关键词： 数值计算方法   内涵   有限元分析   教学方法  

摘要： “数值计算方法”不仅是理工科学生的必修课程,更是高层次科研型人才能力素质评价的关键标准。作为研究生开展科研工作和进行创新活动的前提,该课程是他们在实践中解决复杂工程问题的基础。针对工科研究生在数学理论和力学理论方面基础薄弱、难以理解相关理论的现状,文章提出了一个内涵式教学方法,并通过有限元实例进行剖析和讲解。该方法有助于学生理解理论知识,以加强其对数值计算方法的深层次理解,在激发学习兴趣、提高教学效果、培养学生的独立思考和创新能力方面具有重要意义。

关键词： 滑动轴承   风电轴承   激光熔覆   孔隙率   摩擦系数   有限元分析  

摘要： 通过微观组织平均视场法测定了风电齿轮箱行星轮滑动轴承CuSn12Ni2激光熔覆涂层的孔隙率,开展了干摩擦和油润滑条件下不同孔隙率涂层的摩擦磨损试验,运用Archard磨损公式并基于UMESHMOTION子程序在ABAQUS有限元软件中模拟了不同孔隙率涂层的摩擦磨损过程。研究结果表明:在干摩擦和油润滑条件下涂层的磨损形式为黏着磨损和磨粒磨损,孔隙率越高涂层磨粒磨损越明显;10,20 N载荷下涂层磨痕位置硬度增幅、磨损深度、磨损宽度、磨损率与孔隙率呈正相关,涂层表面硬度、摩擦系数标准差、摩擦系数平均值与孔隙率呈反相关,孔隙缺陷降低了涂层的摩擦磨损性能;30 N载荷下不同孔隙率涂层摩擦系数标准差、摩擦系数平均值较为接近;载荷越大,孔隙率对涂层摩擦磨损性能的影响越小。

关键词： 异构众核   分布式存储   区域分解   混合并行   缩聚  

摘要： 为减小利用异构众核分布式存储计算机并行求解大规模、超大规模系统结构动力学有限元问题对计算效率造成的损失,在区域分解法的基础上,提出了一种结构动力学有限元混合分层并行计算方法。在该方法中,引入计算过程数据的分布式存储提升数据的内存访问效率。为了弥补传统区域分解法界面方程规模随子区域增加造成通信开销增加的缺点,采用基于网格区域和求解算法区域的混合并行分区,从而降低界面方程的规模,大幅度减少界面方程的求解时间。利用计算过程的三层并行实现计算节点间通信、异构群组间通信与异构群组内通信分离,从而有效提高了通信效率。因此,该方法能够充分利用国产异构众核分布式存储计算机的体系结构特点提升大规模、超大规模系统结构动力学并行计算效率。通过对基准实例的求解,验证了该计算方法的有效性和优越性。

关键词： 碳纤维   环氧树脂   有限元   疲劳断裂   损伤演化  

摘要： 为探究纤维增强树脂基复合材料疲劳寿命预测和损伤演化问题,通过复合材料层合板拉伸和疲劳实验,获得了4种不同循环应力下碳纤维/环氧基平纹织物层合板的疲劳数据,并以此建立了一种织物层合板的疲劳模型。采用有限元方法分析了层合板的失效过程和性能退化,模拟了织物层合板的疲劳寿命和损伤扩展过程。利用超声波C扫、超景深显微镜和扫描电子显微镜观察疲劳断口形貌及内部损伤,并与仿真结果对比,研究了纤维增强复合材料疲劳损伤演化和断裂机理。结果表明,复合材料层合板疲劳损伤演化主要分3个阶段。在疲劳初期,层合板两侧边表面最先出现层内分层和基体裂纹;中期损伤扩展加快,损伤形式主要以层间损伤为主;末期层合板内严重分层,裂纹趋于饱和,大量纤维断裂,性能迅速退化;最后,损伤贯穿整个横面,发生疲劳断裂。

关键词： 股骨   股骨颈骨折   空心螺钉   实心螺钉   有限元分析   生物力学  

摘要： 通过有限元分析方法,探讨在Pauwels II型股骨颈骨折中应用传统实心螺钉及低刚度空心螺钉的生物力学差异,为低刚度空心螺钉的临床应用提供参考。基于1例老年男性股骨颈骨折志愿者的股骨二维CT影像数据,利用Mimics软件进行股骨三维模型重建,采用Geomagic软件对模型进行平滑降噪处理,随后采用Solidworks软件建立2种内固定螺钉的三维模型,与股骨骨折模型进行装配。最后,采用Abaqus软件按照单足站立状态下的实际生物力学状态设置载荷及边界条件,完成有限元模型的建立及分析。研究结果表明:采用空心螺钉和实心螺钉的内固定模型上各螺钉应力峰值的标准差分别为12.71 MPa和85.34 MPa,股骨远端应力峰值分别为78.72 MPa和79.64 MPa,股骨整体位移峰值分别为2.020 mm和2.086 mm,骨折面应力峰值分别为216.4 MPa和210.2 MPa;空心螺钉可使多螺钉间应力分配更加均匀,提高螺钉承载能力及疲劳寿命;空心螺钉组股骨具有更小的应力及位移,表明其具有更强的稳定性;采用空心螺钉组时,骨折面附近应力小幅度提高,对骨折愈合起到促进作用。

关键词： 集中供热系统   换热站特性   水力热力辨识   最小二乘法   梯度下降  

摘要： 集中供热系统的运行能效主要受其水力热力特性的影响,换热站作为连接热源、热网和热用户的枢纽,是分析系统水力热力特性的关键,站内设备的长期运行性能衰减会导致供热系统整体能耗升高、能效下降,因此有必要对站内设备的运行性能进行诊断.基于换热站实测运行数据,分别采用最小二乘法和梯度下降对站内主要设备包括换热器、循环泵和调节阀的性能曲线进行了辨识,从而构建了集中供热系统的水力热力特性计算方法,全面分析了某典型换热站主要设备性能衰减情况和能耗水平,对主要设备运行性能进行了评估,并对设备维护的经济性和碳减排效果进行了计算.结果表明:换热站内主要设备性能存在不同程度衰减,其中换热器传热系数由1.00 kW/(m^(2)·K)下降至0.64 kW/(m^(2)·K),循环泵标况扬程由22.4 m下降至17.3 m,调节阀流通能力由183.0 t/h下降至82.4 t/h,且阀门整体开度较低,以上问题导致了系统整体能耗的增加;为消除气候变化对集中供热系统能耗分析的影响,结合度日数和实际供热面积,对系统能耗进行评价,与标准年相比,测试年采暖季同期平均热耗和电耗分别增加了0.86 GJ/(104 m^(2)·℃·d)和2.38 kW·h/(104 m^(2)·℃·d);对主要设备进行清洗和更换后,集中供热系统采暖季诊断时间内的同期累计电耗可降低16.3%,全生命周期内CO_(2)排放量可减少128.5 t.

关键词： 双馈风力发电机   风力发电   设计方案   有限元分析  

摘要： 直冷双馈风力发电机(direct cooled doubly fed wind turbine generator,DCFG)作为风力发电系统中的核心部件,其性能和效率直接影响着整个系统的运行和发电能力。对兆瓦级直冷双馈风力发电机的结构和工作原理进行深入分析,并结合设计理论给出电机精准设计方案,在此基础上,利用有限元方法验证了设计参数的可行性和有效性。仿真结果表明,直冷双馈风力发电机的设计方案切实可行,能够实现风力发电系统高效率运行。

关键词： 多部位损伤   裂纹分布   有限元分析   相互影响因子   裂纹扩展寿命  

摘要： 机翼蒙皮处的多部位损伤危及结构的完整性,随着裂纹的扩展,多部位损伤结构裂纹的相互作用增强,给飞机的安全和寿命带来极大考验.为研究裂纹分布模式及结构参数对裂间相互作用的影响规律,开展基于FRANC3D对多部位损伤结构裂纹尖端相互影响因子的仿真研究.通过对比共线双侧等长疲劳裂纹的实验与仿真分析结果,验证了该方法的有效性;再对不同模式的共线多裂纹的疲劳裂纹扩展进行模拟,分析了各种模式下裂纹扩展的影响规律,对多部位损伤结构裂纹扩展分析和损伤容限设计具有一定意义和工程应用价值.

关键词： 外倾式钢管拱桥   屈曲稳定理论   有限元分析  

摘要： 以线弹性理论为基础,采用Midas Civil有限元程序建立外倾式钢管拱桥上部结构空间模型,进行全桥各工况静力分析,并分析成桥阶段满载工况下的外倾式主拱稳定性,以期为外倾式钢管拱桥设计提供参考。

关键词： 高柔性   拖链电缆   结构优化   有限元分析  

摘要： 传统的拖链电缆在经过长时间使用和高频弯曲以后会出现磨损、断裂等方面的问题,对设备正常运行和使用寿命产生不良影响。基于此,归纳拖链电缆使用现状及存在的问题,并探究新型结构优化设计方案以适应复杂多变的工业应用环境。同时,采取有限元分析方法对电缆结构优化后的情况展开模拟验证,结果表明,高柔性拖链电缆结构能有效延长电缆使用寿命和提升性能稳定性。