基于XFEM的垂直于双材料界面的裂纹扩展问题

 基于扩展有限元法,提出了双材料界面上垂向裂纹应力强度因子的计算方案。导出由6 项组成的新型裂纹尖端位移增强函数,基于裂尖应力场和位移场的解析解,建立路径无关J_kε积分与应力强度因子K_ⅠK_Ⅱ的关系式,利用扩展有限元法计算J_kε积分,通过上述关系式求得应力强度因子,用最大周向应力准则确定裂纹扩展角θ_p。数值计算表明,J_kε积分与XFEM 结合可有效解决垂直于双材料界面的裂纹扩展问题;当裂纹由弹模较小材料朝着弹模较大材料扩展时,裂纹扩展角θ_p较小,而由弹模较大材料朝着弹模较小材料扩展时,θ_p较大;4 点弯曲试验结果表明,裂纹扩展角θ_p与界面两侧材料的泊松比比值v₁/v₂无关,而与弹性模量比值的对数lg（E₁/E₂）成指数关系。     

箱梁预应力管道内空洞探地雷达有限元正演模拟

箱梁预应力管道注浆不密实导致梁体预压应力瞬间失效,从而造成梁体突然断裂坍塌的危害。为了更准确地检测箱梁预应力管道内注浆不密实缺陷,建立箱梁预应力管道内空洞物理模型,分析在探地雷达二维及三维探测下钢筋、管道部分注浆及管道充水条件下反射波信号的成像特点。基于改进Sarma吸收边界的有限元法计算公式,编制MATLAB程序对箱梁预应力管道内不同大小的空洞进行正演模拟。通过模型试验和数值模拟对比分析,结果表明:探地雷达三维探测能识别钢筋和空洞的分布,更全面地反映不同病害的形态特征;有限元模拟分析表明回波信号出现的时间、回波强度、双曲线的曲率及延长度均与空洞几何尺寸有关。空洞在模拟和试验探测的结果均为"弧形",验证了数值模拟方法的可行性,为实际工作提供指导依据。     

陶瓷基复合材料超高温冷热冲击试验

传统的水淬法和两厢法无法满足陶瓷材料热冲击试验的要求,使用自行研制的超高温冷热冲击试验装置,对氧化锆陶瓷试件进行了气动加热状态下的材料单面冷热冲击试验研究,实现最高升温速率30℃/s,最高可控降温速率15℃/s,最高温度1600℃,研究过程中采用有限元方法对试验装置的加热和冷却性能进行了数值计算,并对氧化锆陶瓷试件进行了气动加热地面模拟试验,验证了超高温冷热冲击试验装置和数值模拟方法的可信性和有效性,为其在材料冷热冲击试验中的工程应用提供了设计依据。     

气浮探头气膜流场的有限元数值模拟

建立了气膜流场中气体流动的数学模型,在提出了一系列假设条件的前提下,得到了气膜间隙中气体流动的控制方程,即简化的纳维尔-斯托克斯方程及边界条件;采用有限元法对气膜流场进行了有效的数值模拟计算,初步实现了根据外负载的要求来确定气浮探头装置的性能参数.     

有限元法在桥梁结构分析中的应用

介绍了有限元法的一般原理及处理问题的思路,并结合工程实例,利用有限元软件Ansys对钢盘混凝土简支T梁的内力进行分析,得出了一些结论。     

混合动力汽车变速器齿轮轴的模态优化

分析了轻度混合动力汽车机械式变速器激振转矩,建立了混合动力汽车变速器齿轮轴的动力学模型,并进行了三维有限元模态分析.分析了该变速器齿轮轴的结构,并以轴颈半径作为设计变量,采用一阶优化法对轴的低阶固有频率进行了优化.通过优化,提高了前5阶固有频率,使变速器齿轮轴固有频率在激振扭矩的频率范围之外,从而有效地降低振动和噪声.     

避险车道末端消能轮胎布置方式对吸能特性的影响

避险车道末端的消能轮胎是对制动床上失控车辆进行强制减速消能的设施,消能轮胎的布置方式影响消能性能.为此,首先利用LS-Dyna软件建立8R22.5轮胎有限元模型并验证;其次对轮胎进行径向压缩试验和轴向压缩试验;最后使用整车模型与消能轮胎分别进行水平堆放和竖直堆放碰撞试验.从失控车辆速度、加速度以及碰撞接触力等方面分别对两种堆放布置方式进行对比研究.仿真结果表明:竖直堆放布置方式的消能轮胎的制动效率比水平堆放高,且更适合运用于场地条件受限制的避险车道末端;采用水平堆放布置方式的消能轮胎在最大吸能量以及对车辆及乘员的保护性能方面效果更好,场地条件允许情况下应优先采用水平堆放的布置方式.     

承重阻滑桩受力特性分析

承重阻滑桩在山区高速公路建设及山区城镇建设中应用广泛,具有承重与阻滑双重作用,其受力性状远比抗滑桩和平地上受荷桩复杂.本文采用整体有限元法,对影响承重阻滑桩内力的桩顶荷载、地下水高程和地震荷载三类工况进行计算.通过对计算结果的分析探讨,得到一系列的结论,对承重阻滑桩的设计有一定的指导作用.     

斜拉桥悬臂施工阶段分离式钢箱梁的剪力滞效应分析

以荆岳长江公路大桥为研究背景,采用ANSYS软件建立了该斜拉桥主梁最大单悬臂、主梁最大双悬臂和悬臂施工2号梁段三个工况的分离式钢箱主梁的区段仿真模型.利用空间有限元法,针对悬臂施工状态下分离式钢箱的空间受力状态进行剪力滞效应的计算分析.研究结果表明,分离式钢箱梁在不同施工工况下,其顶、底板剪力滞系数分布规律不同;钢箱梁顶板在外腹板处剪力滞效应较大,并随着离开外腹板处,其剪力滞效应减小较快.在施工过程中,分离式钢箱主梁的同一截面会同时出现正、负剪力滞效应.     

Zr_（55）Al_（10）Cu_（30）Ni_5块体非晶合金轧制塑性变形三维有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学分析有限元法对Zr55Al10Cu30Ni5块体非晶合金的室温轧制塑性变形过程进行模拟计算,分析了非晶合金变形区域内的最大剪切应力分布与压下率的关系。计算得出了稳定轧制阶段不同压下率下非晶合金的应力和应变分布。计算结果表明,轧制变形区的最大剪切应力随压下率的增大而增大,并且在最大剪切应力超过屈服应力的局部区域非晶合金发生了非均匀塑性变形。模拟分析的结果与实验研究结果相符合,从而为进一步研究室温轧制变形诱导非晶合金微观结构变化提供理论依据。