考虑卡箍预紧状态的空间管路3维有限元建模

为了准确分析管路系统的振动应力,在合理引入卡箍预紧状态的前提下,提出了一种空间管路3维有限元建模方法,创建了管路3维实体有限元模型。通过分析上下箍带对管路的夹紧力,确定了模拟卡箍力学特性的弹簧单元刚度值分布规律;卡箍不同位置处的水平和竖直方向的刚度存在比例关系,且比例关系与位置角和方向有关;给出了用实体单元并引入上述卡箍约束的有限元建模流程,其中每个卡箍用2个同面并按照节点分布的弹簧组来模拟,真实地反映了管路的几何特征和卡箍的约束状态,能够适应管路系统动应力求解的需求;搭建了对应模态和谐响应分析的试验装置,并将试验结果和仿真结果进行了对比。结果表明:相对于管单元,采用考虑卡箍预紧的管路系统3维有限元建模方法得到的固有频率和应力响应结果更贴近实测结果,仿真计算与实测的振动应力偏差小于20%。

高铁荷载下桩-土复合路基地面振动3维有限元分析

桩-土复合路基广泛应用于我国高速铁路工程建设。为研究高速列车运行引起的桩-土复合路基地面振动,本文建立了包含桩体、桩帽和垫层在内的复合路基3维有限元模型,通过与现场实测数据对比验证了模型的有效性。在此基础上,分析了不同车速高铁荷载作用下地面振动及其与轨道中心间距的衰减规律。此外,还研究了桩基及桩体弹性模量对地面振动的影响。研究表明,复合路基中桩体的加固能有效减小地面振动;另外,减振效果随着桩体弹性模量的增加而增大。然而,当桩体弹性模量超过10 GPa时,进一步增大弹性模量就不再明显增加地面振动的减振效果。

混合励磁双凸极电机三维有限元仿真与数字电压调节技术

并列结构混合励磁双凸极电机的励磁磁链由永磁体和励磁绕组共同产生。建立了该种电机的三维场仿真模型并进行了发电机空载情况下的仿真,所得的空载电压仿真波形和实验结果一致,仿真还得到了励磁电感的大小。通过辨识的方法获得了发电机的传递函数,其中励磁时间常数对应的极点占了主导地位。针对获得的发电机传递函数,利用Matlab软件设计了数字PI调节器的参数。构建了基于TMS320VC33的数字电压调节器,对混合励磁双凸极发电机进行了调压实验,实验结果验证了辨识方法和仿真模型的正确性。

陡倾岩层深埋地铁车站3台阶开挖可行性分析

岩石地层中的地铁车站施工多采用双侧壁导坑法,工程实践中发现深埋地铁车站局部地段有采用3台阶法施工的案例。以陡倾岩层某深埋地铁车站为例,采用三维有限元数值模拟方法,从围岩变形、应力特征及塑性区分布特征三个方面,对车站采用3台阶开挖过程中的车站围岩应力应变特征随时间和空间的变化规律进行研究。有限元分析表明:岩石地层深埋地铁车站围岩的位移、应力大小及塑性区范围可以满足稳定和安全要求,且表现出明显的非对称性,在砂质泥岩–砂岩接触面两侧出现明显的位移错动;对研究断面影响较大的位置,基本上位于断面前后3个施工步(6.0 m)内。在车站施工过程中要注意岩层层面对围岩稳定性的影响,加强顺倾侧的监测和支护。

机场刚性道面接缝传荷能力的评价

基于ABAQUS有限元软件,按照"贡献面积"刚度分配原则,通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元,建立了考虑接缝传荷能力的机场刚性道面3维有限元分析模型.以重型落锤式弯沉仪(HWD)弯沉测试为基础,针对不同地基强度上的典型道面结构,考虑基层对接缝传荷能力的影响,应用有限元模型,分析了HWD承载板、单轴双轮起落架、双轴双轮起落架和三轴双轮起落架等荷载形式作用在接缝一侧板边中部时道面结构的板边应力和挠度,建立了HWD承载板测试得到的挠度传荷系数与接缝刚度之间的相关关系,以及与不同荷载形式作用的应力折减系数之间的相关关系,成果可用于评价机场刚性道面的接缝传荷能力,以及道面板边应力分析.

焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响

为了查明封装疲劳对绝缘栅双极型晶体管（IGBT）热特性的影响,从封装结构的角度分析了焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响规律。首先建立了IGBT芯片封装的有限元模型,然后结合传热学分析了焊料层空洞大小、位置以及分布对IGBT芯片最高结温的影响规律并进行了仿真,最后基于加速寿命实验进行了验证。结果表明：空洞率相同时,芯片对角线上的空洞对芯片最高结温的影响最大;位置相同时,芯片顶点位置空洞大小的变化对芯片最高结温的影响最大;2种情况下,单个空洞的影响均大于相同空洞率下的空洞分布影响,而空洞分布中的中心集中分布对芯片最高结温的影响最大;芯片最高结温随空洞率增大而近似呈线性关系增大,芯片结壳热阻与空洞率也近似呈线性关系增大,验证了理论分析的正确性。研究结论可从封装疲劳的角度对IGBT尽限应用提供指导。

软土盾构不同穿越形式对既有隧道扰动影响分析

以上海某实际隧道叠交段土层分布为背景,采用3维有限元方法对新建隧道分别以先下后上夹穿、下穿和上穿3种形式穿越既有隧道施工过程进行模拟,分析了在每种穿越形式下既有隧道的变形,给出了每种穿越形式下控制既有隧道变形的合理措施.研究结果表明,在盾构开挖过程中,既有隧道圆形断面不仅出现变形,而且也出现了扭转;新建隧道先下后上夹穿既有隧道的控制重点不是既有隧道最终沉降,而是开挖过程中出现的最大沉降值;下穿形式下,控制重点为既有隧道最终状态沉降曲线;上穿形式下,控制重点为既有隧道的大幅度上浮.同时对比了实测和模拟数据,验证了数值模拟的可靠性.研究成果为地铁叠交段穿越形式的选择、施工及既有隧道保护技术提供了一定理论基础.

既有建筑物工作性状受盾构隧道施工影响研究

针对盾构隧道近接既有多层框架结构建筑物施工工况,通过构建考虑隧道-土体-建筑物共同作用的3维有限元模型,对盾构隧道开挖引起的建筑物楼面扭曲变形及框架柱轴力进行了系统的敏感性因素分析。研究结果表明:盾构隧道施工导致位于建筑物角部的梁柱节点出现应力集中,且该建筑物对周边地面沉降存在一定约束作用;隧道开挖会导致其左侧3维建筑物楼面产生顺时针扭曲变形;当隧道开挖面推进至建筑物且尚未穿越其横向中心时,楼层扭曲变形增大、框架柱轴力下降,当开挖面到达并超过建筑物横向中心后,楼层扭曲变形及柱轴力的变化趋势与前述刚好相反。研究成果有助于更好地评估地面既有框架结构建筑物因隧道开挖导致的破坏效应。

并列结构混合励磁同步电机的轴向漏磁及其影响

并列结构混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous machine,HESM)是混合励磁电机的一种典型结构。该文指出并列结构混合励磁同步电机内永磁部分与电励磁部分之间存在漏磁通耦合现象。考虑漏磁通的3维分布特性,建立电机3维场有限元模型,分析轴向漏磁的磁通路径和分布情况,计算得到不同励磁电流方向下轴向漏磁大小和分布的变化规律,表明漏磁通存在使电励磁部分气隙磁场双向调节作用不对称,从而影响励磁电流对并列结构混合励磁同步电机输出电压的调节。原理样机实验结果验证了分析结论。轴向漏磁影响调磁特性的问题对其他并列结构混合励磁电机研究有普遍的参考价值,该类新型电机的设计中应注意合理选择永磁部分和电励磁部分转子之间的轴向距离。

牙釉质和牙髓不同材料属性对牙周组织应力分布的影响

对比分析区分牙釉质和牙髓与否对牙周组织应力分布的影响,指导建模时是否考虑牙釉质和牙髓。选用正常形态的下颌中切牙,基于CT扫描建立3维有限元模型,所有结构都采用各自的材料属性,在此基础上,将牙釉质、牙髓分别考虑为和牙本质相同的材料属性,施加与5种典型正畸牙移动相对应的载荷,对3个模型在相同载荷作用下牙周组织的vonMises应力进行比较。结果表明,将牙本质的材料属性赋予牙釉质和牙髓导致牙根的最大应力差异分别为21.43%和9.25%,而对牙周膜和牙槽骨的计算结果几乎没有影响。当研究对象是牙体时,模型应区分牙釉质和牙髓;而当研究对象是牙周膜和牙槽骨时,则可不做区分。

楔环连接结构的非线性静力学行为研究

通过静力加载实验,并结合3维接触有限元数值计算,研究了由2个筒体和2根楔带装配组成的楔环连接结构试件的非线性静力学行为。结果表明,在轴向拉伸下,当拉力增大到一定值时,楔环连接结构的总拉力-总轴向伸长就表现出非线性关系;在轴向-横向力联合作用下,在载荷增大过程中,楔带与壳体的接触位置会发生变化,从而导致口盖孔邻近区域应力集中位置也会发生一定变化,进而引起结构上应力随载荷的非线性变化。对楔环结构的这些非线性行为的认识为结构的设计和使用提供了概念指导。

带辅助支承的传动杆动态特性试验和仿真

为了研究大型客机发动机中带辅助支承的径向传动杆动态特性,搭建了测试位移和加速度响应的传动杆部件试验台,在最大转速分别为26000、29000 r/min条件下进行了轴承座轴向共振试验、内传动杆弯曲共振和传动杆进入共振区间后的动态特性试验;采用3维有限元方法建立了传动杆系统的动态特性模型,对传动杆系统的动态特性进行了仿真,并将试验结果与仿真结果进行了对比分析。结果表明:传动杆位移响应先于轴承座加速度响应进入共振,并且在进入共振后的很长区间内,振动仍然持续快速增大;结合试车经验和故障形式提出了“试车临界转速”的概念,利用3维有限元法综合考虑多部件结构特征、轴承支承刚度和花键连接刚度,全面分析了传动杆组件的各阶固有频率,其中传动杆仿真临界转速和试车临界转速误差为2.1%。