复杂结构塑性极限分析的修正弹性补偿法

弹性补偿法(ECM)是结构塑性极限载荷分析中一种简单有效的方法,但对复杂结构其计算结果往往存在较大误差.采用Banach不动点原理,分析ECM法计算下限极限载荷时存在的收敛性问题,指出只有在弹性模量迭代序列满足压缩映射条件时,才能得到极限载荷的较好逼近值,从而提出复杂结构极限分析的修正弹性补偿法(KtECM).该方法采用一种结构主要承载单元的弹性模量迭代序列均满足压缩映射条件的迭代方法,并引入与结构应力集中系数相关的调整因子λ,给出名义应力的较为合理的定义方法,建立调整因子与应力集中系数之间的关系式.典型复杂结构的极限载荷分析计算表明:KtECM具有简单、高效、易于工程应用等优点,能够提高对复杂结构极限载荷的计算精度,调整因子λ的引入可以起到协调计算精度与时间的作用.     

具有30°斜接管内压容器极限载荷的有限元分析

本文用三维有限元的方法研究带 30°斜接管的圆柱形容器在内压作用下的极限载荷 ,通过计算确定了容器的应力集中系数、塑性区的扩展情况以及容器的变形情况 ,并用两倍弹性斜率法和双切线法确定了结构的极限载荷。文章通过比较 ,发现ASME规范中给出的斜接管结构应力集中系数算法比较保守。本文还对小变形理论和大变形理论的结果作了比较 ,得出在计算结构的极限载荷时 ,用小变形理论亦可得到足够精确的结果     

压力容器与管道安定性分析与评估方法进展

从标准规范、简化设计方法和试验测试三个方面介绍并对比了关于压力容器与管道安定性分析与评估的主要方法,重点比较了近年来发展的关于比例载荷及非比例载荷下安定极限载荷的简化算法(弹性补偿法和非线性叠加法)。结果表明:与直接法和弹性补偿法相比,非线性叠加法具有较高的效率、精度及广泛的适用范围。该研究对压力容器与管道及其他结构的安定性分析和评估有一定指导意义。     

基于QC多尺度模拟的单晶铜微构件压缩过程力学特性分析

基于准连续介质多尺度模拟方法,建立单晶铜杆状微构件的压缩过程系列仿真模型,分析结构尺寸参数对微构件的弹性模量、弹性极限、屈服极限及泊松比等力学特性的影响。通过研究微构件在压缩变形时的形变、内部应力和应变能的演化规律,获得杆状微构件压缩变形及溃裂的产生机制。研究结果表明:与宏观值相比,压缩时的弹性模量、弹性极限和屈服极限的尺寸效应显著,而其泊松比变化不明显;杆状微构件在一维方向上的尺寸改变对其力学特性影响不明显;在压缩过程中孪生和位错滑移现象显著,微构件内部部分区域存在有应力集中,且大部分区域存在应变能突然减小的现象。     

复合材料瓦面推力轴承弹性模量的研究

对复合材料瓦面推力轴承表面弹性层进行了不同温度下的整体加压和局部加压测试试验,在测得弹性层的压缩弹性模量的基础上,给出了理论弹性模量和计算弹性模量的定义,研究了载荷和温度对弹性模量的影响规律及弹性模量的取值范围,提出了以弹性层压缩弹性模量作为轴瓦整体压缩弹性模量的观点.所得结果可用于轴瓦结构设计、润滑参数计算及瓦面修形.     

基于显式迭代算法的可靠性灵敏度分析

随着科学技术的发展,机械产品的组成和功能日益庞大,其性能极限状态函数也越趋复杂。改进一次二阶矩法在机械结构的可靠性灵敏度分析中应用最为广泛,但是对于复杂极限状态函数而言,其计算效率却非常低,原因是该方法的每个迭代过程都需要通过求解极限状态方程来获得可靠度指标。基于改进的一次二阶矩法,通过极限状态函数的均值、标准差和灵敏度系数显式表达出可靠度指标,根据表达式的不同,提出了2种可靠度的显式迭代算法,该方法能够有效地避免改进的一次二阶矩法需要列方程求解可靠度指标的缺点,具有简单的计算形式,利于编程的实现。算例表明,提出的2种显式迭代算法的迭代结果相同且近似等于改进的一次二阶矩法的结果,提高了计算效率和精度。     

一种Z形加筋焊接壁板压缩失稳极限载荷的求取方法及有限元分析

以大型Z形加筋焊接壁板为研究对象,结合理论分析和Abaqus有限元模拟研究了其压缩失稳极限载荷,为大型焊接壁板的应用提供理论支持及有限元模拟方法,节约试验成本、提高工作效率。理论部分研究了有效宽度和惯性半径之间的关系,以及当蒙皮与长桁材料不同时的平均载荷的求取方法。有限元模拟分析通过提取载荷比例因子(LPF)的极值确定壁板的极限载荷。为提高模拟的准确性,根据焊缝的强度及云图判断开焊顺序,研究开焊过程中的极限载荷的变化,确定极限载荷范围。理论值和模拟值与实验值对比验证。最后模拟分析了材料弹性模量对极限载荷的影响,由分析结果可知适当提高长桁材料的弹性模量更有利于增大整体极限载荷。     

V型缺口应力集中系数分析及应用

为了分析V型缺口的应力集中系数,引入Filippi缺口应力场方程,计算了对称拉伸(Ⅰ型)和反对称剪切(Ⅱ型)两种载荷类型下的应力场参数。建立拉伸载荷下的V型缺口参数化模型,通过数值计算和理论分析结果比较,验证了Filippi方程的准确性。考虑到缺口根部的微观约束效应,采用Neuber应力平均概念和虚拟缺口半径方法,获得了缺口约束因子,虚拟缺口半径等与缺口参数之间的关系。在此基础上,采用有限元方法计算了尖锐V型缺口在不同约束尺寸和缺口角度下的平均应力集中系数和等效应力集中系数,两种缺口应力集中系数偏差基本保持在10%以下,表明所求解的缺口应力集中系数具有较高的可信度。最后将缺口应力集中系数应用在焊接接头的缺口应力分析中,从而避免了因单元尺寸不同而造成的结果差异。     

轨道车辆转向架抗侧滚扭杆系统刚度和强度分析的工程方法

基于弹性力学理论,以抗侧滚扭杆系统的受力状态和载荷分布为基础,建立抗侧滚扭杆系统的变形和应力计算模型,导出抗侧滚扭杆系统扭转刚度和强度计算公式。给出扭杆轴结构应力集中系数的计算方法、结构静强度和疲劳强度评估方法。该方法与有限元法相比,二者的相对误差小于10%,该方法简单、易于参数化,能够显著提高分析计算效率。     

考虑弹性模量变化的线接触滚子副微观热弹流润滑分析

作为金属材料重要的性能参数,弹性模量会随着温度变化而变化.然而,在热弹流润滑研究分析中一直把弹性模量取成常数,计算结果必定存在误差.以无限长线接触滚子副为研究对象,将固体弹性模量随温度的变化关系引入热弹性流体动压润滑理论,结合热弹性力学理论和热力转换原理,同时考虑随机粗糙度的影响,给出了热弹流润滑数值计算方法.计算中增加了弹性模量场的求解,设置了弹性模量场的收敛精度,通过算例进行了计算,分析了考虑弹性模量变化前后载荷变化对油膜压力和膜厚的影响.研究内容可以为弹流润滑分析和材料特性研究提供理论基础.     

A FEM study on the mechanical responses of pseudoelastic TiNi alloys to a particle normal loads

In this study, the models of four materials including three sorts of pseudoelastic TiNi alloys and a stainless steel (as a contradistinction) enduring a particle's normal loads were individually simulated based on bilinear strain hardening law by means of finite element method. Owing to the pseudoelasticity, TiNi alloys proved to have high elastic strain limit and low pseudo-Yong's modulus, with which the special mechanical response was created under normal loads. The results shown that pseudoelastic TiNi alloys occurred plastic deformation more difficult than the stainless steel, and the critical load of plastic deformation increased with the increasing elastic strain limit and the decreasing pseudo-Young's modulus. Plastic regions of three TiNi alloys with the elastic strain limit 0.02, 0.04 and 0.06 were 0.60, 0.32, 0.047 times of that of the stainless steel, respectively. When the pseudoelastic TiNi alloys endured a particle's normal loads, the phenomena of decreasing contact stress, von Mises stress and increasing the elastic strain were also observed in this FEM study. In terms of above results, the wear mechanism of pseudoelastic TiNi alloys was discussed finally.     

某型飞机翼身连接接头可靠性分析

首先将标准有限元程序与改进的均值法相结合，对某型飞机翼身连接接头处的刚度可靠性进行分析，结果表明在所给载荷和允许应变的情况下，该接头结构在外载变异系数为0．15，弹性模量和剪切模量的变异系数分别为0．05时仍具有较高的可靠度。然后又将标准有限元分析程序与响应面法结合，在假设接头的响应极限状态方程为一不包括交叉项的二次多项式的基础上，利用有限元分析确定响应极限状态方程，通过迭代运算，保证响应极限状态方程在最有可能失效点处与接头结构真实的隐式极限状态方程有很好的近似程度。两种方法的计算结果具有较好的一致性。最后基于弹塑性应变分析，给出大过载情况下低周疲劳寿命可靠性分析结果，得到在给定寿命要求下结构可靠度随疲劳寿命变异系数变化的曲线，并给出在要求可靠度情况下安全寿命随疲劳寿命变异系数的变化曲线，为该型飞机的设计定型提供依据。     

Gyroid结构力学性能及数值收敛性研究

为了更好地揭示三周期极小曲面（TPMS）结构设计与力学性能参数之间的对应关系,研究了螺旋二十四面体Gyroid结构（GCS）不同网格参数的数值收敛性和不同排列方式的力学性能。设计了体积分数和胞元尺寸固定的GCS试件;基于单元参数变化的体素化模型,使用有限元方法对GCS进行收敛性分析;通过试件拉伸试验验证了仿真的正确性;最后以拉伸和弯曲工况研究了GCS在不同排列形式时的力学性能差异。研究结果表明：仿真分析与试验之间的抗拉强度、极限载荷误差在1.5%以内;基于体素化方法,调整雅可比参数值可显著降低收敛时的单元数量。对变厚度GCS力学性能做了定量分析,拉伸工况中,针对4×4×4结构,其等效弹性模量沿厚度方向变化最大可达14.41%;弯曲工况中,针对20×4×4结构,等效弹性模量最大差距为21.25%。     

基于Steinmetz原理与瞬时无功理论的SVC装置防过补偿控制策略

针对配电网中无功功率过补偿问题,在研究当前不平衡负荷补偿原理及补偿算法的基础上,通过改进Steinmetz理论,推导出了一种包含功率因数参量的补偿导纳算法.利用瞬时无功理论求得了该补偿导纳算法的实用公式,以该算法作为静止无功补偿装置（SVC）的控制策略,可以快速准确地平衡三相有功功率,将负荷补偿到指定功率因数,有效地防止了过补偿造成无功功率倒送.在Matlab电力系统仿真环境下进行了仿真试验.仿真结果表明,该算法具有较高的精度和动态响应速度.     

壳体屈曲分析中关于能力减弱系数的剖析

工程中通常采用有限元中的线性屈曲方法和非线性屈曲方法来求解壳体的屈曲载荷。对于复杂结构(如钢安全壳),若直接采用非线性屈曲方法求解,除计算工作量大外,还不容易得到符合实际要求的临界载荷。因此,工程中常通过线弹性方法来获得符合实际要求的临界载荷。介绍了壳体屈曲的线弹性理论解,然后利用ANSYS软件求解圆柱壳受轴向和侧向外压的屈曲载荷,并与理论解进行了对比;最后通过对比前人的试验结果与线弹性理论得到的上临界值来剖析"能力减弱系数"的含义和合理性。结果表明:采用线弹性方法来求解壳体屈曲问题是可行的,但必须进一步考虑"能力减弱系数"、"安全系数"和"塑性折减系数"后才能得到工程上所需的临界屈曲载荷值。     

点接触弹流润滑问题的高效直接算法

在复合直接迭代法的基础上,运用分块迭代的思想将方程组降维,通过研究弹性变形影响因子对弹性变形的影响,将压力迭代矩阵由满元阵变为稀疏的带状阵,提出一种新的求解点接触弹流问题的高效直接迭代算法.与复合直接迭代法相比,该算法大大减少了计算量,计算效率至少提高20倍,并且可适用重载工况.将新算法计算结果与Hamrock-Dowson公式计算结果进行比较,并讨论迭代矩阵半带宽与收敛速度、载荷范围、计算精度以及数值稳定性的关系.结果表明,当压力迭代矩阵密度为满阵的22％～25％时,新算法具有最高的计算精度.     

圆筒内有接头的细长杆稳定性问题

圆筒内有接头的细长杆受轴压和重力作用下的稳定性问题,均假设接头部分紧贴圆筒壁,由于忽略了钻杆x向重力分量的影响,可能会低估正弦屈曲载荷.基于接头两端点接触的假设,建立了相应的控制微分方程,采用微分求积单元法（DQEM）进行求解.给出了公式和相应的迭代求解算法及具体的算例.结果表明,现有文献中给出的正弦屈曲载荷与忽略了钻杆x向重力分量的影响后得到的结果相同,比计及了钻杆x向重力分量的影响后得到的结果要小.     

人牙釉质和合成羟基磷灰石力学性能的对比研究

鉴于人牙釉质由96%～97%质量比的羟基磷灰石构成,选用合成羟基磷灰石作为空白对照样,通过纳米压痕仪、SEM、EDX等考察和分析不同载荷下人牙釉质和合成羟基磷灰石的力学性能,初步分析人牙釉质内部微观结构对其力学性能的贡献。结果表明:在相同载荷作用下,人牙釉质的硬度和弹性模量低于合成羟基磷灰石,且压痕较深。牙釉质和合成羟基磷灰石的硬度和弹性模量均随载荷增大而降低,压痕深度随载荷增大而增大,其中,合成羟基磷灰石的硬度和弹性模量随载荷增大而降低的幅度略大于人牙釉质。可见,人牙釉质的力学性能与其内部微观结构密切相关。     

Elastic-plastic analysis of a rolling disk by finite elements

An elastic-plastic finite element method is employed to determine the stress distribution in a circular disk rolling on a rigid track and subjected to hub loads. This model can be assumed to represent a railroad wheel. Of particular interest are the stresses that exceed the initial yield limit near the point of contact. The material constitutive laws considered herein represent elastic-perfectly plastic and strain hardening materials that obey Mises' yield condition. It is shown that unloading of the previously yielded elements due to rotation can be easily handled by the direct stiffness tangent modulus approach. Total and plastic strains, and the plastic work in the disk model are given for the entire rolling history of the disk. It is also demonstrated that the disk will shake down to a purely elastic steady state for load values beyond the initial yield if the material of the disk exhibits even a small amount of strain hardening.     

含自重载荷的功能梯度材料结构时域动力学拓扑优化设计

提出了一种含自重载荷的功能梯度材料（FGM）结构时域动力学拓扑优化设计方法。在固体各向同性材料惩罚（SIMP）框架下,提出了一种针对FGM-SIMP的结构自重载荷分布策略。以FGM结构动柔度最小为优化目标、以结构体积为约束,建立了动力学结构优化列式。基于伴随法,在时域内进行了灵敏度推导,并用移动渐近线方法进行求解。通过二维和三维典型数值算例系统研究了含自重载荷下FGM结构的拓扑优化设计问题,并深入探讨了自重载荷和材料梯度分布方向对结构优化结果的影响,发现自重载荷和材料梯度分布方向对FGM结构的优化构型和动刚度具有很大影响。最后,以均一材料（FGM的特例）为例,通过数值仿真和实验测试方法验证了所提方法的有效性,并证实了所提方法可有效提高结构的固有频率和结构动刚度。