压力容器开孔接管区应变的有限元分析及应用

圆柱壳开孔接管的应变分析在压力容器设计中是一个普遍而重要的问题.利用ANSYS有限元分析软件对一圆柱壳开孔直接管区域的应变进行了计算,求出了在弹性范围和弹塑性范围内的最大应变及应变系数,并对应变分布状况进行了分析.利用有限元的计算结果求出模型的极限载荷及疲劳循环数N,并与使用设计标准JB4732-95中应力指数法的计算结果作了比较.比较的结果表明:在应变较大的情况下,使用应力指数法分析压力容器开孔接管区的疲劳问题,已不能反映出疲劳破坏的实质.     

浮钳盘式制动器的有限元分析

通过对浮钳式盘式制动器的受力分析，建立了其关键部件钳体和支架的力学模型。应用大型机械CAD／CAE／CAM软件Ⅰ—DEAS对某一国产的浮钳式盘式制动器进行了有限元建模和分析，求解它们在工作状态下的应力情况。结果表明，钳体和支架的设计强度满足材料性能要求，该制动器的设计是成功的。     

残余应力对排液蒸发器强度影响的有限元分析

某排液蒸发器管箱隔板与筒体焊接处产生了焊接变形,其凹陷处最大值为5 mm,影响结构的安全运行.焊接应力与变形是焊接过程的必然产物,计算和分析比较困难.采用固有应变分析法,计算出隔板和筒体的固有应变体积,然后获得简体的焊接残余应力.在此基础上只考虑焊接残余应力、设计应力以及焊接残余应力与工作应力叠加3种工况计算出变形区域的等效应变,并转化为等效残余应力.利用有限元方法对蒸发器的强度进行分析,计算结果可用于指导其实际运行.     

含晶界孔洞粗晶工业纯铁的循环变形及损伤特征

为了更好地了解体心立方(bcc)结构金属的循环变形机制,在恒总应变幅控制的条件下研究了含晶界孔洞粗晶工业纯铁的疲劳变形特征.结果表明,含晶界孔洞的粗晶工业纯铁在不同总应变幅"εt/2下均发生不同程度的循环硬化现象,无循环饱和阶段出现.疲劳寿命与塑性应变幅的关系基本符合Coffin-Manson法则.循环变形的表面变形特征与外加总应变幅具有一定的相关性:随着总应变幅的增加,滑移变形及其导致的挤出侵入现象更为严重,滑移开裂更趋显著;越来越多的原来位于晶界上的微观孔洞发生扭曲变形、聚合、长大而产生裂纹,甚至导致沿晶开裂.在相对较高的总应变幅下,在表面还观察到了滑移扭折现象以及沿晶裂纹扩展进入晶粒内部的现象.在低应变幅"εt/2=1.0×10-3下循环变形后发现了类驻留滑移带(PSB)楼梯位错结构,随着应变幅的增加,位错胞结构发展成为主要结构特征,其平均尺寸逐渐减小.     

应变状态下ZL114A铝合金低周疲劳行为的研究

在室温应变控制下,对ZL114A铝合金进行了单轴低周疲劳试验研究和显微分析,结果表明:材料在低周载荷下,当循环应变幅值小于0.6%,材料没有表现出循环硬化现象.随着循环应变幅值的增加,材料表现出明显的循环硬化现象;且随着应变幅值的增加材料的附加强化程度增大;应变幅值的大小对ZL114A铝合金低周疲劳寿命有较大影响,随着应变幅值的增大,疲劳寿命降低明显;疲劳损伤断口表现出大量的韧窝和韧性断裂的特征.     

分离式制动钳结构优化设计及验证

为实现汽车制动钳轻量化并保证制动性能,提出由前缸（铝合金材料）、后缸（球墨铸铁材料）组成的分离式制动钳结构,利用拓扑优化技术对分离式制动钳结构进行有限元分析,对制动钳前缸、导向销孔连接区域、后缸进行材料及结构优化。优化前后对比试验表明,前缸最大应力由238.74 MPa下降为226.21 MPa,变形量由0.207 mm下降为0.195 mm;后缸最大应力由318.07 MPa下降为310.95 MPa,变形量由0.413 mm下降为0.338 mm。优化前后钳体刚度性能基本相当,分离式制动钳常温下变形量由0.23mm下降为0.19 mm,高温下的变形量由0.22 mm下降为0.20 mm。在保证制动性能的情况下,整体质量较优化前达到轻量化设计目的,其中前缸减轻16%,后缸减轻27%。     

水介质爆炸容器动力响应的数值模拟

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟水介质爆炸容器在不同TNT当量炸药于容器中心处爆炸时的动态响应,并与实测数据进行比较。结果表明,容器筒体爆心环面处的应变幅值在第一个周期内就达到最大值,并且其值大于筒体上其他点的最大应变;在容器椭圆封头处出现应变增长现象,封头顶端的最大主应变峰值大于筒体爆心环面处的应变峰值,且封头顶端的加速度峰值也明显大于爆心环面处的加速度峰值,仿真计算值与实测值吻合较好。在设计同类水介质爆炸容器时,应重点加强筒体爆心环面处和封头顶端。     

超弹性SMA丝力学性能试验及新型阻尼器设计

通过大量工况下的超弹性形状记忆合金丝循环拉伸试验,分析不同丝径、循环次数、加载速率、应变幅值、环境温度等因素对超弹性SMA应力应变曲线及各力学性能参数的影响,得出影响SMA超弹性性能的主要因素及变化规律.结果表明,应变幅值和加载速率是影响SMA耗能能力的主要因素,且经一定次数循环拉伸训练后SMA能具备稳定的耗能阻尼性能,是制作阻尼器用于结构振动控制的理想材料.基于应变幅值对SMA丝耗能效果的影响,文章设计了一种位移旋转放大型SMA阻尼器,能放大SMA丝的变形,增强其在结构小位移时的耗能效果.     

几何非线性连续体结构拓扑优化仿生方法

利用基于Wolff法则的仿生方法对几何非线性、线弹性连续体进行拓扑优化.该仿生方法中引入构造张量作为设计变量用于描述设计域内各点处材料微结构的几何特征及其宏观弹性本构.同时,引入参考应变区间并结合Wolff法则用于确定结构中某点处材料的更新方案.考查了结构最优拓扑的网格依赖性以及参考应变区间对结构的最优拓扑及材料分布的影响.数值算例表明,结构的最优拓扑无网格依赖性.几何非线性线弹性连续体结构的最优拓扑明显地依赖于参考应变区间的选取.如果参考应变区间长度为零且荷载为指定位移时,按同比例改变荷载及参考应变区间上确界,可得到相近的最优拓扑和材料的分布.     

实桥加载下钢桥面沥青铺装层应变动态响应

为获取钢桥面沥青铺装结构的实际力学响应情况,对上海市昌吉东路大桥进行梁式桥实桥加载试验,分析了沥青铺装层(沥青玛蹄脂与环氧沥青混合料)不同层位在匀速、刹车动载作用下的纵横向应变,研究表明,路表处应变最大,为最易破坏部位;同一测点应变在匀速及刹车时具有相同的响应状态;纵向动态应变具有压拉交替及波动特性,横向动态应变仅具有波动性;动态应变随深度、车速增大及轴重减小而呈减小趋势;同一层位横向应变大于纵向应变,且前者幅值较后者对影响因素更为敏感;动态应变及其幅值对轴重、车速的敏感程度均自上而下减小;动载瞬间应变与静载应变间差异视层位不同而异.结果可为后续钢桥面铺装结构设计及材料选择提供参考.     

无粘结部分预应力钢筋混凝土迭合梁的试验研究

对无粘结部分预应力混凝土迭合梁的试验过程和取得的成果进行了阐述和分析．并就荷载预应力、非预应力纵向受拉钢筋应力超前和后浇层混凝土应变滞后、平均截面应变、荷载-挠度关系、纯弯段梁顶混凝土的压应变分布及破坏特点做了详尽分析，为无粘结部分预应力混凝土迭合梁正截面承载能力计算提供试验数据。     

夹板式钟表部件的结构可靠性研究

研究了引信工程中广泛应用的夹板式钟表部件的可靠性问题，给出了其受轴向载荷作用时的结构可靠性分析设计理论，建立了构件单元的强度可靠性模型、协调单元的刚度可靠性模型和部件的结构可靠性模型，并以某夹板式钟表部件为例进行了分析计算。研究结果具有普遍意义和重要应用价值     

预应力混凝土组合箱梁损伤与承载力分析

为了研究结构承载力与损伤程度之间的关系,以五跨预应力混凝土组合箱梁为例,以不同部位抗弯刚度的折减来模拟不同程度的损伤,运用模态应变能法和柔度差法对结构进行了损伤诊断.在此基础上,研究了密集交通和一般交通状态,结构的损伤程度与结构承载力之间的关系.研究结果表明:对于连续组合箱梁结构,柔度差法比模态应变能法的识别效果更好;在任意交通状态,且结构损伤位置以及损伤程度相同的情况下,结构可靠度指标和承载力系数能够同时表明结构是否满足使用要求.     

长期荷载作用下SFRC梁承载能力极限状态可靠性分析

为分析长期荷载作用下SFRC梁承载能力极限状态可靠性的时变规律,基于持荷10年的SFRC梁抗弯试验结果,建立了SFRC梁承载能力极限状态时变可靠性分析模型.对于Ⅰ系列梁(持荷水平不变、钢纤维掺量改变)和Ⅱ系列梁(持荷水平改变、钢纤维掺量不变),将等效抗力法和一次二阶矩法相结合,求得其时变可靠指标,并预测了100年长期荷载作用下可靠性的时变规律.结果表明:对于Ⅰ系列梁,钢纤维体积分数为0.5%是最佳掺量;对于Ⅱ系列梁,外荷载越小,可靠指标越大,抗弯承载力越大,外加荷载越接近,可靠指标越接近;在服役期内SFRC梁可靠指标先上升后下降,当钢筋开始锈蚀,可靠指标曲线出现拐点,导致梁正截面抗弯承载力下降明显.     

转管自动机炮箱强度分析及结构优化

炮箱是转管自动机的重要零件,在后坐过程中承受巨大冲击载荷.根据武器系统的轻量化要求与高强度需要,针对不同比厚度的炮箱,采用有限元分析方法,通过路径规划与数据映射,对轴向与周向的应力应变分布规律及其对炮箱可靠性以及对曲线导轨导转精度造成的影响进行研究;根据拓扑优化结果优化炮箱结构,经过对比,优化后的炮箱在满足轻量化与高强度要求方面具有更好的结构特征与应力分布.     

输电线路耐张线夹压接长度对其抗拉承载力及失效模式的影响分析

以NY-300/40压缩型耐张线夹为对象,建立了耐张线夹-导线系统的LS-DYNA三维有限元模型,模拟研究了标准压接长度(110 mm)时耐张线夹的拉伸受力性能并与试验结果进行了对比,验证了模型的正确性,在此基础上分析了钢锚与钢芯压接长度变化时耐张线夹的抗拉承载特点。研究表明,耐张线夹的握力主要来自于钢锚与钢芯的压接。标准压接情况下,耐张线夹的抗拉承载力能满足设计要求,而且由于压接长度足够,其失效方式是铝绞线断裂而非钢芯从钢锚中拉脱。当钢锚与钢芯压接长度不足时,随着压接长度的减小,耐张线夹的握力亦逐渐减小,虽然其握力绝对值减小幅度不大,但其破坏模式逐渐由铝绞线断裂转变为钢芯被从钢锚中拉脱,就本文的分析对象而言,破坏模式发生转变时钢芯与钢锚间的临界压接长度在50～60 mm。     

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.     

堆垛起重机钢结构体系可靠性分析的蒙特卡罗模拟

通过静态特性研究,分析了移动荷载对结构的剪力、弯矩和应力的影响,分别确定了剪力值最大、弯矩值最大和应力最大的位置.用蒙特卡罗法对起重机钢结构体系可靠性进行研究,并对影响体系可靠性灵敏度最大的的参数进行了分析.     

拼装式混凝土双向叠合楼板承载性能试验研究

针对目前叠合双向板预制层构件尺寸过大时吊装及运输过程较困难的问题,提出一种新型拼装式混凝土双向叠合楼板.为研究此拼装式叠合板的承载性能,首先对其进行弹性范围内的均布堆载试验,然后再对此板和一单向叠合板进行集中荷载下的破坏性对比试验.主要分析内容为挠度、钢筋应变、混凝土应变随荷载变化的规律及裂缝开展情况.均布荷载试验表明,此拼装式叠合板具有较高的承载能力;集中荷载破坏性对比试验结果表明,此拼装式钢筋混凝土叠合板具有明显的双向受力性能优势.说明此类拼装式叠合板具有良好的承载性能,又方便吊装运输,是一种值得推广的新型楼板.