带肋圆柱壳结构强度灵敏性有限元法分析

采用基于有限元法的不确定性灵敏性分析方法对带肋圆柱壳结构强度的灵敏性进行分析研究.通过比较概率灵敏度图、散点图以及相关系数的计算结果,认为壳板厚度,均匀外压、肋间距、内径为影响带肋圆柱壳结构强度的灵敏性因素,其他因素为非灵敏性因素.因此,在对带肋圆柱壳结构进行可靠性分析与设计时,可以选择这4个变量为随机变量,其他变量作为定值处理,以减少随机变量的数目,提高分析效率.     

钢桥面板加劲肋焊缝位置热点应力数值分析

采用8节点单元和20节点单元分别建立钢桥面板U肋焊接部位的有限元分析模型,分析不同单元尺寸划分对模型分析精度的影响,对比两种模型计算差异,并分析不同热点应力取值方法的区别.分析结果表明,随着单元尺寸的减小,顶板表面弯曲应力增大,板厚方向弯曲应力增大.相对而言,20节点单元模型计算结果更容易收敛,对于8节点单元模型建议设置8层单元,20节点单元模型建议设置4层单元.在热点应力的取值方法中,表面外推法结果稳定,表面以下1 mm应力法结果受单元尺寸的影响.     

带框架肋骨圆柱壳振动特性分析

基于Flügge壳体理论,采用波动法建立带框架肋骨加筋圆柱壳数学模型,对其自由振动特性和频响特性进行研究.相比于传统的采用梁模型或平摊法处理环肋,采用圆环板模型研究任意尺寸的环肋.根据肋骨、激励力位置对圆柱壳离散并将激励力作为边界条件处理,对离散子构件运用不同理论分析后通过连续条件组装所有子构件得到运动方程.与有限元结果对比验证本文方法的正确性,在此基础上分析不同惯性矩的框架肋骨对圆柱壳振动特性影响.结果表明:框架肋骨惯性矩高于普通肋骨2倍便影响圆柱壳振动特性,高于512倍时则与舱壁作用相同.     

水下周期环肋圆柱壳声辐射的空间简谐分析

采用空间简谐分析方法对水下无限长周期环肋圆柱壳受周向余弦分布简谐力振动的辐射声功率进行了解析计算.分别采用Flügge方程和Helmholtz方程建立壳体及声场的波运动方程,考虑肋骨的四种作用力和力矩,探讨了环肋及环肋参数对壳体表面辐射声功率级的影响,发现肋骨在较低和较高频段对声辐射有较好抑制作用,在环频率附近影响不明显.分析结果适用于整个频段,可为此类结构的工程设计提供参考.     

防水型救生舱防护结构研究

参考潜艇结构设计方法,对耐水压150米的防水型救生舱环肋圆柱壳耐压结构的进行了研究,获得了壳板厚度、肋骨型材、肋骨间距和肋骨型号关键参数对耐压外壳所受关键应力和稳定性的影响。通过对外压容器的补强方式的比较和分析,确定了防水型救生舱舱门和观察窗开孔补强的方式方法和面积。通过数值模拟对舱段耐压结构的多种影响因素进行模拟计算,完成了整舱承压性能的应力应变模拟分析。结果表明,所设计防水型救生舱在2.25 MPa的外压下,舱体所受最大应力为100 MPa~300 MPa,整体形变最大值出现在舱尾椭圆封头的最中心,大小为6.1 mm。救生舱整体结构合理,对于防水型救生舱结构设计提供给了依据。     

水中纵向加肋圆柱壳体的自由振动

以浸没于水中的弹性加肋薄圆柱壳为研究对象，考虑介质与结构振动的耦合效应，研究耦合系统的自由振动特性．基于Kennard薄壳理论、Helmholtz方程以及壳壁外表面的运动协调条件，并借助Dirac—δ函数引进肋骨对壳体的作用力，从而建立耦合系统的运动方程．通过傅氏积分变换，进而得出系统的频率方程．采用沿实波数轴搜索求根的方法，重点分析了水下无限长纵向加肋薄圆柱壳的自由振动特性．结果表明：水中无限长纵向加肋圆柱壳体内存在三个自由传播波。     

基于辐射噪声线谱削峰的双层加肋圆柱壳结构声学设计

为降低水下航行器辐射噪声线谱,提出了一种弱辐射双层加肋圆柱壳结构. 采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应幅值控制机理;引入圆截面内运动假设,利用模态展开法推导了环肋径向机械阻抗表达式;基于阻抗失配、波形转换原理,设计了阻抗加强环肋模型,并利用波动理论分析了其隔振性能;考虑壳间托板的强耦合作用,对托板进行了阻波设计. 将阻抗增强肋骨和复合阻波托板联合应用到双层壳结构声学设计中,数值分析了设计前后双层壳振动与声辐射性能. 结果表明:提出的新型双层加肋圆柱壳能有效实现辐射噪声线谱削峰,振动均方速度、辐射声功率和辐射声压大幅降低,具有显著的减振降噪效果.      

考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计

利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.     

脊状结构表面圆柱绕流的流体特性研究

通过构造脊状结构表面,采用非定常数值计算方法,对圆柱表面的绕流场及其水动力特性进行数值计算和研究.结果表明:不同结构参数h和θ的脊状结构对圆柱绕流的控制作用均不同,最佳的结构参数分别是h=2 mm和θ=10°;在一定雷诺数条件下,脊状结构表面既可以减小圆柱表面阻力,又可以有效控制圆柱的脉动升力并延缓边界层的分离;随着雷诺数的增大,脊状结构对圆柱绕流的控制效果会减弱.计算条件下的最优控制效果为:阻力系数最大减少32.56%,升力系数最大减少65.41%,因此提出的脊状结构表面的方案对于控制圆柱表面绕流造成的疲劳损伤或破坏具有一定的参考价值.     

运煤重载黄土路基动态回弹模量加载序列确定

为研究运煤重载黄土地区路基应力水平,采用BISAR软件对运煤重载黄土地区23个典型的不同交通等级沥青路面结构进行路基应力水平分析,计算荷载分别采用0.7 MPa、1.0 MPa和1.3 MPa三种,得到路基内的应力水平及主应力覆盖范围.结果表明:高速、一级公路沥青路面结构路基的最大主应力范围为10~130kPa,最小主应力范围为0~50 kPa,二级公路最大主应力范围为10~100 kPa,最小主应力范围为0~40 kPa.在此基础上提出了适合运煤重载黄土地区沥青路面结构路基动态回弹模量应力加载序列.     

六点支承单层玻璃板抗弯承载性能试验

为设计玻璃幕墙结构中的六点支承玻璃板,研究其在面外均布荷载作用下的抗弯承载性能,进行了试验模拟和有限元计算。使用工程中常用的玻璃板材料和紧固件,按照工程实际的安装和支承形式,通过人工施加平面外均布荷载,测量了试件的应力和挠度。试验结果表明:玻璃板的应力和挠度均随着荷载的增加而线性增加,中孔边应力为玻璃板的控制应力,最大挠度在跨中附近,厚板承受面外均布荷载的能力较强。未考虑大变形的有限元计算结果与试验结果吻合相对较好。     

六点支承单层玻璃板抗弯承载性能试验

为设计玻璃幕墙结构中的六点支承玻璃板,研究其在面外均布荷载作用下的抗弯承载性能,进行了试验模拟和有限元计算。使用工程中常用的玻璃板材料和紧固件,按照工程实际的安装和支承形式,通过人工施加平面外均布荷载,测量了试件的应力和挠度。试验结果表明,玻璃板的应力和挠度均随着荷载的增加而线性增加,中孔边应力为玻璃板的控制应力,最大挠度在跨中附近,厚板承受面外均布荷载的能力较强。未考虑大变形的有限元计算结果与试验结果吻合相对较好。     

基于薄板单元的水泥混凝土路面荷载应力分析

将刚性、半刚性基层上水泥混凝土路面结构简化为弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,在轴(轮)载作用下,采用薄板单元,讨论了模型网格划分和计算精度的关系.研究了移动轴载作用下路面结构最大荷载应力大小和位置的变化规律.分析了基层超宽对面层和基层自身最大荷载应力的影响,基层超宽降低了面层的荷载应力,幅度为0～33%;但基层自身荷载应力明显增大.比较了采用薄板单元及实体单元时面层和基层最大荷载应力的差异,当面、基层厚度增大时,采用薄板单元得到的面层荷载应力偏大0～20%;而基层荷载应力偏小2%～30%.给出了标准轴载作用于纵边中部荷位的荷载应力修正系数.     

磁流体热疗设备的三维电磁场模拟

为清楚了解磁流体热疗设备产生的电磁场的分布,本文采用有限元方法对自制的设备原型建立三维模型并进行了优化,计算了该模型在静态和谐态下产生的电磁场的分布,对磁极中间的气隙宽度在20～40mm范围内变化时的磁场强度进行了对比．选取气隙宽度为30mm时计算电磁场的磁场强度、电感和涡流损耗,所得结果与实验测量值完全吻合,验证了模拟计算的可靠性．     

大跨度箱形吊车梁的强度分析及结构改进

利用有限元法对48 m跨箱形吊车梁进行结构刚度和强度的分析计算,获得在4个载荷工况下,该梁多个截面的应力及变形分布.结论表明,该梁整体应力分布不均匀且具备较大的轻量化潜力.在此基础上进行梁的结构设计尺寸改进,获得了改进后的结构参数,梁的重量减轻了18.23%.     

复合材料壁板中长桁的胶接应力分析

用拟协调板元和梁元离散飞机尾翼翼面典型复合材料加筋壁板,对长桁截面刚度突变和面板后屈曲剧烈变形两种导致脱胶情况分别进行了线性前屈曲和非线性后屈曲逐渐破坏有限元分析,利用文中提出的节点力法,计算长桁与面板间的胶接应力。结果表明:刚度突变在突变处引起相当大和逐渐衰减的胶接应力,剪应力的衰减比正应力慢;后屈曲变形的急剧变化导致与波峰和波谷对应的胶接点的胶接应力比较高,但低于两倍临界载荷时,胶接应力不大。     

晶体硅太阳电池应力的理论分析

光伏组件的电池层为一离散分布的不连续夹层. 针对组件中晶体硅电池片的受力特点导出了电池片的应力场和位移场，并对面板尺寸为1 580 mm × 808 mm的单晶硅标准组件在风荷载作用下晶体硅电池片的应力进行了计算和分析，考虑了风压及EVA胶膜的剪切模量变化对应力的影响. 计算结果与有限元结果进行了比较，并对比了125 mm × 125 mm和156 mm × 156 mm两种规格电池片的应力. 结果表明，理论结果与有限元结果符合很好，应力最大值出现在电池片的中点并随着EVA胶膜剪切模量的增加呈非线性增大；增大电池片的尺寸将引起应力的显著增加.     

小箱梁桥虚拟横梁建模法中虚横梁间距选取研究

利用大型有限元通用软件MIDAS对40m跨小箱梁桥建立实体单元模型和虚拟横梁单元模型,针对不同虚横梁间距模型分别计算了6种荷载工况下的跨中竖向位移,并与实体单元模型跨中竖向位移相比较,得出虚横梁间距为1/10～1/8跨长时,与实体单元的误差最小,建模时依据该结论取虚横梁间距.此结论也可以供其他跨径小箱梁桥建模计算时参考.     

A spiral-tube-type valveless piezoelectric pump with gyroscopic effect

Abstract The valveless piezoelectric pump integrates driving and transmitting into one operating element, and characterizes easy micro-miniaturization. But, there is the original sin of low pressure and low flow. Thus, it must avoid weakness to choose applications field. This paper analyzes the flow characteristics in the rotary spiral-tube, which will cause the Coriolis force, and subsequently influence the fluid moving. The principle of the pump is deduced, and the spiral-tube-type valveless piezoelectric pump is invented. The angular velocity variation can be obtained when the pump attitude changes, which theoreti- cally verifies the gyroscopic effect of the pump. A pump is fabricated for experimental testing. Experiments has shown that when Archimedes spiral 0 = 4n is selected for the tube design, and the rotation speed of the plate is 70 r/min, the pressure differential is 9 mm H20, which is 1.5 times that of 0 r/min rotation speed. If introduced the low-cost and miniaturized gyroscope, then this may promise potential application in these areas such as smart cars, robots, and home health care.     

不同试模对灌浆料早期抗压强度影响试验研究

采用统一的原材料、配合比、养护条件制作了3种不同试模、6个不同龄期的216个水泥基灌浆料试块,在相同的加载条件下进行了抗压强度测定,研究了在6个不同龄期下,不同试模对水泥基灌浆料试块早期抗压强度的影响及不同试模下抗压强度换算系数.得出了第Ⅲ类水泥基灌浆料在标准养护条件下尺寸为40 mm×40 mm×160 mm棱柱体标准试块与尺寸为150 mm×150 mm×150 mm立方体非标准试块的早期抗压强度换算系数和第Ⅳ类水泥基灌浆料在标准养护条件下尺寸为100 mm×100 mm×100 mm立方体标准试块与尺寸为150 mm×150 mm×150 mm立方体非标准试块的早期抗压强度换算系数.分析各个早期强度换算系数变化规律,得出可供实际工程参考的换算系数.