关键词： 有限元   磁流体动力学   无散条件   Euler方法  

摘要： 本文对理想磁流体方程建立了一个有限元.该有限元在时间上采用隐式欧拉离散，并利用Picard线性化方法进行解耦和线性化处理，在空间上则分别采用连续分片线性元逼近密度、流速及压力，用NE0元和RT0元逼近电场和磁场.此外，该有限元还添加了稳定项，以弥补缺失的耗散项.本文证明，半离散格式是无条件能量稳定的，全离散格式能够保持磁场无散条件.数值算例验证了有限元的收敛性、能量稳定性及其保持磁场无散条件的能力.

关键词： 有限元   刚度矩阵   反问题   损伤识别  

摘要： 结构的振动信息是损伤识别中关键的原始资料，为了能更好确定结构的损伤情况，本文采用泛函分析中魏氏逼近原理对结构模态反问题进行研究，提出一种新的基于结构振动信息的损伤识别方法。该方法通过建立结构模型的整体刚度矩阵及质量阵，结合矩阵特征值，构建结构频率关于损伤变量的偏导数，在此基础上，推导出损伤前后频率、振型、损伤程度和损伤位置之间的关系式，进而根据结构已知的振动信息确定损伤位置或损伤程度。以悬臂梁为例的数值结果表明：基于魏氏逼近原理构造的新型损伤识别方法对结构一阶模态的识别效果较好，可以准确识别损伤状态，验证了该方法的可行性与有效性，具有一定的工程实践意义。

关键词： 塔式起重机   有限元仿真   Kriging近似技术   有限元修正方法  

摘要： 研究塔机一类复杂机械结构时,有限元模型计算结果与真实结构的力学响应存在着一定的偏差,有限元模型修正方法可以在一定程度上减小这种偏差.针对既有塔机主结构的有限元建模进行研究,通过选取合适的模型参数,构建真实塔机结构的仿真模型,结合Kriging近似技术,利用实测塔机数据对该仿真模型的参数进行修正,得到修正的塔机有限元模型.通过对比真实塔机与修正模型的力学响应数据,验证了对于既有塔机主结构有限元模型的建立问题,基于Kriging近似技术的有限元模型修正方法是有效的,并得到了可以再现实际塔机载荷变形情况的有限元修正模型.

关键词： 平面应变   永磁辅助同步磁阻电机   转子磁障   陶瓷棒   有限元分析  

摘要： 在追求高效节能的现代工业背景下，永磁辅助同步磁阻电机（PMaSynRM）融合了同步磁阻电机和永磁同步电机的优势而备受瞩目。为优化转子磁障支承结构，提升PMaSynRM转子结构分析的精确性，利用转子铁心的轴向层叠特性，开展进行基于平面应变理论的整体转子拓扑结构分析。在确保电磁特性一致性的基础上，对比分析了铜楔和陶瓷棒两种转子磁障支承方案。通过有限元分析（FEA），考察外圈隔磁桥的主应力分布，揭示了以切向应力为主的最大应力特征。研究发现，相较于铜楔支承，采用高弹性模量和强抗压性能的陶瓷棒复合材料，能在首层磁障区域与径向磁通路径间构建类似力传递闭合环结构，显著降低转子外圈隔磁桥受力，增强转子冲片结构的支承刚性。电磁仿真验证了两种支承方案在电磁性能上的等效性，确保了电机设计的一致性。为验证优化方案的有效性，研究团队制造了样机并进行了测试，采用陶瓷棒方案的转子在相同转速下展现出更优的动平衡性能，证明了陶瓷棒支承方案在提高转子机械强度和降低应力集中方面的优越性。通过采用高性能的陶瓷棒结构作为磁障支承材料，显著提升转子机械强度和刚性。这些研究成果不仅为PMaSynRM转子拓扑结构的优化提供了理论依据和实践指导，也为该类型电机在轨道交通行业的应用提供了宝贵的经验。

关键词： 风光耦合   场景生成   频谱分析   混合储能配置   波动容纳  

摘要： 为了解决分布式风光互补系统在耦合出力时对波动性刻画的不准确，以及混合储能系统对电源侧波动的容纳特性不明显的问题，提出一种考虑多场景规划下混合储能平抑风光耦合出力波动的方法。首先，基于Copula理论生成风光耦合出力的出力场景，以此来刻画电源侧耦合出力的波动情况，并将场景功率与风光总功率的差值作为产生波动的扰动功率。其次，通过扰动功率确定混合储能的目标功率，采用快速傅里叶变换及其逆变换对多场景下的扰动功率进行频谱分析以确定各储能单元的承担功率。最后，以混合储能的运行周期成本最小为目标函数建立优化模型，采用罚函数改进的粒子群算法进行求解计算。算例结果表明：基于多场景规划的混合储能容量配置能够有效的对电源侧的扰动功率进行调频，其调频能力会随着扰动功率变化的复杂程度加剧而增强，同时扩大对风光耦合出力的波动容纳程度，提升风光互补系统的安全应用效益。

关键词： 土体大变形   稳定节点光滑有限元法   隐式有限元框架   自适应网格重划分   任意拉格朗日-欧拉法  

摘要： 岩土工程常涉及土体大变形问题，采用基于小变形假设的有限元法对其进行分析会产生较大计算误差或因网格畸变而导致计算中断。分解任意拉格朗日-欧拉（ALE）法将网格变形与材料变形分离，分别执行更新拉格朗日（UL）步与欧拉步以便克服网格畸变引起的计算精度降低或计算终止问题。将稳定节点光滑有限元（NsFEMstab）法与ALE法相结合，提出一种新的NsFEMstab-ALE法，并提出一种用于网格自适应调整策略的动态布点法。以刚性基础地基大变形问题为例，对NsF EMstab-ALE进行检验，数值结果表明：（1）基于网格自适应调整策略的动态布点法能够有效解决大变形引起的网格畸变问题，实现网格疏密平滑过渡，确保大变形模拟过程中整个网格单元具有良好质量；（2）应用NsFEMstab-ALE法时，能够获得与参考文献相符荷载-位移响应曲线以及合理的等效塑性应变云图和网格变形图。

关键词： 离散单元法   UDEC   水力压裂   裂缝扩展   地层尺度   坚硬顶板  

摘要： 坚硬顶板水力压裂卸压开采技术已成功解决了我国煤矿厚硬顶板难垮致灾问题，其中，地层尺度“水力压裂+卸压开采”耦合数值计算是揭示坚硬顶板卸压-运移规律、优化施工参数的重要途径。本文采用离散单元数值计算软件，分析了小尺度岩体水力压裂参数，提出了“水力压裂+卸压开采”耦合实现方法，通过分离式求解组装计算流固模块，提升了地层尺度高密度网格模型的计算效率，并开展了相应的工程算例分析。结果表明：试样小尺度水力压裂曲线可分为水压积聚期、裂纹扩展期、裂纹平缓扩展期等阶段；增大压裂液排量有利于形成复杂水力裂缝。水力裂缝与层理弱面相互作用时，出现止于层理面滤失、穿越层理面扩展、滤失后继续穿越扩展等现象。将地层尺度水力压裂张拉裂隙的精准位置分离出来，重新嵌入固体力学模块，建立了地层尺度模型“水力压裂+卸压开采”高效计算方法。通过坚硬顶板水力压裂卸压开采算例分析表明，硬岩中水力裂缝以垂向发育为主，遭遇层理面后，主要表现为层间滤失现象，也会出现穿层扩展、扭转等情况。水力压裂卸压后，坚硬顶板垮断更早、垮冒更充分，采空区压实程度更高，促使悬顶结构得到改善。最后，探讨了坚硬顶板水力压裂卸压开采升尺度模拟的必要性、优化性和扩展性。

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： 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。