三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

铝合金筋体外预应力加固混凝土梁受力性能研究

铝合金具有轻质高强、延性好、低温脆断敏感性小、耐腐蚀等优点,可用于侵蚀环境及寒冷环境下结构体外预应力加固工程.本文对铝合金筋的材料性能进行试验研究,建立了铝合金筋本构关系模型,应用有限元程序ANSYS对既有体外预应力加固混凝土梁的受力过程进行模拟分析,通过计算结果和试验结果的对比分析验证了有限元分析模型的合理性.根据等截面原则和等强度原则,应用铝合金筋分别替换既有混凝土梁的体外预应力筋,对其进行有限元分析.结果表明,与传统体外预应力加固混凝土梁相比,采用等截面原则加固后的铝合金筋体外预应力混凝土梁,可以在适当提高延性的基础上,部分提高混凝土梁的承载能力;采用等强度原则加固后的铝合金筋体外预应力混凝土梁,可同时显著提高混凝土梁的承载能力和延性.     

基于遗传算法的桁架形状优化及最小质量设计

在工程结构的优化设计中,应用遗传算法的基本原理,研究了离散设计变量全局寻优等传统优化方法难于解决的特殊问题。以平面桁架梁作为解析例,选取桁架的节点坐标和杆件的截面特征为设计参数,模拟遗传操作过程中的生物进化机制,对桁架的构成和形状的优化问题进行了解析。得到桁架在不同情况下的形状优化解,并使桁架质量趋于最小。研究结果验证了遗传算法在桁架的形状最优化和最小质量设计中应用的可行性。     

内压作用下斜接弯管纵向半穿透裂纹应力强度因子研究

采用三维有限元技术,应用ANSYS对内压作用下含纵向半穿透裂纹斜接弯管的应力强度因子进行了系统的分析。建立了三维有限元裂纹模型,对裂纹前沿应力强度因子的影响因素进行了研究,分析了不同内压下无量纲参数裂纹相对深度a/t、裂纹相对形状b/a、管壁相对厚度Do/t对应力强度因子的影响。     

对集中力作用下简支梁弯曲强度的讨论

本文研究了简支梁在各种集中力作用下的弯曲强度,指出了目前材料力学教材中“把较大的集中力分散成较小的力,作为提高梁弯曲强度措施之一的不全面处。同时,认为设法避免梁中间直接作用集中力可作为提高梁弯曲强度的措施。     

内压和弯矩作用下焊制斜接弯管穿透裂纹KI的有限元解

采用有限元方法,建立含裂纹焊制斜接弯管有限元模型.针对内压和弯矩作用下的两种不同载荷条件,计算不同壁厚、不同长度穿透裂纹的应力强度因子KI,得出形状因子F,并拟合成计算式.可供工程安全评定实际应用.     

基于ANSYS软件的工程机械轮胎后充气装置机架的轻量化研究

应用ANSYS Workbench有限元分析软件对工程机械轮胎后充气装置机架（以下简称机架）进行轻量化研究。结果表明：在满载工况下,机架的结构强度和刚度存在较大盈余;通过试验验证机架有限元模型准确;形状优化和尺寸优化后,在满足强度和刚度的前提下机架总体质量减小了30.57%;根据形状优化和尺寸优化结果对机架结构进行改进,机架应力分布得到改善。该轻量化设计及结构改进方法对相关机械设备的结构优化具有一定的参考价值。     

碳纤维复合材料圆梁弯曲振动有限元分析

碳纤维复合材料圆梁作为片状物料传送的旋转部件使用时,对其承载强度、刚度以及振动性能的要求一直较为严格。本文在结合材料力学和经典层合理论的基础上,利用ANSYS有限元软件建立三维圆梁模型,对碳纤维复合材料圆梁在定载荷下的弯曲和振动进行模拟。结果表明:纤维小角度铺层能提高圆梁的抗弯刚度,在考虑自重的定载荷条件下,壁厚变化与重力方向最大变形之间存在临界值;通过分析梁的振动模态,提取前6阶振动频率与振型,可知碳复合材料圆梁具有较强的抗振能力。     

大型PTA蒸汽管回转干燥机的有限元分析

用ANSYS程序建立了我国自主设计的PTA干燥机的三维有限元模型,计算得到了干燥机在不同载荷工况下的应力强度、位移分布云图,并对计算结果进行分析。自主设计的PTA干燥机满足强度条件、刚度条件。     

非均质复合材料力学性能分析的多边形有限元方法

有限元方法是材料力学性能分析的主要工具.对于颗粒增强复合材料,其增强相或夹杂多为不规则的多边形,共采用经典有限元分析,需划分稠密的计算网格,降低分析效率.本文以多边形为有限元计算单元,采用Wachspress作为试函数,建立分析非均质材料力学性能的多边形有限元方法,给出形函数计算的简化公式.多边形单元的位移插值采用Wachspress插值,能自动满足不同形状单元间的协调性.计算网格按照材料分布的真实结构划分为若干多边形单元.数值算例验证了多边形有限元在模拟非均质材料力学性能方面的有效性和计算精度.     

基于分形理论和扩展有限元法的钢纤维混凝土损伤破坏机理

为研究钢纤维混凝土损伤破坏过程和裂纹发展演化机理,基于分形理论和扩展有限元法,建立钢纤维混凝土立方体抗拉试验细观有限元模型和切口梁三点弯曲试验有限元模型,以相关试验测试结果为基础,比较验证了所建有限元分析模型的可靠性。以裂纹分形维数表征钢纤维混凝土损伤演化过程,考察不同钢纤维体积掺量和长度、粗骨料形状等重要因素对钢纤维混凝土损伤演化过程的影响。结果表明,基于裂纹分形维数的损伤值可以较好地反映钢纤维混凝土的损伤演化过程及特征,钢纤维体积掺量、长度的增加和骨料形状的不规则化会延缓钢纤维混凝土立方体试件的损伤演化过程,钢纤维体积掺量、初始裂纹距跨中距离的增加和初始裂纹缝高比的减小可在较小程度上延缓钢纤维混凝土切口梁的损伤演化过程。     

Structural shape optimization of bonded joints using the ESO method and a honeycomb-like mesh

This work presents an application of the evolutionary structural optimization (ESO) method to optimize two of the most common bonded joints – the single lap joint and the double lap joint. The ESO method was used to shape the adherends contour to reduce peak stresses at the overlap ends. The shape optimization was performed under a von Mises rejection criterion. The von Mises stress was evaluated using the finite element model for both types of joints. It is proposed here to utilize a honeycomb-like mesh using hexagonal elements to minimize stress concentration problem. Additionally, the use of a honeycomb mesh in the ESO method led to a smoother adherend contour. Numerical results show how the stress distributions for both shear and peel stresses are improved after the application of this optimization method.     

受压容器开口补强的优化设计

将有限元应力分析方法与设计方法相结合 ,提出了基于受压容器口补强的极限分析理论和优化设计思想 ,采用有限元前处理程序 ,自动生成常见球罐和柱罐的优化力学模型 ,并在屏幕上或用汇图仪绘制出罐体的三维图形。建立起受压容器开口补强优化设计的教学模型。根据此问题的特殊性 ,采用改进后的 0 .6 1 8法进行优化计算 ,优化过程中将模型划分成可变域和不可变域两部分 ,利用计算机的顺序文件存贮不变域单元刚度阵 ,提高了有限元重分析的计算效率     

Prediction of optimal preform thickness distribution in blow molding

A finite element optimization method is presented that determines the optimal thickness profile of a preform for a blow-molded part having the required wall thickness distribution. The optimization method is based on a method of feasible directions and the design variables are thicknesses of finite elements. The step size is determined by using a Brent 1-dimensional minimization method. Two methods for determining feasible directions are compared. A finite element model is formulated based on the thin membrane approximation, which relates the preform wall thickness distribution to the wall thickness distribution in the blow-molded part. Triangular or conical frustra elements are used to describe deformed shapes of the preform for 2-dimensional axisymmetric deformations. An incompressible nonlinear elastic constitutive model describes the material response. The accuracy of the finite element model used is evaluated by comparing the model predictions to published experimental data and computer simulations.     

CAESAR Ⅱ在管道设计中的应用

管道应力分析是实现管道设计既经济合理又安全可靠这一目标的手段和方法。运用CAESARⅡ有限元软件,采用梁单元建立管道的整体有限元模型。CAESARⅡ软件内置各种常用的管道设计标准,对输入的管道模型作充分的分析和计算,对受力作全面的模拟,从而得出管道在各种工况下(包括各种组合工况)的受力情况和变形位移结果,检查是否满足规范要求的管道应力分布情况,最终通过改变管道约束条件使其满足要求。     

Interface determination in bicomponent extrusion

The unidirectional flow of two immiscible fluids with different viscosities in a long die of arbitrary shape is considered. Mathematically, the problem has a continuum of solutions corresponding to arbitrarily prescribed interface shapes, but experimental evidence indicates the existence of a unique interface shape with the less viscous fluid encapsulating the more viscous fluid. With the introduction of the minimum viscous dissipation principle, which postulates that the amount of viscous dissipation is minimized for a given flow rate, the problem becomes a nonlinearly constrained optimization problem. A generalized reduced gradient/finite element method combination is used to predict the interface shape when two inelastic fluids are considered. The effect of the viscosity ratio and flow-rate ratio on the interface shape is examined for different die geometries. Inner layer breakup phenomena are predicted and explained for complex die geometries.     

陶瓷液压机上横梁的有限元疲劳寿命研究

通过PROE建立液压机横梁的三维模型,然后采用有限元分析的方法,通过ansys软件对液压机的上横梁进行疲劳分析,得到液压机上横梁在工作工程中的应力和疲劳情况,可以作为压机结构优化设计的根据。     

基于模态应变能法功能梯度Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁模型对损伤识别的影响分析

随着功能梯度梁的跨高比从小(厚梁)变到大(薄梁),梁的变形受到剪切变形的影响就会从大变到小。为了准确分析功能梯度梁的变形,跨高比小的厚梁采用Timoshenko梁模型,而跨高比大的薄梁采用Euler-Bernoulli梁模型。采用这两种梁模型进行功能梯度梁自由振动的有限元计算,分析单元刚度矩阵、质量矩阵和模态阵型等存在的差异。通过数值算例,研究了这两种梁模型的差异对模态应变能法的损伤识别指标的影响。对于厚梁,Timoshenko梁模型的损伤指标优于Euler-Bernoulli梁模型;对于很薄的梁(例如,l/h=25时的薄梁),Euler-Bernoulli梁模型的损伤指标优于Timoshenko梁模型。     

多联硫化机上横梁构型有限元分析及优化

硫化机工作时上横梁是承受锁模力的关键部位,其强度和刚度不仅影响硫化机的寿命,而且影响锁模精度。采用ANSYS有限元分析软件对多联硫化机上横梁不同构型进行比较分析,在满足刚度和强度要求的基础上,经过结构改进和优化,上横梁总质量降低了22.8%,并降低了成本。     

基于应力和变形值最小的复合材料含孔板孔形参数有限元优化

本文基于对复合材料孔板主承力接触区的有限元强度分析结果,利用APDL参数化有限元分析技术,以孔板第一主应力S1和X方向上的变形UX的最大值作为目标函数,对孔形参数进行优化。设计出基于应力和变形最小的开口形状,并得出了孔形参数与应力、变形之间的相互关系。