基于试验设计与有限元仿真的辐射井水平钻机承载部件优化设计

为了提升辐射井水平钻机承载部件的安全性与稳定性，运用试验设计（design of experiment，DOE）与有限元仿真技术对承载部件进行优化设计。通过正交试验法结合ANSYS Workbench有限元静力学仿真对由回转平台、立支架及横支架组成的承载系统的加强筋板布置形式进行优化设计，获得承载系统加强筋板的最优布局类型。在此基础上，运用基于试验设计的响应面优化法对回转平台的台面厚度、筋板高度及筋板厚度进行优化设计，进一步减小回转平台的最大等效应力、最大变形及质量，提升承载系统的安全性与稳定性。结果表明承载系统加强筋板的最优布局类型为：回转平台采用纵横筋板，立支架采用X形筋板，横支架采用V形筋板；回转平台的最优参数组合为：台面厚度为11.2 mm，筋板高度为31.9 mm，筋板厚度为12.3 mm。集成运用试验设计与有限元仿真技术对水平钻机承载部件进行优化设计的方法可为水平钻机实体样机设计提供一定的参考。     

基于板梁组合理论的正交加筋板声振特性分析

基于板梁组合理论,建立了正交加筋板声透射计算模型,并分析了正交加筋板的声振特性.将加强筋视为平板的动反力及动反力矩,引入到平板振动方程,得到了正交加筋板声振方程;利用空间谐波展开法及虚功原理,得到了正交加筋板透射损失和平均振动速度级表达式.在此基础上,首先研究了单向加筋板的隔声性能,理论结果与已有计算结果取得了很好的一致,验证了模型的有效性;并进一步研究了正交加筋的声振特性.研究表明,正交加筋板对垂直入射声波的隔声效果最好;增大加强筋惯性矩可提高其低频段透射损失;增大加强筋间距可提高正交加筋板的低频段振动响应,却降低了其低频透射损失,总体而言,增大加强筋间距可改善结构的整体隔声性能.     

换流变阀侧套管振动模态及其法兰根部应力研究

套管法兰是换流变压器阀侧套管的薄弱部位,承受着换流变振动等复杂环境动力,易因长期机械载荷作用出现疲劳开裂,导致换流变压器停运。应力集中是导致结构疲劳开裂的主要因素,但现在少有针对法兰应力分布和疲劳的研究。为优化套管法兰根部结构、提高法兰疲劳强度,采用有限元仿真方法分析法兰应力分布,研究不同根部结构下法兰应力集中特征,并采用模态分析和响应谱分析研究振动载荷下法兰应力分布。研究发现:应力集中在法兰拐角位置并随法兰拐角曲率半径增加而降低;套筒上与法兰盘连接的加强筋能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋宽度和高度增加而提升;三角形加强筋在靠近应力集中位置时能明显降低法兰拐角应力,降低幅度随加强筋安装角度增加而减小;连接的加强筋还对套管受竖直方向和轴向振动时法兰拐角最大应力有明显抑制作用。     

孔边设置加强钢环的腹部开设圆孔的钢筋混凝土简支梁的力学性能

孔洞周过配置加强箍筋和斜筋对腹部开设圆孔的钢筋混凝土梁的力学性能影响明显。本文通过试验,研究了采用在圆孔周边设置加强钢环的腹部开设圆孔的钢筋混凝土梁的破坏特点、加强环筋的应变特点、挠度、裂缝宽度及承载力等力学特性,批出该形式的加强筋对改善开孔梁的受力性能效果不大。     

动载荷激励下板壳结构加筋自适应成长方法

自适应成长法是基于自然界分支系统形态形成机理的一种高效结构拓扑优化设计方法。通过引入等效静态载荷法理论,运用自适应成长法解决板壳加筋结构在承受动载荷激励下的动态响应拓扑优化设计问题。根据板壳结构所受的动载荷边界条件,构建以动柔度为目标的优化数学模型,推导迭代公式,使板壳结构的加强筋从"种子"开始,沿着使结构最佳力学性能方向成长,从而形成最优加强筋分布形态。研究在简谐载荷和冲击载荷作用下的板壳结构加强筋设计例,并与静态载荷作用下的设计结果进行比较。研究结果表明,板壳结构在动态载荷作用下,其主加强筋布局形态和在静态载荷作用下相同,但在靠近载荷作用点附近出现与主加强筋平行的截面积较小的加强筋,以增加抵抗动态载荷的作用;而冲击载荷作用下的加强筋与一般简谐载荷作用下的加强筋相比,多出一层较复杂的框型筋板抵抗瞬时冲击力。     

各向异性板孔口补强应力分析

应用复变函数的方法，对于孔口被一圆形弹性环加强的各向异性板，给出了在无限远处任意均布力作用下，环及板内的应力场解；算例表明：随着环宽度的增加，环及板孔周的应力均有所降低；随着环刚度的增加，环内的应力随之增加，但板孔周的应力显著降低。     

筋上有开口裂缝的加筋矩形板横向振动特性分析

利用能量法分析筋上含有开口裂缝的四边简支加筋矩形板的横向振动。将矩形板与加强筋沿交界面切开,再将加强筋沿裂缝分成多个子块,采用薄板弯曲和平面应力理论分别建立矩形板和各子块的横向振动能量方程,解决了传统分析方法需给定开裂处筋的弯曲刚度问题。采用第一类切比雪夫多项式构造矩形板和各子块的位移试函数,由Ritz法和板-筋界面变形连续条件得出含有开口裂缝的加筋矩形板的横向振动特征方程。计算结果与有限元分析结果吻合很好,详细分析了裂缝深度和裂缝位置对无量纲频率的影响。     

板翅式换热器两相流封头设计及其分配特性

提出了三种两相流板翅热器封头形式，即水帘式，打孔管式，孔板工，在允许的压降范围内，明显改善了两相流分配的不均匀状况。实验结果表明，孔板式封头的两相分配性能最佳。     

橡胶辅助增压在非热压罐成型工艺中的应用研究

目的 针对蒙皮带筋典型构件,在容易产生孔隙的加强筋底部放入橡胶增压,以优化应力场、减小孔隙缺陷。方法 针对CFRP固化成型制度,进行红/蓝2种橡胶模量、热膨胀系数测试及双马树脂流变测试。基于材料测试数据及预浸料固化特征建立了固化前中后3类数值仿真模型,以对比不同橡胶在不同固化时期的增压效果。结果 在固化前期,红、蓝橡胶均有增压作用,可使加强筋底部应力提高约5倍;在固化中期,红橡胶有显著增压作用,可使加强筋底部应力提高约9倍并改善应力梯度;在固化后期,橡胶难以发挥增压作用。结论 红橡胶可显著发挥增压作用,有效解决加强筋固化成型前中期底部应力不足的问题;在CFRP固化前期,热膨胀系数是影响热应力的主要因素,在固化后期,模量为主要因素。通过对比多组仿真数据,明确了最优增压材料及最主要的材料属性,为解决OOA成型局部压力不足的问题提供了指导方向。     

箍筋切口位置对支撑梁爆破拆除影响数值分析

深基坑钢筋混凝土支撑梁爆破拆除过程中,采用预处理切断箍筋的方法可有效改善爆破破碎效果,降低炸药单耗,节约经济成本。采用LS-DYNA有限元分析软件对箍筋切口位置在侧向和顶部两种情况下钢筋混凝土支撑梁爆破拆除过程进行了数值计算。研究发现当箍筋切口位于支撑梁侧向靠下位置时会使混凝土单元受拉更为明显,且拉应力峰值变大,有效地降低了箍筋对混凝土的约束作用,能显著提高支撑梁的爆破破碎效果。     

Three-dimensional stress intensity factor calibration for a stiffened cracked plate

Three-dimensional finite element analyses are used in this paper to calibrate the stress intensity factor in a cracked stiffened plate subjected to remote uniform traction. An accurate numerical determination of the stress field and stress intensity variation through the thickness of a central cracked plate was first carried out in order to evaluate three-dimensional effects. A stiffened cracked plate was then analysed, taking into account the results and the conclusions obtained in the previous study. Such a structure was chosen due to the growing interest for large integral metallic structures for aircraft applications, following the continuous need for low cost and the emergence of new technologies. The J-Integral technique was used to calculate the values of the stress intensity factor along the plate thickness. The plane strain behaviour near the crack front and the variation of the opening stress are discussed.     

侧边加劲带缝钢板剪力墙滞回性能研究

带缝钢板剪力墙延性好、耗能能力强,是一种性能优良的新型抗震组件。采用数值模拟对边缘加劲带缝钢板剪力墙的滞回性能进行研究,系统分析了各种特征参数对墙板刚度、承载力及耗能能力等的影响,并在此基础上提出设计建议。分析表明:实现屈曲前屈服是带缝钢板剪力墙兼具高延性和高耗能能力的必要条件;减小缝间墙肢宽度与墙板高度之比,或增大缝间墙肢高度与墙板高度之比,将有利于墙板实现屈曲前屈服;随开缝参数不同,墙板的面外变形形态分为两类;增大肋板刚度比可显著增大发生整体失稳墙板的延性;在保证自身局部屈曲不早于墙板整体屈曲发生的前提下,为方便取材,加劲肋应首选与墙板同厚的钢板。     

U肋加劲板焊接残余应力的一种简化计算方法

基于焊接残余应力数值模拟方法, 分析了U 肋加劲板各组成板件的板宽、板厚对焊接残余应力分布的影响, 揭示了U 肋与母板残余应力合力的分配规律, 提出了针对不同构造尺寸的U 肋加劲板焊接残余应力分布简化计算方法。研究结果表明:各组成板件的板宽变化对焊接残余拉应力的分布影响较小, 但对焊接残余压应力的大小影响较大;U 肋与母板的板厚比对U 肋与母板残余应力的分配比例影响较大。U 肋加劲板受压承载力计算时, 焊接残余应力分布可以采用简化方法计算, 其结果与根据数值模拟得到的焊接残余应力分布计算的结果基本一致。     

焊接工艺参数对Q345钢平板焊接残余应力的影响

为研究焊接工艺参数对Q345钢平板焊接残余应力的影响,对采用药芯焊丝半自动焊接后的8 mm厚平板焊缝结构进行仿真模拟,在经验数值范围内设置不同的焊接工艺参数值,分析平板在横向和厚度方向的焊接残余应力分布情况。研究结果表明:横向的最大焊接残余应力分布在热影响区,且随着焊接速度的增大和焊接层间温度的降低而降低;沿厚度方向的最大焊接残余应力为115.92 MPa,位于平板中间层,随着焊接速度的增大而先减小后增大;平板焊接在横向的残余应力远大于厚度方向的应力。根据焊接残余应力的变化情况,运用二元回归分析法对横向和厚度方向的最大焊接残余应力进行函数拟合与检验,并开展多因素拟合模型的分析,得到焊接速度和焊接层间温度对焊接残余应力的综合影响规律。通过研究残余应力的变化趋势可选定焊接残余应力最小时的工艺参数范围,实现焊接工艺参数优化。     

加强筋截面类型对轨道车辆板件结构隔声影响研究

针对轨道车辆轻量化设计后可能带来的隔声性能降低问题,研究不同截面加强筋铺设对板件隔声性能的改善效果。基于混合有限元-统计能量分析(Hybrid FE-SEA)方法建立轨道车辆加筋板结构隔声特性预测分析模型,系统分析T型、L型、I型和矩形加强筋截面类型对板件隔声性能的影响。研究结果表明,加筋板的刚度和1阶固有频率皆比均质板大,且随加强筋厚度的增大而增大;当加强筋厚度恒定时,T型加筋板的刚度和1阶固有频率最大,L型加筋板次之;敷设厚度15 mm的加强筋,板件的隔声性能最佳;当加强筋的质量、厚度、腹板面积及尺寸、翼板面积相等时,各类型加筋板的计权隔声量Rw差异不大;板件加筋后,刚度控制区的隔声量增幅3 dB~17 dB,1 250 Hz~4 000 Hz中高频段的隔声量增幅1 d B~6 d B。综合分析可知,以计权隔声量为评价标准时,在加强筋质量、腹板面积、翼板面积及尺寸相等时,敷设厚度15 mm加强筋,板件的隔声性能最佳,Rw较均质板可提高1.4 dB~1.5 dB,而加强筋厚度恒定时,T型和L型加筋板的刚度又最佳。相关研究成果可为轨道车辆板件结构加筋优化提供设计参考。     

用耦合有限元／边界元方法研究加筋板的声传输

采用耦合的有限元／边界元方法,建立了考虑流体结构耦合的加筋板结构声传输计算模型,并利用该模型计算研究了加筋板的声传输特性。数值计算表明：结构的传声损失与结构的固有频率和激励频率密切相关,避免共振仍是产要的;改变板厚或肋骨惯性矩后,由于结构固有频率发生了变化会使得结构传声损失曲线上极小值的位置发生改变;当声波从空气经结构向空气中传递时,增大板厚或肋骨惯性矩可明显增大结构的传声损失;而当声波从空气经结构向水中传递时,增大板厚或肋骨惯性矩也增大了结构的传声损失,但效果明显不如当声波从空气经结构向空气中传递时显著。     

高强度钢加劲板焊接残余应力测试及分析

为研究高强度钢的板肋加劲板焊接残余应力分布特点,该文利用切割法对板肋加劲板试件进行了应力测试研究,建立了三维实体热弹塑性有限元模型,采用单元生死和动态约束技术模拟焊缝填充和焊接热输入过程,对比分析了高强度钢和普通钢的应力分布特点,比较研究了母板厚度、肋板厚度、肋板间距和高度对焊接残余应力的影响。研究结果表明:板肋加劲板T型接头角焊缝的焊接顺序与残余应力的分布不相关;高强度钢非焊接区域残余压应力小于普通钢;板件厚度和肋板高度是影响高强度钢的板肋加劲板焊接残余应力的主要因素。     

Free Vibration Analysis of Folded Plate Structures by the FSDT Mesh-free Method

Based on the first-order shear deformation theory, a mesh-free Galerkin method for free vibration analysis of stiffened and un-stiffened folded plates and plate structures is presented in this paper. The folded plate or plate structure is modelled as a composite structure that consists of flat plates. The stiffness and mass matrices of the flat plates are derived based on the mesh-free formulation. To avoid the failure of direct superposition, a treatment is introduced to modify the stiffness and mass matrices. The global stiffness and mass matrices of the entire folded plate or plate structure are then obtained by superposing the modified stiffness and mass matrices of the flat plates. The analysis of the stiffened folded plates or plate structures proceeds in a similar fashion, as they are regarded as composite structures of stiffened and un-stiffened flat plates. The stiffness and mass matrices of the stiffened flat plates are also given by the mesh-free method. As no meshes are used in deriving the stiffness and mass matrices, the proposed method is more flexible in studying problems for which remeshing is inevitable with the finite element methods. Several numerical examples are computed with the proposed method to demonstrate its accuracy and convergence. The results show good agreement with the solutions that have been given by other researchers and ANSYS.     

爆炸荷载作用下钢制防护门的动力响应及抗力参数分析

以现有一典型梁板式钢制防护门为背景,利用ABAQUS有限元软件对其动力响应及抗力进行了评估,得出该门抗力满足设计要求,并留有一定冗余,进而又分析了骨架梁的存在,骨架梁的数量和布置方式,梁腹板的厚度和高度,梁翼缘板的厚度和宽度,上下面板的厚度,爆距、装药量和荷载作用时间等因素对防护门抗爆性能的影响规律,最后建立了较合理的工程计算模型,研究成果可为同类防护门设计与优化提供理论依据。     

复合材料蒙皮-加筋大开口结构优化设计

采用有限元法对复合材料蒙皮-加筋大开口结构进行了优化设计,研究孔边补强和加筋补强对大开口结构屈曲特 性的影响.结果表明:孔边翻边补强可使应力集中远离孔的自由边,增加翻边深度和宽度皆能提高屈曲载荷;采用共固化加筋要比整体加筋效果明显,同等条件下,优先考虑低而密的筋条布置,同时增加横向筋的数量.