子模型技术在混凝土箱梁悬臂板分析中的应用

结合子模型技术,通过大型有限元程序分别建立实体单元模型及板壳单元模型,进行数值仿真分析.研究子模型技术在混凝土箱梁悬臂板实体单元建模分析中的3种方法及实施技巧,考察悬臂板根部内力的影响因素:厚度、长度、箱梁畸变及荷载作用位置.结果表明:子模型区域宽度越接近悬臂板有效分布宽度,子步法和混合网格法计算结果越准确,效率高;对于有效梁段法,3倍于有效分布宽度的梁段为计算精度和计算时效的最佳尺度.实体单元建模综合考虑影响因素,其分析结果相对于板壳单元分析结果及其它算法更接近试验结果,子模型技术适合于混凝土箱梁悬臂板局部精细分析.     

基于有限元的角焊缝建模的探讨

利用有限元软件ANSYS,采用实体单元、壳单元、壳与梁单元组合等方法建立有限元模型计算箱形梁在均布载荷和集中载荷作用下的应力分布情况.通过计算结果比较分析各种建模方法的优缺点,提出针对不同的结构和载荷情况,选择合适的建模形式.     

多肋式梁桥在全过程中应力重分布研究

为了考察多肋式梁在全过程中受力性能,利用非线性实体退化壳单元理论研究了多肋式梁的应力重分布规律.混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,推导了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献和统一的非线性壳单元模式.利用Owen屈服准则、Hinton压碎准则和弹塑性强化模型考虑了混凝土和钢筋的非线性效应,有效模拟了预应力混凝土多肋式梁的开裂、屈服和失效全过程,并编制了相应的三维非线性全过程计算程序.结合破坏性试验资料可知,理论计算结果与试验数据吻合良好,并对预应力钢筋应力发展规律进行研究.结果表明,用实体退化壳单元模拟预应力混凝土多肋式梁是合适的,研制的非线性单元和非线性程序是正确的.     

薄钢壳回转体轴向磁化状态分析

潜艇壳体、弹药壳体等薄钢壳回转体的半径和壁厚逐渐变化,且两端闭合,其轴向磁化状态的高精度建模非常困难.针对此问题提出了一种锥环单元计算公式,精确划分这些轴对称薄钢壳回转体的实际结构只需要少量的锥环单元,采用一维积分方程法实现了其轴向磁化状态的高精度快速建模.空心薄壁钢球壳磁特征的验证计算表明,所提出方法的计算值与解析值之间相对误差为1.2%.简易船模磁特征的验证计算表明,所提出方法的计算值与实测值非常吻合.并且上述计算过程分别只划分了100个锥环单元,便于工程实践中的应用.     

异型钢箱混凝土索塔锚固区空间力学行为研究

为了掌握异型索塔钢锚箱在索力作用下的受力性能和应力分布,以某主跨555m长的三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥为工程背景,通过ANSYS中APDL命令流参数化编程,分别采用空间实体单元与壳单元建立了不同的索塔钢锚箱有限元模型,对索塔锚固区在最不利荷载组合作用下的受力性能进行了研究,并考虑了在不同加力方式下钢锚箱应力状态和分布特点。结果表明:在最不利荷载组合作用下,采用初应变加力方式,在锚垫板与承压板位置处应力较集中;采用均布力加载方式下,实体单元与壳单元计算结果较为吻合,能真实反映钢锚箱受力状态,但壳单元角点接触部位易出现应力计算失真。此计算结果为设计提供依据,对同类型的桥梁设计有一定的设计参考价值。     

壳单元在压力容器分析设计中的应用

分别采用体单元和壳单元对内压作用下的斜锥壳过渡区进行了参数化有限元分析计算.计算结果表明,采用壳单元与采用体单元相比,最大MISES相当应力的位置及大小几乎不变,但局部薄膜应力的相当应力及薄膜加弯曲应力的相当应力均稍偏大.在所计算的参数范围内,局部薄膜应力的相当应力最大偏差为3.2%,薄膜加弯曲应力的相当应力最大偏差为9.14%.可见在大规模压力容器有限元应力分析中,包括总体结构不连续区在内的大部分区域可采用壳单元代替实体单元进行计算,以节省计算资源用于局部结构不连续区的详细分析.这样可在一次分析中同时得到总体结构不连续区及局部结构不连续区较为准确的数值解.     

正交异性钢桥面板结构热点应力有限元分析

以正交异性钢桥面板焊接节点为研究对象,对焊接节点焊趾处不同的结构热点应力确定方法进行比较分析.利用有限元软件ANSYS分别建立焊接节点的实体单元和壳单元有限元模型,在焊趾附近区域共划分7种网格尺寸,分别采用直接提取法、表面外推法和结构应力法计算正交异性钢桥面板焊接节点焊趾处的结构热点应力,比较分析不同方法计算结果的精度及对网格尺寸和单元类型的敏感性.研究结果表明,对于不同网格尺寸和单元类型的有限元模型,直接提取法和表面外推法获得的结构热点应力离散性较大,结构应力法计算的结构热点应力具有较好的一致性.     

梁板壳有限单元中的各种闭锁现象及解决方法

对梁元和板壳单元中存在的各种闭锁现象进行详细的分析，对现有的一些解决方法的优劣性进行比较，以使人们对闭锁现象有更深入的认识，并能有效地消除或减轻它们的不利影响.分别在二维、三维梁元与板壳单元有限元公式中引入Hellinger-Reissner混合函数或降阶积分，以减轻或消除闭锁现象对单元计算精度的不利影响.通过4个算例来阐明闭锁现象随单元受力情况、单元厚度、单元网格划分的不同而对结构非线性分析结果所带来的不同程度的影响. 结果表明，闭锁现象对结构的数值分析结果影响显著，对以受弯为主而膜应力很小甚至为零的单元，膜闭锁现象非常严重，而对薄壁单元，剪切闭锁的影响特别严重；采用单元的混合公式或在协调元中采用降阶积分，可有效地消除单元的各种闭锁现象和插值函数的误差对单元计算精度带来的不利影响，能使单元计算精度和计算效率得到显著改善.     

单元类型对800 MPa级高强钢冲压成形与回弹仿真分析的影响

以800Ma级高强钢冲压门槛梁零件为研究对象,分析了壳单元和实体壳单元两种单元类型对高强钢冲压成形仿真分析结果的影响。结果表明,两种单元类型对零件成形后厚度影响差异不大。采用两种单元时,零件的回弹量有明显差异,采用壳单元时零件的最大回弹量较大。     

虚拟横梁单元法在小箱梁桥建模中的应用

本文以由4片分体式组合箱梁组成的40m单跨简支梁桥为研究对象,利用大型有限元软件MIDAS/Civil,分别建立了实体单元模型、虚拟横梁单元模型,对比分析了2种计算模型在4种荷载工况下各片箱梁的跨中位移解.计算结果表明:实体模型计算结果准确但建模复杂,与之相比,虚拟横梁单元模型的最大误差为-2.3%.得出了虚拟横梁单元法是分体式组合小箱梁桥的合适建模方法,可用于分体式组合小箱梁桥结构分析.     

基于壳梁单元耦合理论的车身有限元分析及其轻量化设计

在梁单元的基础上,采用壳单元和梁单元混合模型,并对壳元和梁元的边界耦合的刚度矩阵进行了详细的推导．利用通用有限元分析软件ANSYS计算了天然气公交客车在弯曲、扭转、转弯、刹车4种工况下的应力及变形．根据计算结果提出了轻量化的方案,并对应力集中点进行了结构优化,利用ANSYS对改进后的车型进行计算,结果表明改进方案可行．     

TiC涂层梯度硬质合金残余热应力分析

采用有限元方法分析有无梯度2种TiC涂层硬质合金的残余热应力,研究了残余应力随涂层及梯度层厚度的变化。结果表明:增加梯度层后,涂层内残余热应力的减小超过10%,合金中残余应力减小30%以上,表面残余应力也明显下降;随着涂层厚度的增加,涂层内拉应力大幅减小,剪切应力与等效应力略微增加,涂层梯度硬质合金的等效应力呈下降趋势;随着梯度层厚度的增加,涂层内残余应力减小,当梯度层厚度较大时,残余应力不再改变。因此,选择合适的涂层和梯度层厚度,涂层厚度一般为5～8μm,梯度层厚度控制在20μm左右,可以有效缓和残余应力,提高材料的结合强度。     

钢拱壳穹顶结构在集中荷载作用下随厚度变化应力趋势预测

目的 研究钢拱壳结构在向心集中力作用下的力学行为.方法 引入弹性无矩球壳理论,以及对其实现假设条件的介绍,提出当结构无法满足无矩理论时的特例情况(在有集中力出现)时,分析半球壳结构,在同级荷载作用下,壳体厚度等因素变化对结构内部最大Mises应力的影响程度,并做出对其发展趋势的预测分析.结果 随着壳体厚度的增加,球壳结构在同级荷载作用下,最大Mises应力随之减小;球壳结构曲率半径的变化,也会对结构承载力有相当的影响.结论 钢拱壳结构的厚度及曲率半径的变化对结构承载力和随之而产生的位移都有较大的影响.通过曲线拟合后可以较为准确预测出结构承载力的发展趋势,为钢拱壳穹顶结构设计者提供设计参考依据.     

预应力钢与高强混凝土组合梁有限元分析

目的研究预应力钢与高强混凝土组合梁从加载到破坏的全过程，分析其力学性能，为工程应用提供可靠的理论依据．方法采用大型有限元软件ANSYS，对预应力钢与高强混凝土组合梁进行了空间非线性分析，在组合梁的有限元模型中，钢梁采用壳单元，混凝土采用体单元，混凝土中的普通钢筋通过单元实常数确定，预应力钢筋采用线单元，预加应力通过单元实常数确定。采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移；采用非线性材料本构模型关考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性．结果计算得到了组合梁在不同加载状态的应力、应变，荷载一变形曲线，预应力钢筋增量曲线，滑移沿梁长分布曲线等，并与试验研究进行了比较．分析表明，高强混凝土和钢材的强度都得到了充分发挥．结论计算结果与已有试验结果较为吻合，因此，可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能，代替部分试验研究．     

球磨机应力和变形及减薄筒壁厚度的数值分析

为检验一给定尺寸的球磨机安全性,进而减薄筒体部分的壁厚,减少球磨机的生产成本,应用ABAQUS软件对建有人孔和物料的较精细球磨机模型的正常运转以及启动工况下的筒体受力与变形情况进行分析,采用yonMises屈服准则进行校核,没有塑性区出现,并得出了原设计尺寸vonMises等效应力最大值和减薄筒壁后球磨机的vonMises等效应力最大值均远小于材料许用应力值σ的结论,确定了原设计的安全性以及筒壁厚度减薄后的可行性,对于每台设备可节约钢材2511．7kg,同时,人孔处的应力集中现象较明显,需要使用局部增强措施．     

多排悬挑架主梁的应力和变形计算方法研究

采用材料力学和弹性力学有限元法,分别计算了多排悬挑架主梁的应力和变形.材料力学算法将多排悬挑架主梁视为连续梁,理论上无法解决几何形状变化明显的应力集中处（如支撑点处）的应力问题,2种方法的计算结果相差较大,最大误差达112％,但变形计算结果基本一致.故多排悬挑架主梁的强度计算应采用弹性力学有限元法.     

基于Ansys碳纤维加固混凝土梁的裂缝模拟分析

利用Ansys有限元软件建立了在单调荷载作用下钢筋混凝土梁的模型,在对未加固梁和碳纤维布加固梁的开裂荷载、极限荷载与相应实验结果对比的基础上,分析了加固梁在不同荷载下纤维布和混凝土的应力变化,模拟了两种梁的裂缝分布和开展规律。结果表明,Ansys模拟加固混凝土梁的开裂荷载和极限荷载与实验值的最大误差为10.2%,碳纤维布的工作过程与实际相吻合,裂缝的分布及开展也符合试验现象。     

含裂纹旋转叶片结构的振动特征分析

利用铁摩辛柯悬臂梁简化模型分析计算含裂纹旋转叶片结构的固有振动特征.通过传递矩阵法推导出含裂纹悬臂梁固有频率及模态的数学方程式.分别应用传递矩阵法和有限单元法对实际悬臂梁的固有频率和模态进行计算,比较两种计算结果的差异和变化趋势.最后分析裂纹的位置和尺寸对固有频率和模态的影响.计算结果表明:传递矩阵方法能够很好地描述结构的固有振动特征,为实际工程应用提供有效的解析计算方法.     

激光辐照金属圆柱壳体热应力分析

研究了激光辐照金属圆柱壳体的热力效应,运用有限元法计算了金属圆柱壳体三维热传导模型的温升与热应力分布,计算中考虑了材料的热学和力学性质的非线性,讨论了几个特定时刻的圆柱壳体内外表面的热应力和热变形。结果表明,光斑边缘附近区域的等效应力最大并随加载时间增加向外移动,圆柱壳体的热变形在光斑区由内表面向外凸出。