基于异形梁模型的海洋柔性管缆防弯器数值模拟

为防止海洋柔性管缆在自重和环境载荷作用下的局部曲率过大而发生结构失效,在连接部位安装防弯器增加管缆弯曲刚度,并使管缆曲率分布均匀.分析防弯器力学性能和在位特点,阐述计算难点和几种数值建模方法的可行性与效果,并具体讨论用梁单元建立防弯器异形梁有限元模型的优势.利用平面异形梁单元特点,采用等效弯曲刚度进行防弯器结构分析,从而形成一套简洁高效的数值分析方法.通过数值算例评价该计算方法的适用性.     

基于内流动力学的海洋输油柔性立管鲁棒边界控制

海洋输油柔性立管的振动是引起立管疲劳破坏的主要原因,对其研究边界控制是消除振动疲劳、减少断裂的有效方法.本文引入内流动力学,完善了立管原始无穷维分布参数模型,更好地表达了柔性立管的动力学响应.为抑制柔性立管在内外流激励下的振动奠下基础,本文用Lyapunov直接法对柔性立管系统的稳定性和状态一致有界性进行了证明,设计了边界控制器调节柔性立管的振动,其中控制器使用了符号函数来消除不确定性环境扰动对振动控制效果的影响,提高了系统的鲁棒性.仿真实验表明本文所设计的控制算法有效地减少了柔性立管的振动偏移量.     

海洋柔性立管输出反馈边界控制

针对耦合内流动力学的海洋柔性立管系统,为了提高其振动控制品质,结合Lyapunov直接法和高增益观测器理论设计了输出反馈边界控制和干扰观测器,用以抑制结构振动偏移量和减弱外部环境干扰载荷的影响.其后,证明了闭环系统解的存在性、唯一性和收敛性及闭环状态的一致有界性.此外,本文的控制设计和稳定性分析是基于立管的原始无穷维动力学进行的,因此关于模型截断法产生的控制溢出问题将不会产生.最后仿真结果验证了本文所提出的输出反馈边界控制器能有效抑制柔性立管的振动.     

基于时变内流的柔性立管自适应边界控制

针对具有系统结构参数不确定的海洋柔性立管不确定性系统,为了提高其振动控制效果和品质,通过对立管结构参数进行估计,采用自适应控制技术和Lyapunov综合法,设计了自适应边界控制算法对耦合内流动力学的立管振动进行控制.所设计的自适应控制器能补偿系统参数不确定性,以及避免了控制溢出,并能保证系统的稳定性和一致有界性.仿真结果进一步验证了该控制算法对抑制立管振动的有效性.     

海洋立管-海床土体接触作用数值分析

钢悬链线立管（SCR）与海床土体的接触问题会使立管疲劳寿命急剧减少因而受到广泛关注。引入包含土体吸力效应的简化帽盖型P-y曲线,据此利用等效弹簧单元模拟土体并建立了立管与弹簧的有限元接触模型,计算并分析了不同立管竖向位移荷载和土体吸力最值下管道形态和弯矩的变化规律,讨论了着陆点（TDP）位置和着陆区（TDZ）深度与土体受力变化之间的关系。结果表明,立管弯矩在着陆点处变化最剧烈,在其两侧分别达到正负弯矩峰值,同时土体在相应位置出现吸力和承载力最大值,着陆区以后管土各变量基本无变化。     

基于APDL的夹层玻璃面板非线性有限元分析

为使夹层玻璃面板的计算能够更符合实际受力特点,基于ANSYS的APDL,运用参数化建模、参数化施加载荷与求解以及参数化后处理显示的手段,考虑大位移非线性效应,实现夹层玻璃面板仿真分析．在有限元分析中,结合夹层玻璃面板常见的4边支撑形式,既考虑玻璃面板膜面应力对夹层玻璃承载力的非线性影响,又考虑目前《玻璃幕墙工程技术规范》（以下简称《规范》）中所没有考虑的中间层聚乙烯醇缩丁醛Polyvinyl Butyral（PVB）胶片对夹层玻璃承载力的影响,并与《规范》进行对比分析．在对大量不同规格夹层玻璃面板的有限元分析结果的基础上,对《规范》中关于夹层玻璃在静力载荷作用下的计算公式进行修正,给出修正因数,使其符合实际受力特点．该结果可为幕墙设计提供参考．     

局部凹陷和偏心对接对海洋立管疲劳寿命影响的数值分析

针对涡激振动导致的干涉碰撞及焊接时产生的偏心会降低海洋立管疲劳寿命的问题,用S-N法计算局部凹陷、偏心对接分别作用以及二者共同作用下海洋立管的疲劳寿命.在偏移位置、局部凹陷位置和过渡区域长度确定的情况下,偏移幅值和局部凹陷幅值越大,过渡区域的应力越大,寿命越小;在偏移幅值、局部凹陷幅值和过渡区域长度确定的情况下,过渡区域距海洋立管中部越近对过渡区域的应力及寿命影响越大.     

直缝焊管成型的非线性有限元分析程序设计

论述了直缝焊管成型的非线性有限元分析的程序功能和程序设计的求解过程。该问题属于小变形弹塑性大挠度问题，是材料非线性和几何非线性的联合问题。简要介绍了直缝焊管成型过程且介绍了该问题非线性有限元程序的编写风格和特点，并给出了程序求解框图。     

基于有限元分析的光学透镜半柔性支撑结构

光学透镜的面形精度是影响干涉仪等光学系统性能的重要因素之一。其中光学透镜的自重是引起透镜的面形发生变化的主要原因。为了提高由光学透镜的面形精度,设计了一种具有辅助刚体的光学透镜半柔性支撑结构。通过Abaqus有限元分析软件,模拟出在半柔性支撑结构下光学透镜自重对其自身面形的影响。分析的最终结果表明:光学透镜的上表面与下表面的面形RMS值分别为3.51 nm和4.64 nm。由此可以得出,设计的具有辅助刚体的光学透镜半柔性支撑结构可以充分满足干涉仪等光学系统对光学透镜面形的精度要求。     

基于强度折减法的边坡稳定性非线性有限元分析

利用强度折减法,根据基于摩尔库仑屈服准则的广义米塞斯屈服准则(D-P准则),结合MSC Marc对某多介质边坡和含非贯通结构面岩质边坡稳定性进行非线性有限元分析,分别比较用4种不同D-P准则计算的结果.比较结果表明:利用MSC Marc程序中的理想弹塑性材料,结合线性摩尔库仑模型,通过对材料强度折减至极限平衡的临界状态,可以计算出边坡的安全因数,并较精确地计算出边坡失稳的危险面.该方法能分析各种复杂的边坡,可以为工程治理提供参考.     

拉-压力传感器线性度的有限元分析

采用有限元法对应变式拉压力传感器弹性元件进行分析。用此法不仅可以得到弹性元件的应变分布特性 ,确定最大应变区的位置 ,而且可以得到力与应变的一元线性回归方程 ,分析出传感器的线性度。分析结果表明 ,此传感器的线性度很好 ,能满足使用要求。用实验方法对此进行了验证 ,结果表明 ,有限元法是传感器结构分析的有效工具     

钢管脐带缆弯曲刚度有限元分析

为评价钢管脐带缆的弯曲性能,用ANSYS建立高效的钢管脐带缆三维有限元模型,采用梁单元模拟其中所有构件,在相互接触的构件之间设置线线接触模拟其相互作用,并采用库伦摩擦模拟构件间的摩擦行为.将弯曲刚度的分析结果与经典的理论分析结果进行对比,验证有限元模型的正确性.基于此模型,分析不同螺旋角度以及不同摩擦因数对脐带缆弯曲刚...     

钢管弯制过程有限元仿真及断裂原因分析

针对某金属结构公司在钢管弯制过程中出现的个别钢管断裂现象进行研究,根据现场钢管弯制工艺和工序的情况描述,采用非线性有限元软件Marc对钢管的多工位弯制过程进行模拟仿真.以最恶劣的情况即曲率最大的胎具进行多工位弯制,仿真结果显示6个工位的连续弯制过程最大应力为552 MPa,没有达到材料的抗拉极限626 MPa,该弯制过程不会引起钢管强度失效.模拟钢管多种曲率胎具弯制下的应力应变分布情况和回弹后残余应力应变情况.仿真结果表明,弯制此种钢管最大曲率的圆弧时,钢管上的最大应力为542 MPa,小于材料的抗拉强度626 MPa;最大塑性应变为0.031,小于材料允许的最大伸长应变0.2.经过模拟仿真分析,该公司采用的弯制工艺不会引起材料强度失效断裂.引起钢管弯制断裂的原因为个别材料夹杂或气孔造成的小概率事件.     

铝合金整体壁板填料滚弯成型有限元仿真

提出整体壁板填料滚弯成型工艺,建立填料滚弯成型过程的有限元模型.仿真分析填料和工艺参数对滚弯成型壁板的等效应力、剪切应力、等效应变和回弹等的影响规律.结果表明：壁板滚弯成型时纵向筋条的等效应力和应变最大,填料填充滚弯提高壁板等效应力和塑性应变的均匀性,改善壁板弯曲半径的均匀性,提高弯曲件的几何精度;随着压下量的增大,壁板回弹率减小.     

基于Abaqus的足部有限元分析

通过Engauge软件从CT图像上提取出成年男子足部轮廓数据,根据得到的数据运用SolidWorks建立足部模型,然后利用Abaqus进行应力分析.分析人体站立及承受碾压力时足部受力情况,结果表明:该成年男子站立时最大应力及变形均在跖骨,应力为0.919 MPa,变形为1.19mm;足部承受100 N碾压力时,跖骨的最大应力为2.635 MPa,碾压力为1 000 N时,跖骨的最大应力已达到23.572 MPa.人体足部受到碾压时,跖骨极易出现损伤.     

基于Abaqus的过盈装配有限元分析

针对某结构固定孔与套筒的过盈装配问题,利用Abaqus/Explicit建立该结构过盈装配的显式积分有限元分析模型.将固定孔视为可变形材料,采用八节点三维实体单元划分网格;将套筒定义为不变形的刚体结构,采用四节点离散刚体壳单元划分网格.通过对孔边应力分布情况的分析,说明计算结果与实际装配问题的一致性.最后对过盈装配中出现的偏心问题和采用壳单元建立有限元模型出现的问题进行讨论.     

Recommendations for tool-handle material choice based on finite element analysis

Huge areas of work are still done manually and require the usages of different powered and non-powered hand tools. In order to increase the user performance, satisfaction, and lower the risk of acute and cumulative trauma disorders, several researchers have investigated the sizes and shapes of tool-handles. However, only a few authors have investigated tool-handles' materials for further optimising them. Therefore, as presented in this paper, we have utilised a finite-element method for simulating human fingertip whilst grasping tool-handles. We modelled and simulated steel and ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber as homogeneous tool-handle materials and two composites consisting of EPDM rubber and EPDM foam, and also EPDM rubber and PU foam. The simulated finger force was set to obtain characteristic contact pressures of 20 kPa, 40 kPa, 80 kPa, and 100 kPa. Numerical tests have shown that EPDM rubber lowers the contact pressure just slightly. On the other hand, both composites showed significant reduction in contact pressure that could lower the risks of acute and cumulative trauma disorders which are pressure-dependent. Based on the results, it is also evident that a composite containing PU foam with a more evident and flat plateau deformed less at lower strain rates and deformed more when the plateau was reached, in comparison to the composite with EPDM foam. It was shown that hyper-elastic foam materials, which take into account the non-linear behaviour of fingertip soft tissue, can lower the contact pressure whilst maintaining low deformation rate of the tool-handle material for maintaining sufficient rate of stability of the hand tool in the hands. Lower contact pressure also lowers the risk of acute and cumulative trauma disorders, and increases comfort whilst maintaining performance.     

基于Abaqus的叠层器件有限元分析

针对叠层结构的热应力和散热问题,用Abaqus建立叠层结构热应力和流体动力学分析模型.热应力分析结果表明在芯片与板两种材料结合部位的应力较大;流体动力学分析结果表明在叠层间空气的流动比外表面小.