悬架舒适性橡胶衬套静-动态特性研究

以某车麦弗逊前悬架控制臂舒适性橡胶衬套为对象,依据超弹性本构理论的应变能密度函数与已有的橡胶材料基础试验数据,确定Yeoh本构为该衬套超弹性本构模型来描述衬套静态特性;并采用广义Maxwell模型与已有超弹性本构模型叠加方法,提出了超-黏弹性本构模型来描述衬套动态特性;进行衬套静、动态结构试验并获取衬套轴向与径向部分静、动态特性试验信息,将仿真曲线与试验曲线的一致性作为优化目标,利用Hyper Study集成优化算法—自适应响应面法(ARSM)并调用ABAQUS求解器对衬套超弹性与黏弹性材料本构系数进行识别优化,以获取匹配该衬套特性精度较高的超弹性与黏弹性本构参数。利用识别后较高精度的超弹性本构与粘弹性本构参数,结合有限元分析技术,完成该橡胶衬套静-动态特性全信息重组。     

非线弹性系泊缆系泊性能

针对材料特性为非线性的纤维缆,使用有限元法建立了非线弹性缆索方程的数值模型.在不同水深情况下,针对不同材料的4点系泊系统,通过分析比较浮体最大允许位移内各系泊系统的位移-回复力关系,以及缆索上端点水平张力占总张力的比重,得到使用轻质纤维缆的张紧系泊系统在深水环境下较其他形式的系泊系统具有优势.对材料特性为非线弹性的聚酯纤维缆计算缆上端点的张力,材料特性使用线性的应力应变关系拟合非线性特性,其结果与采用非弹线性模型的相应结果进行对比,发现线性化的拟合计算不能真实反映缆索内的实际张力情况,说明了使用非线弹性模型的必要性.以一Spar的系泊系统为例,分析了3种轻质纤维缆的动力特性差异,发现使用聚酯纤维能得到更好的系泊性能.     

超弹性形状记忆合金简化多维本构模型

建立简单有效的多维本构模型是形状记忆合金(SMA)工程应用的关键问题之一.在NiTi形状记忆合金丝拉伸实验的基础上,根据Brison模型的相变动力学方程,得出了相变应力与加载条件的关系. 借助线性化方法,建立了SMA超弹性简化一维本构模型;基于塑性理论,将马氏体体积分数作为状态变量之一,推导了SMA超弹性简化多维本构模型,应用该模型对超弹性SMA进行了数值模拟,并与实验结果进行了比较.分析结果表明:理论模型曲线与实验曲线接近,理论模型能够较为准确地模拟形状记忆合金的屈服机制和耗能能力.该本构模型可以用于模拟复杂荷载条件下的SMA超弹性特性.     

弹性动力学的边界无单元法

讨论了Hilbert空间上的改进的移动最小二乘法, 并将弹性动力学的边界积分方程方法与改进的移动最小二乘法结合, 提出了弹性动力学的边界无单元法. 改进的移动最小二乘法避免了求解病态方程组, 既提高了效率, 又提高了精度. 边界无单元法是边界积分方程的无网格方法的直接列式法, 容易引入边界条件, 且具有更高的精度. 最后给出了弹性动力学的边界无单元法的数值实现方法和具体的算例.     

一种耦合算法的三维弹性空腔声振特性分析

针对三角形单元边界适应性强、位移插值简单、自由度低的特点,利用面积坐标构造了平板三角形单元位移插值函数,以对平板进行了动力学建模分析。此后,为了对三维弹性空腔声振问题进行较高精度的数值分析,弹性板采用三角形单元进行离散处理,而声腔域使用了在声学问题上具有精度高的光滑有限元方法建模。充分考虑结构和声场的耦合作用,建立了该类结构声振分析的一种新模型,并分析了弹性空腔声振特性。通过数值计算对比表明,这种耦合模型计算规模较小、计算结果精确,可进一步应用于形状更复杂的三维弹性空腔声振特性分析中。     

动脉壁的动力响应特性

基于纤维加强各向异性不可压超弹性复合材料两层厚壁圆筒模型,应用连续介质力学有限变形理论和非线性动力学理论,建立脉动压作用下动脉壁的动力学模型,考虑动脉壁中残余应力、平滑肌主动作用以及纤维分散的影响,通过数值计算得到动脉壁的时程曲线、频谱图、相图和庞加莱截面图及应力分布曲线,利用非线性动力学理论分析了动脉壁的动力学响应特性,讨论了脉动压大小和频率的影响.     

一种考虑位移幅值影响的黏弹性材料力学模型

为了更好地确定黏弹性材料的力学性能,提出了一种同时考虑温度、频率和位移幅值影响的黏弹性材料力学模型.从温度因素与损伤指标2个方面考虑了位移幅值对黏弹性材料力学性能的影响,通过修正Doolittle方程和损伤变量方程分别推导了位移移位因子与损伤指标,结合等效标准固体模型,提出了修正等效标准固体模型.数值分析结果表明,储能...     

用超级单元法分析含空洞介质的等效弹性性质

在Kachanov对基体材料中含有任意个椭圆空洞的弹性势函数的基础上，给出了对应的等效弹性常数的简单表达式，建立了以单元边界内力为基本未知量的超级单元刚度矩阵方程，通过对铝合金薄板的数值计算，并和实验结果相比较，验证了理论分析与超级单元数值模型的有效性和可靠性。     

超材料混凝土抗冲击效应数值研究

作为一种广泛应用的工程材料,混凝土材料抗拉强度低的缺点限制了其应用.当高速冲击荷载作用在混凝土结构上时,由于混凝土的脆性和较低的抗拉强度,结构后部的混凝土通常会产生严重的层裂破坏.因此,有效降低混凝土的层裂破坏对于提高结构性能很重要.近些年学者提出了局域共振超材料,它利用人造微结构的存在能使该超材料呈现出天然材料所不具备的超常物理性质.本文借鉴局域共振超材料的工作原理,通过将混凝土中的部分天然骨料替换为人工骨料超材料来降低冲击荷载下的层裂破坏.通过LS-DYNA,建立考虑随机分布的砂浆、天然骨料和人工骨料的超材料混凝土三维细观模型来进行层裂实验的数值模拟.研究超材料混凝土在冲击荷载作用下的材料性能以及人工骨料的材料属性和几何属性对超材料混凝土动态性能的影响.     

基于OpenSees的填充墙RC框架结构数值模型

基于Open Sees软件建立填充墙RC框架结构数值模型,钢筋混凝土梁柱单元采用集中塑性单元,其中梁柱中部采用弹性梁柱单元,梁柱端部采用零长度弹簧单元来模拟塑性铰,采用改进的Ibarra-Medina-Krawinkler退化模型模拟塑性铰的非线性,采用两对等效角撑模型(仅受压)模拟填充墙,采用Ibarra-Medina-Krawinkler退化模型模拟填充墙的非线性,建立了填充墙RC框架结构的非线性数值模型,与单层单跨填充墙RC框架试件的低周反复加载试验结果进行对比分析,验证了建立的填充墙RC框架结构数值模型的正确性,为建立填充墙RC框架结构的抗地震倒塌能力评估研究奠定基础。     

CFRP索斜拉梁面内自由振动建模及参数分析

利用张紧弦和欧拉梁振动理论分别描述斜拉梁结构中索与梁的振动,通过索梁连接处的动态平衡条件,建立斜拉梁平面内自由振动理论.利用传递矩阵法和边界条件对斜拉梁结构平面内自由振动的特征值问题进行求解.同时,建立斜拉梁的有限元模型,有限元法所得结果与本文理论研究非常吻合,证明了本文理论和方法的正确性.最后对CFRP索斜拉梁平面内自由振动进行参数分析.研究表明,CFRP索斜拉梁的基本动力学性能优于传统钢索斜拉梁.     

超大跨度V塔斜拉桥的经济与力学特性

建立了超大跨度V塔斜拉桥和常规直立索塔斜拉桥的有限元分析模型.通过对比研究,给出了V塔斜拉桥的一些经济、力学特性.和常规直立索塔体系斜拉桥相比,当V塔斜拉桥的塔柱倾角为对应跨最外侧拉索倾角之半时,节省量最优,但此时塔柱材料用量仅节省6%,拉索用量节省1%,总节省量并不大.V塔斜拉桥能够降低塔高,减小拉索悬挂长度,增大拉索倾角,使得结构整体刚度增加,稳定性系数得以提高,算例中塔根弯矩比常规体系小26%左右.另外,V塔体系能更好地抵抗横向风荷载的作用,满足斜拉桥向更大跨度方向发展的需求.     

斜拉网壳结构构件单元分析及结构动力性能

阐明了斜拉索及塔柱的计算问题 ,数值计算、分析了斜拉网壳结构的动力性能问题 ,并与网壳结构计算结果进行了对比 .计算分析表明 ,斜拉网壳结构频谱密集 ,与网壳结构的对应振型差别很大 ;斜拉索的存在大大提高了网壳结构的刚度 ,明显改变了网壳结构动力性能 ;作用于结构上的质量大小对结构的自振频率影响明显     

Analysis of tensioned membrane structures considering cable sliding

In routine design of tensioned membrane structures, the membrane is generally modeled using space membrane elements and the cables by space cable elements, with no sliding allowed between the membrane and the cables. On the other hand, large deflections are expected and sliding between the membrane and the cables is inevitable. In the present paper, the general finite element code ABAQUS was employed to investigate the influence of cable sliding on membrane surface on the structural behavior. Three analysis models were devised to fulfill this purpose: (1) The membrane element shares nodes with the cable element; (2) The cable can slide on the membrane surface freely (without friction) and (3) The cable can slide on the membrane surface, but with friction between the cable and the membrane. The sliding problem is modeled using a surface - based contact algorithm. The results from three analysis models are compared, showing that cable sliding has only little influence on the structure shape and on the stress distributions in the membrane. The main influence of cable sliding may be its effect on the dynamic behavior of tensioned membrane structures.     

MR阻尼器对拉索振动控制的研究

在磁流变(magnetorheologic简称MR)阻尼器力学特性试验的基础上,建立了能够很好地描述MR阻尼器非线性滞回特性的非线性参数模型,该模型由一个改进的Bingham模型和一个非线性弹簧单元串联而成。对MR阻尼器-拉索系统编写了非线性有限元动力分析程序,以一根实际的拉索为例,计算了MR阻尼器不同参数时对拉索的减振效果,计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明:优化阻尼力随拉索频率的降低而提高;随着拉索振动幅度的减小,拉索减振的最优阻尼力减小。     

基于高性能材料的大跨径斜拉桥抗风性能分析

为了研究活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)和碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)在大跨径斜拉桥中应用的可行性,以主跨1 100m的钢斜拉索、钢主梁、普通混凝土索塔斜拉桥设计方案为基础,构造了一座同等布置形式的CFRP拉索、RPC主梁、RPC索塔斜拉桥方案.采用有限元法对2种方案斜拉桥的动力特性、抗风性能等进行了分析和比较.结果表明:2种方案结构的自振基频相差不大,CFRP索RPC主梁斜拉桥的主梁颤振稳定性有所提高,其抖振响应位移较钢索钢主梁斜拉桥明显降低.CFRP拉索的自振频率达钢斜拉索的2倍;与钢斜拉索相比,CFRP拉索涡振幅值有所增大,但整体而言2种方案斜拉索的涡振幅值均很小,不影响其安全;CFRP拉索的风雨激振振幅不到钢斜拉索的1/2,且前者与风雨激振相关的临界风速较后者有所提高.应用高性能材料RPC与CFRP的大跨径斜拉桥整体抗风性能优于传统的钢斜拉索钢主梁斜拉桥,从抗风性能角度而言,将高性能材料RPC与CFRP应用于大跨径斜拉桥中是可行的.     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性,并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型;采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明,索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群;结构各组群振动的自振频率相对集中,其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．     

索-拱结构面内稳定性研究

应用有限元方法对索拱结构的面内特征值屈曲及考虑几何非线性影响的非线性屈曲的平面内稳定问题进行了研究.程序中使用牛顿拉弗森法和弧长法对荷载位移平衡路线进行跟踪,研究了索对结构的极限荷载和平衡路径的影响.考虑了索与水平面夹角、索的根数及不同荷载作用方式、不同边界条件下索-拱结构稳定性能及变形性能的影响.结果表明:索可以非常有效地控制拱结构的失稳模态和破坏形式,提高其极限承载能力,影响破坏过程及后屈曲平衡路线,有效地克服了拱结构在半跨荷载作用下变形大、承载力低的缺点.     

大跨度斜拉桥拉索分段模拟对动力特性的影响

为反映斜拉桥拉索本身和桥梁的相互耦合的动力特性,将单根拉索用多根索单元分段精细模拟,考虑拉索本身振动对传统的单梁式斜拉桥的整体动力特性计算结果的影响,同时还提出一个考虑拉索分段但忽略拉索本身振动的分析模型,并对三种模型的分析结果进行了比较,最后用一个风洞试验的气弹模型对动力特性进行了校核.     

基于悬链线元的索穹顶形状精确确定方法

针对目前索穹顶结构研究中其形状确定方面所存在的不足,提出了基于悬链线元逆迭代的精确修正技术,可以精确求得预张力;使其能在考虑索杆自重的情况下,在给定的初始几何位置上严格平衡.由于刚度矩阵形成和已知索的预张力情况求解索原长是运用悬链线元进行结构分析时需要解决的两个先决问题,首先根据目前文献中处理这两个问题的不足,提出了具有大范围收敛性的刚度迭代技术和不需迭代的索原长高精度求解方法;在此基础上引进逆迭代方法,建立了基于悬链线元的逆迭代形状精确确定方法.最后编制程序对算例进行验证,结果表明这一方法精度极高,且收敛速度快,收敛性好.