关键词： 有限元分析   航空航天应用   实践教学   "项目式"教学   课程改革  

摘要： 《有限元及其应用》课程是一门强理论重实践的数值分析计算课程,是各类工程问题分析的重要方法.针对课程目前存在的重理论轻实践的教学问题,该研究采用"项目式"学习小组的方式进行实践课程改革,授课教师将航空航天科研项目进行拆分,引入实践课堂.学生通过小组探究等自主学习,形成研究报告并进行翻转课堂成果汇报,提升课程学习实效.为适应实践教学改革,课程采取多元化过程性考核方式,对项目实施过程进行评价.通过课程教学改革,巩固了学生的理论知识,培养了学生学以致用的实践能力,进而提高学生运用所学知识去分析和解决实际工程问题的能力,实现以学促用、以用促学、学用相长的教学目标.

关键词： GFRP管   组合结构   轴压性能   有限元分析  

摘要： 本文旨在研究纤维增强复合材料（GFRP）钢骨混凝土短柱在轴压作用下的力学性能。对6根采用不同组合形式的GFRP管钢骨混凝土短柱进行了轴压试验，并利用ABAQUS建立GFRP管约束十字形钢骨混凝土柱的力学模型进行参数分析。研究不同截面形式、钢骨腹板间距、长细比、纤维缠绕角度对构件的轴压力学性能的影响规律。试验结果表明：有加劲肋的新型钢骨混凝土柱的极限承载力较传统十字型钢骨混凝土柱提升约6%；随着钢骨腹板间距的增加，组合柱的极限承载力得到显著提高；增加长细比组合柱的极限承载力和刚度也随之减小；采用单层纤维缠绕角度0°的构件的极限承载力比采用纤维缠绕角度45°的构件增长39%，但构件的初始刚度几乎没有影响；同时发现交替排布的纤维缠绕角度的极限承载力及刚度没有明显的变化规律。

关键词： 平齐端板节点   力学性能   拟静力试验   有限元分析   端板厚度  

摘要： 为研究端板厚度小于规范构造要求的钢框架平齐端板节点力学性能，设计制作了6个钢框架平齐端板节点试件并进行了拟静力试验，对节点的破坏模式、极限抗弯承载力、滞回性能、耗能能力、延性系数和中和轴位置进行分析。结果表明：节点的主要破坏模式为端板翘曲、柱翼缘屈曲和螺栓破坏；极限抗弯承载力和延性系数均随端板厚度、柱翼缘厚度和螺栓直径的增加而提高；滞回曲线均表现出显著的捏缩现象；采用6个高强螺栓（M14或M16）的节点通过合理布置，其耗能能力大于采用4个M20高强螺栓的节点；节点端板中和轴位置靠近受压梁翼缘与规范具有一定差异。通过有限元分析进一步研究了端板厚度、柱翼缘厚度和螺栓直径对节点极限抗弯承载力和延性系数的影响。结果表明：端板厚度小于构造要求时，其厚度每增加2 mm，节点极限抗弯承载力提高3.71%；螺栓小直径于M24时，其直径每增加2 mm，节点延性系数提高36.66%，并在直径为M24时达到最大值。

关键词： 开孔双钢板剪力墙   钢管加劲肋   有限元分析   滞回性能   耗能能力  

摘要： 为改善钢板剪力墙滞回性能，使其具备稳定耗能能力，提出了一种管肋开孔双钢板剪力墙。利用Abaqus有限元软件建立了包括管肋（开孔）双钢板剪力墙在内的7种不同类型钢板剪力墙的有限元数值模型，对其破坏模式、滞回性能、承载力、刚度和耗能能力等方面进行了对比分析。结果表明：在墙体钢板横截面总厚度一定的情况下，管肋双钢板剪力墙具有较高的承载能力和良好的滞回性能；钢管作为板间加劲肋，通过合理布置能够对两侧的墙面板起到较好屈曲约束的效果，面外变形较小，同时减小了由于墙面板预开孔洞造成的承载力、强度和刚度的损失；使用圆形钢管或方形钢管作为加劲肋对墙体承载能力影响较小，但使用方形钢管具有较好的屈曲约束效果和耗能能力；使用方形钢管作为管肋开孔双钢板剪力墙的加劲肋时综合性能最优。

关键词： 高压SiC器件   隔离取能装置   低耦合电容   电流互感器  

摘要： 高压碳化硅（SiC）器件驱动电路的隔离电源面临更高的dv/dt冲击，极易引起强共模干扰而导致器件失效。高频电流互感器（HCT）型取能是一种新型高压SiC器件隔离取能方法，但是其耦合电容与结构参量关联特性不清，难以有效提升抗dv/dt性能和实现小型化。该文首先构建了HCT型隔离取能结构的三维仿真模型，系统性探究了其关键结构参量（隔离距离、偏心位置、绕组绕制方式、匝数等）对耦合电容的影响特性；然后，提出了HCT型取能结构多参量影响下的耦合电容优化方法，同等体积下达到耦合电容最小；最后，通过实验验证了所述方法和所研装置的有效性。结果表明，仅通过调整HCT型隔离取能结构穿心位置可降低约20%的耦合电容，所研取能装置隔离容值仅为0.74 pF，比传统设计和同类商品分别降低了55%和70%，最大无局部放电电压达到15.5 kV。

关键词： 转炉   耐火材料   结构设计   有限元分析   热应力集中  

摘要： 近年来,由于市场对高品质洁净钢的强烈需求,加速推动转炉炼钢不断朝大型、高效、洁净与绿色化发展.为契合当前冶炼技术发展、提高转炉耐火材料整体使用寿命,采用ANSYS软件的热-结构耦合模块,对传统"翻身砖"式转炉熔炼区耐火衬体的温度场与应力场进行了有限元分析计算.根据计算结果提出了炉衬设计优化方案,并对该方案进行有限元分析验证和工业化应用.结果表明,传统转炉熔炼区耐火衬体在第一、第二转向区发生了严重的热应力集中现象,并对应形成热应力峰值,其中第一转向区峰值最大,高达153.56 MPa,约为镁碳砖固有强度的10余倍.针对传统熔炼区热应力集中问题,创新采用"双圆弧砌体""面-面衔接"等先进结构元素和"应力吸收缓冲层"设计理念,提出并实施了"DC-P"结构优化设计方案;再次利用ANSYS方法对其进行分析时,发现该创新结构可有效将熔炼区耐火衬体工作面最大热-结构耦合应力降至8.5 MPa以下,并未在第一、第二转向区出现热应力"双峰",达到了预期效果.将"DC-P"结构设计方案整体应用于国内某260 t转炉后,该转炉炉衬底角始终保持圆滑过渡形貌,全炉役未现"底角深坑";与"翻身砖式"炉衬相比,整体炉龄提高36％,平均耐材单耗下降33％,可较好地满足高品质洁净钢冶炼技术需求.本研究提出的"DC-P"式转炉熔炼区耐火衬体结构设计具有良好的推广应用前景.

关键词： 船载望远镜   跟踪架   有限元分析   模态测试  

摘要： 为深入了解船载大口径望远镜跟踪架结构的稳定性，以典型的地平式望远镜跟踪架为基础，对其稳定性进行研究。根据设备在船载、舰载情况下所承受的外部载荷，将外部载荷参数化并输入有限元软件。利用前处理软件联合有限元软件对其在静态风载下的结构变形进行分析。然后对结构固有频率进行求解，提出一种计算简单的响应谱分析计算代替冗杂的随机响应分析，进而对动态风载和海浪激励下的设备进行稳定性分析。根据分析结果得出的应力和形变值，确保船载望远镜跟踪架在理论上满足船载条件下的强度要求和设计精度要求。在静态风载作用下，求解得到跟踪架结构的最大应力值约为14.07 MPa，小于钢的屈服强度355 MPa；最大形变量约为0.02 mm，小于设计精度误差同轴度Φ0.1 mm；求解1～6阶固有频率模态值为40.15、49.65、66.86、82.93、91.38、115.89 Hz；在动态风载作用下，求解得到结构应力峰值为3.92 MPa，最大形变量为0.01 mm；在海浪激励作用下，结构应力峰值为5.88 MPa，最大形变量为0.02 mm；均小于钢的屈服强度和设计精度误差同轴度。模态测试试验得到的模态值与计算模态值误差均在10%内，结合理论仿真和实际试验，该跟踪架结构可在船载条件下正常工作。

关键词： 结构设计   刚构体系   静力性能   有限元分析  

摘要： 本文以颍河特大桥为工程背景,分析了全桥的结构设计及施工方案的关键技术,并基于成桥状态,利用MIDAS软件对主桥进行静力性能分析.结果表明:数值模型的静力性能分析结果均满足规范要求,结构各项性能指标符合设计预期,颍河特大桥受力性能良好.

关键词： 7075-T6铝合金   有限元分析   整体失稳   局部初始几何缺陷  

摘要： 为了研究7075-T6铝合金方管的轴心受压承载力，制作了9根试件进行轴心受压试验，得到了试件的极限承载力、破坏模式、荷载-轴向位移曲线。建立试件有限元模型，进行有限元数值分析，与试验数据对比，论证有限元数值分析的有效性。采用有限元数值分析进行参数化分析，提出了适用于7075-T6铝合金方管的φ-λˉ曲线。讨论了随相对长细比变化时，局部屈曲对承载力的影响。结果表明，7075-T6铝合金方管具有一定的延性；建立的有限元可以精确模拟试件加载的全过程以及极限承载力；文中提出的φ-λˉ曲线准确性比弱硬化曲线更好；对于同种截面，不同相对长细比的构件，局部初始几何缺陷对于构件极限承载力的影响是不同的。

关键词： 有限元   层级   蜂窝结构   仿生   耐撞性  

摘要： 为有效提升薄壁结构的吸能特性，受到骨骼和竹子结构的启发，提出了一种新型变截面仿生类蜂窝结构(VCBQH)。该结构在提高吸能特性的同时能有效降低结构的峰值碰撞力。通过准静态压缩试验，我们对比分析了0-2级VCBQH结构与传统蜂窝结构（TH）在轴向与径向压缩下的能量吸收特性。研究发现，层级数的增加可显著降低VCBQH结构的峰值碰撞力，其中2级结构的峰值碰撞力分别较TH结构和0级VCBQH结构降低了23.33%和44.54%。此外，我们研究了角度、壁厚和层级对VCBQH结构耐撞性能的影响。结果显示，增加壁厚和层级均可提高结构的比吸能，但壁厚的增加会提高结构的初始峰值力，而合理设计的角度恰好可以弥补这一缺陷。在相同壁厚的情况下，2级VCBQH结构随角度增加，其比吸能提高了21.50%，同时初始峰值力下降了26.04%。