关键词： 内外刚性法兰   螺栓力分配   输电塔设计   钢结构   有限元分析  

摘要： 内外螺栓数相同的对称内外刚性法兰连接结构常被用于输电铁塔的设计与建设中。然而，由于内外法兰螺栓圆半径与周长的差异，这种对称结构在实际工程中容易产生加工与安装上的问题。为了方便加工以及现场安装，本文设计了一种内外螺栓数不同的非对称内外刚性法兰连接结构。通过商用有限元软件ABAQUS模拟分析了这种非对称刚性法兰连接结构在轴拉，弯曲以及复合加载下的受力情况，研究了螺栓分布配置与几何参数对法兰连接结构的影响。发现在非对称内外法兰中，可以使用内外螺栓的轴向拉力作为指标评估连接结构性能。结果表明：受拉时，内外螺栓受力比与内外螺栓距主管壁的距离比成线性关系，当距离比为0.925时，内外螺栓拉力相同；受弯矩时，内外圈上最大螺栓力之比与距离之比成线性关系，距离比为0.832时，内外圈的最大受力相同；受复合载荷时，螺栓力为一正弦分布和轴拉下螺栓力的叠加。此外，本文还研究了内外法兰盘交错角和螺栓预紧力对螺栓受力的影响，发现前者对螺栓受力的影响较小，在设计时可以忽略；而后者的影响随着外荷载的增加逐渐减小。因此，本文的研究可以为非对称内外法兰结构的优化设计提供理论指导。

关键词： 盾构隧道   可挠钢管片   钢筋混凝土管片   有限元   不均匀沉降  

摘要： 针对地裂缝或底部脱空等不均匀沉降地层下，常规钢筋混凝土盾构管片的刚性接头处因非协调变形而易出现开裂、渗漏水乃至整体失稳的问题，研究一种新型“可挠-钢混”组合管片的受载变形特性。开展了不同平板接头压载的室内试验与数值模拟，对比了混凝土与可挠接头的挠度特性，验证了数值建模方法的合理性，建立了不同结构形式的“可挠-钢混”组合管片在稳定和底部脱空地层下受载的数值模型，研究了管片混搭方式和可挠环分块形式对管片应力、螺栓应力、综合位移、管片弯矩和径向位移的影响。结果表明：可挠管片或接头的引入可通过其协调变形而适当增大位移，但会显著降低管片及螺栓的应力水平，避免混凝土管片发生脆性开裂；钢筋混凝土管片与可挠管片间隔混搭的方式可兼具刚性承载及协调变形的优势，使管片结构呈现最佳的“刚柔并济”效果；“匹配六块”管片分块形式与钢筋混凝土管片的搭配效果更好，避免了管环薄弱接缝位置出现在拱顶、拱底与两拱腰处，且管片应力、弯矩和变形更小。本研究可为复杂地层下的盾构管片设计提供一定的参考借鉴。

关键词： 防屈曲支撑   双层方钢管   低周往复荷载试验   滞回性能   有限元分析  

摘要： 防屈曲支撑端部设计不合理，易形成薄弱部位破坏，为避免这种现象发生，提出了一种新型双层方钢管防屈曲支撑。双层方钢管约束着其间隙内的耗能板，耗能板上下部的正面或反面与内方钢管外表面或外方钢管内表面焊接，这种构造方式使得此类支撑受压、受拉时性能一致。设计并制作了4个双层方钢管防屈曲支撑试件，进行了低周反复荷载试验，研究了耗能板布置方式和耗能段数量对这种支撑性能的影响，得到了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力等，并采用有限元软件进行了模拟分析。试验结果表明：双层方钢管防屈曲支撑滞回曲线饱满，耗能能力强，变形能力良好。在轴向荷载作用下，试件主要依靠耗能板进入塑性耗散能量，加载到后期耗能板断裂导致试件失去承载能力。试验过程中，内外方钢管保持弹性状态，但外方钢管表面局部出现鼓曲现象。增加支撑中的耗能段数量可以提高支撑的承载能力和刚度。建立了ABAQUS有限元分析模型，有限元分析结果与试验结果吻合良好。

关键词： 交流接触器   有限元分析   传输线法   并行计算   动态特性  

摘要： 动态特性评估对于交流接触器的可靠性和优化设计至关重要，数字样机模型与实验测量相结合的方法为评估动态特性提供了新方案。然而，现有商用有限元软件在求解数字样机模型时存在耗时长、收敛性差等诸多问题。对此，本文提出一种基于传输线法的交流接触器动态特性有限元并行计算方法，实现交流接触器动态特性的加速求解。该方法首先利用有限元法和场路耦合建立交流接触器电磁-力耦合的数字样机模型。然后基于传输线法将有限元模型的三角形单元等效成电路模型和传输线模型，从而将非线性问题解耦为线性网格和非线性网络。非线性网络等效成多个独立的电路，可以进行单元的大规模并行计算。通过与商用有限元软件COMSOL Multiphysics?以及实验测量结果进行对比，验证了传输线法在交流接触器动态特性计算方面的准确性。与COMSOL Multiphysics?求解动态特性的时间相比，传输线法的计算速度比COMSOL Multiphysics?提升了2.46倍。

关键词： 桥梁工程   残余应力分布模型   波形腹板工字梁   有限元分析   宽厚比   焊接试验  

摘要： 为研究波形腹板工字梁不同宽厚比对其焊接残余应力大小的影响和分布规律,通过数值模拟和试验方法对不同宽厚比的试件进行了研究。采用ABAQUS软件,利用完全耦合法建立了波形腹板工字梁的热弹塑性三维有限元模型,得到了焊接应力场;对不同路径位置上的焊接残余应力分布规律及不同宽厚比试件残余应力大小和分布进行分析,并绘制了分布模型;系统分析了板件厚度及宽厚比对构件残余应力的影响,并进一步探讨了构件之间的影响机制。研究结果表明:波形腹板工字梁焊接有限元模型所得结果与试验所测得的残余应力吻合度较高;残余应力总体分布主要以纵向残余应力为主,翼缘近焊缝处存在最大的残余拉应力,最大拉应力为415MPa;在其它因素不变情况下,翼缘及腹板外伸端所出现的残余压应力大小与板件宽厚比和板件厚度变化呈反比;与此不同的是,残余拉应力大小并不直接与板件宽厚比或板件厚度呈显著的变化趋势;基于数值模拟分析,提出了波形腹板工字梁1/2截面处的残余应力分布模型和计算公式,为后续波形腹板残余应力试验提供参考。

关键词： 有限元数值仿真   合模机构   优化设计  

摘要： 目的研发设计塑料瓶吹灌封一体机最关键的合模机构,通过有限元数值仿真方法,分析验证合模机构设计的合理性,为持续进行高强度的合模作业提供保障。方法通过对合模机构进行结构设计,使其具备吹、灌、封一体化功能;采用有限元数值仿真方法,对设计的合模机构组件的力学强度及运行过程的位移进行分析。结果合模机构的支撑轴接触部位应力过大,通过将材料2Cr13变更为3Cr13,可提高支撑轴的强度;同时优化合模支撑轴的结构改善接触部位的应力分布。有限元数值仿真结果显示,支撑轴接触部位最大等效应力为394.13 MPa,比原模型最大等效应力下降36.95%,满足结构强度要求。结论合模机构中部合模支撑轴与中间定位板横向接触位置应力集中,是结构设计的薄弱环节;采用有限元数值仿真方法可快速准确地分析合模机构的结构强度,并通过迭代优化设计,确保合模机构作业的可靠性与稳定性;设计的合模机构精度高、运行稳定,满足设计要求。

关键词： 电磁铁   悬浮力   涡流效应   载荷分布   有限元  

摘要： 为了改善端部涡流效应,长沙磁浮快线列车(时速160 km/h)采用五磁极端部电磁铁结构,但在线路运行过程中,出现电流分配不均、悬浮控制不稳的问题。分析了端部电磁铁悬浮控制稳定性差的原因,提出了一种端部电磁铁优化方案,并通过列车线路运行数据验证了优化后电磁铁方案的合理性。

关键词： 潜孔钻机   工作装置   有限元分析  

摘要： 某型潜孔钻机工作装置是钻机的主要承载部件,而钻臂是工作装置中的关键子部件。钻孔定位作业前,钻臂承受拉伸、压缩、扭转等载荷,受力情况复杂。通过对钻机进行工况分析,得到各种典型工况下的受力状态,再利用Abaqus进行有限原分析,得到钻臂应力、位移分布情况和模态分析结果,校核钻臂是否满足各种极限工况下的强度和刚度要求。通过计算,钻臂结构强度和刚度满足实际工程需要,不会出现疲劳安全隐患。

关键词： 双搭接   复合材料连接结构   钉载均匀化   钉孔间隙   组合优化策略   有限元   NLPQL算法  

摘要： 提出了一种基于最优曲线概念的钉孔间隙参数优化方法,该方法可以实现对任意双搭接复合材料连接结构钉载均匀化的快速寻优。本文针对钉孔间隙,将最优拉丁超立方算法和NLPQL算法相结合,采用组合优化策略,实现了连接结构螺栓的均匀承载。之后基于最优钉孔间隙的分布,提出最优曲线概念。并基于最优曲线,实现了对双搭接复合材料连接结构钉载均匀化的快速寻优。然后,分别针对拧紧力矩、螺栓个数、结构参数对最优曲线的影响,设计了多种连接结构,通过数值仿真,对最优曲线的适用性进行研究。研究表明利用最优曲线均可以将连接结构螺栓载荷最大程度均匀分布,对于六排螺栓连接结构可将承载能力提升达15%以上。

关键词： 地铁车站   地震损伤   土-结构相互作用   数值模拟  

摘要： 文章以大开地铁车站结构为研究对象,建立土-地下结构动力相互作用三维有限元模型,考虑竖向地震动的影响,计算分析了水平向与竖向地震动同时输入及仅输入水平向地震动两种工况的地铁车站结构地震响应。结果表明,计算的大开地铁车站地震破坏模式与实际震害调查结果吻合,竖向地震动对该地铁车站结构的地震损伤并无太大影响,造成该地铁车站结构地震损伤的主要原因是水平性地震动,但竖向地震动会显著增加结构中柱轴力。