基于Herschel-Bulkley流变模型的自密实混凝土流动的CFD模拟

为研究和预测自密实混凝土在模板中的流动性能,该文使用了一种基于Herschel-Bulkley流变模型的CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟方法对自密实混凝土在自重作用下的浇筑过程进行二维和三维模拟并与实验室L型箱流动达到特定位置的流动时间和流动形态进行对比,分析结果表明:H-B模型用于自密实混凝土的流动模拟是可行的,与基于宾汉模型的二维模拟结果相比Herschel-Bulkley流变模型具有更高的准确度。该文最后对二维和三维模拟方法的特点和局限进行了讨论并提出建议。     

基于组合单元的层压复合材料三维应力分析

为了分析层压复合材料层间特性,推导了将刚性元-弹簧元相结合的离散型界面单元的刚度矩阵。建立了层压板的准三维模型,即将Mindlin板单元应用于层压板的各子层,层间作用则利用上述界面单元来模拟。通过弯曲板元计算子层面内应力,通过界面单元的弹簧力确定层间应力。对受面内拉伸的多向层压板条进行了应力分析,与使用商业软件三维实体模型计算得到的层间和面内应力对比,结果表明准三维模型的计算结果合理。这种新型界面单元的优点是可用来表征层间损伤,并且能通过对弹簧刚度的消减来模拟分层损伤的演变。     

圆柱螺旋压缩弹簧的自动化设计

目的解决圆柱螺旋压缩弹簧设计中的繁琐计算及其二维、三维模型的反复创建问题,实现弹簧的自动化设计。方法利用VC++6.0编写圆柱螺旋压缩弹簧的设计程序,通过程序运算得到弹簧结构参数;将弹簧结构参数作为驱动尺寸,利用Solid Works建立圆柱螺旋压缩弹簧的参数化二维、三维模型。结果利用该程序,只需输入弹簧要求,即可得到符合要求的弹簧结构参数,并能自动生成弹簧二维和三维模型。结论该方法极大地提高了设计效率。     

层状饱和半空间中沉积谷地对斜入射平面P1波的三维散射

在作者给出层状饱和场地三维精确动力刚度矩阵和层状饱和半空间中移动荷载动力格林函数基础上,采用间接边界元方法在频域内求解了层状流体饱和场地中沉积谷地对斜入射平面P1波的三维散射问题。该方法的特点在于虚拟移动均布荷载和斜线孔隙水压可以直接施加在沉积与层状饱和半空间交界面而不存在奇异性。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均匀饱和半空间和弹性基岩上单一饱和土层中沉积谷地为例进行了数值计算分析。研究表明,沉积谷地对平面P1波的三维散射与二维散射之间存在本质差别,入射角度、孔隙率、饱和土层刚度和饱和土层厚度等参数对沉积谷地附近动力响应有着显著影响。     

一种非连续介质中热传导过程的数值模拟方法

传统热传导的分析基于连续模型,无法刻画热量在两个接触体之间的传递。该文提出了一种非连续介质中热传导过程的数值计算方法,并编制了相应的C++计算程序。该方法首先将计算域离散为一系列的块体,块体内部划分若干连续介质单元,块体边界设定为潜在接触界面,并利用半弹簧-半棱联合接触模型进行接触对的快速检索及标记。每个块体内部的热传导采用传统连续模型进行计算(该文采用有限体积法),每个接触界面采用点面接触型及棱棱接触型热传导模型进行描述。通过调整接触界面热传导系数中的刚度因子,可以实现接触界面对热传导过程不同的抵抗效应。数值算例表明,该文所述方法可以较为准确地模拟热量在非连续介质中的传递过程;接触界面上的刚度因子越大,界面对热传导过程的抵抗效应越小;当刚度因子大于100,界面抵抗效应基本消失,非连续介质的计算结果与连续介质的计算结果完全一致;此外,接触界面上的刚度因子仅影响热传导的瞬态过程,而不影响其稳态解。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究EI北大核心CSCD

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

动力弹塑性刚体界面元法

本文探讨了用刚体界面元法求解二维动力弹塑性问题的理论．首先，从连续介质的质点运动微分方程出发，利用其等效积分方程，通过引入刚体模式的位移场函数建立了刚体界面元的基本动力方程．为了以渐进解法求解弹塑性问题，将界面元简化的应力矢量引入塑性流动理论，从而给出了界面元的弹塑性本构关系．     

静动力弹塑性分析的杆系离散单元计算理论研究

杆系离散单元法的现有研究成果均假定接触本构模型的切向弹簧仅用于描述剪力引起的纯剪切变形,这与弯曲梁理论下剪力引起的变形情况不相符。该文针对该问题重新定义了切向弹簧,并根据能量等效原理系统推导了不考虑或考虑剪切变形工况接触本构模型的切向接触刚度系数计算公式。在此基础上,提出了杆系离散单元精细塑性铰法以描述结构的塑性开展问题,推导了颗粒间的弹塑性接触本构模型。采用自编程序对两个大型网壳结构分别进行了静、动力弹塑性行为分析,验证了接触本构模型正确性和精细塑性铰法的适用性。该文将杆系离散单元法的基本计算理论系统化,并补充了杆系离散单元法的弹塑性计算理论,为结构静、动力分析提供了新思路。     

多刚体动力学在结构地震响应分析中的应用

该文将多刚体系统动力学理论应用于结构的地震响应分析中;将结构进行多刚体离散,建立了结构的多刚体-铰链-弹簧系统模型,并给出了多刚体离散化模型中弯曲弹簧的等效刚度系数的计算公式;运用多刚体动力学推导了求解结构地震响应的动力学方程,该方程与传统动力学方程的形式相似,可用一般的数值方法求解。该文最后对一单榀建立墙以及一10层剪力墙结构进行了地震响应的时程分析,并将计算结果与有限元方法计算结果进行了比较,两种方法的误差较小。算例结果表明,该文所提出的多刚体动力学用于结构地震反应分析的方法是可行且有效的。     

三维冲击-动力接触问题数值分析的一种高效算法

本文要二维冲击－动力接触问题^[3]和三维弹性接触有限元混合法的基础上,给出了三维冲击－动力接触问题的有限元混合算法,该方法将整个系统的等效刚度议程凝缩到接触边界,建立关于接触面的等效柔度方程,在采用Newmark直接积分法求解动力接触问题时必须作适当修正,本文给出了修正方法,由于用直接积分法进行每一时间步动力接触爱代计算时,只震反复求解接触面有效柔度议程,因此具有很高的计算效率。     

球形爆炸容器动力响应的强度分析

运用ＤＹＴＲＡＮ程序中的欧拉计算方法,模拟了作用于球形爆炸容器内壁的反射超压波形。运用解析法和三维有限元程序ＬＳ－ＤＹＮＡ,对容器壳体在反射超压作用下的动力响应进行了强度分析,给出了容器的几个特征点的等效应力历史和重要区域的等效应力云图。分析结果对类似爆炸容器的强度设计和安全使用具有参考意义。     

基于等效模型的索牵引并联机器人的刚度分析

现有索牵引并联机器人研究中,由于柔索长度较短大多将其处理成仅能受拉的直线索单元,没有考虑柔索垂度的影响,刚度分析过程与刚性支腿并联机器人相同.为考虑垂度影响,该文采用悬链线方程建立了大跨度柔索的静力学模型,推导出柔索的刚度矩阵.然后提出了一种刚度等效模型,将柔索等效为三根两两相互垂直的弹簧.于是便可将索牵引并联机器人等...     

基于土体连续性作用下挡土墙动力响应的显式闭合形式解

挡土墙-土动力相互作用是影响挡土墙地震响应的关键因素.基于连续介质模型分析挡土墙-土动力相互作用是当前主要的研究手段.但当前的连续介质模型无法获得挡土墙-土动力相互作用中各物理量的精确表达式,这对揭示挡土墙地震响应机理产生了阻碍.通过引入最小二乘响应面法改进了一种连续介质模型,并与现有方法进行对比,对地震作用下挡土墙动...     

基于双横臂的1/4汽车模型及其等效模型的建模控制研究

建立了基于双横臂悬架的1/4汽车模型和等效的二自由度模型。根据基于双横臂悬架的1/4汽车模型的簧载质量和非簧载质量的动力学响应,通过参数辨识的方法,给出了辨识等效二自由度模型的质量、刚度和阻尼系数的方法。计算结果表明,等效二自由度模型辨识结果中的刚度和阻尼系数的数值与基于双横臂悬架的1/4汽车模型中相关参数的名义值有较大的差异。分析了悬架衬套、减振器上端支撑的刚度对等效二自由度模型参数辨识结果的影响。对比分析了采用辨识参数的等效二自由度模型和基于双横臂悬架的1/4汽车模型的簧载质量和非簧载质量的响应,证明了参数辨识方法的准确性。基于辨识参数的二自由度控制模型,给出了基于等效二自由度模型的参考模型滑模控制方法。试验和计算结果表明,与采用名义值相比,参考模型的刚度和阻尼系数采用辨识值时,等效二自由度控制模型可以获得更好的控制效果。     

具有中等组分不同网状结构功能梯度构件的三维动力特性分析

功能梯度材料具有复杂的细部结构,其内部构造远比匀质材料复杂,因此其构件动力分析很难求得其解析解。该文建议一种新颖的功能梯度构件动力分析的细观元法。细观力学研究的目的在于建立材料的宏观性能同其组分材料性能及细观结构之间的定量关系,它可揭示不同的材料组合具有不同的宏观性能的内在机制。此法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,而计算单元与自由度又等同一般常规有限元,却使得组成功能梯度材料构件的各种材料细观构造得到反映。通过细观元技术,对具有中等组分不同网状结构功能梯度构件进行三维动力特性分析,并给出其三维固有频率及振型的三维分布,特别是给出了不同网格结构功能梯度板件应力振型的平面等值线图差异。结果表明:不同细观网格结构对功能梯度材料结构三维动力响应有较明显影响。     

带夹套水冷矩形真空炉的有限元法分析设计

主要论述了如何利用有限元分析设计法完成真空容器结构优化设计,利用大型有限元分析软件ANSYS完成了带夹套水冷的矩形真空容器内外层壳体壁厚及炉门厚度的优化计算,并据此建立了三维实体模型,将模型导入ANSYS软件施加两种工况下的约束和载荷,划分单元,进行了整体有限元分析和二次优化,给出了分析结果.     

弹塑性DEM方法在杆系结构中的应用研究

在颗粒离散元(DEM)方法应用于杆系结构弹性分析基础上,进一步对材料非线性行为进行了研究。引入纤维模型,将DEM方法中连接颗粒与颗粒之间的弹簧用分布式弹簧进行等效,并将分布式弹簧看作是粘结截面的若干根纤维,建立了可考虑截面塑性发展的DEM纤维模型。推导了弹塑性接触本构模型内力增量计算公式,编制了计算程序并通过算例验证了此方法在结构弹塑性分析中的适用性和正确性。最后,以跨度40m的单层球面网壳结构为例,对其进行地震弹塑性动力时程分析,模拟了结构动力响应以及杆件截面塑性发展程度。此方法可有效克服传统有限元方法在非线性分析时存在的刚度矩阵奇异、迭代不易收敛等问题。     

内外压作用下纤维缠绕厚壁柱形容器的强度

研究各向同性材料内胆外对称均衡缠绕纤维的厚壁圆柱形容器在内外压力作用下的应力和强度特性。采用正交各向异性本构关系和轴对称厚壁筒理论, 获得纤维层和内胆的应力, 以及纤维方向三向应力的解析公式。利用Hoffman和Tsai-Wu失效准则研究薄壁筒理论和三维应力对应的强度随壁厚和缠绕角的分布规律。计算比较了有、 无内胆的纤维缠绕容器的强度随缠绕角的变化情况。利用ANSYS软件的层合单元SOLID191建立的模型给出的纤维向应力和强度比与本文理论结果吻合很好。研究发现: 基于层合板理论的二维纤维向应力公式给出了不准确的纤维向应力, 不准确的横向应力造成容器纤维层的强度值偏低; 不同的纤维类型和缠绕角, 厚度-半径比对强度比的影响不同; 基于二维应力分析的薄壁筒理论给出的纤维层强度比小于三维分析的结果; 缠绕角对无内胆的缠绕容器强度比的影响比有内胆的更敏感。      

剪式悬架座椅等效刚度阻尼的计算与分析

推导了座椅悬架的等效刚度和等效阻尼,建立了座椅-座椅悬架-人体耦合二自由度理论简化模型,计算分析了系统的传递函数。在建立的模型的基础上,讨论了座椅悬架结构的变化对系统响应的影响,讨论了弹簧倾角、阻尼器倾角,以及连杆的长度和倾角对座椅悬架系统等效刚度及其变化、等效阻尼和传递函数的影响。所建立的理论模型,可为进行座椅悬架结构的优化设计提供分析模型。