关键词： 钢围堰   深水基础   PC工法桩   有限元分析  

摘要： 为研究PC工法桩围堰结构在施工过程中的受力及变形特性,本文以某工程的深水基础施工为背景,采用有限元软件建立围堰空间整体模型,考虑土压力、静水压力、水流力以及波浪力等荷载组合对围堰的作用,按照不同的施工阶段,划分为六种工况进行加载计算,得出最不利工况,并对围堰的结构应力、位移变形等进行分析。结果表明:该围堰结构的强度和刚度均满足要求,结构安全可靠。在施工前期,围堰各个侧面中心位置处的位移变形随着深度的增加呈现出逐渐减小的趋势,而在施工后期,位移变形呈现出先增大后减小的变化趋势,且在整个过程中,迎水面的位移变形始终大于侧水面和背水面。随着围堰坑内开挖深度的增加,最大侧向位移对应的位置越来越深,但无论在任何施工阶段,钢板桩底端插入风化岩后其侧向位移变形几乎都很小。下层围檩及内支撑的应力大于上层,横撑中间位置处的应力大于两端处的应力,围堰开挖面的四角是最薄弱的受力点,应力集中现象明显。因此,在围堰设计过程中,需加强四角位置的连接,下层围檩及内支撑可选择截面惯性矩和屈服强度较大的型钢,也可根据实际情况,在底层围檩的中心位置处加设钢管,避免围堰发生失稳现象。

关键词： 钢筋混凝土筒仓   有限元分析   MIDAS/Gen   仓壁温差   温度作用   仓壁配筋  

摘要： 存储高温贮料的筒仓仓壁内外会产生温差,从而产生温度应力。当仓壁内外温差较大时,按照筒仓规范经验配筋偏于不安全,需按实际分析配筋。为分析高温贮料钢筋混凝土筒仓仓壁内外存在较大温差对结构产生的影响,介绍了按照筒仓规范手算和采用通用有限元分析软件MIDAS/Gen机算分析仓壁内外温差对仓壁产生的应力、弯矩的计算方法,以及采用MIDAS/Gen分析温度作用对仓壁配筋产生的影响。结果表明:当仓壁内外存在较大温差时,在温度低的一侧仓壁和温度高的一侧仓壁都应酌情增加环向及竖向配筋,使仓壁两侧配筋均匀对称。当仓壁存在洞口时,温度作用会在洞口处产生应力集中,洞口四周应配置附加钢筋。

关键词： 农业无人机   模块化方法   四旋翼   相关性矩阵   静动态分析  

摘要： 为进一步提高四旋翼农业无人机的升级、装配和维修效率,拓展农业无人机的应用范围,提出一种针对农业无人机的模块化设计方法。首先,综合分析四旋翼农业无人机中任意零件间在连接固定、功能和几何参数层面的相关关系,构建零件关系图,将相关性强的零件聚类成部件,并计算部件在各层面的相关性矩阵。其次,利用AHP赋予各层面不同权值,计算部件间综合强度相关性矩阵,依据模块评判原则合并部件。最后,建立模块结构,根据作业需求组合相应模块,并对关键功能模块进行静动态特性分析。研究结果表明:该模块化设计方法将28个无人机零件简化为6个独立的模块;无人机更新换代时,只需对相应发生改变的模块进行重新设计制造;模块的独立性简化装配的工艺流程,降低维修成本;6个模块可以组合成喷洒无人机或播撒无人机,使无人机不仅适用于农药的喷洒,也适用于种子和肥料的撒播;通过对中央舱模块的有限元分析,其最大应力为23.889 MPa,远小于碳纤维最大抗拉强度4 780 MPa,前四阶固有频率都大于无人机工作时最高频率32.75 Hz,以及其最大形变量为0.004 635 9 mm,满足无人机极限工况下的形变要求。

关键词： 重力异常   三维泊松方程   顶点中心有限元算法   数值模拟   ILU-BICGSTAB迭代法  

摘要： 密度非均质性引起的重力异常由三维泊松方程控制,而目前大多数正演模拟方法都依赖于其积分解和以单元为中心的数值方法。当利用重力位计算重力场时,这些数值策略将不可避免地失去准确性。为了缓解这一问题,本文提出了一种高效、准确的高阶顶点中心有限元方法来模拟三维重力异常。首先,通过具有六面体网格的顶点中心有限元来建立正演算法,并选用ILU-BICGSTAB迭代方法求解大型对称稀疏线性方程组。其次,为了获得重力位的一阶导数和二阶导数,采用了高阶拉格朗日插值技术。最后,采用三维立方体密度模型测试了顶点中心有限元算法的准确性,并利用薄垂直矩形棱镜模型和实测模型测试了算法的灵活性。数值结果表明,高阶顶点中心有限元算法能获得高精度的重力场矢量和重力梯度张量。与精确积分解和顶点中心算法相比,高阶顶点中心有限元格式在模拟三维重力异常方面表现出更高的效率和准确性。同时,相较于单元中心数值解,高阶顶点中心有限元算法在模拟三维重力异常表现出更高的效率和准确性。

关键词： 膝关节   单髁置换   髁间棘   应力   有限元分析  

摘要： 目的探讨内侧髁间棘线(the medial eminence line,MEL)向内侧悬出的5种不同程度对内侧固定平台单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)膝关节假体及胫骨平台应力分布和大小的影响,以期为UKA治疗膝骨关节炎提供参考。方法纳入遂宁市中心医院收治的100例膝骨关节炎患者,使用断层扫描、核磁共振等影像学技术及三维扫描技术获取膝关节各结构影像学数据,应用有限元软件分别建立10%、12%、14%、16%、18%这5种MEL悬出比例的膝关节模型,模拟5种MEL悬出情况下的内侧UKA,网格划分后于股骨段施加载荷,观察单髁假体各部件及胫骨平台应力大小及分布。结果在1000 N载荷时,5种内侧单髁置换模型应力分布及大小均有不同程度的差异,10%~14%MEL悬出时股骨假体、半月板衬垫、胫骨假体、胫骨近端应力分布较均匀,高应力值较小;16%~18%MEL悬出时股骨假体、半月板衬垫、胫骨假体、胫骨近端应力分布较集中,并且高应力值较10%~14%MEL悬出时大;其中18%MEL悬出时各部件及胫骨近端应力分布及高应力达到最大。结论行内侧固定平台UKA时,测量MEL悬出程度是评估预后的有效方法。建议对于10%~14%MEL悬出的膝骨关节炎患者行内侧固定平台UKA,对于16%~18%MEL悬出的膝骨关节炎患者行UKA时结合患者个体因素综合分析。

关键词： 电主轴   碳纤维   有限元分析   热变形  

摘要： 为了进一步提升电主轴的加工性能,以常见的A02型电主轴为分析对象,使用热膨胀系数小以及减振性能优异的碳纤维材料替换芯轴的不同部位,以此设计4种碳纤维-金属复合芯轴,探讨其对A02型电主轴的影响。通过有限元分析,对4种碳纤维-金属复合芯轴和常规钢芯轴的动态特性和热特性进行评估。结果表明:全碳纤维芯轴的性能最佳,而心部碳纤维芯轴可以在避免使用大量碳纤维材料的基础上实现与全碳纤维芯轴相近的效果;外侧碳纤维芯轴具有成熟的加工工艺,可以直接进行加工试验。列举了几种碳纤维-金属复合芯轴已有或具备可行性的加工方案,为碳纤维材料与电主轴结构更好地结合提供参考。

关键词： 拖拉机   前托架   有限元分析   改进设计  

摘要： 为最大程度缩减拖拉机前托架结构强度验证的时间周期和物料成本,本文针对某拖拉机前托架进行了模型建立和有限元分析,计算并分析了拖拉机在不同工况下前托架的应力分布特点。针对应力集中的薄弱位置提出改进设计建议,使前托架应力分布更加合理,大大降低其断裂风险,提高产品质量,为后续其它前托架的设计提供技术指导。

关键词： 梁拱组合体系   异型   施工顺序   优化方案   有限元分析  

摘要： 曹娥江人行景观桥主桥采用(40+76.5+145+75)m四跨异型拱梁组合体系“先梁后拱”的施工方案。在施工过程中由于主跨桥梁跨度大,而主梁刚度较小,在拱肋支架及拱肋节段荷载作用下,主梁结构将产生较大的变形。为了确保成桥以后的结构线形和应力状态符合设计要求,提出主梁成形并落梁后重新恢复主梁底支架的优化施工方案,采用有限元模型对比分析两种施工顺序对结构线形和应力的影响。结果表明,采用优化后的施工顺序,结构的变形减小、应力水平降低,有利于施工过程中对结构的全过程控制。

关键词： 靴式压榨   脱水效率   纸张质量   有限元分析  

摘要： 靴式压榨技术是目前造纸行业最先进的压榨技术,保持线压的稳定性和提高脱水率是靴式压榨技术面临的挑战,有必要通过结构设计和有限元分析,探索优化靴式压榨装置的结构和性能,以提高造纸过程中的浆料脱水效率和纸张质量。首先进行了文献综述,回顾了已有的靴式压榨装置设计和有限元分析方面的研究。然后,根据研究目标,设计了一种新型的靴式压榨装置,并使用有限元分析方法进行了结构分析和性能评估。通过有限元分析,获得了靴式压榨装置在极限条件下的工况下的静应力变形情况。分析结果显示,设计的装置在结构稳定性方面表现良好,能够有效实现浆料的脱水和纸张的均匀压制。基于设计和有限元分析结果,得出结论认为该靴式压榨装置具有优越的结构性能,该研究对于进一步改进和优化靴式压榨技术具有重要的实用价值和应用潜力。

关键词： Godunov   特征线法   管道瞬变流   动态摩阻  

摘要： 经典的特征线法(method of characteristics,MOC)因其简单方便,边界条件易于耦合求解,常应用于有压管道瞬变流方程的数值求解.对于复杂管道系统,受库朗数限制,该方法往往需要进行波速调整或插值求解,可能出现严重的累积误差和数值耗散.有限体积法Godunov格式(Godunov type scheme,GTS)对管道内部库朗数具有良好的鲁棒性,但边界条件采用精确黎曼不变量方法,处理复杂.同时,以往水锤计算通常仅考虑稳态摩阻,低估了瞬变压力的衰减.文章提出并推导了考虑动态摩阻的GTS-MOC耦合模型,使用二阶GTS计算管道内部控制体,在复杂边界处采用耦合GTS-MOC方法处理.首先,针对串联管和分叉管边界条件,对精确黎曼不变量方法和MOC方法进行了理论分析.推导结果表明,在马赫数(Ma)较小的管道瞬变流求解中,两种边界处理方法结果一致,与实验结果对比分析,验证了耦合格式求解的准确性.最后,将耦合格式分别与GTS和MOC进行比较.结果证明,耦合格式可以达到和GTS相同的精度,同时,串联管道系统中MOC线性插值法和波速调整法均存在数值耗散且随时间增加更明显,耦合格式结果具有准确性和稳定性,与精确解更吻合.