关键词： 碳纤维复合材料   激光辐照   有限元   温度场   均匀性评价  

摘要： 阵列激光辐照技术是实现碳纤维复合材料(CFRP)快速高效固化的有效办法,辐照区域温度场的均匀性是影响构件质量的重要因素,因此对温度场均匀性进行量化分析具有重要意义。基于阵列激光辐照原理建立了CFRP的有限元温度场分析模型并完成了实验验证,通过计算辐照区域内温度场的均匀性指数,分析了不同激光光斑间距、不同激光光斑尺寸和不同激光功率条件下温度场的变化趋势。结果表明:在单个激光光斑边长为50 mm的条件下,当激光光斑中心间距从45.0 mm增加至55.0 mm时,热影响区面积逐渐增大,均匀性指数先增大后减小,当光斑中心间距与光斑边长相等时,均匀性指数最高为0.95;当激光光斑边长从40 mm增加至60 mm时,热影响区面积逐渐增大,均匀性指数从0.92增加至0.98;当激光功率从50 W增加至250 W时,热影响区面积几乎不变,均匀性指数从0.97减小至0.93。

关键词： 晶圆级封装   可靠性   热循环   有限元分析   穿透硅通孔  

摘要： 本文对扇出型晶圆级封装(Fan out Wafer Level Package,FOWLP)组装工艺的热可靠性进行仿真评价,对关键技术及失效机理进行分析,针对某款基于该项技术的典型封装结构,建立其1/4结构有限元仿真模型,并对在典型军用温度循环条件下的热可靠性进行仿真分析。通过分析FOWLP关键结构在典型航天器用热循环条件下的应力及位移情况,确定了可能引起扇出型晶圆级封装失效的可靠性薄弱点。

关键词： 骨支架   单胞模型   有限元分析   选区激光熔化  

摘要： 多孔骨支架具有一系列的优点,选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)为创新多孔骨支架的制造及应用提供了技术支持,尤其是由规则单胞基元构成的多孔骨支架具有可设计性与优异的力学性能。本文构造了VC(圆柱连杆立方)、SHC(球形孔立方)、FCC(面心立方)3种单胞结构,通过有限元分析对应特征尺寸和孔隙率及弹性模量之间的关系,建立了3种单胞模型特征尺寸与孔隙率以及弹性模量之间的数学模型,明确了3种单胞结构在所优化的特征尺寸范围内皆适用于股骨支架的结构设计。使用SLM技术打印对应特征尺寸的单胞为基元的316L 5×5×5点阵结构,通过准静态压缩实验,对仿真结果进行验证。实验表明:对应特征尺寸的点阵结构实际弹性模量与仿真的弹性模量平均误差为14.8%,且误差随着结构实体尺寸的增大而减小,其中VC、SHC、FCC单胞结构尺寸分别为r∈[0.28 mm,0.32 mm]、d∈[2.24 mm,2.36 mm]、R∈[0.20 mm,0.24 mm]条件下打印出的点阵结构,满足股骨支架的使用要求。

关键词： 障碍期权定价   有限元方法   二叉树方法   有限差分法   Black-Scholes模型  

摘要： 障碍期权是与路径有关的期权,它的定价比较复杂。对于期权定价最常用的数值方法有二叉树方法,有限差分方法,有限元方法.文章以欧式下降敲出看涨期权为例,给出了障碍期权的有限差分格式,讨论了这三种数值方法的相互关系,并且利用这些关系给出了随着时间步数趋于无穷大,欧式看涨期权的有限元解收敛于Black-Scholes解,且收敛速度是1/√n,在误差展开式中给出了1/√n和1/n的系数表达公式此外,给出了数值算例,用以验证文章的结论.

关键词： 3D打印混凝土   墙体   芯柱   截面形式   静力试验   有限元分析   轴压性能  

摘要： 芯柱可以提高普通砌体墙体的承载能力,为研究3D打印混凝土墙中应用芯柱的可行性,设计了3D打印混凝土配筋空心墙与现浇钢筋混凝土芯柱的组合墙,研究其截面形式(竖向肋、斜向肋和组合肋)和芯柱数量(两芯柱、三芯柱和五芯柱)对3D打印混凝土墙轴心受压性能的影响。结果表明:墙体的破坏形态可以分为墙体一侧的底部压溃、墙体一面上半部分压溃剥落和墙体整体破坏三种;竖向与斜向组合肋的截面形式受力性能最好,能够增强墙体的整体性并提高墙体的承载力;增加芯柱数量能够显著地提高墙体的承载力,提高16.3%~19.1%,但分散布置的芯柱会削弱墙体的整体性,使墙体的开裂荷载降低34.3%~48.5%。通过比较不同规范的承载力计算公式发现,按配筋砌块砌体墙计算得到的承载力与试验值较吻合,误差小于8.5%。采用ABAQUS对芯柱式3D打印混凝土墙体进行模拟分析,通过设置缺陷层的方式对材料层间薄弱面部分进行力学性能折减,模拟结果与试验结果相差小于10%,验证了模型的有效性,可以用其进行芯柱式3D打印混凝土墙体的承载力估算。

关键词： 单相接地   故障特征   模态分解   引力搜索算法   径向基函数神经网络  

摘要： 为了解决井下小电流接地系统单相接地故障线路选线准确性不高的问题,提出了一种基于SVMD-IGSA-RBF神经网络模型的新型选线方法。首先,通过对故障线路的暂态特征进行分析,利用麻雀算法优化的变分模态分解(SVMD)进行数据特征提取,削弱无效特征带来的影响。其次,利用优化算法的搜索系数、内部信息共享和通信机制对传统的引力搜索算法(GSA)进行改进,提高算法性能。然后,在解集中利用改进的引力搜索算法(IGSA)对RBF模型相关的超参数进行优化,并把经过SVMD处理的数据导入模型中,提高模型的收敛速度。最后,进行了MATLAB仿真及算法模型验证,实验证明SVMD-IGSA-RBF模型能够准确地识别故障线路,提高了对故障线路的准确选线。这一方法为井下小电流接地系统的故障诊断和维修提供了一种可靠的工具,具有重要的理论和实际意义。

关键词： 轻型钢-混凝土组合柱   增强约束   轴心受压   受火试验   有限元分析   抗火性能  

摘要： 针对目前低层冷弯薄壁型钢房屋抗火性能较弱的特点,提出了一种应用于冷弯薄壁型钢承重结构体系的增强约束拼合式轻型钢-混凝土组合柱(以下简称“增强约束组合柱”)。通过对4个增强约束组合柱进行标准升温条件下的耐火性能试验,得到各组合柱的轴向位移、侧向位移、测点温度、耐火极限及破坏模式。建立了增强约束组合柱抗火分析模型,采用试验数据对模型进行了验证,进而对影响增强约束组合柱耐火性能的因素进行参数分析。结果表明:荷载比对增强约束组合柱耐火极限影响较大,荷载比越小,耐火极限越大,当荷载比取0.3~0.7时,组合柱耐火极限范围为30~105 min;具有增强约束作用的内置钢筋笼对提高组合柱耐火极限也有显著效果,增幅为69%;组合柱耐火极限随其截面尺寸增大而提高,随着铆钉间距增大而降低;对于采用铆钉的拼合截面,建议铆钉间距不宜大于100 mm。

关键词： CFRP型材   钢管混凝土柱   滞回曲线   数值分析  

摘要： 碳纤维增强复合材料(CFRP)具有强度高、耐腐蚀性好等特点,将工字形CFRP型材内置于钢管混凝土结构中形成新型组合构件,不仅可以提高构件的力学性能,还可以减少材料用量、降低结构自重、减小构件截面尺寸,更适用于超高层、大跨度、重载荷等建筑结构。钢管混凝土柱作为建筑结构中的主要抗侧力构件,在经受地震作用时往往决定着整体结构的抗震性能,直接关系到人们的生命及财产安全。目前国内外相关设计规范及标准均不适用于新型组合构件的抗震设计,因此,亟需对其抗震性能展开深入研究。采用有限元分析软件ABAQUS对往复荷载作用下内置CFRP型材方钢管混凝土纯弯构件进行滞回性能研究。首先,基于现有文献对建模过程进行验证,确认所建模型的准确性和适用性,进而建立大量精细化的内置工字形CFRP型材方钢管混凝土纯弯构件的数值分析模型;然后在此基础上,以典型构件为例,进行受力全过程分析及各部件在特征点处的应力分析;最后,研究不同混凝土抗压强度、钢材屈服强度和含钢率等因素作用下,内置CFRP型材对方钢管混凝土纯弯构件的抗弯承载力和耗能能力的影响。结果表明:内置CFRP型材方钢管混凝土纯弯构件的荷载-位移骨架曲线可定义为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段。通过对典型构件进行受力全过程分析可知,构件处于弹性阶段与弹塑性阶段时,相比于核心混凝土和工字形CFRP型材,钢管主要承担荷载作用;在下降阶段时,CFRP型材承担荷载比例有所提高,说明内置CFRP型材可有效提高构件在加载后期的承载力及延性,故与普通钢管混凝土构件相比,CFRP型材较好的抗拉性能使得新型组合构件的抗弯性能得到明显的改善。基于大量参数分析结果可知:含钢率对内置CFRP型材方钢管混凝土柱的承载力及耗能能力均有显著影响,当钢管壁厚由4~7 mm每增加1 mm时,其抗弯承载力分别提高13.83%、8.99%、9.10%,由此可见,钢管壁厚为5 mm时最为经济,累积耗能平均提高约16.57%;钢管作为受力全过程中主要承担纯弯荷载的部件,其强度的改变对构件滞回性能的影响也较大,当钢材强度由Q235提高至Q420时,构件的抗弯承载力提高约30.13%、累积耗能提高约12.45%,并且抗弯承载力随强度的提高呈线性增长;核心混凝土的抗压强度对构件承载力及耗能能力影响均较小,随着混凝土强度的提高,其抗弯承载力提高的幅度逐渐减小,当由C30提高至C60时,其累积耗能仅提高约3.44%。因此,内置CFRP型材的方钢管混凝土构件相比于普通钢管混凝土构件具有更好的抗震性能,且建议通过改变钢材屈服强度和含钢率的方式来提高新型组合构件的承载能力,这是最为经济的。

关键词： 碳纤维增强热塑性树脂基复合材料   蠕变   有限元分析   注射成型   回收型碳纤维  

摘要： 碳纤维热塑性树脂基复合材料在极端环境及长期服役条件下的蠕变行为会使结构件的形状发生改变,影响其性能稳定性,因此对该种材料蠕变性能的研究是材料设计及应用的关键。本文通过对注射成型制备的碳纤维增强聚丙烯复合材料进行单轴拉伸蠕变试验,研究其蠕变行为,并基于以上试验数据得到该种材料的Burgers模型理论方程,采用Moldex3D模流分析软件模拟注射成型哑铃型试样内部碳纤维的取向和分布情况,将该模拟结果映射到ABAQUS中进行有限元分析。结果发现Burgers模型的拟合曲线与试验曲线吻合程度较高,能够用于更长时间以及更广范围应力水平下该种材料的蠕变行为预测;模流分析结果与实际试样横截面观察结果具有较好的一致性;注射成型过程中碳纤维取向及分布会影响最终成型试样的蠕变行为,采用模流分析与有限元分析相结合的方式能够更好地反映材料的蠕变进程。

关键词： 永磁同步电机   有限元分析   温度场   优化  

摘要： 以一台5.5 kW电动车用内置风扇式永磁同步电机为研究对象,建立了电机的三维计算模型并对其进行合理的网格划分,运用有限元分析法,对电机在额定状态时的温度场进行仿真分析。通过改变电机后端盖的结构,优化了电机的冷却风路。通过优化前后的电机温度幅值的对比,验证了优化方案的合理性,为永磁同步电机平衡温度分布,降低温升高点提供了设计依据。