基于单元刚度矩阵法的二维微动平台刚度分析

刚度作为设计和评价全柔性机构的一个重要指标,在很大程度上影响着全柔性机构的动态性能和定位精度。利用材料力学中的单元刚度矩阵原理,根据柔性机构的结构特点进行单元划分。然后全面考虑机构中各单元的复杂变形,建立单元间的位移、力平衡方程,得到便于进行递推运算的刚度表达形式。以一种二维微动平台为例,给出了应用该方法的刚度分析过程,结果表明理论计算接近有限元分析数据。     

扩展有限元刚度矩阵的CSR存储实现

扩展有限元方法(XFEM)是处理裂纹、孔洞、夹杂等不连续问题中应用最为广泛的数值方法之一。XFEM基于单位分解方法,在标准有限元方法的位移近似函数中引入附加函数项来反映位移场的间断特性和奇异特性。附加函数项的引入,导致XFEM单元刚度矩阵大小不定,标准有限元方法的总体刚度矩阵的组集方法不能直接使用于扩展有限元方法中。本文提出一种基于‘广义相邻节点对’的非零元素存储方案,该方案通过使用广义相邻节点对和总体刚度矩阵中非零元素的位置一一对应的关系,配合大型稀疏矩阵的CSR存储格式(Compressed Sparse Row format:行压缩存储格式),直接从单元刚度矩阵组集形成压缩存储的总体刚度矩阵。该方案较好的解决了扩展有限元总体刚度矩阵的压缩存储和组集问题,详细阐述该方案的实现过程,将此方案成功实现于Fortran语言自主开发的扩展有限元程序中,并对程序的准确性进行了验证。     

耦合支承刚度的齿轮有限元接触分析

为了考察风电齿轮箱等紧凑重载型齿轮传动装置的箱体和轴承刚度对齿轮啮合性能的影响,用ANSYS软件的刚度矩阵单元MATRIX27来模拟箱体和轴承刚度,建立耦合支承刚度的齿轮有限元接触分析模型。箱体刚度由有限元静力分析法来求解。轴承刚度用轴承外载荷相对于内外圈位移求导来表示。以某1.5MW风电齿轮箱输出级齿轮传动为例,分析计算结果表明箱体、轴承刚度对齿轮啮合性能存在显著影响。     

典型加筋壁板纯剪切工况有限元模拟

针对典型加筋壁板纯剪切试验夹具,利用Abaqus软件对该纯剪切工况进行模拟,验证夹具设计的合理性。采用一维、二维和三维单元相结合的方式,显著提高计算效率。从壁板承受面内剪力角度分析加筋壁板的整体受力情况。计算结果表明,整体模型von Mises应力呈现中心对称性,壁板芯边界上距加载端较远区域应力分布均匀,满足纯剪切条件;壁板向加筋条的载荷传递效率较低;夹头螺栓附近应力呈现较好的对称分布。     

基于参数化有限元分析的桥梁支座刚度矩阵的求解

应用参数化有限元分析技术,对桥梁铅芯橡胶支座进行了分析,阐述了如何运用参数化技术分析复杂组合结构。经过分析,获得了不同参数下铅芯橡胶支座的刚度矩阵,为桥梁的整体量化分析提供了数值依据。     

薄板结构加筋布局设计的渐进结构优化方法

基于加筋板结构有限元分析技术、渐进结构优化(ESO)方法提出一个系统的策略,研究薄板结构的加筋布局优化问题.研究加筋板结构有限元分析的两种方法,对比其计算精度与效率.基于板梁离散有限元模型,通过ESO方法控制加筋的生长与去除,获得加筋的布局.采用该方法对板结构进行以结构刚度最大为目标的加筋布局优化设计,数值结果表明所提出的方法能有效获得合理的加筋布局.     

高阻尼多层U形波纹管轴向等效刚度的有限元分析

运用ADINA有限元软件对高阻尼多层u形波纹管的轴向等效刚度进行了分析。考虑几何非线性、材料非线性、层间接触非线性以及夹层阻尼材料特性对波纹管轴向等效刚度的影响,其分析结果对含夹层阻尼波纹管的设计与研究有一定的参考意义。     

金属波纹管刚度的简化有限元分析

金属波纹管广泛应用于机械密封系统,而刚度是金属波纹管设计的主要性能参数。介绍了利用ANSYS软件的Matrix27刚度单元模拟金属波纹管的方法,通过建立的简化有限元模型分析了金属波纹管的轴向刚度和扭转刚度。相较于波纹管实体模型,简化模型的规模和计算量大幅度减少,计算效率得到提高。将简化有限元模型计算所得刚度结果与有限元实体模型计算结果及EJMA工程实际经验公式计算值进行了比较,并利用已有的实验结果进行了验证。其结果吻合良好。该简化模型在研究含有波纹管的整体系统时尤其方便,如对基于整体系统响应的各类波纹管的结构参数优化等具有通用意义,并能有效提高有限元建模及分析效率。     

利用有限元分析软件ANSYS计算轴的刚度

利用有限元分析软件ANSYS计算轴的刚度,可以准确地同时得出多个截面的多种变形。     

ANSYS中结构刚度矩阵的求解

应用ANSYS有限元分析软件对桁架结构进行了静强度分析,得出了各杆件的位移结果。利用FORTRAN语言开发的计算结构系统刚度程序得到其整体刚度矩阵,与其内部命令得出的单元刚度矩阵合成的整体刚度矩阵比较,两者结果完全一致,从而证明了它的实用性。     

基于有限元的波纹夹层板弹性和热性能等效方法研究

采用有限元分析法对波纹夹层板的代表体单元模型施加位移约束,模拟弯曲变形时线性独立的应变分量,提取弯曲内力。根据夹层板内力与应变的本构关系,求出刚度矩阵。最后考虑温度对弹性常数的影响,得出随温度变化的宏观等效弹性常数。同样,采用有限元方法对不同温度下夹层板热膨胀系数进行等效。对不同温度下等效前后模型的弯曲响应进行比较,误差在4%以内,验证了该方法的有效性。     

基于有限元法的湿式磨削温度场分析

运用有限元法建立了湿式磨削温度场的数学模型,并借助于计算机对磨削温度场进行了仿真,得出了湿式磨削温度场的等温图。与解析解相比,有限元法具有更高的精度,更少的计算量及更广的应用范围。     

基于有限元法的某混凝土搅拌车轻量化设计

通过合理的有限元仿真和实车试验,实现某混凝土搅拌车副车架的轻量化设计。利用Hyperworks软件建立主副车架系统有限元分析模型,模拟车架的实际使用工况,对该车架的极限弯曲工况和扭转工况进行仿真分析,并通过相应的实车试验验证有限元模型的准确性。在此基础上,首先利用Optistruct软件对副车架矩形管的厚度进行尺寸优化,并提出斜支撑加强板的设计新方案,从箱体型设计改进成槽钢型。结果表明:副车架轻量化设计不仅在结构强度上满足设计的要求,而且最终使副车架的结构总质量减轻了120 kg,达到了轻量化10%的预订设计目标。     

基于随机有限元法的结构经济寿命分析

基于随机有限元,将材料和载荷等影响结构疲劳寿命的不确定因素视为随机变量,分别对结构的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行可靠性分析.将结构的疲劳寿命看成由裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命组成的串联系统,并由此确定结构的检修周期.通过随机有限元得到的分析结果与Monte Carlo模拟结果的比较,表明此方法能给出合理的结构检修周期,具有较强的适用性.     

基于有限元子模型的特种容器螺纹强度分析

螺纹连接处是容器最易发生破坏的部位,其强度是确保整个容器安全工作的关键。首先按轴对称模型对容器整体进行有限元分析。然后基于圣维南原理,分别建立等距直螺纹和考虑螺纹升角的螺旋线螺纹的三维有限元子模型,以整体轴对称模型的切割边界位移计算值作为子模型的边界条件,并考虑材料非线性及螺纹之间接触非线性的影响。计算两种螺纹子模型的应力分布,并对计算结果进行分析讨论。     

超高压气缸动态热载荷有限元分析

超高压压缩机工作过程中产生的动态载荷是影响压缩机强度与寿命的一个重要因素,其中热载荷与机械载荷的耦合又是非常严重.以有限元法为基础,建立了52 MPa超高压气缸在工作循环中的热载荷的动态模型,预测了动态响应与稳态响应之间的函数关系,并通过冷启动和热启动的仿真分析,给出了其作用规律.该模型还可用于气缸危险区域的排查和气缸结构的优化分析.     

基于试验的组合强化模型在弹塑性有限元中的应用

对ＬＹ１２ＣＺ铝合金材料的组合强化性能进行测试。提出了一种基于试验的组合强化模,编制了应用试验组合强化模型的弹塑性有限元程序,并对冷胀孔边的残余应力分布进行了计算。本文的试验组合强化模型在弹塑性有限元分析中的应用,对计算工程中的弹塑性问题有着实际的     

基于弹簧支承的柴油机曲轴强度有限元分析

运用MSC．Patran＆Nastran对某柴油机曲轴整体进行三维实体建模、网格划分和静强度有限元分析。在计算中充分考虑主轴承刚度对曲轴应力的影响,采用弹簧单元模拟轴承支承,更接近实际情况。为了避免在计算结果中因弹簧单元的单节点支承而产生的应力集中影响曲轴整体的应力分布,提出曲轴强度分析分两步进行的计算方法,最终得到整体曲轴准确的应力分布。还探讨不同轴承支承刚度对整体曲轴应力状态的影响,结果表明主轴承支承按刚性支承处理是偏危险的。     

基于扩展有限元的超声电机定子损伤分析

超声电机定子齿在超频振动和转子冲击性剪切作用下会生微裂纹而致疲劳破坏。基于Abaqus软件建立含I型裂纹的旋转型超声电机定子损伤模型,模拟裂纹位于不同位置时定子结构的力学响应,并以结构应变能、粘性耗散能和裂纹源输出集余能三参数为对象,讨论了裂纹位置对定子结构准静力学响应的影响。结果表明,裂纹源处于不同位置时,定子结构响应的输出存在明显差异,裂纹发生扩展的潜能不同,会引起不同级别的安全故障。利用扩展有限元方法进行定子结构微损伤分析可行,在结构的先验损伤预测和诊断分析中将有所作为,而不局限于结构的尺度和类型。