梁结构振动问题的边界元法解析

针对梁结构振动在工程应用中的问题,以梁元件的弯曲振动为例,从梁元件弯曲振动的控制微分方程出发,推导了梁元件弯曲振动的边界元法解析公式,提出了局部区间步长细化的频率扫描方法,利用Matlab软件编制了梁元件振动问题求解的边界元法解析程序,最后给出了梁元件振动问题求解的相关算例.结果表明,边界元法对梁结构进行动态分析方便简单,局部区间步长细化频率扫描方法比常规扫描方法高效准确.     

双层衬砌圆形水工隧洞力学分析

采用复变函数方法提出了一种求解双层衬砌圆形水工隧洞的解析方法。建立的模型基于围岩与初衬、初衬和二衬（完全接触）之间的相互作用，并考虑了内水压作用和支护延迟效应。根据预设的边界条件，基于位移协调和应力连续，建立求解相关解析函数系数的方程，然后利用具体的解析函数，可以求解围岩、初衬和二衬任意位置的应力分量。通过与数值解的比对，证明所提出的解析方法是正确、有效的。最后从控制水工隧洞运行内水压、互换衬砌弹模以及控制衬砌厚度三个角度进行了参数分析，探讨了影响衬砌应力分布的因素和结果。揭示了双层衬砌水工隧洞的荷载传递机理和规律，为衬砌防护工程的前期设计和施工提供了理论依据。     

火炮弹性胶泥缓冲器结构设计及有限元分析

传统反后坐装置结构复杂、质量重、制造成本较高,为了弥补这些不足,设计了一种可用于火炮的弹性胶泥缓冲器,并对其进行有限元分析。通过UG软件建立火炮弹性胶泥缓冲器三维模型,对其做简化处理,然后导入ANSYS中划分网格、施加约束条件和载荷,最后进行求解,对其应力和变形进行评价。通过分析发现,将活塞杆直径加粗可以大幅度地降低应力水平,提高安全系数。利用ANSYS软件对设计的火炮弹性胶泥缓冲器进行了有限元分析计算,指导了结构的改进设计。     

考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑构型设计

为了避免大变形引起静强度失效,提出一种考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法。采用Total Lagrangian描述方法和增量式Newton Raphson法求解机构的大变形响应问题;采用基于假设密度场的单元势能插值法,从而避免几何非线性拓扑优化出现的数值不收敛问题;以输出位移最大化作为优化目标,采用改进的P范数将机构所有单元局部应力约束转换为一个全局应力约束,构建考虑全局应力约束的柔顺机构几何非线性拓扑优化模型,采用移动渐近线算法求解优化问题。数值算例结果表明,采用本文方法获得的大变形柔顺机构能够有效满足应力约束。随着允许应力约束值的减小,机构构型中的铰链区域逐渐扩大,使机构的柔度分布更加均匀,但是输出位移逐渐减小。     

渠道渗流计算的边界元法

本文介绍了求解渠道渗流问题的边界元法，对其求解过程做了详细的描述，并用FORTRAN语言进行了实例计算。实例计算表明：这是一种求解渠道渗流问题的十分有效的方法，可得到较精确的结果。     

车辆内部声场的贡献度分析

首先由线性波动方程推导出车内声场的边界积分方程，经边界元离散得到已知声场边界的振动速度场，求解其内部声压的线性方程组。进一步提出边界表面上的声压对声场内某点声压的贡献度概念，为降低车内某点处的声压提供对车室壁板进行结构修改的理论依据，最后对这一理论进行了验证。     

滑动轴承的多目标优化设计

滑动轴承的多目标优化设计是一个多峰函数优化问题，用传统确定性的计算式方法容易陷入局部最优解。为达到全局优化的目的，采有改进遗传算法进行优化。首先给出了以最佳承载能力和工作状态为优化目标的优化模型，然后描述一种改进遗传算法的实现，并将之应用于滑动轴承的优化设计。此方法对求解同类零件优化设计问题具有普遍意义。     

YB3A型玉米联合收割机底盘机架强度分析方法研究

研究了玉米联合收割机机架强度分析的方法,验证了底盘机架设计的可行性.机架的有限元计算模型以往多采用梁单元进行离散化,但采用梁单元不能得到详细的车架应力分布结果,尤其不能得到车架局部如横梁与纵梁连接处的应力状况,而连接处的应力水平较高且变化剧烈,因此采用了板壳单元建立车架模型.对原始方案和改进方案进行对比分析发现,改进方案应力分布和刚度方面均较好,并且节省钢材.     

基于一维搜索的车身轻量化设计

以一款低速电动乘用车为研究对象,讨论了车身静态分析有限元模型的建立过程。提出了基于一维搜索的车身轻量化设计方法,以应力为约束条件,零件质量最小为目标函数,对车身结构进行轻量化优化设计。优化后车身零件的应力值都向屈服极限靠拢,实现材料的充分利用。最后通过对比采用全局优化方法和整体优化与局部厚度改进相结合的优化方法发现,采用整体优化与局部改进的设计方法对提高材料的利用率更有效。     

估算低周疲劳寿命能量法的探讨

估算疲劳寿命常用的方法有名义应力法和局部应力－应变法。名义应力法的一个重大缺点是不能考虑构件由于应力集中所产生的局部塑性变形对疲劳寿命的影响。局部应力－应变法虽然能考虑这一影响，但它和名义应力法一样，在进行累积损伤计算时要用到Ｍｉｎｅｒ准则，而许多实验证实￣［１］Ｍｉｎｅｒ准则存在很大的分散性，因此，用Ｍｉｎｅｒ准则进行累积损伤计算必将影响疲劳寿命估算的准确性。本文提出的估算低周疲劳寿命能量法既考虑了局部应力和应变对疲劳寿命的影响，又避免了使用Ｍｉｎｅｒ准则。利用文献２给出的４种钢材低周疲劳实验结果，本文得到这４种钢材的临界疲劳损伤能Ｗ＿ｃ，和能量转换指数ｍ。     

基于Abaqus仿真平台的转向节虚拟冲击试验

基于有限元理论实现了转向节承受侧向载荷冲击的能力分析和模拟。首先确定了侧向冲击的试验方案,使用三维制图软件UG绘制三维模型。然后按照试验工况建立有限元模型,设置材料参数、边界条件以及载荷。最终得到了转向节在冲击工况下的应力分布,以及各冲击质量下的冲击设备最大位移,转向节上的最大应力和转向节上的最大位移,发现当冲击设备质量达到320 kg时转向节上的应力超过材料的屈服极限。     

热态测量中车轮热变形的有限元分析

针对热轧车轮在线热态检测中关键的热变形问题，建立了热轧车轮的导热微分方程并对其进行了有限元格式求解。使用有限元方法分析了热轧车轮的热应力和热变形历程，得到了待求热轧车轮尺寸相应的热变形系数。试验结果与理论分析基本吻合。     

基于骨骼重建机理的连续体结构仿生拓扑优化方法

骨重建是一种持续进行的新骨替代旧骨的过程,它通过具有骨吸收能力的破骨细胞和具有骨成形能力的成骨细胞来实现。在陆地脊椎动物中这两种细胞活动是严格平衡的,并且骨的拓扑形状是适应局部力学环境的。本文以Turing反应-扩散模型为基础,通过骨成形与骨吸收机理耦合建立了骨重建模型。该模型通过有限元方法和像素单元的添加和删除准则提出了连续体结构仿生拓扑优化计算方法,该方法将结构看成生长的骨骼,将寻找最优拓扑的过程比拟为骨骼的重建过程,应变能密度的均匀分布作为优化准则更新材料分布,直至达到一个平衡状态,并由此获得最优拓扑结构。最后通过典型的算例验证了所提方法的可行性和有效性。     

大型双吸离心泵叶轮动应力特性

基于顺序流固耦合理论,以双吸泵内部非定常流场信息作为力学边界条件,采用有限元方法,对一台大型双吸离心泵叶轮进行了瞬态动力学分析。主要考察了5个流量工况(0.6Qd、0.8Qd、Qd、1.1Qd、1.2Qd)下的叶轮动应力特征。结果表明,在不同流量工况下叶轮表面动应力分布趋势基本相似,最大应力点出现在叶片进口或出口边靠近前盖板的根部区域;在小流量(0.6Qd)工况下,动应力水平最高;叶片动应力随时间呈周期性变化;动应力频率成分主要为叶轮转频及其谐频。     

基于贝叶斯方法的收割机发动机盖有限元模型修正

收割机发动机缸盖较为复杂,在进行有限元分析时,如果模型简化或计算模型选择错误对计算效果影响很大。为此,提出了一种基于贝叶斯方法的发动机缸盖有限元模型修正方法,在进行缸盖的有限元分析时,采用了贝叶斯方法对缸盖的刚度参数进行修正,有效地提高了计算仿真的准确性。为了验证修正模型的可行性和可靠性,利用Pro/E软件对收割机发动机缸盖进行了三维建模,并将模型直接导入到ANSYS软件中进行了网格划分,网格划分采用了分块网格划分的形式,提高了计算效率和计算的准确性。最后,运用ANSYS对发动机缸盖在工作条件下的应力分布进行了有限元仿真计算,结果表明:采用修正模型可以成功地计算得到较为准确的应力分布情况,从而验证了模型的可靠性,为收割机发动机缸盖的设计提供了重要的数据参考。     

面向设计的车身结构刚度与强度分析

利用有限元分析方法,结合车身结构改型和方案设计对车身结构的主要开口断面、纵梁挠度和全车应力分布等进行了研究,阐述了面向设计的结构分析思路和方法,定性或定量地分析产品结构变化对性能的影响。     

主动螺旋伞齿轮闭塞挤压的成形分析

分析了主动螺旋伞齿轮闭塞挤压的金属流动路线,设计了预制坯的形状。成形试验获得了金属充填齿形腔的流动模式,提出采用专用双动压力机或在通用压力机上采用特殊模具实现坯料双向挤压的成形方法。网格试验显示,塑性加工的螺旋伞齿轮金属纤维连续而致密,揭示了塑性加工齿轮强度高和使用寿命长的原因。刚塑性有限元模拟结果进一步揭示了螺旋伞齿轮塑性成形机理。有限元计算结果与试验结果的比较,证明采用有限元法研究螺旋伞齿轮闭塞挤压工艺是可行的。     

活塞顶部功能梯度涂层的有限元模拟热分析

采用ANSYS10.0有限元分析软件,取内燃机活塞的第三类边界条件,采用先热分析再结构分析的间接分析方法,模拟了陶瓷/金属梯度涂层的圆柱体在稳态工作情况下的温度及其热应力的分布情况;考察了梯度组成分布函数指数P对活塞头部的温度场影响,以及对陶瓷/金属梯度涂层热应力的影响,得到了缓和热应力的梯度组成分布函数指数P=0.6的优化设计结果.     

客车铰接盘逆向工程和有限元分析

利用关节臂式三坐标测量仪对铰接盘进行扫描测量得到原始云点数据,将其导入CATIA数字化外形编辑模块(DSE),对云点处理得到CATIA三维模型。通过HYPERMESH软件对三维模型网格划分得到有限元模型,再利用ANSYS10.0对有限元分析模型进行加载计算,得到铰接盘各部件的应力、应变响应情况,为整车仿真计算奠定基础。     

单元类型选择对钢制车轮疲劳寿命仿真的影响

车轮的疲劳寿命直接影响着车辆行驶安全,对车轮的疲劳强度和寿命进行仿真计算与分析可缩短研发周期、节省研发经费。以某型钢制车轮为例对其疲劳强度和寿命进行了仿真研究,并针对在仿真中采用的单元类型对车轮的疲劳强度和寿命的影响进行了深入分析。首先应用工程软件建立了某型钢制车轮有限元模型,并分别采用两类常用单元对结构进行离散,按照国家标准(GB/T5334-1995)规定的试验方法对车轮施加载荷条件和约束边界条件,之后对车轮进行有限元仿真和疲劳寿命计算、分析。研究结果表明,单元类型的选择对强度计算以及结构疲劳寿命的估算有明显影响,在进行仿真分析时必须充分考虑结构形态及边界条件以便选择合适的单元类型。