用焓法有限元解相变问题的离散化方法

为了消除应用焓法进行含有相变的有限元传热计算结果呈台阶形的现象,本文作者提出“焓计算单元”和“固相分数”的概念,并将几种一维有限元实施方案的计算结果与精确解对比,说明采用所提出的概念,可以使有限元计算得出更为合理的结果。     

平辊薄件轧制的刚塑性有限元计算

本文用钢塑性有限元方法,对平辊同步和异步薄件轧制进行了计算,求出力能参数、速度场和应力应变场,并对二者加以比较。之后,又对异步轧制的特征进行了分析。     

预应力混凝土框架的反复荷载试验及有限元全过程滞回分析

本文进行了有粘结和无粘结预应力混凝土框架的反复荷载试验。结果表明,试件能够形成塑性铰;有粘结框架的耗能量大于无粘结框架,但无粘结框架的残余变形比有粘结框架小:试验后无粘结框架的预应力损失可略去不计,而有粘结框架在塑性铰处的预应力损失则达70%。本文提出的算法实现了预应力框架包括下降段在内的有限元全过程滞回分析,同时也可适用于非预应力框架。     

考虑声源非相干性的城市轨道交通全封闭声屏障降噪预测

以某轨道交通全封闭声屏障为研究对象,考虑简化线声源的非相干性,建立2.5维边界元衍射声场模型;通过现场沿线环境噪声测试,验证了该模型的准确性,并与相干源衍射声场预测结果比较;最后预测了在近场高层建筑附近,全封闭声屏障对近轨或远轨车辆噪声的降噪效果。研究结果表明,非相干线声源更符合城市轨道交通噪声源特性;对于轮轨噪声（315～1 000 Hz）,全封闭声屏障在高层住宅建筑区域有显著的降噪效果,1/3倍频程插入损失最大为30.0 dB。对于低频噪声（50～250 Hz）,全封闭声屏障会加重高层住宅建筑区域的声压级,使插入损失出现负值。针对高层建筑附近场点,全封闭声屏障的顶端拱形透光板对远轨车辆噪声有更为显著的附加降噪效果,大部分场点附加插入损失均高于5.0 dB。     

一种磁流变弹性体执行器的联合优化方法研究

磁流变弹性体（magnetorheological elastomer, MRE）执行器作为智能减振应用系统的核心元件,其结构的优化是决定执行器性能上限及系统控制成效的关键。针对目前MRE执行器优化方法及理论研究欠缺的问题,文中面向一款横向隔振的MRE执行器,基于其机械结构和有效磁路,以优越磁控性能、低功耗和快速响应时间为优化目标,提出了一种新的MRE执行器联合参数优化方法。首先,基于MATLAB和COMSOL的联合仿真,将遗传优化算法和电磁有限元分析方法进行有效结合,实现对MRE执行器的优化编程;其次,完成对器件的全局尺寸结构优化设计,使得器件具备优越磁控性能（526.21 mT）、低功耗（44.05 W）及快速响应（5.43 ms）;最后,通过搭建测试系统对优化后装配的MRE执行器进行测试和评估,验证了文中优化方法的可行性和有效性。提出的联合优化方法不仅适用于MRE执行器结构,还可为多领域减/隔振应用的共性MRE器件优化设计提供理论参考。     

内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能的有限元分析

为研究内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能,通过有限元软件ABAQUS进行建模分析,并使用现有试验数据进行验证,验证结果表明有限元模型建立准确。研究考虑工字钢参数为,工字钢放置方向（纵向放置工字钢(ZG)、横向放置工字钢(HG)）、工字钢高度(GD)(25 mm、50 mm、75 mm、100 mm、125 mm)、工字钢宽度(KD)(25 mm、50 mm、75 mm、100 mm、125 mm)、工字钢翼缘厚度(YH)(10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm)、工字钢腹板厚度(FH)(10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm)。结果表明当含钢率小于34%时,ZG-FH参数变化对局压承载力影响较大,当含钢率大于34%时,HG-YH参数变化对局压承载力影响较大,对比工字钢高度与工字钢宽度变化对局压承载力的影响,ZG-KD参数变化对局压承载力影响较大。同时提出局压承载力计算公式,经过本文模拟结果验证,计算公式得出承载力误差位于0.9 - 1.1,计算结果较为准确。     

基于离散元方法的层理发育地层水力裂缝扩展规律

层理发育是页岩储层的典型特征,水力裂缝能否穿过层理面继续扩展决定了裂缝形态的复杂程度,其中层理强度是影响水力裂缝穿层行为的关键因素。为了探究层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,采用块体离散元方法,分别计算了层理面的抗剪强度(黏聚力)和抗拉强度对水力裂缝在层状地层内扩展行为的影响。结果表明,水力裂缝遇到水平层理后的形态可分为转向层理面扩展和继续竖向扩展两种类型。层理面强度对水力裂缝的穿层能力具有显著影响,当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较低时,水力裂缝的穿层能力差,水力裂缝不能穿过层理;当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较高时,水力裂缝的穿层能力增强,水力裂缝穿过层理面扩展;当层理面的某一个强度较低时(抗拉或抗剪),则低强度因素成为主控因素,另一强度参数的增加不会改变水力裂缝的穿层能力。厘清了层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,对层理发育地层的水力压裂施工具有重要的理论指导意义。     

基于Maxwell和Simplorer的2 kW低速永磁发电机设计

针对低风速、风资源欠佳且用电困难的地区,为改善风力发电机的低速发电性能,提高风能利用率,设计了一种应用于2 kW风力发电机组的低转速永磁发电机,利用磁路法对2 kW永磁发电机进行电磁设计,获得发电机的主要尺寸参数,其中定子内径为180 mm,铁心长度为90 mm,永磁体宽度为20 mm,永磁体厚度为4.5 mm。采用ANSYS Maxwell软件进行二维建模并分析其空载和负载情况下的磁场分布,通过ANSYS Maxwell和Simplorer联合对其仿真,对其瞬态特性进行分析。在此基础上研制了低转速永磁风力发电机样机,通过对比发电机转速在256～400 r/min时,样机试验与仿真的功率值和效率值,二者的最大误差为4.47%,低于5%,结果表明该低转速永磁发电机设计可行。     

基于BIM+数字孪生的高边坡施工检算动态反馈方法

为有效进行高边坡施工过程中不利工况的施工检算及动态反馈,以二次开发为依托,提出了基于参数化BIM模型及有限元方法快速进行高边坡不同工况稳定性检算的整套方案,并通过实际工程案例进行验证。首先,采用Revit二次开发技术实现不利工况高精度正向反馈至BIM模型;其次,将该BIM模型导入Abaqus中进行快速检算,基于Abaqus二次开发将有限元计算结果的自定义结构化输出;最后,采用Mesh重构方法将快速检算的结果向BIM环境反馈。结果表明：所提方案实现了数字孪生体与施工现场之间的同步关联,并且实现了数值计算结果与BIM环境互通。可见,BIM技术通过开发后可真实高效反映施工情况,并作为中间枢纽实现施工检算与成果管理,可为相关施工检算及BIM应用提供新思路。