和疲劳寿命计算结果。分析结果表明,该主轴的强度、刚度和疲劳寿命满足设计要求。

子午线轮胎接触变形的非线性有限元分析

建立了9.00R20子午线轮胎的有限元分析模型 ,从轮胎的材料非线性、几何非线性、橡胶帘线复合材料的各向异性 ,以及橡胶材料的不可压缩性等方面探讨了轮胎与地面的静态接触问题 ,分析了下沉量、充气压力及静摩擦系数等对轮胎静态接地面内应力应变场的影响。结果表明 ,在一定的充气压力下 ,随着下沉量逐渐增大 ,轮胎接地形状从圆形逐渐变为椭圆形、矩形 ,接地区应力分布由内高外低逐渐变为内低外高 ;静态接地时的摩擦力呈对称分布 ,但摩擦力并不大 ;带束层和胎圈在接地区域的应力较高 ,充气压力对发生翘曲时的下沉量有影响 ,随着充气压力的升高 ,对应的下沉量降低 ;下沉量相同时接地面内的最大应力随充气压力的升高而增大。

大跨度举高消防车底架支腿接触非线性计算及试验验证

针对传统大跨度举高消防车的底架支腿之间接触区域应力较难准确评估的问题,基于接触非线性计算方法对某款大跨度举高消防车底架支腿的接触区域强度进行有限元分析,通过对典型位置的仿真结果与实车测试结果进行对比,验证了接触非线性计算的准确性,为底架支腿的轻量化设计提供了新思路,可广泛应用于大跨度举高消防车优化设计中。

减振器节流阀非线性特性的有限元模拟分析

探讨汽车筒式液阻减振器节流阀非线性动态特性的有限元分析方法。利用ADINA有限元分析软件分别建立板阀型节流阀的结构动力学模型和流体动力学模型 ,并利用其液—固耦合分析模块 ,对此耦合模型进行瞬态响应分析 ,得到阀的非线性节流特性、阀板的动态运动响应以及节流阀内流场特性。模拟计算结果与实验结果具有较好的一致性 ,节流阀在工作时开度很小 ,液体压力场具有强不均匀性 ,液体对阀板的作用力也具有不均匀性 ,板阀型预载阀的节流特性接近于线性 ,节流通道在大流量下对节流阀的特性有较大影响。

滚动轴承接触的非线性有限元分析

利用MSC.Patran/Marc软件建立了滚动轴承的二维有限元分析模型,进行了接触非线性有限元分析,得到接触应力、应变随接触状态的变化情况.当不考虑摩擦接触时,压力与变形间呈现一定的非线性关系.当考虑摩擦接触时,下板面最大等效应力增加,应力分布形状发生改变,最大切向应力发生点向接触部位靠近,说明摩擦因素对接触表面切向应力大小与最大切向应力发生点产生影响.

基于非线性有限元的索穹顶施工模拟分析

索穹顶结构的成形和施工模拟分析是该体系的基础问题。由于包含着刚体位移的分析使得跟踪难度相当大。本文采用了基于非线性有限元的施工过程分析 ,适应性强、分析精度高 ,避免了刚体位移假定。从而使得索穹顶体系的成形过程、受荷状态的全过程分析方法获得了统一。通过与试验模型对比分析表明本文方法操作简单且分析精度较高 。