Ti6Al4V钛合金大进给铣削3D有限元模拟分析

大进给铣削是提高钛合金等难加工材料粗加工效率的先进工艺技术之一,但其切削机理因与常规铣削不同而仍有待进一步研究。为此,以有限元法为研究手段,应用有限元分析软件Deform-3D对Ti6Al4V钛合金大进给铣削过程进行了模拟,分析了每齿进给量对铣削力和铣削温度等参数的影响。结果表明:随着每齿进给量的增加,铣削力和铣削温度均随之增加,每齿进给量对径向切深方向的铣削分力影响最大,最高切削温度出现在切屑与刀具前刀面接触且靠近刃口的位置,工件的最大等效应力分布在第一变形区。此外,与试验结果的对比分析表明,有限元模拟值与实测值的变化趋势一致,铣削力模拟值与实测值数值较为接近,但铣削温度模拟值与夹丝法半人工热电偶实测值仍相差一定数值。

两级土工合成材料加筋分段式挡土墙在附加荷载下的性能实尺载荷试验及3D有限元分析

本文介绍了5 m高的两级土工合成材料加筋分段式挡土墙(GR-SRW)经受附加荷载的实尺载荷试验和3D有限元分析的结果,其目的是研究GR-SRW对不同等级的附加荷载的响应。在工作应力条件下的载荷试验结果揭示GR-SRW对试验荷载的响应处在良好的功能极限范围内,而且目前可用的设计指南趋向于高估附加荷载引起的加筋力。附加荷载的预测结果正好超过试验荷载,显示附加荷载产生的加筋应变随深度呈指数下降,表明与联邦公路管理局设计指南的假设在性质上具有很好的一致性。预测在200 kPa允许承载力下挡土墙的变形处在功能水平以内,表明GR-SRW具有优良的承载能力。对设计意义和研究结果进行了讨论。

一种超声波器件的3D有限元仿真与分析

对单个纳米级物体的可控转动在纳米级微结构的装配、生物微小样品的试验等科技领域中是一项特别重要的科学技术。这个领域的器件种类较多,可是对于这些用于转动纳米级物体的超声波振动器件的有限元仿真分析相对较少,这就造成了很难对这些器件的性能进行提高。在本文中,针对该类型的器件进行了振动特性分析,运用3D有限元分析方法,得到了一些对该类型器件优化提高的方法。

基于Deform3D的日字环锻件有限元分析与预锻工艺设计

日字环锻件广泛应用于刮板输送机中,但因其形状复杂,锻造成形较为困难。现有的锻造工艺为一次锻造,锻件存在定位不准、多处折叠等缺陷。针对此问题,该文在对现有锻造成形过程进行数值分析的基础上,基于Deform3D有限元模拟技术进行预制坯与预锻工步优化,设计了一种日字环锻件的成形工艺,该工艺中直接用棒料在新设计的预锻模具中成形,使材料分配更为合理,最终得到没有折叠缺陷的锻件。

大直径AZ80镁合金热模锻有限元分析

运用Pro/Engineer进行三维造型和建模,结合Deform-3D有限元软件对大直径764 mm AZ80镁合金锻件的热模锻过程进行模拟,分析模具温度对锻件的温度分布、等效应力分布以及上模载荷曲线的影响。根据模拟结果制备大尺寸AZ80镁合金锻件,并采用扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测试,分析锻件不同部位的显微组织和力学性能。研究结果表明:当模具温度为350℃时,锻件的成形性最好;当模具温度为250℃和300℃时,锻件的等效应力和上模载荷较大;当模具温度为400℃和450℃时,锻件的局部温度将会超过400℃,容易产生过烧,均不利于加工;锻件中不同位置的流线方向与第2相分布方向一致;在损伤值较小的区域,合金具有更高的强度和伸长率。

基于动态响应有限元模拟的点焊接头疲劳寿命预测

利用三维有限元模拟和动态响应试验对点焊接头疲劳裂纹萌生和扩展特性进行了研究。利用所模拟的裂纹长度和固有频率的关系,定义了点焊疲劳裂纹扩展的三个阶段。根据所定义的裂纹萌生阶段的定义,利用局部应力应变法预测了点焊接头的疲劳裂纹萌生寿命。结果表明,所预测的疲劳萌生寿命与试验结果相吻合。

垂直荷载作用下高速铁路摩擦桩基础平面布置形式的三维有限元分析

以几种可能的桩基础平面布置方式为研究对象,通过3D有限元计算,就群桩基础的沉降与桩顶荷载这两个主要问题对前述桩基的不同布置形式进行了分析评估。以尽可能地发挥桩的承载能力、减少沉降和降低工程数量为主要目的,探讨了上述几种桩布置形式的优缺点,并提出了相应的桩型布置的原则与建议。

双重非对称转子支承系统实体有限元动力分析

研究了同时考虑转子和支承非对称特征的转子支承系统3D有限元建模和振动特性分析方法。首先用ANSYS得到转子在旋转坐标系下的整体质量、刚度和科氏力矩阵;其次利用动静坐标变换关系得到旋转坐标系下的时变支承刚度;最后利用节点编号与矩阵行号的对应关系在整体矩阵中施加约束和时变支承刚度,得到系统的时变系数运动微分方程。基于弗洛凯理论和赫尔无穷行列式方法对方程求解得到系统的频率特性和稳定性。利用文献算例模型对该方法的有效性进行了验证,并对实际工程转子在考虑双重非对称特征时的振动特性进行了分析。

基于现场监测数据的岩质高边坡加固有限元分析——以贵州山区某岩质高边坡为例

以贵州省某岩质高边坡为例,首先分析了边坡三级平台排桩加固前后八个月的深孔监测数据,得到加固后深部监测孔位移仍在增加,边坡仍然处于不稳定状态。其次,利用快速拉格朗日有限元差分(fast Lagrangian analysis of continua 3D,FLAC3D)软件反演分析三级平台加固后坡体状况,并建立变换抗滑桩位置的加固模型,分析滑坡体的位移、剪应变增量和滑带位置的变化和分布情况,获得相应的边坡稳定系数,提出最优加固方案。第三,通过对该最优加固方案模拟计算,结果表明:在二级平台处加桩边坡稳定系数值最高,为1.25,加固后最大位移减小了22.5%,桩后滑带剪应变增量减小了20.69%,为指导该滑坡的后续加固治理工程提供了理论分析方法。

基于GPU的车辆-轨道-地基土耦合系统3D随机振动并行计算方法

针对轨道不平顺随机特征导致车辆-轨道-地基土耦合系统随机分析计算效率低的问题,采用虚拟激励法降低大样本分析的计算量;针对耦合系统等效刚度矩阵的稀疏特性,采用行压缩(Compressed Sparse Row,CSR)格式存储大型稀疏矩阵,采用预处理共轭梯度法(Preconditioned Conjugate Gradient,PCG)求解对称正定的等效静力平衡方程,最后通过MATLAB-CUDA(Compute Unified Device Architecture)混合平台开发基于GPU的并行计算程序.数值算例表明:基于MATLAB-CUDA混合平台求解等效静力平衡方程的效率是串行多点同步算法的86.13倍,大大缩短了随机振动分析的总计算时间,且内存占用小、易于在个人计算机上实施;采用PCG法求解车辆-轨道-地基土耦合系统形成的大型稀疏线性方程组时,建议以加速度指标作为迭代收敛精度的控制指标;可通过选取适当的迭代收敛精度,以达到计算精度和计算效率的平衡.

基于FLUX3D的变压器油箱和夹件杂散损耗分析研究

开展杂散损耗分析有助于提高变压器运行效率。本文利用法国FLUX3D软件建立了一个考虑油箱和夹件损耗的SFL1-20000/35变压器有限元模型,获得了变压器油箱和夹件的涡流分布和损耗估计值。通过自定义B(H)磁滞曲线参数,采用线性表面阻抗法和非线性表面阻抗法分别计算了变压器油箱壁及夹件涡流损耗。与国标参数/出厂测试参数校核结果显示非线性表面阻抗法具有准确性更高的特点。相关模型构建的讨论与计算结论对于标准或特种变压器的优化设计和运行分析具有一定的参考价值。

复合地层中超大直径泥水盾构掘进引起地表沉降的3D数值模拟分析

超大直径泥水盾构具有对复杂地质条件良好的适应性而作为穿越各类地下通道的施工方法,在掘进过程中引起地表沉降是需采取措施加以控制的。结合深圳妈湾跨海通道工程,利用ABAQUS 3D有限元软件模拟超大直径泥水盾构掘进过程,并利用现场实测数据验证模型沉降数据的合理性。数值模拟结果发现,超大直径泥水盾构对地表沉降的影响可分为5个阶段,其中第II阶段和第III阶段为主要阶段,地表沉降占比达60%;另外,模拟发现软、硬地层分界面变化对地表沉降具有显著影响,使最大地表沉降增加111%。数值模拟计算可为后续施工沉降预测及控制提供依据。

被动排桩弯曲性状的三维有限元分析

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了承受邻近地面超载作用时被动排桩的弯曲性状,也研究了排桩间距变化、地基软弱下卧层以及超载与排桩之间的距离对桩身弯曲性状的影响,揭示了邻近超载作用下被动排桩桩身弯矩和挠度的变化规律。研究表明,在邻近超载作用下桩身最大正弯矩出现在0.55倍桩长处,桩顶部也产生较大的负弯矩,随着超载的增大,负弯矩由增大变为减小,桩身正弯矩增大,当超载超过一定值时,桩身正弯矩加速增长;桩身的弯矩随着桩距的增大而增大;当地基中存在软弱下卧层时,桩身的负弯矩减小,而正弯矩明显增大。

换流变压器空载合闸励磁涌流有限元磁场仿真及受力分析

换流变压器在现场空载合闸时,其绕组内部可能会流过较大的励磁涌流,励磁涌流条件下换流变压器内部的磁饱和特性及受力情况在工程设计中不可忽略。为此,以某实际工程换流变压器网侧绕组空载合闸为例,采用Magnet软件3D有限元对电磁场域在无剩磁条件下不同合闸角度的励磁涌流进行仿真计算,且对于最严苛合闸角度叠加铁心剩磁工况下的励磁涌流进行仿真,并将仿真结果和工程经验算式结果进行对比,证明此仿真方法有效性;同时对励磁涌流条件下换流变压器内部不同部件的饱和特性进行深入研究,提出一种采用2D有限元轴旋转场域考虑换流变压器不同切面条件的绕组受力分析方法,并对换流变压器在最大励磁涌流条件下进行绕组受力剖析,结果表明工程设计中需采用2种切面条件下进行受力分析。

星型轮系人字齿轮传动系统三维有限元建模和模态特性分析

以一种星型轮系人字齿轮传动系统为研究对象,为了查找系统共振原因,建立模态分析3D有限元模型,分析了星型轮系人字齿轮传动系统的模态特性。根据星型轮系试验测试结果,发现转频激励和啮频激励引起的共振是系统振动幅值的主要组成部分;根据这一现象,基于齿轮啮合刚度矩阵,建立3D有限元模型,分析了系统的模态特性。结果表明,仿真所得转频共振模态和啮频共振模态与试验均具有唯一对应性,啮频共振模态主要表现为内齿圈的5节径振型耦合齿轮副扭转振型。该有限元模型的建立为星型轮系人字齿轮传动系统的共振预测和共振原因分析提供了有价值的参考方法。

OU组合型板桩围护的三维有限元分析

OU组合型板桩是指采用钢管桩(O型)和U型钢板桩通过平面组合和长短组合形成的新型板桩墙。针对某公路下穿地道的OU组合型板桩支护基坑,采用3D有限元软件对如下组合进行了数值模拟计算:1) O型桩与U型桩按O-U-O,O-U-U-O和O-U-U-U-O形式的平面组合;2) O型桩与U型桩按O-U-O的等长度组合和不等长度组合。计算得到O型桩和U型长度组合及平面组合下基坑变形的规律性认识。针对某实际下穿地道工程,有限元分析结果和实测结果进行了对比分析,论证了OU组合型板桩应用于公路下穿地道基坑的可行性。

冷轧不锈钢管残余应力有限元模拟分析

利用DEFORM-3D有限元模拟软件对二辊皮尔格冷轧过程进行了完整的模拟仿真,以皮尔格冷轧304不锈钢管为例建立了三维有限元模型,通过有限元软件后处理模块对模拟过程中数据进行提取,得到了整个轧制过程中钢管表面残余应力状态。

光伏支架型钢桩承载特性研究

作为新能源利用方式的代表,光伏发电技术已成为新能源发展的首选。光伏支架型钢桩因其贯穿力强和便于运输施工等特点,被广泛应用于沙漠地区光伏电站中。通过3D有限元数值模拟分析,探讨了沙漠地区光伏支架型钢桩的承载特性及受力机理,并研究了参数变化对型钢桩承载特性的影响及其规律性。研究结果表明:型钢桩的截面形状是决定其承载性能的关键因素,其承载性能与截面面积和桩长呈正相关;沙漠地区的风荷载对型钢桩的承载特性具有显著影响,不仅会改变型钢桩的承载性能和变形量,而且随着荷载循环次数的增加,其承载性能逐渐降低,沉降变形量增大。

三相三柱铁心变压器低电压阻抗相间差异原因研究

本文中作者选取典型的双绕组50MVA、110kV电力变压器为研究对象,分别在产品生产过程中的不同阶段对变压器低电压阻抗进行了测试,同时采用三维有限元仿真方法,对不同绕组高度、不同阻抗的变压器低电压阻抗进行仿真计算。通过分析,总结出引起相间低电压阻抗偏差的结构性原因。

复杂地层条件下深基坑支护方案的数值模拟研究

为研究复杂地层条件下深基坑的变形特征及支护方法,文章以某地铁站深基坑为例,基于Plaxis3D有限元数值软件,结合现场监测点实测数据,探究了深基坑支护结构的变形特征以及地表沉降规律,并对深基坑内部的钢筋混凝土力学性能进行了分析。主要得到以下结论:(1)支护结构承受的土压力不断增加,土压力使得支护结构向外变形,产生水平方向的位移;(2)支护结构的位移方向均趋向于基坑内侧,矩形基坑长边围护墙的侧向位移普遍大于短边连续墙的侧向位移,中点处连续墙的侧向位移大于角点处连续墙的侧向位移;(3)钢筋混凝土支撑随着开挖深度的增加,支撑轴力也随之增加,在基坑开挖至底部时,支撑承担力大于80%,充分发挥了支撑作用。该研究可为复杂地层条件下深基坑的支护方案提供参考。