梯度铝蜂窝夹芯板的力学行为

梯度分层铝合金蜂窝板是一种有效的吸能结构,本工作在梯度铝蜂窝结构的基础上根据梯度率的概念,通过改变蜂窝芯层的胞壁长度,设计了4种质量相同、梯度率不同的铝蜂窝夹芯结构。通过准静态压缩实验,并结合非线性有限元模拟准静态及冲击态下梯度铝蜂窝夹芯结构的变形情况及其力学性能,分析对比了相同质量下梯度铝蜂窝夹芯结构在准静态下的变形模式以及冲击载荷下分层均质蜂窝结构和不同梯度率的分层梯度蜂窝结构的动态响应和能量吸收特性。结果表明:在准静态压缩过程中,铝蜂窝梯度夹芯板的变形具有明显的局部化特征,蜂窝芯的变形为低密度优先变形直至密实,层级之间的密实化应变差随芯层密度的增大而逐渐减小;在高速冲击下,梯度蜂窝板并非严格按照准静态过程中逐级变形直至密实,而是在锤头冲击惯性及芯层密度的相互作用下整体发生的线弹性变形、弹性屈曲、塑性坍塌及密实化;另外,在本工作所设计的梯度率中,当梯度率为γ_(1)=0.0276时,梯度蜂窝夹芯板的吸能性达到最好,相较于同等质量下的均质蜂窝夹芯板,能量吸收提高了10.63%。

预应力混凝土连续箱梁桥的温度应力分析

针对新颁布的公路桥梁设计规范规定的日照温度梯度模式,推导了预应力混凝土连续箱梁桥的温度应力计算公式,编制了温度应力分析程序,分别按新、旧规范中的两种不同日照温度梯度模式分析了洺河大桥预应力混凝土四跨连续箱梁的温度应力。结果表明,按新规范中的梯度模式进行预应力混凝土连续箱梁桥设计,能使结构的抗裂性得到显著改善。实际设计时,应特别注意对主跨跨中截面进行持久状况正常使用极限状态的正截面抗裂性验算,也应注意验算中支点附近截面上靠近重心轴处的斜截面抗裂性;对静定结构,也应关注温度应力的影响。

连续箱梁的日照温差应力计算研究

根据变形协调条件及平截面假定,首先推导了连续箱梁日照温差总应力的一般公式,并针对试验观测资料及我国铁路桥梁和公路桥梁设计规范中的不同日照温差梯度模式,给出了温度应力的实用计算公式。为了能够进一步应用于斜交连续箱梁,以斜交连续梁的三力矩方程为基础,给出了温度次弯矩的计算方法及公式。编制了相应温度应力分析程序,结合工程实例分别对正交和斜交连续箱梁的温度应力进行了计算分析,并与ANSYS有限元计算结果进行对比。通过分析连续箱梁日照温差应力沿梁跨方向的分布规律,提出在设计预应力混凝土连续箱梁桥时,应特别注意对主跨跨中截面进行正应力验算及正截面抗裂性验算,并注意对中支点及其附近梁段靠近重心轴处的斜截面抗裂性进行验算。

桥梁结构日照温差二次力及温度应力计算方法研究

根据等效线性化原则,借助一般有限元程序分析预应力混凝土桥梁的非线性日照温差二次力及温度应力;针对两种非线性温度梯度模式及具有不同顶、底板厚度的一般箱梁桥,推导了等效线性化后的特征参数计算公式。对洺河桥预应力混凝土四跨箱形连续梁的非线性日照温差温度应力计算表明:中国现行公路桥规中规定的日照温度梯度模式是偏于不安全的,由日照温差产生的连续梁跨中附近截面下缘拉应力较大,它与预加力等产生的次应力组合会使截面抗裂性降低,设计时应充分重视。

一种新型梯度电场控制光开关的原理研究

基于LiNbO3晶体的电光效应,提出一种利用外加梯度电场控制的新型1×2电光开关的设计理论。采用理论计算及有限元数值模拟的方法对晶体的电光偏转效果及其内部梯度电场的分布进行了分析,讨论了外加电场强度、晶体尺寸、电极条数等对光线偏转角度的影响。分析结果表明,外加梯度电场可以在LiNbO3晶体内部形成折射率的梯度变化,造成光线逐步偏转,且外加电场强度越大,电极条数越多,偏转角度越大。对尺寸为2 mm×2 mm×4 mm的LiNbO3晶体施加的外部电场最大值在1 kV/mm的量级时,光线总偏转角可达到2°(340 mrad)左右,有效地实现了1×2光开关的效果。

大地电磁主轴各向异性二维理论模型反演分析

地下介质普遍存在各向异性,为反应地下真实地质情况,需建立各向异性模型进行研究。主要进行主轴各向异性大地电磁二维反演研究,采用有限单元法作为正演模拟方法,将正演响应结果与前人计算结果进行对比分析,验证了算法的正确性,并对不同方向上电阻率响应灵敏度进行分析。采用非线性共轭梯度法进行反演研究,该方法不需要直接计算雅克比矩阵,相对于其他反演方法节省了计算时间,计算效率高;目标函数的建立对于不同方向上的电阻率采用不同的正则化参数来进行约束。通过复杂的各向异性体模型进行反演,结果显示对于不同方向上电阻率的恢复以及异常体位置的圈定都取得了较好的效果,说明了反演算法的有效性。

基于非线性梯度单元的石墨烯功能梯度悬臂板力学特性

针对石墨烯功能梯度材料提出了一种基于20节点非线性梯度单元的有限元建模方法,该方法克服了传统有限元分层法无法精确拟合功能材料梯度变化和无法进行应力分析的缺点。以U形、X形和O形3种梯度分布形式的悬臂板为研究对象,分析了悬臂板静载荷下的弯曲变形、应力分布和模态特性,并与有限元分层法模型进行了对比分析和验证。研究结果表明:与非线性梯度单元法相比,传统分层法模型会导致X形悬臂板弯曲刚度和对应各阶固有频率大于实际值,而导致O形悬臂板的弯曲刚度和对应各阶固有频率小于实际值;与U形分布形式相比,X形梯度分布可以提高悬臂板弯曲刚度,提高悬臂板各阶固有频率,而O形分布形式会降低悬臂板弯曲刚度,降低各阶固有频率;非线性梯度单元法能够实现对功能梯度板厚度方向的应力求解,为功能梯度板的疲劳寿命分析提供了理论基础。

重载齿轮淬硬层应力分布规律分析

为了研究重载齿轮淬硬层内的应力分布特性,建立了某轮式装载机轮边减速器太阳轮与行星轮齿轮单齿啮合的实体几何模型,通过布尔运算将几何模型切分成淬硬层和非淬硬层区域,根据淬硬层和非淬硬层的应力特点制定出不同的网格划分方案,经接触非线性有限元分析得到淬硬层齿面接触应力和齿根弯曲应力的分布规律及它们的应力梯度变化规律。利用淬硬层应力大小分布及应力梯度从齿面到芯部的衰减速率可以指导重载齿轮淬硬层的确定,从而提高重载齿轮的承载能力和使用寿命。

大跨径连续刚构桥箱梁日照温度效应分析

文章对某高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥箱梁截面温度场进行实测,获得了箱梁竖向温度梯度与横向温度梯度的非线性分布拟合曲线,并采用有限元软件MIDAS/Civil对实测竖向温度梯度模式和竖向与横向的组合温度梯度模式进行仿真分析。研究表明:其位移大小及分布规律基本一致,但在组合温度梯度模式下部分箱梁底板拉应力较大,使得截面抗裂性降低,在设计时应充分重视。

隐式非线性动力分析有限元并行求解格式

针对非线性动力分析有限元并行计算,采取区域分解和预处理共轭梯度(PCG)算法,提出了三种并行求解格式。第一种整体界面格式(GIF)是将预处理共轭梯度算法应用于子区域组集的界面刚度系数矩阵;第二种局部界面格式(LIF)是利用子区域的非组集的局部Schur补矩阵构成预处理共轭梯度算法,采取不完全Cholesky预处理子;第三种局部子区域格式(LSF)是将预处理共轭梯度算法应用于局部非组集的子区域矩阵并且采用局部子区域信息构造预处理子。采用Newmark-β平均加速度法进行时间积分。编写了基于消息传递(MPI)编程模式的并行有限元程序。在工作站集群上实现了数值算例,分析了三种PCG格式的性能。计算结果表明提出的并行PCG格式优于传统的区域分解算法。

A COMPUTATIONAL APPROACH FOR OPTIMAL CONTROL SYSTEMS GOVERNED BY PARABOLIC VARIATIONAL INEQUALITIES

Iterative techniques for solving optimal control systems governed by parabolic varia-tional inequalities are presented. The techniques we use are based on linear finite elements method to approximate the state equations and nonlinear conjugate gradient methods to solve the discrete optimal control problem. Convergence results and numerical experiments are presented.