单搭接接头温度场与热应力分布的研究

为了对胶接接头承受热载荷时的温度场和热应力分布进行数值模拟,利用有限元法对单搭接接头的被粘物外表而承受不同温度、速度气流时的温度分布情况进行了分析.在考虑接头变形为几何非线性的前提下,研究了约束方式、胶层厚度及搭接长度对接头热应力分布的不同影响.结果表明,峰值热应力出现在搭接区边缘;当约束方式使胶层发生较大转动时,胶层处于高应力水平;随胶层厚度的增加,热应力降低且在胶层中分布更趋于均匀;搭接长度对热应力的影响因接头所受约束方式的不同,呈现不同的规律.     

基于扩展有限元法的黏聚性裂缝模型的混凝土梁断裂过程模拟

为研究混凝土梁的断裂过程,提出用基于二维扩展有限元法（eXtended Finite ElementMethod,XFEM）的黏聚性裂缝模型模拟混凝土简支梁在集中载荷作用下的断裂过程.推导考虑近裂尖奇异性的基于XFEM的黏聚性裂缝模型,得出裂缝开度随裂缝长度的变化曲线;对上述模型与相关文献用有限元结合节点释放技术对相同时间的裂缝扩展的计算结果进行比较,二者结果吻合良好,并与实际裂缝扩展过程相符.计算结果证实基于XFEM的黏聚性裂缝模型能有效进行混凝土梁的断裂过程模拟.     

用于地下电缆绝缘状态监测的边缘电场法研究

根据地下电力电缆绝缘状念移动监测对传感器的要求,提出运用边缘电场法进行水树老化检测的方案。针对利用传统叉指型FEF传感器进行水树检测干扰大的问题,设计了新型基于弧形基板的叉指型FEF传感器,采用有限无法建立其数学模型,通过MaXwe1l有限元分析软件仿真比较两种传感器在绝缘层中的电场分布情况,并分析电极叉指宽度以及问距宽度变化对传感器电场穿透效果的影响。仿真证明了该新型传感器对电缆绝缘层穿透能力强于传统FEF传感器,最终确定了新型传感器设计参数的最优值。     

Finite element stress analysis of a reinforced high-strength concrete column in severe fires

The objective of this study is to quantify the development of thermal stress states that account for the occurrence of moisture-induced explosive spalling of reinforced high-strength concrete structures under rapid heating conditions. Obtained from finite difference models of simulating coupled heat and mass transport phenomena in heated reinforced concrete elements, transient temperature profiles are used as prescribed boundary conditions for subsequent finite element thermo-elastic stress analysis. A computational methodology using the theory of mixtures (volume averaging) is presented to compute thermally induced effective stresses that are potentially associated with thermal spalling of high-strength concrete.     

基于扩展有限元法及虚拟裂缝模型的混凝土断裂过程区分析

提出一种利用扩展有限元法（eXtended Finite Element Method,XFEM）和虚拟裂缝模型对混凝土断裂过程区（Fracture Process Zone, FPZ)进行研究的方法.利用该方法可以求出裂缝扩展过程中混凝土FPZ的长度及位移和应力分布.利用该方法对一个三点弯曲混凝土梁进行研究,考察骨料粒径、不同软化律和不同初始裂缝长度对FPZ的影响.     

混凝土水力劈裂的数值模拟

针对混凝土坝越来越高,越来越容易产生水力劈裂的问题,总结已有混凝土水力劈裂问题的研究成果,结合水力劈裂的发生条件、在水压作用下混凝土裂缝的开展以及影响水力劈裂作用的因素,探讨水力劈裂数值模拟的方法.比较有限元法、扩展有限元法和无单元法在水力劈裂数值模拟问题应用上的优点与不足,并分析数值模拟模型建立过程中参数设置的差别.结果表明,必须从坝材料、施工和水压等多方面考虑才能确保水力劈裂数值模拟结果的可靠性.     

Stability analysis of the temperature cracks in Xiaowan arch dam

In the Xiaowan arch dam there are massive temperature cracks nearly parallel to the dam axis. Obviously, whether the cracks may spread or not during the water storage process is one of the crucial factors for the safety of a dam. In this paper, a new type of crack element, in which the contact component is implicitly included into the concrete component, is proposed to simulate the effects of the existing cracks. The crack element is proved by numerical example to share the merits of both conventional conta...     

钢材料电磁应力传感器技术研究

现代结构普遍大量使用铁磁性钢材料作为承载构件,其受力状态直接关系到结构整体的安全性。由于应力对钢材料磁特征参量的影响比较显著,故在分析了基本原理的前提下,设计了一种管筒式电磁应力传感器。采用有限元仿真技术FLUX软件检验磁路设计的合理性,并提出了实验与仿真相结合的方法对传感器输出电压进行标定。通过实验与仿真计算结果对比,验证了该种方法的正确性,为该种应力检测传感器提供了一种高效的标定方法,使其更加具有市场价值。     

基于结构化网格自动划分的汽车发动机强度分析

使用三维设计软件CATIA设计了汽车发动机的复杂结构,然后在网格划分软件HARPOON中将设计的发动机零件自动划分为以结构化六面体网格为主的有限元网格,最后在大型非线性有限元软件ABAQUS中,分析了发动机在静力和动力作用下的应力分布.计算结果表明,采用结构化六面体网格,单元数量少,计算速度快,结果可靠;而采用四面体网格,单元数量大,对于同样配置的计算机,无法进行四面体网格的模型的计算.网格尺寸增加后,单元数量减少,计算机可以计算四面体网格模型,但计算结果与六面体网格偏差比较大.     

固体火箭发动机喷管两相流场与结构温度场一体化数值模拟与软件实现

为准确、高效地进行固体火箭发动机的喷管结构设计与性能分析,考虑两相流场和结构温度场之间的相互影响,采用有限差分方法求解二维轴对称两相欧拉方程组,进行喷管气体-颗粒两相无黏流动数值模拟;采用有限元法求解二维轴对称瞬态导热微分方程,进行喷管复合结构温度场数值模拟;根据面向对象编程思想,采用VC+ +以人机交互的工作方式实现喷管内型面和结构设计,并完成有限差分网格和有限元网格的自动划分和显示;通过数值模拟方法与面向对象软件设计方法的有效结合,实现二维轴对称喷管两相无黏流场和复合结构温度场的一体化数值模拟. 数值模拟结果表明,该方法有助于在统一的软件平台上充分利用计算机辅助技术完成喷管性能与结构的综合评估,可以用于固体火箭发动机喷管的工程设计.     

定子无铁心轴向磁场永磁电机温度场分析

为分析定子无铁心轴向磁场永磁电机工作温度过高引起的电机运行性能降低的问题,对电机的温度分布进行了研究.利用多物理场有限元软件建立了电机电磁场和温度场3D有限元模型,求解了电机不同工况下和同种工况不同控制方式时的温度场分布.仿真结果分析了电机内部的温度分布规律及不同控制方式对电机温升的影响,并对定子无铁心轴向磁场永磁电机样机进行实验,实验结果验证了仿真的正确性,对指导电机高效运行及电机的优化设计具有意义重大.     

多块网格划分技术在CFD仿真中的应用

为提高CFD分析中网格划分的计算精度、减少计算时间、加速收敛,针对某手机的三维模型,采用稳态不可压缩层流分析,应用结构化网格和有限体积法进行计算区域和控制方程的离散.对模型设定边界条件并划分3种不同网格形式,比较可知多块网格划分不仅改善原有网格质量,而且能减少模拟计算时间,提高计算精度.     

基于有限元的PCB板上关键元件热可靠性分析

电子设备不断地微型化,热设计就显得越来越重要。体积小、布局紧凑,导致元件温升越高,从而大大降低系统的可靠性。为此文章从热传输原理出发,运用ANSYS有限元软件分析印刷电路板(PCB)上关键元件工作时的温度场分布,确定PCB的高温区和低温区。并通过实例计算不同布局的PCB的温度场,通过比较得出较为合理布局方式。优化布局,降低PCB板的最高温度,提高系统的可靠性。     

远场涡流检测传感器速度效应仿真分析

为了分析远场涡流检测中传感器运行速度对缺陷响应信号的影响,采用多场有限元方法对远场涡流(RFEC)管道检测技术进行仿真研究.首先使用COMSOL有限元软件建立远场涡流管道检测频域与瞬态仿真分析模型,而后利用该模型对远场涡流检测原理以及传感器运行速度与缺陷响应信号的关系进行研究.结果表明:在采用远场涡流传感器检测管道缺陷时,传感器运行速度和行进方向对检测结果的稳定性有较大影响.当传感器运行速度过大时,缺陷检测信号与激励信号的相位差会出现较大变化;当传感器运行速度在2 m/s以下,且沿着激励线圈指向检测线圈的方向运动,检测效果较理想.     

基于ABAQUS的沥青路面有限元仿真模型研究

阐述沥青路面水损坏机理,介绍ABAQUS有限元仿真软件,利用ABAQUS非线性动态分析能力建立了沥青路面渗流场、应力场三维有限元数值模型,对孔隙水压力、三向应力及竖向沉降的发生及变化规律进行探讨,并在某高速公路上建立试验段进行试验验证。由算例分析可知,用ABAQUS有限元软件模拟沥青路面降雨条件下的渗流场及移动荷载下的应力场是可行的,效果良好。     

二维圆环结构中弹性波传播的谱单元分析

为研究弹性波在结构中的波场特征,推导建立一种任意四边形二维谱单元,将其应用于二维圆环结构中的波传播行为模拟.以矩形平板结构中弹性导波传播分析为例,通过与传统有限元分析结果对比,验证所建立谱单元的有效性.有裂纹和无裂纹二维圆环结构谱单元模拟结果表明:弹性波在圆环结构中传播会发生频散;圆环结构表面的裂纹对瑞利波的传播影响最大;根据其反射波包位置可以确定损伤位置.     

基于二次插值重构有限元法的动态裂纹扩展模拟

基于二次插值重构有限元法（Twice interpolation Finite Element Method, TFEM）分析动态断裂力学问题并进行数值实验,考察TFEM在裂纹动态扩展模拟中的准确性和可靠性.由于TFEM保证节点处梯度场的连续性,因此裂尖附近的应力场可以得到较好的逼近.把该算法成功移植到自主开发的三维裂纹扩展仿真软件（ZonCrack）中.利用ZonCrack进行的裂纹扩展,分析结果表明：TFEM得到裂尖应力强度因子（Stress Intensity Factor, SIF)与解析解基本一致;裂纹扩展的模拟结果与实验值吻合良好.     

The applied research of GTSTRUDL software in the stress analysis of arch dams

The software system GTSTRUDL has obtained favorable effect when combined with arch dam design of a hydropower station. The experience and techniques of the automatic data generation and the structural database management commands used by GTSTRUDL are introduced. As shown, with calculated practice, GTSTRUDL is an effective tool for FEM analysis of arch dams. The level and efficiency for FEM analysis of arch dams can be increased notably when adopting the unitized mechanics model and discretized scheme, as suggested in this paper. The engineering example has been provided and compared with the results of trial-load method.     

一种结构解耦的新型应变式三维力传感器研究

维间耦合一直是制约多维力传感器精度提高的重要因素,结构解耦也一直是多维力传感器追求的目标。提出了一种新型三维力传感器,可用于Fx、Fz、My3个维度广义力的测量,其敏感原理是结构解耦的,因此可具有更高的精度。介绍了这种新型三维力传感器的结构并分析其敏感原理。采用有限单元法对应变式三维力传感器进行结构静力仿真,利用ANSYS后处理器提供的路径映射技术,精确地获得了应变片的贴片区域。仿真结果表明,该新型传感器与目前的应变式多维力传感器相比,维间耦合误差有明显改善,维间干扰由传统结构的3.56%降低至0.40%。     

Multi-level adaptive simulation of transient two-phase flow in heterogeneous porous media

An implicit pressure and explicit saturation (IMPES) finite element method (FEM) incorporating a multi-level shock-type adaptive refinement technique is presented and applied to investigate transient two-phase flow in porous media. Local adaptive mesh refinement is implemented seamlessly with state-of-the-art artificial diffusion stabilization allowing simulations that achieve both high resolution and high accuracy. Two benchmark problems, modelling a single crack and a random porous medium, are used to demonstrate the robustness of the method and illustrate the capabilities of the adaptive refinement technique in resolving the saturation field and the complex interaction (transport phenomena) between two fluids in heterogeneous media.