破片侵彻双层钢板门的数值模拟

分析了ANSYS/LS-DYNA常用的两种数值计算方法,Lagrange算法和ALE算法。给出了预测钢板门在大速度破片侵彻与贯穿时的计算公式,对破片侵彻双层钢板门过程进行数值模拟,结果较为一致。数值模拟是对经验公式和试验研究的有益补充。     

基于CONWEP算法聚脲钢板复合结构变形的数值模拟

针对爆炸载荷作用下的聚脲钢板复合结构,基于非线性有限元软件LS-DYNA,利用CONWEP算法对聚脲复合钢板结构在爆炸载荷作用下的结构变形进行数值模拟分析,并与试验结果进行了对比.结果表明,CONWEP算法能够很好的模拟聚脲钢板复合结构在爆炸载荷作用下的变形.在相同钢板厚度条件下,聚脲钢板复合结构的最大变形挠度要小于裸钢板结构.从吸能特性来看,聚脲弹性体有良好的吸能特性,聚脲钢板复合结构中钢板的吸能要低于裸钢板,使得复合结构中钢板的变形要小于裸钢板.     

基于SPH算法的刚性弹丸侵彻的数值模拟

针对光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,简称SPH)方法在高速碰撞问题中的应用,利用大型动力学仿真软件LS-DYNA对球形弹丸以1 000m/s的速度侵彻1.2cm厚度钢板这一过程进行数值模拟分析。求解过程中球形弹丸采用刚性(Rigid)材料,钢板采用Johnson_Cook材料属性、Gruneisen状态方程。分别用有限元法、SPH-FEM(smooth particle hydrodynamics-finite element method,简称SPH-FEM)耦合算法和SPH算法对钢板进行模拟,并对这3种方法计算结果的Mises应力云图、系统能量、速度、加速度和计算效率进行对比,分析3种方法在高速碰撞问题中的优缺点。研究结果表明:SPH算法计算效率低,仅1/4模型的计算时长就是有限元法的6.4倍,而有限元法不能很好地模拟高速碰撞中材料大变形、飞溅现象,相比之下,SPHFEM耦合算法能够弥补两者的不足,且精度能够达到要求。     

爆炸载荷下结构响应的非耦合数值模拟方法研究

提出一种用于研究远场条件下爆炸冲击波毁伤规律的数值方法,即非耦合欧拉-拉格朗日算法。通过分析模型参数敏感性考察算法的适用性与计算精度。结果表明,载荷曲线的形状对于数值模拟中测点的位移-时间曲线起着重要作用,其中载荷应被认为是动态的而不是脉冲的。基于非耦合欧拉-拉格朗日算法的结构响应低于纯拉格朗日算法,其中结构柔性降低了压力负载并因此降低了结构响应。在模拟大流场爆炸问题中,非耦合欧拉-拉格朗日算法的计算精度优于纯拉格朗日算法。     

薄壁U形钢加固受火后钢筋混凝土梁的数值计算

为了对薄壁U形钢加固受火后钢筋混凝土梁的力学性能进行数值模拟和影响因素分析,基于有限元软件ABAQUS建立了薄壁U形钢加固3面受火后钢筋混凝土T形梁的数值计算模型.利用3根薄壁U形钢加固受火后混凝土梁的受弯性能试验和4根薄壁U形钢加固受火后混凝土梁受剪性能试验的结果验证了数值模拟的有效性.通过计算分析了受火时间、薄壁U形钢厚度和内隔环数量对加固后混凝土梁受弯承载力的影响情况,并将有限元计算的受弯承载力与实用计算方法的计算结果进行对比分析.研究结果表明:数值模拟能较好预测加固后试件的受弯承载力、受剪承载力,模拟误差分别在6%、8%以内;随受火时间增加,加固后试件的受弯承载力有所降低,但降低幅度较小;随内隔环数量的增加,内隔环承受的应力降低,可提高薄壁U形钢与混凝土间的整体性;加固试件受弯承载力的实用计算结果总体上与有限元结果吻合良好.     

爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法

针对岩体爆炸数值模拟中爆炸荷载参数与岩体振动阻尼参数等计算参数难以确定的问题,将具有收敛速度快、易于实现和全局寻优能力强等优点的差分进化算法(differential evolution, DE)算法融入三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)岩土工程数值计算程序,提出了爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法. 该方法从爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数的随机值出发,以岩体质点振动速度随时间变化过程的数值计算值与现场实测值的误差作为适应度,利用DE算法规则实现爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数耦合模式的合理进化,进而实现计算参数的快速自适应辨识. 龙滩水电站地下厂房爆炸开挖振动试验数值模拟研究结果表明,该方法是可行的,显著提高了岩体爆炸效应数值模拟结果的精度.     

基于FE-SPH耦合算法的球体冲击问题研究

为充分利用SPH方法处理大变形问题与FEM方法处理冲击问题时各自的优势,提出了新型的三维SPH-FEM耦合算法,该算法在大变形区域采用SPH粒子离散,从而克服FEM方法单元畸变存在的问题,其他模拟区域使用FEM单元离散,既可以避免SPH边界效应,也能保证耦合界面物理量具有连续性。使用该算法分别对球体冲击土壤与水域的过程进行了三维数值模拟,选取含损伤的Johnson-Cook模型和Mie-Gruneisen状态方程对土壤与水域进行参数计算,对比分析球体在土壤与水域中的速度、加速度以及有效应力数据结果,分析可知,此次模拟结果与其他已有仿真结果基本吻合,验证了采用FE-SPH耦合算法处理结构与流体相互作用问题是可行和有效的,为求解流固耦合问题提供了一条崭新的途径。     

汽车薄壁杆件的轴向耐撞性分析

文章先阐述了非线性有限元法的基本理论,然后用ANSYS/LS_DYNA非线性有限元软件,对典型截面铝和A3钢薄壁杆件受轴向冲击载荷状态下的耐撞性能进行了数值模拟分析.为验证模拟结果的可靠性,进行了轴向碰撞试验.数值模拟和试验数据比较表明,两者之间具有很强的相关性.     

基于浸没边界和格子玻尔兹曼的流固耦合算法

为将格子玻尔兹曼方法(LBM)用于土木工程结构的气动弹性计算,提出了一种基于浸没边界-格子玻尔兹曼(IB-LB)方法的流固耦合算法.该算法在多松弛时间格式的格子玻尔兹曼框架下构造大涡模拟作为流场求解器;采用龙格-库塔法求解结构运动方程.为满足流固耦合面的无滑移性并提高算法的计算精度,采用一种迭代格式的浸没边界实施流固耦合面的数据交换.基于流固耦合算法编制分析程序对矩形断面的横向风振和福斯桥的颤振等气动弹性问题进行了模拟.与现有试验及数值结论的对比分析表明:本文算法可以较准确地预测矩形断面的涡振锁定风速、驰振临界风速及福斯桥的颤振临界风速.     

Rosenbrock耦合积分方法及其收敛性分析

做为一种集计算机模拟和现场试验为一体的混合试验方法,实时子结构试验的关键在于如何保证数值子结构和试验子结构的实时耦联,这就需要高效的数值积分方法.文中在Rosenbrock实时积分方法的基础上,提出了一种具有完全并行计算格式的耦合积分方法.基于单自由度分离质量模型,对该耦合积分方法的稳定性和精度进行了理论分析.然后通过三自由度分离质量模型的模拟,验证了该方法的收敛性和其他算法性能.理论分析和数值模拟结果表明,该方法具有良好的稳定性和二阶精度,与直接积分方法相比更适合用于复杂结构的实时子结构试验及类似的并行模拟.     

冷弯型钢卷边槽形截面轴压构件部分加劲板件屈曲系数研究

采用有限条程序CUFSM计算不同截面尺寸的冷弯卷边槽形截面轴压构件弹性屈曲应力,通过回归分析得到部分加劲板件的屈曲稳定系数建议计算公式,同时采用澳洲规范（AS／NZS4600：2005）、北美规范（AISIS100-2007）、欧洲规范（EN1993—1—3：2006）、美国规范（ANSI／AISICFSSPEC-1996）、中国规范（GB50018—2002）中的有效宽度法以及建议的加劲板件屈曲系数对收集到的国内外共100根卷边槽形截面轴压构件极限承载力进行计算分析．结果表明：我国现行规范《冷弯薄壁型铜结构技术规范》（GB50018—2002）和欧洲规范（EN1993—1-3：2006）计算结果偏于保守,而澳洲规范（AS／NZS4600--2005）、北美规范（AISIS100-2。07）和美国规范（ANSI／AISICFSSPEC--1996）计算结果偏不安全．利用建议公式再根据我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018—2002）计算所得结果与实验值吻合较好,可供设计和修订规范参考．     

轴向冲击下C型冷弯钢构件畸变屈曲研究

为了对轴向动态冲击载荷下C型冷弯薄壁钢构件的屈曲行为进行研究.采用了落锤冲击试验机、高速摄影仪并结合数字散斑分析技术对C型冷弯薄壁钢构件动态冲击载荷下的屈曲模式、临界载荷和极限承载力做了相关探索性研究和数据分析,并将实验结果和Abaqus数值仿真结果进行比较.结果表明：数值计算的动态屈曲临界应力与实验的临界应力相差较大,而数值模拟的屈曲后的应力-应变曲线和实验结果较为吻合;动态冲击下构件的极限承载力有很大提升.     

基于二维颗粒元法的超高速碰撞薄靶数值模拟

传统基于网格数值方法在模拟超高速碰撞时存在着材料大变形引起节点位置异常变化,导致单元畸变严重使计算无法进行;尤其是超高速碰撞中引起的材料断裂、破碎等用传统网格算法很难准确描述. 为克服传统网格算法在模拟超高速碰撞时存在的缺陷和不足,用二维颗粒元法模拟直径为5 mm球形弹丸以4~7 km/s对2 mm厚的靶板碰撞. 模拟结果表明,该方法克服了计算过程中存在的网格畸变现象,模拟得到的弹丸对薄靶开孔规律和形成碎片云形貌与实验基本吻合,证实了二维颗粒元法可作为新方法模拟超高速碰撞.     

Comparative analysis by simulating and testing pole impact for hot stamping front crossbeam of automobile

Hot stamping 22MnB5 steel plate with ultra-high strength has been widely used for body structural members in consideration of automobile safety and lightweight.This paper presents a verification program of simulating and testing pole impact in order to verify if the front crossbeam reinforcement assembly can meet the design requirements,reduce the overall vehicle simulation and test cost and shorten the operation period.In the same condition,the simulation proved conforming to the design requirements;however,the bumper cracked at the impacting point in the course of pole impact test.The analysis of the crack by optical microscope,Vickers and scanning electron microscope indicates that mixture of ferrite,bainite and martensite was produced in the weld heat-affected zone of the 340/590DP tow hook holder and the 22MnB5 front crossbeam;therefore,their hardness and mechanical property were reduced obviously,so that they fractured when impacted.No welding process with continuous weld but spot welding or other bonding method may be employed for the reason that the capacity of the 22MnB5 steel plate in the weld heat-affected zone was reduced obviously.     

冷弯薄壁型钢中间加劲板件有效面积计算方法

基于超薄壁高强冷弯型钢槽形截面轴压构件承载力试验研究,参考美国冷成型钢结构构件设计规范、澳洲冷成型钢结构规范和北美冷成型钢结构构件设计规范的计算方法,并结合我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的三类不同加劲板件的有效面积计算公式,对中间加劲板件有效面积的合理计算方法进行了探讨,提出了与我国现行规范有效面积计算方法相一致...     

ABAQUS在工作辊冷轧薄板有限元动态模拟中的应用

本文首先对工作辊冷轧薄板在ABAQUS中的有限元建模要点进行了说明,其次对计算得到的数据进行了处理。通过对计算结果进行分析,发现计算结果是令人满意的,从而证明了使用ABAQUS分析软件对工作辊冷轧薄板进行有限元动态模拟是可行的。     

簿壁杆件在纯弯下屈曲的样条有限杆元法

根据位移变分原理,用一个称为样条有限杆元法的综合方法对任意截面形状的薄壁杆件在纯弯下进行屈曲分析,并提出用一个经过变换的三次B样条函数来模拟薄壁杆件横截面的纵向翘曲位移场.屈曲分析考虑了反映剪力滞后现象的杆壁中面上剪应变的影响,与经典理论及有限元软件包COSMOS/M的结果比较,本文方法能够灵活、精确和有效地进行薄壁杆的屈由分析.数值算例的快速收敛说明了文中数值结果的可靠性.     

膜结构风致响应的分区耦合算法

采用完全隐式的分区耦合的方式,将用于计算流体流动和结构变形的软件结合起来.其中,结构和流场的几何模型分别通过有限元软件ANSYS和CFD软件建立.对流体域的模拟采用有限体积法,计算三维的、不可压缩的、湍动流动;对结构域的模拟采用有限元法,并且考虑了薄膜结构几何非线性.在每一时间步内对结构场、流体场依次求解,通过把前一个物理场的计算结果作为外荷载施加于后一个物理场来实现两个场的耦合.最后对一鞍形膜结构进行了风致响应计算,验证了这种耦合算法的可行性.     

可调节活动式破风圈减振机制与效果分析

钢烟囱作为圆截面高耸结构的形式之一,有着高度高,横截面积小的特点,风荷载是其控制荷载,在产生顺风向响应的同时横风向也会产生很大的动力作用,比较典型的是发生横风共振现象,其对结构带来的影响是不可忽视的。本文根据高耸薄壁钢烟囱的特点,采用有限元软件ADINA,通过对结构进行动力时程响应分析及圆柱绕流分析,提出一种可调节活动式破风圈,从而减小风致响应,计算了有无该措施结构的动力响应,并将两种结果进行对比研究,结果表明,安装该种减振措施后结构的动力响应有一定程度降低,减振效果明显,且当调节板长度为直径的2倍时,减振效果最佳,可为工程设计提供参考。     

基于振动信号降噪的钢板件损伤定位

为了实现汽车船舶等行业中钢板件的结构健康监测,针对冲击、碰撞损伤发生时的振动信号,提出了一种结合小波包阈值降噪(WPT)和集合经验模态分解(EEMD)降噪的方法来提高损伤源的定位精度。首先,设计了动态环境下钢板件的冲击损伤试验系统并进行实验方案设计,采集了损伤时刻数据;其次,通过对损伤信号进行WPT-EEMD降噪有效提高信噪比,并利用阈值检测获得信号到达各传感器的时间;最后,基于延时叠加算法,完成了钢板件中损伤区域的定位成像。实验结果表明,该方法可在动态环境下有效定位出钢板件上冲击损伤发生的位置,为解决动态无损监测问题提供了思路。