随机-区间参数平面连续体结构可靠性分析

利用3σ准则实现随机变量和区间变量的相互转换。利用区间因子法,导出区间参数结构节点位移、单元应力和单元应变能响应的均值和离差的计算表达式;利用随机因子法,导出随机参数结构响应的均值和均方差,进而解决具有随机-区间参数结构的可靠性分析问题。通过2个算例验证了该方法简单易行及其有效性。     

随机参数板梁组合结构有限元分析的随机因子法

以随机物理参数板梁组合结构为对象,研究了其在随机力作用下的有限元分析方法．利用随机因子法,建立了结构的弹性模量和外载荷同时具有随机性时结构的有限元方程;利用代数综合法推导出结构位移和应力响应的均值、方差的计算表达式．通过算例,分析了结构物理参数和外载荷的随机性对结构位移和应力响应的影响,并验证了文中模型和方法的合理性与可行性．     

周期载荷作用下单涂层AHSS双曲板的热弹性动力学行为

利用分离变量法得到局部热载荷作用下单涂层先进高强度钢(AHSS)双曲板的三维瞬态温度场.在此温度场下,通过在空间域上应用有限差分法和在时间域上应用Newmark法求解板的三维瞬态热动力控制方程,研究机械载荷幅值和周期、热载荷作用区域和板的几何参数对单涂层AHSS双曲板的无量纲位移和正应力的影响.结果表明:无量纲位移和正应力的变化形式与载荷的变化形式相同;随着机械载荷的增大、热载荷作用区域的增大和曲率半径的减小,AHSS层无量纲正应力和涂层无量纲正应力的绝对值均增大;热载荷对无量纲正应力的影响较大,对位移的影响较小.     

区间参数梁结构热弹耦合效应分析

研究了含有区间参数梁结构在温度载荷和力载荷共同作用下的热弹耦合动力响应问题．建立了热弹耦合动力学有限元模型,给出了对结构瞬态温度场和动力响应进行相互交替迭代求解的耦合计算方法,其中,结构瞬态温度场利用有限差分法求解,结构动力响应则利用时间积分法求解．针对区间变量的有限元方程,基于各变量在区间范围内为均匀分布的近似处理,利用改进的蒙特卡罗方法求解,获得动力响应的区间范围．通过悬臂梁算例,分析了热弹耦合效应对动力响应的影响,并针对结构的弹性模量和热膨胀系数区间范围增大的情况进行了比较和分析,得出这两参数以及结构变形大小是影响耦合效应的主要因素．     

瞬态随机温度场的Neumann展开Monte-Carlo解法

利用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法对瞬态随机温度场求解进行了分析,根据计算流程框图编写了求解瞬态随机温度场的Matlab随机有限元计算实施程序.对于每一次随机抽样,文中方法只需形成刚度矩阵,进行前代、回代以及矩阵乘和矩阵加减,便可求得各时刻温度场.因计算中无需矩阵求逆,可大大减少计算量,有限元节点数目越大,计算速度优势越明显.为说明解法的可行性及高效性,算例考虑了导热系数、比热容、换热系数、热流密度、环境温度、介质密度以及内热源等物理参数单独和同时具有随机性的瞬态随机温度场情况.结果表明:Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法能有效解决瞬态随机温度场问题,且效率较高;编制的Matlab随机有限元计算程序可直接输出各时刻温度场的统计结果;各随机参数对温度场响应随机性的影响有差异.     

基于随机有限元法的平面多裂纹结构可靠性研究

在考虑材料参数、裂纹长度、外载分散性的前提下,文章首先用一般六节点单元和六节点奇异等参单元建立了平面裂纹的有限元模型,用Taylor展开随机有限元方法分析了平面裂纹应力强度因子分散性。在考虑多裂纹结构的断裂韧性和应力强度因子服从对数正态分布的基础上,结合可靠性分析中的应力强度干涉模型和二阶窄边界理论,建立了多裂纹结构的裂纹失稳扩展可靠性模型。当结构处于平面应变状态时,极限应力强度因子可以直接采用材料断裂韧性,当结构的厚度不能满足平面应变状态要求时,必须将材料平面应变断裂韧性转换为能适用的极限应力强度因子;对于各裂纹的应力强度因子及其分散性,可以通过随机有限元方法计算得到。     

基于Neumann展开Monte-Carlo有限元法的随机温度场分析

利用Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法,对导热系数、换热系数、热流密度、环境温度以及内热源等物理参数同时具有随机性的温度场问题进行了分析,给出了节点温度响应的均值、变异系数和节点温度落在某一区间内的概率计算公式．通过算例考察了各随机变量的变异性大小对节点温度响应的影响,并表明随着结构的自由度数目增大,文中方法呈现出计算效率高的优点．     

喷管温度与应力场的数值研究

为了使喷管能安全可靠的工作,在喷管设计中必须考虑热防护问题从而避免喷管内部的严重烧蚀.文中考虑了喷管的几何特性和热分析过程中的主要因素,建立起轴对称的有限元计算模型,在给定的热边界条件下计算了喉衬组件与扩张段结构的瞬态温度场.在喷管轴对称模型瞬态热分析的基础上研究了轴对称载荷下热-结构耦合场的应力分析.应力场的计算采用以位移为未知变量的有限元法,并考虑了耐烧蚀层材料的物性参数随温度的变化.计算结果与分析表明在材料的交接面处应力较大,喷管各层材料间的膨胀系数差异对应力的影响较大.该研究结果可供火箭发动机喷管设计参考.     

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.     

压电智能板热效应分析模型的建立与仿真

通过有限元分析方法研究了压电智能板结构的热效应问题。采用了包含4个位移节点、2个电势节点和8个温度节点的有限元模型,其位移场按壳单元模型描述,电势场和温度场则按线性插值方法描述。基于虚功原理导出了热机电有限元方程,分析了温度场的改变对压电智能板结构动力特性、动力响应和输出电压的影响。通过一悬臂智能板结构的数值仿真,反映出温度变化造成的物理参数值改变对位移响应和输出电压具有一定的影响;温度变化产生的热载荷对动力响应和输出电压具有非常大的影响,表明了在智能板结构响应分析中考虑热因素的重要性。     

黏弹性地基无限长板的瞬态振动分析

为了评价公路、机场等结构在交通荷载下的动力响应,基于W inkler地基薄板理论,利用级数展开法和Lap lace-Fourier变换推导了黏弹性地基上无限长板在半波正弦瞬态荷载作用下位移和应力的解析解.计算和分析了不同时刻板的位移和应力变化情况,并同弹性地基静荷载情况的位移和应力进行了比较,讨论了荷载作用时间及阻黏系数对位移和应力的影响.黏弹性地基板的位移随荷载作用时间的增长而增大,应力和位移随地基阻尼增大而减小.本文结论对路面设计、品质评价及破坏机理分析有重要意义.     

厚壁圆筒热冲击作用下的应力场

针对冲击的瞬时特性，在热冲击问题的边界条件中引入δ函数，在运用Laplace变换的方法求解厚壁圆筒内部受热冲击作用温度场的基础上，求解了圆筒的热应力响应，探讨了热应力随时间的变化，随圆筒内外径比的变化，为研究管式反应器减小热冲击损伤提供理论参考。     

热振加载条件下电子封装结构的疲劳寿命分析

以包括塑料球栅阵列封装和单电源电平转换芯片封装结构的某基板为研究对象,为了计算其在热振耦合加载条件下的疲劳寿命,基于递增损伤叠加法提出了一种改进的热振耦合载荷作用下的疲劳寿命计算方法。该方法应用Anand统一粘塑性理论描述焊点材料在热循环加载条件下的力学行为,并基于热循环载荷频率修正后的Coffin-Manson方程计算热循环寿命。计算出不同温度环境中的随机振动损伤,以各温度在热循环载荷中所占的时间分数为权对各个随机振动损伤进行平均,将随机振动平均损伤与热循环损伤进行叠加,得到总损伤,进而得出疲劳寿命。研究结果表明,在一定的热振载荷加载条件下,研究对象的疲劳寿命满足使用要求。     

对称型梯度功能材料的瞬态热应力强度因子

采用摄动法推导出无限大对称型梯度功能材料平板的一维非定常温度场及非定常热应力场的解析表达式 ,并采用权函数法计算了受热冲击的含双边裂纹的对称型梯度功能材料平板的瞬态热应力强度因子 .通过两种Al2 O3 TiC系梯度功能陶瓷平板表面冷却条件下的计算实例并与均质陶瓷材料对比 ,分析了材料的热 物理性能分布规律对瞬态热应力强度因子的影响 ,并提出高抗热震性梯度功能陶瓷的设计原则     

Experimental study of transient thermal elastic hydrodynamic lubrication of tilted thrust bearing under sudden load changes

An experimental study is performed to investigate the temperature response and distribution in a sector tilted pad thrust bearing during the transient periods such as the load on the bearing changed abruptly.Lots of thermocouples are placed on different position such as the pad surface,leading and trailing edge as well as the pad block,and then these thermocouples are used to measure the temperature variation during the transient period.The load on one pad and the displacement of the runner are measured with different sensors.The effects of a sudden load change on temperature at different position of the pads are analyzed according to the experimental data.The influence of different initial conditions and the different load increment on temperature variation at the pad surface and pad body are obtained,and temperature responses at leading edge and trailing edge under different conditions are tested.This experimental study shows a significant effect of load increment and initial condition on the temperature distribution of bearing pad interface under sudden load change conditions,and the measurement of real oil film temperature is difficult due to the large thermal inertia of pad surface.     

载流环形板的热磁弹性分析

对置于磁场中的载流环形板的热磁弹性问题进行了理论分析,讨论了载流板的温度、应力、位移与外加电磁场、温度场以及机械载荷的关系.首先根据电动力学方程和广义欧姆定律得到了载流薄板的电流密度的分布,考虑到焦耳热效应及热平衡方程,得到了由于焦耳热效应产生的置于磁场中的载流环形板的温度场;同时引入了热传导方程,得到了外加温度场引起的环形板内部的温度分布,并认为两种温度场相互独立且满足叠加原理,从而得到了载流环形板的温度分布.其次在建立载流板壳的电磁场、温度场、机械场耦合非线性运动方程,物理方程、几何方程及电动力学方程的基础上,得到了板壳热磁弹性问题的基本方程.最后应用准线性迭代方法,得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程组,整理成含有8个基本未知函数的标准柯西型,即变换成能用离散正交法编程求解的准线性微分方程组,应用自编程序,得到该问题的数值解.变换电磁参量,讨论了载流环形薄板应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律;根据圆环形板的挠度与参量之间的变化规律,并通过实例证实了可以通过改变电、磁、力场的参数来实现对板壳的应力、应变状态的控制.     

基于ANSYS汽车盘式制动器温度场和热应力数值模拟

基于ANSYS建立了某汽车盘式制动器三维实体模型,分析了不同制动工况下盘式制动器的温度场和热应力,还分析了离心力与压应力和摩擦切应力分别作用下的应力分布.结果表明：热应力远大于其他应力的作用,这在分析盘式制动器失效时起着主导作用.运用循环迭代法进行温度场模拟,分析显示摩擦区温度是震荡上升、存在明显的尾迹且其显著大于非摩擦区温度.采用间接耦合法将温度场结果作为应力场载荷分析的热应力,结果显示：热应力呈现交变应力状态且幅值较大,摩擦区周向应力明显大于径向应力,制动盘凸台连接处应力很大.