全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。     

基于子模型技术的焊接接头疲劳强度评估

子模型技术基于圣维南原理,通过在整体模型上截取部分模型,以整体模型切割边界的计算位移值作为子模型的边界条件,从而高效地获取部分区域的计算分析结果.基于精细子模型建模技术和缺口应力法对典型对接焊接接头进行疲劳强度评估.算例结果表明子模型技术可以有效获得焊缝处缺口应力集中系数;与整体精细网格模型相比,子模型方法仅对局部模型...     

基于子模型法的船用收放架抗冲击数值研究

收放架是水面舰船水下拖曳系统的重要组成部分,抗冲击能力是其重要技术指标之一,文中采用子模型法计算其冲击响应。计算了收放架整体模型在垂向冲击下的应力分布并用子模型法计算了滚轮与导轨接触区域的应力分布。研究结果证明,与网格细化的整体模型相比,子模型法可以节省约80%的计算时间且计算精度较高,该方法也可以用于其它设备的抗冲击计算。     

基于网格重划分的冲孔剪切带的模拟方法研究

研究有限元计算中的网格重划分技术,基于ANSYS和二次开发语言,提出了基于APDL和UPFs和基于APDL和Rezone技术两种网格重划分方法,此外,基于提出的第二种网格重划分方法,对冲孔剪切带进行了模拟,得到了剪切带的等效应力分布,可知,通过网格重划分技术的应用有效的提高了收敛性和计算精度。     

基于子模型算法的某螺旋桨遥测盘局部强度计算与分析

针对传统有限元对大型旋转件进行数值模拟时网格数量多、计算精度低、应力集中难以表征等缺点,应用有限元子模型算法,对某旋转遥测盘的局部旋转强度进行了详细计算分析。在ANSYS软件中建立了基于循环对称的全局有限元模型,计算最大工作转速的应力分布情况,确定高应力区。根据全局模型结果建立高精度的子模型,进一步模拟子模型的应力分布情况,得到危险点应力,进行了强度校核,结果表明考核部位的局部强度满足设计要求。     

子模型法在球罐应力分析中的应用

工程设计中常需要对大型球罐的支柱连接区进行详细的应力分析。由于球罐设计需考虑风载荷及地震载荷,有限元分析时需对整体的1／2建模,计算规模大,在一定计算机容量下,网格密度受限,使得支柱连接区很难得到较高计算精度的解。子模型技术是解决此类问题最为有效的手段。对一大型球罐采用壳单元对主体结构进行1／2建模,并应用壳到体的子模型技术对支柱连接区进行应力分析,探讨该技术在大型球罐应力分析中的适用性。分析表明,在有限的计算机资源下采用壳到体的子模型技术可得到精度较高的计算结果。     

基于等效结构应力法的主梁疲劳寿命评估

以580吨级龙门起重机主梁为例,应用等效结构应力法评估结构焊缝寿命。通过主梁结构的静力学有限元分析,确定疲劳危险部位,利用子模型技术建立具有焊缝细节的危险部位子模型,通过整体模型的位移结果确定子模型的边界条件,求解等效应力,并与整体模型应力对比,保证子模型计算的合理性。利用FE-Safe的Verity模块验证了网格的不敏感性,并与载荷谱相结合,根据主S-N曲线估算出焊趾处疲劳寿命循环次数,为大型龙门起重机寿命评估提供借鉴。     

大型旋转机械转子离心应力有限元分析

为解决大型旋转机械转子离心应力有限元计算过程中精度和效率难以兼得的问题，采用了先去除零部件微小几何特征，再通过计算不同网格密度的全局模型得到应力分布规律，最后再用子模型算得精确解的方法加以解决。研究表明，运用此法不仅可以得到转子各部件离心应力分布规律，而且计算精度更高，计算时间大幅减少，可为此类大型复杂结构件高效、精确的有限元分析提供参考。     

基于表面外推法的结构热点应力计算方法研究

为获得准确的结构热点应力，确保风电机组部件疲劳寿命的可靠性，建立不同网格尺寸、单元类型的有限元模型，研究了网格精度、单元类型、外推方法对焊接接头结构热点应力计算结果的影响。结果表明：结构热点应力随着网格尺寸细化呈现出先增大后减小的趋势，在网格尺寸为0.33t (t为板厚)时达到峰值。四面体单元模型的计算结果保守且受网格尺寸的影响更为显著，并且对网格精度有较高要求。不同网格精度的四面体模型运用两种外推法计算结果最大相差13.56%；六面体单元模型运用两种外推法计算结果相差均在10%以内。随着网格细化两种外推法的计算结果逐渐接近；当网格尺寸细化到0.2t时，六面体单元模型的结构热点应力仅相差1.87%。     

流体机械CFD中的网格生成方法进展

网格生成技术是流体机械内部流动数值模拟中的关键技术之一,直接影响数值计算的收敛性,决定着数值计算结果最终的精度及计算过程的效率;本文在分析大量文献的基础上,首先,对流体机械CFD中的网格生成方法即结构化网格、非结构化网格、混合网格进行了比较全面的总结,系统地分析这些网格划分方法的机理、特点及其适用范围;其次,对特殊的网格生成技术,如曲面网格生成技术、动网格技术、重叠网格生成技术、自适应网格技术进行了阐述;再次,指出了良好的网格生成方法应具备的特点;最后提出了网格生成技术的发展趋势。     

Dynamic interaction analysis of a LIM train and elevated bridge system

A three-dimensional dynamic interaction model is developed for a LIM (linear induction motor) train and elevated bridge system, which is composed of a LIM-driven vehicle submodel and a finite element bridge submodel. Each LIM vehicle is modeled by a 27 degrees-of-freedom dynamic system. The expressions for the electromagnetic force between the linear motor and the reaction plate are derived, and the force model is established. By applying a modal superposition technique to the bridge submodel and using the measured track irregularities as the self-excitations of the train-bridge system, the equations of motion are established for analyzing the dynamic responses of the LIM vehicle and the elevated bridge. The proposed framework is applied to a 3-span elevated bridge with 29.9 m simply-supported girders. The full histories of the LIM train traversing the bridge are simulated, from which the dynamic responses of the LIM vehicle and elevated bridge system are obtained. The proposed method may help to find a way to assess the dynamic properties of elevated bridges and the running safety of a LIM train with reasonable computational effort.     

基于子模型法的大吨位架桥机裂纹结构分析

以大吨位架桥机裂纹结构为例,应用子模型技术改变裂纹区域的网格密度,提高了结构局部的计算精度,显著减少了计算规模,缩短了计算时间,为裂纹结构的局部分析提供了有效的途径。     

Numerical analysis for prediction of fatigue crack opening level

Finite element analysis (FEA) is the most popular numerical method to simulate plasticity-induced fatigue crack closure and can predict fatigue crack closure behavior. Finite element analysis under plane stress state using 4-node isoparametric elements is performed to investigate the detailed closure behavior of fatigue cracks and the numerical results are compared with experimental results. The mesh of constant size elements on the crack surface can not correctly predict the opening level for fatigue crack as shown in the previous works. The crack opening behavior for the size mesh with a linear change shows almost flat stress level after a crack tip has passed by the monotonic plastic zone. The prediction of crack opening level presents a good agreement with published experimental data regardless of stress ratios, which are using the mesh of the elements that are in proportion to the reversed plastic zone size considering the opening stress intensity factors. Numerical interpolation results of finite element analysis can precisely predict the crack opening level. This method shows a good agreement with the experimental data regardless of the stress ratios and kinds of materials.     

基于有限元法的准双曲面齿轮时变啮合特性研究

准确计算准双曲面齿轮的时变啮合参数是其系统动力学分析的基础。基于接触有限元分析原理,应用有限元分析软件ABAQUS对齿轮进行加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),准确计算准双曲面齿轮时变等效啮合参数,包括时变等效啮合点位置、时变等效啮合力作用方向、等效啮合力作用方向上的线位移传动误差和时变等效啮合刚度,并研究转矩大小对时变啮合参数的影响。对比有限元法与经典齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)方法求得的传动误差曲线,并对比有限元法计算与加载啮合试验获得的齿面啮合印迹,验证有限元模型和计算的正确性。该方法求得的时变等效啮合参数能够准确体现准双曲面齿轮的时变啮合特性,为进一步研究准双曲面齿轮系统动力学特性提供依据。     

透平机械叶轮叶片三维参数化造型及六面体网格生成方法研究

叶轮是向心透平和离心压缩机中的重要部件,其几何形状比较复杂,采用良好的网格进行有限元分析,以获得精确的强度和振动特性,是其安全性的重要保证.针对叶轮结构特点,采用CAGD (computer aided geometric design) 技术实现叶轮的三维实体参数化造型;然后使用同胚原理和BMSweeping(sweeping via background mesh interpolation)等方法建立叶轮六面体网格生成方法.为了保证有限元分析的精确性,建立叶轮上叶片根部倒角、轮盘气道进口处等特殊结构的网格生成方法.100 kW微型燃气轮机的向心叶轮网格划分表明, 使用上述方法生成的网格质量较高,能很好地满足有限元分析要求.     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

Development of a 2-D flow solver on unstructured and adaptive Cartesian meshes

A two-dimensional flow solver using mixed grids has been developed for accurate and efficient simulation of steady and unsteady flow fields. The flow solver was cast to accommodate two different topologies of computational meshes: unstructured triangular meshes in the near-body region such that complex geometric configurations can be easily modeled, while unstructured adaptive Cartesian meshes are utilized in the off-body region to resolve the flow more accurately with less numerical dissipation by adopting a spatially high-order accurate scheme and solution-adaptive mesh refinement technique. The unstructured adaptive Cartesian meshes can be generated automatically and allow to handle data efficiently via quad-tree data structures. A chimera mesh approach has been employed to link the two flow regimes adopting each mesh topology. A second-order accurate vertex-centered scheme and a 3^rd- or 5^th-order accurate cellcentered WENO scheme has been utilized in the near-body region and in the off-body region, respectively. Validations were made for the unsteady inviscid vortex convection and the steady and unsteady turbulent flows over an NACA0012 airfoil, and the results were compared with other computational and experimental results.     

重载板梁结构弱翼缘贴角焊缝的可行性研究

重载桥式起重机板焊接主梁翼缘与腹板间焊缝受力复杂,对该焊缝进行合理设计是结构承载安全的关键之一。对于800 t桥式起重机主梁翼缘板厚51 mm、腹板厚16 mm时其间焊缝采用比国内标准推荐值小很多的8 mm单边贴脚焊缝的情况,通过用有限元子模型方法分析了焊缝应力分布,得到了较精确应力分析结果。子模型分析通过了壳-壳子模型验证整体模型网格疏密的精度。通过对壳-体子模型加接触分析,对焊缝进行了网格加密精确分析,验证了较厚翼缘板和较薄腹板焊接时采用更小焊脚尺寸角焊缝的可行性。该分析结论可以引导相似条件时设置弱单边贴角焊缝,以减少焊接量降低制造成本。     

悬索桥桥梁检查车力学性能分析

针对某高速公路上使用的桥梁检查车的设计和生产的实际需要,利用有限元分析软件,对设计完成的桥梁检查车的主体结构进行了力学性能分析。分别采用梁单元和三维实体单元建立了工作吊栏的有限元分析模型。按照检查车在实际使用时载荷的变化情况,归纳出了6种典型工况,计算了在6种工况下主体结构的静态应力和应变,获得了不同工况下的应力与位移的分布情况,及最大位移、最大应力出现的区域及分布规律。对主体结构在不同工况下进行了模态分析,获得了在不同工况下的前六阶固有频率。分析结果表明,检查车的强度和刚度完全符合设计要求,具有足够的安全系数;模态分析结果表明检查车不存在工作过程中的共振现象;分析结果可为桥梁检查车的结构设计与实际生产提供理论依据与技术支持。