弧齿锥齿轮的向量式有限元静态啮合分析

针对目前向量式有限元的类型和应用范围,根据向量式有限元的基本理论推导了八节点六面体实体单元的基本理论计算式,阐述了逆向运动和单元内力的求解过程,将向量式有限元的应用范围拓展到空间和工程应用领域。对于空间实体结构的接触行为,采用主从面算法和内外算法分别进行了全局搜索和局部搜索,以实现碰撞检测,并通过罚函数法来处理接触问题。以一对弧齿锥齿轮为例,建立了向量式有限元模型,利用该模型进行了分析和计算,并将计算结果与传统有限元计算结果进行了对比,结果表明:通过向量式有限元计算得到的接触力、接触应力以及齿面印痕等与传统有限元方法计算的结果吻合程度较高,并且可以在网格单元较少的情况下得到较为精确的结果。     

基于非支配排序遗传算法的塔机有限元模型修正

为了建立一个能准确反映结构实际状态的有限元模型,提出了一种基于非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)的有限元模型修正方法.首先建立初始有限元模型,基于二次响应面法,得到有效的响应面替代模型,然后采用NSGA-Ⅱ对该模型进行修正,最终建立了满足工程精度要求的可靠的有限元模型.给出了某型塔机有限元模型修正的工程算例,将修正后的计算结果与实测数据相比较,说明了基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法对于有限元模型修正具有理想的效果,修正后的有限元模型能准确反映结构力学特性.     

双压力角非对称齿形直齿面齿轮副有限元应力分析

根据齿轮啮合原理,推导了双压力角非对称齿形面齿轮的齿面方程.在有限元软件ANSYS中建立了面齿轮副轮齿接触有限元分析模型.通过有限元接触压力计算结果与基于点接触Hertz理论接触压力计算结果的对比分析,确定了有限元模型的网格密度.由若干组算例的计算结果表明,适当增大工作侧齿面压力角可以明显降低面齿轮副接触压力和齿根弯曲应力,因此,非对称齿形设计可以获得更高的轮齿强度.     

多项式响应面方法在结构近似分析中的应用

针对结构分析过程中的计算复杂性问题，采用多项式响应面方法，建立结构分析近似模型，以某复合材料压力容器为例，基于所建立的多项式响应面模型，进行了结构近似分析，并将分析结果与有限元计算结果进行比较，结果表明，所建立的结构近似模型具有很高的近似精度。     

显式有限元侵蚀接触搜索算法研究

侵蚀接触是弹体穿甲/侵彻等冲击动力学问题数值模拟与显式有限元程序的核心算法.文中基于接触界面的点-面离散模型,发展了一种有效、精确的侵蚀接触搜索算法.新算法通过引入历史状态量跟踪从点对主片的穿透历史,并结合接触强度方法,克服从点对主片穿透定义的歧义性,精确确定出从点-主片接触对及其相应的接触方向;对于接触点计算,建立了一种非迭代的计算方法,提高了接触计算的稳定性.文中算法基于自主研发的大型并行显式有限元程序PANDA-Impact实现,并利用典型算例进行了验证.数值模拟结果表明,文中建立的侵蚀接触搜索算法可以用于复杂问题模拟并具有较高的计算精度.      

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正研究

有限元模型修正可转化为优化问题,基于此,将全局寻优算法--混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达,基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。本文研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

基于动力的石拱桥有限元模型修正

利用大型通用软件ANSYS,以国道319线苏家坡桥为例阐述基于动力的加固前后石拱桥有限元模型建立及模型修正的过程.首先介绍加固前后苏家坡桥的环境振动试验与模态参数识别,然后介绍加固前的石拱桥有限元建模及基于动力的模型修正过程,最后介绍加固后该桥的有限元模型修正.结果表明,加固前后的有限元模型计算和实测动力特性能够吻合良好,所建立的有限元模型可以用于桥梁的静动力计算.     

一种用于结构动态过程数值模拟的广义有限元法

提出了一种能同时处理连续体和离散体动态过程的有限元法. 该法通过构造接触力模型, 将传统的离散元当做标准的一节点有限单元来看待. 新构造的一节点单元与常规有限单元具有同样物理特征, 包括应力和应变. 从而, 将离散元算法与有限元算法紧密结合在一起, 形成了统一的、与现有有限元系统兼容的广义有限元计算模型. 这种模型不仅简化了计算过程, 还可最大限度地发挥现有有限元代码的功能. 数值算例表明, 新方法可以更加有效地模拟大量离散体与连续体相互作用的复杂动力学过程.     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正

有限元模型修正可转化为优化问题;基于此,将全局寻优算法——混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达。基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

快速重载货物列车踏面制动试验与分析

针对快速重载货物列车转向架基础制动方式,对踏面制动热流密度和对流换热系数进行推导和应用,重点分析车轮旋转周期内闸瓦摩擦生热和对流换热交替变化规律,建立了全新的车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型.在摩擦制动动力试验台上进行了制动试验并对模型进行了验证,结果表明该模型能比较完整地反映实际工况.利用该模型进行仿真计算,可以了解各种要素对踏面制动过程的影响,为发展快速重载货物列车的制动方式和制动技术提供了比较可信的理论分析.     

斜齿轮三维有限元网格和接触单元的自动生成

提出了一种斜齿圆柱齿轮三维有限元网格自动生成的算法,研究了啮合齿廓面接触单元的自动生成。通过对轮齿端面的合理分割,该算法有效地避免了端面网格中出现大的钝角,改善了单元质量。可方便地调整轮齿不同部位网格密度,以适应弯曲应力和接触应力等不同的分析需要。全部算法和生成过程实现了程序化和参数化,在输入齿轮基本参数后即可生成三维有限元模型数据文件,可直接用于通用有限元软件完成斜齿轮弯曲强度或接触强度的计算。     

基于摄影测量技术的岩体结构面参数的获取

为了更高效、全面、安全的获得岩体结构面参数,建立了两种从三维模型中获取结构面参数的算法：ply2parameter算法和scanline算法。Ply2parameter算法在三维模型上对表现形式为平面的面状结构面采样,根据采样得到的结构面顶点集合,使用主成分分析计算结构面的法向量,计算岩体结构面参数。sancline算法计算出在三维模型上沿着虚拟测线标记出的面状结构面和表现形式为迹线的线状结构面的参数。最后对结构面进行优势分组;以甘肃北山的一个岩石露头为例应用上述两个算法。将得到的结果和野外实测的结果对比,显示出了良好了相关性。     

自升式平台齿轮齿条强度有限元分析

基于有限元软件ANSYS建立某自升式平台升降系统齿轮齿条的三维模型,并计算平台在预压状态下齿轮齿条的应力,分析齿轮齿条在不同啮合位置时的Von mises 应力和齿面接触应力的分布情况,并将其与公式计算值进行对比.结果表明:齿轮齿条啮合过程中接触面上应力呈带状分布,最大应力出现在带状区域的两端,带状区域的中部应力相对较小;齿面和齿根是齿轮齿条啮合接触过程中容易失效的部位,升降系统齿面接触应力与齿根弯曲应力偏高,在升降系统的设计中应采取措施降低相应应力或提高材料强度;基于有限元方法的计算结果与公式计算值误差较小,可以作为该齿轮齿条强度分析的依据.     

压铸充型过程模拟并行搜索算法

压铸过程充型模拟技术存在的主要问题之一是迭代过程缓慢而导致计算效率较低。该文通过对压铸充型的数学模型和计算模型进行分析 ,利用机群计算平台 ,提出并建立了一种并行搜索计算模型。该模型在原有串行算法的基础上 ,通过效率参数的适当选择和调整 ,实现了利用并行计算优化串行过程的目的。这种算法可以充分发挥各个结点的计算能力 ,有效降低结点之间的通信时间。通过对实际压铸零件进行的计算测试表明 ,该算法在保证原有计算精度的前提下 ,可以在一定范围内极大地提高计算效率。     

双移动热源热流值的计算和加载

通过分析双丝埋弧焊焊接过程和热源加热特点,建立了双丝焊接的几何模型和有限元模型.采用移动双椭球热源模型为双丝焊的焊接热过程的热源模型,阐述了一种新型双丝焊热场算法的设计思路和过程.利用有限元软件ANSYS二次开发工具即APDL语言改进和编写了移动双椭球热源的计算和加载程序.使用高效的数组存储、矢量操作命令进行热流值的分开计算和加载,提高了焊接模拟计算的效率,减小了数值模拟的计算量,实现了16 mm厚的钢板的双丝埋弧焊焊接过程的计算机仿真.通过实验验证了此算法的正确性和高效性,对实现大型焊接件焊接过程的数值计算具有一定的参考价值.     

基于非定常边界元法的振动翼水动力性能研究

讨论了非定常边界元法的构建过程、数值模型、程序结构,建立了可以计及自由面影响的振动翼水动力性能计算模型;并采用该法在时域中进行了计算和研究.计算中采用了时变的尾涡面和时步迭代法.基于格林定理在边界面上布置Rankine源和偶极子,并采用时域方法求解自由面问题.经过数值计算结果与试验数据的对比,验证了计算模型的可行性和可靠性,表明该方法是研究振动翼非定常水动力性能的有效算法.     

基于近似模型和数值模拟的连杆热锻成形工艺设计优化

提出了基于近似模型和数值模拟的设计优化方法.在利用有限元分析连杆热锻成形过程的基础上,以降低锻件成形过程中变形损伤为目标,以飞边槽形状参数为设计变量,采用响应面法近似模型建立了设计变量与目标函数的初始近似模型.在设计优化过程中,用近似模型代替实际的数值模拟程序,计算锻件内部的损伤值,对连杆热锻成形工艺参数进行了优化计算,取得了较为理想的效果.     

基础变形模量不确定条件下拱坝最大有限元等效应力分析

为研究基础变形模量的不确定性对拱坝应力的影响,建立以基础变形模量为设计变量、以坝体应力为目标函数的计算拱坝最大应力的最优化模型;利用均匀试验设计法构造拱坝最大有限元等效应力与基础变形模量之间的二阶多项式响应面。工程实例分析表明,所建立的响应面模型具有较高的精度,当已知基础变形模量变化范围时可以较好地确定拱坝的最大有限元等效应力。     

动力松弛法在板料成形有限元分析中的应用

建立了用于板料成形分析的动力显式算法有限元模型，采用中心差分法导出了显式向前计算格式，由此可以避免因几何及材料非线性引起的迭代计算。利用集中质量矩阵和Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼形式使计算大大简化。为了保证中心差分计算的稳定性，根据Ｇｅｒｃｈｇｏｒｉｎ定量对计算时间步长进行了估计。在此模型的基础上开发了有限元程序，并对方盒零件和汽车内覆盖件的成形进行了模拟计算。     

神经网络与响应面法相结合分析

响应面有限元的可靠度计算是采用有限元数值模拟来解决功能函数不能明确表示的结构可靠度计算问题的一类方法,对于大型复杂结构的可靠度分析有重要的意义.提出了基于BP神经网络与响应面法相结合的结构可靠度计算的几何分析方法,通过得出的可靠指标对一座既有桥梁进行了可靠性分析.数值试验表明,该方法建立的神经网络模型可以很好地拟合真实的极限状态函数,在既有桥梁可靠性分析中具有广阔的应用前景.