随机声载荷作用下的复杂薄壁结构Von Mises应力概率分布研究

随机声载荷作用下的某些复杂薄壁结构的振动疲劳属于多轴疲劳,Von Mises应力准则是多轴疲劳损伤分析的一条有效途径。通过对有限带宽高斯白噪声载荷作用下结构Von Mises应力概率分布研究,分析提出Von Mises应力服从双参数Weibull分布或Lognormal分布,并且给出了估算这两种概率分布参数的方法,进而得到了Von Mises,应力峰值概率密度函数,从而为结构的疲劳损伤寿命估算提供依据。在工程应用中采用耦合的有限元和边界元方法计算了某型航空发动机燃烧室火焰筒薄壁结构在随机声载荷作用下的振动应力响应功率谱密度,着重分析了Von Mises应力响应的概率分布特征,并对分析结果采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验进行了比较验证。

考虑三向应力效应的最大Mises应力复合断裂判据

通过对脆性断裂过程中开裂扩展机理的分析,提出了径向平面最大Mises应力(RPMS)概念。在平面应变条件下考虑泊松比的影响,对不同应力复合比的I-II复合型载荷作用下裂尖处应力分布进行了分析,以此为基础,考虑裂尖处三向应力状态对断裂过程的影响,将径向平面上的最大Mises应力作为裂纹开裂扩展的控制因素。据此,针对复合型载荷模式,提出了裂尖复合脆性断裂判据及裂纹开裂方向表达式。将计算结果与现有试验或其他理论进行了对比分析,以此验证了该径向平面上最大Mises应力断裂判据的合理性。

随机振动载荷作用下结构Von Mises应力过程的研究

随机振动载荷作用下结构的多轴疲劳分析非常复杂 ,利用VonMises应力准则将多轴应力响应转换为单轴应力是一条简单而有效的途径 ,其关键问题是VonMises应力概率密度函数的确定。本文提出了VonMises应力过程近似服从Weibull分布的假设 ,同时给出了确定Weibull参数的方法 。

随机振动结构Von Mises应力过程峰值概率密度函数的研究

随机振动载荷作用下结构的多轴疲劳分析非常复杂,利用Von Mises应力准则将多轴应力转换为单轴应力是一条简单而有效的途径。在频域利用Von Mises应力对结构进行多轴疲劳分析的前提是必须获得Von Mises应力过程中应力循环的概率密度函数。本文利用平稳随机过程的穿越分析和极值的概率分析,给出了计算Von Mises应力过程峰值概率密度函数的公式,为进一步进行疲劳损伤及寿命分析打下了基础。

静力-随机振动复合工况下Von Mises应力的概率分布及强度评估

针对静力-高斯随机载荷复合作用下的线性结构,考察了结构Von Mises应力过程的概率分布,在此基础上,利用中心卡方分布近似研究了一定累积概率(99.73%)水平下Von Mises应力值的计算,提出了静力-随机振动复合条件下的强度评估方法。基于一个数值算例,比较了该方法与Monte Carlo模拟的结果和计算效率,结果表明,该方法具有较高的准确度和计算效率。最后,对目前常用的两种工程近似方法进行了考察,从数学上证明了工程近似方法总是偏于保守,为现有方法提供了理论依据。

一种随机振动Von Mises应力的计算方法研究

针对随机振动中应力的不确定性,采用模态叠加理论推出了线性系统随机振动von Mises应力均方根值和功率谱密度的计算方法;采用该计算方法对一算例结构进行了von Mises应力均方根值和功率谱密度计算,并针对应力计算结果进行了结构随机振动疲劳分析,通过与已有试验结果的对比,验证了方法的有效性。

Von Mises应力约束的连续结构的一种双向拓扑优化方法

本文依照双向进化结构拓扑优化方法(BESO)的基本思路,采用一种双区域技术,设计了一种双向进化拓扑优化方法,将设计区域划分为两个区域:用于显示结构拓扑构型的前台区域以及用于搜索单元可能生长方向的后台区域。根据结构有限元计算确定单元所在区域,并根据不同的区域,增加或删除结构单元,从而获得最优的拓扑构型。文章最后通过数值算例验证了该方法的可行性。

非均匀地应力下井壁Von Mises应力及稳定性分析

为分析非均匀地应力作用下井壁Von Mises(米塞斯)应力及其对井壁稳定性的影响,建立了非均匀地应力作用下井壁附近岩石的力学分析模型.根据弹性力学中应力与应力函数之间的关系,应用叠加原理,导出了非均匀地应力下井壁径向应力、环向应力和剪切应力计算公式,分析了非均匀地应力对井壁稳定性的影响,确定了以钻井液密度为自变量的井壁Von Mises应力的二次拟合公式.采用拟合公式计算的井壁Von Mises应力误差小于2.5%,利用该公式可以确定井壁岩石不会破裂的钻井液密度.

LNG储罐在地震作用下弹性罐壁Mises应力理论解

以典型弹性壁LNG储罐结构为研究对象,探讨了该类结构在地震作用下的结构响应。对比分析了反应谱理论与欧洲规范《EN1998-4》关于弹性壁储罐结构的地震动动水压力,提出并应用曲面拟合方法将该动水压力拟合为三角函数的组合形式。从薄壳结构理论出发,应用拟合的动水压力与静水压力的叠加,给出了在地震作用下该类结构的Mises应力解。通过比较本文提出的罐壁Mises应力理论解与ABAQUS耦合欧拉—拉格朗日(CEL)的算法结果,验证并表明了本文理论简化解具有较高的计算精度。

基于经典Von Mises应力的多轴等效应力修正方法研究

基于经典Von Mises应力的等效准则在静力学中具有较好的适用性,但推广到动力学中会出现新的问题,机械的应用该经典等效方法进行多轴振动疲劳损伤计算可能会导致错误的结果。总结给出了几种经典Von Mises应力等效的修正方法,使之适用于噪声载荷产生的多轴振动疲劳问题。算例表明,修正后的Von Mises应力响应功率谱的峰值和各应力分量响应功率谱的峰值均在同一频段范围,且均位于结构基频附近,这和结构自身动特性及实际受载情况是相符的,使得修正后的等效应力具有实际的物理意义,且修正后的等效应力满足高斯分布,可在频域范围内应用现有模型解决多轴应力状态下的振动疲劳寿命预估问题。

髋关节表面置换中假体柄长度对股骨应力的影响

目的髋关节表面置换术被称为一种保骨手术,该手术只更换患病或受损的髋臼和股骨头表面,大部分的骨量得以保存。该手术适用于患有较小范围的股骨头缺血性坏死和轻微畸形的骨关节炎等疾病的年轻患者。本研究探讨表面髋置换中假体柄的长度对股骨近端生物力学的影响,找出假体柄的长度与股骨外侧皮质长度的关系。方法选取无髋关节疾病史的成年男性的股骨CT资料和常用表面髋假体,建立自然髋关节模型并建立表面髋假体模型。建立不同长度的表面髋假体柄,分别为60、55、50、45、40 mm。将皮质骨和松质骨分别赋予不同的弹性模量。股骨侧假体为锆铌合金材料,表面经过氧化形成金属陶瓷材料。使用有限元分析软件在股骨上方加载350 N观察股骨近端的应力变化。结果随着表面髋假体柄长度的减小,股骨上的最大Mises应力呈现出先增大后减小的趋势,最大主应变呈现先减小后增大的趋势;股骨头假体边缘和股骨交界处的应力值呈现出先减小后增大的趋势。结论当假体柄长度为50 mm时,此时股骨上的应力最大,为12.92 MPa;应变最小,为893.6με。由于建立模型的股骨外侧皮质长度为88 mm,通过计算,股骨假体柄长度与股骨外侧皮质长度的最佳比例应为57%左右,可以在此基础上进行表面髋假体结构设计。

侧翻脱模机支座结构参数对其接触应力影响分析

支座是侧翻脱模机中一个重要零件,起到支撑的作用,其结构参数影响整个系统的可靠性。针对支座结构参数设计问题,对其进行理论分析与仿真研究。对侧翻过程进行受力分析,采用有限元方法对不同支座结构参数模型进行仿真。在侧翻脱模机工作过程中,随着支座厚度、转轴直径增大使支座与转轴接触应力减小,转轴直径d相对于支座厚度t对支座与转轴接触的Mises应力敏感,为类似支座结构参数设计提供了参考。

多层直埋供热管直管段的应力特性分析

为了更好地揭示直埋供热管直管段的应力及管周温度场分布特征,及探究内压、温差和埋深对钢管Mises应力的影响,建立相应的多层热力管与土的接触有限元模型,进行热-力耦合分析,得到了相应的温度场与应力场。研究结果表明:同一截面处,钢管的上侧有效应力值大于下侧,最大值位于上侧中心线处;钢管的应力主要受工作温差和内压的影响,受埋置深度的影响较小。

抽灌作用下止水帷幕应力应变研究

本文基于上海某基坑工程,利用有限元分析软件Abaqus建立了三维流固耦合模型,通过仿真结果分析了基坑降水及同时考虑基坑内抽水基坑外回灌作用下渗流场的变化情况以及止水帷幕的应力变化及变形规律。分析表明,在抽水及抽灌作用下,止水帷幕Mises应力大小随着止水帷幕埋置深度的增加逐渐增大。随着坑内降水的进行,止水帷幕整体的应力在逐渐增大,在抽水稳定后,止水帷幕的应力达到最大值。回灌井的作用使得止水帷幕所受应力逐渐变小,止水帷幕向基坑内侧的变形量减小。

配筋空心圆钢管高强混凝土轴压短柱工作机理分析

目的 提出一种配筋空心圆钢管高强混凝土新型组合柱,分析其在轴向荷载作用下的工作机理,以解决空心钢管混凝土柱空心率较大和延性差等问题。方法 对配筋空心圆钢管高强混凝土短柱进行轴压试验,利用ABAQUS有限元分析软件建立组合柱的有限元模型,以试验结果验证有限元模型的准确性。对组合柱的受力工作机理进行分析,重点研究其在轴向荷载作用下的受力过程、各组分分担内力比例和应力状态。结果 与空心圆钢管高强混凝土柱相比,未配置普通钢筋的试件峰值承载力提升了6.37%、DI提高了6.64%、SI提高了3.59%,配置普通钢筋的试件峰值承载力提升了13.31%、DI提高了8.12%、SI提高了5.68%。整个受力过程中,管柱混凝土和夹层混凝土承载的内力比例分别为36.2%~39.7%和29.0%~30.6%。结论 配置普通钢筋的试件具有更高的承载能力和延性能力;夹层混凝土和管柱混凝土在加载过程中为主要受力组分;钢筋在加载前期基本不承担内力,进入塑性强化阶段才开始发挥作用。

基于ANSYS Workbench的O形橡胶密封圈有限元分析

为了研究O形橡胶密封圈(以下简称O形圈)的压缩率与接触压强的关系,首先通过ANSYS Workbench有限元分析软件对装置结构进行必要的模型简化,其次进行关键的边界条件设置及载荷的施加等操作,最后完成非线性静态有限元分析。采用后处理分析技术,得到该装置结构的变形量及von Mises应力分布图。结合实际工况,分析螺栓预紧力、O形圈压缩率及接触压强之间的关系,保证介质(含压气体或液体)密封的接触压强满足工况需求,确保介质密封的有效性和可靠性。

基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法研究

针对航空发动机燃烧室火焰筒结构的声疲劳问题,研究了一种用于随机载荷下结构疲劳寿命预估的有效方法。首先,对薄壁结构在随机载荷作用下的Von Mises应力过程的概率分布作了研究,给出了应力峰值概率密度函数的表达式。基于Miner线性理论,提出了基于应力概率密度和功率谱密度法的随机声疲劳寿命预估方法,并建立了疲劳寿命预估模型。以某型航空发动机燃烧室火焰筒结构为例,在采用耦合的有限元和边界元方法计算出随机声疲劳应力基础上,应用所建立的模型进行了疲劳寿命估算,并对计算结果进行了宽带修正。结果表明,该方法对航空薄壁结构随机疲劳寿命分析具有实用性。

多轴应力响应下结构振动疲劳寿命预估的时域方法研究

应用Von Mises应力准则将多轴应力响应等效合成为单轴应力,给出了基于功率谱输入和时域输入的多轴应力响应振动疲劳寿命预估方法,时域输入法的求解过程没有丢失应力分量相位的相互信息,较功率谱输入法更完备。针对激励载荷是以功率谱密度函数形式表达的,提出了Monte-Carlo伪随机历程模拟将激励功率谱转换到时域激励中,再通过时域输入法进行寿命预估的求解思路,保证了等效合成的Von Mises应力的相位信息具有实际的物理意义,可指导多轴应力响应下结构振动疲劳寿命的精确预估以及声疲劳试验研究。

咬合接触对桩核冠修复后牙体及牙周组织应力分布的影响

背景:桩核冠修复牙体缺损是恢复牙齿形态与功能的有效方法,但其修复效果受到多种因素影响,需进一步研究多重影响的效应以优化设计。目的:研究不同咬合接触状态下,不同程度牙体缺损采用不同桩核材料修复后的组织应力水平变化。方法:通过CT数据建立人下颌第一磨牙的三维实体模型,并通过软件生成完整天然牙、6种缺损形式(全颌面轻度缺损、全颌面重度缺损、近中颌面轻度缺损、近中颌面重度缺损、远中颌面轻度缺损、远中颌面重度缺损)及2种桩核(纤维桩、氧化锆桩)冠修复的模型,导入ANSYS三维有限元软件,分析在稳定咬合接触(ABC)和不稳定咬合接触(AC)状态下的牙体、牙周组织应力。结果与结论:相对于稳定咬合(ABC)接触,不稳定咬合(AC)接触提高了牙体和牙周组织应力水平,并且不稳定咬合对修复后牙影响更明显;采用高弹性模量的桩材料修复时,牙体组织应力更高且缺损越大应力越高;纤维桩修复后牙周组织应力略高于氧化锆桩,与缺损形式关系不明显;结果表明,临床修复体咬合调整需精确恢复,尤其是不能缺少B区接触。

纤维桩和黏结剂的弹性模量对纤维桩修复应力的影响

目的:研究纤维桩和黏结剂的弹性模量对纤维桩修复应力的影响,为临床上合理选择纤维桩和黏结剂提供实验依据。方法:建立下颌第二前磨牙纤维桩修复的三维有限元模型,设定纤维桩弹性模量(Ep)在15～50GPa之间、黏结剂弹性模量(Ea)在2～20GPa之间变化,以牙体组织和黏结剂层的VonMises应力峰值为观察指标,应用Ansys Workbench DesignXplorer分析软件,研究纤维桩和黏结剂的弹性模量对纤维桩修复应力的影响。结果:一定载荷下,牙体组织的VonMises应力峰值随着Ep和Ea增大而减小,减小幅度为4.45%;黏结剂层的VonMises应力峰值随着Ep和Ea增大而增大,增大幅度为158.68%;与Ep相比,黏结剂层VonMises应力峰值改变对变量Ea的敏感度更高。结论:当纤维桩弹性模量在15～50GPa之间、黏结剂弹性模量在2～20GPa之间变化时,纤维桩和黏结剂的弹性模量改变对牙体组织应力无明显影响;黏结剂层应力随着纤维桩和黏结剂的弹性模量的增大而增大;黏结剂的弹性模量改变对于黏结剂层应力的影响更大;选择低弹性模量的纤维桩和黏结剂对保护纤维桩黏结界面是有利的。