模拟求解任意截面杆扭转的化复为单有限元方法

根据柱体扭转问题的应力函数理论,采用空心材料刚度弱化思想,提出“化复为单”的有限元近似离散与计算新方法,建立了求解具有任意横截面形状的扭杆扭转问题的二维通用有限元方法.并根据稳态热传导问题和扭转问题的控制方程形式上的相似性,利用现有的有限元分析软件通过分析热场,模拟求解了扭转问题.数值计算结果表明,该方法概念简单、通用性强、适用于任意截面扭杆,是一种分析任意直杆扭转问题的应力和抗扭刚度的有效方法.     

铰接工程车辆抗侧滚扭杆可靠性研究

为了提高铰接工程车辆的稳定性,分析了国产某型前摆动桥铰接工程车辆的抗侧滚扭杆的各项性能,并开展了铰接工程车辆侧倾稳定性分析与防翻机构技术研究.通过Adams建立了的安装前桥抗侧滚扭杆的铰接工程车辆模型,分析了扭转刚度在1.00～2.50 MN·m/rad之间,在不同的行驶状况下的整车侧倾稳定性.同时,通过有限元分析方法,改变扭杆弹簧的结构对扭杆弹簧的进行了静载分析、冲击载荷分析和疲劳分析.结果表明,随着扭杆弹簧有效长度的增加,可以更多的将倾翻的动能转换为扭杆弹簧扭转的弹性势能.扭杆所承受的最大Von Mises应力为878.7MPa,当预装角度在10°～25°之间变化时,扭杆弹簧受力变化影响不大,疲劳分析表明该结构均属于高周疲劳或永久疲劳,在现有的铰接工程车空间布局条件下均可满足使用.     

露天矿用钻机钻架结构强度

针对钻机钻架使用过程中出现弯曲、断裂和扭胀的现象,应用Pro/E软件中有限元模块建立钻架有限元模型,对不同工况下,天车不同位置时"П"型截面钻架的力学性能进行数值模拟,并对正常钻进工况下天车不同位置时立柱等效应力、扭转应力和弯曲应力分布规律进行分析,找出钻架发生弯曲、断裂和扭胀的原因.研究结果表明:作为导轨两个立柱弯曲应力大,两个后立柱扭转应力大;钻架横隔上加强梁和横梁扭转应力相对较大,容易出现扭胀和断裂;两侧面斜缀弯曲应力相对较大,容易出现弯曲和断裂.     

纯铝扭挤新型大塑性变形数值模拟

扭挤(Twist Extrusion, TE)是大塑性变形工艺中研究较少的一种,利用有限元分析软件Deform-3D对纯铝1100在室温下的扭挤变形进行模拟分析,得出了材料在扭挤通道中的变形特点,应力应变及载荷的大小与分布,以及摩擦条件的影响.模拟结果显示:TE过程中,变形主要发生在棱角处,边缘处应力应变远远大于中心处;在制件进入和被挤出螺旋通道时载荷急剧增大,最后略有降低;摩擦的增大导致应变分布不均匀性加剧,且使载荷显著增加.     

格栅刚架框的斜撑杆布局及其扭转刚度

应用有限元对格栅刚架框的斜撑杆的不同布局及其扭转刚度进行了分析计算,并对部分模型进行了实验.结果表明,斜撑杆的布局形式对结构的抗扭性能有明显的影响,合理的布局不仅明显提高了结构的抗扭刚度,也降低了其扭转工况下的应力水平.     

弹性阶段单箱双室梯形结合梁弯扭效应分析

为了研究单箱双室梯形结合梁在偏心竖向荷载作用下的弯扭效应,根据受力平衡原理,给出了偏心竖向荷载的分解方法,以哈大线某铁路结合梁为例,将偏心列车荷载分解为独立的弯曲荷载、刚性扭转荷载和畸变荷载,并采用有限元对各独立荷载作用下的应力进行了分析,主要结论为:单箱双室梯形结合梁在偏心列车荷载作用下以弯曲正应力为主；扭转荷载包括刚性扭转荷载、第一畸变荷载和第二畸变荷载,扭转正应力和第一畸变正应力均沿截面横向呈反对称分布,第二畸变正应力呈正对称分布,第一畸变应力为主要畸变应力；横隔板对扭转应力影响较小,但对第一、第二畸变应力均影响较大.     

盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明：隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。     

格栅刚架框的斜撑杆布局及其扭转刚度

应用有限元对格栅刚架框的斜撑杆的不同布局及其扭转刚度进行了分析计算 ,并对部分模型进行了实验。结果表明 ,斜撑杆的布局形式对结构的抗扭性能有明显的影响 ,合理的布局不仅明显提高了结构的抗扭刚度 ,也降低了其扭转工况下的应力水平。     

单箱双室钢底板波形钢腹板组合箱梁扭转性能分析

为研究单箱双室新型钢底板波形钢腹板组合箱梁的扭转性能,基于乌曼斯基第二理论推导了箱梁的扭转微分方程和应力公式,结合纯扭转试验和有限元模型,检验理论公式的正确性.分析不同因素对箱梁扭转性能的影响,对比新型梁与传统混凝土底板梁的性能变化.结果 表明,同一测点理论值、有限元值与实测值吻合较好,差值大多在30％以内,整体变化规律一致.横隔板和加劲肋的一般布置方式对新型梁的有效抗扭刚度影响较小;当高宽比达到0.4时,截面正应力会产生明显变化.相对于传统梁,新型梁抗扭刚度减小8.58％,截面约束系数减小58.44％;相同扭矩下,新型梁跨中扭转角增大13.6％,最大扭转双力矩减小69.66％,2种箱梁正应力区别明显,剪应力相差较小.     

发动机变阻尼扭振减振器的轴系扭振抑制分析

以发动机曲轴系扭转振动为研究对象,分析了扭振减振器阻尼比参数的变化对轴系扭转振幅放大系数的影响,并开展了轴系变阻尼扭振减振器的设计工作.计算结果表明:装配变阻尼扭振减振器后,系统的自振频率和临界转速都相应有所升高;当变阻尼扭振减振器在各临界转速下选取最佳阻尼值时,轴系自由端各阶扭转振幅均有明显降低,显著改善了发动机的扭转振动特性,验证了变阻尼扭振减振器对轴系扭转振动抑制的有效性.     

基于工程测试的托圈扭力杆装置有限元应力分析

扭力杆装置作为转炉倾动机构的重要组成部分,承载着负载的动静载荷,容易出现结构应力变形损坏.采用工程测试的方法对倾动机构进行倾动力矩的测量,转化为扭力杆装置的作用力作为边界条件,通过有限元分析的方法计算了扭力杆装置的应力,结果表明,扭力杆装置最大应力为389.623 MPa,小于材料许用引力,满足使用要求.     

各向异性杆扭转问题的各向同性化边界元分析

提出了采用扭转函数和应力函数求解各向异性杆扭转问题的各向同性化边界元法 ,导出了其基本方程和边界条件 ,并给出了坐标变换式 .利用各向同性杆扭转问题的简单基本解 ,按边界元法求解 ,经逆变换得到所需的应力分量和位移分量 .扭转函数法尤适用于多连域和求截面翘曲 ,并可消除区域积分 .算例表明 ,该方法简单有效     

Spiral Torsion Spring Optimization Design for Separation Devices

As a driving element,the spiral torsion spring can control the release velocity by the optimization design of spring parameters and be used for separation devices,which is conducive to unlocking synchronicity and low-shock of the separation. On the basis of analyzing the performance requirements of the spiral torsion spring in a spacecraft device,the optimization design model of the spiral torsion spring is given, which takes the spiral torsion spring's length,width and thickness as the optimization variables,and the minimum volume as the optimization objective. The model considers output torque,strength,the maximal resetting load,holding force,and low shock as constraint conditions. A case is given to analyze the proposed model. The analysis results show the optimization scheme decreases the volume of the spiral torsion spring and meets the performance requirements of the separation device.     

考虑畸变时薄壁箱梁受扭分析的精细积分法

在广义坐标法的假定下,导出考虑畸变时薄壁箱形截面梁受扭分析的拉格朗日方程和哈密顿对偶求解体系,用精细积分法求该体系的高精度数值解。计算结果表明该方法精度高、计算简单、适用性强,可方便用于薄壁杆件结构的计算。     

含有裂纹和异相圆柱的组合柱体的扭转

本文讨论了含有裂纹和异相圆柱的组合柱体的Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ。对于裂纹位于异相圆柱的内部及外部两种情形，分别导出了自动满足材料界面联结条件的扭转解，从而把原问题归为求解一对混合型积分方程组，并给出了其数值求解方法。文中还对带有裂纹和异相圆柱的方形截面组合柱的扭转问题进行了数值求解，获得了裂纹尖端的应力强度因子和柱的抗扭刚度。     

带式舟桥泛水展开过程中扭力杆受力计算模型

针对带式舟桥在泛水展开过程中因结构不稳定导致的扭力杆复杂受力问题,根据力的平衡原理,采取隔离扭力杆和分阶段求解的方法,通过推导尖舟结构在不同阶段不同受力状态下的受力计算公式,建立扭力杆泛水展开全过程的受力计算模型.通过与装备设计的数据对比发现,建立的扭力杆受力计算模型准确有效,可用于计算尖舟结构自动展开的角度范围.     

扇形截面杆扭转的数值分析

在机械设计与应用中,为了计算扇形截面杆在外力偶作用下,杆的扭转角和横截面上的剪应力,提出了一种数值计算方法．柱体扭转的基本方程为非齐次偏微分方程,在极坐标系下,利用分离变量法及特解法,求出扭转应力函数,再由边界配置法计算出满足扭转问题边界条件的待定常数,得到了扭转应力函数的近似数值解,进一步即可计算横截面上的剪应力．给出了几种不同顶角的扇形截面杆的剪应力与扭转刚度,计算结果表明,这种方法具有足够的精确度,有一定实用价值．分离变量法与边界配置法的结合,简化了计算过程,适宜于工程设计应用．     

正交各向异性杆扭转问题的各向同性化边界元分析

为正交各向异性杆简单扭转问题提供一种简单边界元解法，引入坐标变换，将该问题转化成相应的各向同性杆的扭转问题，利用后者的简单基本解，按边界元法求解，经逆变换得到所需的应力分量，算例表明了这一方法的有效性。     

配体外预应力钢束的曲线箱梁桥抗扭设计

为了抵抗曲线箱梁桥的扭转效应、改善结构的受力状态,在不增加预应力钢束数量的前提下,提出一种利用体外预应力钢束形成空间抗扭作用的方法.基于空间解析几何关系推导了体外预应力扭矩计算公式,以此建立了以最小扭矩为目标的体外预应力钢束的抗扭设计流程,并利用非线性规划方法给出钢束最优平面线形参数的数值解法.分析结果表明,与体内预应力钢束相比,通过合理的体外预应力钢束空间布置,能大幅降低扭矩峰值,抗扭效果明显,且不影响抗弯、抗剪能力;扭矩计算数值解与有限元分析结果吻合良好,能方便地用于实际设计.     

混凝土扭转剪切徐变试验方法及其应用

为研究大跨径混凝土梁桥在长期变形分析时剪切徐变的影响,针对剪切徐变系数的取值问题,提出一种基于扭转的剪切徐变试验装置和测试方法,并开展三组混凝土试件的剪切徐变试验研究;获取375 d的徐变系数曲线,利用现行规范模型的参数修正,对剪切徐变的发展规律进行分析,并通过有限元对结果进行验证.研究结果表明:基于扭转的剪切徐变试验装置可对构件进行有效加载;通过扭转剪切得到的徐变系数计算公式可用于试验数据分析;C30混凝土试验剪切徐变终极值为规范轴压徐变终极值的2.26～2.63倍,剪切徐变在受荷早期的发展低于轴压徐变,但后期逐步加速;受扭构件等剪切影响显著的结构徐变计算应考虑剪切徐变效应.