基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉螺纹结构优化

钛及其合金因其优异的力学性能和生物相容性而被用于制作椎弓根螺钉。然而椎弓根螺钉松动会威胁内固定系统的稳定性,严重时需要进行二次手术,增加医疗成本及患者负担。最大拔出力是评价螺钉固定能力的常用指标,合理设计椎弓根螺钉结构参数可以有效地增大其拔出力。采用有限元分析的方法模拟钛合金椎弓根螺钉的拔出过程,对螺钉头部施加1.8 mm的轴向位移,记录其拔出载荷与位移,探讨螺钉结构参数对其最大拔出力的影响。结果表明：螺钉结构参数中螺钉外径对拔出力的影响最大,螺纹深度的影响最小;在椎弓根螺钉选型时尽量选择较大的螺钉外径、较小的螺距以及适中的螺纹深度。     

差速器壳体装配强度有限元分析

由于装配需要,通常需要确定零件在装配情况下所能承受的极限载荷并选择合理的装配方案。文章就某变速箱内差速器壳体在装配环境下的强度进行有限元分析,并根据线性有限元分析的特点,通过推算确定该差速器在装配工况下所能承受的极限载荷,为工程技术人员提供参考依据。     

基于有限元分析的钛合金椎弓根螺钉抗弯性能结构优化

钛合金因其优异的力学性能和生物相容性,广泛用于椎弓根螺钉的制备。椎弓根螺钉植入人体后,受脊柱的屈曲伸展和横向弯曲作用,螺钉发生疲劳弯曲最终导致螺钉松动甚至断裂,影响植入稳定性。因此有必要对钛合金椎弓根螺钉抗弯性能进行研究。通过单因素实验与正交实验分析设计不同结构参数椎弓根螺钉,结合有限元分析与力学实验的方法,使用三点弯曲试验对钛合金椎弓根螺钉的抗弯性能进行模拟仿真与实验验证,并对螺钉结构参数进行优化。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好,螺钉结构参数对抗弯性能的影响顺序为外径大于螺纹深度大于螺距,最佳参数为螺钉外径5.5 mm、螺纹深度0.65 mm、螺距1.60 mm,优化后的螺钉对比标准椎弓根螺钉,最大支反力提高74.7%。     

造纸机压榨辊装配压强的有限元分析

具有外伸端的过盈配合结构之装配压强的分布规律及数值大小是固体力学范畴中一个非常复杂的问题，造纸机压榨辊的结构正是如此，因此，分析压榨辊装配压强对于改善压榨辊的受力状况及合理进行结构设计是非常必要的。本文用有限元方法对造纸机压榨辊装配压强进行了分析，为压榨辊的设计提供了依据。     

建筑结构动力分析有限元模型

为了正确处理结构—地基动力相互作用 ,改善以往固定边界模型将地震能量全部陷入结构计算模型的不合理状况 ,以框架结构为例提出了建筑结构地震反应分析的有限元模型及其透射边界。模型中采用四结点平面应力等参单元模拟上部框架结构的梁柱构件。地基采用平面应变四结点等参单元离散 ,在地基有限元网格中设置底部透射边界和侧面捆绑边界以考虑结构—地基的动力相互作用。算例表明上述建筑结构地震反应分析的有限元模型给出了合理的结构地震反应 ,可进一步应用于地震时结构几何与材料非线性响应直至结构破坏时的计算机仿真。     

狗骨式刚性连接钢框架有限元分析

对狗骨式刚性连接钢框架进行了有限元分析，得到了在低周往复荷载作用下狗骨式连接钢框架的应力发展状况、应力分布以及框架塑性铰出现的顺序。并简单介绍了狗骨式连接对框架性能的影响。分析表明：狗骨式连接能增强钢框架的抗震性能，起到保险丝的作用。     

脱硫塔结构抗震分析中的简化模型研究

利用有限元分析软件ANSYS,对河南三门峡电厂烟气脱硫塔进行结构计算分析.根据等效模型和原结构的动力特性应尽可能保持一致的等效原则,推导了脱硫塔结构简化模型理论计算公式,建立一维简化等效模型,并对其进行地震反应数值分析;通过与原结构计算结果的比较,验证了简化等效模型的合理性.     

炮尾炮闩机构装配体有限元分析

火炮构件有限元分析的传统方法是对单件进行建模分析 ,不能准确地对炮尾炮闩多零件装配体力学行为进行模拟。该文针对火炮炮尾炮闩机构提出了对其进行装配体有限元分析的方法和建模原理。利用接触元、间隙元和弹簧元等特殊单元 ,对某大口径火炮的炮尾 -闩体 -曲臂机构进行了闭锁状态下装配体有限元建模和分析。为火炮炮尾炮闩设计提供了一个更有效实用的结构校核手段     

模型修正技术在结构边界连接参数识别中的应用

对某钢桁架结构进行有限元建模,分析边界连接刚度对该钢桁架结构平面外模态参数的影响.结果表明只有连接刚度的部分分量对平面外参数有显著影响.基于该钢桁架平面外模态参数的实测值,采用模态修正技术对边界连接刚度的部分分量进行识别,得到比较满意的结果.结果表明固有频率实测值与识别值误差很小,在该建模条件下的识别值即为该钢架的边界连接刚度,验证了模型修正技术在解决实际参数识别问题的可行性和有效性.     

螺栓球柱节点单向受弯性能有限元分析

为研究螺栓球柱节点的受弯性能,基于2个单向受弯节点试验,采用ABAQUS建立了螺栓球柱节点的有限元模型,得到了节点的破坏模式、螺栓内力及荷载-位移曲线.通过对比发现,数值分析结果与试验结果吻合良好,验证了数值模型的可靠性.随后对螺栓球柱节点的数值模型进行了合理简化,并分析了正、负弯矩作用下节点的受力特性.建立了46个数值模型,对影响螺栓球柱节点受弯性能的因素进行了详细的参数分析.结果表明,增大圆柱筒壁直径及壁厚可显著提高节点的受弯性能;节点的抗弯刚度及承载力随杆件宽度、弧形垫片厚度、螺栓尺寸及间距的增加而提高,且节点受正弯矩时提高更为明显;设置加劲肋可显著提高节点受弯性能.     

含螺栓联接的转子系统轴向刚度不确定性分析

转子系统中螺栓联接结构轴向联接刚度的不确定性对转子系统动力学特性具有重要影响,为此,在构建螺栓联接结构有限单元基础上,建立了转子系统整体有限元模型,采用非嵌入多项式混沌展开法分析轴向联接刚度不确定性对转子系统动力学特性的影响.结果表明:轴向联接刚度在一定范围内变化会导致临界转速及临界转速对应的稳态响应幅值偏离预期,随着轴向刚度不确定性的标准差增大,盘竖直方向稳态响应均值降低.研究结果可为螺栓联接转子的设计提供理论参考.     

螺栓结合部切向动态特性参数的实验研究

本文在对螺栓结合部实验装置进行动态实验测试分析的基础上,识别出了几种结合条件下螺栓结合部的切向接触刚度和切向接触阻尼,分析了几种影响因素对螺栓结合部切向接触刚度和切向接触阻尼的影响规律,得出了一些结论。     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.     

整个螺栓结合部的法向连接动刚度及试验验证

根据一种修正双变量Weierstrass-Mandelbrot函数,获得了整个螺栓结合部法向连接动刚度的解析解.采用等效表面的结构函数,给出了识别结合部分形维数、分形粗糙度的理论与试验方法.以风电机组五面体加工中心上的横梁-导轨结合部为对象,以测试试件的试验模态为基准,按照相似振型相关分析和固有频率定量比较的原则,对整个螺栓结合部法向连接动刚度的理论解进行了验证,结果表明,理论模型的振型与试验振型相吻合,理论的固有频率与试验的相对误差在-4.3％～5.1％之间.     

新型螺栓球柱节点静力承载性能试验研究

在传统网架螺栓球节点的基础上,研发了一种可用于无檩网架的新型节点——螺栓球柱节点.进行了13个螺栓球柱节点的承载力试验.试验结果表明,螺栓球柱节点主要有圆柱筒壁压扁破坏、圆柱筒壁冲切破坏、螺栓拔出破坏、焊缝拉裂破坏等4种破坏模式;在压力和拉力荷载作用下,圆柱筒壁主要承受环向应力;设置加劲肋可以较大幅度地提高节点承载力和增强节点刚度.     

基于非线性虚拟材料栓接结合部动力学建模方法

为仿真栓接结合部非线性动力学特性,提出一种基于非线性横观各向同性虚拟材料的栓接结合部动力学建模方法.基于有限单元法,利用8节点实体单元构建被连接件及用来等效栓接结合部的横观各向同性虚拟材料层,虚拟材料层与被连接件固接.采用非线性虚拟材料等效栓接结合部,以模拟含栓接结合部结构在不同幅值的外简谐激振下所体现出的非线性刚度特性.为提高非线性模型计算精度,将非线性横观各向同性虚拟材料层进行分区处理,每个区域虚拟材料参数分别由该区域虚拟材料的形变确定.最后,对模型进行局部降维,在时域下求解模型的幅频响应,通过对比仿真计算结果和试验结果,验证所提出建模方法的可行性与有效性.     

螺栓结合部静态迟滞行为分析及刚度和阻尼辨识

获得螺栓结合部的静态迟滞行为并开展刚度、阻尼辨识,对于螺栓结合部设计以及装配工艺制定十分重要.利用三维有限元模型预测螺栓结合部迟滞特性,并给出了螺栓联接接触参数的设置方法.针对获得的迟滞曲线,采用最小二乘多项式拟合推导确定了结合部刚度及阻尼参数的辨识公式.以一个简单的螺栓搭接梁为对象进行了实例研究,试验证明了该搭接梁有限元模型及获得的迟滞曲线的合理性,利用获得的迟滞曲线辨识了该螺栓结合部的时变刚度、平均刚度和损耗因子等参数.研究表明:随着预紧力的增加,螺栓结合部的刚度增加而损耗因子(阻尼参数)减小.     

Q235B钢螺栓球柱节点的受拉承载力

基于3个单向受拉螺栓球柱节点的试验,采用ABAQUS软件建立单向受拉螺栓球柱节点的数值模型,并将数值分析结果与试验结果进行对比,验证了数值模型的有效性。随后建立了87个数值模型对螺栓球柱节点的单向受拉承载力影响参数进行了分析,定义了节点单向受拉极限承载力的取值准则。数值计算结果表明,圆柱筒径越小、壁厚越厚、筒壁高度越高,节点的单向受拉承载力越高;增大螺栓间距和尺寸对节点的刚度和强度有一定提高;增设加劲肋可提高螺栓球柱节点的刚度和承载力;当螺栓拧入深度不足时,节点易发生螺栓拔出破坏,实际工程中建议螺栓拧入弧形端板的深度大于螺栓直径。基于理论分析,拟合得到了螺栓球柱节点单向受拉承载力的实用计算式。拟合算式计算结果与有限元分析结果及试验结果的相对误差均在10%以内。     

塑性变形演化对螺纹联接松动的影响研究

通过考虑材料的棘轮效应,数值模拟了螺纹联接早期的松动行为,并以此为基础展开了载荷方向、预紧力、侧向载荷幅值、摩擦因数对这一阶段螺纹联接松动的影响规律研究. 研究结果显示,首次循环可以使得螺栓张紧力大幅下降;在后续的循环中,螺纹联接的材料的棘轮效应不可忽视;在所研究的各影响因素中,侧向载荷幅值对本问题的影响最为明显.