三维摩擦接触分析及其在车架有限元分析中的应用

推导了三维应力状态下的接触算法、利用该算法对载重车的铆接车架进行了有限元分析和计算，该算法得出的计算结果相对于以往传统的有限元分析方法所得出的计算结果更为接近实际情况，为铆接车架的设计提供了一种新的计算方法．     

铆接钢桥剩余寿命与使用安全评估方法

基于疲劳累积损伤和断裂力学理论，建立了能表征铆接钢桥疲劳破坏行为的确定性评估方法．进而基于铆接钢桥的疲劳随机损伤演化机理，针对铆接结构多破坏模式和铆接多成分、多构件的疲劳失效特点，建立了能反映铆接钢桥脆断和韧断疲劳破坏机制的构件概率疲劳模型和系统疲劳可靠性分析模型．基于Monte-Carlo算法，进行铆接钢桥构件和结构系统疲劳断裂失效概率的计算，并编制了用于铆接钢桥系统疲劳可靠性分析的大型程序系统．     

基于子模型的孔边应力集中的有限元分析

用ANSYS软件对圆孔板的应力集中进行了有限元分析,计算了圆孔平板在单向或双向受力下的应力分布,并与理论解进行了比较,其ANSYS解与解析解均比较接近．同时,把在粗糙拱型下的计算结果和子模型下的结果进行了比较,从而论证了所用方法的优越性．     

半空心铆钉自冲铆接的工艺参数及铆接质量的判定

自冲铆接是在板料和铆钉之间形成连接而不需要预冲孔的新工艺，探讨了检测自冲铆接质量的直接试验法和观测法，并在原有观测法的基础上提出了补充意见．开展了模具设计、铆钉尺寸选择及二者与板料匹配等方面的研究，提出了模具设计的依据和方法．同时进行了自冲铆接效果的试验研究，结合自冲铆接试验结果，分析了模具、铆钉以及板料的材质性能等卤素对铆接质量的影响．研究和试验分析表明，自行设计的半空心铆钉和模具可以获得良好的铆接质量，可作为模具设计的参考和依据．     

采用局部-整体映射模型的壁板铆接变形预测

针对现有壁板铆接变形预测方法预测精度低、计算周期长的问题,提出了一种采用局部-整体映射模型的壁板铆接变形预测方法。依据壁板装配工艺流程分析,确定了引起壁板铆接变形的主要原因;结合增扩自由度法,解决了壁板铆接体-壳连接建模中的应力不协调问题,并用于构建壁板铆接局部-整体映射模型;基于局部-整体映射模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形预测。计算结果表明:在十钉铆接结构中,与全实体动态铆接模型相比,单钉的平均计算时间从55min降为15min,变形分布与大小基本相同;某壁板变形预测结果与实验结果相比,测量点的最大变形值偏差为0.062mm,平均偏差为0.01mm,相关性系数为0.898。该模型显著提高了计算效率,且具有有效性,为进一步铆接变形的控制研究提供了理论依据。     

基于正交试验的铝合金无钉铆接工艺优化

为了控制铝合金车身装配的尺寸精度,文章对铝合金无钉铆接工艺中板件翘曲变形的影响因素进行了研究。针对ENAW5754铝合金板件,基于正交试验研究了铆接角度、凹模位置以及铆点间距对该工艺中板件翘曲变形的影响规律,分析了影响板件翘曲变形的关键因素,并得出了1.0 mm ENAW5754+1.0 mm ENAW5754连接的最优工艺参数组合。结果表明:铆接角度对板件翘曲变形的影响最大,变形量随铆接角度的增大而增大;凹模位置对其影响次之,变形量随凹模与板件间距离的减小而减小;铆点间距对其影响不明显。     

外伸端板节点有限元分析

为考察外伸端板连接中不同端板厚度、螺栓直径、螺栓布置对节点受力性能以及端板强度的影响,采用有限元数值分析软件ANSYS建立半刚性端板连接节点模型进行非线性有限元分析．在建立模型和计算分析过程中考虑了弹塑性、大变形和接触问题．分析结果表明：端板厚度的变化对节点的初始转动刚度、极限转动能力以及抗弯承载力都有不同程度的影响;节点的初始转动刚度随着端板厚度的增加而增加,但节点的极限转动能力却随着端板厚度的增加而减小;设计中建议采用大螺栓、中等厚度的端板,同时螺栓应尽量布置在靠近梁翼缘一侧;传统的T形件方法计算端板强度,其计算结果偏低．     

卫星结构蜂窝夹层板的等效计算

在利用MSC／NASTRAN对卫星结构进行有限元计算时，必须对蜂窝夹层板进行预先的等效处理，等效处理的合理与否将直接影响到计算结果的可信度．为此，研究了3种不同的等效方法，即三明治夹心板理论、蜂窝板理论以及等效板理论，其中三明治夹心板理论方法只对蜂窝夹芯进行等效，而蜂窝板理论和等效板理论方法则是对整个蜂窝夹层板进行等效．分别采用这3种等效方法，对某铝蜂窝夹层板的2种工况进行了模态分析，并将计算结果进行了比较．结果表明，运用等效方法的计算结果非常接近于解析解，证实了等效处理方法的合理性和正确性．     

应用虚拟横梁的梁格法计算铰接空心板内力

以预应力混凝土简支空心板桥作为研究对象,采用虚拟梁格法,应用MIDAS有限元软件,对铰接缝预应力简支空心板的内力进行了计算,并与应用铰接板法计算的预应力混凝土简支空心板的内力进行了比较.通过比较两种方法的计算结果,验证采用虚拟梁格法计算铰接空心板的可行性及准确性.     

单箱双室箱梁横隔板与横隔墙剪切应变能计算

根据单箱双室箱梁截面的变形,设计位移参数,导出横截面横向、竖向畸变角的变位模式;采用刚架或板件来模拟横隔板和横隔墙的计算简图,利用力学和有限元原理,推导出横隔板、横隔墙的抗剪刚度、剪切应变能;并将此方法的计算结果与商业有限元软件计算结果进行比较.结果表明:文中提出的计算理论与方法是正确和完整的,该方法与商业有限元软件的计算结果接近;文中计算方法较之商业有限元软件更加简便实用;横隔板、横隔墙的剪切应变能都随位移呈幂函数增加.文中还得出了单箱双室箱梁横隔板最优的开孔位置.     

可渗透弹性悬臂梁式薄板横向绕流变形分析

采用相容拉格朗日-欧拉法,求解可渗透弹性悬臂梁式薄板在理想流体横向绕流下的小变形问题。通过具体算例,分析了流速、板的几何尺寸及渗透参数对可渗透弹性悬臂梁式薄板挠度、应力大小的影响。假设弹性薄板的孔很小且均匀分布,不会对其弯曲刚度及外部流场产生影响,忽略小孔所造成的阻力。根据弹性薄壳理论和接触面动力学方程得到可渗透弹性梁式薄板的变形方程。利用线性渗透关系式及质量守恒定律求解薄板的阻滞压力。采用泰勒展开方法得到挠度函数和引起薄板变形的流体势函数待定参数的方程式,解方程求出待定参数,即得到薄板横向绕流发生小变形的挠度,进而可求出应力分量。     

弹性地基上非线性弹性材料矩形薄板的弯曲

平板的非线性问题,除几何上的非线性效应外,还有物理上的非线性.探讨了弹性地基上矩形薄板的物理非线性问题.以整幂次多项式应力-应变本构关系为基础,根据Kirchheff-levy薄板理论和Iliushin小弹塑性形变理论,建立了非线性弹性材料矩形薄板的总势能表示式,得出用Ritz法求解所需的含待定参数的线性方程组,并以弹性地基承受均布荷载的四边简支矩形板为例,计算出总势能,进而得出所承受的荷载与板中间挠度的关系式.研究结果表明,物理非线性对挠度的影响可用1个3次方程表达,这对某些设计工程是不容忽视的.     

粘贴片材加固曲梁的界面剪应力计算研究

针对工程中广泛存在的曲梁加固问题,其剥离失效主要和贴片层与原梁之间的界面应力有关。研究了一种粘贴片材加固曲梁的界面剪应力计算解析法。根据粘贴片材加固梁的变形协调条件,从推导片材加固一般梁的界面剪应力微分控制方程出发,引入粘贴片两端部的边界条件,推导出界面剪应力的一般解析解显示表达式,并将其应用于加固曲梁的界面剪应力分析。对于不同的载荷条件与梁结构,只需计算出原梁结构所承受的剪力、弯矩和轴力即可采用所推导的解析解计算加固梁的界面剪应力。最终利用所研究的方法分析两种载荷作用下,不同曲率半径的曲梁采用碳纤维增强复合材料加固的界面剪应力的分布。数值算例表明该方法计算简便,求解精度高。     

Force-Based Quadrilateral Plate Bending Element for Plate Using Large Increment Method

A force-based quadrilateral plate element( 4NQP13) for the analysis of the plate bending problems using large increment method( LIM) was proposed. The LIM, a force-based finite element method( FEM),has been successfully developed for the analysis of truss,beam,frame,and 2D continua problems. In these analyses,LIMcan provide more precise stress results and less computational time consumption compared with displacement-based FEM. The plate element was based on the Mindlin-Reissner plate theory which took into account the transverse shear effects.Numerical examples were presented to study its performance including accuracy and convergence behavior,and the results were compared with the results have been obtained from the displacementbased quadrilateral plate elements and the analytical solutions. The4NQP13 element can analyze the moderately thick plates and the thin plates using LIMand is free from spurious zero energy modes and free from shear locking for thin plate analysis.     

层状地基与弹性薄板相互作用的边界元解

将无限大薄板的基本解作为薄板边界积分方程的核函数,对薄板的内部和边界进行离散,并假定薄板内部和边界上的节点与地基反力的分布情况,得到薄板的边界元方程组;同时基于层状地基的解析层元解,通过Guass-Legendre积分得到地基柔度矩阵;结合地基与薄板接触面上的位移协调条件,得到层状地基与薄板共同作用问题总的边界元法方程组;求解该方程组,得到层状地基与薄板共同作用问题的解答.基于本文理论,编制了相应的FORTRAN程序,通过与已有文献结果对比验证本文理论及程序的正确性,数值分析结果表明:方形基础薄板情况下,离板中心越近,垂直于坐标轴y(x)方向、距离相等的2条线段的竖向位移差越小,且该位移差随着板-土刚度比减小而减小;随着板长宽比的增大,板中心点与长边中点位移差变化不明显,而短边中心与边界角点的位移差也有相类似的规律.     

厚板低阶广义协调矩形元

采用常内力状态下的广义协调条件，将剪切变量用结点挠度和转角表示，导出一个具有１２个自由度的厚板、薄板都通用的矩形弯曲单元。此单元的自由度少，精度高，能通过分片检验，不出现剪切闭锁现象，具有位移型单元简便实用的优点。     

薄板自由振动的边界元法解析

从薄板自由振动的微分方程式出发，依据弹性薄板理论和振动理论，运用边界元法(BEM)研究了薄板横向自由振动的动态特性。计算中采用薄板横向振动问题的基本解，推导了均匀、各向同性薄板的边界特性方程，应用频率扫描的方法求解其固有频率。算例表明采用本文的方法计算简便，具有足够的解析精度。     

新型轻钢铆接桁架组合楼板试验研究

由于铆接在薄壁型钢连接中兼具施工和受力的优势,本文提出一种新型轻钢铆接桁架组合楼板并探讨其受弯性能。以配钢率和铆钉间距为参数,对3块组合板进行了静力加载试验。试验结果表明: 组合楼板有较高的刚度、抗弯承载力和延性;楼板截面在弹性阶段符合平截面假定;配钢率和铆钉间距对组合楼板的受弯性能均有较大影响,配钢率对刚度和抗弯承载力的影响最显著;通过合理地设置配钢率和铆钉间距,可以保证底部钢板与型钢、混凝土相互协调,共同受力,实现组合作用。     

一族拉格朗日等参薄板单元

提出用拉格朗日等参单元来模拟薄板弯曲,用拉格朗日乘子修正薄板势能泛函来强加板法线转角在单元交界处的连续性,这种拉格朗日等参薄板单元继承了平面弹性问题中拉格朗日等参单元的全部优点。它的求解过程简单,算法稳定,解答精度高,易于编制计算机程序。拉格朗日等参单元能很好地吻合曲线边界,加之节点未知量中没有广义位移（即转角）,特别适合推广应用于逐步更新节点坐标的空间板、壳结构非线性问题分析。     

非自治屈曲薄板全局分叉与混沌动力学

基于多自由度哈密尔顿系统的Melnikov理论,研究了参数激励下四边简支矩形薄板在屈曲状态下的全局分叉与混沌动力学.直接对非自治常微分方程进行全局分析,比文献中经过多次化简近似所得到的规范形更加接近原系统的性质.薄板的屈曲状态是文献中用多尺度方法所不能研究的.分析结果表明参数激励下四边简支矩形薄板存在Smale马蹄意义下的混沌,数值模拟进一步验证了解析方法的正确性.