复合材料曲梁力学性能研究

设计一种用于航天发射台高刚度组合件中的复合材料曲梁结构,并对其力学特性进行试验及数值计算研究.利用微机控制电子试验机对其进行静力加载试验,得到曲梁的载荷-位移特性曲线,并计算得到等效弹性模量.基于ABAQUS有限元软件,建立了曲梁的有限元模型,进行不同位移载荷下的数值模拟计算,利用试验数据对数值计算结果进行验证,计算结果与实测结果吻合良好,误差均在10%以下.在此基础上利用有限元模型计算不同载荷下的曲梁纵向和横向位移,得出曲梁的纵向位移小横向位移大,横纵位移比大于10,并研究曲梁厚度、间隙宽度以及中部直梁长度对曲梁力学性能的影响,得出不同几何参数变化对等效弹性模量的影响规律.本研究对曲梁应用于减隔振装置提供一定参考.     

T 形钢管混凝土柱荷载-位移骨架曲线模型

文章采用有限元分析软件ABAQUS对T形钢管混凝土柱的抗震性能进行了数值分析,基于低周反复荷载作用下有限元计算的荷载-位移滞回曲线,得出了 T形钢管混凝土柱的荷载-位移骨架曲线,通过对有限元计算结果进行回归分析,提出了T形钢管混凝土柱荷载-位移骨架曲线模型,充分考虑了轴压比、套箍系数、长细比对骨架曲线的影响,推导了模型参数（弹性阶段刚度、屈服荷载、强化阶段刚度）计算表达式,并引入修正系数η对弹性阶段刚度进行修正,最后将模型计算结果与有限元计算结果进行了对比。分析结果表明：弹性阶段刚度有限元计算值偏大,经修正误差控制在一定范围内;轴压比、套箍系数、长细比对屈服荷载和强化阶段刚度影响较大;模型计算结果与有限元计算结果吻合较好,该模型具有一定的计算精度和应用价值,可为后续研究提供参考。     

恒扭矩工具组合式非标碟簧试验与数值分析

恒扭矩工具是一种运用在石油钻井领域的高效破岩工具,影响该类工具性能的关键因素是非标组合式碟簧的力学性能。采用Almen-Laszlo(A-L)法与有限元法(finite element method, FEM)对组合式碟簧按不同叠合片数、摩擦状态进行静力分析,得到载荷-变形曲线、等效加载/卸载刚度、功损比、极限载荷变化曲线;对组合式碟簧进行动态响应分析,得到在不同加载速率、预压量、载荷幅值、加载频率下的力学性能。结果表明:考虑大变形与塑性变形的有限元结果与试验结果吻合度更高,A-L法产生偏差与实际等效摩擦因数不在设定的标准区间内有关;考虑系统稳定性与阻尼耗能,优选出碟簧组的组合形式为4片叠合,最小对合单元预压量取3 mm,对合组数20组。研究结果对该类工具的研发具有科学的指导意义。     

复合材料层合板的热应力分析

基于Reissner-Mindlin型全局位移场模型和有限元预测-修正分析过程,数值计算和分析了复合材料层合板受热载荷作用下的横向剪应力.计算结果与三维弹性解比较表明横向剪应力的计算精度是满意的.     

面向组合结构刚度非线性特性的等效模型

针对组合结构轴向载荷下呈现的刚度非线性特性难以计算的问题,提出了梁-双弹簧等效计算模型,研究了在包含不同材料垫片的组合结构中螺栓预紧力以及部分几何尺寸对轴向刚度非线性特性的影响.结果表明:采用铝合金垫片时,该连接组合结构的非线性特性主要表现为其轴向载荷-位移曲线在拉压状态改变时出现明显拐点;而该结构采用石墨垫片时,位移曲线在拉压阶段分别表现出非线性.相比于垫片厚度,螺栓预紧力、法兰厚度以及螺栓位置对轴向拉压刚度的影响更显著,且影响规律与所受载荷方向、垫片材料属性有关.     

蜻蜓翅膀力学性能的数值模拟

采用数值模拟的方法对蜻蜓翅膀在均布载荷作用下的力学性能进行了分析. 采集蜻蜓翅膀标本,将翅膀照片拾取成为矢量图,并由矢量图建立几何模型. 利用有限元分析软件建立了蜻蜓翅膀的有限元模型,对均布载荷条件下蜻蜓翅膀的力学性能进行了数值分析,得到了蜻蜓翅膀不同位置的受力变形情况,进而给出了蜻蜓翅膀的位移随时间变化曲线. 数值模拟结果显示,在同一水平位置上,越靠近翅根部分,变形越小,离翅根越远,变形越大;而同一垂直方向的三个不同位置的位移变化量几乎一致,与实际情况相符,证明了数值模拟中所取的杨氏模量参数的合理性;翅膀受到均匀载荷作用时,翅根部分附近所受压力是最大的,这与理论中固定端受力情况一致.     

填埋场复合衬垫系统直剪试验的数值模拟

 考虑填埋场衬垫系统材料间的接触特性,建立了复合衬垫系统直剪试验的有限元模型,采用ANSYS程序对填埋场复合衬垫系统的直剪试验过程进行了数值仿真分析。给出了不同法向力作用下不同加载时步衬垫系统中土工膜-黏土界面的剪应力云图,研究了界面内剪应力的分布情况,分析了接触面最大剪应力出现的位置及界面切应力变化特征;绘制了衬垫系统界面的应力-位移关系曲线,探讨不同法向力作用下不同位置点沿剪切位移方向的切应力τ_zy和垂直剪切位移方向的切应力τ_zx变化特点。结果表明,随法向力增加,界面切应力-位移曲线的硬化现象越明显;界面边缘位置处的切应力较大是界面破坏的源头;数值模拟可以再现试验发生的宏观现象,这是研究衬垫系统内部作用机理的一种有效途径。     

建筑载荷下采空区地基变形有限元分析

为了解决不同位置载荷采空区覆岩应力分布以及对地表建筑物影响的问题,结合采煤引起的开采沉陷研究理论,应用有限元方法,建立基本数学模型,选取合理的计算参数,进行数值模拟,绘制出不同位置载荷的条件下采空区位移分布等值图.结果表明:相对于采空区中心不同位置的载荷对采空区覆岩的位移分布情况,有较大的影响,由采空区的中心到采空区边缘岩层的垂直和水平位移变化较大,这是影响采空区地表建筑物稳定性的一个重要条件.     

飞机圆弧风挡的抗鸟撞击问题研究

完成了国产某型飞机圆弧风挡的抗鸟撞击实验,得到了风挡抗鸟撞击的临界速度及关键点的位移、应变时程曲线等数据.在实验研究的基础上,建立了飞机风挡及其相关部件的全尺寸有限元模型,应用非线性有限元程序LS-DYNA3D对整个鸟撞击过程进行了数值模拟.对比风挡和鸟体的变形过程以及位移和应变的动态时程曲线可知,实验结果和数值结果吻合较好.文中同时给出了不同速度下撞击力随时间的变化曲线,分析了圆弧风挡在经受鸟体撞击时发生破坏的可能位置.     

深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及 p-y 曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

弹性材料平头压痕试验的有限元模拟

压痕试验是近些年来材料力学中应用十分广泛的力学试验之一．本文通过对弹性材料平头压痕试验的有限元数值模拟,比较了荷载一位移曲线和接触面分布应力的理论解和数值解,验证了有限元模型的有效性,并对有限元数值模型的几何尺寸、网格疏密、边界条件等参数进行了敏感性分析．该有限元模型的建立为研究压痕试验的应用提供了一种有效的数值分析方法．     

一种周期结构隔振器力学性能研究

设计了一种由弹性片和支撑柱组成的小体积高刚度新型周期结构金属隔振器.首先利用微机控制电子试验机对其进行静力加载试验,得到静载下载荷-位移特性曲线.基于有限单元法,建立周期结构有限元模型,并以和试验相同的工况进行静力学分析,仿真和试验结果吻合良好.在此基础上研究了各主要尺寸参数对刚度的影响,结果表明,弹性片厚度对刚度影响较大,弹性片内径和层数对刚度影响较小.最后通过将周期结构隔振器等效为多自由度弹簧-质量模型,应用模态叠加法建立了动力学方程并推导出了力传递表达式,通过有限元进行了仿真对比并进行了试验验证.结果表明,理论和仿真匹配良好,且当承载质量超过一定值后,即可将周期结构简化为单自由度处理.     

汽车悬架非线性螺旋弹簧的设计与仿真分析

通过拟合空气弹簧的特性曲线,并利用螺旋弹簧刚度计算公式得到螺旋弹簧中径和高度的关系,在ANSYS对非线性螺旋弹簧模型进行载荷分析,并对结果数据进行拟合,得到所设计弹簧的特性曲线方程.对建立四分之一悬架系统模型的动力学方程,利用摄动法将非线性弹簧特性曲线方程线性化处理且带入动力学方程中,在MATLAB/Simulink中进行仿真分析,以及与四分之一定刚度悬架系统对比分析.仿真结果表明:利用空气弹簧非线性特性所设计的非线性弹簧可有效提高车辆的舒适性和平顺性,相对于定刚度悬架其各参数指标均有很大程度的改善和提升.     

节点刚度对管桁架拱稳定性的影响

为研究节点刚度对管桁架拱稳定性的影响，在节点弹簧单元和壳单元滞回性能一致性得到验证的基础上，采用往复荷载下的变刚度弹簧模型代替壳单元考虑节点的半刚性。弹簧模型的节点刚度方程由节点域壳单元模型在往复荷载加载作用下的骨架曲线确定。以矢跨比为0.29，跨度为50m的管桁架拱为算例，采用材料与几何非线性有限元法对节点域弹簧模型和普通模型进行稳定性分析。结果表明：“静力失稳模态”为空间管桁架拱的最不利初始缺陷形式；节点刚度对管桁架拱的承载力影响程度与考虑初始缺陷的大小、分布形式和荷载作用范围有关。     

理想弹塑性材料平压头压痕试验过程的理论分析

针对理想弹塑性材料平压头压痕问题,对荷载位移关系曲线进行了理论分析,推导出分别对应材料不同塑性发展阶段阈值的2个压力特征值点,并利用有限元方法对压痕试验过程进行了数值模拟,验证了这2个压力特征值点和卸载曲线斜率的理论计算公式.以线性强化弹塑性材料为例,着重分析了压痕试验荷载位移曲线对塑性参数的敏感性.结果表明,可以通过压痕试验来确定材料的弹塑性参数.     

重型牵引车空气悬架参数匹配优化

在分析空气弹簧刚度特性的基础上,获取空气弹簧动特性曲线优化方法,利用ADAMS/Car建立重型牵引车空气悬架以及整车虚拟样机模型,以空气弹簧刚度和减振器阻尼为试验因子,以驾驶员处的加权加速度均方根值函数为目标函数,通过响应曲面法建立目标函数与试验因子之间的关系表达式,获取最优空气弹簧动特性曲线.将优化的空气悬架参数代入到整车模型进行分析,仿真结果表明采用优化后的悬架参数可使驾驶员舒适度得到提高.     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

基于刚度降低的大跨径PC连续箱梁桥跨中挠度分析

为了研究大跨径PC连续箱梁桥刚度降低对跨中挠度的影响,首先,通过一组小梁试验,总结了简支梁在集中力作用下的裂缝发展及分布规律;其次,建立了三个不同跨径的三跨连续箱梁桥有限元模型,采用跨中向两侧逐步降低单元刚度的方法模拟损伤,在集中力作用下跨中挠度呈现了“快速发展-缓慢增加-加速下挠”的变化规律。同时,计算了某实桥在预应力降低的条件下跨中挠度的变化情况,并提出了顶底板的预留预应力束张拉位置的建议。