基于失效模式的船体典型加筋板极限承载能力预报

目的 探究失效模式对加筋板极限承载能力的影响,并提出加筋板极限承载能力预报方法。方法 利用非线性有限元法,对某典型船体加筋板模型进行分析。考虑加筋柔度与甲板柔度2种主要影响因素,分析加筋板的破坏机理,明确不同失效模式下甲板柔度与加筋柔度对加筋板极限承载能力的影响规律,并提出不同失效模式下加筋板极限承载能力的经验公式。结果 甲板柔度一定时,随着加筋柔度的增加,加筋板的破坏模式由板与加筋的局部屈曲,变为板格的局部屈曲,最后演变为加筋板的整体梁柱屈曲。板格宽度较低时,随着加筋高度的增加,加筋板的破坏模式会由梁柱屈曲变为板格屈曲;板格宽度较大时,不同加筋高度的加筋板破坏模式均为板格屈曲。不同失效模式下,加筋板的载荷位移曲线也呈现出不同的趋势。结论 加筋柔度与甲板柔度二者之间的数量关系会导致加筋板呈现出不同的失效模式,此时二者对加筋板极限承载能力的影响规律会有所不同。此外,在设计阶段,需保证加筋与甲板的刚度匹配,避免出现材料利用率过低的现象。     

重复碰撞载荷下加筋板结构的动态响应研究

目的 探究船体加筋板结构在受到重复碰撞载荷作用下塑性变形的累计趋势,分析加筋板主要参数对损伤演化过程的影响,揭示高速、重复冲击下船体加筋结构的变化机理。方法 以一纵三肋加筋板为研究对象,建立基于能量法的刚塑性加筋板动态变形计算方法,以及基于Johnson-Cook本构关系的数值模拟方法,开展不同板架厚度、冲击能量以及冲击尺寸等参数对加筋板变形演化影响的研究。结果 对比分析了理论模型和数值方法,获得了不同参数下的加筋板的结构损伤演化规律。结论 理论解和数值解较为吻合。冲击能量增加后,加筋板的塑性变形量、塑性变形累积速度也随之增加。载荷集中程度越大,对于碰撞边界的破坏效应越大。     

600g-t土工离心机吊篮力学分析与强度设计

目的对600g-t土工离心机的吊篮各部件开展力学分析与强度设计。方法基于土工离心机的吊篮结构初始设计方案,利用Ansys有限元分析软件,采用非线性接触算法开展吊篮优化力学分析。结果通过优化设计,吊篮结构相对于初始结构各部件的最大应力下降39%~59%。结论优化后的吊篮结构满足强度要求。     

含预制缺陷PLA蜂窝加筋结构承载力分析

目的 分析不同加筋构型及预制缺陷形式对蜂窝加筋结构抗弯承载能力的影响。方法 以热塑性PLA为基材,通过增材制造技术,制备含预制缺陷蜂窝加筋结构试件,考虑缺陷的长度、数量、深度、方向等因素,采用三点弯曲实验方式,并结合有限元仿真结果进行综合分析。结果 实验得到了结构的位移-荷载关系及破坏情况。线弹性变形阶段,实验与仿真拟合良好,该阶段内,六边构型PLA蜂窝加筋曲板结构承载能力整体优于正六边结构,但后者在后屈曲阶段的残余承载能力更好,且更不易发生断裂。相较于缺陷长度,缺陷深度和缺损肋壁数量对结构承载力的影响更为显著。缺陷方向越趋近宽度方向,结构承载能力越低。结论 实际工程中,应尽可能避免结构中间承载位置处横向加筋肋壁出现缺损,并充分利用正六边与内六边构型蜂窝加筋结构各自的承载优点。     

长转臂离心机转臂设计

目的根据离心机转臂结构特点,设计符合技术指标要求的转臂结构。方法首先根据离心机风阻功率分析,得到转臂高度范围,并通过转臂受力分析,初步确定转臂拉力带构型,接着以质量最轻为目标,以转臂垂向变形量和应力值为约束条件进行优化设计。结果通过初步拓扑设计及后续优化设计获得了理想的拉力带截面参数,并对优化后的转臂构型进行力学分析。结果表明,结构满足强度、刚度和动态性能要求。结论所设计结构满足技术指标要求。     

多目标优化在锻造毛坯形状优化设计中的应用

以形状相对简单的单工序锻件为研究对象,以同时获得材料消耗最小和变形程度最均匀的终锻件为优化目标,对锻造过程毛坯形状进行多目标优化设计的研究。给出了单工序锻件形状优化设计的总的目标函数及其各子目标函数的表示方法及计算表达式,以毛坯的高径(宽)比作为优化设计的变量,基于刚粘塑性有限元理论,采用黄金分割法进行优化迭代,编制了相应的程序,并对一典型的轴对称H型锻件的毛坯形状进行了多目标的优化设计,取得了明显的效果。     

大气环境质量综合评价的多目标决策-理想区间法

对多目标决策 理想点法进行了分析 ,由于环境质量评价标准是区间概念而非点的概念 ,因而传统的多目标决策 理想点法把评价标准处理成理想点存在一定缺陷。为了克服这种缺陷 ,提出了一种多目标决策 理想区间法(MODIIM)。介绍了MODIIM的原理 ,给出了它的构成方法 ,并把它应用到大气环境质量综合评价中。与多目标决策 理想点法相比 ,MODIIM具有更大的适用性。MODIIM可广泛应用于各种环境质量综合评价问题中     

基于蒙特卡洛法的曲轴结构优化分析

目的:为减轻曲轴质量,对16缸V型柴油机的曲轴进行结构优化。方法:首先,按照柴油机真实的工作环境对曲轴单个曲柄的有限元模型进行边界条件和力的加载,求解获得最大应力及最大位移的数值及位置;然后,建立垂直曲柄中心截面的2D有限元模型,在等效加载的情况下应用ANSYS计算最大应力及位移,计算结果同三维模型进行比较,证明2D截面网格的计算合理性;最后,运用ANSYS PDS模块,基于蒙特卡洛抽样方法,对单位曲柄进行主要尺寸优化。结果:主轴颈直径150 mm、曲柄销直径125 mm、圆角半径4.5 mm时单曲柄质量降低3.37 kg,整个曲轴质量降低26.99 kg,到达优化的目的。结论:证明了二维模型替代三维模型的合理性以及运用蒙特卡洛法进行结构优化的可行性,为今后的曲轴优化提供了参考。     

基于系统仿真的提升赣江流域水生态承载力的方案设计

保护和改善流域水生态环境已成为环保工作的重要内容和科学研究的重要课题.基于承载力理论和复合生态系统理论,构建了赣江流域水生态承载力系统的概念模型、主导结构模型和系统动力学模型.以2000—2030年为系统仿真区间,仿真结果表明,到2016年赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2566万人,可承载经济规模为11034亿元.赣江流域水生态承载力现状不容乐观,需采取一定的措施.以"节流"、"控污"、"治污"为问题导向,基于"供给管理需求管理"、"末端治理根源治理"、"观念调节行为调节"等公共政策设计的不同视角,初步提出了提升水生态承载力的27个政策干预点,通过政策干预点对系统作用的灵敏性检验,基于识别出的16个灵敏政策干预点,设计了提升赣江流域水生态承载力的综合发展方案.仿真结果表明,到2029年(推后13年)赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2702万人(提升了5.3001%),可承载经济规模为28547亿元(提升了158.7185%).降低人口增长和经济发展速度,提高技术进步和优化产业结构是提升赣江流域水生态承载力的重要途径.     

热塑性复合材料高速冲击时不同失效模式对比分析研究

目的准确地对热塑性复合材料前缘结构进行抗鸟撞冲击设计。方法首先基于刚度退化、材料塑性及应变率影响的复合材料本构关系,通过霍普金森拉-压杆测试得到热塑性复合材料的动力学性能参数。基于不同的失效模式,采用PAM-CRASH显式有限元法,针对运输类飞机热塑性复合材料机翼前缘结构在高速冲击时的破坏形式进行对比分析研究。结果热塑性复合材料较其他复合材料在临界拉伸损伤极限值和纵横向及屈服应力的率相关性上具有更好的性能。冲击分析时,失效应变应考虑材料破坏瞬间的强化效应。剪切应变取值为0.1左右时,前缘结构计算仿真失效的结果与试验结果一致性较高,应变误差仅为6.2%,破坏尺寸误差为4.9%。结论在复合材料失效参数较复杂的情况下,抗冲击设计可将拉伸、压缩、剪切及层间失效等多目标优化设计简化为等效剪切应变失效的单目标优化,此方法可推广应用于其他类型复合材料的抗冲击设计。     

典型板架结构压缩试验不确定度评估方法研究

目的 针对当前船舶结构极限强度试验中试验场地、试验环境、试验方法、试验模型、试验设备等因素导致试验结果精度不高的问题,通过分析典型加筋板结构压缩试验过程中主要不确定度来源,提出降低试验不确定度的措施和方法。方法 基于不确定度分析理论,聚焦典型加筋板结构,开展压缩试验,围绕模型材料、模型加工、试验系统等不确定度来源开展分析,对其压缩极限载荷进行不确定度评估。结果 建立了一套适用于加筋板结构极限强度压缩试验的不确定度评估方法。典型加筋板结构极限压缩载荷、材料屈服强度引起的不确定度最大,其次是主面板及腹板厚度引起的不确定度,加强筋腹板高度与主面板尺寸对试验结果的不确定度有一定影响,加载伺服控制系统引起的不确定度可忽略不计。结论 材料屈服强度、板厚等因素均对极限载荷的不确定度有较大影响,在后续类似试验模型材料选择、模型加工等阶段应严格把控,确保材料、板厚等关键参数与设计值一致,提高试验结果可信度与精确度。     

基于理想点-可拓云模型的煤炭资源可持续力评价

论文针对煤炭资源可持续力评价中多指标信息不相容的问题以及评价等级划分的随机性和模糊性,综合运用可拓云理论与理想点组合赋权法,建立煤炭资源可持续力评价的理想点-可拓云模型。该模型根据可拓云理论构造了物元可拓云模型,通过关联函数确定了各等级云关联度,并与各指标理想点组合权重相结合,从而得到可持续力综合云关联度,确定了煤炭资源可持续力评价等级。将该模型应用于河北省2015年煤炭资源可持续力评价,评价等级特征值为3.069,可知评价等级最接近Ⅲ级,通过云发生器计算各等级概率,结果表明,2015年河北省煤炭资源可持续力处于中等水平,与实地调研结果基本相符。该方法科学合理、结果可靠,为资源可持续力评价提供了一种新的参考方法。     

Parametric study along with selection of optimal solutions in dry wire cut machining of cemented tungsten carbide (WC-Co)

This work deals with parametric study of dry wire EDM (WEDM) process of cemented tungsten carbide. Experiments have been conducted using air as dielectric medium to investigate effects of pulse on time, pulse off time, gap set voltage, discharge current and wire tension on cutting velocity (CV) surface roughness (SR) and oversize (OS). Firstly, a series of exploratory experiments were carried out to identify appropriate gas and its pressure. Afterward, preliminary experiments were conducted to investigate effects of process parameters on dry WEDM characteristics and find appropriate ranges for each factor. Then a central composite rotatable method was employed to design experiments based on response surface methodology (RSM). Empirical models were developed to create relationships between process factors and responses by considering to analysis of variances (ANOVA). To increase the predictability of the process, intelligent models have been developed based on back-propagation neural network (BPNN) and accuracy of these models was compared with mathematical models based on root mean square error (RMSE) and prediction error percent (PEP). In order to select optimal solutions in the cases of single-objective and multi-objectives optimization problems, optimization includes two main approaches. First approach was based on mathematical model and desirability function. Also second approach was designed based on neural network and particle swarm optimization. These approaches were applied in both cases of single-objective and multi-objectives optimization problems and their results were compared with together. Results indicated that selection of air at inlet pressure of 1.5 bar is really appropriate for conducting experiments of next stages. Also, the BPNN creates more accurate prediction rather than mathematical model. Moreover, the BPNN-PSO approach was more efficient in optimization of process rather than mathematical model-desirability function in respect with validation tests.     

白洋淀流域水环境承载力多属性决策方法优选和方案评价研究

为有效解决白洋淀流域水环境承载力多属性复杂决策问题,提出了基于人口-经济-水生态-水资源-水污染五维复杂性质决策指标评估体系(包括28项指标),并将基于新的优势关系的理想点法(TOPSIS)、多准则妥协解排序法(VIKOR)和改进密切值法应用于白洋淀流域水环境承载力多属性决策方法和方案优选中。结果表明：1)变异系数属性赋权方法实现了白洋淀流域水环境承载力多层面和复杂因素影响作用的定量化,并且表明影响该流域水环境承载力的主要因素为地下水资源量、造纸和纸制品业比例、纺织业比例、调水入淀量等;2)3种多属性决策方法中,改进密切值法计算更简便、理论更简单,为优选决策方法,它能在处理水环境承载力管理决策问题涉及的经济、社会、环境、技术标准等多层面复杂性质的同时,更好地实现水环境承载力多属性决策方案评价和优选;3)3种方法得到的多属性决策方案优选排序结果一致性达到83.3%,均表明理想型方案(F₁₂)为最优,次优方案为可持续发展型(F₁₁),最劣方案为经济低速发展型(F₂)。结合白洋淀流域实际,可采取2030年适当降低第一、二产业规...     

海工装备系泊缆索拉力监测技术与装置研究

目的 研究缆索拉力的实时监测技术和装置,以保障海工装备的系泊安全。方法 以导向滑轮的主承力构件滑轮轴为研究对象,在保证结构强度的前提下,对滑轮轴结构进行改造,研制缆索拉力监测新结构新装置,将求解大径长比滑轮轴剪力问题转化为测量局部特征点的单向变形,并通过实尺度试验得到标定系数,间接推算缆索拉力,将试验数据与有限元计算结果进行对比,验证监测方法的可行性和精确度。结果 经过仿真分析与试验标定表明,滑轮轴特征点的变形与缆索拉力之间存在线性关系,以缆索拉力280 kN为界,可分段线性拟合缆索拉力标定系数,测点1系数为0.312 4和0.137 6,测点2系数为0.2699和0.098 2。结论 本文研究的监测技术和装置能够较为准确地监测海工装备系泊缆索的实时拉力,兼具高可靠性、低成本、易实施的特点。     

某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构选型疲劳寿命研究

目的研究某型飞机机翼下壁板整体油箱端5肋结构的选型疲劳寿命。方法在结构选型设计时初步确定长桁连续和长桁断开两种结构形式的基础上,采用静力试验与疲劳试验方法对这两种结构模拟件进行对比试验验证。结果两种结构模拟件的静破坏载荷分别为588.20 k N和587.97 k N,与设计预计破坏载荷(590k N)高度一致。在相同的等幅载荷谱下,长桁连续结构的中值疲劳寿命和95%置信度与95%可靠度下的疲劳寿命分别约为长桁断开结构的1.7倍和4倍。长桁连续结构的疲劳分散性明显小于长桁断开结构。长桁连续结构的疲劳断口主要呈现脆性穿晶疲劳断裂特征;而长桁断开疲劳断口则呈现出韧窝型断裂和解理断裂的混合型穿晶疲劳断裂特征。疲劳断口微观形貌表明,长桁断开结构在疲劳过程中产生了塑性变形,这就从微观机理上解释了长桁连续结构的疲劳性能优于长桁断开结构的原因。结论在结构质量相近的情况下,长桁连续结构明显优于长桁断开结构。     

加筋板在复杂载荷下的振动疲劳寿命分析

目的研究航空工程结构部件——加筋板在准静态载荷和随机动载荷联合加载下的振动疲劳寿命预估问题。方法针对某铣制铝合金缺口加筋板,建立有限元模型,并采用时域法进行静动联合加载下的疲劳寿命分析。首先将准静态载荷分解为静力与正弦激励,以静力结果作为平均应力修正S-N曲线,再采用随机响应分析计算动载荷单独作用下结构危险点的应力PSD函数,通过逆傅里叶变换法,提取随机加载过程中的时域信号后,应用Von Mises等效准则,将其与正弦激励时域样本进行叠加,得到疲劳分析应力谱,再结合Miner线性累积理论和雨流循环计数法,计算得加筋板结构静动联合加载下的疲劳寿命。结果通过有限元仿真分析计算,得到加筋板在静动载荷共同作用下的疲劳寿命,对比试验寿命,误差基本在两倍界以内。结论由仿真与试验的结果对比说明,该方法可以有效预估试验件在静动载荷联合加载下的疲劳寿命,并能进一步推广到类似载荷下的疲劳寿命预估问题。