考虑静动力学特性的材料结构一体化多目标优化设计

针对复合材料微结构的内部构型和宏观排布的可设计性,以结构基频最大和柔度最小加权系数为目标,将微结构设计和多尺度计算结合,建立了考虑静动力学特性的材料/结构一体化多目标优化设计模型,实现了相应的算法和算例.方法中引入了微观和宏观两个尺度上的独立密度变量,采用RAMP(Rational Approximation ofMaterial Properties)方法对密度进行惩罚,利用有限元超单元技术建立材料与结构的联系,通过规一化目标函数有效避免了不同性质目标函数的量级差异.通过算例,获得了静动态权重系数对结构拓扑构型和目标函数(宏观结构的柔度和基频)的影响规律.研究结果表明:该方法是有效的,可作为对轻质结构进行静动态多目标优化设计的一种新方法.     

钢塔架在风荷载作用下的受力与变形

本文利用有限元计算程序，对高层建筑上安装的钢塔架在风荷载作用下的受力及变形进行了有限元计算，计算模型中采用了杆单元，梁单元以及边界凶等三种单元形式，通过对计算结果分析，找出该结构存在的设计隐患，为此，对原结构形式进行了改进，收到了良好的较果。     

电液可变气门高速开关阀用电磁铁设计与研究

采用经验公式与有限元分析相结合的方法对高速电磁铁进行设计以提高其电磁吸力和动态性能.建立了高速电磁铁的数学模型,利用Ansoft电磁场分析软件对隔磁角、衔铁长度、隔磁长度等按照经验公式无法获得的结构参数对高速电磁铁的静、动态特性影响进行了分析.在此基础上研制了高速电磁铁,并对其静、动态性能进行了测试,试验结果与仿真结果吻合,表明采用经验公式与有限元分析相结合的方法可以有效提高电磁铁的设计精度,而优化隔磁角、衔铁长度、隔磁长度等结构参数可以有效提高高速电磁铁静、动态性能.     

典型民机机身段水上冲击数值模拟方法及其耐撞性研究

为了改善民机在紧急迫降情况下的安全性能,对典型机身段水上冲击数值模拟方法及其冲击特性进行了研究。通过合理的简化建立了机身段有限元模型,对有限元方法(FEM)、任意拉格朗日/欧拉方法(ALE)和光滑粒子方法(SPH)水体模型进行了研究,探讨了水体材料模型对机身段结构动态响应特性的影响。在7 m/s垂向冲击速度下,对比分析了水面和刚性地面情况下的机身段结构的耐撞性能。结果表明ALE方法具有最佳计算精度和计算效率。由于忽略了偏应力,采用空材料得到的机身结构响应与弹性流体和弹塑性水体材料有明显不同。在水上冲击过程中,由于水体耗散了大量冲击动能,因此机身加强框变形较小。机身底部蒙皮结构承受较大的均布载荷,因此蒙皮吸能结构吸收了较多的冲击动能,是最重要的吸能结构之一。相对于刚性地面,水面冲击情况下机身具有更小的加速度过载。在紧急迫降情况下,选择湖泊或者江河等水域作为迫降地点可以减小乘员承受加速度过载。     

大型某型客机复材机身舱门区结构补强研究分析

复合材料在民用客机上的应用量越来越高,目前已经出现了全复合材料机身的大型客机,对于全复合材料机身舱门区补强问题也显得尤为重要。该文就大型某型客机复合材料机身舱门区结构补强进行分析研究,设计了一套适用于大型客机复合材料机身的补强结构并进行了有限元计算分析和结构优化,计算结果符合设计的相关要求。     

C型压力机机身的轻量化设计

通过对C型压力机的机身结构进行强度和刚度分析,构建了机身参数化三维模型。通过正交设计及最小二乘法原理,建立了该机床机身重量、应力、变形位移的目标和约束函数。应用ANSYS有限元分析软件对其进行迭代优化,在保证机身强度和刚度的前提下,获得机身重量最轻的压力机机身结构。     

某型包装箱的低密度聚乙烯缓冲结构设计与分析

目的 基于低密度聚乙烯材料设计一种包装箱的缓冲结构,以满足冲击加速度的设计要求。方法 采用低密度聚乙烯材料对应的最大加速度-静应力曲线进行理论计算,设计出包装箱缓冲结构的初始模型,运用Ansys Workbench有限元仿真软件对包装箱整体进行水平跌落仿真,并对仿真结果进行分析。结果 当缓冲垫设计厚度为75 mm时,包装箱整体跌落后受到的最大冲击加速度低于40g,满足设计要求。结论 基于低密度聚乙烯材料设计的缓冲结构能够对包装箱提供有效的缓冲防护,缓冲性能满足要求。     

路基压实粉质黏土动态回弹模量的四参数预估模型及有限元实现

利用动三轴试验,研究路基压实粉质黏土动态回弹模量的影响因素,分析动态回弹模量对偏应力、体应力等因素的依赖关系,通过双因素回归分析,在AASHTO-N37A动态回弹模量预估模型的基础上引入k4项,提出了含四参数的改进模型。为了使该改进模型能有效运用于有限元计算中,基于广义Hooke定律推导了其精确一致切线刚度矩阵,通过编写用户自定义材料子程序(UMAT)将改进模型移植入有限元软件ABAQUS中,分别在单个土体单元和路基路面结构条件下对改进模型进行了计算验证。研究结果表明:四参数改进模型能更好预估粉质黏土在不同压实度下的动态回弹模量,利用二次开发的改进模型在有限元软件中计算得出的土体单元的应力—应变关系与解析解较为吻合,而将改进模型运用于路基路面结构分析可以体现因应力不同造成的回弹模量在路基各个位置的差异,同时能反映车辆荷载作用下回弹模量的演变,实现了模量与应力状态的动态耦合,从而路基路面结构设计提供了更为真实的数值模拟方法。     

半埋雷打捞装置夹紧爪结构优化

以半埋雷打捞装置夹紧爪为研究对象,依据夹紧爪的工作要求,在常规设计结果的基础上,将有限元分析方法和传统的优化技术相结合,建立了基于有限元分析的优化模型。利用结构分析软件ANSYS软件完成了优化计算,得到了优化结果,并将有限元优化的设计结果和常规设计结果相比较.结构优化后的夹紧爪既满足了打捞鱼雷的要求,又使材料的承载能力得到了充分的利用.分析结果表明,将基于有限元分析的优化技术应用于夹紧爪的设计是一种有效的方法.     

空调缓冲衬垫有限元分析及优化设计

目的将有限元分析技术运用于空调包装件的静态堆码和跌落冲击性能分析和优化设计中。方法运用有限元分析软件,建立空调、缓冲衬垫的有限元模型。模拟包装件在静态和动态下的变形受力状况。以衬垫体积最小为目标函数,以衬垫及空调的最大应力值和变形值控制在许用值范围内为边界条件,对缓冲包装衬垫长光面省料槽的开槽宽度和长度进行尺寸优化。结果经过静压分析,缓冲衬垫变形量的最大值达到0.97mm,包装件受到的静应力最大值为1.56MPa;经过跌落分析,空调的最大加速度为493 m/s~2,空调外壳受到的最大静应力达到2.3 MPa;衬垫最大应力为1.12 MPa,衬垫应变为0.6%;经过优化分析,省料槽宽度约为26 mm,长度约为141 mm,分析表明衬垫设计满足缓冲防护要求。结论通过仿真分析和优化设计,可以对缓冲衬垫结构尺寸进行改进,在节约材料的同时能有效保护内装产品,可满足运输包装轻量化设计需求。     

门座起重机立柱结构的有限元建模与分析

本文针对门座起重机立柱结构的特点，讨论了目前有限元建模中不同方法的优缺点，通过实体建模中的面素法用四结点及八结点壳单元对立柱的空间及单侧结构在考虑有加劲肋和无加肋的情况下分别进行了静动态计算及计算结果的信区间分析，从而完成了该类结构的有限元建模与分析，了一些对工程设计有参考价值的结论。     

基于蜂窝材料结构相似有限元模型的夹层结构抗爆炸冲击特性优化设计分析

根据蜂窝材料压缩力学理论,提出了一种蜂窝材料的结构相似有限元模型构建方法,并在蜂窝材料轴向压缩和夹层结构抗爆炸冲击2种分析工况下对结构相似模型计算分析的等效性进行了验证。结果表明,蜂窝材料的结构相似有限元模型不仅能够描述原蜂窝材料的宏观压缩力学特性,而且可以大幅地提高模型计算效率,为蜂窝材料夹层结构的抗爆炸冲击特性分析与设计优化提供条件。基于该结构相似有限元模型,以最小化蜂窝材料夹层结构的面密度为设计目标,利用自适应响应面方法对夹层结构的主要设计参数进行了优化,在结构的爆炸冲击响应速度峰值不增大的条件下提高了结构的轻量化水平。     

微波吸收复合材料体系及其计算机辅助设计的研究进展

微波吸收材料是指将投射至材料表面的电磁波能量转变为热能等其他类型的能量，从而实现电磁波的衰减和损耗的一类功能材料。随着抗磁干扰、辐射防护和军用隐身的现实需求不断增加，电磁波吸收材料不断向材料复合化、结构多样化的方向发展。并且随着信息技术的不断发展，以有限元分析、第一性原理计算为代表的材料计算科学，已广泛应用于微波吸收材料成分结构设计中，是实现材料可复合、可分析、可控制的重要手段。本文在综述阻抗匹配、电磁衰减等电磁波吸收基本原理与重要方程的基础上，论述了材料结构成分设计理论与计算机辅助方法，并根据研究现状对微波吸收复合材料进行分类，介绍了各体系复合材料的结构成分设计特点，分析了目前研究存在的问题，展望了未来的发展方向。     

一种改进的利用频响函数进行有限元模型修正的方法

在对机械结构的动态特性进行准确而可靠的预测时，有限元模型的设计参数的修正是很重要的。利用试验测试和预测的有限元模型计算得到的频响函数（FRF），在结构动力缩聚技术的基础上，推导出了一种改进的基于频响函数的灵敏度分析的修正方程。数值实例研究结果表明该方法利用不完备的测量数据，也可在很宽的频率范围内，同时对多个参数进行修正，有限元模型修正解与真实结构参数完全吻合。本文的方法可适用于大型复杂结构的模型修正。     

参数化有限元分析的液压机机身轻量化设计

建立了液压机机身的参数化有限元模型。通过正交试验模拟实际工况进行了应力和角变形的分析计算。从试验样本出发,采用基于最小二乘法的回归模型构建了机身最大应力及角变形与结构主参数间的映射关系。在库恩-塔克条件下构造了优化的数学模型,并通过仿真运算提出了合理的机身轻量化设计方案。结果表明,轻量化效果明显,改进后的方案能完全符合实际工况的要求。     

基于数值-解析方法测量静压条件下阻尼材料动态力学参数

建立了一种测量静压条件下阻尼材料动态力学参数的数值-解析方法。首先,分别制作两种空腔半径不同的圆柱空腔覆盖层样品,测量两种样品在静压力下的复反射系数。其次,采用有限元法仿真静压力下的空腔结构变形,在此基础上同样采用有限元法计算复反射系数。以实测复反射系数和计算复反射系数建立二元非线性方程组,利用牛顿迭代法求解方程组可获得复弹性模量和复泊松比等黏弹性动态力学参数。对聚氨酯材料制作的样品进行了复反射系数测量,分析了静压力对聚氨酯材料动态力学参数的影响规律。最后,测量了某不同结构吸声覆盖层静压下的反射系数,并与采用实测材料参数计算的反射系数进行了比较,验证了该方法的正确性。     

基于数值-解析法测量静压条件下阻尼材料动态力学参数

建立了一种测量静压条件下阻尼材料动态力学参数的数值-解析法。分别制作两种空腔半径不同的圆柱空腔覆盖层样品,测量两种样品在静压力下的复反射系数;采用有限元法仿真静压力下的空腔结构变形,在此基础上同样采用有限元法计算复反射系数。以实测复反射系数和计算复反射系数建立二元非线性方程组,利用牛顿迭代法求解方程组获得复弹性模量和复泊松比等黏弹性动态力学参数;对聚氨酯材料制作的样品进行复反射系数测量,分析了静压力对聚氨酯材料动态力学参数的影响规律。测量了某不同结构吸声覆盖层静压下的反射系数,并与采用实测材料参数计算的反射系数进行比较,验证了该方法的正确性。     

高强铝合金角形短柱轴压局部屈曲行为研究

为研究高强铝合金角形轴压短柱的局部屈曲行为，对9个由701-T6和703-T6两种高强铝合金材料制作的角形短柱试件开展了轴压试验，试验结果表明：试件的局部屈曲均发生在材料屈服之前，呈一阶特征值屈曲模态。对所有试件进行了有限元建模计算，将有限元模拟结果与试验结果进行了对比验证，并采用验证后的模型进行了参数分析，研究了板件宽厚比对局部稳定性能的影响，板件宽厚比越大，局部屈曲发生越早。将试验与有限元模拟结果与我国现行标准的计算结果进行了对比，发现现行标准中的局部稳定设计公式计算得到的承载力偏低，用于工程设计中尽管能保证安全性，但无法发挥高强铝合金本身的性能优势。因此，在现行标准设计公式的基础上进行了修正，修正后的设计方法能更准确地计算构件承载力，在保证可靠性的前提下更充分地利用材料强度。     

客车转向架构架结构强度仿真计算分析及优化

为了得到精确数值解，根据UIC515-4确定的构架强度计算载荷工况，利用大型有限元分析软件ANSYS对客车焊接结构转向架构架进行了有限元计算分析，并根据静强度计算结果对构架结构进行了优化。     

航天某薄壳结构有限元法减振设计及验证

为了提高航天产品的抗振动环境能力,有必要对产品进行减振设计。用有限元分析法对航天某薄壳结构进行动态特性分析,进而进行减振器动态特性设计,并通过试验进行设计验证。根据产品特点及减振要求给定减振器基本结构形式,根据基本理论计算确定减振器初始参数,建立产品和减振器有限元模型,用仿真的方法进行减振器动态特性设计、结构尺寸优化,用振动台试验的方法对设计进行验证。试验结果表明,所设计的减振器实现了三个方向的减振,达到了减振目标要求,所采用的有限元分析方法是有效的。