箱梁三维实体自动建模方法研究

三维实体模型能够直观、完整地反映立体的几何与特征信息。在对结构特征、模型变量与建模过程进行分析的基础上,总结箱梁结构的建模规律,提出适合于不同类型桥梁结构的建模方法及建模中应注意的问题。借助VC++和ObjectARX工具,通过创建图形实体及其面域,形成建模参数,运用AcDb3dSolid类建立的对象容器,建立桥梁结构三维实体的拉伸、扫掠和放样接口函数,并对立体添加颜色或材质。运用图形变换和布尔运算,对三维实体进行整体组装,实现了桥梁结构三维实体自动建模。     

基于人工蜂群算法的桥梁有限元模型局部刚度修正

在保持梁单元模型计算效率优势的前提下,为尽可能提高桥梁结构有限元模型的精度,提出一种基于人工蜂群算法的桥梁结构有限元模型局部刚度修正方法.以某刚构体系斜拉桥塔梁连接处的有限元模拟为例,对塔梁结合局部区域分别建立精细的实体元模型和宏观的梁单元模型.基于实体元模型的自振模态频率和静载响应转角构造目标函数,采用人工蜂群算法对宏观梁单元模型局部刚度参数进行优化和修正.研究结果表明:使用人工蜂群算法修正桥梁有限元模型局部刚度是可靠的,修正后桥梁宏观梁单元模型的静动力学性能更逼近实体元模型;算例中修正后的塔梁结合区域内梁单元刚度增强至修正前的1.09～2.93倍,且塔、梁单元刚度增幅不一.     

基于径向基函数响应面方法的大跨度斜拉桥有限元模型修正

采用ANSYS有限元软件建立某大跨度斜拉桥试验室物理模型的三维有限元模型.基于灵敏度分析,选取模型待修正参数和用于模型修正的特征量.采用实验设计方法生成数样本,通过有限元分析提取对应的特征量信息,进而建立待修正参数与特征量关系的径向基函数响应面模型.通过对响应面模型的拟合误差分析,确定径向基函数的最优形状参数.以斜拉桥自振频率和静态索力构建目标函数.基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法进行有限元模型修正.结果表明,采用径向基函数响应面模型拟合斜拉桥设计参数与特征量之间的隐式关系有较高的精度;基于仿真数据的模型修正有较高的精度,基于试验数据的模型修正能得到合理的结果,该方法可有效地修正复杂桥梁结构有限元模型.     

泥石流作用下桥墩的动力响应分析

由于部分山区桥梁跨越发育冲沟,会受到泥石流的冲击作用,基于桥梁构件能力保护原则,对泥石流作用下桥梁动力响应分析的研究就显得尤为重要。应用有限元动态接触方法对碰撞过程进行数值模拟,选取某高速公路30 m实心T墩建立三维实体有限元模型,分析其在泥石流作用下的动力响应情况。研究表明,在泥石流冲击作用下,块石与桥墩接触区及下部构件连接处应力较大,墩顶位移随上部荷载压力增大而不断减小,即设计应考虑分别提高桥墩的承载能力及其构件连接处的变形能力。     

高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元建模

随着计算机速度的提高,三维有限元分析近年来在桥梁中得到了广泛的应用,但是桥梁三维有限元建模仍比较困难,这大大限制了其更广泛的应用。用AutoCAD VBA结合An-sys APDL二次开发语言,编制相应程序,根据桥梁及墩台的二维断面图,自动生成桥梁三维有限元分析模型,大大降低了桥梁三维建模的难度,提高建模的效率及准确性。该项技术在秦沈客运专线桥上无缝线路桥梁相互作用三维有限元纵向附加力计算中得到了广泛运用,取得了良好的效果。     

高速铁路无砟轨道国产化理论研究

在吸收国内外研究成果的基础上,建立无砟轨道三维非线性有限元静力学模型,对高速铁路无砟轨道进行研究,主要内容如下. (1)用梁单元模拟钢轨、弹簧单元模拟扣件、实体单元模拟无砟轨道各部件、接触单元模拟无砟轨道各部件的连接,建立无砟轨道三维非线性有限元静力学模型,运用遂渝线实测数据、西南交通大学计算结果及无拉力模型验证了模型的有效性.     

一种新型铁路钢—混组合桁架桥的动力特性分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的新型铁路钢—混凝土组合桁架桥建立了有限元计算模型,分别采用空间梁单元、空间板单元及三维实体单元对混凝土槽形板进行模拟。计算分析了桥梁的自振特性和移动列车荷载作用下的动力响应。结果表明:采用三种不同单元模拟槽形板得到的结构主要振型及相应自振频率的计算结果较为接近,梁单元模型可在保证精度的前提下大大减少计算工作量;移动荷载作用下桥梁的竖向挠度和加速度响应较小,满足我国干线铁路行车要求。     

铁路桥梁模态特性研究

以实测铁路桥梁为原型,建立了考虑土 结构相互作用的三维有限元整桥模型。对几座典型桥梁进行了模态分析。指出整桥频率和有车频率是铁路桥梁的重要特征,直接影响着桥梁横向振动和行车安全。     

宜昌长江铁路大桥动力特性分析

在总结以往动力分析模型的基础上,以三维实体元、梁及杆元对设计中的宜昌长江铁路大桥进行了全桥三维有限元建模,并以弹簧单元计入了桩 土共同作用。通过比较不同建模方法对动力分析的影响,深入分析了宜昌长江铁路大桥的动力特性,研究了二期恒载对结构动力特性的影响。分析成果表明,大跨度桥梁结构动力分析必须建立尽可能详尽的分析模型,以反映结构的实际受力特点。     

高速铁路桥上无缝线路纵向附加力研究

采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台、空间梁单元模拟钢轨、弹簧单元模拟桥梁与墩台及轨道之间的连接,建立梁—轨纵向相互作用三维有限元空间力学模型。以丰沙线永定河单线铁路桥梁、秦沈线沙河双线铁路桥梁对其进行计算验证。以秦沈客运专线32 m多跨双线整孔简支箱型梁桥为例进行纵向力分析,研究结果表明:列车在桥上双线对开,钢轨挠曲附加力有明显增大;列车在桥上单线制动,四根钢轨的制动附加力有较大的差别;列车在桥上双线对向制动,相比单线制动,钢轨制动附加力有一定程度增大,但增大得并不多。     

斜交框架桥的有限元分析

研究目的：探寻一种简便可行、能够用来指导框架桥设计的计算方法。 研究方法：运用MIDAS有限元分析软件，分别建立厚板单元的三维空间模型和平面刚架的二维平面模型对某斜交框架桥进行分析，并采用对比法对2种模型结果进行对比。 研究结果：给出了用MIDAS分析斜交框架桥的详细分析过程，得出斜交框架桥三维空间模型和二维平面模型分析的结果，并得出2种模型计算结果的差别。 研究结论：斜交角度较小的框架桥，需采用三维空间模型计算分析来指导桥梁设计。运用MIDAS有限元分析软件建立三维空间模型计算斜交框架桥，方法简便，结果能反映斜交框架桥的空间受力特性，可用来指导桥梁设计。     

整锚段接触网吊弦长度的三维稳态模型

为了减少吊弦长度计算误差、严格控制导高、改善受流质量,提出一种用于整体吊弦精确计算的三维稳态模型。基于二维精确索单元,将X-Y,X-Z两计算平面耦合,得到三维索单元。基于有限元理论,采用三维索单元离散接触网结构;根据接触网的拓扑结构关系组装刚度矩阵,根据地理信息、测量信息和设计参数等组建边界条件;建立并使用迭代法求解整体的非线性平衡方程;根据求解结果建立接触网三维图形并输出整体吊弦长度。将计算的整体吊弦长度与现场数据对比,中间柱计算误差小于2.0‰,转换柱计算误差小于3.5‰,验证本三维模型和构建方法的有效性。     

基于Pro/Mechanica的防窜出减速顶的设计

通过应用三维造型软件Pro/Engineer对防窜出减速顶进行建模,以及对防窜出减速顶关键部件的结构分析,介绍了如何在减速顶的设计中应用Pro/Mechanica进行有限元分析和优化设计。该方法可为减速顶产品设计提供指导。     

55t重型自卸车平衡悬架用推力杆断裂分析

针对某矿用三轴重型自卸车因推杆失效而导致产品可靠性低的问题,建立了对橡胶采用C3D8H单元,对金属构件采用C3D8R单元和C3D4单元的平衡悬架用推力杆有限元分析模型。利用有限元分析软件ABAQUS对其进行了强度分析、模态分析和屈曲分析。有限元分析结果和推杆在实际使用中出现的异常断裂情况相吻合,找出了该车推杆裂纹过早出现的原因,并给出了推力杆改进设计的方法。实际改进结果表明：改进方法是有效的。     

预应力锚索框架梁加固滑坡的稳定性数值分析

预应力锚索框架梁加固滑（边）坡是一典型的三维问题,为按三维问题进行稳定性分析,利用著名非线性有限元分析软件ABAQUS,在超级计算机上分别建立某高速公路路堑边坡采用单排和双排预应力锚索框架梁加固某古滑坡的三维实体有限元模型;提出考虑结构物与岩土体间黏着效应的莫尔-库仑黏着摩擦模型,模拟锚索锚固段灌浆体与其周围岩土体间的相互作用特性;以特征点的水平位移和强度折减系数关系曲线上曲率最大拐点,结合剪切塑性区临界贯通作为边坡失稳判据,对应的折减系数即为其稳定分析所得安全系数;揭示预应力锚索框架梁加固滑坡的机理。为岩土体与结构物复杂相互作用的三维问题分析提供参考。     

轨道车辆三明治板结构的有限元建模方法研究

作为一种新型的复合材料,三明治板结构在轻量化轨道车辆设计中具有广阔的前景,然而由于这种结构的复杂性也给结构的有限元分析带来了一定难度。文章研究了3种不同三明治板结构二维简化有限元分析方法,并与三维实体单元模型分析进行比较,由此得到一种较为简便、适于微机计算规模且满足工程分析精度要求的有效建模方法。     

大跨度斜拉桥索梁锚固区三维有限元仿真分析

采用不同建模方法,对大跨度斜拉桥索梁锚固结构—钢锚箱进行三维非线性有限元仿真分析,并将计算结果与钢锚箱静载模型试验结果相比较。结果表明,实体单元加接触单元法计算模型,即用实体单元模拟钢锚箱底部的锚垫板、用空间高阶壳单元模拟锚箱中其他钢构件及主梁、用非线性接触单元模拟锚垫板与承压板间不焊接但紧密压贴的关系,能够较真实、合理地反映钢锚箱的实际受力情况。钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,锚箱锚固顶、底板上2条焊缝传递索力,承压板与主梁焊缝主要传递抗弯作用力,因此要保证各板件接触、焊接良好,不能产生大的残余应力和残余变形。随着荷载的增长,钢锚箱高应力区应力增长速度减缓,部分低应力区应力增长加快,这对受载有利。仿真计算时,要注意壳单元角点局部位置可能出现应力计算失真。     

高速铁路矮塔斜拉桥墩塔梁固结段局部应力分析与验证

局部分析是桥梁设计中常采用的重要手段,也是设计中不可或缺的重要环节,利用实体有限元模型能反应出结构细部的受力状况,对考察结构重要部位的真实应力状态、结构设计配筋有着指导性作用。为了解高速铁路矮塔斜拉桥墩塔梁固结段的真实应力状态及验证局部分析中边界条件表达的准确性,以京沈客运专线(115+95)m双线无砟轨道预应力混凝土矮塔斜拉桥为工程背景,利用Ansys有限元建立细化的空间实体有限元模型,并对局部模型的边界条件模拟的正确性进行验证,分析表明,墩塔梁固结段进人洞角点处应力集中,应适当加强配筋,其余部位应力均满足要求,通过验证局部模型的内力传递及支反力,确保实体模型应力结果的准确性,保证结构安全。最后总结出了铁路桥梁中不失一般性的局部分析方法,从而对其他结构局部分析具有借鉴意义。     

城市轨道交通站台门参数化三维建模软件开发与应用

随着城市轨道交通飞速发展,站台门得到广泛运用,其设计工作量以及业主对站台门BIM(建筑信息模型)设计需求与日俱增。为了提高设计质量与效率,研究站台门系统结构组成、安装设计工艺与模型特征参数,利用遍历命名技术与基于模型特征化的三维设计技术,开发了站台门参数化三维建模软件。实现了站台门参数化建模和自动装配,提供了可视化模型,并在5 min内响应设计方案,为站台门BIM设计打下基础。     

基于GIS的不良地质三维建模及线路优化设计研究

现代选线设计更为注重地质选线、环境选线的理念,需要对选线区域的地质问题进行有效的可视化表达。基于Arc GIS对三维数据处理及其可视化功能,在建立三维地形环境的基础上,通过获取不良地质的矢量、栅格数据以及钻孔数据,建立不良地质实体模型,并将其叠加到三维地形中得到三维地质选线环境,从而对经过不良地质区域的线路进行更加全面地平立面绕避方案比选,解决单一平面绕行引起的方案缺失问题,使线路设计方案更具科学性。