A Finite Element Study of the Influence of Graphite Nodule Characteristics on a Subsurface Crack in a Ductile Cast Iron Matrix under a Contact Load

This paper describes a study of the effects of graphite nodule characteristics on a subsurface crack in austempered ductile iron(ADI).A representative specimen of ADI,subjected to sliding contact load,is modeled using finite elements aiming to obtain the shear stress intensity factor(KII).The parameters varied were(i)the nodule diameter(two different values were considered),(ii)the distance between the nodule and the tip of the crack and(iii)the position of the load relative to the tip of the crack.The results of the numerical simulations show that the smaller diameter nodule has a larger influence on KII,suggesting a higher contact fatigue crack propagation rate in the material with the smaller nodule.These results are the opposite of those observed in experimental studies and would appear to indicate that other factors should be also considered to ensure realistic estimates of the contact fatigue strength of ADI.

重载与中强地震联合作用下的曲线独柱墩桥梁倾覆性分析

为探讨移动车辆和中强地震联合作用对曲线梁桥的抗倾覆影响,建立车-桥-地震分析模型,提出考虑地震作用的曲线梁桥车-桥耦合振动分析方法。以多跨曲线连续梁桥为研究对象,对比分析中强地震和重载车辆偏载组合作用下的支座反力和主梁倾覆时整体转角大小。研究地震动类型、峰值、车辆关键参数等因素对曲线梁桥倾覆稳定性的影响。结果表明:不同车辆和地震荷载组合会改变桥梁的受力情况,纵向间隔2 m的3辆100 t车辆以3 m/s速度行驶时,三跨曲线梁桥的倾覆最明显;综合考虑重载及地震联合作用,对抗倾覆性规范中的稳定系数计算公式进行了修正;分析了五跨曲线梁桥中墩支座偏心距对抗倾覆稳定系数的影响,计算结果表明中墩两相邻支座设置偏心时曲线桥最大抗倾覆系数为1.55。

转轮式日粮混合机叶板结构优化设计

试验旨在对有效容积为0.5 m^(3)的转轮式日粮混合机的叶板结构进行优化设计,以提高其混合均匀性。利用Solid works软件建立整机模型,通过改变搅拌架叶板形状的方式进行优化设计,分别将优化前后的模型导入ANSYS软件进行有限元分析和利用EDEM软件进行离散元仿真分析;并搭建台架试验,通过叶板所承受最大转矩及离散系数两个评价指标来验证优化的可行性。有限元分析结果表明:叶板形状优化后最大应力较优化前下降40.38%;最大结点位移较优化前下降40.42%;对优化前后的转轮式日粮混合机进行离散元仿真,计算优化前后的离散系数。从整体数据上看,优化后结构的离散系数较小,即优化后日粮混合机的混合均匀度更高,且进行台架试验得出的结果符合上述分析。得出优化后结构的刚度和混合均匀性均优于优化前,验证了结构优化的可靠性。

铝合金在接触固溶处理工艺中的界面传热系数

采用有限元模拟和反演优化(IO)方法测定7075铝合金在不同压力、表面粗糙度和温度下接触固溶处理过程中的界面传热系数(IHTC)值,并分析这些因素对IHTC的影响。结果表明:随着压力的增加,IHTC值先增加,然后保持稳定;IHTC值随表面粗糙度的增大而减小;随着板温的升高,瞬时IHTC值先增大后减小。基于压力、表面粗糙度和温度的综合影响规律,建立多因素影响的IHTC理论模型。使用此模型能较好地预测不同条件下合金的瞬时IHTC值。

成型钢筋混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

成型钢筋是采用机械加工成型的钢筋制品,能有效提高钢筋加工质量与效率,降低加工成本,减少废料损耗,具有广阔的应用前景。目前,有关成型钢筋混凝土构件的研究主要集中在楼板和剪力墙方面,对柱的研究则相对较少。基于有限元软件ABAQUS,建立了成型钢筋混凝土柱的滞回分析模型。基于完成的3根成型钢筋混凝土柱抗震试验研究结果,验证了该模型合理性。在此基础上,开展了有限元参数分析,主要参数包括成型方式(穿箍、绕箍)、轴压比(0.2,0.4,0.6,0.8)、混凝土强度等级(C30,C40,C50,C60)、纵筋配筋率(0.78%,1.1%,1.5%,3.0%)、配箍率(0.45%,0.7%,1.0%)及箍筋构造(体积配箍率相同,双肢或三肢)等。分析结果表明:穿箍成型、绕箍成型和绑扎对比试件的承载力相近,相差≤5%;当轴压比从0.2增加到0.8时,试件的承载力提高22%,而延性系数下降42%;当纵筋配筋率从0.78%增加到1.5%时,试件的承载力提高31%,延性系数提高11%,而当配筋率从1.5%增加到3.1%时,试件的承载力提高39%,延性系数则降低52%;当纵筋配筋率从0.78%增加到1.5%时,双肢箍试件比三肢箍试件的延性系数高约20%,而当配筋率从1.5%增加到3.1%时,双肢箍试件的延性系数较三肢箍试件低约25%,这主要是由于在高配筋率情况下三肢箍对截面约束效果更好所致。

偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析

利用理论公式和CFX仿真分别对偏滤器部件中平板型W/Cu模块进行稳态热分析,获得了不同热流密度下W/Cu模块的温度场和应力场的变化。理论计算得到的对流传热系数约为52304W·(m^(2)·K)^(‒1),而用CFX仿真分析得到的为35168~52186W·(m^(2)·K)^(‒1)。此外,两种稳态热分析方式得到的W/Cu模块的温度场数值相近;在20MW·m^(‒2)热流密度下,W/Cu模块的温度场、应力场分析结果均超出了对应材料的许用范围,严重影响了偏滤器部件的稳定运行。

城轨钢箱梁开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力计算组合系数法

为简化城轨交通钢箱梁桥面板疲劳性能评估,基于轨下开口肋正交异性钢桥面板典型构造,采用有限元方法提出其疲劳应力计算组合系数法。首先,建立重庆嘉华轨道专用桥桥面构造有限元模型,确定车辆疲劳荷载纵、横向影响范围及最不利加载位置,并分析减震垫刚度、轨下纵梁刚度和轨枕板形式等关键参数对开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力的影响。然后,根据工程实际,确定城轨交通桥正交异性钢桥面板基准结构及各设计参数变化范围,基于上述有限元模型对顶板厚度,板肋厚度和间距,横隔板间距、高度和厚度及开孔半径进行分析,得到各参数影响系数并提出轨下开口肋正交异性钢桥面板疲劳应力计算组合系数法。最后,用算例验证该方法的合理性和可靠性,计算误差在10%以内,可为疲劳设计提供参考。

微系统封装陶瓷外壳结构可靠性设计研究

由于微系统的集成芯片多、密度大且可靠性要求高,因此大部分微系统采用封装密度高、电热性能好且气密性好的陶瓷封装,封装管壳和基板为一体化设计,大大节省了布局空间。陶瓷外壳作为微系统的载体,其结构可靠性对微系统的性能起至关重要的作用,因此基于高密度多层共烧陶瓷技术体系,采用有限元分析软件,对微系统外壳的结构可靠性进行了系统仿真研究,形成了适用于微系统封装的大尺寸、高可靠外壳的结构设计规则。采用该规则设计的微系统具有高可靠、高密度、高性能、低功耗和设计周期短等优势。

盲孔法测试膨胀管残余应力研究

膨胀管在膨胀作业结束后,会残留分布不均的残余应力,残余应力将会影响膨胀管胀后抗外挤强度、抗腐蚀强度等关键性能。为此,采用盲孔法测试膨胀管外表面轴向残余应力与环向残余应力水平及变化情况,通过有限元法获得残余应力整体分布情况并加以验证。研究结果表明:膨胀管的胀后残余应力近外壁面2 mm内平均环向和轴向残余应力测试值分别为-352.5与-589.0 MPa,与有限元模拟值误差小于10%;环向残余应力的中性面在沿壁厚方向距内壁面约70%厚度处,轴向残余应力的中性面在沿壁厚方向距内壁面约64%厚度处;膨胀管胀后并经过多天存放,轴向残余应力降幅为18.7%,环向残余应力降幅为12.8%。所得结论可为膨胀管性能评价研究提供技术参考。

基于等效线性化隔震结构设计周期折减系数研究

《建筑隔震设计标准》提出的隔震设计是基于复振型分解反应谱等效线性化的一体化直接设计方法,但未提及隔震结构周期折减系数如何取值。基于此,根据刚度串联关系推导等效单自由度隔震体系周期折减系数简化计算公式,探讨隔震结构周期折减系数因素的影响规律,建立不同填充材料、不同填充率的有限元数值模型,并利用数值模拟结果验证隔震结构周期折减系数简化计算公式。结果表明:隔震结构周期折减系数与名义周期比、非隔震结构周期折减系数存在函数关系;墙体开洞与通高墙体的隔震结构的周期折减系数均随着填充率的增大而减小,当填充率相同时,呈现出随填充材料弹性模量增大而减小的趋势,墙体开洞会增大隔震结构周期折减系数,且隔震结构的周期折减系数的取值范围相对较窄,为0.915~0.965;数值有限元模拟与理论结果偏差小于3%,吻合度高,以验证隔震结构周期折减系数简化计算公式的正确性,说明该简化计算方法对隔震工程设计具有一定指导意义。

有限元模拟高延性混凝土加固砖墙抗震性能研究

通过高延性混凝土加固和普通砂浆加固砌体试件的平面外低周往复荷载试验研究发现,高延性混凝土加固形式可以显著提升砖墙平面外抗弯承载力和变形能力。利用ABAQUS有限软件整体模型,选用合适参数对高延性混凝土面层加固试件的抗震性能进行数值分析,与试验结果进行对比。并在此有限元模型基础上,深入分析不同厚度的高延性混凝土加固层试件抗震性能。研究表明:本文建立的有限元模型分析结果与试验相似。随着砖墙的高延性混凝土加固层增厚,墙体平面外的承载能力和刚度随之增加,耗能性能也得到提高。

公路路基填筑施工过程稳定性分析

地质复杂区的公路工程建设难度较大,施工过程中路堤的变形较大、稳定性较差,严重影响工程的施工安全。基于此,本文以S358青阳段工程为研究对象,基于固结理论计算获得公路填筑的临界高度。通过有限元软件建立三维路堤模型,模拟路堤填筑全过程,获得了路堤填筑过程中的竖向位移、塑性区以及塑性点发展规律,进一步基于强度折减法获得路堤安全稳定性系数。研究表明,该公路工程填筑的临界高度为4.1m,填筑高度低于临界值时,竖向位移增长速率仅为6.7mm/m,当填筑高度高于临界值时,竖向位移增长速率显著提升;路堤填筑过程中,路堤潜在滑动面逐渐发展,塑性区从坡脚处逐渐扩大至路堤表面;当路堤填筑超过临界值后,塑性点数量明显变多,且扩散至路堤表面,从而路堤的安全稳定性系数显著降低。本文研究内容和方法可为类似工程提供一定的经验。

简支工字形钢混组合梁横向分布系数研究及简化计算

钢混组合梁兼具钢材的抗拉性能及混凝土的抗压性能,整体造价较钢梁有明显优势,在城市建设中具有明显的运用优势。然而,基于工程实例对钢混组合梁开展横向分布系数的研究和简化计算较为匮乏。因此,选取一项桥梁改造工程,以简支工字形钢混组合梁为对象,通过建立全桥梁格有限元模型分析桥宽、中间横梁间距、中间横梁强度、主梁片数等参数,研究简支工字形钢混组合梁横向分布系数。将其结果与刚性横梁法、刚接板梁法、比拟正交异性板梁法相比,简化了简支工字形钢混组合梁有限元计算。

内嵌填充墙体框架结构抗震性能分析及抗侧刚度公式

结构初始刚度是工程抗震设计中的重要参数,在内嵌蒸压加气混凝土(ALC)板框架结构拟静力试验的基础上,基于试验现象,提出了一种填充墙体-框架结构相互作用模型并推导出结构初始刚度计算公式。建立5组28个有限元模型,研究梁柱线刚度比、墙体高宽比、嵌缝材料弹性模量、墙体弹性模量和厚度对填充墙体刚度贡献的影响。研究发现:填充墙体的刚度贡献主要受局部压缩的影响,其贡献程度与墙体-框架抗侧刚度之比呈负相关。基于此,通过拟合得到了墙体刚度折减系数a_(w)关系式,通过与试验结果的对比,结果表明:该文提出的内嵌填充墙体框架初始刚度计算公式结果准确,可以为工程实践提供参考。

非共面加筋结构能量有限元分析研究

为了拓展能量有限元分析在复杂耦合结构振动响应预示中的应用,基于能量有限元理论与能量传递系数计算方法,提出一种针对非共面加筋结构的能量有限元建模分析方法,通过与经典文献中的计算数据进行对比验证方法的合理性,再基于算例分析获取非共面加筋结构在单点简谐激励作用下的能量密度分布规律,并与无加筋的情况进行对比.研究表明:横向激励作用下,结构中的弯曲波能量密度明显高于另外两种面内波,并且加强筋的存在会对面内波的传递起到阻碍作用.

HDC加固受损钢筋混凝土柱轴压性能试验研究及数值模拟

为研究高延性混凝土(HDC)对受损钢筋混凝土(RC)柱的加固效果,试验设计制作了4根RC方柱,其中3根为预损柱,分别采用不同厚度HDC进行加固,1根未加固试件作为对照组。通过对不同厚度HDC加固的受损RC柱进行轴心受压试验,研究其裂缝发展和破坏规律。在此基础上,建立HDC加固受损RC柱受压试件的ABAQUS有限元模型,利用ABAQUS对不同厚度HDC加固受损RC柱的试验进行数值模拟,并分析其受力机理。最后,通过对试验和模拟数据的分析,考虑HDC材料强度利用系数对受损RC柱承载力的影响,提出了HDC加固受损RC柱的极限承载力计算方法,并通过试验验证了模拟结果与计算结果的可行性,可为采用该加固方式的实际工程提供有力参考。

一种包板加强T型管节点的简化算法

包板在海洋工程结构中有着广泛的应用,限于其复杂的受力特性,对其力学性能一直没有可量化的计算方法。利用有限元分析方法对包板加强的T型管节点,分别在轴向受压﹑轴向受拉和受弯曲工况下的承载能力进行研究,在宽幅值包板极限承载力公式的基础上,结合API RP2A中简单节点的计算方法,给出了可量化的适用于工程实践中的窄幅值包板加强T型节点校核计算公式,并给出包板与弦杆连接角焊缝选择方法。分析结果表明,该简化计算方法能够有效体现出垫板各参数对承载能力的影响,对包板设计起到指导作用,能够有效简化包板设计的计算过程。

有限周期微穿孔波纹板吸声体吸声性能研究

为了推动微穿孔吸声体(MPA)在工程中的实际应用,本文采用数值仿真方法,研究了有限尺寸的微穿孔波纹板吸声体的吸声性能.首先,基于微穿孔板阻抗理论,并将平面波谱法和有限元分析方法耦合起来,构造了微穿孔波纹板吸声体(CMPA)的三维仿真模型,给出了在声波垂直入射和斜入射工况下,吸声体声学性能的计算列式;然后,应用有限元软件COMSOL,模拟了有限周期CMPA的吸声性能,分析了波纹深度和波纹间距与吸声性能之间的关系,以及声波入射方向对吸声性能的影响;最后,为改善吸声体对声波方向的敏感性,设计了双向波纹状微穿孔板吸声体.结果表明,在声波垂直入射和斜入射的工况下,相对于传统的平直微穿孔板吸声体,波纹板吸声体具有更好的吸声性能,包括更高的吸声系数和更宽的有效吸声频带;双向波纹板吸声体能显著改善单向波纹板对声波入射方向的敏感性,实现在更大声波入射角范围内的有效吸声,如当入射声波方位角任意且入射角在0°~45°范围内时,双向波纹板吸声体,在500~2500 Hz范围内的吸声系数都大于0.7,表现出了优良的吸声性能.

西安地铁10号线某钢管桩围堰施工与设计优化分析

以西安地铁10号线工程为依托,采用有限元分析法,研究了桩长、圈梁、支撑位置和渗水条件对支护结构内力及整体稳定性的影响。研究表明,随着嵌固深度的增加,围堰整体稳定性系数相差不大,但对抗倾覆、隆起、流土和管涌的稳定性有较大提升;随着第4道圈梁位置的上移,围堰整体稳定性及抗倾覆安全系数减弱,最大弯矩值增大,但对围堰整体稳定性影响较弱;围堰发生渗水后的整体稳定性降低,支护结构内力出现衰减,围堰内积水影响正常施工,应尽量避免。

基于ABAQUS的钢筋混凝土单侧加固柱受力性能模拟分析

为研究旧钢筋混凝土柱单侧加固后的受力性能,文章采用ABAQUS有限元软件,针对其不同加固截面尺寸、不同侧向力方向、不同初始轴压比等情形,进行单调水平荷载作用下的模拟分析,并与未加固旧柱对比。研究结果表明:加固后钢筋混凝土柱在2个主轴方向侧向承载力显著提高,且随加固截面尺寸的增大而提高,但延性变化不显著;轴压比越大,柱在2个主轴方向的侧向承载力提高越显著,但后期延性下降更明显。