计算机模拟小变形的三维应变场及应力场

采用ANSYS结构分析软件,对重轨定径小变形进行了变形物理场分析。通过建立较好的三维重轨有限元模型，分析了在位移载荷下的弹塑性应力、应变和位移分布，结是表明用ANSYS计算分析的结果与实际定径实验的结果相符。     

卸荷岩体本构关系研究

对地质材料模型、石膏模型、砂浆模型进行了模型试验,通过对模型试验得出的数据进行分析、拟合,得出卸荷岩体的增量本构。并在有限元分析程序ADIDA中接入该本构关系,对清江隔河岩电站厂房高边坡三维模型进行有限元分析,通过与加载模型的计算进行比较分析,说明了该本构的合理性。     

基于Seam型裂纹的复合型裂纹起裂角预测的有限元法

目的对处于多轴应力状态下的复合型裂纹起裂角进行预测。方法考虑材料的弹性性能,利用商业有限元软件ABAQUS中的Seam裂纹模拟穿透型裂纹损伤,建立双轴载荷作用下中心带孔边裂纹板的三维有限元模型,通过位移外推法得到裂纹尖端的应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF),并利用求得的SIF基于最大周向应力断裂准则预测孔边裂纹的起裂角。结果通过与相关文献结果进行对比,发现通过该有限元方法计算得到的应力强度因子与文献结果的最大误差在2%以内,预测的裂纹起裂角与文献结果的最大误差在3%以内。结论该有限元方法计算的裂纹起裂角与文献结果一致,因此文中求解复合型裂纹起裂角所使用的有限元方法是可靠有效的。     

基于PSD法的船载雷达随机振动响应分析

目的 优化以经验为主的船载雷达结构设计流程,缩短设计周期,提高设计的准确性。方法 提出基于模态分析和PSD法的新的设计流程,利用ANSYS软件对雷达天线和转台结构进行系统的随机振动分析,得到其模态、应力分布、位移云图及响应谱曲线,验证设计的准确性、合理性。结果 得到雷达系统在1σ下的最大应力值和最大变形量分别为14.847 MPa和0.367 mm。结论 新的设计流程可以得到可靠性更高的产品,能有效缩短产品的设计周期,具有重要的借鉴意义。     

基于有限元法对亥姆霍兹线圈磁场的分析

为进一步明确亥姆霍兹线圈所产生磁场的近场特性,文中尝试采用基于有限元方法的ANSYS软件对亥姆霍兹线圈进行了分析,首先采用ANSYS软件对亥姆霍兹线圈进行三维实体有限元模型和仿真,并将结果与用MATLAB语言绘制磁感应强度的空间分布图进行比较.仿真结果说明ANSYS有限元模型优于MATLAB语言,并且通过实验验证了所建的三维亥姆霍兹线圈有限元模型的有效性和正确性.     

某型飞机全尺寸雷达罩静强度分析与试验验证

目的考核某型飞机全尺寸雷达罩的静强度,验证其计算模型的准确性。方法采用有限元计算和静力试验相结合的方法,对某型飞机全尺寸雷达罩的承载能力进行研究与试验验证。根据雷达罩的结构特点和载荷分布情况建立有限元计算模型,进行应力应变计算与强度校核,得到了雷达罩的应力应变云图。在此基础上,选用最严重载荷工况对雷达罩的承载能力进行试验验证。通过试验总体方案设计及加载实施方案优化设计,采用矢量加载技术和软硬结合的加载方式对雷达罩施加拉压载荷,保证各加载点的载荷均与所在表面的法向相同,与雷达罩实际受载情况一致。结果雷达罩的应力水平较低,承载能力较高;试验实测应力结果与理论计算结果有偏差,但应力分布规律合理,与理论分析计算结果的趋势基本一致;静力试验结果证明雷达罩及其与机身连接结构能够满足静强度设计要求。结论雷达罩静力试验测得的应变数据与有限元计算结果吻合较好,雷达罩本体及其与机身的连接结构满足强度设计要求。     

控制棒驱动机构与反应堆堆顶组合模型的抗震分析

目的获得控制棒驱动机构(CRDM)和反应堆堆顶组件(RHP)在地震作用下的动力学响应。方法建立控制棒驱动机构与反应堆堆顶组件的有限元组合模型,采用ANSYS软件对模型开展三维非线性抗震分析。分析模型中分别用梁单元、杆单元和弹簧单元等模拟堆顶的各个部件,考虑控制棒驱动机构抗震支承板之间、抗震支承板与抗震支承环之间的相互碰撞作用。此外,将电缆托架和电缆桥组件的梁模型也加入到组合模型,而不是简单地将其简化为集中质量,可减小该部分质量分配不真实对抗震分析结果带来的误差。结果利用ANSYS软件时程法中的直接积分法完成了组合模型的抗震分析,提取了控制棒驱动机构和反应堆堆顶组件各部位应力评定所需的载荷。结论较为准确地模拟了抗震板之间的碰撞作用,得到了各截面的载荷,可为设备应力分析提供输入。     

地铁深基坑内支撑结构优化分析

深基坑工程中不同支撑数量会影响基坑系统支护结构的刚度,将对基坑的变形产生一定的影响。武汉市某地铁车站深基坑工程在设计前期分别提出了两种基坑支护结构设计方案,一种采用五道内支撑,另一种采用六道内支撑。为验证不同内支撑数量对该深基坑支护结构的影响,采用Plaxis 3D有限元软件建立了三维有限元模型,模拟分析了不同内支撑数量对该深基坑支护结构的影响。结果表明:六道内支撑方案中-11.8 m处的钢撑使地表以下约8~19 m范围内地下连续墙侧向水平位移增幅显著减少,墙体侧向变形值均在35 mm范围内;五道内支撑方案中基坑长边地下连续墙最大侧向水平位移均保持在40~50 mm左右,总体上满足规范对基坑支护结构变形的要求;六道内支撑方案设计过于保守,造成了经济浪费,五道内支撑方案同时兼顾了安全性与经济性,更适合作为该深基坑现场支护结构的设计方案;将数值模拟结果与现场监测结果进行对比,发现两者具有较好的一致性,证明了有限元模型计算结果的正确性。     

基于ANSYS Workbench的车载天线流固耦合分析

目的检验车载天线在九级风作用下结构是否会发生破坏。方法以车载天线作为研究对象,应用Catia软件建立天线结构的三维模型,利用ANSYS Workbench对天线结构进行流固耦合分析,得到天线在空气流场作用下的气动载荷分布情况。通过耦合面节点差值算法将气动力加载到天线耦合面,对承受气动力的天线进行结构静力学分析,计算天线结构在空气流场作用下的应力分布情况和变形结果。结果车载天线受到侧向风吹压力约为533.8 N,摆幅为186.02 mm;正向风吹压力约为514 N,摆幅为171.6 mm。结论车载天线在20 m/s(九级风)的风载荷作用下,结构不发生破坏,且摆幅不超过200 mm。     

含腐蚀缺陷埋地管道悬空段力学作用与可靠性分析

根据X65管线钢的Ramberg-Osgood本构方程以及土体的摩尔库仑模型,采用有限元软件Abaqus分别对裸露和未裸露的埋地悬空管道受力情况进行数值模拟,模拟得到埋地悬空管道应力和应变与悬空长度之间的关系,以及不同埋深条件下基于最大Mises应力和最大应变的管道安全悬空长度和极限悬空长度;针对带腐蚀缺陷的埋地悬空管道,提出减薄管道壁厚的计算模型,建立了基于应力失效判据的管道失效功能函数和极限状态方程,并利用蒙特卡洛法对管道结构可靠度进行计算,得出管道腐蚀深度和悬空长度对其可靠度的影响程度。该研究结果可为带腐蚀缺陷的埋地管道悬空段的安全性评价提供理论支持,为管道公司抢维修作业提供指导。     

缸内漏气对柴油机性能影响研究

目的研究柴油机缸内漏气状况对柴油机动力输出性能的影响。方法针对150 mm缸径单缸柴油机,采用加装模拟漏气装置以及在GT-suit中建立模拟漏气的单缸机工作过程仿真模型的方式,研究不同漏气面积开度对单缸柴油机缸内最大爆发压力、功率以及有效比油耗的影响。结果在同一工况下,随着模拟漏气装置开度的增加,单缸机的最大爆发压力的最大降幅为7.22%,功率的最大降幅为7.02%,燃油消耗率的最大增幅为5.70%。结论在同一工况下,随着模拟漏气装置开度的增加,单缸柴油机的缸内最大爆发压力和功率随之显著下降,有效比油耗上升。     

某船用唇形密封失效因素试验及仿真模拟研究

目的 针对船用唇形密封使用过程中的唇口破坏问题,研究唇形密封失效影响因素及唇形密封应力、位移、接触压力分布特性。方法 模拟实船齿轮箱输入结构搭建试验台,进行密封失效因素分析,并利用有限元分析软件建立旋转唇形密封的二维轴对称模型,分析过盈量及橡胶本体材料参数对唇形密封应力、位移、唇尖接触压力分布的影响。结果 除密封材料及密封接触应力因素不确定外,其他所列因素几乎均未发生泄漏,因此进一步对不同材料及接触特性进行有限元分析。研究表明,3种材料中,2号材料的Von Mises应力值最大,且不管何种材料,随着过盈量增加,唇尖应力沿着参考线先增大后、逐渐减小、再增大,并呈现非对称分布,过盈量超过0.4 mm时,唇形密封的最大应力出现在骨架与橡胶本体接触圆角处。随着过盈量的增加,3种材料唇尖最大接触压力的变化趋势不同,最大Von Mises 接触应力逐渐增大,且过盈量在0.6 mm之后增速较快,唇尖接触线位置接触压力先减小、后逐渐增大,拐点在接触线位置0.25~0.3 mm处。结论 油温、油压、安装方式、偏心量、转速对于唇形密封失效的影响较小。材料属性与过盈量都会引起唇形密封Von Mises应力及唇尖接触压力发生较大变化,只是影响应力峰值大小不同,材料属性对于唇形密封本体位移的影响较小,过盈量会引起位移较大变化,且会引起最大应力位置变化,同时接触线接触应力与接触压力大小没有相关性。对于唇形密封安装来说,在过盈量为0.8 mm左右时较为合理。     

车用柴油机湿式气缸套振动特性分析

目的通过对柴油机湿式气缸套振动特性的计算分析,研究气缸套失效的主要原因,以提高柴油机结构的可靠性。方法基于16V280ZJ型柴油机气缸套的结构参数,采用有限元法建立气缸套有限元分析模型,对其进行模态分析,包括自由模态以及约束模态,分析气缸套的固有振动特性。然后基于16V280ZJ型柴油机的性能参数,计算气体力与惯性力,从而计算得到气缸套承受的交变侧压力。通过时-频转化将交变侧压力谱转化为频域谱,以分析气缸套承受的激励特性。结果气缸套的模态振型主要为径向弯曲振动,说明径向刚度小于轴向刚度。气缸套承受的交变侧压力的频率低于气缸套的固有频率。结论柴油机湿式气缸套受活塞侧向激振力不会发生共振,缸套的径向刚度较小,导致激振力传递给冷却水后缸套会发生穴蚀。     

公路运输振动环境下发动机粘接界面受载情况分析

目的 基于实测数据,分析公路运输时发动机粘接界面处受振动载荷情况,为振动试验提供依据.方法 采用加速度传感器记录公路运输下加速度数据,对信号进行时域统计分析,并完成载荷谱的构建,通过有限元软件,构建发动机简化模型,进行发动机模态分析和振动过程模拟.结果 对消除趋势项后信号进行统计分析,信号峰值大于3倍均方根值,表明振动数据中包含数值急剧变化的部分,信号峭度为9.34,属于超高斯分布,采集信号中包含冲击信号.将简化后PSD作为输入进行模态分析,结果表明,后封头底端粘接界面位移较大,通过选取的4个参考点上看,位移和加速度均方根值突变的频率在33 Hz附近.模拟实际振动过程发现,前封头及筒段处粘接界面所受应力较为均匀,约为25 kPa,在封头和圆筒段相接处应力值较大,特别是在后封头顶端,存在应力集中,应力值最大可达130 kPa.从应力历程上可以看出,药柱的松弛效应使得冲击过后应力幅值迅速变小.结论 通过实测数据与有限元软件结合,完成了发动机粘接界面模态分析和实际振动过程模拟,为后续振动试验提供了基础.     

直升机桨叶安装螺栓强度与疲劳寿命计算分析

目的 分析桨叶安装螺栓在不同位移载荷真实试车载荷以及螺牙缺齿情况下的剩余强度以及疲劳寿命。方法 基于有限元方法分析不同载荷下桨叶安装螺栓的对数应变,依据失效应变判定其强度,提取有限元模型的单元应力,通过临界平面法计算最大组合应力平面,运用曲线走势、损伤准则预估桨叶安装螺栓的疲劳寿命。结果 0.36 mm位移载荷下螺栓应变未达到破坏值,真实试车载荷超过4倍情况下,螺栓失效的可能性较高,螺栓断牙超过2个,失效风险较高。依据试车载荷谱,初始长度螺栓寿命为20 794 h,初始长度螺栓断1螺牙寿命为10 912 h,拉伸至29.36 mm螺栓疲劳寿命为7 725 h。结论 在额定载荷状态下,材料结构破坏的可能性小。实际载荷超过4倍、螺栓断牙超过2个情况下,应力应变状态显著恶化,桨叶安装螺栓失效的风险较高,需要预防超载荷过大的情况,还需在修理过程中关注螺栓螺纹的损伤情况,即螺纹的正常磨损可不作为故障进行更换,但出现掉牙、断牙情况则需要更换。     

甲醇柴油双燃料燃烧结合DOC/POC耦合大幅度减少发动机微粒排放的研究

对一台四缸增压中冷柴油机采用甲醇柴油双燃料模式,研究了甲醇替代率和柴油机氧化催化转化器耦合微粒催化转化器(DOC+POC)后处理装置对该发动机烟度和微粒数量、质量浓度的粒径分布特性的影响.试验结果表明,随甲醇替代率的增加,发动机烟度和微粒数浓度、质量浓度均有不同程度的降低,核态微粒浓度显著降低,聚集态微粒浓度基本保持不变.相比于DOC+POC对纯柴油发动机排气烟度25%左右的净化效率,在甲醇柴油双燃料模式下DOC+POC对排气烟度的平均净化效率在60%以上,最大达到96%,显示了该后处理技术在甲醇柴油双燃料模式下清洁排放的良好应用前景.     

柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)减少重载柴油机烟度排放的试验研究

在一台满足国三排放法规要求的重载车用增压中冷电控单体泵柴油机上,将其改造成柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)发动机并进行台架试验.利用电控单元控制向进气歧管喷射的甲醇量及其喷射时刻,原柴油机供油系统保持不变.试验主要研究在稳定工况时,不同的负荷以及不同的甲醇对柴油的比例情况下,经催化转化后发动机干炭烟烟度(415烟度)和不透光烟度(439烟度)排放的情况.试验结果表明,在燃用现有市售的燃油条件下,与原机相比,相同工况下采用DMCC的干炭烟烟度和不透光烟度都有大幅度的减少.干炭烟的最大降幅达95%,平均降幅达到50%以上.在柴油喷射量不变的情况下,增加甲醇喷射量,干炭烟烟度会持续减小,而不透光烟度呈先减少后增加的趋势.同负荷时的甲醇对柴油替代率为44.88%到56.73%时,不透光烟度存在最低点,并且发动机的烟度排放存在最优值.在同一工况下,随着柴油对甲醇的比例增加,发动机的干炭烟烟度和不透光烟度排放都逐渐增加.     

高层建筑承受纵向地震波时的安全核算构想

高层建筑可预期的灾变非至一端，这里仅探讨高层建筑的抗震性能问题。地震过程中楼体受到的是地震波和自身固有频率的共同作用，此时楼体是一个多维动态系统，其应力状态比传统方法所描述的力学模型要复杂行多。本文应用ANSYS三维仿真有限元软件，采用单点响应谱的方法，对楼体在纵向地震波作用下的应力状态和变形情况进行了分析。对楼体构件单元型式的选择、网格密度的确定、有限元模型的建立等也提出了自己的见解。在后处理中，用列表和图形的方式显示了楼体的位移和应用状态。     

有限元仿真在振动结构疲劳分析中的应用

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析,结合模态试验修正了有限元模型。由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。