关键词： 钢桁梁桥   加固顶升施工   有限元分析   刚度参数   温度参数  

摘要： 现有钢桁梁桥在运营过程中,因地质条件受损、桥梁本身的疲劳老化及锈蚀等,其结构刚度相较于初始状态会有所降低。以某既有钢桁梁桥为研究背景,通过现场采集应变及变形数据,对有限元模型进行验证,并基于刚度参数及温度参数变化,分析该桥在顶升施工阶段的结构受力特征。数值分析结果表明,在桥梁加固顶升过程中,桥梁结构变形受刚度损失及温度变化的影响较大;当整桥刚度分别折减10%、15%、20%时,桥梁最大变形量分别增加了12.5%、20.0%、25.3%;当温差为20℃时,桥梁竖向及纵向最大变形量分别为15.7、35.1 mm。研究结果可为同类钢桁梁桥的加固顶升提供一定的参考。

关键词： 古建筑木结构   有限元模拟   承载特征   柱脚   柱头燕尾榫  

摘要： 为提出宋式古建筑木结构的有限元模拟方法并揭示其承载特征,分析了与础石接触的柱脚和与普拍枋接触的柱头的转动特性,并给出了柱脚和柱头恢复力矩的显示表达式.研究了考虑普拍枋影响的柱头燕尾榫节点恢复力矩解析模型.并建立了宋式古建筑木结构弹簧-梁单元有限元模型,研究了此类结构的承载特征.结果表明:建立的模型可以较好地表征木结构的承载能力,当木结构向右侧变形时,竖向荷载由普拍枋左侧传递给柱头,由普拍枋右侧传递给柱头和阑额,普拍枋与柱头之间的压力随加载位移的增大而减小,普拍枋与阑额之间的压力随加载位移的增大而增大.木柱和柱头燕尾榫节点提供的承载能力是三种竖向荷载作用下木结构侧向承载能力的主要组成部分.三种竖向荷载工况下,木柱提供的承载能力均大于60%,木柱的承载能力贡献比随竖向荷载的增大而增大.

关键词： 交通工程   港口运输与能源融合   多场景规划   港口自洽新能源系统   混合整数规划模型  

摘要： 为了促进港口运输与能源融合发展,合理利用港口有限空间,配置新能源相关基础设施,最大程度实现港口的能源自洽,提出一种考虑运输需求与能源负荷优度耦合的港口自洽新能源系统多场景规划方法。首先,建立港口运输需求和能源负荷优度耦合关系,实现规划期内港口以小时为单位的分时负荷需求预测;然后,构建考虑系统设备配置和运行优化的双层混合整数规划模型,上层子模型以规划期内总利润最大化为目标,确定新能源设备的配置方案,下层子模型以能源供给可靠性最大化为目标,优化储能设备充放电运行策略;最后,针对港口接入中国国家电网的强、弱、无供给特征和系统并、离网运行模式以及有、无储能设备所形成的组合场景,应用所构建模型得到相关场景下港口自洽新能源系统规划方案并进行分析。研究表明:在强电网并、离网,弱电网并网和无网条件下,系统投资回报率均为正值,分别为113.89%、69.21%、33.64%和38.68%;弱电网离网条件下系统投资回报率仅为-10.70%;强电网并、离网,弱电网并、离网和无网条件下,年平均二氧化碳减排率分别为58.15%、58.59%、62.86%、66.11%和73.26%;在强电网并网和弱电网并网条件下,不需要配置储能设备,弱电网并网的供电可靠性为96.15%;在弱电网离网和无网条件下,分别配置9.69、11.20 MW的储能设备,供电可靠性达到100%。

关键词： 骨折   股骨颈骨折   内固定   生物力学   有限元分析  

摘要： 背景:目前临床上对于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的内固定选用仍存在争议,选择提供稳定固定强度的内固定是实现PauwelsⅢ型骨折固定的关键基础。目的:利用三维有限元分析法测试3种类型内固定应用于PauwelsⅢ型股骨颈骨折的生物力学强度差异,为其临床治疗提供借鉴。方法:使用一名健康男性志愿者的左股骨CT数据,在Mimics软件中重建出一个完整的股骨及其骨松质,运用Geomagic studio软件进行逆向建模,并在UG-NX软件中创建出倒三角空心螺钉、动力髋螺钉、股骨颈动力交叉钉系统;将3种内固定模型分别装配至股骨模型上;通过Hypermesh软件模拟PauwelsⅢ型股骨颈骨折;最后应用Abaqus软件进行有限元实验分析,分析比较不同内固定系统固定股骨颈骨折所产生的应力分布、应力峰值、应变情况及位移分布。结果与结论:①股骨近端骨块的应力主要分布在骨折端附近股骨颈下方区域,动力髋螺钉组的应力峰值最大,股骨颈动力交叉钉系统组最小;②内固定装置的应力分布主要集中在骨折线附近的螺钉表面,股骨颈动力交叉钉系统组的应力峰值最大,动力髋螺钉组最小;③股骨近端骨块的主要应变场分布于骨与螺钉接触的上表面区域,股骨颈动力交叉钉系统组的屈服应变最小,倒三角空心螺钉组最大;④内固定装置模型的主要应变场分布于股骨颈螺钉的上表面,股骨颈动力交叉钉系统组的屈服应变最小,倒三角空心螺钉组最大;⑤3种股骨颈骨折内固定模型中的股骨、近端骨块、远端骨块、内固定装置以及内固定与股骨整体的位移分布值均由近端到远端逐渐减小,其中股骨颈动力交叉钉系统固定组的位移峰值最大,动力髋螺钉组最小;⑥结果表明,在固定PauwelsⅢ型股骨颈骨折时,股骨颈动力交叉钉系统的应力分布更为均匀、力学传导特性更好,其承受了较低的屈服应变、较高的应力和较高的位移;具有相对更良好的生物力学稳定性,能为骨折的愈合提供优越的力学环境。

关键词： 非标准梁   架桥机   数值计算   局部稳定性   有限元分析   整体屈曲  

摘要： 非标准梁在吊装作业时,其吊点布局与标准梁存在显著差异,这一差异直接导致了架桥机的受力分布及潜在的最薄弱受力点的变化。为了确保架桥机在吊装过程中的安全性,需对架桥机的受力特点进行分析,并针对其最不利受力位置给出对应的局部加强方案。以螺溪洲大桥项目起吊35 m非标准梁为实际工程背景,采用Midas Civil软件进行有限元分析,对吊装过程中不同工况下架桥机的受力状态进行了数值模拟,通过分析架桥机主梁挠度与应力进而确定其最不利荷载工况。同时,天车在横梁上移动时横向无约束,这可能导致架桥机在偏载情况下发生侧向失稳,因而还需分析其在最不利工况下的整体屈曲强度与局部稳定性。结果表明:在最不利荷载作用下,架桥机主梁的最大应力为140.4 MPa,最大竖向变形为44.4 mm,相较于吊装32 m标准梁体时,其最大竖向变形增幅约12%,最大应力增幅约8%;架桥机整体安全稳定系数为12.8,局部稳定系数远小于整体安全稳定系数。为确保架桥机腹杆的局部稳定性,应对中间区段增设腹杆进行局部加强设计,防止腹杆发生局部屈曲失稳。

关键词： 橡胶减振元件   本构模型   有限元分析   力学性能  

摘要： 车辆在运行时经常处于动态工作环境,由于受循环载荷影响,会产生热量,影响其力学性能,故本文以轨道车辆悬架系统的减振为研究背景,选用具有超弹性特性的炭黑天然橡胶材料作为减振材料,并对其力学性能进行有限元仿真研究。首先,通过分析不同橡胶材料的力学特性,并结合实际应用工况,确定橡胶减振元件中橡胶的类型。根据选定类型橡胶材料的应力–应变实验测试关系,采用Ansys软件对其本构模型进行非线性拟合,通过残差分析确定橡胶的最佳本构模型及相应的模型参数。然后,采用Ansys软件对橡胶减振材料施加循环压缩载荷,研究橡胶减振材料压缩性能随振幅、频率和温度的影响。通过分析橡胶材料在不同激励和温度下的迟滞回线,计算橡胶元件在不同振幅、频率和温度下的刚度,获得其刚度随振幅、频率和温度的变化规律。

关键词： 大地电磁   非结构化网格   矢量有限元   三维反演  

摘要： 结构化六面体网格对地形起伏的模拟效果不好,并且会对网格外延区域进行不必要的加密.有限元法在对区域剖分的网格选择上比较灵活,可以采用非结构化网格对研究区域进行划分,更适合对起伏地形和复杂的地质构造进行模拟.因此,本文基于矢量有限元算法,采用非结构化变形六面体网格来实现大地电磁三维正演,既能较好的模拟地形起伏,也能对局部重点区域进行加密,减少外扩区域的网格划分数量,减轻计算量.通过对理论模型的正演试算,验证了程序的正确性.对于反演,采用高斯-牛顿算法,分别对平地、双峰和双谷地形的理论模型进行了反演试算,对比了带地形反演和不带地形反演的结果差异,最后对日本Kayabe地区的阻抗张量数据进行了反演.理论模型和实测数据的反演结果表明本文算法能够用于三维大地电磁反演.

关键词： 农用轮胎   有限元分析   牵引特性  

摘要： 以农用人字形轮胎和土壤耦合体为研究对象,采用有限元分析法构建轮胎与土壤耦合体的本构模型,开展农用轮胎-土壤接触耦合的动态仿真分析,获得载荷、胎压、滑转率、花纹参数及土壤条件下轮胎的牵引力和沉陷量变化规律。结果表明:农用轮胎在壤土和砂壤土上运行所需的牵引力随轮胎载荷、滑转率增加而增大,随胎压的增大而逐步减小,随轮胎花纹对数和花纹高度的增加而表现出先增大后减小趋势;农用轮胎在壤土和砂壤土上运行的轮胎沉陷量随载荷、滑转率增加而增大,随胎压的增大而逐步减小,随轮胎花纹对数和花纹高度的增加而表现出先增大后减小趋势;以轮胎牵引力最大为最优时,应取载荷12 000 N、花纹15对、花纹高度36 mm、滑转率25%、壤土、胎压40 kPa的参数组合;以轮胎沉陷量最小为最优时,应取载荷3 000 N、滑转率10%、壤土、胎压160 kPa、花纹高度17 mm、花纹9对的参数组合。

关键词： 径规划   力流   有限元法   杆单元  

摘要： 提出了一种基于力流和有限元法的路径规划方法,旨在解决复杂环境下全局路径规划的问题。将地图等效为由杆单元构成的桁架结构,在起点和终点处施加静定约束条件和相互作用力,通过捕捉点到点的力流解决避障和路径规划问题。力在物体中的传递遵循最短路径原则,因此力流路径不会偏离最优路径太远。根据上述原理设计了基于杆单元的路径规划算法,以简单桁架模型对路径计算过程进行详细演示,并分析了网格对计算效率的影响,证明了算法的可行性。在复杂迷宫地图中用本文算法与A*算法进行对比,结果显示本方法在大规模和复杂地图上具有优势,有限元法的网格构建方式比A*算法更自由,因此使计算规模更加容易控制。

关键词： Ti_(2)AlNb   GH4099   感应钎焊   有限元分析   温度场  

摘要： 为设计合理的感应线圈结构,并探究不同输入电流、加热时间对焊缝温度最大值的影响,选取适合的工艺参数,从而实现蜂窝板感应钎焊的高效率制备。本文建立了感应钎焊蜂窝板的有限元模型,设计了3种形状的线圈:螺旋形线圈、双回形线圈、M形线圈,并计算得到3种线圈感应钎焊蜂窝板的温度场分布,同时探究了不同工艺参数对温度最大值的影响规律。在模拟的基础上,对Ti_(2)AlNb合金和高温合金组成的蜂窝夹层结构进行钎焊试验,验证了感应钎焊Ti_(2)AlNb/GH4099蜂窝夹层结构具有良好的可行性。结果表明,螺旋形线圈在焊缝处的磁场更加集中,产生的电磁热更多,钎焊效率更高。螺旋形线圈更利于感应钎涂过程中产生大量电磁热,并且当电流为1000 A,加热时间为15 s时钎焊效率最高,且实验得到的Ti_(2)AlNb/GH4099蜂窝夹层结构力学性能优异。