非光滑方程组方法在求解非匹配网格接触问题中的应用

将非光滑方程组方法与Mortar StS接触模型(Mortar Segment-to-Segment)相结合,来求解接触面网格非匹配时的弹性接触问题。其中,非光滑方程组方法是求解弹性摩擦接触问题的有效方法,具有精确满足接触条件、迭代算法收敛性有理论保证的优点,但目前仅用于求解网格匹配的接触问题。Mortar StS接触模型可以较为方便地处理网格非匹配接触问题,其特点是不引入过多约束,满足接触分片检验条件,但目前大都采用"试验-误差"迭代方法求解控制方程,对于复杂接触问题,其收敛性不易保证。因此,将二者结合来处理网格非匹配接触问题,既可以提高求解精度,又能使得算法的收敛性得到理论保证。数值算例对接触分片检验和算法的计算精度进行了验证。

低价单元接触搜索算法的应用分析

为克服接触搜索时目标面形状的限制,本文基于点-面配对接触算法上,提出了面-面配对接触算法,提高了计算效率和数值精度.首先在接触搜索的粗判阶段,利用两次筛选排除不可能发生接触的单元,从而缩小搜索范围,缩短接触搜索时间.然后应用投影搜索,在指定的可能接触范围内,引入时程分析进行接触搜索细判,并应用于低价单元分析.最后经过算例证明了该方法的有效性和可行性.

三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用

三维非连续变形分析主要包括3个关键问题:块体系统的拓扑识别问题;单个块体(刚体或变形体)运动方程建立与求解;伴随着块体运动和变形,块体间的接触关系需要不断地判别和更新。针对这3个关键问题,从代数拓扑中单纯形及单纯复合形的概念出发,依靠边界算子来生成三维空间块体的几何识别算法,采用Euler-Poincaré公式来确保块体搜索的准确性;利用单纯形积分来获得块体物理特征量的解析解;在一阶位移模式下,按照最小势能原理建立三维块体系统非连续变形分析的总体平衡方程;针对岩体工程破坏特点,提出面-面接触模型,并在此基础上采用强度折减法来计算岩质边坡的安全系数。由简单楔形体破坏算例可知,三维DDA能够解决由传统极限平衡方法假定条件带来的问题,能够正确计算楔形体破坏的抗滑安全系数。通过工程边坡算例可知,采用三维非连续变形分析方法来研究岩体边坡稳定问题,既能深入理解岩质边坡的破坏机制,又能方便地确定临界滑动块体位置、体积、滑动方向以及相应支护方式等;同时,鉴于DDA方法能够精确地求解切向滑动力,结合强度折减法能够获得比较合理的安全系数。

运用有限元分析新型半髋假体装配过程中的应力分布

目的利用计算机模拟一种新型半髋假体系统假体装配过程中与股骨相互接触作用所产生的应力,探讨分析在临床手术中的操作界限值和相适应的假体外形。方法对一名60岁正常男性志愿者进行双下肢的股骨中上段CT扫描,从扫描图像中建立实体模型后利用与有限元的数据交互功能进行实体模拟装配、网格划分、保形简化以及单元弹性模量赋值等操作步骤,最后生成三维有限元模型,并构造股骨与假体之间的面-面接触关系,模拟分析假体植入装配过程中的相对滑移和应力分布情况。结果下压装配过程中假体柄对骨皮质产生附加应力,带棱槽假体的最大接触压力产生于棱槽变截面处,而最大装配应力和相对滑移量随假体压入深度呈非线性增长,当Δz≥0.5 mm后附加应力增长速率显著提高。结论与无棱槽假体的对比分析表明采用棱槽的半髋假体更容易装配并获得机械稳定,但在临床手术装配中应参照一定的量化操作要求,避免在植入时产生过大附加应力,对骨皮质产生破坏而导致治疗失败。

Ansys在组合凹模应力分析中的应用

复杂形状模具的应力分析是一个非常复杂的问题,对其进行精确分析是解决模具寿命的关键。采用有限元软件Ansys对某型号汽车异形零件的组合凹模进行了分析,论述了Ansys在组合模具设计中的网格划分和加载等,最后根据有限元分析结果成功研制出实际样件。

装配式钢筋混凝土管涵数值模拟分析

文章运用大型通用软件Ansys建立装配式钢筋混凝土管涵的三维实体接触模型,对该管涵的施工全过程进行数值模拟,并对施工全过程中管涵的变形和应力分布情况进行了详细的分析,为今后管涵的设计和施工提供参考。

允许变形及断裂的三维离散元计算方法

在三维离散元面-面接触刚性块体单元模型基础上,提出块体单元允许变形、断裂的一种计算模型。此计算模型不仅考虑岩块之间的节理刚度,而且考虑岩块自身变形以及岩块可能发生断裂的情况。

阿海水电站水2号导流洞进口结构稳定复核

阿海水电站2号导流洞进口段采用大型通用有限元软件ANSYS,调用Drucker-Prager模型考虑围岩的塑性行为,调用混凝土单元及William-Warnke强度模型模拟衬砌的开裂及压碎失效,调用面-面接触单元模拟围岩与衬砌的接触行为,综合多种结构非线性方法,对进口结构在下闸蓄水后的极限承载能力进行复核分析。能承受极限外水头为41~52m,而永久堵头施工期间的设计水头82m,故建议在施工永久堵头前,先在低水位下快速施工临时堵头挡水,以保证永久堵头的顺利施工及质量。

汽爆罐快开齿啮法兰结构的有限元分析

通过面-面接触单元模拟汽爆罐快开齿啮法兰的啮合齿接触过程,运用整体有限元应力分析的方法对汽爆罐快开齿啮法兰结构进行计算与分析,对危险截面进行了强度评定和疲劳分析。

衬砌冷缝对隧洞结构稳定性的影响研究

应用大型有限元分析软件ANSYS,对某导流洞工程中存在施工冷缝的典型洞段采用面-面接触单元模拟冷缝受力特性,研究了冷缝不同初始缝隙值对隧洞结构稳定的影响.研究结果表明:衬砌冷缝初始缝隙值的大小对隧洞围岩塑性区深度和锚杆应力的影响甚小;在运行期内水压力作用下,冷缝呈张开趋势,冷缝初始缝隙值大小对衬砌钢筋应力影响较小;在封堵期外水压力作用下,冷缝呈闭合趋势,且过缝处钢筋应力随冷缝初始缝隙值的增加而增大,并有可能造成钢筋局部受压屈服破坏.由此可见,冷缝存在对隧洞衬砌结构的外压稳定更为不利.

混凝土泵车X型支腿下车结构有限元分析

从混凝土泵车整体稳定性角度出发,利用有限元前处理工具HyperMesh9.0对产品的三维几何模型进行前处理,并运用ANSYS求解器对X型支腿混凝土泵车的下车结构进行多工况计算分析,得出其在危险工况下的变形与应力分布云图,为X型支腿结构的计算提供一种新的计算加载方式。

连续钢梁顶推过程局部接触分析及改善措施

为了研究大跨度连续钢梁顶推的局部受力特性,以6×90m变曲率竖曲线连续钢梁顶推为研究对象,根据梁不动、下部支撑移动的"倒退"方法,采用商用程序MIDAS 2006建立顶推整体有限元模型,并对其进行仿真分析。在此基础上,根据顶推整体仿真计算结果,选取滑道处钢梁最不利工况,借助EXCEL和CAD等辅助工具,运用ANSYS的APDL语言快速建立"梁-壳-实-接触"混合有限元模型。理论和实测值均表明:最不利工况下滑道处钢梁局部受力满足要求,但转角位移过大。结合工程实际情况,提出了2种有效改善措施:第一种采用台阶导梁;第二种采用台阶导梁、压重和增大部分钢梁截面刚度的组合方式。

索网次结构-主体钢结构连接转换节点计算分析与试验研究

河南艺术中心艺术墙为"单层索网次结构-钢管相贯桁架主体钢结构"体系。转换节点是实现主次结构共同工作力学效应、保证整体结构安全的关键节点之一。主次结构的连接转换节点有着与普通钢节点完全不同的索-钢接触单元的特殊构造,受力复杂。设计应用ANSYS软件对索钢转换节点进行带接触单元的弹塑性有限元计算分析,并进行足尺节点试验研究,确认了该复杂节点力学性能计算设计的正确性,确保了该类关键节点的安全性。

轮轨高频动力作用模拟中接触模型的影响分析

轮轨高频动力分析模型目前多沿用了传统的赫兹接触模型,其在高速轮轨系统上的适用性尚未得到验证。针对赫兹接触工况,建立基于多体动力学的车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型,其中轮轨法向接触由赫兹弹簧表征,作为对比也建立基于显式有限元的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型,采用可考虑三维接触几何的"面-面"接触算法精确求解轮轨接触。对比150~500km/h速度范围内典型钢轨短波波磨(波长20~140mm、波深0.01~0.20mm)激励下的高频轮轨力结果,发现三种模型预测的幅值存在显著差异,但未发生轮轨脱离时(波磨尚浅),三种模型预测的幅值均与波深线性正相关。具体而言,相较于瞬态滚动接触模型,车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型预测的垂向轮轨力更大,其特征幅值的最大差值分别为静轮重的39.2%和88.4%,三种模型预测波长30mm波磨的临界波深(恰好发生轮轨脱离)相应地高于0.2mm、0.14mm和0.05mm。开展高速、高频轮轨动力分析时,传统的赫兹接触弹簧会带来不可忽略的计算误差。