关键词： 弹性车轮   优化设计   疲劳寿命   敏度分析   有限元  

摘要： 弹性车轮是城市轨道交通低地板有轨电车的重要组成部分，为了提高弹性车轮服役疲劳寿命，本文基于撕裂能理论，应用ABAQUS、FE-safe和Isight软件，对弹性车轮橡胶元件进行有限元建模、优化设计和疲劳寿命研究。首先，基于裂纹能量理论，研究了橡胶材料的疲劳特性，建立弹性车轮橡胶元件有限元模型并进行数值模拟计算，结果表明弹性车轮的刚度和疲劳寿命均未达到设计要求。其次，基于正交数值试验和Sobol模型，提出了一种改进的灵敏度分析方法，以最小应变为优化目标，选用改进灵敏度分析方法确定的结构参数为设计变量，建立二阶响应面模型，采用自适应多岛遗传算法对刚度约束条件下的弹性车轮橡胶元件进行单目标多因素优化设计，并对优化弹性车轮进行有限元数值模拟分析，结果表明优化弹性车轮结构的疲劳寿命比原弹性车轮结构提高了30%，优化弹性车轮的刚度和疲劳寿命均满足设计要求。最后，对优化弹性车轮分别进行径向加载试验和疲劳试验，结果表明有限元计算刚度曲线与试验刚度曲线吻合，且经历设计疲劳周次载荷循环的优化弹性车轮，其结构保持完整，验证了有限元模型和疲劳寿命数值模拟的有效性。

关键词： 煤层建模   地质保障系统   地质建模   空间插值   隐式建模   径向基函数  

摘要： 在煤炭透明地质系统建设中，对具有复杂交叉断层网络的煤层地质体进行自动建模以及模型动态更新是一项极具挑战性的任务。为解决具有复杂断层网络的煤层地质建模问题，在非平稳地质统计理论和隐式建模势场插值理论的基础上，创新性地提出了一种融合外部漂移的RBF径向基函数插值理论和融合断层势场的煤层地质体三维自动建模方法。该方法可以对具有大量不同类型交叉断层网络的复杂煤层地质体进行高效自动建模，并满足断层运动特征和断层影响范围等地质规则约束，这对煤层地质精准建模具有重要应用价值。提出的隐式建模方法分为以下几个步骤：(1)在断层插值约束方面，通过推导融合外部漂移的径向基函数插值公式，提出了融合断层势场的径向基函数插值理论与方法。(2)在断层势场表示方面，首次引入断层线势场来定义断层影响范围，可以插值不同类型断层与煤层间的不连续插值趋势和光滑过渡趋势。(3)在断层网络定义方面，基于图论的思想采用有向图来表示断层网络之间相互影响的拓扑关系，并进而构造断层势场组合关系来定义断层网络之间的截断交叉关系。(4)在模型曲面重构方面，采用保证几何精度的CDT约束Delaunay三角剖分方法实现了断层线的保特征插值和保特征重构，以确保隐式曲面重构得到网格质量可靠的TIN网格模型，从而无需进行网格后处理操作。基于以上方法，开发了面向煤炭地质保障系统的三维煤层地质体模型自动建模系统。系统支持复杂断层网络拓扑关系的自动构建，可以极大地提高煤层地质体隐式建模的效率。为了测试融合外部漂移的径向基函数插值方法的插值效果和融合断层势场的煤层地质体建模方法的建模效果，以多个矿山真实数据集为基础，验证了融合复杂交叉断层的煤层地质体隐式建模方法的可靠性。

关键词： M16螺栓   疲劳断裂   Paris公式   疲劳寿命   断口定量反推   有限元验证  

摘要： 准确预测螺栓的疲劳寿命对于保障工程安全和制定维护计划至关重要。Paris公式是疲劳分析中广泛认可的模型,本研究旨在通过对压力容器中的10.9级螺栓进行疲劳断裂分析来着重探讨Paris公式在疲劳寿命计算中的重要性,并验证Paris公式在预测失效方面的准确性。本文进行了化学元素分析、金相组织分析和电镜观察,通过测量疲劳条带并对疲劳条带宽度进行数据拟合反推两个螺栓断口的疲劳寿命。结果显示#1螺栓的裂纹扩展寿命为17 251个循环,#2螺栓为19 549个循环。有限元模型验证结果表明#1螺栓的裂纹扩展寿命为16 228个循环,#2螺栓为18 525个循环,与实验数据吻合良好,仿真模拟得到的疲劳寿命与计算结果的相对误差不超过6%。研究表明,Paris公式在特定情境下具有准确预测螺栓失效的重要意义,为提高结构件的安全性提供了可靠参考。

关键词： PHC管桩   拉-剪试验   轴向荷载   有限元分析   抗剪承载力  

摘要： 本文完成了4根PHC管桩的拉-剪足尺静载试验，考虑了管孔混凝土填芯、截桩及轴向荷载等因素。在拉-剪试验基础上，建立了PHC管桩三维有限元分析模型，研究了6种加载级的轴向拉力荷载、是否填芯及是否截桩等因素对桩身抗剪承载力的影响。通过分析桩身混凝土应变、填芯箍筋应力、管桩跨中位移及桩头倾角与荷载的关系，得到桩身抗剪承载力变化规律。研究结果表明：拉-剪受力状态下，混凝土填芯试件的桩身开裂剪力与极限剪力平均值高出空芯试件36.30%和21.79%，加强效果显著；截桩对桩身开裂剪力削弱幅度最大为11.56%，而对桩身极限剪力影响较小；增大轴向拉力会加重桩身受剪破坏程度，每340kN轴向拉力平均削减桩身抗剪承载力11.58%。基于试验与数值模拟结果，较好的验证了轴向拉力作用下的桩身抗剪承载力计算公式，可为工程应用提供理论依据。

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： 桥梁工程   苍容浔江特大桥   桩墙组合锚碇   沉渣厚度   承载性能   数值模拟   有限元分析  

摘要： 沉渣效应是施工过程中泥浆、细粒土等沉积在基础底部,导致基础承载力下降和沉降量增加的重要因素。采用PLAXIS 3D有限元软件对苍容浔江特大桥桩墙组合锚碇进行数值模拟,分析不同沉渣厚度(0 cm、5 cm、10 cm、20 cm)对桩墙组合锚碇的内力和变形特性的影响。结果表明,随着沉渣厚度增加,桩墙组合锚碇的轴向力显著降低,剪力和弯矩显著增加,整体变形量增大。这表明沉渣厚度对桩墙组合锚碇的承载性能具有显著影响,需在工程设计和施工中充分考虑。研究结果为相关工程的设计和优化提供了重要参考。

关键词： 激光选区熔化   三周期极小曲面   多层级结构   有限元分析   力学性能  

摘要： 三周期极小曲面(TPMS)结构因其优异的力学性能，在航空航天领域关键零件轻量化方面展现出广阔的应用前景。为有效增强TPMS结构力学性能及其轻量化程度，本文提出一种基于应力场引导的多层级TPMS点阵结构设计优化方法，设计出多层级Gyroid点阵结构，并采用激光选区熔化技术制备了相应的点阵结构，并与体积分数相同的初级Ti6Al4V Gyroid点阵结构进行了对比研究。在此基础上，通过有限元模拟和压缩试验，系统研究了多层级Gyroid点阵结构的压缩性能、变形行为和能量吸收性能。结果显示，与相同体积分数的初级Gyroid点阵结构相比，多层级Gyroid点阵结构压缩性能显著提升，其弹性模量、屈服强度和极限强度分别提高了约36.52%、58.55%和57.62%，能量吸收能力提升了约42.85%。此外，与初级Gyroid点阵结构在斜压杆中心区域的45°剪切断裂模式不同，多层级Gyroid点阵结构初期在填充区域发生层状断裂，随后在未填充区域的斜压杆中心区域发生45°剪切断裂。基于Johnson-Cook塑性模型和损伤模型所建立的有限元模型能够准确预测多层级Gyroid点阵结构的变形行为和力学性能，其预测误差在20%以内。本研究所设计的多层级Gyroid点阵结构具有优异的力学性能和能量吸收能力，为航空航天领域高性能轻量化零件优化设计与制造提供了新的思路与技术支持。

关键词： 不确定度评定   Top-down法   GUM法   中间精密度   镍基高温合金   IN718   电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)   铌  

摘要： 测量不确定度可直观地体现测定过程的质量控制水平,随着国内GB/T 22553等标准的发布实施,Top-down法越来越受到重视。分别基于Top-down法和GUM法对IN718镍基高温合金中铌含量测定的不确定度进行评定和比较,发现以Top-down法中再现性标准差sR评定的不确定度明显高于GUM法评定的结果。对近年金属材料不确定度评定相关文献进行分析,使用简化Top-down法,利用中间精密度评定的不确定度与GUM法评定的不确定度的比值U（Rw）/U（w）经稳健统计方法处理,稳健平均值为1.20,稳健标准偏差为0.48,说明两种方法的评定结果一致性良好。与GUM法相比,简化Top-down法无需识别称量、标准物质、重复性等分量,无需进行繁琐的计算与合成,评定过程简单、易操作,该方法的使用能够帮助实验室方便快捷的评定不确定度,促进实验室质量控制水平的提升。

关键词： 全钢载重子午线轮胎   带束层   钢丝帘线   有限元分析  

摘要： 基于Abaqus软件，建立出现肩空现象的12R22.5 18PR全钢载重子午线轮胎的有限元分析模型，对不同带束层宽度轮胎进行仿真对比，分析带束层和胎肩垫胶部位最大Mises应力和最大应变能密度梯度、接地面积、最大接地压力等指标。结果表明，1#,2#,3#和0°带束层宽度分别为185,205,120和29 mm为最优方案。

关键词： 沥青路面   黏弹性   力学响应   广义Maxwell模型   有限元分析  

摘要： 为探究车辆荷载作用下沥青路面黏弹性力学响应,室内成型4 cmAC-13C和6 cmAC-20C组合式沥青混合料试件,通过单轴压缩试验获取沥青混合料广义Maxwell模型参数,建立三维有限元模型,得到车辆荷载作用下沥青路面力学响应。研究结果表明:广义Maxwell模型能较好地表征沥青混合料蠕变行为和沥青路面高温变形情况,随着温度上升,材料变形速率越快且最终变形量也越大,路面表面弯沉值、沥青层底横向应力值、路基顶面变形值在加载初期都会快速增大,三者增大速率均会随时间递减,在一定时间后都趋于平稳,不同加载水平和温度条件对路面表面弯沉值和沥青层底横向应力值随时间变化情况有较大影响,对路基顶面变形值几乎没有影响。