横向荷载作用下桩-土耦合系统的土弹簧刚度

为了较准确地计算横向荷载作用下桩-土耦合系统的土弹簧刚度,首先基于Mindlin公式得到了力与变形量之间的关系,导出了土弹簧刚度与深度以及土体参数之间的关系.由于公式较复杂,故采用Matlab软件编制程序,计算了各弹簧单元的刚度系数,最后使用ANSYS软件计算了在此弹簧刚度系数下桩的变形及各弹簧的压力.通过与常用的基于Boussinesq解导出弹簧刚度的计算结果比较,两种方法所求出的桩体位移吻合较好.结果表明:采用Mindlin导出的位移解能更准确地确定土弹簧刚度系数.     

航空作动器O形密封材料失效分析

分析航空作动器往复密封材料的表面磨损失效和疲劳失效,针对材料疲劳失效,提出比S-N曲线更方便实用的基于断裂力学密封疲劳寿命预测方法.由于压缩率与拉伸率对密封失效及寿命的影响极大,分别建立压缩率为8%、12%、16%及20%的二维仿真模型和拉伸率为1、1.03、1.05和1.20的三维仿真模型.通过有限元方法对作动器O形圈进行仿真分析,基于表面磨损失效机理对各模型进行对比分析,获得接触压力与磨损速率的关系.通过基于断裂力学的材料疲劳失效机理,计算O形密封疲劳寿命.综合考虑两种失效分析,选择恰当的压缩率与拉伸率,不仅可以在保证密封效果的同时延长密封件寿命,而且计算数值与航空标准HBZ 4-1995基本一致,从而为制定相关标准提供理论方法.     

极端工况下某汽车前横向稳定杆的轻量化分析

为解决高尔夫6汽车前横向稳定杆轻量化问题,提高前横向稳定杆的结构可靠性与强度,对前横向稳定杆空心化,并采用高强度钢等为设计变量,在其许用范围内,以质量最轻、满足设计要求为目标进行了前横向稳定杆的结构优化.通过Solidworks软件建立三维模型,采用有限元分析方法,仿真得到了应力分布图和横向稳定杆位移分布图.对轻量化后的稳定杆进行两种极端工况分析、扭转刚度分析和模态分析,并与理论计算值进行对比,结果表明在横向稳定杆减重1.561kg(约20%)的情况下,仍满足强度刚度要求,同时不会与发动机工作频率发生共振.     

胶料硬度对超弹本构模型参数及橡胶弹簧刚度的影响

采用Mooney-Rivlin超弹本构模型,研究不同胶料硬度对超弹本构模型参数及胶料弹簧刚度的影响。对锥形橡胶弹簧进行垂向刚度仿真,并将仿真结果与弹簧刚度试验结果对比,发现不同胶料硬度对橡胶弹簧刚度有显著的影响。利用最小二乘法对现有的离散化数据进行拟合,得出超弹本构模型参数与胶料硬度的函数关系。基于正交试验方法,通过锥形橡胶弹簧刚度仿真试验,求得与实际胶料硬度对应的最佳超弹本构模型参数值C10=0.312,C01=0.087;锥形橡胶弹簧仿真刚度值与试验刚度值的相对误差仅为0.3%,具有较高的精度。     

具有提升功能的新型柔性铰链设计

针对目前具有提升功能的柔性铰链设计较少的情况,设计了一种新型提升平板折展柔性铰链(the lifting lamina emergent joint,L-LEJ),给出了其三维结构,采用伪刚体模型法推导了该提升铰链的拉伸等效刚度计算公式。通过对设计实例进行有限元仿真分析,并与应用公式计算得到的拉伸等效刚度理论值进行对比,得到拉伸刚度的理论值与仿真值基本一致,误差在5%以内,验证了拉伸等效刚度计算公式的正确性。最后,通过9组不同结构参数设计实例的理论计算和仿真分析,进一步验证了该拉伸等效刚度计算公式的有效性。     

基于弹簧阻尼模型的碰撞动力学研究

基于碰撞过程特点建立了弹簧阻尼模型,结合能量关系和恢复系数法对弹簧阻尼模型进行理论公式推导,得出完整的解析解;对ADAMS中的冲击函数模型进行仿真研究,并与理论计算结果进行对比;最后分析了恢复系数对计算结果的影响.研究表明:理论模型计算过程比较复杂;在恢复系数大于0.7时,冲击函数模型可以得到较好的仿真结果.     

叠层橡胶支座拉伸刚度退化机理研究

为研究剪切变形下叠层橡胶隔震支座拉伸刚度退化特性,分别建立双弹簧受拉模型与偏拉有效面积模型,并推导各截面形状及尺寸的拉伸刚度比公式。然后采用有限元软件ABAQUS建立支座模型,在模型验证的基础上,分析截面尺寸及形状对支座拉伸刚度退化影响,并与理论模型分析结果进行对比。理论模型与数值分析结果表明:橡胶支座拉伸刚度比与截面尺寸大小、形状无关,仅和剪切变形与截面惯性半径比值有关;当支座剪切变形达到规范限值时,拉伸刚度退化52%左右;所建立的模型及拟合刚度退化公式能够有效模拟橡胶支座在不同剪切变形下的拉伸刚度退化情况。     

钢板弹簧的非线性接触分析及试验研究

根据接触理论,利用ANSYS软件建立钢板弹簧的计算模型,对之进行非线性接触计算与分析.通过考虑簧片间的摩擦和接触, 得到不同载荷下的应力分布和变形情况,计算了其强度和刚度.并进行了试验分析,结果表明,非线性接触计算值和试验数据比较吻合,钢板弹簧计算模型的精度得到了提高.     

反复荷载作用下的异形柱框架滞回性能

基于一榀三层两跨的异形柱钢筋混凝土框架结构拟静力试验,研究了异形柱框架的抗震性能,分析了反复荷载作用下异形柱框架的滞回曲线,并根据顶层滞回曲线得到骨架曲线及相应的恢复力模型和异形柱框架结构的强度、刚度退化等性能。试验结果表明:异形柱框架结构刚度退化不明显,抗震性能良好;由试验计算得到的框架恢复力模型可为工程设计和非线性有限元分析提供参考。     

扭簧的扭转刚度计算及试验研究

通过建立扭转弹簧的力学分析模型,利用曲梁的弯曲理论,给出了考虑钢丝直径与扭簧回转直径之比效应的、扭簧刚度计算表达式。为检验扭簧刚度计算表达式,开展了扭簧扭转刚度的试验测量和有限元数值仿真计算研究,从6组试验测量和有限元计算结果来看,扭簧刚度计算表达式的计算结果与试验和有限元结果吻合的很好,反映了新建立的扭簧刚度计算表达式可靠性,其结果可为扭簧的刚度设计提供计算依据。     

基于Workbench车辆减振器弹簧盘的疲劳分析

车辆减振器弹簧盘在不断受到弹簧交变挤压力作用下,极易发生疲劳损坏.本文建立了弹簧盘的有限元模型,基于ANSYS-Workbench平台,对弹簧盘进行静力学强度和疲劳分析,预测了弹簧盘疲劳寿命的大小,获得了弹簧盘变形、应力集中及疲劳损伤的大小及位置,得到弹簧盘应力集中和疲劳损伤均发生于弹簧盘凸包区域的结论,验证其疲劳寿命符合设计要求,为其进一步改进设计提供参考依据.     

涡扇发动机拉紧轴疲劳试验

针对涡扇发动机拉紧轴在工作环境中所存在的疲劳失效问题,提出基于有限元法(FEM)与Miner线性累积损伤理论相结合的理论模型,实现了已知涡扇发动机拉紧轴材料、几何尺寸等条件下的标准载荷循环谱计算.进一步开展了风扇拉紧轴的疲劳寿命试验测试与分析,结果表明,试验中拉紧轴可承受30 000次试验载荷循环数,试验之后经检查无裂纹、凸肩切入、螺纹断扣等失效现象,最终确定其在标准载荷循环下的安全使用寿命.通过开展对拉紧轴的疲劳试验研究、仿真计算与分析等工作,有效验证了可靠性寿命预测方法与模型的可行性.     

地铁齿轮箱吊座强度分析与疲劳寿命预测

就地铁某转向架齿轮箱吊座的强度、刚度和疲劳寿命的相关问题,通过模拟与研究齿轮箱吊座受力情况,利用ANSYS workbench对吊座进行强度分析与疲劳寿命估计.通过对两种极限工况下的吊座进行有限元仿真模拟,经过强度分析,得到吊座的变形与应力云图,结果表明吊座满足刚度与强度要求.最后针对地铁齿轮箱吊座交变循环载荷条件,利用应力测试数据,对吊座的寿命进行预测,可为地铁齿轮箱吊座的预计维修与故障预测提供一定依据.     

梁结构疲劳刚度退化对模态频率的影响

为了研究梁结构疲劳刚度退化对模态频率的影响,对预应力混凝土梁进行疲劳试验和动力测试,得到疲劳历程中疲劳刚度和模态频率的演化规律. 建立疲劳全过程变刚度有限元修正模型,并对其进行模态分析. 比较分析试验和模拟结果,讨论模态频率退化规律及疲劳刚度退化对其影响机制. 研究结果表明,梁结构模态频率具有类似抗弯刚度退化的三阶段衰减规律,表明疲劳刚度与模态频率退化存在映射关系;在疲劳作用下,第1阶频率的下降幅度最大,第2阶频率次之,第3阶频率的下降幅度最小;提出的变刚度假设在有限元模拟中运用良好,模拟结果显示第1阶频率模拟值的偏差基本在10%以内. 提出的疲劳全过程动力特性分析方法为梁结构疲劳分析研究提供了新思路.     

Simulation of Fatigue Stiffness Degradation in Prestressed Concrete Beams under Cyclic Loading

In order to investigate and research the fatigue cracking of prestressed concrete fatigue properties and loading and stiffness degeneration process,cyclic loading tests were carried out on six prestressed concrete beams and the stiffness degradation under fatigue was investigated. A simulation model of stiffness degradation is proposed based on the stiffness analysis of the fatigue-damaged section. The elastic modulus of damaged concrete and the effective residual area of steel were introduced as well as an adjusted three-stage concrete fatigue damage evolution model. The strip method was used to analyze concrete damage due to changing stress along the depth of the beam section. The simulation and test results were compared and a method of predicting fatigue deflection was presented based on the simulation model. The predicted results were compared with that of the neural network method. It is in good agreement for the simulation results with the test results. It is only less than 5% error for the simulation model which can reveal the two-stage degradation of prestressed concrete beams under cyclic loading. It is more precise for the simulation prediction method under proper conditions.     

中高层异形柱框-剪结构的剪力墙抗侧刚度优化

综合考虑剪力墙剪切变形、异形框架柱轴向变形和连梁刚度对异形柱框架-剪力墙结构的抗侧刚度的影响,对抗震设防区的中高层钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构体系住宅进行剪力墙抗侧刚度的优化,同时采用底部剪力法分析剪力墙抗侧刚度与水平地震作用的关系,考虑层间位移、刚重比、剪重比等约束条件建立优化数学模型,并结合新规范给出模型的数值解．算例结果表明本优化模型可行、有效．     

基于累积损伤的结构系统时变刚度可靠性分析

基于累计损伤的结构系统时变刚度可靠性分析,对设计寿命期内结构系统刚度可靠性指标的影响非常重要.根据疲劳载荷造成的累积损伤对材料极限应力的影响,结合材料强度与弹性模量之间的关系,给出了结构构件在基于累积损伤下剩余弹性模量的表达式,并导出了在外载作用下刚度失效时安全余量的具体表达式.采用改进的一次二阶矩方法求解可靠性指标,用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,然后用PNET法计算结构系统可靠性.数值算例表明,结构系统在设计寿命内虽然满足了系统疲劳可靠性的要求,但随着使用寿命的增加,结构系统刚度可靠性下降,当疲劳载荷循环次数大于一定值时,结构系统结构刚度可靠性不能满足设计要求.因此,该方法为设计人员综合考虑结构系统可靠性提供理论依据.     

转换梁与底部柱线刚度比合理取值研究

采用有限元软件SAP2000,通过push-over方法,分析了转换梁、柱线刚度比的不同,对梁、柱塑性铰出现位置、顺序以及结构的侧向位移等产生的影响,讨论了转换梁、柱线刚度比对结构破坏机制的影响.基于上述分析,提出了转换梁、柱线刚度比宜在2.5~4.0之间的结论,可供没计底部抽柱带转换层的异形柱结构参考,并为进一步完善国家行业标准<混凝土异形柱结构技术规程>提供参考.     

轧制及退火工艺对301B不锈弹簧钢力学性能影响分析

针对高硬不锈钢用作弹簧时弹性不足、疲劳寿命短等问题,本文结合现场实际生产,以301B奥氏体不锈钢带为研究对象,通过轧制工艺和热处理工艺优化,对其进行了拉伸试验和硬度测试。结果表明,增加变形率,采用低轧制油温度和低轧制速度的轧制工艺,并在冷轧后进行一次400℃低温去应力退火,可以提高带材强度和硬度。同时也说明,适当的轧制工艺和热处理工艺可以改善不锈弹簧钢带的力学性能,从而提高弹簧的弹性极限和疲劳极限。