42CrMo钢CT试件应力强度因子的计算方法研究

以风电变桨轴承用42CrMo钢为研究对象，利用Abaqus并采用退化的奇异单元建立了初始裂纹三维有限元CT试件模型，同时进行了裂纹前缘的应力强度因子数值计算。在远离裂纹前缘部分采用六面体网格划分。采用围线积分的方法提取裂纹前缘应力强度因子分布情况，并将数值计算结果与理论计算结果进行对比分析，得到了裂纹前缘应力强度因子分布规律以及在不同载荷和裂纹长度的条件下裂纹前缘应力强度因子的变化规律。     

基于HyperWorks 3MW风电机组轮毂的结构优化

为减轻轮毂质量、降低制造成本,在强度分析基础上,以HyperWorks作为分析平台,结合2种优化方法对轮毂进行结构优化,以优化结果为依据并结合实际设计经验重新建模,将MSC.Patran/Nastran作为分析平台对轮毂进行了极限强度分析.分析结果表明,优化后轮毂的最大应力为125MPa,变形值和应力值均满足设计要求,使得轮毂质量比原来降低了30.74%.基于HyperWorks的结构优化,不但能缩短设计开发周期、减少试验次数、节省设计成本,还能有效地减小模型质量,提高结构性能.     

MW级风力发电机轮毂强度分析

轮毂是风力发电机中连接主轴和叶片的关键部件,承担抵抗风载、传递转矩的作用,对轮毂进行精确的强度分析尤为重要.采用联合分析的方法,利用BLADE风机分析软件和ANSYS有限元分析软件对SUT 1000型风机轮毂进行了强度计算,依据IEC风况标准得到了轮毂极限载荷,采用了MPC多点约束单元技术对结构作了等效简化处理,对连接螺栓进行了强度校核.分析结果表明：该轮毂及螺栓满足设计要求,经样机运行验证,该方法能够准确地反映轮毂受力情况,与理论估算相比具有计算精确、轮毂结构布局合理、重量轻等优点.     

位移法计算半椭圆表面裂纹应力强度因子影响因素分析

借助有限元分析软件ABAQUS建立含半椭圆表面裂纹有限厚度板有限元模型,根据计算得到的相关节点位移分别采用Chen-Kuang公式、Shih公式和1/4节点位移公式计算半椭圆表面裂纹应力强度因子,考察单元类型和裂尖附近区域网格参数变化对3种位移法计算应力强度因子精度的影响,根据计算结果给出各网格参数的合理范围。结果表明,3种位移法中Chen-Kuang公式计算结果波动最小;二次六面体全积分单元C3D20和二次六面体减缩积分单元C3D20R计算结果一致性良好,减缩积分单元计算结果受网格参数影响较小。文中的方法和结论可用于复杂工程结构中三维裂纹应力强度因子计算。     

基于多面体单元的三维ES-FEM理论研究

建立了基于多面体单元的三维光滑边域有限元法(ES-FEM-Poly),包括多面体单元中光滑域的划分方法、形函数的构造,以及几何矩阵、刚度矩阵的推导。同时利用Matlab软件编制了相应的计算程序,研究了空心球模型和梁模型在不同数量多面体单元下的应力分布,与常规四面体单元和六面体单元有限元计算结果通过应力相对误差和能量相对误差进行比较。研究结果表明,基于多面体网格的三维光滑边域有限元法相比常规有限元法具有更好的精度和收敛性,且对于复杂的几何结构也有较好的适应性。     

巨型模锻压机机架有限元动态分析

基于MSC．PATRAN仿真平台,利用六面体高阶单元建立巨型模锻压机机架三维有限元模型,得出了机架的前6阶固有频率和相应的模态振型。分析突然卸载时机架的瞬态响应,得出了机架卸载时的变形和应力分布,为更深入细致研究机架的力学行为以及进行动态设计提供了依据。     

超单元法在轮毂有限元分析中的应用

随着风电机组的大型化,轮毂的有限元分析模型也随之增大,使得计算机的分析效率降低,甚至无法求解.为缩减模型自由度,提高计算机求解效率和解算能力,采用超单元技术处理轮毂的有限元模型,并以MSC.Patran/Nastran作为分析平台对轮毂进行强度分析.分析结果表明,超单元法与整体分析法相比较,求解的精度误差相对较小,而计算时间仅为原来的2/3,达到了提高分析效率,节省计算时间的目的.超单元法在很大程度上缩减了模型的自由度,减少了CPU每次运行的时间,提高了计算机解算的能力,并获得了对大型问题的解决能力.     

汽车轮毂多道次旋压成形工艺分析及数值模拟

针对A356铝合金轮毂多道次旋压成形,运用Abaqus软件建立了轮毂多道次旋压有限元模型。通过对汽车轮毂多道次旋压成形过程进行数值模拟,得到其坯料的应力应变分布云图,并分析了轮毂各道次下减薄率、进给比、旋轮圆角半径等工艺参数对旋压力的影响。从分析中发现轮毂各道次下减薄率是影响旋压工艺的主要因素。     

三维空间离散点数据场的插值方法

给出了一种根据三维离散点生成六面体单元并构造六面体9节点形函数进行插值的算法,该算法不受被插值模型单元形态限制,绕每一待插值点都能搜索到惟一的六面体插值单元,每一个数据的插出应用了被插值点周围8~16个已知节点的数据.给出了一种有限元逆变换算法,该算法收敛稳定、可较好地适应含有扭面等较不规则六面体单元局部坐标求解.实例表明,该方法精度较高,较好地实现了三维空间离散点数据场的插值.     

钢箱梁横隔板-U肋交接部位疲劳应力有限元分析

为探索钢箱梁横隔板-U肋交接部位疲劳应力(包括焊接接头热点应力以及钢板母材疲劳应力)的有限元分析方法,采用ABAQUS分别建立钢箱梁体壳混合有限元模型和纯板单元模型,计算轮载作用下的构造疲劳应力,分析了单元类型、网格精度及表面外推方法对计算疲劳应力的影响.得到以下结论:1)单元类型与网格尺寸是构造细节计算疲劳应力的主要影响因素,外推方法对热点应力也存在较大影响;2)热点应力计算建议采用高阶的四面体或六面体单元,局部单元网格划分至1/4板厚;3)采用表面外推法计算焊趾热点应力时,应力取值点宜位于距焊趾0.5t(t为板厚)以外,建议采用DNV等船级社推荐的三点二次外推法,该结论对于焊缝a类、c类热点均适用;4)对于弧形切口母材局部应力,采用体单元时单元应划分至1.3mm,采用板单元时应划分至0.3mm,板单元计算应力较体单元普遍偏小,建议采用二阶体单元以准确模拟板厚方向的非线性应力分布.     

用间隙单元法求解三维弹性接触问题

采用GAP单元法建立了三维弹性接触问题的求解模型,并对I-DEAS软件中缝单元进行二次开发用以求解接触问题．最后进行仿真计算,得到了轴流式转轮体、轴瓦与叶片枢轴组合体的接触应力及其分布,所得结果正确,为处理弹性接触问题提供了一种有效的方法．     

基于ANSYS的1.5 MW水平轴风力机轮毂壁厚的优化与强度分析

为减少轮毂质量,改善轮毂应力状况,以1.5 MW水平轴直驱定浆风力机轮毂为研究对象,通过极限载荷分析、工程实体建模、有限元网格划分以及静力学强度分析,得出原轮毂的最大应力值,并以整体减小壁厚的方法对轮毂进行优化设计,用ANSYS软件对不同壁厚减小值下的轮毂做强度分析比较,得到轮毂壁厚减小6 mm时相对最优,使轮毂质量及极限最大应力显著减小,节省了轮毂材料,达到了预期目标。       

基于ANSYS的风力发电机机舱底盘的强度分析

机舱底盘是风力发电机的重要组成部分,它的结构是否合理将直接影响着整个风力发电机的平稳运行.机舱底盘不但支撑着主轴轴承座、增速箱、发电机等大部件,而且还受到周围空气对它的气动推力和阻力的影响.针对这个问题,采用ANSYS有限元分析软件计算了机舱底盘的静强度,根据计算结果进行了强度校核,满足了材料的强度要求.为了减小应力集中,提出了改进意见,在最大应力出现的地方适当加厚筋板,可使整体应力分布更加均匀,并且为以后的设计提供了科学依据.     

基于二分法的六面体网格生成算法实现

有限元分析的精度和效率依赖于网格数量与质量。对于复杂的三维模型,目前还没有一种有效的算法能自动生成高质量的六面体网格。在八叉树法的基础上,通过模型几何特征的识别,依据模型特征构建平衡八叉树,二分法模板加密过渡单元,保留内部网格并将边界点投影至模型表面形成最终网格,实现了六面体网格的生成。利用Laplace节点平滑技术优化网格质量,并采用Scaled Jacobian标准对生成的六面体网格质量进行评价。实验分析表明,网格质量符合有限元分析要求。     

基于八叉树的六面体网格自动生成算法

有限元网格生成是工程科学与计算科学的交叉研究领域,有限元分析的发展方向之一是三维六面体网格的生成.对于这个问题,许多研究人员已经提出很多方法.然而,可靠的自动六面体网格生成软件目前尚未开发.在介绍栅格法的基础上提出自动六面体网格剖分算法.基于八叉树算法和由内向外栅格法的这种剖分算法分为4步,分别是实体模型的建立和加密点的生成,利用八叉树算法生成原始六面体网格,利用奇偶法删除不需要的单元从而生成核心六面体网格,六面体网格拟合到实体模型表面.实验表明,该算法可以应用到各种工程问题的网格生成.     

风力发电机组风轮的动态特性分析

通过有限元方法对风力发电机的风轮进行动力学建模及模态分析，得到的固有频率与实测值较为一致，因而验证了有限元计算模型的合理性．通过对风轮及单叶片的模态计算、强度计算分析，得到其振型、变形及应力分布，找出结构的薄弱环节，为结构的动力优化设计提供了可靠依据．     

含温湿效应的复合材料风机叶片的破坏

针对复合材料风机叶片在温湿环境下的早期失效问题,采用有限元数值模拟方法研究了考虑了风载荷和温湿载荷共同作用下叶片的逐步破坏行为和破坏机理。将风机叶片简化为悬臂梁模型,进行了三维建模,对蒙皮、腹板和主梁均采用板壳单元进行离散,分别讨论了在不同温度及湿度条件下,环境因素对复合材料风机叶片材料性能的影响,并分析了叶片刚度、强度的变化及破坏情况。同时引入基于应变分布的三维Hashin失效准则,利用有限元分析软件ABAQUS对风机叶片进行刚度和破坏分析,讨论了风载下复合材料风机叶片的逐步破坏行为以及温湿载荷对风机叶片强度和刚度的影响。分析结果表明,高温湿润的环境对复合材料风机叶片材料性能影响很大,导致叶片的强度和刚度均有不同程度的降低。