装载机虎头结构焊接顺序优化数值模拟分析

装载机虎头存在突出的焊接变形问题,为了减小焊接变形,得到最优焊接顺序方案,利用热弹塑性有限元方法建立了有限元模型,并对装载机后车架虎头结构焊接变形进行了数值模拟计算.分析了虎头结构的四种变形趋势,定量地对比了不同焊接顺序下虎头结构各部位的最大焊接变形点,得到优化的焊接顺序.该顺序模拟结果:侧臂最大挠曲变形量为8 mm,框架扭转变形量为4 mm,侧臂收缩变形为12 mm.对预测的最佳焊接顺序下的变形模拟值和实测值进行了对比,结果表明,两者吻合良好.     

客车转向架构架结构强度仿真计算分析及优化

为了得到精确数值解，根据UIC515-4确定的构架强度计算载荷工况，利用大型有限元分析软件ANSYS对客车焊接结构转向架构架进行了有限元计算分析，并根据静强度计算结果对构架结构进行了优化。     

基于有限元的转向架构架强度分析与优化

本文简要介绍了100％低地板现代有轨电车转向架构架的结构,建立了有限元模型,并对构架进行了强度计算和评定,通过对构架的局部优化,使转向架焊接构架静强度和疲劳强度均满足要求。     

基于双目标传感器分布优化的转向架构架状态监测

研究提出一种基于传感器分布优化的转向架构架状态监测方法,采用小波变换和主成分分析对构架正常状态下的多工况振动信号进行特征提取和降维,以支持向量数据描述(SVDD)超球体半径定义双目标优化函数:传感器数量和超球体聚类指标,并基于改进的非劣分层多目标遗传算法(NSGA-II)对传感器分布进行优化。在此基础上,搭建转向架构架状态监测实验平台进行构架异常状态识别研究,结果表明:1)经优化后的传感器分布方案能以较少的数量保证很好的构架异常状态监测效果,当传感器分布优化方案中传感器数量分别为1,2和3时,识别率分别为79.24%,94.80%和99.81%;2)以转向架构架正常状态样本集构建的SVDD模型对异常状态具有很好的识别效果。     

时间反转在列车转向架声发射源定位中的应用

针对高速列车转向架的动态检测提出一种新的损伤声源定位方法,采用声发射检测技术对转向架易损伤的焊接部位进行时间反转定位方法研究。首先利用有限元软件建立转向架焊接部位结构有限元模型;然后在模型上模拟发出一个声发射损伤信号,通过预置的声发射传感器接收声发射源信号;最后根据时间反转聚焦原理对接收信号进行处理,并通过检测区域成像,确定损伤声发射源的准确位置。数值仿真实验结果表明:该定位方法能够准确定位声源位置,定位结果比常规四点圆弧法更精确。     

某车体侧墙立柱焊接过程CAE仿真研究

随着计算机技术的发展,铝合金焊接的数值模拟技术被越来越多的应用,在城市轨道交通行业、车辆制造等工程领域,铝合金因其材料的特殊性,焊后残余应力、焊接变形复杂,其焊接过程的控制成为制造控制的重要因素,本文运用现车焊接试验与有限元分析相结合的方法,利用现实与虚拟协同再现了某铝合金车体侧墙的焊接试验,由此控制和预测的项点包括焊接热输入、焊接残余应力、焊接温度场等参数,解决铝合金车体侧墙在制造过程中的焊接问题。本文利用大型商用有限元软件ABAQUS构建了铝合金车体侧墙的有限元模型、材料本构模型、夹具拘束作用模型,通过与工艺试验对比,实现焊接过程的控制。     

ITER装置环向场线圈盒焊接变形调控数值模拟研究

目的 对国际热核聚变装置中环向场线圈盒AU1段的焊接过程进行有限元数值模拟分析,探究焊接坡口类型和焊接工装对侧板焊接角变形的影响。方法 基于ABAQUS有限元计算平台,建立等截面尺寸简化的线圈盒AU1模拟件的有限元模型,通过二次开发移动单元体热源模型实现多层多道焊接模拟。在AU1模拟件的基础上设计对称和非对称的2种焊接坡口,并分析2种坡口结构侧板角变形的大小和规律。通过将防角变形工装抽象为边界条件,实现了该工装的功能,研究了防角变形工装调控焊接角变形的效果。结果 非对称坡口和对称坡口结构产生的侧板角变形规律基本相同,但前者的最终角变形为22.5 mm,大于后者的18.1 mm;在AU1结构焊接过程中,当焊接至约76 mm厚度时,角变形先是变化较快,而后逐渐趋于稳定;在焊接至约76mm厚度之前对焊接工装进行调整,可使焊接厚度为280mm时的侧板角变形由同期的22.7 mm降低至4.0 mm。结论 移动单元体热源模型很好地平衡了计算效率与准确性,使用对称坡口可以获得更小的角变形,对防角变形工装进行及时调整可以大幅度减小侧板的角变形。     

Timoshenko梁功率流主动控制研究

为了研究扰动影响下梁式结构的动力学响应与主动控制,首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了悬臂梁结构的动力学模型并获得了其在扰动下的精确动力学响应,进一步得到结构中传播的功率流,并以此为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,实现了Timoshenko梁结构的功率流主动控制。对Timoshenko梁结构动力学响应与功率流主动控制方法进行了数值计算,并与Euler-Bernoulli梁理论计算结果进行了对比分析。结果表明：采用行波方法计算梁结构的动力学响应准确可靠;Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型在中、高频段更为精确,且更接近工程实际;通过数值计算与分析验证了基于行波方法功率流主动控制的正确性与有效性,并且功率流主动控制可以明显降低梁式结构全频域内的抖动。     

三维耦合Timoshenko梁功率流主动控制研究

研究了三维耦合梁结构中的功率流传播与主动控制。首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了包含弯曲波、纵波与扭转波的三维耦合梁结构动力学模型,并获得了其精确动力学响应;进一步得到结构中传播的主动功率流,分析了纵波与扭转波对总功率流计算结果的影响;以主动功率流为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,最终实现了三维耦合梁结构的功率流主动控制;进行了数值仿真,结果表明:采用行波方法计算三维耦合梁结构的动力学响应准确可靠;在进行三维耦合梁结构功率流计算时,需考虑纵波和扭转波的影响;包含剪切变形和转动惯量影响的Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型计算的结果更为精确,且在中、高频段尤为突出;功率流主动控制可以明显降低三维耦合梁结构在频域和空间域中的振动功率流,且最优控制力的微小偏差与误差传感器的位置对控制效果的影响较小。     

ZMA080型转向架构架侧梁加工夹具设计

本文以ZMA080型转向架构架侧梁为例,运用三维软件Solid Works对其侧梁进行建模,进而分析其结构形式,设计专用加工夹具。利用Solid CAM软件对侧梁进行模拟数控加工,进而验证所设计工装的可行性,从而提出改进方案,从而达到优化设计的目的。     

钢框架连续倒塌的模拟方法研究

对钢框架结构在进行连续倒塌分析时的计算模型进行了研究。以1个两层两跨平面钢框架为例,分别建立了传统的理想刚接杆系模型和实体模型,采用抽柱法对2种模型进行了动力非线性分析,比较分析结果得出传统的理想刚接杆系模型由于没能考虑节点的受力与塑性变形,不能准确地反映结构连续倒塌的动力效应,使得结构抗连续倒塌性能评估结果偏不安全。对引入节点机械模型的平面钢框架进行连续倒塌分析,其计算结果与实体模型的结果接近,可较准确地反映结构抗连续倒塌性能,且耗时远小于实体模型的计算时间。建议对框架结构进行连续倒塌分析时采用引入节点性能的杆系模型。     

基于共旋坐标法的带刚臂平面梁元非线性分析

为解决平面梁元在相交处可能存在的刚性连接问题,根据带刚臂平面梁元在受力后的运动和变形特点,该文基于共旋坐标法推导出两端带任意刚臂的平面梁元的切线刚度矩阵显式表达式,给出了不平衡力的精确全量算法,并提供了详细的计算步骤。利用该文的研究成果编制了程序,对无刚臂和有刚臂的平面梁结构进行了几何非线性分析。计算结果表明:这种非线性单元列式的正确性和非线性求解过程的收敛性,实用价值较强。     

装配式梁柱转动摩擦耗能节点抗震性能试验研究

为了减轻传统钢框架的梁柱节点在强震作用下的损伤与破坏,提出了一种装配式梁柱转动摩擦耗能节点,阐述了该节点的构造形式与工作机理,对其进行了低周反复加载试验,系统研究了该节点的抗震性能,建立了其恢复力模型,并与试验结果进行了对比分析.研究结果表明,装配式梁柱转动摩擦耗能节点利用连接钢板与黄铜板之间的转动摩擦耗能,其滞回曲线...     

钢框架结构在坠落块体撞击作用下的动力效应分析

局部构件失效导致钢框架结构的传力路径发生变化,除了影响正上方结构的受力性能,还可能使下层结构受到局部块体掉落冲击影响。下层结构能够抵抗撞击荷载,是框架结构抵抗连续倒塌的重要研究内容。下层框架梁碰撞的动力特性对研究其抗倒塌能力至关重要,其中最大位移和撞击力变化是关键的动力特性。考虑完全塑性撞击和完全刚性撞击两种极端情况,依据动量守恒和能量守恒,并结合框架梁的变形能函数,确定梁在块体撞击后最大位移的上限值和下限值,采用已有落锤撞击试验验证最大位移理论分析的准确性。研究表明:当坠块速度较小时,碰撞接近于完全刚性撞击;当坠块速度较大时,碰撞接近于完全塑性撞击;当坠块撞击点接近于跨中时,理论模型与有限元模型接近;当坠块撞击点位于约束端时,完全刚性理论计算值比模拟值偏大。     

基于柔度法梁模型的盾构隧道衬砌结构纵向变形计算方法

由于纵向力及螺栓屈服等因素的影响,盾构隧道衬砌结构的纵向抗弯刚度沿隧道轴线分布并不均匀。针对该问题,引入隧道在附加沉降变形条件下的典型内力分布模式构造内力形函数,建立基于柔度法的盾构隧道衬砌结构纵向梁模型,并通过在轴向和环缝两个层次引入数值积分方法进行求解;基于该模型,得到了在柔性边界和刚性边界两种典型边界下沿隧道轴线的环缝变形分布,并讨论了数值积分策略对于计算结果的影响。研究结果表明:纵向力和螺栓屈服的影响在结构纵向变形计算中不可忽略,而考虑以上两点因素后,结构由于受局部集中变形的影响,位移模式将非常复杂,所提出的柔度法模型则能够避免传统刚度法模型在处理该问题上的局限性,从而用很小的计算代价获得较为精确的隧道结构纵向变形。     

基于混合单元法的预应力混凝土梁非线性分析

利用共旋坐标法提出了一种预应力钢筋混凝土梁非线性分析的混合单元模型,在随转坐标系内,采用分层梁单元来模拟混凝土结构,带初应变的杆单元来模拟预应力钢筋,预应力钢筋杆元和混凝土梁元的变形协调则通过非线性刚臂来实现,通过刚臂单元两端节点位移和力的关系形成预应力钢筋对混合单元刚度矩阵的贡献,从而导出随转坐标系下预应力混凝土梁考虑材料非线性的切线刚度矩阵,几何非线性则由单元随转坐标系到结构坐标系的转换矩阵及其微分来体现,从而获得结构坐标系下混合单元模型的几何与材料双非线性切线刚度矩阵。数个钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土梁非线性分析算例表明:所提出的混合单元模型能较好地分析预应力钢筋混凝土梁非线性性能,具有一定的实用价值。     

基于刚架结构局部失稳原理的爆高计算

通过对拆除爆破中钢筋混凝土框架失稳过程的探讨,在分析立柱爆破后框架结构的内力特点后,提出了刚架局部失稳几个基本假定。采用极限载荷的分析方法,推导出结构适筋梁和少筋梁的极限弯矩计算公式。最后应用刚体系统虚位移原理推导出了刚架极限平衡状态下的临界压力,然后将该临界压力代入欧拉杆模型或阶梯压杆模型得到刚架局部失稳的最小爆高。该方法是基于几个基本假定和近似计算的一种工程实用方法,计算实例表明其具有较好的计算精度,可为工程爆破拆除设计和框架结构局部失稳现象的研究提供参考。     

梁撞击弹塑性波传播的动态子结构方法的研究

该文针对简支梁横向弹塑性撞击问题,建立动态子结构模型,推导了相应的动力学控制方程,并采用Newmark隐式积分法进行求解,将动态子结构方法应用于撞击激发弹塑性波传播问题的研究。考虑局部弹塑性接触变形,通过对撞击激发的弹塑性波传播,包括弯矩波、挠曲波、速度波和应力波传播过程的计算,研究动态子结构法分析弹塑性波的传播特征,弯曲波的弥散特征,以及塑性铰形成机理等的合理性。经过与三维动力有限元计算结果的比较表明,动态子结构方法可以合理地应用于柔性梁中弹塑性撞击瞬态波传播问题的研究。     

Elastic buckling analysis of 3-D trusses and frames with thin-walled members

 A finite element method is presented for the determination of the elastic buckling load of three-dimensional trusses and frames with rigid joints. The beam element stiffness matrix is constructed on the basis of the exact solution of the governing equations describing the coupled flexural-torsional buckling behaviour of a three-dimensional beam with an open thin-walled section in the framework of a small deformation theory. Large deformation effects are taken into account approximately through consideration of P−Δ effects. The structural stiffness matrix is obtained by an appropriate superposition of the various element stiffness matrices. The axial force distribution in the members is obtained iteratively for every value of the externally applied loading and the vanishing of the determinant of the structural stiffness matrix is the criterion used to numerically determine the elastic buckling load of the structure. The effect of initial member imperfections is also included in the formulation. Comparisons of accuracy and efficiency of the present exact finite element method against the conventional approximate finite element method are made. Cases where the axial force distribution determination can be done without iterations are also identified. The effect of neglecting the warping stiffness of some mono-symmetric sections is also investigated. Numerical examples involving simple and complex three-dimensional trusses and frames are presented to illustrate the method and demonstrate its merits. Received: 2 May 2000 / Accepted: 15 July 2002     

钢筋混凝土梁在低速冲击下的变形与破坏研究

通过分析钢筋混凝土梁在低速冲击下的应力状态和变形破坏多阶段的性状,建立了冲击体与梁局部与整体相互作用的刚性离散模型,推导了钢筋混凝土梁各构件在不同阶段的变形刚度,利用拉格朗日方程导出了弹性与塑性阶段的运动方程。分析表明：在低速冲击荷载作用下梁的变形与其动力特性、冲击体与梁的质量比Ms/Mb,冲击速度V0、冲击时间和冲击体形状密切相关。在足够宽的Ms/Mb、V0的变化范围内,钢筋混凝土梁呈现出一致的状态特性。