Experimental and Finite Element Analysis for Multi-lead Rubber Bearings:A Comparative Study

The mechanical properties of multi-lead rubber bearings （MLRBs） were investigated by experiment and finite element analysis. First, the vertical stiffness, horizontal stiffness and yielded shear force were tested for four MLRB specimens and two specimens of the single-lead rubber bearings （ SLRBs）. Then, the MLRBs were modeled by the explicit finite element analysis software ANSYS/ LS-DYNA, in order to evaluate the horizontal force-displacement hysteretic curves under static vertical and dynamical horizontal loadings. The disagreement between the tested and theoretical values was less than 11.4%, and MLRBs and SLRBs were similar in vertical stiffness, pre-yield stiffness and yield stiffness.

界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱抗剪性能研究

为研究界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱的抗剪性能,以环向钢筋的布置间距和直径为研究参数,对6根叠合柱试件进行了横向剪切静力试验和数值模拟,分析了各参数对试件的破坏过程、破坏形态、荷载-跨中挠度曲线以及抗剪承载力的影响规律。研究结果表明:界面环向钢筋布置方案不同的叠合柱试件破坏形态基本相同,均发生斜压破坏;试件的受力过程可划分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段和破坏阶段四个阶段;随着界面环向钢筋布置间距的减小,试件的抗剪承载力提高显著,最大增幅达22%;增大界面环向钢筋的直径可提高试件的抗剪承载力,但作用效果有限,最大增幅仅为6.1%。通过试验数据对有限元模型的有效性进行验证,并进一步分析了不同阶段有限元模型的应力状态,明确了此类叠合柱的受剪机理。

某乘用车燃油箱强度仿真及试验研究

针对乘用车燃油箱这一重要的安全部件,在其前期设计阶段进行考虑流固耦合的有限元分析发现,前部和后部跌落存在应变超标现象。对其风险部位进行结构改进,强度仿真显示,等效塑性应变最大值相比改进前分别减少44.7%和33.3%,跌落试验显示均无泄漏和破裂发生,满足设计要求。结果表明,基于有限元分析的仿真和试验为燃油箱的开发提供了科学依据,可有效提升产品开发效率并降低试验成本。

Investigation of Flux Regulation Performance and Experimental Validation of Novel Hybrid Excitation Brushless Claw-pole Alternators

针对电励磁爪极发电机效率低、永磁爪极发电机磁场调节困难等问题,提出一种新型的混合励磁无刷爪极发电机。介绍该电机的结构特点和磁场调节原理,采用三维有限元法对电机的空载磁场分布及磁场调节能力进行了分析,设计并制造了试验样机。样机试验结果验证了有限元分析的正确性,并表明在结构参数相同的情况下,与电励磁爪极发电机相比,新型混合励磁无刷爪极发电机具有气隙磁通密度高、功率密度高、低速输出性能好、励磁损耗低等特点。

Analysis of the elastic-plastic indentation properties of materials with varying ratio of hardness to Young’s modulus

The elastic-plastic indentation properties of materials with varying ratio of hardness to Young’s modulus(H/E) were analyzed with the finite element method. And the indentation stress fields of materials with varying ratio H/E on the surface were studied by the experiment. The results show that the penetration depth, contact radius, plastic pile-up and the degree of elastic recovery depend strongly on the ratio H/E. Moreover, graphs were established to describe the relationship between the elastic-plastic indentation parameters and H/E. The established graphs can be used to predict the H/E of materials when compared with experimental data.

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。

带贴板销轴耳板连接参数化分析及设计方法研究

由于销轴耳板连接力学性能良好,施工安装方便,是索节点常用的连接形式.工程中为了提高无贴板销轴耳板连接的极限承载力,常在耳板两侧焊接贴板.然而现阶段针对带贴板销轴耳板连接的研究相对较少,其极限承载力计算方法尚未明确.为探究带贴板销轴耳板连接的破坏形式和极限承载力影响因素,设计了20个销轴耳板连接试件,包括4个无贴板销轴耳板连接试件和16个带贴板的销轴耳板连接试件,并进行破坏性试验.采用有限元软件ABAQUS对其力学性能和破坏形式进行数值模拟,模拟得到的破坏形式、极限承载力与试验结果基本一致,验证了有限元方法的正确性.基于有限元模型对带贴板销轴耳板连接进行参数化分析,研究销孔直径、耳板端距、耳板边距等参数对销轴耳板连接极限承载力的影响.通过理论推导和线性拟合的方法得到了带贴板销轴耳板连接孔壁承压破坏、净截面拉断破坏、端部截面剪切破坏下的极限承载力计算公式.由于贴板通过焊缝与耳板连接,在焊缝的作用下与耳板协同承受荷载,因此必须保证焊缝的强度,通过理论推导得出了环形角焊缝极限承载力的计算公式,并与有限元模拟计算结果对比,结果较为接近.本文为实际工程中验算带贴板的销轴耳板连接的极限承载力提供了理论支持,可用于指导实际工作.

汽车式多功能破障车车架的有限元分析与实验研究

车架是多功能破障车非常重要的受力构件,其结构性能直接关系到整车的安全问题。建立破障车车架有限元模型,四点支撑和推土工况的静强度分析,完成样车车架应力测试试验。分析结果表明四点支撑和推土工况车架强度不足。试验结果表明各工况测点数据与有限元计算值相差较小,四点支撑工况测点1区域发生了塑性变形,推土工况测点1和测点12发生了塑性变形,验证了车架有限元分析的正确性。对车架进行优化设计,提供了三种车架改进方案,方案二为最佳方案,改进方案的车架满足工作要求,为相关车辆车架的分析研究提供了技术方法。

GFRP-RPC组合双层交通梁桥的弹性性能试验研究与有限元分析

设计了一种面向双层交通的GFRP-RPC组合梁桥,该梁桥由GFRP材质的两榀桁架及带肋平板通过胶栓混合连接而成,通过浇筑自密实RPC混凝土形成组合梁桥整体。对组合梁桥缩尺模型(1:8)进行多工况的拟静力加载试验和有限元分析,并对其弹性工作性能进行研究。结果表明:浇筑RPC后,梁桥的刚度约提高2.6倍,表明此类GFRP、混凝土组合形式有利于结构合理受力,下部加载时,梁桥变形约增大10%,对结构较不利;弦杆受力符合平截面假定,组合结构受力合理;上、下弦杆分别为压弯、拉弯受力状态,上、下部加载时,下弦杆拉应力分别约为上弦杆的1.5倍和2.5倍,下弦杆为薄弱弦杆;斜腹杆受拉,直腹杆基本呈受压状态,上、下加载方式影响直腹杆的受力形式,下部承载设计时需考虑局部拉、压应力较大的情况;顶板侧面混凝土受压,底板侧面混凝土受拉,腹杆设置有利于板面混凝土均匀受力。

五边形截面型钢混凝土巨型柱轴压性能研究

超高层建筑巨型柱框架结构体系是一种高性能的抗震结构体系。以某超高层型钢混凝土巨型柱结构为工程依托,进行了2个五边形截面型钢高强混凝土巨型柱模型试件重复加载下轴压受力性能试验,2个试件差异为混凝土强度。试验表明:不同强度混凝土试件损伤发展过程相似,斜边和最短边损伤更早且相对严重;试件均表现出稳定的加载、卸载、再加载刚度,承载能力具有相对稳定的退化过程;较高混凝土强度试件承载力和耗能能力较大,但延性有所降低。分析了箍筋以及型钢对混凝土的约束机制,建立了考虑不同区域约束效应差异以及箍筋和型钢约束效应相互耦合的分区域约束混凝土抗压强度计算方法,提出了承载力计算公式,计算结果与试验符合较好。用ABAQUS软件建立了有限元数值计算模型,对混凝土强度、型钢强度、纵筋配筋率以及配箍率进行了参数分析。计算表明:提高混凝土强度能够有效提高试件的承载力,但峰值后变形能力有所下降;提高型钢强度能够有效提高试件承载力;增大纵筋配筋率能够提高试件的承载力和刚度;提高体积配箍率可以有效提高试件的承载力和延性。

Q460钢管管板连接节点的受弯性能试验研究

对是否设置加强环板、不同节点板宽度和钢管轴压力的6组共12个Q460钢管管板连接节点进行受弯承载力试验研究.结果表明:无加强环板试件在节点板两端由于应力集中,承载力较低,有加强环板试件的节点板两端应力分布均匀,试件承载力显著提高.当节点板宽度与钢管直径之比由2.5增大到3.0时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别提高6.10%~16.07%、13.36%~20.68%、9.61%~12.34%.与无加强环板试件相比,1/4加强环板试件的承载力提高102.86%~130.73%,1/2加强环板试件的承载力提高129.88%~166.33%.当钢管轴压比由0.10增大到0.23时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别降低10.05%~17.77%、10.79%~16.20%、4.74%~7.05%.现有规范对于无加强环板节点的承载力计算偏于保守.考虑加强环板和钢管轴力对节点受弯承载力的影响,提出了Q460钢管管板连接节点的受弯承载力计算公式,与试验结果吻合较好.

多跨曲线连续刚构桥悬臂施工控制试验研究

曲线连续刚构桥在悬臂浇筑施工中,由于结构体系随着施工进程不断转换,导致结构的受力状态愈加复杂。为确保曲线连续刚构桥顺利合龙且应力状态满足设计要求,需对施工中结构状态进行分析研究。以马王河特大桥主桥为工程背景,使用Midas Civil软件建立有限元模型,并计算了施工阶段桥梁的预拱度值及立模标高;在与现场实测应力及线形数据进行对比后,在二者吻合的基础上对全桥最终线形进行了拟合,结果表明:成桥后桥梁结构的受力状态及线形与目标一致。

基于水管冷却的大体积混凝土内部温度场试验与仿真

为探究大体积混凝土内部温度场分布规律、最大温升及其出现时间,本文依托襄阳市东西轴线道路工程鱼梁洲段PPP项目,依据大体积混凝土构件的材料配合比制作了尺寸为500 mm×500 mm×1000 mm的大体积混凝土试件。针对所制作的大体积混凝土试件,开展了有无冷却水管条件下大体积混凝土内部温度分布的试验研究。通过试验发现,埋置冷却水管的大体积混凝土内部温度相较于未埋置冷却水管的大体积混凝土而言,其最高温度可降低12.69℃,降温效率达到28.96%,且其最高温升出现时间可提前24 h左右。同时,借助Fluent有限元软件建立了相应的大体积混凝土数值仿真模型,并通过试验结果验证了仿真模型的有效性。通过仿真结果可知,混凝土内部云图以环形分为多个温度层级,温度由水管向混凝土外表面方向逐级升高。

承插型盘扣式钢管支撑脚手架试验及有限元分析

为了研究其受力性能,设计出3种不同斜杆布置的单元架体,并进行了足尺试验研究及有限元计算。结果表明:斜杆为对角布置时较为合理,且不易使单元架体发生水平倾倒及竖向屈曲失稳;在杆件受力方面,立杆主要是受力杆件,竖向斜杆与水平杆主要是构造杆件,保证整体架体几何不变.运用ABAQUS对试验架体进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好;运用有限元对节点刚度分析可知,节点刚度处在106~109N·mm∕rad之间时对承载力的影响较大,进而对承载力—节点刚度曲线进行非线性拟合并对比试验值得出节点刚度建议值为38.1 MN·mm∕rad;分析水平杆步距、立杆间距可知,水平杆步距的增加对架体承载力的影响更为显著,建议在工程设计计算时考虑水平杆步距对支撑架体承载力的影响.

基于MIADAS CIVIL的多跨连续箱梁桥支架现浇施工关键技术研究

现浇支架施工技术因其施工简便、成本低廉等显著优点在桥梁施工中应用较广,但需对地基承载力及支架受力进行详细分析,以确保施工状态下整体支架结构的稳定性及安全性。本文以银沪一上路跨京沪铁路立交为工程背景,对现浇连续箱梁施工技术应用过程中地基承载力、立杆稳定性等关键项目进行了理论计算,并运用有限元软件MIDAS CIVIL对横梁等关键构件进行了建模分析,综合现场支架预压关键截面实验数据、理论计算及有限元结果来看:该桥支架体系在施工状态下稳定性及安全性良好、满足施工要求,在对该桥合拢施工中起到一定的指导作用,也可为其他类似工程提供一定的借鉴。

多铅芯橡胶隔震支座非线性力学性能试验研究及其显式有限元分析

对应用于桥梁隔震的多铅芯橡胶支座进行非线性力学性能试验,并与理论计算结果进行对比分析。研究表明:多铅芯橡胶隔震支座性能稳定、受力性能良好、安装方便,是一种理想的桥梁隔震装置。在此基础上,采用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析多铅芯橡胶支座的非线性动态特性,建立铅芯橡胶支座的FEA(有限元)模型,针对支座中心加竖向荷载和水平向循环往复位移荷载,进行了数值模拟分析,其结果与试验曲线基本吻合,从而为确定多铅芯橡胶支座的动力分析参数提供计算方法,进而可为设计新型铅芯橡胶支座提供指导。

涡旋板弹簧的有限元分析及实验

板弹簧支承技术是线性压缩机的关键技术之一,在为活塞提供轴向回复力的同时,还用来支承压缩活塞、保证密封间隙。在优化分析的基础上,文中设计制造了一款三臂涡旋板弹簧。利用ANSYS有限元软件分析了该款板弹簧的轴向刚度、径向刚度、应力分布以及固有频率特性,并对板弹簧的轴向刚度和固有频率进行了实验研究。实验结果表明,采用有限元分析方法分析板弹簧性能是有效的。

不同型线柔性轴承的性能分析及比较

柔性轴承的应力分布及动态刚度特性对低温制冷机的整体可靠性尤为重要.以最大应力值、轴向刚度、径轴向刚度比为性能指标,对新设计的费马型线柔性轴承和其他两种柔性轴承进行对比研究.通过有限元分析,对比了三者之间应力分布、应力变化及刚度变化特性.设计制作了这3种不同型线的柔性轴承,并测试了3种柔性轴承的径轴向刚度,结果显示:费马型线柔性轴承的径轴向刚度之比最大,牛津型柔性轴承的径向刚度最小;费马柔性轴承的应力值最大,但最大应力值小于材料的疲劳应力,因此费马型线的柔性轴承在性能上优于其他两种柔性轴承.

平板及焊缝中裂纹磁记忆检测技术研究

为了将磁记忆技术用于裂纹缺陷的检测领域,应用试验研究和有限元分析相结合的方法,分析裂纹的深度、埋深、宽度以及扫描角度对平板中裂纹磁记忆检测的影响。针对45号钢板建立深度和宽度2个影响参量与磁记忆信号之间的量化关系。沿焊缝长度方向和垂直焊缝长度方向对焊接裂纹进行磁记忆检测,研究焊接裂纹的检测方法和信号特征。提出根据局部波形呈现正弦波形态判别缺陷的方法。研究结果表明,用磁记忆检测技术能够对裂纹进行定位,并根据波形信号特征量对裂纹深度、宽度进行量化评价。

自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能研究

以青岛海湾大桥大沽河航道桥为工程背景,对自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固区受力性能进行研究。主缆力通过锚固区向分体箱的传递可分为两个独立过程,针对这两个过程分别从局部性能和整体性能两个层次进行研究。第一个层次采用模型试验和有限元分析对纯钢和组合两种锚固构造局部受力性能进行研究。纯钢锚固构造应力分布规律复杂,应力集中现象明显,实测结果和有限元分析结果吻合良好。组合锚固构造钢与混凝土有效发挥组合作用,大幅降低钢板应力,减小钢板厚度和钢材用量,使钢板受力更为均匀。组合锚固构造相比纯钢锚固构造实测应力降幅明显,但略小于计算结果,表明钢与混凝土之间发挥部分组合作用,建议采取三方面构造措施以进一步发挥钢与混凝土的组合作用。第二个层次采用有限元分析方法对主缆锚固区整体受力性能进行研究。结果表明,整个过程传力可靠顺畅,安全储备高,符合按杆系模型计算整体结构的假定。