横向绕流场中圆柱壳中等弯曲变形问题研究

针对弹性圆柱薄壳与横向绕流场的流固耦合问题,采用相容拉格朗日-欧拉法,建立了中等弯曲问题的理论分析方程组,着重求解壳体的法向位移和流体表面压力系数。结果表明：在横向绕流场作用下,壳体横截面由圆形变形为近似椭圆形,同时,壳体变形也对壳体表面流场压力产生了影响。通过算例,讨论有关参数对壳体法向位移和表面流体压力系数的影响。 最后,应用ANSYS软件对该问题进行了数值模拟,验证了理论解的可信度。     

前列腺针穿刺过程中软组织的损伤研究

探究在前列腺癌的穿刺诊断过程中，柔性针在进针时对人体前列腺所造成的损伤。首先，建 立柔性针的悬臂梁模型，利用有限元方法对柔性针和前列腺所构成的耦合模型进行求解；然后，在 Ａｂａｑｕｓ有限元软件中对前列腺穿刺过程进行数值模拟与分析，探究穿刺活检针的倾角、直径和速 度在穿刺时对前列腺的影响；最后，通过引入损伤指数对患者穿刺部位进行评估。实验结果表明： 通过有限元软件能够模拟前列腺穿刺手术的整体过程及状态；柔性针直径越大，前列腺软组织的损 伤越严重；柔性针的针尖尖端越锋利，前列腺软组织穿刺时组织损伤越小；在穿刺时穿刺速度对组 织损伤也存在一定的影响。研究可为医生的术前规划提供一定的理论支持。     

格构槽钢立柱轴压试验与有限元分析

以3 m长、6种不同壁厚(0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm、1.8 mm、2.0 mm)的格构槽钢立柱为研究对象,对其进行轴压试验,得到试件的受力性能、极限承载力和失稳形式,并进行了有限元分析和比较。结果表明:在轴压荷载作用下,较薄试件(0.8 mm)的单肢先发生局部屈曲,而后试件绕弱轴发生整体的弯曲失稳;其它厚度试件一般发生整体弯曲失稳。试件的荷载-位移关系曲线包括弹性、弹塑性和塑形破坏3个阶段,但弹塑性阶段表现得并不明显。典型试件荷载-位移曲线的有限元分析结果与试验数据十分接近,试件局部失稳和整体失稳模型的有限元分析与试验结果也十分相似。试件极限承载力的有限元分析结果与试验数据差别在10%以内,证明了有限元建模方法的合理性和正确性。     

基于拱冠位移的拱坝地震易损性

选取一系列地震波对同时考虑材料非线性和横缝非连续接触的拱坝进行大量的动力时程分析,以拱冠最大位移为响应参数定义3个性能水准,结合通过结构反应回归分析得到的概率地震需求模型,建立在地震作用下基于拱冠位移的拱坝易损性曲线,比较不同地震动参数表示下概率地震需求模型以及易损性曲线的区别.利用易损性曲线计算拱坝在不同大小地震作用下处于各级性能水准的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据.     

配筋砌块开洞剪力墙抗震性能的试验研究

通过3片1：4模型配筋砌块砌体开洞剪力墙的伪静力试验，研究了在低周反复荷载作用下开洞墙体的整体工作性能、破坏形态、滞回特性以及恢复力模型。试验表明：合理的配筋能实现连梁先于墙肢破坏；在弹性工作阶段，侧移曲线呈弯曲型，进入弹塑性阶段为弯剪型；结构内力分析及位移主要用弯曲型模型；试验所得开洞墙归一化骨架模型为进一步动力反应分析提供必要的数据。     

黄麻纤维混凝土单轴拉伸理论曲线的建立及验证

建立黄麻纤维混凝土单轴拉伸应力-位移理论曲线可为实际工程设计提供依据并减少试验工作量和成本。基于自行设计的纤维拉拔试验,通过对几组黄麻纤维轴向和斜向拉拔试验曲线的理论假设和数学简化,建立了混凝土中黄麻纤维三维随机分布的细观拉拔模型。结果表明,通过该模型预测的黄麻纤维混凝土单轴拉伸应力-位移理论曲线与试验曲线基本相符,说明该模型是可行的。对其它相似类型的纤维可以采用同样方法从理论上预测该纤维混凝土的单拉曲线。     

曲线钢-混凝土组合梁桥的跨度与桥梁刚度及设计跨高比相关关系

目的结合算例对组合梁进行研究,为相关工程应用提供参考,以期使结构截面尺寸减小,刚度增加,稳定性和耐久性增强,动力性能改善．方法以北京南站进站立交-曲线型分联为基础,使用通用有限元软件ANSYS,在ANSYS中建立了整体有限元模型,通过改变跨度分析计算,研究了跨度与整体刚度以及跨高比之间的关系．结果通过结合算例分析计算,得出了静力作用下组合梁桥的位移、设计跨高比随着跨度的变化关系．和不同跨度影响下的位移分布．结论通过分析计算得出,随着跨度的增加,位移呈非线性增长趋势,跨中转角也呈非线性增长趋势;跨高比呈先增加后减小的趋势;对于该曲线形式的组合梁,存在最优跨度,在此时结构的跨高比最大,结构的设计最为合理．     

功能梯度材料圆柱壳基于变分渐近法的高保真简化模型

为有效分析涂覆型功能梯度圆柱壳顶面作用正弦荷载下的响应,基于变分渐近方法（VAM）建立高保真简化模型。根据Hamilton扩展原则建立功能梯度材料圆柱壳3维能量方程;利用壳体固有小参数将3维能量渐近扩展为系列2维近似能量方程,并将近似能量转换为工程常用的Reissner-Mindlin模型形式;提供重构关系以准确预测沿厚度方向的3维场分布。通过SiC-Al功能梯度面层-均质基层圆柱壳顶面作用正弦分布荷载的柱形弯曲算例验证,基于该理论和模型重构的位移和应力分量与3维精确解相一致;在应变很小时,可考虑任意大位移和全局旋转,并可准确捕捉翘曲几何非线性。     

超高层钢框架-核心筒结构弹性与弹塑性时程分析结果对比研究

利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的精细有限元模型,对其进行了罕遇地震作用下的弹性时程分析和弹塑性时程分析,充分比较了时程分析获得的计算结果,包括顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律.结果表明:弹塑性分析模型在结构进入弹塑性阶段之后,结构刚度降低,与弹性分析结果相比,结构的地震反应程度更小且存在滞后现象.有关论述和方法可为同类研究提供参考.     

利用钢梁拼接耗能的框架结构抗震性能研究

在以往试验和拼接节点弯矩-转角模型的基础上,对弯矩-转角模型进行修正并提出了新的划分标准.将修正后的模型赋予框架中的拼接单元,并通过有限元计算,研究了该型结构的破坏形态、荷载-位移曲线、滞回曲线及耗能性能等,检验了该型结构的抗震性能.分析表明,利用钢梁拼接耗能的框架结构在弹性阶段与纯框架性能相同,塑性阶段利用拼接区接触面的滑移和螺栓孔壁的挤压来消耗能量,提高了结构的抗震性能.     

铝锂合金/FM94胶接接头内聚力模型参数识别

为了正确预测铝锂合金/FM94胶接接头的强度与失效特征,采用ABAQUS软件建立胶接接头的内聚力仿真模型. 针对内聚力模型关键参数的确定问题,利用材料力学和断裂力学相关理论推导I、II型断裂失效形式下断裂能的计算公式;通过实验测定FM94胶接铝锂合金标准双悬臂梁（I型失效）和三点弯曲试样（II型失效）的力-位移曲线,计算并确定不同失效模式下的内聚力模型参数;采用三角形内聚力理论模型和所确定的模型参数进行双悬臂梁标准试样、三点弯曲标准试样及单搭接接头的强度与断裂失效过程的数值仿真. 结果表明：仿真结果与实验数据较一致,在不同加载速率下断裂载荷最大误差为4.4%,断裂位移最大误差为3.8%,验证内聚力模型参数确定方法合理,模型参数正确.     

基于几何逼近法的斜尖柔性穿刺针运动学研究

为了使得斜尖柔性穿刺针能够精确刺中目标靶点,建立斜尖柔性穿刺针的正逆向运动学模型.大量实验研究表明,柔性穿刺针在穿刺过程中,弯曲曲率近似常量沿着由固定半径的圆弧组成的路径进针.基于柔性穿刺针这种特性,利用D-H(Denavit-Hartenberg)参数法建立柔性穿刺针正向运动学模型;利用D-H参数法以及几何逼近法,基于针尖相对靶点的可达性条件,建立柔性穿刺针逆向运动学模型;通过仿真实验验证了所建立的柔性穿刺针运动学模型,结果表明,采用提供的运动学模型能够准确求出从进针点到靶点的所有路径.     

分形理论模型的摆线针轮的接触刚度研究

为了准确计算摆线针轮分形面的接触刚度,提出了一种考虑摩擦系数的分形模型。采用修正后的Weierstrass-Mandelbrot函数和微分几何建立了一种二阶抛物线法修形的摆线轮齿与针齿的二维粗糙表面的几何模型,该模型体现了在宏观和微观视野中以独特地形式表达摆线轮齿完全共轭齿廓与针齿的形貌特征;在啮合载荷作用下摆线针轮处于弹性变形阶段,引入了摩擦因子,计算微观层面中的两个粗糙接触面的接触刚度。计算实例结果表明: 摆线针轮分形面的接触刚度Kn随着轮廓上的啮合力F的增大而先保持平稳,再快速增长,最后向下倾斜状态。其中,表面粗糙度Ra增加和摩擦因子u增大,导致接触刚度Kn减小;修形系数a1的增加会放缓接触刚度Kn的增加。以LTCA模型建立的赫兹接触刚度相比,验证了摆线针轮分形模型的正确性,体现了接触刚度Kn求解时,从静态转化为动态过程,单一性转化为连续性的优势。     

计算弯曲变形的几何法

弯曲变形问题本质上是几何问题,即杆轴线上任意点的位移都可以视为由起点处横截面的转角和杆的弯曲导致的。基于此来找出位移与微段杆弯曲、起点处横截面的转角的关系式,引入弯曲变形与内力的关系式,从而将杆的位移表示成杆的弯曲和旋转。该方法可以拓展到任意形状杆件的平面弯曲变形的计算,且对比传统方法更具一般性;而且在增加初参数的情况下,该方法可以分析超静定杆件的弯曲变形问题。通过两个求解杆弯曲位移方程的算例,验证了该方法的正确性。     

基于克里金模型的微电热驱动器优化设计

基于局部型四维参数的函数,采用克里金代理模型和遗传-粒子群（GA-PSO）优化算法,开展大位移U型电热驱动器优化设计研究. 建立U型电热驱动器的多物理场仿真模型并进行实验验证. 发现在不同电压下,电热驱动器仿真位移与实验位移曲线一致,从而保证克里金模型中样本数据来源的可靠性. 搭建ANSYS和MATLAB联合自动仿真平台以解决克里金模型中样本数据的批量采集问题. 基于该平台,采用简单随机抽样的方法,得到不同采样点下电热驱动器的位移,从而形成样本数据. 根据样本数据建立克里金模型并基于该模型采用遗传-粒子群算法进行参数优化. 研究结果表明,克里金模型能代替有限元模型准确预测驱动器的位移;控制驱动器形状的4个关键参数与位移成单调关系;经形状优化后,18 V电压下U型电热驱动器的位移提高35.2%.     

张力结构形状调整优化分析

通过在张力结构杆件中引入作动器,主动调整杆件的长度,改变结构的形状,以提高张力结构的刚度和减小结构受力.定义了结构的合理工作状态系数,得出了作动器与杆件串联时的综合刚度和考虑作动器主动变形量的结点位移方程.以结构工作状态系数最小为目标,以作动器主动变形量为未知量,考虑索的应力约束、结点的位移约束以及作动器参数等约束条件建立了优化模型,编制了相应的求解程序.通过算例表明,作动器工作调整张力结构的形状后,在相同荷载作用下,结构的刚度大大提高,并且通过合理地布设作动器,可以达到杆件受力减小而结构刚度增大的优化目的.     

移动荷载作用下土—结构共同作用的积分方程法分析(英文)

根据饱和土体Biot理论,采用薄板理论与最小势能及子结构法,将土—结构作为整体系统,利用接触边界处位移连续、应力平衡条件,建立了移动荷载作用下饱和土体上部结构振动的积分方程,然后再利用Fourier逆变换,得到土体、结构及基础筏板在时间—空间域内的位移、应力,并利用文中方法进行了算例分析.     

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析.结果表明:试验桥墩位移延性为5.3～...     

CRH2型动车组轮轨接触计算及车轮强度CAE分析

为了分析计算CRH2型动车组在垂向静载荷作用下的车轮最大计算载荷,并确定轮轨接触斑的几何形状参数,利用SolidWorks软件模拟出车轮及静载下的轮轨接触有限元模型,并于Simulation中通过提取分割几何线的方法进行有限元图解分析。结果表明,垂向静载条件下车轮一周踏面横向位移呈三角函数曲线变化趋势,计算模拟仿真结果可用于横向稳定性计算、车轮动态横向响应曲线计算等,还可用于轨道几何参数和轮轨外形的合理选择。     

多胞织物结构复合材料静态弯曲性能与有限元分析

通过自行改装织机,织造三维多重纬经角连锁玻璃纤维织物,用真空辅助树脂模塑成型工艺（VARTM）和不饱和聚酯制备复合材料．测试该复合材料试件准静态三点弯曲性质,得到弯曲载荷位移曲线,观测并分析该复合材料破坏模式．建立该复合材料单胞模型并编制反映该材料属性的用户子程序UMAT,结合商用有限元程序包ABAQUS计算复合材料三点弯曲破坏过程．比较实验和有限元计算得到的载荷位移曲线、破坏形态,发现两者具有较好的一致性,证明该用户子程序UMAT可以用于多胞织物复合材料的工程结构设计．