关键词： 水工金属结构   机械性能仿真   有限元分析   加工工艺优化   热处理工艺  

摘要： 在现代水工结构中,金属材料的机械性能直接关系到结构的安全性和耐久性。本文以水工金属结构为研究对象,通过机械性能仿真和优化方法,系统研究其制作过程中的性能表现。首先,基于有限元分析(FEA)方法,建立了水工金属结构的仿真模型,对不同制造工艺和材料参数对结构机械性能的影响进行了模拟。然后,通过实验验证仿真结果的准确性,并结合实验数据对仿真模型进行了校正。研究表明,金属材料的选择和加工工艺的优化对结构的力学性能有显著影响,其中热处理工艺对金属的强度和韧性起到关键作用。最后,本文提出了一套优化方案,通过调整加工工艺参数,显著提高了水工金属结构的机械性能,增强了其在实际应用中的可靠性和使用寿命。研究成果为水工金属结构的设计和制造提供了重要的理论依据和技术支持,对于提升水工工程的整体质量和安全性具有重要意义。

关键词： 水力压裂   储层裂缝   干热岩   扩展有限元   现场尺度   热流固耦合  

摘要： 干热岩储层水力压裂形成复杂缝网对于建设增强型地热系统(EGS)至关重要。为了深入认识干热岩储层水力裂缝扩展机制,揭示工程参数和地质参数对水力裂缝扩展的影响规律,本文以青海共和盆地某干热岩储层为研究对象,基于扩展有限元(XFEM)数值模拟软件ABAQUS展开研究,建立现场尺度的干热岩储层模型,实现热流固耦合分析水力裂缝的扩展机制。结果显示:正断型应力状态下,裂缝发生了很明显的朝向Z轴的转向,走滑型应力状态下,裂缝扩展主要沿水平方向,有轻微倾向于Z轴转向的趋势,逆冲型应力状态下,裂缝沿水平方向扩展;随着弹性模量的增大,裂缝的起裂压力减小,裂缝延伸的注水压力也减小,弹性模量越大裂缝起裂的时间越早,泊松比越大水力裂缝的破裂压力越大,破裂压力整体呈现出正断型>走滑型>逆冲型;随着温度的升高,水力裂缝破裂压力减小,大约降低2~3 MPa左右,3个应力状态下都呈现出相同的趋势。本文丰富了干热岩水力裂缝扩展的数值模拟手段,相关研究成果可为干热岩储层中水力压裂扩展预测与不同参数对其的影响分析提供技术支撑。

关键词： 输电塔   有限元分析   抗震性能   结构延性   结构优化  

摘要： 调整结构抗侧刚度是提高地震下结构抗倒塌能力的常用方法,目前该方法多应用于建筑结构,而没有关于输电塔的抗倒塌研究。针对此问题,首先,依托实际输电线路工程,基于ABAQUS软件建立了输电塔有限元模型,采用静力推覆分析(Pushover)和增量动力分析(incremental dynamic analysis,简称IDA)方法,获得了输电塔倒塌延性;其次,针对输电塔薄弱节间,提出了一种以杆件内外径之比为影响参数的输电塔地震抗倒塌优化设计方法;最后,通过有限元分析对优化效果进行了验证。结果表明,该优化方法能有效提高输电塔抗倒塌性能,优化后的输电塔薄弱节间抗震性能最高可达70%,非薄弱节间优化效果在10%左右,可为输电塔抗震设计提供指导。

关键词： 腓骨近端骨折   有限元分析   生物力学   半月板   关节软骨  

摘要： 背景:传统观点认为绝大多数的腓骨近端骨折是不需要固定的,他人和此次研究提示,近端腓骨结构对于膝关节后外侧结构的稳定性具有重要影响,其作用机制值得研究。目的:探讨腓骨近端骨折对于伸直状态膝关节各结构生物力学的影响。方法:运用有限元方法进行仿真生物力学试验。选用1名健康青年男性志愿者膝关节MRI和CT影像数据资料建立伸直状态下的膝关节有限元模型,并模拟4种近端腓骨形态:模型A为完整模型,模型B为腓骨头下以远1 cm骨折模型,模型C为腓骨近端最顶端向远端1 cm的尖端缺损骨折模型,模型D为腓骨近端最顶端向远端2 cm的骨缺损模型。在股骨干上施加纵向集中载荷1500 N,对比分析膝关节伸直状态下,4种工况下膝关节各个结构最大等效应力、最大第一主应力的分布以及改变趋势。结果与结论:①模型A胫骨软骨、半月板外侧室最大等效应力大于内侧;胫骨平台、半月板内侧室最大第一主应力大于外侧;股骨软骨内侧髁最大等效应力大于外侧髁,股骨软骨内侧髁最大第一主应力大于内侧髁;②相较于模型A,模型C的软骨、半月板的最大等效应力和最大第一主应力大小以及分布情况无明显差异;③相较于模型A,模型B的最大等效应力上升幅度依次为内侧胫骨软骨(14.9%),股骨软骨内侧髁(13.6%),内侧半月板(6.6%);最大第一主应力上升幅度依次为内侧半月板(11.06%),内侧胫骨软骨(8.65%),股骨软骨内侧髁(7.46%);韧带的最大等效应力上升幅度依次为:腘弓状韧带(33.2%)>前交叉韧带(21.3%)>腓侧副韧带(17%)>后交叉韧带(14.3%)>前外侧副韧带(13.2%)>内侧副韧带(10.1%);④相较于模型A,模型D的最大等效应力上升趋势依次为内侧胫骨软骨(19.5%),股骨软骨内侧髁(17.9%),内侧半月板(9.9%);最大第一主应力依次为内侧半月板(14.04%),内侧胫骨软骨(13.03%),股骨软骨内侧髁(11.37%);韧带最大等效应力上升趋势依次为:前交叉韧带(25.2%)>后交叉韧带(18.9%)>内侧副韧带(18.5%)>前外侧副韧带(12.7%);⑤提示在膝关节伸直情况下,腓骨头下1 cm骨折和2 cm腓骨尖端骨缺损对内侧室软骨、前交叉韧带以及后外侧韧带复合体结构的影响较大。

关键词： 落锚   海底管道   贯入深度   数值模拟  

摘要： 为了在工程实际中更高效地制定兼具安全性与经济性的海底管道铺设方案,对落锚贯入深度进行研究。应用Abaqus建立多组底质及落锚条件下的有限元模型,基于耦合欧拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian,CEL)法进行落锚贯入的动力响应数值模拟,将有限元结果与现有试验数据及经验公式进行对比分析。有限元结果与试验数据整体吻合性良好,具有较强的参考性。与美国土木工程师协会(ASCE)及挪威船级社(DNV)规范中不同公式进行比较发现:在沙土摩擦角大、黏土不排水剪切强度大的条件下,有限元与公式结果吻合度更大;随落锚重量增大,公式结果较有限元结果保守度增加。

关键词： 输电塔   角钢   玻璃钢   加固   有限元分析   承载力  

摘要： 随着输电塔服役年限增加,老旧铁塔升级改造需求日益旺盛,现有加固研究均是将钢材作为加固材料,存在加固材自重大、野外运输吊装困难等问题。针对这些问题,提出一种基于GFRP无损双侧加固输电塔主材的加固方案,建立主材加固组合构件精细化有限元模型,验证有限元模型的准确性,分析角钢长细比、螺栓间距对加固构件破坏模式和承载力的影响规律。研究结果表明,此方案能有效提高构件稳定承载力,且随着构件长细比增大,加固效果越明显;随着螺栓间距增大,加固构件稳定承载力缓慢减小,当螺栓间距为53i时,承载力大幅度减小。

关键词： 非织造布   有限元模拟   过滤效率   颗粒跟踪  

摘要： 随着空气污染日益加剧,空气净化技术变得尤为重要。非织造布作为一种重要的过滤材料,因其优良的透气性和过滤性能而被广泛应用。为了设计符合特定需求的非织造布过滤材料,深入了解其内部结构参数与性能之间的关系,文章采用随机三维纤维算法进行三维建模,利用有限元仿真软件模拟非织造布在NaCl颗粒粒径分别为0.3、0.5、0.7、1.0μm条件下的过滤效率,并将模拟数据与实验结果进行对比。结果显示:所构建的模型在同一粒径下的实验过滤效率与模拟过滤效率的最大误差不超过10%,验证了该有限元模型的准确性和有效性。

关键词： 重型车床   床身   静动力学特性   数值分析  

摘要： 为了提高产品的设计性能并及时发现设计缺陷,在CW61200-18T型重型车床床身设计中引入有限元方法和分析理论为基础的数值分析及优化设计方法。在机床样机试制之前对床身性能进行了定性及定量的预测及评估分析,为提高机床的加工精度,提升机床产品质量,缩短产品的设计与制造周期及降低产品开发成本提供了有效方法及手段。

关键词： 混合短期负荷预测   离散小波变换   差分进化   径向基函数神经网络  

摘要： 电力负荷短期预测对于电力行业规划发展具有重要意义。随着电力市场的改革发展,电力负荷的短期预测对于工业制造型企业有效降低用能成本显得极为重要。然而,实际荷载序列数据体现出多重复杂特性,例如非线性、非平稳性和时间变化等因素影响。这里提出一种由离散小波变换(DWT)、差分进化算法(DE)和径向基函数神经网络(RBFNN)组成的三级混合集成短期负荷预测方法。DWT用于分解负荷数据以获得良好的用电特征;DE用于获得RBFNN预测所需的最佳可调参数。使用PJM公用数据集2001年负荷数据和辽宁省某地工业园区2015年整年数据对这里混合集成方法(DWT-DE-RBFNN)进行了评估。将DWT-DE-RBFNN方法与其他三种主流耦合方法(RBFNN、BPNN、SaDE-ELM)进行了比较。统计分析表明,这里所提方法在MAPE、MAD和RMSE的三种标准尺度上表现出更好的预测精度,体现了该方法的先进性。

关键词： 栅格阵列封装焊点   有限元分析   温度冲击   疲劳寿命  

摘要： 为提高栅格阵列封装(LGA)焊点可靠性,采用ANAND本构模型描述SAC305无铅焊点的力学行为,利用有限元分析法和基于能量的Darveaux疲劳寿命预测模型,分析了LGA焊点在热冲击载荷(-55℃~125℃)下的应力应变分布、粘塑性应变能密度和疲劳寿命;利用田口试验评估了焊点高度、塑封料热膨胀系数、BT基板热膨胀系数、焊盘热膨胀系数四个因子对焊点疲劳寿命的影响,并提出最优设计方案.实验结果表明,热冲击载荷下,距离几何中心最远的LGA焊点应力值最大且呈周期性变化;影响焊点疲劳寿命的主要因子是塑封料热膨胀系数和焊点高度,优化后焊点的等效塑性应变能密度增量减小了57%,热疲劳寿命是优化前的2.32倍,提高了LGA焊点结构的热可靠性.