轮轨两点接触的有限元分析

在轮轨单点接触计算分析的基础上,建立锥形踏面车轮的轮缘贴靠钢轨形成两点接触的计算模型,应用有限元参数二次规划法分析这一弹塑性接触问题。对不同载荷作用下的轮轨两点接触模型分别进行计算,得出了大量的轮轨接触状态、接触力的分布及变化规律。这些计算结果将有助于找到缓解钢轨侧磨和轮缘磨耗的方法。     

基于工况识别的燃料电池公交车能量管理策略

为解决燃料电池混合动力公交车中基于优化的能量管理策略难以实车应用的问题,在分析燃料电池公交车(Fuel cell hybrid bus,FCHB)行驶路线的固定性和片段性的基础上,提出了一种基于SOM-K-means(Self-organized mapping K-means)工况识别的能量管理策略。首先,根据公交车站点将行驶路线划分为多个行驶片段,在车辆停站时,运用SOM-K-means二阶聚类模型完成工况识别,获取车辆下一行驶片段的识别协态变量;当车辆在下一个行驶片段运行时,运用识别协态变量完成基于庞特里亚金极值原理(Pontryagins maximum principle,PMP)求解的能量管理策略的实时应用。其次,建立基于公交车实际运行数据的仿真实验,最后建立硬件在环实验,将所提出的策略移植入整车控制器(Vehicle control unit,VCU)中进行实验。实验结果表明,与基于规则的能量管理策略相比,本研究提出的能量管理策略降低了19.77%的平均等效氢气消耗。且该策略在VCU中每一步的计算时间大约为30 ms,计算结果与仿真结果完全一致,满足车辆对能量管理策略的时效性和准确性的要求。     

基于插值修正ACER的脐带缆响应短期极值预测方法研究

针对脐带缆在随机载荷作用下其响应难以准确预测的问题,本文提出了一种基于插值技术与平均条件超越率(average conditional exceedance rate, ACER)的海洋脐带缆响应极值预测方法。构造随机波浪荷载作用下脐带缆结构响应的数值模型,获取脐带缆关键位置处的张力与曲率响应时程数据。分别求解张力和曲率时间序列对应的1～4阶ACER函数值,选取合适阶数的ACER函数,采用三次样条插值与B样条插值技术对平均条件超越点的尾部区域进行插值。对插值曲线外推,实现在不同超越概率下脐带缆的结构响应极值预测。本方法适用于非独立同分布下的海洋脐带缆张力与曲率响应数据的极值预测,并利用Gumbel极值分布模型进行对比,讨论并验证本文所提方法在海洋脐带缆响应极值预测中的适用性。     

基体损伤对分层复合材料加筋板动力特性的影响研究

基于Mindlin假定的复合材料层合板单元和层合梁单元,推导了复合材料加筋板的刚度阵和质量阵;采用Adams应变能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法,构造了相应的阻尼阵列式;建立了分层损伤特征的三板模型和表征基体微裂纹损伤的基体损伤模型;并推导了一种基于Hertz型非线性接触法则的虚拟联接单元模型,以避免在振动分析过程中在低阶模态中分层处出现的上、下子板间不合理的嵌入现象;在上述模型和理论基础上,采用精细积分法求解含损伤结构的动力响应。对典型数例进行参数讨论,表明在动载荷作用下,嵌入分层损伤以及在振动过程中诱发的基体微裂纹损伤的演化将明显地影响加筋层合板的动力特性。     

深水柔性管道骨架层的多道次冷弯工艺分析

利用数值软件模拟深水柔性管道骨架层的单道次冷弯成形,并用实验进行验证,确定数值模型及其中的参数设置。进一步分析了金属板厚度、成形角度与道次等工艺参数对骨架层残余应力及回弹变形的影响规律。模拟骨架层多道次的冷弯成形过程,给出加工残余应力随整个加工过程的变化规律。     

结构尺寸对LNG低温柔性管道内衬层 力学性能的敏感性分析

为完善波纹结构尺寸参数对管道力学性能影响规律的研究，以某浮式液化天然气用低温复合柔性管道为例，建立U型金属波纹管参数化三维有限元模型。在拉伸、弯曲和扭转载荷作用下，分析管道结构的刚度性能，进一步开展U型金属波纹管关键结构参数（如波高、波距和壁厚等）对管道结构刚度性能的敏感性研究。结果表明：U型金属波纹管的结构参数对管道的力学性能影响显著。计算分析发现的敏感性规律，对U型金属波纹管的结构设计提供理论基础。     

基于预应力和局部加强结构的特定性能双稳态结构设计

双稳态结构的构型和驱动位置设计是改善其跳转特性的关键技术。提出通过协同调控预压缩量、局部加强结构参数和驱动位置设计具有特定跳转性能的预压双稳态结构。首先,给出了局部加强预压双稳态结构的成型过程,并在理论分析的基础上得到特定性能预压双稳态结构的设计方程。然后,基于有限元方法验证了设计方程中设计参数(预压缩量,驱动位置,局部加强结构尺寸、位置)对双稳态结构跳转特性(偏置跳转力、拱高)的影响,并绘制了双稳态结构跳转特性的等值线图。最后,根据跳转特性等值线图设计并制备了拱高为3.57 mm,偏置跳转力为1.20 N的预压双稳态结构。实验结果表明:预压双稳态结构的拱高和偏置跳转力的设计值和实验值的误差分别为1.68%和11.67%,验证了预压双稳态结构设计结果的有效性。     

不同真空度下空中爆炸近场特性的数值模拟研究

外界环境的改变会使空中爆炸时冲击波的传播过程产生明显变化,为分析真空度对爆炸近场特性的影响,建立了自由场空中爆炸的有限元模型,在萨克斯比例定律的基础上,通过引入特征比例距离Z,分析了不同真空度下爆炸近场特征参量的变化规律。分析结果表明:以霍普金森比例距离和特征比例距离Z为变量的分段函数可表述不同真空度全范围内的爆炸峰压Δp_m;比冲量i和正压作用时间t+的变化具有非单调性,且与爆轰产物稀疏波尾部的间断面密切相关;不同真空度下的爆轰产物界面和冲击波阵面时程曲线在无量纲坐标系中分别重叠,而极限膨胀体积与临界距离R_s呈线性关系。     

基于微观结构-力学行为一体化计算的搅拌摩擦焊接数值模拟

采用Monte Carlo模型对6005A-T6铝合金在不同焊接速度下接头位置焊核区晶粒生长进行模拟。在此基础上,建立了不同焊接速度下的晶体塑性力学模型,对不同焊速下焊核区的力学行为进行预测,并将屈服强度预测值与文献试验值进行对比,验证了本方法的有效性。通过Monte Carlo和晶体塑性力学模型,建立了搅拌摩擦焊接微观结构-力学行为的一体化数值模拟计算方法,计算结果表明屈服强度最高时内部晶粒的变形更加均匀,应力分布的均匀性最好。并分析了多晶体内部滑移系的开动情况对Mises应力、剪切应力和剪切应变产生的影响,以及不同焊速下焊核区的累积剪应变对裂纹萌生位置的影响。