应用型本科材料力学教学改革探讨——以机械设计制造及其自动化专业为例

材料力学是应用型本科机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业基础课,也是与工程实践紧密结合的一门课程,本文以应用型本科人才为培养目标,结合材料力学课程的特点和教学经验,从教学内容、教学方法和优化考核等方面提出了一些合理的建议,取得了一定的教学效果。     

基于有限元的深沟球轴承应力和刚度研究

根据6003深沟球轴承参数,建立了轴承有限元分析模型,基于静力学方法计算了轴承的应力和变形。根据轴承转动的周期性特征,分析了轴承在一个转动位置周期内滚动体的应力和轴承整体刚度的变化规律。分析结果表明：在轴承转动过程中,滚动体的应力和轴承刚度均呈周期性变化,当某滚动体处于径向受力方向时,该滚动体的应力最大,同时轴承的整体刚度也最大。     

基于悬索桥割索现象的施工方案优化

悬索桥在施工过程中发生的割索现象对于缆索是不利的,但又难以完全避免。除采取相应构造措施外,还可通过优化施工方案减小缆索与索鞍在施工过程中的偏折角来保证缆索的安全。以某三塔四跨双索面自锚式悬索桥为例,借助有限元软件,通过调整吊索张拉的顺序,兼顾线形和索力,优化张拉方案。结果表明:在悬索桥施工过程中考虑割索对主缆的影响是非常有必要的,合理的吊索张拉方案可以有效改善主缆在体系转换过程中的不利状态,减少割索现象的发生。     

结构系统疲劳失效相关机理与可靠性模型

失效相关普遍存在于工程结构中,是影响结构系统可靠性分析精度的重要因素。针对随机恒幅载荷和随机变幅载荷两类典型工况,推导积矩相关系数和Kendall秩相关系数的计算式,从定性和定量角度分析结构系统各单元疲劳失效内在的统计相关机理。单元寿命相关性主要来自应力过程特征量的分散性,而材料性能的分散性则减轻相关程度。根据单元失效的统计相关机理,利用阿基米德族的Clayton Copula建立串联、并联结构系统的疲劳寿命可靠性模型。分析表明:Clayton Copula形式简洁,可细腻刻画单元对数寿命联合分布密度等高线呈现的非对称形态,由此建立的概率模型计算精度高。算例验证了所提方法的合理性和可行性。新模型可用于共因载荷多次作用下结构系统的疲劳寿命可靠度预测,并为考虑多模式损伤耦合的装备可靠性设计及概率评估提供新工具。     

大型振动筛动力学有限元简化模型初探

讨论了板梁组合结构有限元模型的建模方法和板梁非标准交接结构的处理方法。建立了振动筛的动力学有限元简化模型,进行了固有特性分析,分析结果表明:简化模型大大缩短了计算时间和成本,同时该简化模型基本满足了振动筛的质量分布和实际刚度要求。     

区间模型结构非概率可靠性度量研究

在掌握的不确定信息较少时,可运用非概率可靠性分析方法进行结构可靠性分析.对基于区间模型的非概率可靠性分析方法进行对比分析,探讨非概率可靠性指标、非概率集合可靠度和非概率安全可能度等非概率可靠性度量之间的关系,研究非概率集合可靠度的性质和计算方法.在结构应力—强度发生干涉时,建议采用非概率集合可靠度进行可靠性分析,并给出几种常见的应力—强度组合时非概率集合可靠度的计算方法.最后通过算例验证分析结论.     

基于有限元的十字轴万向联轴器接触力学特性分析

根据十字轴万向联轴器的变形特性,建立了十字轴接触压力分析简化模型,利用有限元法对十字轴轴向和环向接触压力进行了分析,并与三维有限元计算结果进行了比较。得到了十字轴轴向和环向接触压力分布规律,为十字轴的结构设计和强度计算提供了参考。     

系统共因失效概率分析的非经验模型

根据载荷-强度干涉理论,探讨了系统共因失效发生及作用机理,揭示了元件强度统计独立时由系统共因载荷引发元件失效相关的基本规律。采用相关系数建立了共因载荷随机变量方差、元件强度随机变量方差以及失效相关程度之间的近似关系,并导出系统共因失效概率定量分析的非经验模型。针对系统低阶共因失效数据已知而系统载荷分布及元件强度分布未知的现实条件,提出了计算系统共因失效概率的实用方法。该模型与方法直接体现了共因失效内在机理,克服了传统模型过多依赖历史数据或主观经验而忽略共因失效发生及作用规律的局限,为冗余系统风险数据分析、概率预测,特别是可靠性设计提供了新途径。      

可修系统剩余寿命分析的广义发生函数法

系统剩余寿命是机电装备面向多生命周期设计、制造与服役的重要分析指标。基于更新过程理论,通过引入广义发生函数(UGF),提出一种针对元件及系统有限时间区间的剩余寿命概率分析的实用方法。当系统各元件承受具有整体不确定性的平稳载荷随机历程时,直接根据元件在各等效恒幅应力水平下的失效数据构建元件条件寿命发生函数,由自定义复合算子分别计算相应的系统条件剩余寿命发生函数,经统计平均得系统剩余寿命分布。运算过程中,可利用近似项合并技术大幅度提高分析效率。新方法适用于元件寿命为任意分布随机变量场合,并体现各元件因等效恒幅应力不确定而引发的失效相关性,可为装备系统剩余寿命精细化分析开辟新途径。     

高速钢轧辊差温热处理残余应力的数值分析

利用有限元软件MSC. Marc建立了高速钢复合轧辊差温热处理过程的仿真模型,分析了差温加热与淬火过程中轧辊残余应力的变化与分布规律。通过比较有限元结果与试验结果,验证了仿真模型的准确性。在此基础上,研究了差温加热速度、塑性变形和材料组织转变对残余应力的影响,本文结果为阐明轧辊热处理残余应力的产生机理及合理安排热处理工艺提供了参考。