T700／QY8911复合材料圆管轴压下能量吸收研究

采用T700／QY8911预浸料热压成型制作了复合材料圆柱管，对其进行了轴向压缩下能量吸收性能的试验。通过试验得到了峰值载荷、平均压溃载荷和比吸能率等主要能量吸收性能参数。试验结果表明，能量吸收性能及压溃破坏模式不仅与碳纤维材料性能有关，还与成型工艺及端部减薄这一薄弱环节设置密切相关；端部减薄薄弱环节的设置能有效地降低圆柱管在压溃过程中的峰值载荷，渐进地引发圆柱管压溃失效。建立了复合材料圆管轴向渐进损伤压缩有限元模型，通过计算得到了能量吸收性能的重要参数，计算结果与试验结果比较吻合说明了所采用的模拟方法是可行的。     

城市生活垃圾破碎机旋转刀的有限元分析

通过在Pro／E中建立旋转刀的三雏模型，并在ANSYS软件中进行了有限元分析，证明了旋转刀在工作过程中刀刃部的应变最大，与实际情况相吻合，计算分析结果为旋转刀的设计制造和应用提供了必要的依据。     

考虑时间效应的UH模型

分析时间对土的效应,在对现有理论和试验数据总结分析的基础上提出了瞬时正常压缩线的概念;基于蠕变规律,建立老化时间与超固结度的关系;采用UH模型(以统一硬化(United Hardening)参数作为硬化参量建立的三维超固结土弹塑性本构模型)的再加载公式计算瞬时变形,提出超固结土一维弹黏塑性应力应变关系;分析一维弹黏塑性应力应变关系的演化规律,定义特征速率并给出其与超固结参数的关系;在UH模型屈服面方程中引入折算时间,建立三维弹黏塑性本构模型.该模型在UH模型的基础上考虑时间效应,不仅能够描述土的剪切蠕变、松弛、速率效应等黏性规律,而且能够反映土的剪胀、软化等超固结性质;与修正剑桥模型相比,仅增加一个次固结系数来反映土的蠕变规律;该模型在瞬时加载条件下退化为UH模型,从而使弹塑性与弹黏塑性框架得到统一.     

超塑性拉伸似粘性流变方程中本构参数的力学解析

在回顾超塑性拉伸似粘性流变方程中本构参数m和k研究历史的基础上,建立了m和k均为变数的微分关系.通过用已知函数模拟应变速率敏感性指数m与应变速率(?)的关系曲线,从理论上求得m(?),k(?)以及k和m关系的解析表达式,论证了m和k均为材料的应变速率敏感性参数,明确了m为应变速率敏感性指数,k为应变速率敏感性系数,建立了m和k的力学解析理论,理论曲线与3种超塑性合金的实测曲线拟合得很好,为了定量计算,还给出精确模拟的3种合金的m(?)曲线和k(?)曲线的多项式.     

基于工程类比法的面板堆石坝流变变形反馈

针对进行堆石体流变分析时,不同文献给出的轴向应变、体积应变和广义剪切应变的关系式存在差异,本文假设体积流变和剪切流变变化规律不同,由推导的三维流变速率计算公式导出了轴向应变、体积应变和广义剪切应变的合理关系式.然后针对室内试验参数一般与堆石坝实际参数差异较大,对于待建的面板堆石坝不能及时获得实测变形进行堆石坝参数反馈的问题,本文采用工程类比法探讨面板堆石坝材料参数反馈,即选取坝高、上下游坡比、谷形系数、堆石料岩性等相近的已建面板堆石坝的实测资料,结合堆石坝流变数值计算,进行待建面板堆石坝材料参数的反馈,分析表明,类比已建面板堆石坝的实测特征变形,待建面板堆石坝的模量系数约为室内试验值的0.7倍左右;考虑流变变形后,待建面板堆石坝最大沉降为坝高的0.667%~0.720%,面板挠度为堆石体最大沉降的0.252~0.272,坝顶增量沉降随流变参数c值的减小而增大,但量值较小,运行3a后的坝顶增量沉降为3.537 cm.     

手舟骨的有限元建模及其损伤分析

目的 基于医学DICOM格式的图像,不经过二次转换并快速且准确的建立舟骨有限元模型,从而得到可以用于舟骨应力分析的有限元模型,并通过模拟手舟骨损伤来分析不同的受力特点. 方法 选择健康成年男性志愿者,进行高精度螺旋CT扫描,将得到的DICOM 3.0医学图像数据,导八MIMICS医学影像软件并生成实体模型,然后应用通用有限元分析软件ANSYS 11生成有限元模型.约束边界条件,模拟舟骨轴向压力进行加载,得出舟骨有限元模型上的应力分布与应变结果,并模拟舟骨不同损伤的力学改变. 结果 建立的舟骨三维有限元模型共有节点73588个,单元397344个.所建模型结构完整,空间结构准确,单位划分精细,轴向压力作用下加栽模拟形象、逼真,客观反映舟骨三维解剖形态结构和生物力学特点. 结论 应用高精度螺旋CT成像的DICOM 3.0数据,并与MIMICS和ANSYS相结合的方法快速建立舟骨的三维有限元模型是切实有效和可行的;有限元方法可较好的分析手舟骨及其损伤的生物力学特点.     

基于黏塑性损伤模型的高拱坝长期稳定性评价

高拱坝长期稳定性分析对高拱坝长期安全至关重要,除了要考虑坝址区岩体的时效变形及损伤外,还应采取合理的整体稳定和局部破坏的判别指标.基于弹-黏弹-黏塑性模型,提出了一种采用时效塑性余能与超屈服力进行高拱坝长期稳定评价的分析方法.黏弹性模型采用Kelvin模型,黏塑性模型采用Duvaut-Lions模型,基于连续损伤力学的有效应力和应变等效假设,编制了可以考虑损伤的三维有限元分析程序,并应用于高拱坝的长期稳定性分析中.根据塑性余能与时间的关系曲线来评价高拱坝的长期稳定性,根据超出屈服面的超屈服力的发展和分布来评价局部破坏和关键加固部位.结果表明,该方法可有效用于高拱坝的长期安全性评估.     

结构随机响应计算的一种数值方法

摘要应用降维数值积分和C型Gram．Charlier级数展开方法，基于有限元理论讨论了随机结构响应概率分布的计算问题．首先依据正交多项式权函数与随机变量概率密度函数的关系，给出了随机响应统计矩计算的降维数值积分公式；进而应用C型Gram—Charlier级数逼近获得了随机响应的概率密度函数；提出了基于有限元方法求取结构随机响应概率分布的计算流程．数值算例中介绍了平面十杆桁架结构最大位移的概率分布、由随机参数表征的某型车架固有频率计算和弯管结构随机VonMises应力分析问题，所得结果同蒙特卡罗数值模拟结果进行了对比验证．结果表明：文中计算流程能够获得较为准确的随机响应概率分布，特别是对概率分布尾部的估计精度达到10^-44-10^-3数量级，为机械结构安全性分析与设计打下基础；同时，算法的计算效率较高，与传统的数值模拟方法相比通常能够节约计算资源消耗两个数量级以上；第三，算法流程实现简单，不需要计算结构响应对基本随机参数的梯度和二阶灵敏度信息，也不需要对结构有限元矩阵的修改，因此可以充分发挥现有成熟有限元程序的优点，在个人计算机上实现工程随机问题的分析与计算．     

基于下肢保护的保险杠结构参数多目标优化

参考国家标准，建立了下肢冲击器对汽车试验的有限元和多刚体模型，验证了两种模型仿真结果的一致性。在下肢冲击器对汽车试验的多刚体仿真模型中，选取保险杠结构参数作为设计变量，以膝部弯曲角度、膝部剪切位移、小腿上端加速度三个损伤指标值最小为优化目标，利用基于pareto最优的多目标遗传算法进行了优化设计，并对保险杠结构参数进行了灵敏度分析。仿真结果表明，保险杠离地高度对下肢损伤影响最大，由优化所得到的该组结构参数对下肢有较好的保护效果。     

应力波作用下岩石类孔隙介质变形破坏与能量耗散机制的数值模拟研究

通过CT扫描、X射线衍射和物理实验等方法获取了天然砂岩的孔隙结构参数、矿物组成和物理力学性质，研制了具有与天然砂岩相同的孔隙结构特征和基体性质、但孔隙率不同的岩石类孔隙介质的物理模型．利用孔隙介质物理模型的CT扫描图像和MIMICS构建了具有不同孔隙率的孔隙结构三维有限元模型．通过设定应力波动理论假设的条件模拟了孔隙介质SHPB冲击破坏过程，分析了波动应力作用下岩石类孔隙介质的动力学响应、应力传递模式和变形破坏机制．研究表明：利用孔隙介质三维有限元模型可以直观定量地分析应力波传播过程中岩石类介质内部孔隙和基体的应力、应变状态及变形破坏机制．一定压强和波速的应力波传播过程中，孔隙率低于15％的岩石介质内部的孔隙未发生明显变形，变形主要体现为孔隙周边基体的微塑性（剪切变形）和开裂（横向拉应变），以及孔隙周边开裂区域的相互连通．剪应力使基体单元产生微塑性，拉应力使基体单元开裂．孔隙周边基体单元的破坏及相互贯通主要是由于基体单元的横向拉应力或拉应变超过材料的极限值．模拟得到的孔隙介质的应力波传播规律、变形与破坏模式以及能量耗散性质与物理模型的实验结果相吻合．本文研究为解析岩石类孔隙介质的复杂多变动力学响应的内在机制、应力传递模式、变形破坏与致灾机理提供了参考．     

基于Pro／M对齿轮泵齿轮轴的精确建模和模态分析

以Pro／E为平台，依据方程精确建立齿轮泵的齿轮轴三维实体模型，并以振动力学和有限元理论为基础，建立齿轮轴的有限元模型，利用Pro／E集成环境Pro／MECHANJCA对其进行模态分析，计算出其前4阶固有阵型和固有频率，为齿轮泵的齿轮轴优化设计提供理论依据；为其动力响应的计算奠定了基础；为改善齿轮泵的动态特性、避免共振的发生、提高其工作的可靠性提供了一种方法。     

基于自然边界元与有限元耦合的重叠型迭代算法

了更充分地利用有限元与自然边界元各自的优点，并尽量减少由于方法的局限性造成的在计算量及计算精度上的不足，本文引入了有限元与自然边界元耦合的方法。在文中简单介绍了自然边界元法及其与有限元耦合的原理，通过设置含有重叠区域的圆形人工边界，实现自然边界元与有限元的耦合，并把该方法应用到无界区域的实际算例中。从计算结果的比较中可以看出自然边界元与有限元耦合算法的收敛速度更快，充分体现了耦合法在解决无界区域问题上的优越性。     

一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤模型

基于连续损伤力学理论和边界面概念,建立了高速铁路无砟轨道混凝土结构在循环荷载作用下的疲劳损伤模型.模型在主坐标系中采用了拉压两个边界面,根据加载面与极限断裂面、边界面之间的位置关系来计算高速铁路无砟轨道混凝土结构在复杂应力状态下的损伤,并由累积损伤与应变能释放率之间的关系确定循环加载中极限断裂面的变化规律.通过将该理论模型嵌入有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT,与同类模型进行比较验证了模型的可行性.最后对高速铁路双块式无砟轨道支承层进行了循环动荷载作用下的疲劳累积损伤分析.结果表明该模型不仅能够较好地反映支承层在循环荷载作用下疲劳损伤非线性演变规律,还可以展现其疲劳损伤分布形态的全过程,为研究高速铁路无砟轨道混凝土结构的疲劳损伤与寿命预测,提供了可行的理论分析方法.     

软弱围岩下小净距隧道中岩柱加固方法分析

建立基于Drunker-Prager本构模型小净距隧道弹塑性三维模型，进行室内比尺模型试验的数值模拟。比较数值模拟和室内试验之间的结果，验证数值模型试验的有效性。通过对围岩的位移、塑性区、整体塑性能释放、最大塑性应变分析，比较上、中、下岩盘等不同加固工况的优劣，为实际施工加固方案择提供技术参考。     

PE80燃气管道热熔焊缝SCG过程的蠕变断裂参量研究

本文采用双边切口拉伸试样（DENT）对PE80熔焊接头和管材进行慢速裂纹扩展（SCG）实验，得到了加栽点位移时间曲线。实验结果表明，熔焊接头的SCG抗力明显小于管材，随着应力水平的增加，蠕变柔量变大。利用全切口蠕变实验（FNCT）结果求得了银纹的断裂时间，和对应于银纹断裂时间的裂纹扩展步长，再现了裂纹扩展的历史。从细观的银纹损伤角度出发采用了一种直观的描述SCG本质的力学参量对熔焊接头的裂纹尖端蠕变损伤进行评价，其值的大小表征了材料蠕变损伤的程度，也表征了裂纹的扩展情况。     

双块式无砟轨道温度场试验研究和数值分析

为较准确掌握无砟轨道温度场的分布规律,建立无砟轨道温度与环境温度的对应关系,为温度应力的计算和无砟轨道设计提供基础参数,本文测试了双块式无砟轨道不同部件、不同位置的温度和环境温度变化情况,建立有限元模型对无砟轨道温度场进行了数值模拟和对比.实测数据及数值模拟的结果均表明:道床板温度随外界气温呈以日为周期的周期性变化,秋季平均每天的升温时间约为8 h,降温约16 h;由于热交换条件的差异,距轨道表面越远,轨道温度受环境气温的影响越小,道床板角部的温度变化幅度大于中部,支撑层与基床表层的温度变化幅度很小;道床板内存在较大的温度梯度,随着距表面距离的增大,温度梯度逐渐减小,至支撑层时温度梯度可忽略不计;采用有限元模拟的方法获取无砟轨道温度随气温变化规律是可行的.     

基于Reissner理论的硬夹心夹层板的弯曲研究

传统的夹层板理论都是将夹心视为软夹心,不考虑其面内应力分量和抗弯刚度.本文在修正了Reissner理论的基础上,研究了硬夹心夹层板的弯曲问题,根据最小势能原理得到了具有3个广义位移的弯曲基本方程和边界条件,并对其进行了简化.同时还研究了硬夹心夹层板弯曲问题的有限元格式,推导了4节点四边形等参单元单元刚度矩阵和等效节点载荷列阵,并给出了矩形填充多孔夹层板的ANSYS实体模型解,计算结果表明位移的有限元解收敛于解析解且具有足够的精度,与ANSYS实体模型解也有较好的一致性.     

基于H-J-C本构模型的掘进机截齿破岩过程的数值模拟

针对掘进机实际外负载难以获取及其载荷特性难以正确把握的现状,提出了利用接触动力学、岩石力学和有限元法等理论和方法构建在显示动力学分析程序LS-DYNA环境下基于H-J-C本构模型的截齿与岩石的接触动力学模型数值模拟平台;利用该平台对掘进机镐形截齿的横摆破岩过程进行了数值模拟,得到了截齿受到的三向阻力曲线;通过载荷特性分析,验证了所得载荷曲线的准确性,并获得了某工况下截齿载荷的主要频率结构;分析了截齿的碎岩机理,发现岩石的破碎是与截齿直接接触的岩石的拉压应力和其周边的剪切应力集中综合作用的结果.     

混凝土材料三维弹塑性本构模型

非线性统一强度准则将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数.本文将非线性统一强度准则作为屈服函数,以塑性剪应变的函数作为硬化/软化参数,硬化/软化函数参考单轴压缩条件下的应力应变关系给出,建立了混凝土材料的非线性统一弹塑性本构模型.通过混凝土材料单轴、双轴和三轴试验结果对本构模型的验证,以及偏心受压构件试验结果对数值模拟结果的验证表明,所建立的非线性统一弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性,将模型用于数值计算时易于获得收敛解,且具有较高的精确度和计算效率.