考虑结构与加锚岩体联合受力的船闸闸首抗震性能研究

为研究地震作用下结构与加锚岩体的非线性接触对闸首抗震性能的影响,以某双线五级船闸的第一级闸首为例,在ADINA有限元软件中建立库水-结构-锚杆-基岩动力相互作用的整体三维有限元模型,基于约束函数的非线性接触单元模拟了闸首结构中的各类接触问题,采用动力时程分析方法模拟了地震作用下闸首结构的动力响应、锚杆受力的分布规律以及不同接触面的接触状态。结果表明:设计地震作用下闸首各边墩均向航槽侧变形,位移沿高度方向递增;锚杆轴向拉应力的最大值小于其抗拉强度;不同介质间的接触面上部有往复开合的现象,接触面最大张开度沿高度方向递增,地震结束时接触面恢复到震前的紧贴状态;设计地震作用下该船闸闸首的结构变形、结构应力、锚杆受力情况及接触面接触状态均满足规范要求,具有良好的抗震性能。

含呼吸裂纹的旋转扭型变截面叶片的动态接触特性

航空发动机叶片经常发生裂纹故障失效,从而引发一系列事故。以往的研究主要集中在裂纹引起的非线性振动上,而裂纹呼吸过程中裂纹表面的接触状态往往被忽略。然而,考虑裂纹表面的接触行为是非常重要的,因为它会导致裂纹叶片的非线性振动。为了进一步研究裂纹诱发非线性振动的机理,本文提出了一种基于自编非协调六面体单元(SNCHE)的旋转叶片动态接触呼吸裂纹模型,并使用弹簧单元模拟呼吸效应。通过接触有限元模型验证了模型的有效性。此外,还研究了裂纹参数(裂纹深度和裂纹位置)及载荷参数(气动振幅和气动频率)对裂纹叶片动态接触特性的影响。在此基础上,提出了一个呼吸裂纹量化指标(BCQI)来表征呼吸裂纹的非线性水平。结果表明,在裂纹呼吸过程中,裂纹面从叶片侧面向裂纹尖端中心方向闭合。并且BCQI随裂纹深度、气动幅值和转速的增加而增大,随裂纹位置越靠近叶尖而减小。

渐变刚度钢板弹簧的非线性有限元分析

针对传统的钢板弹簧设计计算方法难以考虑钢板弹簧实际的工作状况,综合考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、各簧片及垫片之间的接触和摩擦等非线性因素,基于有限元分析方法对某汽车后悬架渐变刚度钢板弹簧的刚度及强度特性进行分析。其刚度及强度试验结果表明,考虑非线性因素后建立的钢板弹簧有限元模型精度比较高。在模型验证精确的基础上,利用瞬态动力学分析方法求解钢板弹簧在简谐载荷激励下的动态响应,获得其动态特性随激励载荷频率与幅值的变化规律。该建模方法能有效地模拟钢板弹簧实际工作状态,可为钢板弹簧结构进一步的优化提供前提。

自行火炮车体的非线性动态响应

本文根据非线性有限元的基本理论 ,利用非线性有限元动力学方程的数值积分方法和三维五节点接触单元的接触算法、刚度矩阵和载荷列阵 ,通过非线性弹簧阻尼单元、接触单元等建立自行火炮发射过程的动力学非线性有限元模型 ,集中解决自行火炮的悬挂部分与地面之间的接触非线性问题 ,求解了车体的固有特性和非线性动态响应 。

峰窝夹芯结构雷达罩鸟撞有限元分析与模拟

建立了鸟撞蜂窝夹芯结构雷达罩的有限元分析模型。选取具有代表性的四类不同重量和大小的鸟及多种撞击速度，运用大型非线性动力学有限元程序ＭＳＣ／Ｄｙｔｒａｎ的ＡＬＥ计算功能，计算得出了六种可能情况下雷达罩抗鸟撞动力响应及结构受损情况。最后对结果进行了分析。数值模拟结果为雷达罩抗鸟撞设计提供了理论参考依据。

用有限元法预测抽油杆柱与油管柱偏磨点位置

针对细长抽油杆上下往复运动时沿井深与井眼圆周方向产生摩擦接触的问题,根据振动理论,建立了抽油杆柱非线性动力学模型。根据非线性理论和有限元理论,采用接触单元,描述了抽油杆与油管的接触状态,并与空间梁单元结合,在考虑实际边界条件下提出了抽油杆柱参数的计算方法。对大庆油田10-6551井进行了模拟,通过计算,定量地描述了抽油杆与油管接触力的变化。根据接触力的分布状态,计算了扶正器的安装位置。用这种方法使接触力平均降低50.6N,减缓了抽油杆柱的偏磨。该方法已在大庆部分采油厂得到推广和应用。

基于有限元分析的ICF靶半自动装配系统的微夹钳设计

根据惯性约束聚变(ICF)靶零件的特点,确定用于ICF靶半自动装配系统微夹钳的技术指标,并完成其结构设计。该微夹钳采用柔性铰链机构和压电陶瓷驱动,可根据需要更换不同形状和开口距离的夹口,以适应夹持不同靶零件。以压电陶瓷的2种极限参数为载荷,分析了微夹钳的张合量、应力分布、应变量,并采用非线性接触分析对夹持力和夹持效果进行了模拟。通过多次有限元分析和优化设计,确定了微夹钳的最佳尺寸结构。从各项分析结果表明:该微夹钳各项性能参数满足ICF靶装配的要求。

基于离散元法的杆系结构几何非线性大变形分析

提出应用离散元法(DEM)来求解二维、三维杆系结构的几何非线性大变形问题.基于简单梁理论,推导了适用于杆系结构分析的弹簧接触刚度系数计算公式,给出了时间步长临界值估算方法,并用实例对其进行了正确性检验.DEM方法本质上是求解结构的动力行为,对于需要计算静力解的问题,综合考虑数值精度和计算效率,建议阻尼系数取为0.7.列出了3个典型数值算例,即2个平面框架和1个空间网格结构,分别对其静力和动力大变形行为进行了模拟,并将结果与其他计算方法的结果进行比较,两者吻合良好.利用DEM方法处理几何非线性问题时无需组集刚度矩阵,也无需迭代求解非线性方程,故该方法适宜于处理杆系结构的大变形问题.

重要参数对齿轮副承载情况影响规律研究

建立了某轿车变速器一挡传动齿轮副啮合状态有限元分析模型,基于显式动力学理论,对最大转矩工况下该传动副的瞬态啮合过程进行了动力学仿真计算,得到了轮齿齿面与齿根危险区域的主应力、等效应力的幅值与瞬态变化过程等结果.在此基础上,研究了发动机输出转矩、齿轮轴刚度、安装误差以及齿根过渡圆角等参数变化对该一挡传动齿轮副轮齿承载状况的影响权重与规律,为以改善强度及可靠性为目标的结构方案修改及工艺参数确定提供了重要参考.

接触非线性对土-结构动力相互作用的影响

动力接触非线性是土-结构动力相互作用研究的难点之一。分析土-结构动力相互作用的接触条件和接触状态,构建法向接触单元和切向接触单元模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。建立数值模型,分析土-结构在水平加速度波作用下的响应。结果表明,叠加法向接触单元和切向接触单元可以有效模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。在水平加速度波作用下,分析土-结构的相互作用而不考虑接触的分析性对基底的竖向应力影响不大,但是会低估基底的水平应力。

发射载荷作用下火炮座圈动态响应研究

为了研究火炮射击时座圈的动态响应,充分考虑了构件之间特别是滚子与座圈内外滚道的接触碰撞关系,建立了某火炮上装部分的非线性有限元动力学模型。基于传统理论对座圈进行了静力分析。将有限元静力分析结果与赫兹理论计算结果进行对比,验证了有限元模型的合理性。采用动态隐式积分算法对发射载荷作用下座圈的动态接触问题进行分析,获得了座圈的接触力和接触应力的变化规律,并将结果与传统理论的静力分析结果进行了比较。结果表明有限元动力分析获得的座圈最大接触力和接触应力比传统理论的计算结果分别大约30%和45%,传统理论在座圈受力分析中具有一定的局限性,有限元动力分析结果更符合实际情况。

基于有限元的轴承组件动态性能分析

运用接触单元和两节点接触摩擦单元构建了接触和接触摩擦数学模型,基于此建立了轴承组件的有限元非线性数学模型,为证明该模型的正确性,利用开发的分析软件对轴承组件支承轴顶端内环某顶点的动态性能进行了计算分析,并进行了试验验证。理论计算结果和试验结果相对误差约为3.1%,在允许的误差范围内。这表明所构建的轴承组件的有限元非线性数学模型是正确合理的。

地震作用下曲线匝道桥梁伸缩缝碰撞响应

针对曲线匝道桥梁的伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托一座多层互通式立交体系中的单支带伸缩缝曲线匝道桥工程,用Kelvin接触单元模拟桥墩两联间伸缩缝和桥台处伸缩缝在地震作用下的碰撞效应。文章建立了包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的全桥空间动力模型,利用非线性时程分析法,针对2个计算模型,分别输入多种地震动工况,对比分析曲线匝道桥梁桥墩处伸缩缝和桥台处伸缩缝的地震碰撞响应差异,结果表明:取消桥台伸缩缝更利于曲线匝道桥跨结构抗震的概念。

基于接触动力学的钢板弹簧计算模型研究

钢板弹簧由于存在几何非线性和接触非线性等多种非线性因素,增加了其精确设计的难度。根据接触动力学理论,利用ANSYS和ADAMS分别建立了钢板弹簧的计算模型,对之进行非线性有限元分析和动特性仿真。考虑簧片间的接触和摩擦,得到了板簧的应力分布和变形情况,精确地计算了钢板弹簧的力学特性。同时板簧的多体仿真模型较好地模拟了板簧特性的台架试验。

含分层损伤复合材料加筋板动力响应分析接触效应

基于考虑一阶剪切效应的复合材料层合板单元和层合梁单元,提出了含嵌入圆形分层损伤的复合材料加筋板非线性动力响应有限元分析方法,其中包括采用A dam s应变能法与R ay le igh阻尼模型相结合的方法,构造了相应的阻尼阵列式;建立了一种H ertz型非线性动力接触界面单元模型,有效地解决了含分层损伤的复合材料加筋板,在进行动力响应分析时,低阶模态中在分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象;提出了含损伤结构的动力响应的精细积分法.在上述分析模型和方法的基础上,通过对典型数例的分析和讨论表明,在含分层损伤加筋层合板动力响应分析时,必须考虑分层子板间真实的接触状态.

矿用减速器斜齿轮副动态啮合仿真分析

利用大型有限元分析软件ANSYS建立了某矿用减速器变位斜齿轮副多齿对啮合的有限元非线性接触分析模型。基于该模型,对齿轮副进行了在一定工况下的动态啮合仿真分析,得出瞬态啮合时轮齿的接触状态、接触应力、齿根弯曲应力以及主从动齿轮的转矩、转速随啮合位置变化的规律符合实际啮合规律,同时得到最恶接触位置,并在此位置进行了静态接触强度分析。分析结果表明,动态啮合仿真能够真实反映轮齿的接触状态、接触应力以及齿根弯曲应力的动态变化,静态接触分析进一步验证动态啮合分析的可靠性,也为疲劳寿命分析提供了依据。

造斜段弯曲钻柱非线性动力学分析与仿真

为确定定向井弯曲钻柱的钻进状态,以造斜井段中初弯曲钻柱为研究对象建立系统非线性力学模型,构造动态接触模型,探究接触状态,并对动力学模型进行迭代求解,得到仿真过程动态响应,考察钻柱不同位置处静动态特性差异,并与直井钻柱对比分析。结果表明:弯曲钻柱两侧工作于高应力状态,随曲率半径增大钻柱应力幅值、挠曲变形单调增加;下部交变作用较明显,其接触状态由碰撞变为摩擦,动态特性与直井相似,中上部钻进状态平稳,弯曲状态对其屈曲变形有抑制作用;随载荷的增加钻柱呈螺旋钻进状态,屈曲失稳将由下部产生并向上扩展。

应用Lagrangian乘子与对称罚函数结合算法分析实心轮胎动接触问题

实心轮胎动接触问题是轮胎力学领域里的新课题 ,本文提出了Lagrangian乘子与对称罚函数法的结合算法 ,并以某履带车辆实心轮胎为例 ,应用该方法对其进行了动接触的有限元力学分析 ,获得了实心轮胎稳态滚动的应力场及接触变形情况。有限元计算结果表明该算法可以有效分析实心轮胎的动接触问题 ,而且对其结构优化。

小浪底灌溉塔非线性动力安全研究

对灌溉塔的动力安全性进行了研究。计算时,灌溉塔与挡墙间的施工缝采用接触单元进行模拟,动力非线性计算采用时程分析法,加速度的假定采用Newmark方法,计算平台为ANSYS。计算结果表明:塔顶动力变形满足20 cm宽的塔间缝设计要求,事故闸门槽的变形不会影响闸门的开启,塔体拉应力主要分布在塔基面和232 m,245 m高程塔体截面变化处,接触面混凝土不会被压坏,塔体的抗滑和抗倾覆稳定满足要求。

导轨滑块结合部的非线性刚度等效建模研究

基于弹性力学及其赫兹接触理论,以导轨滑块结合部为研究对象,在分析计算预紧情况下结合部刚度特性的基础上分别采用含滚珠的结合部有限元模型与非线性等效弹簧有限元模型仿真计算。分析结果表明:采用含滚珠的结合部有限元模型分析得到的刚度特性曲线与理论计算非常吻合;采用非线性等效弹簧有限元模型得到的刚度特性曲线与含滚珠结合部模型计算结果的最大误差约为8%,且应力云图分布也基本吻合,从而验证了该非线性等效弹簧简化模型的可行性与有效性。