三维非线性有限元法在子午胎分析中的应用

以205/55ZR16轿车子午胎为例,利用Msc.Marc软件对子午胎进行了三维非线性有限元分析,分析中考虑了轮胎的材料特性、结构特点、胎圈部与轮辋的摩擦接触以及轮胎与地面的摩擦接触等,比较了轮胎的外缘尺寸、负荷-下沉量曲线以及轮胎接地印痕大小、接地压力分布等,有限元计算结果与实测结果相当吻合.文中还进一步对轮胎的带束层和胎圈部位的受力进行了分析,发现应力的分布情况与实际基本一致.     

基于点-面接触算法的叶片/盘组件三维有限元分析

基于虚功原理导出了点-面接触模型的三维接触有限元分析的控制方程,应用该方法对叶片/盘组件进行了三维接触非线性有限元模拟,并对该方法的计算结果与大型有限元分析软件MARC的计算结果及不考虑接触的常规方法所得计算结果进行了比较、分析.研究结果表明:该方法的计算结果与国际商用软件MARC的计算结果接近,两者的最大相对误差不超过4%;在计算中,没有人为地假设边界条件,在刚度方程中引入接触关系及循环对称关系,所得计算结果比采用不考虑接触的常规方法所得的计算结果更符合实际.     

深沟球轴承动态有限元数字仿真

基于动态接触力学和显式动力学有限元算法,采用三维实体单元建立参数化的深沟球轴承三维有限元模型.利用有限元软件LS-DYNA和自适应网格技术对深沟球轴承的工作运动过程进行了数值模拟,得出了轴承内外圈、滚珠、保持架之间的接触应力、应变的变化情况及接触过程中的压力分布情况.并将计算结果与赫兹理论计算结果进行比较,验证了动态有限元仿真的合理性.在此基础上,综合考虑了轴承原始制造误差、转速、载荷等不同工况对轴承动态性能的影响,为轴承的疲劳强度计算和动态优化设计提供了可靠的理论依据.     

引入三维接触单元模拟冻土与桩共同工作

运用虚位移原理推导出三维非线性接触单元的等效单元刚度一约束矩阵;通过建立冻土地基的热弹塑性-蠕变增量应力应变关系及几何方程得出冻土地基的热弹塑性-蠕变单元平衡方程。根据桩土共同作用的工作特性,通过引入非线性接触单元将冻土地基的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模式与混凝土桩联系起来,建立了冻土区桩土共同作用的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模型,通过模型计算结果与实测比较表明,该计算模型能较好地体现桩冻土共同工作性能。     

全钢丝载重子午线轮胎的有限元分析

在考虑轮胎的材料非线性、几何非线性、轮胎与地面接触的非线性情况下,建立轮胎稳态滚动的三维有限元模型.分析轮胎静态加载过程、加速过程、自由滚动过程,得到不同工况下胎圈和胎冠部位的应力云图以及帘线的等效Von mises应力,并进一步得出轮胎复合材料中帘线和橡胶之间的相时位移,发现在胎圈部位帘线和橡胶出现剥离现象,为进一步研究轮胎动态特性提供了参考.     

胶层对内贴CFRP加固圆形隧洞受力特性的影响

基于CFRP加固圆形隧洞的小比例尺模型试验,采用实体单元模拟胶层和衬砌混凝土,采用弹簧单元以及双线性界面黏结滑移关系模拟胶层和衬砌混凝土的弧形接触界面的黏结滑移行为,建立了"实体-弹簧-实体"三维有限元模型,并将有限元模型的计算结果与模型试验的实测结果以及界面应力理论计算结果进行了对比,验证了三维有限元模型的有效性.基于该有限元模型,着重分析了胶层厚度以及弹性模量的变化对混凝土应力、CFRP应力、胶层应力以及弧形接触界面复杂应力状态的影响.计算分析结果表明:胶层厚度以及弹性模量对隧洞衬砌混凝土的应力水平无明显影响,改变胶层的厚度以及弹性模量并不能明显地改善衬砌混凝土的受力状态;胶层的厚度以及弹性模量对弧形接触界面应力的影响十分显著,选择弹性模量较小的胶层,在施工过程中适当地减薄胶层的涂刷厚度,可以显著降低界面应力,从而减小内贴CFRP加固圆形隧洞结构发生剥离破坏的风险.     

用于接触面模拟的三维非线性接触单元

提出了一种新的模拟结构缝或接触问题的三维非线性接触单元,在本构关系上,模型同时考虑了已被大量实验证实的接触面法向和切向的非线性特性,法向采用了考虑法向变形的双曲线模型,切向采用了考虑应变化的双曲线模型,模拟了接触面的粘结、滑移和开裂等非线性现象,相对于其它接触单元,本文模型避免了Goodman单元等只考虑缝面变形及法向、切向参数取值的任意性,计算结果常使法向应力出现波动和过量嵌入等缺点,并据此编制了有限元计算程序,利用此程序分析了3个典型算例,验证了模型的合理性和程序的计算精度。     

三维非线性轮胎的五刚特性仿真

忽略胎面花纹形状,利用Rebar单元模型模拟帘线-橡胶复合材料,建立175/65R14型子午线轮胎的三维有限元模型.考虑轮胎橡胶材料非线性、几何非线性、接触非线性等因素,运用非线性有限元分析软件ABAQUS,全面分析了接地轮胎在径向载荷、侧向载荷、纵向载荷、扭转力矩等作用下的变形情况,揭示了轮胎的五刚仿真特性.结果发现...     

轮胎有限元建模过程优化及刚度特性仿真研究

文章将轮胎胎面、胎侧、帘线层、子午带束层等主要部分进行合理简化,为控制轮胎外形及其网格精度对模型求解的影响,对轮胎断面曲线尺寸进行合理计算并重新绘制;建立了由一维梁单元、二维壳单元、三维实体单元组合的子午线轮胎有限元模型。利用LS-DYNA软件模拟分析了轮胎在不同路况下的刚度特性,探讨了有限元模型的单元特性对仿真结果精度的影响,研究了轮胎的非线性材料特性与接触特性对仿真结果的影响,为提高轮胎有限元模型的仿真分析精度,建立了多个仿真模型进行对比分析。通过对轮胎的径向、侧偏刚度等特性的仿真分析及其与试验结果的比较分析,探讨了轮胎有限元建模过程的关键优化技术及提高仿真模型精度的关键问题。     

不同上部结构体系下桩基沉降的简要分析

该文建立了共同作用三维模型,对上部结构-桩群-地基土相互作用体系进行三维有限元分析,利用面-面接触单元考虑土体与桩基交界面的状态非线性,合理地模拟了桩与桩周土间复杂的相互作用,分析桩基础的沉降性状.     

考虑胎圈/轮辋接触的子午线轮胎三维有限元分析

近10多年来,有限元方法被越来越多的应用于轮胎设计过程,进行参数化研究,从而减少轮胎发展周期,甚至可以替代一定的轮胎测试.文中轮胎的材料非线性、几何非线性及接触非线性的有限元分析,着重研究了胎圈与轮辋接触面的应力分布.此外,要优化钢丝圈面积以提高耐久性,改进整个轮胎的设计以达到预期的疲劳寿命,必须准确掌握轮胎与轮辋之间的接触压力状态.     

基于实测的车轮虚拟试验台搭建及参数修正

为了提高某A级车平台轮毂的性能,车轮的设计过程中要通过台架试验来确保产品符合结构耐久性的要求.尝试通过搭建虚拟试验台来快速预测台架上车轮应力状态,以台架试验贴片应变仿真为研究内容,将实际台架试验与数值实验分析相结合,考虑多种因素对仿真结果的影响,如螺栓紧固力大小、球面螺栓和轮辐接触面的相互作用、焊缝的模拟、轮辋和轮辐之间的装配过盈量、加载轴刚度、冲压工艺等参数,进行不同方案的对比分析.扫描轮辋和轮辐的三维尺寸,测量冲压工艺使轮辐产生的厚度变化,修正有限元模型的参数使仿真应变输出与实测应变输出更相近,从而更准确地模拟台架试验,初步搭建了车轮的虚拟试验台.     

利用三维接触有限元法的透平叶片枞树型叶根轮缘优化

采用三维接触有限元方法对透平叶片枞树型叶根轮缘结构进行了优化研究.以单个叶片为研究对象,采用零阶一阶算法、智能优化算法及模式搜索算法对叶根轮缘的7个特征尺寸进行了优化分析;结合实际工作状态,建立了3个叶片及轮缘的多变量优化模型,采用模式搜索算法对叶根轮缘结构进行了优化.结果表明:以单个叶片为例,在综合考虑优化精度和优化时间的情况下,模式搜索算法是解决叶根轮缘优化问题的最优方法;利用符合实际的模型可以得到能使叶根轮缘最大等效应力大幅度减小的优化结构,优化前后叶根和轮缘的最大等效应力位置基本不变,最大等效应力分别减小11.96％和21.63％.     

一种新型变形轮行走机构研究

针对无人地面车辆的功能和对行走机构的要求,提出了一种变形轮行走机构设计方案.在阐述机构原理与特点的基础上,基于有限元理论,分析了行走机构的关键部件———变形轮圈的弹性特性,并对接地压力进行了仿真分析与计算,最后对演示模型进行了行走试验.结果表明,该设计方案合理、可行,从而为无人地面车辆行走机构技术实施途径和新的行走机理研究打下基础.     

轮边综合驱动和转向电动车车架设计与分析

为满足轮边综合驱动和转向电动车各总成布置和实际行驶的需要,提出了该车架的总体设计要求。依据车架结构受力特点及其材料的性能要求,考虑多种工况下车架所受的冲击载荷。用MSC Patran建立有限元模型,对新设计车架进行了强度、刚度校核及模态振型分析。通过分析数据和同类型车的对比表明新车架设计合理,达到了设计预定目的。     

土层错动时油田套管损伤分析

套管-水泥环-土体模型中,水泥环与土体采用实体建模,并且二者之间的相互作用采用接触进行模拟。套管与水泥环之间采用共节点固定。采用有限元分析软件ADINA对模型进行实现。有限元模型考虑了材料非线性、几何非线性,采用位移荷载模拟土层间的相对运动。根据不同土层错距下套管的最大应变分析了土层错距对套管的受力影响。     

连续墙与土体接触特性对深基坑变形分析的影响

采用考虑连续墙与土体接触面的三维弹塑性有限元方法对上海银行深基坑工程进行了数值分析,得到了基坑围护墙体的变形与基坑开挖引起的周围地表沉降.结合实测数据,与不考虑接触面的分析结果进行比较,讨论了连续墙与土体接触面特性对基坑变形分析结果的影响.结果表明,考虑接触面特性的计算方法与实测结果更加吻合,不考虑墙土接触面特性所得到的基坑变形和坑外地面沉降偏小.     

粗糙机械结合面的接触刚度研究

为准确进行计入粗糙接触界面影响的组合结构动力分析,基于弹塑性理论对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,给出了根据受力和变形关系计算粗糙表面接触刚度的方法,得到了不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度.计算结果表明:表面形貌造成的接触应力分布不均匀和局部塑性变形导致法向界面接触刚度随着压力的增加先增大后减小,并随着表面粗糙度的增加而降低;切向界面接触刚度随着法向载荷和摩擦系数的增加而增加,随着切向载荷的增加而减小.当切向载荷增加到一定值时,接触界面将由微观滑移转化为宏观滑动,摩擦界面连接失效.     

基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析

为探究长直管柱在井下复杂工况下的屈曲形式,进行基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析研究。利用梁-梁接触理论对考虑剪切弯曲变形的梁进行离散化,使用管-管接触单元建立管柱变截面摩擦接触有限元模型,并用此方法针对分层采油井实际井况建立管柱有限元分析模型。结果表明,分层采油管柱在井下复杂的受力环境下会发生不等距复合屈曲,在考虑摩擦的情况下管柱的屈曲构型不再是标准的正弦线或是螺旋线构型,并利用磁定位数据验证了计算结果的可靠性。