Residual Mechanical Properties and Explosive Spalling Behavior of Ultra-High-Strength Concrete Exposed to High Temperature

In order to explore the characteristics of ultra-high-strength concrete exposed to high temperature,residual mechanical properties and explosive spalling behavior of ultra-high-strength concrete( UHSC) and high strength concrete( HSC) exposed to high temperatures ranging from 20 ℃ to 800 ℃ were determined. The microstructure of the specimens after exposure to elevated temperature was analyzed by means of scanning electron microscope( SEM) and mercury intrusion porosimetry( MIP). The residual compressive strengths of UHSC and HSC were first increased and then decreased as temperature increased. After exposure to 800 ℃,the compressive strengths of UHSC and HSC were 24. 2 % and 22. 3 % of their original strengths at 20 ℃,respectively. The residual splitting tensile strengths of both UHSC and HSC were consistently decreased with the temperature increasing and were approximately 20% of their original strengths after 800 ℃. However,the residual fracture energies of both concretes tended to ascend even at 600 ℃. The explosive spalling of UHSC was more serious than that of HSC. Moisture content of the specimens governs the explosive spalling of both concretes with a positive correlations,and it is more pronounced in UHSC. These results suggest that UHSC suffers a substantial loss in load-bearing capacity and is highly prone to explosive spalling due to high temperature. The changes in compressive strength are due to the changes in the density and the pore structure of concrete. The probability and severity of explosive spalling of UHSC are much higher than those of HSC due to the higher pore volume in HSC.     

改进Kriging的热结构耦合梁共振非概率可靠性分析

针对梁结构在热结构耦合作用时其极限状态函数为隐式形式且难以求解的问题,基于振动可靠性理论,将改进的Kriging模型与有限元方法相结合,提出了热结构耦合梁共振非概率可靠性分析方法.首先利用Kriging法构建热结构耦合梁可靠性功能函数的近似模型,并利用主动学习法改进了选取新增样本点的方式,使得改进后的Kriging近似模型更加逼近于真实极限状态函数.在此基础上,考虑结构参数的不确定性,对梁结构的不确定变量用区间变量进行描述,建立了含有超椭球凸集的梁结构共振非概率可靠性模型,最后结合优化方法求解出梁结构共振非概率可靠性指标.算例结果表明了该方法的合理性以及计算精度高的特点,为热结构耦合梁的共振非概率可靠性分析提供了可行的途径.     

油-水列管式换热器流场的数值模拟

根据某工程用油-水列管式换热器结构,建立了其数值模型,采用前处理软件icem cfd对求解域进行离散,获得非结构化网格,然后利用计算流体力学(CFD)软件fluent求解油-水列管式换热器的流场,得到了该油-水列管式换热器的温度场、压力场和流线图。仿真结果分析表明:采用CFD软件数值模拟流场,所得结果可信,可作为传统设计方法的有益补充,且可对该换热器结构进行诸多优化。     

非线性比例边界有限元在面板坝分析中的应用

面板坝结构尺寸相差悬殊,高效的精细化分析手段是面板坝抗震研究的重要工具。结合非线性比例边界多边形单元法和高效的四分树离散技术,进行了面板坝高效精细化分析应用研究。采用比例边界多边形单元法和传统有限元法,对相同面板坝模型进行静动力及永久变形分析;结合四分树离散技术,进行了典型面板坝结构的高效跨尺度精细化分析应用。结果表明：计算结果分布合理,两种方法吻合度高,比例边界多边形有限元可与传统有限元一样便捷地进行大坝全过程数值分析计算;比例边界有限元可与传统有限元不能直接求解的四分树技术实现无缝耦合,进行高效的跨尺度精细化分析应用,且可快速完成分析模型重建,大幅改善了分析效率,可为结构局部损伤演化、渐进破坏研究提供技术支撑。     

一种胸廓CT图像预处理与三维建模方法的研究

为了快速、精确地从胸廓螺旋CT中提取肋骨、胸骨、脊椎与肋软骨并建立模型,文章提出了一种胸廓CT图像预处理与三维建模的方法.采用图像格式转换、灰度拉伸、自适应魏纳滤波、图像批处理等算法,滤除内脏、肌肉等噪声图像,增强胸廓各部分骨骼的区分度;再用阈值分割、区域增长等方法,分别建立胸廓硬骨三维模型与肋软骨三维模型,并装配成符合有限元受力分析要求的整体模型.结果表明,肋软骨模型的精确性得到了一定程度的提高,人工修改模型的工作量显著减少,三维建模周期缩短约40%.该方法为提供漏斗胸Nuss手术仿真奠定了基础,对Nuss手术中支撑板选材及定位具有重要参考价值.     

公路斜板桥结构受力特性分析

本文介绍了采用薄板、厚板有限元以及有限条、模糊有限条和实用简化方法进行公路斜板桥结构力学性能分析的方法，并给出了公路斜板桥受力特性的分析结果，可供工程设计与施工时参考     

一种非线性问题的随机载荷近似解法

在增量非线性有限元法的基础上，引用摄动技术将随机载荷分为确定性部分和摄动随机部分，把确定性部分看做摄动部分的线性基础，提出了在线性随机有限元基础上的小摄动非线性随机载荷近似解方法。这种方法可应用于现有的增量非线性有限元法，具有程序设计简单，有效利用非线性有限元分析程序等优点。     

均匀化方法的ABAQUS实现

为了利用通用有限元软件来对复杂的均匀化方程进行便捷求解,从而对具有周期性构造复合材料有效性能进行预测.根据文献[1]提出的热应力方法和边界力方法将均匀化方程转化为通用有限元可以进行计算的形式,通过ABAQUS用户子程序和脚本语言的编写,便捷的实现了均匀化方程的求解,得到了均匀化系数.通过均匀化方程的ABAQUS的便捷求解(包括热应力方法和边界力方法),计算了单向复合材料有效性能,并与细观力学方法进行比较,结果表明两种方法具有一致性和有效性.     

渗流计算的一种实用方法

对于有自由面的求取的渗流问题,介绍了一种可以不进行迭代求解渗流问题的自由面的新方法,并且采用常用的商用软件解决饱和非饱和渗流问题.将新的边界处理方法应用到多种材料的土石坝及坝基的渗流分析中,可以用一般的商用有限元软件进行饱和非饱和、稳定非稳定的渗流问题的计算,并结合某堤防工程进行稳定渗流分析,得到了较好的结果.     

转子热应力有限元前后处理方法

结合汽轮机转子热应力有限元分析问题,提出了适用于汽轮机转子有限元热应力分析的前后处理可视化的实现方法。前处理主要包括原始几何模型的输入、有限元网格的自动生成,后处理包括二维温度场应力场等值线、云图、结果时间趋势图的绘制方法等。     

高速主轴部件动态设计与动态模拟的研究

本文研究了高速主轴部件的固有频率及其主振型计算机算法,建立了双支承及三支承主轴部件的传递矩阵、集中质量和均匀质量的有限元计算模型,编制了通用计算机程序。计算机实验结果表明,随着模型离散化程度的增加,计算时间的增长速度很快。为了满足工程应用精度的要求,模型离散化程度勿须很大,从而可大大节省计算时间。在三种计算方法中,传递矩阵法的计算时间大大超过有限元法,而集中质量有限元法的计算时间最少。文章还对现有国内外文献中推荐的计算轴的临界转速的公式进行了研究,并通过实例比较了该公式与用有限元法进行计算的结果,指出了这些计算公式的局限性,利用作者编制的程序,可以迅速而精确地绘制各阶主振型和主轴前端的动柔度曲线,并在彩色显示器上对主轴部件的主振型进行了动态模拟,获得了满意的结果。     

小波伽辽金有限元法及其应用

小波理论为有限元方法提供了许多不同的基函数和多尺度分析方法，需要根据具体分析问题进行选择,本文首先介绍了Daubechies小波函数、尺度函数，给出了尺度函数高阶导数的改进求解方法、利用尺度函数作为基函数得到了小波伽辽金有限元法．用此方法求解弹性地基上的有限长梁，从结果对比可以看出其解具有良好的精确性和收敛性．此求解步骤可以应用到通常的微分方程求解中．     

一种人机结合式二维有限元网格生成法

利用人机结合的方式,对由ＣＡＤ环境下绘制的矢量型二维网格图形进行结点、边线的整理,并根据它们的拓扑关系进行单元的识别,最后生成可供有限元分析使用的数据信息．此方法可完全按人的意图生成网格且对计算机软、硬件的要求甚低．     

机床小立柱模型动态性能分析

以机床小立柱模型为例,分别运用试验模态分析及有限元法分析其动态特性．通过将这两种方法有机合理地结合更精确地确定了该模型各阶段的固有频率及振型,并成功地将该模型的有限元建模误差控制在１．７％之内,为含有复杂结合面特性的机床整机有限元建模方法及精度提供了有效的分析手段．     

关于动应力强度因子的有限元分析

本文用三角形四分点元及J(t)积分两种有限元方法进行了动应力强度因子的计算分析。结果表明,前者采用较少单元即可获得比较满意的结果,而后者可获得更高精度的K_I(t)值。     

转子临界转速的求解方法比较

工程中的各种高速转子都需要确定其临界转速,以确保其在安全的转速范围工作,不发生共振.以一种实验型转子为研究对象,分别采用解析法和基于ANSYS的有限元法对其临界转速进行求解;再利用实验测量的方法测得该转子的临界转速值;把用解析法和有限元法计算所求得的数值与用实验所得实测值进行比较和分析,考查解析法和有限元法计算的准确性、可行性.结果表明基于ANSYS的有限元法对转子临界转速的计算准确性高,计算方便,为工程上其它转子临界转速的求解提供方法依据.     

Analysis of the Micro-Rotation Compliant Mechanism Based on the Corner-Filleted Flexure Hinges

基于直梁圆角型柔性铰链的小转角柔顺机构

鄢永耀^1,2,刘伟¹ ,颜昌翔¹ ,付锦江^1,2

（1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 130033;

2.中国科学院大学,北京 100049）

创新点说明：

1）通过对称变换和坐标平移的方法较为简单方便的推导出了直梁圆角型柔性铰链的柔度公式;

2）设计了一种由8个直梁圆角型柔性铰链组成的适用于某快速微调装置中的小转角柔顺机构

研究目的：

根据研究的直梁圆角型柔性铰链柔度公式及小转角柔顺机构力学特性,对某快速微调机构的旋转部分进行结构设计及优化。

研究方法：

1）对称变换及坐标变换的方法（理论计算）;

2）三维建模和有限元分析;

3）建立优化模型及运用matlab软件的fmincon优化指令。

结果：

1）推导了直梁圆角型柔性铰链的柔度公式;

2）设计了小转角柔顺机构,并推导出了工作力矩/刚度的理论公式;

3）根据某快速微调机构的技术要求,进行了结构设计及优化。

结论：

1）本文通过采用对称变换及坐标变换的方法,相比于传统的微积分直接计算更加简单方便的推导出了倒圆角柔性铰链的柔度公式,经验证,理论推导的结果与有限元结果比较大体一致,误差不超过8%。

2）结合此倒圆角柔性铰链的柔度公式,研究出一种一维旋转机构——小转角柔性机构,并推导出工作力矩/刚度的理论公式,分析了结构参数对工作刚度的影响,通过有限元分析及测试实验验证了柔性机构的力矩理论公式准确可靠。

3）根据某空间项目的技术要求,设计了相应的小转角柔性机构,并通过优化模型对此柔性机构进行了尺寸优化使得其满足约束条件的同时工作力矩尽量小。

关键词：柔性铰链,直梁圆角,柔顺机构,刚度,优化,理论模型

     

梯形单元及其显式分析

本文介绍一种具有显式单刚的梯形元,它既是线性元,又能较方便拟合直线边界,且能直接获得单刚对结点座标的解析导数式,从而可推得位移应力等约束敏度,不必使用数值积分和差分求导,大大节省了机时,使有限元分析能与高效的优化算法有机结合。文中对比了几种其他类型的单元的计算,并给出了在重力坝分析上的应用情况。示例证明本文导出的显式刚度矩阵及其敏度公式正确无误,计算效率高,结果合理可信,能供工程实际应用。     

一种快速计算跨音速流动的多重网格有限元素法

非定常方法已能成功地求解跨音速流动问题,但由于收敛速度太慢[1],影响了它在实际中的应用。本文在[2,3]的基础上发展了一种快速的定常欧拉方程解法。采用混合有限元单元来处理跨音速流动中的混合问题。通过对边界条件的精心处理使问题得到很好的适定。一种多重网格有限元迭代法在本文得到了发展,使收敛速度进一步加快。计算结果表明,二元跨音速流场计算仅需数百次迭代就能达到充分收敛、捕捉激波稳定准确,适应性强。表明本方法具有较大的应用价值。     

平面有限元网格实用划分方法研究

网格的生成是平面有限元计算的前提和基础,但当边界不规则时容易生成劣质单元,对计算造成影响.对比目前较为成熟的四边形网格生成方法,开发出以Visual Basic语言为基础的结构化有限元网格划分程序,生成较为规则的四边形单元.它具有操作简便,网格密度、单元数量可控制,生成的数据简单实用等特点,特别适用于小型结构的有限元分析.