盾构管片弹性橡胶密封垫防水性能灵敏度分析

为研究由生产加工造成的橡胶密封垫材料和几何参数的随机性对盾构管片接头防水性能的影响,选择密封垫橡胶的材料硬度﹑孔洞圆心坐标﹑孔径等参数作为随机输入变量,以密封垫表面平均接触应力为分析目标,运用ANSYSPDS随机分析模块计算各随机参数对表面平均接触应力的灵敏度数值,并在此基础上探究各随机参数的公差对密封垫防水性能的影响程度.对某城市地铁盾构隧道弹性密封垫的分析结果表明:橡胶材料力学参数是影响抗水能力的主要因素,尤其是C10.几何参数中,截面上部孔径的变化对下表面接触应力影响较大,而圆孔位置对临近表面的接触应力影响敏感,中部圆孔对上、下表面接触应力的影响程度相当.     

新型多孔磷石膏砌块保温隔热性能数值模拟分析

为研究新型多孔磷石膏砌块的保温隔热性能，建立数值模型，通过Fluent有限元模拟软件模拟其保温隔热性能，并引入当量导热系数对模型的保温隔热性能进行定量分析；基于圆形孔和椭圆形孔这2种孔洞形状，分析孔列数、孔洞率对多孔磷石膏砌块数值模型当量导热系数的影响，并对孔洞的布置进行优化探讨。研究结果表明：在保持模型孔洞率不变的情况下，通过增加孔列数可以提升其保温隔热性能；在保持模型尺寸不变的情况下，通过增大模型的孔洞率也可以提升其保温隔热性能；在保持模型尺寸和孔洞率一致的情况下，椭圆形孔相较于圆形孔具有更好的保温隔热性能，且错排列孔相较于规则排孔也具有更好的保温隔热性能。因此，新型多孔磷石膏砌块的最优模型为椭圆形错列孔模型。     

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.     

台阶开孔式缓冲结构对隧道气动效应分析

随着列车速度的不断提升,列车由明线驶入隧道所引发的微气压波问题变得日益突出,有关研究表明：组合型式缓冲结构较单一型式缓冲结构能更好的缓解微气压波的影响,为了进一步减缓微气压波对隧道周边环境的影响,本文提出了台阶开孔式组合型缓冲结构。基于 两方程紊流模型,运用数值模拟的方法,从开孔距离、开孔率、开孔数量、开孔位置四个方面进行研究,对列车驶入隧道所引起的初始压缩波压力和压力梯度值进行具体分析,得出优化设计参数。台阶开孔式缓冲结构对初始压缩波压力最大值的影响较小,最大压力值差值保持在10Pa内,但对初始压缩波压力梯度值影响较大。当开孔距离为4m、开孔率α为36％、开孔数量为2孔、开孔位置为顶部开孔时,为最优工况,对压力梯度的减缓效果达到了60.14％。     

开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁力学性能

目的研究开孔波折板连接的弹性混凝土-钢组合梁的静力力学性能和疲劳性能,为提高组合梁的疲劳性能提供依据.方法通过有限元软件ABAQUS对4组不同参数的开孔波折板连接件的静力推出试件进行数值模拟,探讨不同参数对波折板连接件抗剪承载力的影响,结合荷载-滑移曲线得出波折板连接件抗剪承载力近似公式.在静力分析的基础上,考虑波折板单位长度抗剪承载力,采用局部应力法并结合Goodman平均应力修正曲线对不同橡胶掺量的弹性混凝土组合梁进行疲劳寿命分析.结果随着橡胶掺量的增加,开孔波折板连接的弹性混凝土与钢组合梁静力承载力下降、滑移增大、疲劳寿命总体提高,其中10%橡胶掺量的组合梁的疲劳寿命约为等强度普通混凝土-钢组合梁疲劳寿命的2.1倍.结论开孔波折板连接的组合梁承载力高、整体连接性能强;混凝土板中掺入一定橡胶能有效地提高组合梁的疲劳寿命.     

机载设备电子芯片缓冲橡胶蜂窝夹层抗跌落冲击性能

 以飞机高速飞行环境下某机载设备电子芯片跌落为例,研究了电子芯片缓冲橡胶蜂窝夹层的抗冲击性能。对缓冲橡胶夹层采用不同的蜂窝构型,即分别纵向开孔、横向开孔和选择不同孔径,利用Abaqus 有限元分析软件进行仿真实验,研究蜂窝的开孔结构及孔径大小对缓冲橡胶夹层抗冲击性能的影响。结果表明,缓冲橡胶夹层的蜂窝结构相对于实体结构能显著提高其抗跌落冲击性能（提高22%~33%）,纵向开孔结构的抗冲击效果优于横向开孔结构（提高3%~6%）,而在设计范围内的孔径大小对抗冲击效果的影响不明显。     

基于微结构模型的开孔泡沫橡胶力学性能分析

利用开孔Gibson-Ashby力学模型和不可压橡胶类材料应变能函数,分别研究了开孔泡沫橡胶泡孔结构和基体材料对其力学行为的影响。通过对两种影响因子的叠加分析,推导出了开孔泡沫橡胶的超弹性本构关系。基于开孔泡沫橡胶材料的单轴压缩实验结果,拟合确定了本构关系的参数,模型预测结果与实验结果吻合较好。     

钢混桥塔结合段内剪力连接件的弹性刚度计算

对于单一开孔板连接件或剪力钉连接件力学特性的研究,各国学者已进行了大量数值分析与试验的探索,得出了单一开孔板连接件或剪力钉连接件的力学行为。但实际混合桥塔的钢-混结合段内部是由大量开孔板连接件和剪力钉连接件形成的群钉组合连接件构成的。当前对于钢-混结构内组合连接件的研究比较匮乏,还没有明确的数值模型及理论推导用于组合连接件传力规律的研究。且组合连接件本身的设计参数对抗压性能的影响也还需要进一步的明确。因此,以顺德大桥的桥塔钢混结合段内的一种组合剪力连接件为实例,研究此抗剪连接件在弹性加载阶段,其内部的开孔板连接件和剪力钉连接件分别对该单层组合剪力连接件抗压刚度的贡献;建立弹簧模型,推出此单层组合剪力连接件弹性刚度的计算公式;利用ABAQUS有限元软件对单层组合剪力连接件进行加载仿真模拟分析,在弹性加载阶段其荷载-位移曲线呈极强的线性关系,拟合后与所推导公式的弹性刚度计算结果进行比对。结果表明：单孔开孔板连接件抗压刚度解析解与数值解的误差为4.87%,单根剪力钉连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为0.903%,单层组合剪力连接件的抗压刚度解析解与数值解的误差为11.54%,所推导弹性刚...     

新型腹板开孔HF1轻钢龙骨复合墙体传热性能研究

在腹板开孔C型轻钢龙骨的研究基础上,对新型腹板开孔HF1轻钢龙骨复合墙体截面参数、开孔参数对传热性能的影响进行数值模拟分析。分析内容包括两大部分:复合墙体的截面参数(龙骨高度、龙骨厚度、龙骨翼缘宽度)对墙体传热的影响;腹板开孔参数(孔长、孔宽、孔洞横向间距、孔洞纵向间距、开孔排数)对墙体传热的影响。研究结果表明:龙骨高度及龙骨厚度对墙体传热系数的变化影响较为明显,龙骨闭合翼缘宽度无明显影响。孔长和开孔排数是影响传热性能的主要参数。     

封闭管道内瓦斯爆炸传播过程中障碍物形状影响效果研究

为研究封闭管道内不同形状障碍物对瓦斯爆炸的影响,运用数值模拟软件Fluent,对比分析不同形状障碍物影响下火焰传播速度、最大超压以及爆炸流场结构的变化;运用中尺度激波管道和激光纹影系统,研究封闭管道内无障碍物和矩形障碍物存在时,冲击波和火焰传播,最大超压和火焰传播速度变化情况,对数值模拟结果进行补充。研究发现,封闭管道内最大超压随传播距离的增加而增大,火焰经历“加速-减速”过程。障碍物对火焰的加速作用主要存在于障碍物附近,火焰经历“加速-减速-再加速-再减速”过程。火焰越过障碍物前受流动压缩影响产生加速,在障碍物上方受剪切层影响,火焰下侧产生湍流扰动,加速传播;火焰越过障碍物后,与障碍物下游涡旋相互作用,形成湍流火焰,加速向下游传播。薄板障碍物对火焰传播速度和最大超压的提升效果最大,其次为长方形,三角形和圆形障碍物。在障碍物附近和其下游,最大超压相较于无障碍物情况下有明显提升。     

多层煤-岩介质中扇形深孔爆破应力场特性

在大量现场实验基础上选择有代表意义的实际工程为背景,利用三维数值模拟方法,建立了较合理的煤--岩介质穿层爆破计算模型,获得不同位置抽放孔有效应力随时间的变化规律,分别探讨了各特定位置有效应力随距离增加而衰减的差异.计算结果表明:在计算模型条件下,复合介质孔口煤层和孔底煤层中爆破击穿范围分别为1.4和1.8 m;孔底由于受应力波的叠加和反射双重作用影响,在相同距离时孔底有效应力平均值较孔口大73%;煤--岩复合介质中煤层爆破效果优于单煤层爆破效果,在同等情况下,复合介质煤层中孔口处有效应力极值较单煤层增加17%～42%,孔底增加6%～24%.     

法兰与金属垫片密封表面接触分形模型

考虑法兰与金属垫片接触属于静接触，接触界面摩擦作用对其不产生影响，在修正的M-B接触模型基础上，建立法兰与金属垫片密封表面接触模型，得到了无量纲真实接触面积与压紧应力的关系．研究表明，真实接触面积随着垫片上压紧应力的增加而呈线性增加；在相同接触应力下，真实接触面积随分形维数D的增大而增大，随尺度系数C的增大而减小，即表面越光滑真实接触面积越大．这为金属垫片密封性能的研究提供了依据．     

基于平面应变假设的橡胶圆筒静态受压分析

研究了减振元件中橡胶圆筒的静态受压机制.基于轴对称平面应变假设,给出了橡胶圆筒的几何描述,并结合3次缩减多项式本构模型推导了橡胶圆筒应力解析式.建立了相应边界条件下橡胶圆筒数值模型,仿真获得其应力响应后与解析式计算结果进行了对比验证.分析了压缩量改变对橡胶圆筒应力的影响规律.结果表明:随压缩量增大,径向应力和切向应力增大且增幅基本不变;边界层应力与压缩量近似成正比例关系,压缩量1%时,内外表面切向应力相差很小.     

机头波纹度对全静压探头测孔压强的影响

准确掌握飞机机头波纹度对全静压探头周围绕流及测孔压强的影响规律,对于提高飞机高度测量系统自身精度及其误差分析具有重要意义。论文采用计算流体力学方法,开展了机头波纹度对全静压探头测孔压强的影响规律研究。针对单独探头构型,进行了数值模拟方法的验证。针对单独机头构型,研究了波纹度对探头预安装位置附近的空间区域压强的影响规律。针对探头与理论机头和波纹度机头的组合构型,研究了波纹度对全静压探头绕流及测孔处压强的影响规律。结果表明：文中数值模拟方法能够满足机头全静压探头流场的数值模拟要求;波纹度对探头测孔处压强系数的影响变化量随着马赫数增加而增加;当马赫数固定时,波纹度的影响在第一组测压孔处随迎角增大而减弱,而在第二组测压孔处随迎角增大先增加再减弱。     

密封弧面半径对C形组合密封圈密封性能的影响

为研究密封副处弧面半径大小对密封圈密封性能的影响,通过ANSYS有限元软件数值仿真方法研究了氢化丁腈橡胶和三元乙丙橡胶两种材料组成的C形组合密封圈.介绍了两种材料的非线性以及ANSYS中描述这类材料特性的Mooney-Rivlin模型,然后简述了有限元模型的建立、接触对以及载荷的设置.根据仿真得出的云图和数据,分别从Von Mises应力、剪切应力和接触压力三个方面来考察密封副处的弧面半径对C形组合密封圈密封性能的影响及密封圈能否满足工作要求.结果表明:在不同弧面半径的参数下,密封圈都可以达到密封效果;在弧面半径较大时,由于Von Mises应力以及剪切应力都较大,增加了密封失效可能性;在弧面半径较小时,密封副处接触压力比较大,增大了密封圈的磨损率,减短其使用寿命.得出当密封弧面半径选择13 mm时,最大Von Mises应力和剪切应力比较小,密封副处的接触压力适中,此值较为合理.     

岩石分形节理的强度和变形特性研究

节理的粗糙性是影响节理力学性质的重要因素。本文以分形曲线模拟岩石节理的粗糙特征,并应用数值模拟的方法对岩石节理在单压状态下粗糙节理的最大剪应力、最大剪应变及其接触点分布情况进行较为系统的研究。本文的模拟结果和实验结果吻合较好。     

水工隧洞衬砌底板缺陷诱因及其对结构安全的影响分析

水工隧洞长年运行会出现裂缝、磨损、掉块、冲坑等缺陷,极大影响工程安全。针对水工隧洞衬砌底板冲坑产生的原因及其对结构安全的影响问题,开展隧洞断面水力特征参数的数值模拟,从水力学角度分析衬砌底板冲坑产生的原因,并开展运行和检修工况下不同冲坑深度对衬砌结构受力的影响分析,结合监测数据与模拟成果对冲坑所在位置截面承载能力进行验算,结果表明：隧洞底板流速与紊动能均较大,在运行过程中受高速水流冲蚀作用最强,也最容易产生破坏。冲坑形成后主要对隧洞底板和边墙弯矩的对称性及数值影响较大,对轴力及剪力影响较小。受内外水压力控制的差异,相对于检修工况,运行工况下冲坑对结构安全的影响更加明显,冲坑导致截面抗弯刚度显著减小,随着冲坑深度增加,抗弯承载力逐渐减小,工程运行中应重点关注运行工况下底板混凝土的冲刷情况。     

楔横轧铝合金轧件内部空洞演变

采用数值模拟的手段,研究了楔横轧轧制铝合金时轧件内部空洞演化的一般规律和工艺参数对空洞演化的影响.结果表明:轧件内部单空洞演化的一般规律是球形—椭球形—轧件内部轴向贯通的孔腔;多空洞演化时,位于轧件中心的空洞的变化规律和单空洞时相似,但其余位置的空洞发生了闭合,它们对中心空洞有正作用方面的影响;在模具的各个阶段中,楔入段的后期和展宽段的前期是内部空洞演化的关键阶段;在楔横轧加工的工艺参数方面,展宽角是影响空洞演化的最敏感因素,其次是断面收缩率,再次是成形角.研究证明了小的成形角、展宽角和断面收缩率均有利于轧件内部空腔的扩展.     

滚石冲击下孔隙率和孔隙分布对空心砖缓冲性能的影响

采用大型摆锤冲击试验和LS-DYNA数值模型,研究了空心砖不同孔隙率(28%、42%、54%)和孔隙分布(2孔、8孔、18孔、32孔、50孔)对空心砖缓冲性能的影响。结果表明:滚石冲击力随着空心砖孔隙率的增大而减小, 54%孔隙率空心砖比28%孔隙率空心砖减小了23%滚石冲击力峰值和46%空心砖缓冲层传递力峰值;滚石冲击力和空心砖缓冲层传递力随着孔隙分布均匀化而减小,相比于2孔空心砖,50孔空心砖最大可减小46%滚石冲击力,传递力可减小31%;均匀的孔隙结构分布可以有效增大传递力扩散角,50孔空心砖比2孔空心砖传递力扩散角增大46%。