钢丝绳数学模型及有限元分析

用UG中的规律曲线建立6×19西鲁钢丝绳、1×6单股钢丝绳三维模型,针对西鲁股第2层和第3层钢丝位置关系进行三次多项式曲线拟合,建立了二者捻角变化的三次曲线关系,保证钢丝绳捻制后同一个旋转周期螺旋捻距的大小相同;同时建立了第3层钢丝螺旋半径与第2层钢丝螺旋半径之比随第2层钢丝捻角变化的三次拟合关系,确保钢丝捻制后两层丝刚好能接触.利用Workbench对1×6单股钢丝绳进行有限元分析,钢丝绳一段固定,对另一端每根丝加载荷.对比了中心丝与侧丝接触应力,理论计算与有限元分析结果误差在3%,验证了模型和网格的有效性.单股有限元最大应力出现在侧丝与侧丝加载变型后相接触点.     

钢丝绳隔振器弹性元件空间曲线模型分析

提出并设计了新型钢丝绳隔振器及其弹性元件钢丝绳绳圈,为了探索隔振器刚度与隔振器结构参数之间的关系,对钢丝绳绳圈进行了研究。分析了钢丝绳绳圈的成形原理,采用空间坐标轴变换方法建立了7×7不锈钢钢丝绳绳圈钢丝中心曲线数学模型。根据建立的空间曲线数学模型和确定的结构参数,使用MATLAB软件绘制了钢丝绳绳圈钢丝中心曲线,并利用参数化建模软件Pro/E完成了钢丝绳绳圈的三维实体建模。通过研究得到了钢丝绳绳圈的空间曲线模型,发现了芯绳中心线上任意一点被其法平面所截截面不是一般研究文献中所假设的圆形或者椭圆,而是不规     

基于有限质点法的双层柱面网壳强风作用下倒塌破坏研究

采用有限质点法研究空间柱面网壳在强风作用下的倒塌破坏性能.推导了有限质点法基本方程和三维空间单元的内力计算公式,给出了利用该方法分析结构几何非线性、材料非线性的具体过程,建立了断裂模型和断裂准则.在破坏过程模拟中,考虑风速风压模拟的空间三维相关性,运用线性滤波器法中的自回归(AR)模型编写程序模拟脉动风速与风压,实现了强风作用下双层柱面网壳的倒塌全过程分析.基于结构倒塌模拟结果,建立衡量结构倒塌破坏的控制指标,对双层柱面网壳的结构参数进行优化,提高了双层柱面网壳的抗倒塌性能.     

三维现今地应力场有限元数值计算

研究现今地应力场的分布规律对油气藏的勘探、开发有重要的指导意义.依据Petrel地质模型网格节点数据,建立有限元三维精细几何模型,并对岩体和断层进行不同尺寸的网格剖分.综合利用地球物理测井与岩芯资料,采用VB.net编程求得三维岩石力学参数,根据单元中心坐标分别赋予相应的参数.运用大型有限元软件ANSYS建立了塔里木盆地##2地区三维有限元模型,以测井应力解释剖面为井点应力约束条件,经过多次反演试算得到模型的合理边界条件.与现场资料数据比较发现:数值模拟结果吻合性较好.可为三维现今地应力场的模拟提供数值计算方法.     

裂缝性潜山变质岩储层地质建模方法——以锦州25-1S潜山为例

 针对裂缝性储层地质建模的难点和重点,在对渤海海域特殊变质岩潜山裂缝性油藏地质、物探、测井综合研究的基础上,针对国内外裂缝性储层地质建模的技术方法,提出了双重介质油藏储层的4步建模方法：① 建立基质和裂缝共用的三维构造模型;② 建立基质系统的属性参数模型;③ 建立裂缝网络几何模型,并将裂缝几何模型等效成裂缝参数定量模型;④ 动态校验模型。首次利用叠前地震反演资料做约束对裂缝发育的密度进行定量预测,并在此基础上根据成像测井解释的裂缝参数的统计规律对裂缝的三维分布进行预测,建立三维可视化的裂缝网络模型,将离散的裂缝网络转化为定量化的三维参数模型。以锦州25-1S油田裂缝性潜山基岩油藏为例,对裂缝性油藏（尤其是潜山油藏）的储层地质建模技术进行探讨和尝试。在对太古界潜山油藏构造、岩性、裂缝等精细描述的基础上,利用Fred和Petrel等先进地质建模软件建立了油藏的三维构造模型、裂缝空间展布及储层属性模型,对该裂缝性油藏进行了三维储层定量化表征,为该油藏开发方案的优化及实施奠定了基础。     

单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究

针对单股钢丝绳在服役过程中因丝间接触引起的失效问题,基于弹性接触理论和曲杆理论,研究轴向扭转载荷作用下单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能。首先,综合考虑泊松比效应和接触变形等因素,建立具有多层结构的单股钢丝绳轴向力学性能与丝间接触性能的数学模型。其次,采用基于半解析法(SAM)的数值方案进行耦合求解。半解析法求解过程中,采用共轭梯度法(CGM)和快速傅里叶变换(FFT)求解多层结构单股钢丝绳丝间接触压力、接触变形及钢丝内部应力,揭示单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的接触性能参数随扭转载荷变化的演变规律,以及钢丝绳结构参数对单股钢丝绳丝间接触行为的影响机制。最后,通过与COSTELLO理论计算结果对比,验证单股钢丝绳多层接触耦合模型的有效性。研究结果表明:轴向扭转载荷作用下,单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的最大接触压力和变形均位于接触中心,且随扭转加载进程而呈非线性变化;在大扭转载荷下,内层螺旋钢丝与外层螺旋钢丝间的接触区易先发生应力屈服;相比于内层螺旋钢丝捻角,外层螺旋钢丝捻角对单股钢丝绳内部各层丝间的接触作用影响更加显著;扭转载荷引起的最大钢丝应力位于接触界面下,该应力区的应力及深度随螺旋钢丝捻角增大而增大。     

基于节点位置相关性分析的结构位形推算方法

既有空间结构鉴定计算应按结构实际位形建立几何模型.根据空间结构几何构造特性,采用节点位置偏差相关系数的函数模型分析节点位置相关性并给出模型参数确定方法;基于节点位置相关性分析,提出根据抽样测量节点位置推算结构几何位形的方法,以条件概率分布期望作为未测节点实际位置偏差的期望估计值,以交叉验证的方差置信上限作为偏差的方差估计值,由此确定偏差分布,得到结构实际几何位形,建立结构鉴定计算的不确定模型.对实际网壳结构根据抽样测量节点位置推算结构实际几何位形,并进行整体稳定性分析.研究结果表明,基于节点位置相关性分析的推算方法结果更符合实际.     

椭圆股和三角股钢丝绳扭转及弯曲性能研究

对椭圆股和三角股钢丝绳的扭转和弯曲性能进行了有限元分析.在考虑两类钢丝绳股空间结构的相似性及钢丝间的摩擦接触等情况下,对捻向为右捻的椭圆股和三角股钢丝绳进行参数化建模和性能求解.仿真结果表明:两类钢丝绳股的扭转刚度均随捻角和侧丝直径的增大而增大,椭圆股钢丝绳的扭转刚度和弯曲刚度低于三角股钢丝绳;相对三角股芯丝,椭圆股的芯丝应力集中现象更加明显;在相同的扭转载荷作用下,椭圆股钢丝绳比三角股钢丝绳更易达到应力屈服,这与弯曲载荷作用下的现象相反.     

基于ObjectARX参数化模型块动态显示系统

以ObjectARX为开发工具对AutoCAD2008进行二次开发,实现了在界面中即时显示模型以及定型产品的自动化设计。分析定型产品的几何结构确定参数构成,构建产品的二维图形和三维模型;在对话框上建立自定义视图控件,该控件类似AutoCAD的视口,通过该视口即可把二维图形和三维模型块分别显示在视图控件中。以轴承盖零件为例,对该方法进行了验证,结果表明参数化模型块动态显示系统效果良好。     

捻制方式对钢丝绳绳丝力学性能影响研究

对6×19S+FC右同向捻及右交互捻钢丝绳绳丝分别进行了静态实验,得到它们的拉伸、弯折及扭转实验数据;对这些数据进行统计分析,分别得到它们的均值与方差,从实验层面探讨捻制方式对钢丝绳绳丝力学性能的影响。另外利用Solidworks软件建立了绳丝计算模型,利用ANSYS软件分析了钢丝绳中绳丝的受力和变形情况,从数值模拟层面探讨钢丝绳捻制方式对绳丝力学性能的影响。研究表明,对于钢丝绳绳丝力学性能而言,右交互捻优于右同向捻。     

致密油层体积压裂排量优化方法

在离散化缝网模型(DFN)基础上,结合油井及地层的相关参数,利用缝网模拟软件模拟了裂缝在地层主平面上的拟三维离散化扩展和支撑剂在缝网中的分布,数值求解了不同压裂排量改造后的缝网半长、带宽、次生裂缝条数和储层改造体积(SRV)等缝网几何形态参数,给出了简单高效的排量优化方法。以鄂尔多斯一口油井为例,模拟结果表明:压裂排量不是越大越利于复杂缝网形成,模拟的离散缝网几何形态参数会随压裂排量的增大先快速增大后趋于平缓,以SRV为评价改造效果的主要参数,综合其他参数变化特征,可以优选出致密油层体积压裂的施工排量。     

基于CATIA的心墙堆石坝施工动态仿真

目前堆石坝施工动态仿真研究多是基于施工仿真结果构建三维可视化系统,然而系统中三维模型不易被修改,且提供的施工信息量有限,针对此问题,本文提出了以CATIA为基础的堆石坝施工动态仿真构架.首先,采用参数化技术建立堆石坝三维模型,实现了三维模型的快速修改更新;同时,利用CATIA的二次开发功能建立了具有扩展属性的堆石坝三维模型,这不仅提供了施工场景,还提供了大坝的形体参数、道路节点信息等施工信息;最后,以实际工程为例,结合离散事件仿真方法,建立了基于CATIA的心墙堆石坝施工仿真模型及系统平台,实现了堆石坝施工过程的三维动态表达及4D模型的远程交互,可为堆石坝施工管理提供重要理论与技术支持.     

计入丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能半解析法研究

为研究计入丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能,在计入泊松比效应和接触变形等影响下,建立轴向拉伸和扭转载荷下钢丝绳股数学模型,并使用半解析法(SAM)对该模型进行求解。在使用SAM时,利用共轭梯度法求解出丝间接触压力,利用快速傅里叶变换加快接触变形计算。对上述模型和方法的有效性进行证实。研究结果表明:采用SAM可实现考虑丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能快速而准确的求解,且计算效率远比有限元仿真的高;在轴向拉伸过程中,芯丝比侧丝承受的拉伸载荷大;增大轴向扭转载荷会导致侧丝轴向应变,以及芯丝和侧丝间的接触压力、接触变形与接触半宽的增加;芯丝和侧丝间的接触以及侧丝的缩径,会导致侧丝轴线的螺旋半径略有减小。     

三维现今地应力场有限元数值计算

研究现今地应力场的分布规律对油气藏的勘探、开发有重要的指导意义。依据Petrel地质模型网格节点数据,建立有限元三维精细几何模型,并对岩体和断层进行不同尺寸的网格剖分。综合利用地球物理测井与岩芯资料,采用VB.net编程求得三维岩石力学参数,根据单元中心坐标分别赋予相应的参数。运用大型有限元软件ANSYS建立了塔里木盆地##2地区三维有限元模型,以测井应力解释剖面为井点应力约束条件,经过多次反演试算得到模型的合理边界条件。与现场资料数据比较发现:数值模拟结果吻合性较好。可为三维现今地应力场的模拟提供数值计算方法。     

复合材料螺栓连接载荷分配的数值模拟

航空结构中复合材料多钉螺栓连接中存在载荷分配不均匀现象.为衡量载荷的不均匀程度,定义了载荷不均匀度的概念.基于ABAQUS 6.10采用三维有限元数值模拟技术建立了复合材料单列4排单搭接三维有限元模型,有限元模拟计算结果与试验结果一致.基于载荷不均匀度,使用三维有限元模型分析了几何参数、板间摩擦和预紧力对载荷分配的影响,结果表明载荷不均匀度有助于定量化研究载荷分配问题和找到均匀化策略.     

基于CABLE建模的大型塔结构吊装过程动力学模拟

本文通过在CATIA软件上引入CABLE软件,建立了柔性体钢丝绳的三维模型。在对钢丝绳的物理参数进行定义后,在运动工作台上建立钢丝绳的动力学分析模型。进一步将吊车、塔、地面等模型完整装配,在运动工作台上进行整体模拟计算。最终获得被吊装结构的轨迹曲线、动力学响应、结构的偏心、翻转等,以及与周围物体的干涉情况。     

钢丝绳断丝声发射定量检测方法研究

采用声发射(ＡＥ)技术对钢丝绳断丝进行定量检测研究·通过波形分析确定合适的定时参数,从而将断丝事件表征为单个ＡＥ撞击信号,实现了断丝的定量化表示·通过二维图示方法选择特征参量,并根据断丝与非断丝类别的分布特点,采用多段线性分类器,以机器智能方式实现断丝的自动检测与识别·     

氧化锆陶瓷车削刀具几何参数的多目标优化

通过氧化锆车削试验测得切削力和刀具磨损量,以工件材料去除量与刀具磨损量的比值作为刀具利用率的量化指标.采用粒子群算法改进BP神经网络,并以此对单因素试验值进行训练预测.采用最小二乘拟合,建立刀具利用率和切削力关于各刀具几何参数的一元模型,以相关系数检验模型的可靠性.基于一元模型,分别提出了刀具利用率和切削力关于刀具几何参数的多元模型.利用粒子群算法结合正交试验值对多元模型进行优化求解,并通过验证试验证明了多元模型具有较高的精度.将多元模型作为目标函数,以刀具利用率最大和切削力最小为优化目标,基于粒子群算法进行了刀具几何参数的多目标优化,验证试验结果表明优化得到的刀具几何参数是合理的.     

基于Sobol法的复合材料加筋板结构参数灵敏度

复合材料广泛应用于航空航天领域,其可靠性、稳定性及承载能力等对于航空设备尤为重要.以复合材料加筋板作为研究对象,对其材料属性和几何参数进行灵敏度分析.首先,基于ABAQUS软件建立复合材料加筋板的有限元模型,对轴向压缩载荷下的屈曲载荷进行了研究;其次,针对加筋板结构的复杂性,基于Kriging方法的代理模型建立复合材料加筋板屈曲载荷与材料属性和几何参数之间的函数关系;最后,采用Sobol全局灵敏度分析法求解复合材料加筋板材料属性和几何参数的灵敏度.研究结果为复合材料加筋板可靠性设计提供指导.     

离散元法中的集料三维数字模型构建

基于三维建模及PFC 5.0平台Fish语言开发一种集料三维离散元模型构建方法.基于三维建模构建集料颗粒几何形态特征,将集料几何形态导入PFC 5.0平台构建可表征集料几何形态的clump模板;调用clump模板在一定空间内生成clump用于集料离散元模拟.为评价该方法的有效性及准确性,使用填充度评价clump表征集料几何形态的效果,并采用单元球体数量量化虚拟集料对计算效率的影响,分析几何形态精度与填充算法效率的关系以及填充算法参数对填充度以及单元球体数量的影响.研究结果表明:集料几何形态特征点数量为1 000～2 000能够发挥填充算法的优势;按照填充算法推荐参数生成的clump块体可以较好地平衡填充精度与计算效率.该方法可以实现低成本、高效率生成集料三维离散元模型,为进一步数字化试件仿真提供有力技术支撑.