灰色模型预测在黄土地基沉降测量中的应用

为了掌握黄土地基建筑物施工过程中随着负荷增加而呈现的沉降趋势,通过对沉降量的分析得到更好的预测沉降规律的方法。文中以青海省海东市三级综合医院(一期)建设项目为例,根据建筑物沉降监测数据,分别运用二次抛物线法、多项式拟合法以及灰色模型预测法建立沉降时序模型,并对第七期沉降进行预测,通过预测结果分析3种预测方法的精度及适用性。结果表明:二次抛物线法与真实值最接近的预测值为Z3点的-0.38 mm,且相差为-0.24 mm;多项式拟合法预测值与实测值相差最小的Z19点为-0.75 mm,与真实值相差为+0.17 mm;灰色模型法预测值与真实值相差较小,相差最大的Z3点预测值为-0.76 mm,相差+0.14 mm,相差最小的Z19点预测值为-0.59 mm,相差+0.01 mm。通过预测值与真值相差值的比较可知,二次抛物线法与多项式拟合法的预测曲线不符合实际沉降趋势,使得预测结果失真,两者均不适用于黄土地基沉降量的预测;灰色模型预测收敛速度快,且预测值与实际值较接近,误差小,预测模型与工程实际变形一致。     

铜/石墨复合材料热变形行为研究

通过Gleeble-3500热模拟试验机对铜/石墨复合材料进行热压缩试验,研究变形温度为700～850 ℃、应变速率为0.001～1.000 s^-1时该复合材料的热变行为。通过光学显微镜研究复合材料显微组织的演变,根据实验数据构建该复合材料的本构方程和热加工图。使用Zener-Hollomon参数模型对该复合材料的流变应力进行研究。研究发现,铜/石墨复合材料的流变应力随着应变温度的升高而降低,随应变速度的增大而增大。计算得出该复合材料的热变形激活能为463.02 kJ/mol,表明材料具有良好的成形能力。通过构建的本构方程验证了最大应力的吻合性,发现计算值和试验值的误差在9.5%以内,说明该方程对复合材料的流变行为具有指导作用。热加工图表明了该复合材料的适宜加工温度为780～820 ℃,变形速率为0.050～0.100 s^-1;变形温度为830～850 ℃时,变形速率约为0.001 s^-1。     

客车后排3人椅试验仿真与钩件尺寸优化

为了降低座椅钩件的材料成本,采用Hyperworks软件建立某款客车后排3人座椅的有限元模型.基于GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX 固定点及上固定点系统》进行座椅安全带固定点试验与仿真,对比分析上、中、下3条绳索最大位移量,验证仿真模型有效.在仿真模型基础上,针对座椅后脚钩件提出3组优化方案,选取最优方案,利用Optistruct模块对最优方案钩件进行尺寸优化.结果表明:在满足安全带固定点试验法规的前提下,座椅钩件厚度从10 mm减至2.5 mm;采用Q235材料代替原SAPH590材料,可以降低座椅钩件成本.     

3D激光沉积增材制造TC4高应变率动态力学行为及本构关系研究

通过对3D激光沉积TC4在较宽温度（298~1 073 K）和应变率范围（0.001~5 000 s^-1）内的单轴压缩试验,系统研究了该材料的塑性流动行为,分析了材料的微观组织特性及其变形断裂微观机制.结果表明材料在压缩载荷下具有明显的应变率硬化和温度软化效应.在压缩加载条件下,材料的破坏模式为绝热剪切带的萌生和拓展,而初始缺陷成为诱导剪切带形成的主要原因.3D激光沉积TC4材料屈服强度与铸造TC4接近,略低于传统锻造TC4.文中基于位错动力学热激活理论建立了可以较好描述材料在不同温度不同应变率下的塑性流动行为物理概念的本构模型.     

岩层明显运动时间效应分析

 基于应用“以岩层运动和支承压力分布”为核心的矿山压力控制理论，建立了采场结构力学模型和留巷结构力学模型，阐述了垮落带厚度确定方法，推导了煤矸石压缩前后变形量求解公式，分析了采空区煤矸石压缩和留设巷道围岩变形压缩作用力的来源；利用自制的煤矸石压密试验设备和MTS 815.03电液伺服万能试验机对3种粒径等级（10—20mm、20—30mm、30—60mm）煤矸石的压缩特性进行了系统性研究，得到了煤矸石在不同单轴压缩条件下的碎胀特性、碎胀系数与应力关系曲线，以及压缩过程中的时间相关特性。研究结果表明，采空区煤矸石压缩作用力主要来源于采场裂断拱内岩层重量；煤矸石压缩至密实状态变形量大约为0.3m_Z；煤矸石压缩曲线符合对数函数关系；试验结果与现场数据基本吻合。     

6061铝合金薄板激光成形的仿真与实验研究

针对厚度为2mm的6061铝合金薄板的激光成形过程,建立了不同功率下三维瞬态温度场和变形场的有限元仿真模型,并采用实验进行验证,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。温度和变形量都随着功率的增加而增大,变形的产生原因为温度梯度和被加工区域材料微观组织结构的转变。被加工区域和材料基体间存在明显的分界线,并在分界线附近存在大量的微裂纹;被加工区域组织比基体组织更为致密,气泡等缺陷明显减少;同时在该处产生了碳富集区域。     

飞机越界阻滞系统阻滞特性的数值仿真

为研究飞机越界阻滞系统的阻滞特性,以阻滞工程材料——泡沫混凝土的静态压缩和落锤冲击实验为基础,通过有限元程序分析确定了仿真计算的材料模型和参数,并对FAA（美国联邦航空局）的飞机阻滞试验进行数值模拟,验证了飞机阻滞的简化模型和数值模拟方法的可行性. 数值分析结果表明:阻滞效果随阻滞材料强度和铺设厚度的增大而增强,厚度达到临界值后阻滞效果减弱.      

基于摩擦和温度修正的Ti-6Al-4V钛合金热变形本构模型建立

Ti-6Al-4V是民航客机应用最广泛的中高强度钛合金, 在锻造领域, 数值模拟准确性依赖于高准确度的材料模型. 本工作基于热压缩模拟方法, 在不同变形温度（750、800、850、900和950 ℃）和应变速率（0.001、0.01、0.1、1和5 /s）下, 针对变形量为60%的Ti-6Al-4V合金, 考虑鼓度因素影响, 对真实应力-真实应变曲线进行了摩擦和温度修正, 并进一步构建了该工况条件下的本构模型. 对比实验结果, 修正后的流变应力值低于实际测量值, 且随着应变量和应变速率的提高、变形温度的降低, 二者之间的差值也逐渐增大. 本工作分别建立了Ti-6Al-4V双曲正弦式以及用Z参数表达的材料本构模型. 真实应力应变曲线的摩擦和温度修正对提高材料模型的准确性具有指导意义, 同时对提高数值模拟精度具有参考价值.     

不同应变率下冰的动态力学行为及毁伤效应分析

为了解冰材料在宽应变率范围内的动态压缩力学特性,利用准静态压缩实验装置和分离式Hopkinson压杆（SHPB）装置开展了应变率为10^-4~10³ s^-1范围内-20℃冰试件的动态压缩实验,测得了冰在该应变率范围的单轴压缩强度处于8.44~40.70 MPa之间,并进一步研究了其动态压缩强度随应变率变化的演化规律,给出了相应的数学表达式;利用修正的含高压高应变率效应的冰本构模型,通过二次开发技术将其嵌入到有限元软件LS-DYNA中,数值研究了冰弹高速撞击铝合金靶板的毁伤规律.     

汽车坐盆安全气囊对假人伤害的仿真及优化

针对汽车前碰撞过程中假人胸部压缩量超标这一难点,开发了一种安装在座椅坐盆处的全新坐盆安全气囊。通过理论探索坐盆气囊在碰撞过程中的作用原理,证明了坐盆气囊可以有效抑制假人X向运动,达到了减少假人胸部压缩量的目的。借用计算机辅助工程(CAE)中MADYMO软件建立了坐盆气囊模型,通过零部件和子系统的试验验证了该模型的精度。在某款运动型多功能车(SUV)车型上建立了整车约束系统模型且与试验进行了对标验证;在验证后的系统模型中通过增加坐盆气囊的CAE模块作为优化的基础模型,对坐盆气囊的安装位置、角度以及点爆时间进行了灵敏度分析和试验设计(DOE)优化,以探寻最佳的优化方案。经台车试验和限力式预紧安全带对比分析表明,坐盆安全气囊可以降低假人胸部14.79%的压缩量,有效抑制了人体骨盆纵向位移。该结果可为保护假人胸部研究提供参考。     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

某轿车侧面碰撞仿真及优化设计

本文基于实际车型,建立整车碰撞仿真模型,结合LS-DYNA对该车进行侧面碰撞仿真,确认侧结构的变形形态及侵入量,结合试验对车辆侧面结构进行优化设计。     

基于空载救援工况下的公交车车体骨架模型建立及强度分析

根据美国宾夕法尼亚州立大学工程学院阿尔图纳客车测试和研究中心所编制的最新客车测试方法,对18 m公交车车体骨架在空载救援工况下的车身骨架强度要求进行建模及仿真测试分析。首先基于CAE有限元仿真平台HyperWorks,利用Hypermesh构建了一类18 m公交车车体骨架模型;其次对所构建的模型的相关参数进行设置,并对各应力点给出一种载荷处理方法;最后在空载救援工况下,对所构建的车体骨架仿真模型施加330 kN向前的拉力,并对车体骨架的多个节点进行强度仿真分析。仿真结果显示各总成最大应力值均小于对应材料的屈服强度,表明所构建的车体骨架仿真模型的建模方法以及空载救援工况下的结构强度仿真分析均达到了美国最新客车测试方法关于空载救援拖车工况的强度要求。     

闭孔泡沫铝准静态压缩试验的有限元仿真

根据泡沫铝孔洞的结构特点,建立了单一孔十八面体力学框架模型,进而组建泡沫铝力学矩阵模型。通过有限元分析软件对其进行纵向加载准静态模拟仿真试验,得到了力学矩阵模型的应力分布图、位移与变形分布图以及应力-应变曲线。将仿真试验得到的应力-应变曲线分为4个阶段,分析了各阶段的产生过程和力学原理,得到泡沫铝纵向准静态压缩时的力学相关性能,为进一步实体试验和工程应用提供了技术参考。     

Hypermesh二次开发在汽车发动机盖内板重力仿真分析的应用

基于HyperMesh建立计算机辅助工程（computer aided engineering,CAE）模型并使用Optistruct进行求解,对放在定制检具上的零部件的实际受力进行仿真,得到零部件整体的受力情况与位移大小,从而验证检具基准点与检具结构。以汽车构件原始数据模型为输入,基于Tcl/Tk脚本,利用Hypermesh的应用程序编程接口（application programming interface,API）和Excel工具,编写了零部件重力仿真全流程自动化脚本,集成了包括网格划分、材料属性设置、边界条件设置、载荷施加、工况步创建等步骤。运用该脚本,避免手动输入大量信息,提高了分析结果的准确性和一致性,缩短企业优化检具定位点与定位基准方案设计的时间,为企业后续的开发工作积累经验。     

内置柱间支撑泡沫混凝土墙板抗侧性能研究

基于柱间支撑和泡沫混凝土的优点,提出了一种可用于结构受力的内置柱间支撑泡沫混凝土墙板。为研究该类墙板的抗侧性能,采用通用有限元分析软件建立了该类墙板的数值分析模型,通过对比分析,验证了有限元分析模型参数选取的有效性。在此基础上,分析了该类墙板的泡沫混凝土强度、钢材材质、支撑截面厚度等参数变化对结构抗侧性能的影响。采用叠加原理,推导了该类墙板的抗侧刚度和抗剪承载力计算公式,并与有限元分析结果进行了比较。研究结果表明：该墙板具有较大的水平抗侧刚度,能极大的改善钢框架结构的抗侧性能,其抗侧刚度和抗剪承载力近似计算方法具有较高的计算精度,可适用于该类墙板的工程应用。     

内置弹簧金属C形密封环密封性能有限元分析

针对新型内置弹簧金属C形密封环在高压管道法兰密封上的应用条件,采用ANSYS有限元软件建立三维仿真模型,并通过相关实验验证本文理论模拟方法的可靠性;基于仿真结果分析了C形密封环压缩-回弹性能和密封环相关参数对密封性能的具体影响。结果表明：对于管道密封环,其压缩率、合金包覆层厚度、弹簧丝直径和弹簧匝外径分别在20%~25%、0.25~0.30 mm、0.60~0.70 mm和4.0~4.2 mm范围内时,密封环具有良好的密封性能。     

正交加筋复合材料夹层板的自由振动求解

均质正交加筋芯材基于一阶剪切理论,采用δ函数描述其非连续性;复合材料面板采用Kirchhoff假设,以上、下面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过哈密顿原理推导了正交加筋复合材料夹层板的动力学控制方程.采用级数解的形式近似求解了四边简支正交加筋复合材料夹层板的自由振动问题,通过夹层板固有频率数值仿真验证了理论推导的正确性.考虑复合材料面板的阻尼损耗,讨论了面板厚度、筋材薄壁厚度、高度、加筋间距对夹层板固有频率和结构损耗因子的影响规律.结果表明,当面密度相同时,改变筋材薄壁厚度或加筋间距对结构固有频率值无影响.     

导弹弹射系统中缓冲制动锥的轴压特性

针对壁厚线性变化的制动锥,提出了等效壁厚概念,并按分段能量等效的方式得到了考虑应变强化效应的制动锥轴压力学模型.同时采用理论分析、有限元计算和实验手段研究了弹射系统中缓冲制动锥的轴压变形和力学行为,3种方法得到的结果基本一致.所提出的制动锥轴压力学模型可为制动锥的工程设计、性能预测以及武器系统的发射动力学分析提供参考.