基于等效体积单元方法的空心坝工作特性有限元分析

红旗渠空心坝坝身可调节河道内过水,坝腹涵洞可运输渠水,该结构有效解决了当地水道立交的问题.由于空心坝结构特殊,对空心坝工作性态的研究分析非常少.本文对浆砌石等效体积单元(RVE)进行了单轴抗压、单轴抗拉以及纯剪有限元模拟,得到浆砌石等效体积单元的单轴抗压、单轴抗拉和纯剪应力-应变曲线,并得到相应极限强度值和对应的峰值应变值.同时基于均质化理论对红旗渠空心坝进行三维有限元模拟,计算了空心坝在正常运行工况、校核工况和地震工况下的工作特性.根据数值模拟结果可得,在地震工况下,典型截面第一主应力最大值为95.21 kPa,最大变形值为0.325 mm;在校核工况下,典型截面第三主应力最小值为-603.90 kPa.红旗渠空心坝在3种工况下,其坝体结构满足强度安全要求,可为将来设计、施工同类型水工结构提供参考.     

基于COSMOSMotion和COSMOSWorks的动臂有限元分析

建立主要工作装置的三维实体模型和动臂的虚拟样机模型,以COSMOSMotion软件为平台进行运动学和动力学仿真,并将动臂在铲斗挖掘、斗杆挖掘、混合挖掘三种典型工况下的原始载荷情况从COSMOSMotion中直接输出到有限元分析软件COSMOSWorks中进行强度和结构分析,得各工况下动臂应力最大时的有限元分析结果,为物理样机的试制和和产品的优化设计提供了依据.COSMOSMotion和COSMOSWorks的联合仿真降低了仿真的难度,提高了分析的精度.所采用方法,对于同类产品的设计具有一定的参考价值.     

带金属O形环法兰密封结构的三维有限元分析

借助ANSYS Workbench有限元软件对带金属O形环法兰密封结构进行三维有限元分析,研究预紧工况和操作工况时法兰接触面处的接触压力及应力分布规律.结果表明:随着螺栓预紧力的增加,最大接触压力及最大应力值均增加,最小接触压力减小;操作工况时,随着流体内压的增大,最小应力值基本未发生变化,最大接触压力及最大应力值均减小,且最大接触压力均大于液体内压.     

液压挖掘机的动应力测试与瞬态分析

采用动态测试和瞬态分析方法研究液压挖掘机工作装置在常态挖掘过程中的动应力特性,首先针对某反铲液压挖掘机的常态挖掘过程,搭建动应变、油压和角位移的同步采集测试平台;然后基于达朗贝尔动静法原理,分别建立动臂、斗杆和铲斗的动平衡方程,并代入测试数据计算出构件各铰点的动载荷谱,将其转换到随体坐标系中再进行瞬态分析.动态测试和瞬态分析对比结果表明,仿真应力与测试应力的变化规律一致,瞬态分析能够得到挖掘机工作装置整体的动应力特性,可以作为判断工作装置动应力分布规律和危险截面的依据.     

堆石流变对金钟混凝土面板堆石坝应力变形的影响分析

采用三参数流变模型,运用有限元法对金钟面板堆石坝进行三维流变分析,得到了考虑堆石流变后坝体、面板的应力变形.分析研究了堆石流变对混凝土面板堆石坝坝体、面板应力变形特性的影响.结果表明,考虑堆石的流变效应后,坝体变形有所增加,坝内拉应力区域变大,最大拉、压应力值有所增加;面板的挠度和轴向变形都有所增加,面板的拉应力区域和拉应力值也有所增加,而面板压应力区域有所减少,但最大压应力值却有所增加.     

基于MIDAS/Gen的槽式聚光器结构模态分析

针对槽式聚光器结构优化问题,根据张家港试验基地槽式聚光器实体装置,基于MIDAS/Gen建立槽式聚光器三维有限元模型,采用Lanczos模态计算方法,进行各角度工况下模态分析,得到槽式聚光器在不同工况下的结构模态特征.对槽式聚光器装置进行动力特性测试,测点布置在结构的多个位置,传感器主要布置在聚光镜的镜面中心位置.现场实测过程中选用优泰公司的软件和设备——动态信号采集系统、传感器以及采集仪等试验设备和装置,获取各测点的有效数据,通过优泰软件对原始数据进行处理,得到槽式聚光器装置的动力特性.将数值计算结果与原型实测结果进行对比验证,验证结果表明:本文建立的槽式聚光器三维有限元模型能够较好地模拟现有槽式聚光器结构,能够用于槽式聚光器的静态分析及结构优化分析研究,可以为进一步提高槽式聚光镜组的聚光效果和降低成本提供参考.     

大型模锻压机工装桁架结构设计与分析

针对目前世界上最大的800 MN模锻压机安装过程中的辅助工装桁架,进行钢结构设计计算与有限元分析研究.首先运用三维设计软件Solidworks,设计建立桁架的三维实体模型,然后根据模型结构和几何参数在ANSYS中建立简化的有限元分析模型,对桁架工作过程中的最不利工况进行载荷分析,并运用ANSYS软件对其进行有限元强度、刚度以及稳定性分析,进而得出最不利工况的应力云图、位移云图以及位移-载荷曲线.分析结果表明:工装桁架最大应力和最大挠度均分别小于许用应力和许用挠度,工作稳定安全系数远大于许用稳定安全系数;模锻压机的成功安装,证明了桁架设计的合理性、安全性和可靠性.     

高温高压对冶金用热水循环泵结构强度的影响

为获得冶金用热水循环泵实际工作状态下的结构强度,对泵内部全流场进行了多工况定常数值模拟,并基于ANSYS Workbench平台对泵转动部件与静止部件进行了单向流固耦合计算.得到了不同工况下关键零件的最大等效应力,并对比了常温常压与高温高压条件下转动部件与静止部件的应力分布,分析了结构应力分布特征.结果表明:热水循环泵各零件最大等效应力值均小于自身材料的抗拉强度,满足强度要求;常温常压条件下,转动部件的键及键槽处应力值最大,而在高温高压条件下,泵轴轴承段因热载荷出现了应力集中的现象;常温常压条件下,泵体应力分布主要受到重力作用,各支撑部位的应力较大,高温高压条件下,泵体温度梯度较大位置应力较大.     

基于刚‒柔耦合的反铲液压挖掘机工作装置多体动力学分析与仿真

以某型挖掘机为研究对象，建立其工作装置及挖掘阻力数学模型。针对土方、石方挖掘工况，采用压力传感器、位移传感器测得挖掘过程中各油缸的压力及位移，采用电阻应变片测出动臂与斗杆上各测点的应力。基于所获得的各油缸位移及压力，通过动力学分析计算载荷。使用有限元分析软件和动力学仿真软件建立挖掘机刚?柔耦合模型，并以各油缸位移曲线为驱动，得到动臂及斗杆上各点应力。仿真计算与应力测试的对比结果表明，对应测点的应力变化趋势基本一致，误差在15%以内。     

TBM空间管道动态特性分析

针对硬岩掘进机(TBM)工作过程中产生的强振动会改变空间管道动态特性的问题,基于流固耦合理论和有限元方法建立基础振动下空间管道的双向流固耦合仿真模型,并通过实验验证仿真模型的正确性。对有无基础振动下空间管道的动态特性进行对比分析;研究不同振动参数和结构参数对空间管道动态特性的影响规律。研究结果表明:随着基础振动频率增大,管道最大应力和出口压力波动幅值先增大后减小;随着基础振动幅值增大,管道最大应力和出口压力波动幅值均增大;随着管道曲率半径和中间直管长度增大,管道最大应力逐渐增大;随着管道内径增大,管道最大应力逐渐减小。     

二阶连续渐开线变截面涡旋盘的谐响应分析

以二阶连续三段圆渐开线变截面组合型线动涡旋盘为研究对象,通过建立动涡旋盘的三维实体模型,借助ANSYS Workbench对其进行了模态分析,得到前六阶固有频率和各振型对应的各点综合位移图.在此基础上以计算工况为危险工况对动涡旋盘进行了谐响应分析,得到涡旋齿在指定路径上的变形及不同路径上应力、应变随频率的变化规律,并与等截面涡旋齿的动态特性进行比较,定量给出了等、变截面涡旋盘的峰值响应,证明了变截面涡旋齿在动态特性方面的优越性.     

复杂荷载作用下空冷系统排汽管道力学性能分析——以火电厂空冷岛为例

目的研究火电厂空冷系统排汽管道应力分布情况,确定用于设计的最不利应力分布模式.方法以火电厂空冷岛为例,采用《钢制压力容器分析设计标准》(JB4732-1995)中计算薄膜应力的方法,考虑将基本载荷、地震荷载及风荷载进行组合,形成各种组合工况,应用ANSYS对某300 MW火电厂空冷岛系统的排汽管道进行大量的仿真分析,并对计算结果进行整理.结果各工况结果中管道应力最大的区域发生在三通,该处一次局部薄膜应力最大值为236 MPa,小于应力限值SⅡ=259 M Pa;除三通外其他区域在各种荷载工况下的最大薄膜应力均较小.其中与-X方向风荷载组合的各计算工况中,管道应力水平比之没有风荷载作用的相对较高,说明风荷载对管道应力影响较大,原因是管道属于高耸结构,且上部结构迎风面积较大.薄膜应力与弯曲应力求和后最大值为280 MPa,该应力为一次应力加二次应力,远小于限值SⅣ=518 M Pa.结论管道应力最大的区域为三通,三通区域的应力水平远高于其他区域,最终得出危险荷载工况作用下管道支座、三通、下部三通、折角以及盖板的应力分布,为300 MW直接空冷排汽管道提供设计依据.     

大跨度钢拱桥有限元模型计算分析

以东平大桥为背景,采用桥梁专用有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥空间模型. 对各种工况进行计算,得出各种工况下的挠度值、应力值,评估其结构的安全性. 计算结果表明:该桥在设计荷载下的最大挠度值均小于规范规定值,在荷载组合下的最大应力未超过材料的屈服强度,并具有一定的应力安全储备.     

圆柱滚子轴承动静态有限元分析

通过SOLIDWORKS三维软件对圆柱滚子轴承进行建模,并利用ANSYS有限元分析软件对圆柱滚子轴承进行合理的加载和求解,经过Block Lanczos方法的模态分析得到前6阶的固有频率、振型以及共振下的薄弱部位;经过加载极限动载荷值94kN下的静态分析得到工况下的最大应力值、变形值以及变形、应力的分布规律,对圆柱滚子轴承的刚度进行了校核,为轴承的结构优化提供建议和方法.     

重要参数对齿轮副承载情况影响规律研究

建立了某轿车变速器一挡传动齿轮副啮合状态有限元分析模型,基于显式动力学理论,对最大转矩工况下该传动副的瞬态啮合过程进行了动力学仿真计算,得到了轮齿齿面与齿根危险区域的主应力、等效应力的幅值与瞬态变化过程等结果.在此基础上,研究了发动机输出转矩、齿轮轴刚度、安装误差以及齿根过渡圆角等参数变化对该一挡传动齿轮副轮齿承载状况的影响权重与规律,为以改善强度及可靠性为目标的结构方案修改及工艺参数确定提供了重要参考.     

基于驾驶员紧急制动行为特征的危险估计算法

基于真实交通工况下驾驶员的紧急制动行为特征,建立了一种新的危险估计算法用于汽车避撞系统的控制策略开发.通过在车辆上安装车辆行驶记录仪采集了目标区域内驾驶员的真实交通场景;对采集到的交通场景进行人工筛选,并按照美国高速公路安全管理局(NHTSA)的分类方法进行了分类,得到了6种典型的危险工况;通过视频图像处理等方法对典型危险工况下驾驶员的紧急制动行为进行了分析,得到了驾驶员紧急制动起始点的碰撞时间tTTC值以及车辆在紧急制动过程中的平均制动减速度,并利用这些数据建立了基于碰撞时间倒数tiTTC和期望减速度areq的危险估计算法.这种危险估计算法能够同时考虑两车快速靠近以及稳定跟车工况,并与驾驶员在真实交通环境中的紧急制动行为相对应.     

三维有限元在预应力闸墩中的应用

本文采用三维有限元方法,对白莲崖水库工程坝身泄洪中孔预应力结构进行了整体空间应力分析研究,得到了其典型工况下的整体应力分布规律,评价了大吨位混凝土结构的预应力效果.计算结果为白莲崖工程泄洪中孔预应力体系设计与优化提供了依据.     

基于ANSYS的轴流泵转子系统有限元分析

为了研究预应力对便携式轴流泵叶片的应力及应变的影响,基于有限元理论,在Workbench平台上,采用ANSYS CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构进行耦合求解.其中流场计算选用以雷诺平均方程为基础的SST k-ω湍流模型.结构计算采用弹性体结构动力学方程,对叶轮叶片在不同流量工况下的变形和应力分布以及各阶模态变化进行了计算.结果表明:在水体作用力和旋转离心力作用下,轴流泵叶片的最大变形发生在叶片进口轮缘处,且从轮毂到轮缘的径向方向上,变形程度逐渐变大;在叶轮压力面靠近轮毂附近区域出现应力集中,各工况最大应力值均远小于最大拉应力,能够满足强度要求;有无预应力对转子系统的各阶模态影响很小,且不同流量工况下各阶模态的变化也很小.     

弹性胀套的有限元接触分析

采用接触有限元法对弹性胀套进行应力和变形分析．得到了最危险工况下各构件的最大应力的部位，找出结构尺寸对弹性胀套应力和变形的影响，给出满足实际要求的结构尺寸。     

膜式动态应力调制器力学特性分析与改善

针对体外细胞培养试验系统中的关键装置--细胞薄膜应力调制器进行了运动原理和力学特性分析,提出了基于位置检测、分区域调制控制应力幅值,进而改善应力调制器受力情况的试验系统设计方案.经验证该设计使细胞薄膜应力调制器的受力特性得以改善,提高了工作平稳性与相关部件的寿命,系统功耗降低,可以在其他系统设计与应用中借鉴.