正交异性板疲劳分析及构造细节改进设想

针对正交异性钢桥面板疲劳开裂的普遍现象,对正交异性钢桥面板疲劳构造细节进行分析,重点讨论了几种典型的疲劳裂纹易发生部位及其失效模式.根据现场实测轴载谱,利用有限元软件对某实桥典型疲劳细节的疲劳寿命进行了计算.分析结果表明:按照国外规范计算,该桥疲劳验算点寿命能够满足要求,但是按照该桥实测轴载进行疲劳验算,纵肋对接焊缝、纵肋与顶板焊缝细节则均不能够满足要求.为提高正交异形板抗疲劳性能,需减少焊缝或提高焊缝抗力,并提出了两种新的构造细节的改进设想.     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

针对角钢堆垛对翻转电磁铁进行结构优化

为满足小H型钢生产线在角钢堆垛的工艺需求,对现翻转电磁铁设备结构进行优化,使优化后的翻转电磁铁能满足角钢的堆垛需求。根据工艺需求对堆垛翻转电磁铁优化改造后,很好的实现了角钢的堆垛功能。     

ZG20SiMn铸钢的应变疲劳行为研究

为了深入理解ZG20SiMn铸钢在应变疲劳期间的循环变形及断裂行为,在应变控制模式下针对ZG20SiMn铸钢的疲劳行为进行了研究.结果表明,在应变控制的加载模式下,ZG20SiMn铸钢可表现为循环硬化和循环稳定特征,主要取决于外加总应变幅的高低,且其弹性应变幅、塑性应变幅与疲劳断裂时的载荷反向周次之间表现为单斜率线性行为.透射电镜分析结果表明,ZG20SiMn的疲劳变形机制主要为波状滑移机制.扫描电镜分析结果表明,在不同的外加总应变幅下,疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于ZG20SiMn铸钢试样表面,并以穿晶方式扩展.     

单调扭矩下角钢桁架型钢混凝土构件复合受扭性能研究

针对我国目前型钢混凝土在实际工程中的广泛应用,而国内外对型钢混凝土复合受扭构件研究极少,通过制作3根承受单向压、弯、剪、单调扭矩复合作用下的角钢桁架型钢混凝土构件,以轴压比和扭弯比为研究参数,揭示了角钢桁架型钢混凝土柱复合受扭作用下的破坏特征和裂缝发展规律;对复合受力构件在扭矩作用下的非线性性能（包括扭矩-扭率关系、开裂扭矩、延性和承载力）进行了深入研究.     

一种基于拉-剪破坏的边坡动力稳定性分析方法

为量化地震作用下边坡的稳定性,优化矢量和方法并计算出相应动态安全系数,基于边坡在地震作用下的破坏模式:坡顶拉裂缝和坡脚剪切裂组合形成的贯通滑动面,推导出拉-剪破坏下矢量和法的安全系数公式,通过自编程序得到边坡潜在滑动面曲线和动力安全系数,并通过算例验证方法的正确性.针对岩质边坡,利用新、旧两种矢量和方法进行动力稳定性分析,结果表明:边坡潜在滑动面会随着地震持续时间向边坡内部走移;两种方法得到的安全系数趋势一致,但拉-剪破坏模式的下滑趋势角度更大;在拉-剪破坏模式下,边坡的安全系数有所降低,其中,边坡的综合安全系数降低了3%,说明原先的方法高估了边坡的稳定性.优化后的矢量和法能够更具体地反应出边坡在地震过程中的稳定状态,为抗震设计提供更加准确的理论指导.     

汽车后扭力梁结构的模态分析

为揭示某汽车后扭力梁在实际道路激励工况下容易出现振动疲劳的机制,需要对结构固有振动特性进行分析。为了得到后扭力梁结构更为准确的固有振动特性,对模态试验中的悬挂位置、激励位置和测点位置的布置方式进行重点分析,并结合结构的实际情况进行优化。采用优化后的最佳模态试验法识别后扭力梁结构在自由-自由工况下的模态参数,得到结构固有频率和振型特征。通过对比可知：后扭力梁结构前10阶自由模态频率吻合很好,误差控制在6%内。这表明采用优化后的模态试验方案能够更为准确地识别结构的模态频率,得到结构固有振动特性。     

客车底盘结构安全性分析与轻量化设计

传统车辆设计与优化依赖专家经验,导致开发周期长、人力物力消耗大,难以紧跟市场需求,而有限元技术的发展为车辆结构设计与优化提供丰富的手段. 本研究以某客车底盘车架为对象,以操稳及结构安全性为导向,对车架进行轻量化设计. 首先,对客车底盘进行了有限元模型建立与简化. 在此基础上,进一步定义了载荷加载方式和计算工况. 其次,结合工程实际,对当前底盘车架进行改进后,明确目标函数、约束条件与变量,提出了优化方案对底盘进行轻量化设计. 通过模态分析、应力分析与变形分析,对弯曲、制动及转弯工况下的优化方案进行了验证. 结果表明,所提出的优化方案在满足车辆动态性能基础上,有效实现了轻量化优化,提升了操稳及结构安全.     

汽车扭杆悬架及扭杆弹簧的优化设计

本文论述了扭杆悬架及扭杆弹簧的优化设计方法。由于扭杆受到的是循环应力,因此设计时考虑了疲劳失效问题;对薄壁扭杆设计时还考虑了扭转失稳问题,这样就使设计更为安全可靠。并用PC—1500计算机绘出了可行设计域及目标函数的等高线,确定出优化解。     

角钢-双T型纵横梁拼接节点承载特性研究

拼接节点作为钢桁架结构重要的连接部位,其承载力和刚度是影响钢桁架整体结构安全性和稳定性的重要因素。本文结合大直径钢桁架筒仓施工支撑平台设计提出两种角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,为研究其承载特性,采用静力加载试验和有限单元法,对这两种拼接节点进行研究,分析相同受力和相同约束等条件下带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点的抗弯刚度、极限荷载及破坏模式,以确定较合理的角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,实现大直径钢桁架筒仓施工支撑平台的装配化施工。研究结果表明：相同约束条件下,当荷载达到150 kN时,试验测得带腹板连接板拼接节点的位移比带腹板端板拼接节点的位移小–1.73%,且其抗弯刚度比带腹板端板拼接节点高8.76%。采用有限单元法对带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点进行数值模拟,当荷载达到极限荷载200 kN时,带腹板端板拼接节点塑性变形较大,最后带腹板端板拼接节点先于构件发生剪切破坏;当荷载达到极限荷载220 kN时,带腹板连接板拼接节点塑性变形较大,最后构件先于带腹板连接板拼接节点发生压屈破坏。带腹板连接板的拼接节点更符合“强节点弱构件”的节点设计原则,满足大跨度钢桁架节点拼接要求,其研究成果为钢桁架整体结构性能的研究提供理论依据。     

钢-混凝土组合梁纯扭及复合受扭性能

为了研究钢-混凝土组合梁的扭转性能,对5根新型外包钢-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭试验,研究了组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态、工作机理以及裂缝开展分布的情况,比较分析了组合梁扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝开展之间的相互关系。通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了在组合梁纯扭及复合受扭作用下的开裂扭矩计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式。结果表明：理论公式计算结果与试验结果吻合良好,为评估结构的安全性及稳定性提供了依据。     

云服务模式下设计方案的优选决策方法

针对云服务模式下设计方案在多目标优选决策过程中未能充分考虑到用户多元化和差异性的需求问题,提出结合质量功能配置和粗糙集理论的设计方案优选决策方法. 该方法在分析云服务模式的基础上,引入用户参与的设计决策过程方式和模糊评价机制,对用户需求进行聚类分析和智能转化. 建立面向用户需求的设计方案评价指标体系,对网络化协同设计过程中的设计方案评价指标的重要度进行准确量化. 遵循科学性与系统性相结合的原则,提出云服务模式下设计方案优选决策三阶模型. 结合粗糙集理论和粗糙逼近理想解法,对该模型进行求解. 以云服务平台上的游艇设计方案为例,验证该方法的有效性和可行性.     

超限高层建筑整体模型模拟地震振动台试验研究

为对超限高层结构的破坏机理和抗震性能进行深入研究,对一高宽比超限的复杂高层建筑进行了1/15的模型模拟地震振动台试验。研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下模型的加速度反应、位移反应、应变反应和扭转效应,并根据模型试验结果和相似关系反推到原形结构,研究了原形结构的破坏机理和破坏形式。试验及分析结果表明,原形结构的前三阶振型周期分别为1.795 s（Y向平动）,1.72 s（ X向平动）和1.423 s（整体扭转）,扭转与平动周期比为0.79;原形结构在7度多遇和罕遇地震动作用下弹性位移角和弹塑性位移     

剪切疲劳荷载下无砟轨道灌缝胶低温粘附特性

为研究无砟轨道聚氨酯灌缝胶在剪切疲劳荷载下粘附性能发展规律,依据灌缝胶工况开发了剪切疲劳试验及低温粘附特性直接拉伸试验,对经不同次数剪切疲劳加载的粘附性试件进行直接低温拉伸试验,分析剪切疲劳前后不同灌缝胶最大拉力、破坏位移指标的变化规律,及拉力-位移曲线的发展特性.结果表明:对未经疲劳加载的灌缝胶,材料异氰酸酯指数R与粘附强度呈正相关,与粘附抗变形能力呈负相关;疲劳加载后,R与材料抗疲劳性能呈负相关;疲劳加载初期,R较小的灌缝胶因体系内链段取向而出现粘附性能提高、离散性变大现象;疲劳加载过程中,由于材料内部介质不连续导致最大拉力指标稳定性优于破坏位移;随剪切疲劳加载次数增加,材料内部损伤累积破坏了粘附整体性,使失效模式由脆性破坏趋向于韧性破坏;基于试验结果,推荐抗剪切疲劳性能较好灌缝胶R宜在1.7~2.5之间.     

风电与电动汽车协同并网调度环境与经济模型*

建立了风电与电动汽车协同并网环境与经济优化调度模型。采用Weibull分布模拟风速进而得出风电出力,用蒙特卡罗模拟法模拟定量电动汽车不同V2G模式功率。调度风电与电动汽车协同入网,车主响应系统调度满足与风电、负荷时空互补性,最大程度地消纳风电、减小负荷曲线的波动。以火电机组的运行成本和CO2排放量最小化为目标,应用改进粒子群多目标优化算法求解模型,在MATLAB环境下仿真分析比较电动汽车不同V2G模式和入网数量对机组优化结果的影响。     

矿用液压支架掩护梁结构强度优化的研究

在整个采煤过程中,液压支架作为煤矿开采的支护设备,它的高强度性和高安全性直接决定了煤矿开采作业的生产安全。根据目前对液压支架整体结构研究和实际采煤作业中发现掩护梁是液压支架整体较薄弱部位,特别是在顶梁受扭转载荷时更为突出。利用Hyperworks软件针对扭转载荷下的掩护梁进行了静力学分析和拓扑优化分析,在此基础上提出了结构优化方案,并对优化方案进行了相同工况下的静力学分析。对比优化方案的分析结果显示方案四使最大应力减小了24.46%,同时重量降低194 kg,最大位移也有所降低,优化结果最理想。对液压支架的整体优化提供了技术支持,完成了强化结构的同时液压支架总体轻量化的设计目标。     

长江下游某人工河道软土边坡加固方案对比

依托长江下游某人工河道加固二期工程,通过对工程实际地质条件的考察,结合一期工程中出现的边坡失稳现象,改进了原抗滑桩加固方案的核算方法,找出了原加固方案的不足之处。针对边坡土层中存在软弱层的实际情况,提出了采用水泥搅拌桩加固方案。通过15%、20%和30%三种不同置换率加固方案的计算,找到满足边坡安全稳定需要的加固范围。通过Geo-slope软件计算结果,发现不同置换率下的加固方案通过调节加固范围均可使边坡施工期安全稳定系数达到规范要求的标准。     

矿用卡车货箱二工况综合轻量化设计

为了提高工程运输车辆的燃油经济性,降低煤炭企业开采成本,以矿用卡车货箱为研究对象,提出一种矿卡货箱的二工况综合轻量化设计方法.首先,建立矿车货箱的有限元模型,分析了满载匀速行驶和举升卸货两种典型工况下货箱的强度性能.以两种典型工况建立参数优化模型,定义5个设计变量,采用最优拉丁超立方抽样法得到样本点,在建立的二工况综合...     

风电与电动汽车协同并网调度环境及经济模型

建立了风电与电动汽车协同并网环境及经济优化调度模型.采用Weibull分布模拟风速进而得出风电出力,用蒙特卡罗模拟法模拟出定量电动汽车不同V2G模式下的充放电功率.调度风电与电动汽车协同入网,车主响应系统调度并满足与风电、负荷时空互补性,最大程度地消纳风电、减小负荷曲线的波动.以火电机组的运行成本和SO_2排放量最小化为目标,应用改进粒子群多目标优化算法求解模型,在Matlab环境下仿真分析比较电动汽车不同V2G模式和入网数量对机组优化结果的影响.     

应力三轴度和Lode角的舰用钢动态失效准则

准确获得舰用钢的失效特性是开展爆炸冲击等载荷作用下舰船毁伤评估的重要前提,应力三轴度和Lode参数是衡量材料应力状态的重要参量.为综合考虑应力状态、应变率和温度对舰用钢失效特性的影响,将考虑应力状态的MMC准则与考虑应变率、温度效应的J-C断裂准则相结合,提出了基于应力三轴度和Lode角的典型舰用金属动态失效准则,基于ABAQUS平台开发了VUMAT材料子程序,给出了动态失效准则的一般流程和实现方法.最后,通过开展一级轻气炮发射弹体侵彻2 mm厚舰用低碳钢穿甲试验,获得弹体侵彻钢板前后的速度变化,结合弹体侵彻钢板后剩余速度的比较对失效准则的有效性进行了验证.结果表明,考虑应力三轴度和Lode角的动态损伤失效准则能有效预测舰用金属材料的动态损伤失效,新模型较常用的J-C断裂准则在预测弹体剩余速度方面具有更高准确性.新准则可用于预测爆炸、冲击和侵彻等载荷作用下舰船结构爆炸破口尺寸、破坏模式、弹体剩余速度等.