基于有限元的履带销耳力学特性获取方法

本论文开展了基于有限元法的履带销耳力学特性获取方法研究。文章从材料的力学属性、材料的本构关系和有限元建模与计算等方面开展研究,并给出了计算分析结果。     

基于邓肯-张本构的后装压缩式垃圾车车厢有限元分析

以邓肯-张非线性本构模型模拟压缩垃圾的应力-应变关系,在ANSYS中建立了压缩垃圾的邓肯-张三维本构模型;通过分析垃圾压缩过程中垃圾的密度变化,建立垃圾密度关于垃圾车加载次数的密度分布模型;最后分析满载挤入工况下车厢和垃圾的受力情况,用有限元方法计算出该工况下车厢的应力,将实验测试结果和仿真结果相比较,试验值与仿真值误差范围在10%左右,验证了有限元模型以及垃圾本构模型的准确性。     

形状记忆聚合物记忆过程热力学性能分析

考虑蠕变残余应变的温度相关性,假设形状记忆聚合物为各向同性材料,将一维热力学本构方程扩展到三维。基于该增量形式的本构,在有限元软件ABAQUS中开发了适用于模拟形状记忆聚合物形状记忆过程的材料接口子程序,对形状记忆聚合物记忆过程进行有限元模拟。分析了加载速率和变温速率对形状记忆聚合物的热力学性能和记忆性能的影响,数值模拟的结果与实验吻合良好。     

基于J-C本构模型的7050铝合金二维切削仿真

采用准确的材料本构模型是建立正确的有限元仿真模型的关键,为了获得面向金属切削加工过程有限元仿真中的J-C本构模型参数,以7050-T7451铝合金为例,对比分析了文献中典型的十二组J-C本构模型参数,利用通用有限元仿真软件ABAQUS进行二维直角切削仿真,并将仿真结果和实验值进行了比较分析,以切削力和切屑厚度为衡量标准推选出了一组最优的7050铝合金J-C本构模型参数,为7050铝合金切削研究中材料本构模型参数的选择提供参考。     

金属切削变形常用本构模型研究进展

金属切削变形过程具有高温、高应变率和较大变形的特点。材料的本构关系是用来描述温度、应力、应变等与时间的关系,因此,确定切削区工件材料的本构关系是研究金属材料切削变形及其有限元仿真的关键。本文给出了金属切削本构模型的几种试验方法,介绍了金属切削仿真中常用的本构模型,总结了金属切削领域中本构模型研究存在的不足及未来发展趋势。     

铝合金工字梁腹板屈曲后承载力有限元分析中材料本构关系模型的探讨

本文采用五种不同的铝合金本构关系模型,用有限元分析软件ANSYS对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力进行了数值模拟,并通过对有限元计算结果和试验值的比较,分析不同材料本构关系模型对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力计算精度的影响。     

材料局部力学性能测试方法

采用穿孔剪切试验和有限元模拟相结合的方法对材料的局部性能进行研究,通过将修正模拟阻力曲线与试验数据相匹配,在模拟分析中利用迭代修正的方法反向推导出材料的本构关系。由此提出利用穿孔剪切试验间接获得材料拉伸力学性能的基本方法。研究中以典型的车用铝合金材料(5052H34和6063T5)及紫铜作为测试对象,对该材料表征方法的精确性进行验证。分析表明,穿孔剪切试验结合有限元反求迭代技术获得材料拉伸应力－应变曲线关系与拉伸试验数据对比最大误差不超过5%,结果较为准确。该方法适用于微区或局部材料的力学性能表征,可为后续接头梯度力学性能研究提供参考。     

高铬铸铁动态力学性能研究

通过SHPB实验得出在不同温度.不同应变率下的高铬铸铁Cr15Mo的应力-应变曲线,选用Johnson—Cook材料模型确定材料的本构关系,将此本构关系输入到Abaqus有限元分析软件来进行高铬铸铁的高速切削加工的仿真与模拟。     

基于等效横观各向同性虚拟材料的固定结合部建模方法

为提高固定结合部的建模精度以及通用性,考虑固定结合部在法向和切向的不同特性,提出利用横观各向同性虚拟材料等效的固定结合部动力学参数化建模方法,将固定结合部两接触面的微观接触部分等效为一种等截面的横观各向同性虚拟材料,等效虚拟材料与两侧零件均为固定连接。基于接触分形理论和固定结合部接触刚度分形模型,根据横观各向同性材料弹性常数的定义,理论推导了等效虚拟材料弹性常数以及密度的理论计算模型。在此基础上,对具有固定结合部的试验模型进行了有限元建模与模态分析,进而将理论分析模态与试验模态进行比较,结果表明:试验模型的理论模态与实验模态的前6阶振型完全一致,相应固有频率的相对误差的绝对值在10%以内,说明了建模方法的正确有效性,为数控机床固定结合部动力学建模提供了一种新的方法,实现了固定结合部动力学建模与有限元分析软件的无缝衔接集成。     

基于小尺寸材料试验与有限元分析的耦合方法获取材料力学性能

采用T-F(Tests and finite element analysis)方法,通过小尺寸圆环试样单轴压缩试验,引入单轴本构关系模型进行有限元迭代计算使得模拟计算的试样变形与圆环试样压缩实验结果满足一致性,进而得到材料单轴弹塑性本构关系参数。研究表明,对不同厚度的304不锈钢圆环,应用T-F方法获得的材料本构关系与单轴拉伸试验结果吻合较好。基于小尺寸材料的T-F方法在获取小尺寸构件的力学性能方面有良好的工程应用前景。     

基于改进自适应遗传算法的固定结合面动态特性参数优化识别

针对固定结合面传统建模方法精度较低和结合面的动态特性参数难以确定的问题,改进了基于弹簧阻尼单元的建模方法,提出了基于实验模态分析和改进自适应遗传算法的固定结合面动态特性参数的优化识别方法。该方法以有限元计算的理论固有频率和阻尼比与其对应实验模态分析结果的相对误差最小为目标函数,使用改进的自适应遗传算法优化识别固定结合面的刚度和阻尼参数。以自行设计制作的固定结合面模型为研究对象进行了建模、实验、参数识别等分析,分析结果表明：所提出的方法是正确的、有效的,参数识别误差在5%以内,达到了较高的识别精度。     

机床固定结合面的一种建模方法

根据固定结合面的特点 ,提出了结合面的一种建模方法 ,应用等参单元的概念 ,导出了任意四边形结合面单元下的单元刚度矩阵和阻尼矩阵 ,该建模方法可应用于根据实验数据识别结合面的未知参数 ,及从宏观的角度研究结合面的特性。     

基于蒙特卡罗法和有限元法分析封装焊点中微孔洞对应力的影响

将蒙特卡罗法和有限元方法用于分析球珊阵列封装(BGA封装)焊点中微孔洞缺陷对焊点应力的影响。先用X射线断层扫描方法测定焊点中孔洞大小及其分布规律,然后利用Abaqus有限元分析软件建立BGA封装有限元模型,采用Anand本构方程描述焊点的应力应变响应,分析BGA封装焊点应力分布情况;并针对关键焊点即应力最大的焊点,建立了含孔洞大小和位置呈随机分布的焊点参数化有限元模型,结合试验结果,分析了孔洞直径和位置对焊点应力分布的影响。结果表明:微孔洞直径越小,越接近于焊点的表面,焊点中的应力越大。     

顶驱中心管螺纹力学行为模拟及优化研究

针对顶驱中心管螺纹粘扣、断裂等问题，基于弹塑性理论、von Mises屈服准则以及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了扭矩作用下的二维、三维有限元模型，并通过实验结果与数值模拟结果验证有限元分析的可靠性，对比二维、三维的分析结果验证二维轴对称模型方法的可靠性，获得了中心管螺纹接头的应力分布规律和力学特性，指出紧扣扭矩对螺纹连接强度影响极大。在此基础上，结合现场失效的螺纹接头，对螺纹锥度、螺距以及有效螺纹牙长度3个参量进行敏感性分析，综合考虑连接强度以及生产成本推荐了参量最优值。     

基于数值分析的挤出流动规律研究

采用有限元数值分析和最优化设计理论相结合的方法。以挤出流动的均匀性为评价指标，把基于参数化建模和有限元分析结果的优化设计方法作为分析工具，深入系统地分析了模具结构对塑料异型材挤出流动均匀性的影响规律．研究了型材截面形状、模具结构和挤出流动均匀性三者之间的内在联系和相互制约关系，为模具优化设计和生产实践提供指导。     

GB 151中带膨胀节固定式换热器管板计算方法的改进

介绍了修订现行国家标准GB 151—1999《管壳式换热器》时,对带膨胀节的固定式换热器管板设计中应力计算方法的改进意见。文中指出现有计算忽略了膨胀节圆环内部压力引起轴向位移影响,会对某些高参数换热器固定管板的应力分析带来较大误差,并基于板壳理论得到膨胀节圆环内部压力与其两端受轴拉力引起轴向位移之间的相互关系,并结合现行GB 151管板计算模型,提出修订原则和方法。通过有限元计算,证明该方法是可靠的。     

小井眼开窗侧钻用高抗弯钻具接头性能分析与结构参数优化

随着小井眼开窗侧钻技术的广泛应用,由井下弯曲段引起的钻具接头失效问题日益突出。为解决因弯曲载荷造成钻具接头变形失效的问题,根据弹塑性力学理论及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了钻具接头螺纹连接的三维有限元模型,研究了弯曲载荷作用下钻具接头连接强度和密封性能,并通过胀扣试验验证了有限元分析结果的可靠性。在此基础上利用正交优化方法,对其关键结构参数进行优化,获得了钻具接头较优参数组合,对比计算了API钻具接头与高抗弯钻具接头力学性能。结果表明,优化后的连接螺纹在抗拉/压、扭矩及弯曲方面性能均优于API螺纹,能更好地满足小井眼开窗侧钻的钻井要求。     

Effect of microrelief on the contact shakedown of fixed joints

Under the conditions of cyclic loading at fixed joints, the repeated mutual slip of the contacting surfaces is observed in the contact zone, fretting appears, and the wear and destruction of the assembly elements occurs. The existing methods for overcoming fretting are aimed at reducing its intensity. The finite element analysis of fixed joints of smooth contact surfaces and surfaces with relief under the conditions of cyclic loading of junctions makes it possible to reveal the regions of mutual slip and, to determine the parameters of the microrelief, which contribute the most to the onset of contact shakedown. The method for improving the resistance to fretting in friction units based on achieving the conditions for the onset of contact shakedown using microrelief is implemented for fixed joints of a hard-alloy cutter pick and a drilling bit rolling cutter, as well as for an abutting joint of the rotor impeller shrouds of a universal gas distributor.     

换热器管子与管板液压胀接连接的管槽尺寸

采用有限元法，建立二维轴对称模型，模拟了不同胀槽尺寸结构的液压胀接过程，得到了换热器管子与管板连接接头的残余应力和残余变形。以接头平均残余接触压力为评价连接强度的指标，分析了管孔槽宽度、深度、位置和间距等几何尺寸对连接强度的影响，给出了推荐采用的理想管孔槽结构，为工程设计和制造规范的修订提供了参考依据。     

Non-destructive biomechanical analysis to evaluate surgical planning for hip joint diseases

The hip joint diseases have various kinds of origination, and they have multifarious forms according to the originations. One of the major concerns to plan the surgical operation for the hip diseases is the alternation of biomechanical environment, such as joint force and contact pressure. In this study, we analyzed the biomechanical effects of surgical techniques of the hip joint diseases by finite element analysis. We developed the finite element models of the pre-operative and post-operative hip joints for four children patients who have hip joint disease with abnormal joint anatomy. The models consist of two bones (pelvis and femur) reconstructed from CT images, and the articular cartilages on acetabulum and femoral head. Bones and cartilages were assumed having linear elastic material properties. The resultant joint force and the abductor force were calculated from 3-D static equilibrium in one-leg standing position. The calculated joint force was applied on the pelvis, the inferior plate of femur was fixed in all directions, and the medial edge of pelvis was constrained in vertical direction. Mechanical values such as contact force, pressure, and contact area on the hip joint were measured. The results of the finite element analysis were similar with those clinically estimated. The present non-destructive biomechanical evaluation method could be clinically useful for the optimal planning and selecting of surgical method by the rearrangement of contact pressure in the hip joint.