梯度功能材料薄板瞬态热弹性弯曲有限元分析

用层合板有限元法分析了由ZrO₂和Ti-6Al-4V组成的新型梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力问题,并对本方法的正确性进行了检验。讨论了加热、 冷却热边界条件以及两种力学边界条件(固支和简支)对梯度功能材料薄板的瞬态热弹性弯曲应力分布的影响。发现：(1) 在加热过程中,简支板低温金属侧出现较大压应力;在冷却过程中,简支板高温陶瓷侧出现较大拉应力; 且其拉、压应力会随着板上、下表面温差的增大而增大。(2) 无论是简支板还是固支板, 在冷却过程中,沿整个厚度板内部压应力均较大。(3) 在本文的相同条件下,固支板比简支板更适合高温、大温差的使用环境。     

功能梯度圆板的三维瞬态热弹性分析

基于线性热弹性理论的基本方程,采用两个位移分量,两个应力分量,温度变量和一个热流分量作为状态变量,应用状态空间理论,建立了功能梯度材料轴对称圆板结构在动态热载荷作用下的状态方程,考虑了运动惯性项以及热传导过程中的耦合效应,根据微分求积法,将状态方程沿径向进行离散.采用Laplace变换和打靶法,数值求解了材料常数按幂率变化的周边固支圆板在热冲击下的热响应.为求解功能梯度结构三维热弹性瞬态响应提供了一种方法.分析了组分材料分布对功能梯度圆板的热响应行为,包括板内温度变化,横向挠度以及板内应力分量的影响规律.     

预拉伸控制铝合金焊接变形

在预拉伸应力作用下,焊接了厚度为4mm的5A05铝合金试板,通过焊接试板挠曲变形量的测定,探讨了预加拉应力对铝合金焊接变形的影响。试验结果表明,预拉伸焊接法可以有效减小铝合金薄板焊缝处的纵向挠曲变形量,在弹性应力范围内,随着预拉伸应力的增大,试板的焊接变形逐渐变小。初步分析认为,预拉伸应力扩大了高温下焊缝附近的塑性变形区,从而增强了冷却过程中该区域抗塑性拉应变的能力,减小了焊件的挠曲变形。     

任意边界条件下矩形板薄板自由振动特性分析

提出一种基于改进傅里叶级数的方法,对矩形薄板在任意边界条件下自由振动特性进行求解。通过将薄板振动的位移函数表示成二维傅里叶余弦级数和辅助级数的线性组合,克服传统傅里叶级数法中薄板位移函数边界处不连续的缺陷;基于位移函数列出矩形薄板拉格朗日方程,然后通过Hamilton原理求解得到矩形薄板自由振动频率与相应位移函数的系数。计算结果与文献及有限元解吻合良好,方法准确可靠;此外,通过改变边界约束弹簧刚度模拟任意边界条件;大量计算表明,固支边界条件与弹性边界条件组合中,随着固支边条界范围增大,矩形薄板无量纲频率参数呈增大趋势;简支及自由边界条件与弹性边界条件组合中,随着弹性边条界的增多,矩形薄板无量纲频率参数呈增大趋势。     

固支三维弹性矩形厚板的精确解

采用有限积分变换和状态空间理论相结合的方法推导出了固支三维弹性矩形厚板的精确解.在分析过程中摒弃以往薄板和中厚板理论中有关应力和位移函数的各种人为假定,完全从三维弹性力学基本方程出发,经过变量代换将关于应力和位移分量的六阶偏微分方程组化为2 个彼此独立的四阶、二阶矩阵微分方程,再利用有限积分变换的方法得到空间状态方程,并由Cayley-Hamilton定理求得应力和位移分量沿板厚度z 方向的传递矩阵,最后利用边界条件定解出待定常数,经过有限积分逆变换解得了固支三维厚板的精确解.通过计算实例验证了该文方法的正确性.     

集中载荷下四边固支正交各向异性矩形板的线性弯曲问题

采用载荷叠加法将集中载荷下四边固支正交各向异性矩形板线性弯曲的挠度分为3个部分：集中载荷下四边简支板的挠度、上下边简支左右边受弯矩的板的挠度、左右边简支上下边受弯矩的板的挠度,3个挠度之和在满足固支边界条件的情况下即为所要求的挠度的解。采用MATLAB软件编写程序进行计算,并将相同长宽的板在4种不同的厚度和载荷情况下的挠度计算结果与有限元分析结果进行比较,验证了解析解的正确性。最后讨论了经典的Kirchhoff薄板假设对于集中载荷的适用性问题。     

换热边界下梯度功能材料板瞬态热应力研究

用有限元和辛普生法,研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的瞬态热应力问题,检验了方法的正确性,给出了对流换热边界下的瞬态热应力场分布.结果表明:材料组分的分布形状系数M、对流换热系数和环境介质温度的变化对该材料板的瞬态热应力场分布均有明显的影响;在本研究相同条件下,该材料无限自由长板在金属和陶瓷附近板内为压应力,而在板中部为拉应力.此结果为该材料的设计制备提供了准确的理论计算依据.     

干燥过程中小径木表层应力的研究

采用连续加热和间歇加热(间歇2h和间歇6h)方式对小径木锯材进行常规干燥,研究了干燥过程中小径木的表层应力(全应力和残余应力)发生、发展变化规律.结果表明,随着试材的含水率降低,其表层全应力最初表现为拉应力,拉应力增大到最大值后,逐渐减小直至消失,然后转变为压应力,压应力达到最大值后,逐渐减小直到干燥结束;残余应力是先逐渐增大,达到最大后又减小;3种加热方式下,试材表层应力的变化趋势基本一致,但是试材的表层应力间歇加热的明显小于连续加热的,间歇6h试材的表层应力最小;同一含水率水平下,表层应力弦切板的比径切板大.     

火灾下钢筋混凝土简支板力学响应机理

拉力膜理论针对的是板大变形下开裂状态的研究,对于火灾下板发生大变形尚未开裂的机理缺乏合理的解释。为此该文采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对火灾下钢筋混凝土简支单向板和双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证的基础上深入探讨火灾下混凝土和钢筋的应力变化规律以及钢筋混凝土简支板的力学响应机理。分析结果表明：简支板发生了激烈的应力重分布现象,其变形过程经历弹性、弹塑性、塑性以及受拉开裂四个阶段,在弹塑性和塑性阶段板底混凝土双向受压的倒拱效应使得双向板抗火性能优秀;当火灾下钢筋混凝土简支板实验没有达到力学响应的受拉开裂阶段时,板底直接受火区域不会出现开裂现象;与单向板相比,双向板进入塑性与受拉开裂阶段的时间大幅度延长,且塑性与受拉开裂阶段变形速率减缓,因此其抗火性能更优。     

功能梯度材料圆板的三维弹性分析

基于线弹性理论的基本方程,选用两个位移分量和两个应力分量作为状态变量,利用状态空间法建立了功能梯度材料轴对称圆板的三维状态方程.根据微分求积法,将状态方程在径向进行离散,考虑周边固支的边界条件,采用打靶法数值求解了材料常数沿板厚按幂率变化的轴对称弯曲问题和自由振动问题,为求解功能梯度材料三维弹性响应提供了一种方法.并且给出了功能梯度材料三维圆板的静动态响应受组分材料分布以及板厚径比变化的影响规律.     

均匀热环境下四边固支矩形PCB薄板的自由振动

表面贴装形式中PCB板可简化为四边固支矩形薄板。基于刚性板的小挠度理论,推导了热载下四边固支矩形PCB薄板的自由振动微分方程。从微分方程中得出,热载下的PCB薄板等效于面内受均布张力的薄板,进而通过结构力学方法将热载下四边固支薄板振动问题转换为受面内均布张力固支薄板振动问题。利用虚位移理论,得出了温度沿厚度均匀线性变化的热载下四边固支矩形PCB薄板固有频率和自由振动的挠度值的计算方法。讨论了热载下温度、薄板的几何尺寸对矩形PCB薄板自由振动固有频率的影响。结论可为矩形PCB薄板在热载下的振动分析以及固有频率计算提供方法上的参考。     

爆炸荷载作用下腋角对地下连通道的影响

采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析程序,建立土中中等矩形截面地下连通道有限元模型,利用流固耦合算法,模拟土中爆炸荷载作用下通道衬砌结构的动态响应过程,得到结构顶板的横向拉应力、压应力峰值分布以及顶板的最终合位移分布,并得到侧墙上的竖向拉应力、压应力峰值分布。对比分析通道在添加不同尺寸腋角时的响应结果得到结论:对于顶板外侧单元,中部压应力峰值最大,顶板与腋角连接部位的拉应力峰值最大,并且峰值最大值受腋角尺寸的影响都较小,但其他大部分部位的压应力在腋角尺寸增大时有明显减小;侧墙上竖向拉应力和压应力峰值最大值均出现在与腋角连接处,腋角尺寸的变化对内侧影响较大;顶板位移峰值最大值随腋角尺寸增大而减小,并且腋角高度的影响作用随高度增加先增大后减小,宽度的影响作用随宽度的增大逐渐减小。     

不同变形状态下变物性梯度功能材料板瞬态热应力

用非线性有限元法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板的对流换热瞬态热应力问题,与已有文献比较检验了方法的正确性,给出了该材料板在不同变形状态下的瞬态热应力分布,并与常物性时的结果进行了比较。结果表明:无限自由长板内的热应力最小;当无限长板只能伸长、不能弯曲时,板内瞬态拉应力最大;当无限长板伸长、弯曲受限时,板内的瞬态压应力最大;考虑变物性时的最大拉应力比常物性减小48.9%,最大压应力减小39.6%;此外,对流换热系数的变化对不同变形状态下该变物性材料板瞬态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

给水旁路调节下高压加热器的瞬态应力分析

灵活运行下的设备安全性是燃煤电站深度调峰过程的重要问题,高压加热器作为大型高温承压换热设备,在机组灵活性调节中承担重要作用,同时也面临安全性问题。针对某660 MW超临界燃煤发电机组1号高压加热器,建立三维有限元模型,研究给水旁路调节过程下的瞬态温度场、热应力场、机械应力场、耦合应力场分布,并针对水室出口、蒸汽入口、管板上下侧4个关键区域进行应力变化规律的研究。结果表明,热、机械、耦合应力的波动幅度均随着给水旁路程度的增大而增大;热应力最大部位为蒸汽入口管处,机械应力和耦合应力最大部位分别对应管板下侧、管板上侧;管板上侧区域为高压加热器最危险部位,需重点关注和提前检修。     

梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析

采用有限元法与有限差分法相结合的方法,对梯度功能材料板的瞬态温度场进行了分析,并且通过ＺｒＯ２和Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ组成的梯度功能材料对本方法的正确性进行了检验,最后给出了加热、冷却过程的瞬态温度场分布。     

基于微分求积法分析旋转圆板的横向振动

基于微分求积法,分析了旋转圆板的横向振动和稳定性问题。从平面应力问题和Kirchhoff薄板理论出发,得到了在沿径向线性分布的离心惯性力作用下均质等厚度旋转圆板的轴对称中面内力,建立了极坐标下板的轴对称运动微分方程。对变系数的运动微分方程,采用微分求积法离散方程和边界条件,分析了周边固支、简支（沿径向不可移）和周边完全自由三种边界条件下旋转圆板的前两阶复频率的实部和虚部随角速度的变化情况,并得到其失稳类型以及相应的临界速度。     

滚滑接触下钢轨热力耦合分析

采用热弹塑性有限元法,对滚滑接触状态下的钢轨进行热力耦合分析,计算钢轨接触区附近的温升和应力/应变,并分析蠕滑率对它们的影响。有限元模型中,考虑材料参数随温度的变化,通过在钢轨表面上移动边界条件来模拟车轮的移动。分析结果表明:热影响区主要在很薄的钢轨表层;钢轨表层温升和热应变均随着蠕滑率的增大而增大。热载荷在钢轨表层产生的周向和轴向残余应力表现为拉应力,其在蠕滑率小时有减小机械载荷产生的残余压应力作用;在蠕滑率较大时热响应对残余应力和残余应变影响明显,且当蠕滑率增大到一定值时,考虑热影响时热力耦合作用下的周向残余应力和轴向残余应力都表现为拉应力,而不考虑热影响时二者表现为压应力,随着蠕滑率的继续增大,考虑热影响时的残余应力和残余应变随之增大。     

考虑扭矩影响的四边简支矩形板内力分析及配筋修正

混凝土四边简支矩形板一般是基于弹性薄板小挠度理论求出跨中弯矩布置板底钢筋,支座设置构造钢筋.该文基于弹性薄板小挠度理论,求解了板内扭矩分布.由分析可知,四边简支矩形板内具有复杂的扭矩分布,特别在角部部位其扭矩值将接近板的跨中正弯矩,由扭矩合成的主弯矩将使板角开裂.按照现行规范,仅在四边简支矩形板支座设置构造配筋是不合理的,无法满足抗扭需要,必须在角部配置受力钢筋.通过对比四边简支板与固支板沿对角线方向主弯矩的差异,指出边梁约束对板角混凝土开裂的缓解作用;该文揭示了目前混凝土简支楼板设计存在的不足,并对双向板、单向板合理设计提出了不同建议.     

弹性地基加劲板BEM—FEM动力分析

本文采用ＢＥＭ－ＦＥＭ耦联分析方法。将弹性地基加劲板分为弹性地基薄板和结合梁（格栅）两部分,弹性地基薄板部分用无奇点边界元法（ＢＥＭ）处理,而格机用有限元法（ＦＥＭ）处理,分别建立各自的方程,然后根据板与梁之间的平衡和协调条件加以耦合,导出弹性地基加劲板的自振特征方程,从而求解各阶频率和振型。本文法适用于任意形状、任意边界条件以及非均匀地基上的加劲板,且精度良好。     

金属基复合材料的热残余应力力学模型研究进展

金属基复合材料在高温制备的冷却过程中或热处理过程中由于组分间热膨胀系数（CTEs）的差异会产生较大的热残余应力，热残余应力对复合材料的宏观性能有着重要的影响。本文综述了分析金属基复合材料热残余应力的有限元模型和解析模型等理论模型，并指出有待深入研究的问题。