多晶体材料微结构仿真与数值计算

根据Laguerre图几何结构和拓扑形貌上的特征,同时引入多晶体材料微观组织结构的各向异性行为,实现了多种不同类型多晶体材料微观组织结构的表征。通过集成自主开发的Laguerre图构造程序和对商业有限元软件ABAQUS二次开发的脚本程序,开发了一套适用于材料微结构数值模拟的基础性平台软件VirtualTPS。最后,利用软件对多晶体材料微结构代表性体积单元的细观力学响应进行了数值计算与分析。     

钛合金微结构力学计算与虚拟失效分析

利用电子背散射衍射(EBSD)及OIM分析系统描述钛合金复合材料微观组织结构的金相形貌与晶体学取向,通过对复合材料微结构的模块化与可视化设计,模拟钛合金复合材料微观组织结构代表性体积单元.在此基础上,利用有限元法对钛合金微结构进行细观力学响应的数值计算,根据计算结果,识别"材料结构弱点",评估微裂纹的启裂、扩展,预测材料微结构内材料损伤后的性能,推演"微结构虚拟失效"行为.     

超材料技术发展概览

超材料是由周期性或非周期性人造微结构排列而成的人工复合材料,核心思想是通过复杂的人造微结构设计与加工,实现人造"原子"对电磁场或者声纳的响应,核心理论之一即为描述电磁波传播轨迹与超材料特性的变换光学。超材料技术是一个前沿性交叉科技,所涉及的技术领域包括电磁、微波、太赫兹、光子、先进的工程设计体     

不对称带束层11.00R20全钢载重子午线轮胎有限元分析

借助ABAQUS有限元软件,建立一个带束层不对称的轮胎结构有限元分析模型,考虑了轮胎变形的几何非线性、轮胎与地面和轮胎与轮辋的大变形非线性接触,轮胎材料的非均匀性、橡胶材料的不可压缩性和物理非线性及橡胶基复合材料的各向异性。通过有限元分析,得到了带束层不对称的子午线轮胎在充气压力下的变形和应力分布情况,带束层和胎体帘线的受力状况和分布特征,并对计算结果进行了分析,以期验证二维模型,为轮胎设计提供参考。     

基于力学响应分析方法的导电橡胶复合路面铺装技术

为了确定导电三元乙丙橡胶复合材料应用在路面结构中的可行性以及最佳埋设条件,通过压缩试验研究了复合材料的应力应变曲线,并通过有限元软件ANSYS建立了二维导电三元乙丙橡胶复合材料路面结构模型,分别分析了复合材料埋设位置、埋设厚度以及不同荷载作用下的复合材料路面结构力学响应,并与正常路面结构对比。压缩试验结果表明：复合材料在受力的情况下主要表现为弹性,弹性模量为30.6 MPa。力学响应结果表明：在合理假设的条件下,复合材料应用在路面结构中是可行的,最佳埋设位置为沥青下面层下,埋设厚度越小越好,在超载的情况下,需要重点考虑剪应力对复合材料路面结构的影响。本研究成果可以为复合材料实际工程应用提供参考。     

电磁阀开启过程动态响应特性有限元仿真研究

军工、汽车等行业对电磁阀的动态特性各项指标要求越来越高,而设计和开发快速、精确的电磁阀动态特性测试系统成本高、难度大。利用有限元方法,通过计算机仿真实现了对电磁阀设计方案的动态性能的预测与评估。首先,采用Ansoft Maxwell软件建立了某电磁阀的二维电磁场有限元仿真模型,计算电磁阀开启过程的动态响应特性,得到了其工作电流曲线等各种动态特性曲线。最后,进行变参数化设计,进一步研究了初始间隙、驱动电压、线圈匝数等参数对电磁阀开启过程动态响应特性的影响。结果表明,基于Maxwell的电磁阀动态特性有限元仿真能够在计算机上实现电磁阀开启过程动态特性的快速预测并分析评估电磁阀的各个主要设计因素对其动态响应的影响。     

含孔洞的颗粒增强复合材料力学性能研究

研究了颗粒体积分数、粒径、材料特性和孔洞等因素对颗粒增强复合材料的影响.通过编程实现了二维RVE模型构建,并给出了周期性位移边界条件施加过程.基于ABAQUS二次开发实现均匀化方法,并用该方法计算分析了RVE的力学响应.研究表明：软化颗粒比增强颗粒对基体力学性能的影响范围大,孔洞缺陷对基体的力学性能具有严重的削弱作用.     

一种二维弹塑性裂纹有限元模型的分析

利用非线性有限元软件ABAQUS,以较少的单元建立了模拟循环载荷下裂尖参数变化的二维弹塑性有限元模型,通过应力、位移及塑性区尺寸等裂尖参数的有限元计算值与力学公式计算的理论值的比较,分析了不同单元类型对裂尖参数的影响,为解决有应力集中的二维弹塑性有限元问题提供了一种高效准确的模型.     

多晶体材料三维微结构有限元分析的后处理

用于多晶体材料微结构有限元分析的后处理软件FEPost-pmcessing（三维版）的设计思想。该软件以Voronoi算法生成的数字材料为对象,以有限元分析软件ABAQUS为计算平台,对以节点为单元输出的数据库,运用了适当的算法过渡到以单元为基础的数据库形式,判断各个单元所归属的晶粒而后在晶粒内部对单元信息采用体积加权平均的处理方法,从而在细观尺度上完成了对加栽后材料的内部场变量的定量分析,并实现了结果的可视化。     

基于Maxwell的电磁阀仿真与分析

针对电磁阀传统设计方法中,产品设计周期长、试制实验费用高等问题,本文采用有限元方法在产品设计初期对电磁阀的性能进行预测。首先,运用Ansoft Maxwell软件分别建立了电磁阀的三维与二维有限元模型,进行了磁场分析与电磁力计算,通过比较发现三维模型与二维模型计算结果与测试结果均吻合较好。最后,在二维模型的基础上,运用Maxwell软件的参数化设计功能进一步分析了不同初始间隙、不同驱动电压对电磁力的影响。结果表明,基于Maxwell的电磁阀有限元仿真能够在产品的设计初期快速地预测电磁阀的性能,为电磁阀的设计与优化提供理论指导。     

外粘复合材料加固钢筋混凝土梁的有限元静力分析

采用叠层梁模型并基于线源性假设，给出了开裂前的外粘复合材料加固钢筋混凝土梁的有限元模型，用MARC软件对在对称集中静载作用下的加固梁进行了静力分析。结果表明，外粘复合材料(一层／多层)可显提高梁的强度与刚度。     

多晶体材料三维微结构有限元分析的后处理

用于多晶体材料微结构有限元分析的后处理软件FEPost-processing(三维版)的设计思想.该软件以Voronoi算法生成的数字材料为对象,以有限元分析软件ABAQUS为计算平台,对以节点为单元输出的数据库,运用了适当的算法过渡到以单元为基础的数据库形式,判断各个单元所归属的晶粒而后在晶粒内部对单元信息采用体积加权平均的处理方法,从而在细观尺度上完成了对加载后材料的内部场变量的定量分析,并实现了结果的可视化.     

均匀化方法的ABAQUS实现

为了利用通用有限元软件来对复杂的均匀化方程进行便捷求解,从而对具有周期性构造复合材料有效性能进行预测.根据文献[1]提出的热应力方法和边界力方法将均匀化方程转化为通用有限元可以进行计算的形式,通过ABAQUS用户子程序和脚本语言的编写,便捷的实现了均匀化方程的求解,得到了均匀化系数.通过均匀化方程的ABAQUS的便捷求解(包括热应力方法和边界力方法),计算了单向复合材料有效性能,并与细观力学方法进行比较,结果表明两种方法具有一致性和有效性.     

响应面方法及其在桥梁体系可靠度分析中的应用

提出将响应面方法和非线性有限元分析结合起来对桥梁上部结构的体系可靠度进行分析的新方法.首先,在试验设计的基础上应用通用的非线性有限元分析程序对桥梁结构进行体系承载力极限分析,然后,利用响应面方法推求桥梁结构体系承载力的响应面,最后利用可靠度分析程序计算桥梁结构的体系可靠度指标和失效概率.通过对一单跨叠合桥梁进行算例分析,证明了所建议方法的有效性.     

RANDOM MICROSTRUCTURE FINITE ELEMENT METHOD AND ITS VERIFICATION FOR EFFECTIVE PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS

The present study aims at developing a new method--Random Microstructure Finite Element Method (RMFEM) for the effective properties of com posite materials.In this method, a random microstructure model is used to simulate the microstructure of the real composite materials.The physical fields in such a random microstructure model under specified boundary and initial conditions are analyzed by finite element method.The effective properties of composite materials can be obtained from the analysis results.As verification, some effective properties of composite materials, such as elastic module.thermal expansion coefficient, thermal conductivity and elastoplastic properties,are investigated by random microstructure finite element method.The numerical results are given together with the experimental data.It is revealed that the random microstructure finite element method is a very valid method for the determination of the effective properties of composite materials.     

基于ABAQUS的复合材料结构材料参数识别算法及其软件设计

结合优化技术和有限元分析,提出了正交各向异性复合材料结构材料参数的识别方法。通过建立以测量位移与有限元计算的相应位移之差的平方和作为目标函数,把参数识别问题转化为极小化目标函数的问题。采用Levenberg-Marquardt方法解极小化目标函数的问题,其中灵敏度的计算是基于复合材料的有限元离散结构的求解方程对识别的材料参数求导。基于有限元软件ABAQUS,进行了参数识别算法软件设计,编制了可以计算结点位移对材料参数的灵敏度的用户单元程序。数值算例表明本文提出的方法是有效的。     

面向对象的水工结构自适应有限元分析软件系统初步研究

采用面向对象技术研制了一个水工结构自适应有限元分析软件系统 .该软件的突出优点是 :前处理过程用对象化建模 ,界面友好 ,使用方便 ,自适应有限元模块的引入使软件系统具有规范性和客观性 ,计算结果不会因人而异 .还给出了一个简单的算例 ,说明了软件系统的优点 .     

机械结构非线性动力有限元分析

有限元结构分析通用软件已普遍应用于机械产品的分析计算,在进行动力分析计算时,研究对象的模型简化、网络剖分以及某些参数的输入十分关键．总结了各种类型机械产品的工程实例计算中的经验,指出使用通用软件进行频率求解、动力响应分析、稳定性分析以及接触应力分析时应注意的问题,并给出边界元的简化方法以及参数输入的技巧．