基于ABAQUS的复合材料结构材料参数识别算法及其软件设计

结合优化技术和有限元分析,提出了正交各向异性复合材料结构材料参数的识别方法。通过建立以测量位移与有限元计算的相应位移之差的平方和作为目标函数,把参数识别问题转化为极小化目标函数的问题。采用Levenberg-Marquardt方法解极小化目标函数的问题,其中灵敏度的计算是基于复合材料的有限元离散结构的求解方程对识别的材料参数求导。基于有限元软件ABAQUS,进行了参数识别算法软件设计,编制了可以计算结点位移对材料参数的灵敏度的用户单元程序。数值算例表明本文提出的方法是有效的。     

基于随机因子法的桁架结构有限元热分析

对随机参数桁架结构在随机外界温度场作用下的分析方法进行了研究.基于有限元方法,利用随机因子法建立了桁架结构的物理参数、几何参数和外界温度场分别或同时具有随机性时的结构有限元方程,应用求解随机变量函数统计矩的代数综合法对结构响应(位移和热应力)的数字特征计算表达式进行了推导.通过数值算例,分析了各种随机参数的随机性对结构位移和热应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性.     

三维热弹性接触问题的互补方程及有限元解法

通过定义接触面滑动屈服函数和流动势函数,得出了热接触边界的互补方程.基于虚功原理和接触单元技术,推导了热应力作用下三维弹性接触问题的有限元方程,在该方程中引入了接触伪荷载,以反映接触状态变化对荷栽项的影响.在遮代求解过程中采取每作两次迭代进行一次加速的策略,显著提高了求解效率.     

10 000 t/d回转窑温度场与热应力有限元分析研究

主要运用有限元方法对10 000 t/d水泥回转窑温度场与热应力进行有限元分析.在求解过程中,采用APDL语言实现了包括建模、定义材料属性、求解和后处理的过程.通过计算,得出了回转窑的温度场和热应力分布.     

磁致伸缩材料Terfenol-D非线性耦合有限元分析

为了研究巨磁致伸缩材料Terfenol-D的非线性耦合磁力特性及响应,提出一种增量显式有限元列式及其在通用有限元软件中的实现方法.该显式增量方法基于实验测得材料性质或非线性本构计算所得材料参数,通过分段插值函数描述磁致伸缩材料的材料参数随磁场和预应力的非线性变化关系,采用耦合方程的弱形式给出相应有限元列式及增量算法,并在通用有限元软件ABAQUS中执行数值算例.该方法通过显式插值避免大多数数值方法求解非线性方程组的迭代过程,只需要先进行稳定性验证来标定合适的增量步长即可保证结果的可靠性.数值分析结果表明,该方法具有较好的精度和稳定性,能够准确有效地模拟不同预应力水平和偏磁场强度下的磁致伸缩非线性耦合响应,同时能够反映预应力对最大磁致伸缩的影响,即“反转效应”.该方法对磁致伸缩器件的设计应用及力磁耦合非线性分析具有一定的理论和实际意义.     

非定常对流占优扩散方程的龙格库塔伽辽金有限元方法

为了消除伽辽金有限元方法在求解非定常对流占优扩散方程时的伪数值振荡,通过在扩散项上添加指数型拟合因子,并采用三角形剖分上的线性伽辽金有限元将方程化为半离散化常微分方程;再采用四阶四级龙格库塔方法求解常微分方程.指数型拟合因子有效抑制了伪数值振荡的产生,实现了非定常对流占优扩散方程的求解.对方法进行了理论分析,并阐述了详细计算过程.使用数值实例和天然气管道泄漏模拟实验,验证了方法的有效性.     

分区介质样条边界元位移反分析法

通过改造均质体边界积分方程,对分区粘弹性介质的全定义域建立位移反应分析介积分方程及数值求解格式,其具体做法是：在满足分区介质的边界条件和区界联接条件下,均质体边界积分方程来引入虚拟力影响项,用样条函数把分区介质的边界积分方程离散化,由此简化了分区问题反分析计算程序,使之与求解均质问题的计算方法趋于一体。     

基于渐进均匀化理论的复合材料力学性能预测

为了更好地预测复合材料的力学性能,以碳纤维增强木质复合材料为研究对象,建立了渐进均匀化理论的分析模型.利用小参数将宏、微观两尺度进行耦合,将以小参数渐进展开的力学变量代入单胞控制方程,最终推导出复合材料等效弹性模量的求解方程.采用ANSYS软件建立了复合材料的单胞模型,并在周期性边界条件下对弹性模量进行了预测分析.结果表明,与一般工程经验相比,渐进均匀化理论对复合材料的预测精度更高,且预测结果在一定范围内与物理实验结果吻合良好,验证了此理论的有效性.     

考虑库水特性的重力坝动水压力求解

为了对重力坝坝面动水压力进行便捷求解,在比例边界有限元方法的框架下可仅对上游坝面进行离散,推导出在不同方向地震动激励下刚性坝面动水压力的求解方程以及边界条件,详细分析了竖向地震动激励对坝面动水压力的影响.数值算例结果表明,所提计算方法能得到精度较高的数值解且可大幅降低计算量,此外,库水特性（包括库水的可压缩性和库底的吸收作用）对坝面动水压力的影响较大,同时还发现了动水压力沿库水上游方向的衰减规律.     

复合材料壁板热颤振的有限元分析

壁板颤振是发生在高速飞行器上的一种典型的超音速气动弹性现象。在超音速飞行器的设计中，由于气动加热效应相当剧烈，考虑热效应的壁板颤振问题成为一个不可忽视的气动弹性问题。文中采用von Karman大变形应变一位移关系、气动叻活塞理论以及准定常热应力理论建立了考虑热效应的复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型。使用计及壁板横向剪切效应的三结点三角形Mindlin板单元(MIN3单元)推导出考虑热效应的颤振有限元方程，并给出了在频域和时域求解其颤振方程的方法。分别对一个矩形复合材料壁板和梯形复合材料壁板，计算出壁板的颤振边界并分析了温度对壁板颤振边界的影响规律。     

基于ABAQUS的压电悬臂梁有限元仿真分析

介绍了压电效应与压电材料相关理论及大型有限元分析软件ABAQUS及其力电耦合场分析功能,采用有限元软件ABAQUS对压电材料悬臂梁进行分析.建立了ABAQUS软件压电悬臂梁实体模型,设定几何尺寸和材料特性参数进行性能仿真,具有很好的通用性.讨论了不同电压下电压-位移变化关系.算例结果表明ABAQUS计算结果同理论解吻合很好,具有较高的精度.     

轧机主传动系统扭振计算解析法和有限元法的对比

以某1450粗轧机主传动系统为研究对象,运用Matlab和MSC.Marc软件分别用解析法和有限元法进行计算,求解出系统的固有频率、振型、放大倍数等重要参数,并将计算结果作对比分析.结果表明,采用解析法和有限元法计算主传动系统的扭振特性都是行之有效的,但有限元法对硬件需求较高,花费的时间较长.     

钢筋混凝土结构多尺度建模与数值分析

采用通用有限元软件ABAQUS实现了精细单元与粗糙单元之间的界面耦合及变形协调,并通过算例验证了结构多尺度有限元分析方法的有效性和精确性。基于多尺度方法,结合纤维模型子程序与混凝土塑性损伤模型,对钢筋混凝土框架结构进行多尺度建模,并进行了弹塑性时程分析及局部构件损伤分析。结果表明：对于大型结构或复杂结构来说,多尺度计算可较好地模拟局部构件的复杂边界条件,为大型工程结构进行多尺度计算提供参考。     

新型轻钢龙骨体系墙体计算方法研究

无比钢结构是一种新型的轻钢龙骨体系,我国现有的结构软件无法直接对其进行设计和计算,采用有限元方法是目前进行结构分析较好的选择。本文介绍了无比钢墙体的组成及做法,提出了两种针对墙体的有限元建模方法,利用有限元分析软件包ABAQU S6.4对典型试验试件进行了分析,并与试验结果进行比较,验证了两种建模方法的正确性。以6层住宅楼为例,对典型墙体在竖向和水平设计荷载作用下的应力和最大水平位移进行了分析,结果满足设计要求,且两种方法所得结果十分接近,验证了两种建模方法的正确性和可行性,值得在以后的工程中推广使用。     

无黏结部分预应力混凝土变截面公路桥的有限元分析

在通用有限元分析软件ANSYS中施加预应力的2种方式:分离式和整体式.文章针对整体式详细讨论了建立有限元模型的2种方法:实体分割法和独立建模耦合法.最后,针对平顶山市X017线王村Ⅱ号桥上部结构一变截面无黏结部分预应力混凝土梁,应用整体式施加预应力和独立建模耦合法建立有限元模型,分析其受力全过程.结合实测数据,对计算所得荷载-挠度曲线、截面应变及混凝土应力进行对比,通过对比可知误差在5%以内,验证了本方法的可行性和适用性.     

CAD和CAE技术应用于齿毂结构强度仿真中的研究

针对所设计的离合器齿毂结构的CAD模型,首先利用划分网格专用软件对这个离合器齿毂结构的几何模型进行几何修理,划分网格,建立适用于有限元分析的模型.然后运用有限元软件INDEED根据实际结构的工作情况模拟工作环境,最后将齿毂结构强度的计算结果与ABAQUS软件的计算结果进行比较,两种软件计算结果是一致的.该方法具有简便性和有效性.     

基于杂交基本解的正交各向异性材料热传导问题有限元法

采用基于杂交基本解的有限元法（HFS-FEM）对二维正交各向异性材料进行热传导分析. 单元域内和单元边界上的温度分布由两个温度场独立描述. 采用基本解的线性组合来近似单元内部温度场,采用标准一维线单元形函数来定义网线温度场. 利用修正变分泛函和散度定理导得相应的有限元列式,通过2个算例与ABAQUS结果对比,验证了该方法具有有效性. 数值结果表明,该方法在单元形状极度扭曲情形下仍能保持良好的精度,这是区别于传统有限元法的显著特点.     

基于ABAQUS大型地下洞室群分期开挖动态模拟

基于三维弹塑性有限元数值计算理论,借助ABAQUS/standard求解模块分析大型地下洞室群分期开挖围岩稳定.利用"生死"单元将地下洞室开挖问题转换成简单的加载问题,从而实现分期开挖问题的动态模拟.建立如美水电站地下厂房三维有限元模型,初始地应力三维有限元反演,二次平衡岩体初始地应力,得到初始应变为零且位于屈服面内的初始应力场.采用D-P弹塑性岩体本构模型,计算了分期开挖过程中位移场、应力场并分析了其分布规律.利用面向对象编程语言Python编写脚本访问结果数据库,重新定义各类破坏区.借助ABAQUS自带的插件程序,创建新的后处理模块,拓展了ABAQUS后处理功能.     

采用响应面法的摩托车车架可靠性分析

针对传统摩托车安全性设计以应力强度为基础,其设计结果往往不是最优的问题,将车架各杆件的直径、厚度及在实际工作中所受的载荷等作为不确定变量,进行可靠性优化设计。通过ABAQUS有限元软件建立摩托车车架的CAE分析模型,编制Matlab程序,调用ABAQUS计算模块,完成车架有限元分析,生成二次多项式序列响应面函数。利用改进的一次二阶矩法实现摩托车车架的可靠性优化设计。     

嵌岩桩的优化设计方法研究

结合结构最优化设计概念和有限元分析,建立了嵌岩桩优化数值模型,提出了嵌岩桩目标优化设计的方法.与传统设计相比,通过对嵌岩桩进行桩径和嵌岩深度优化设计可满足桩沉降和承载力的双控要求,使桩端阻力、桩侧阻力能最大限度地得到发挥,有效减少工程投资.以ABAQUS有限元软件为平台,可以成为解决嵌岩桩实际工程问题的个性化工具和仿真研究环境.利用它可以模拟嵌岩桩成桩基本过程,分析嵌岩桩荷载—沉降特性,并对嵌岩桩进行了优化设计.