非线性有限元分析

摘要： 以纤维增强复合材料(FRP)约束矩形高强钢管混凝土长柱的轴压试验为基础,利用有限元软件ABAQUS对FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验荷载-位移曲线吻合较好,破坏模态一致,峰值荷载偏差平均值仅为0.5％,方差为0.080,验证了材料本构关系、单元类型、接触和边界条件等建模方法的可靠性,表明该有限元模型可以准确预测其轴压性能.基于试验和数值模拟分析了试件的受力机理:薄壁钢管在压应力较小时发生局部屈曲;混凝土在钢管鼓曲处发展了塑性应变和横向变形;由于倒角较小,FRP在角部存在应力集中现象,在鼓曲最严重处发生断裂.环向FRP约束延缓了钢管局部屈曲的萌生和发展,提高了核心混凝土的约束强度,对于内填普通强度(C40)混凝土的钢管混凝土柱,环向FRP在承载力上的提升作用较明显,方矩形截面试件的峰值承载力提高了6％～7％.对于内填高强度(C80)混凝土的钢管混凝土柱,方矩形截面试件的峰值承载力提高了4％～5％.最后利用该有限元模型探究了长细比参数对轴压性能的影响,结果表明:FRP对承载力的提升效果随着长细比的增大而降低,对倒角半径为20 mm的模型,当长细比达到31.3时,环向FRP仍能为柱提供有效约束,提升柱11％的峰值承载力.

摘要： 按照IMO对散货船结构冗余强度的要求,基于实船的板架破损假定和国际船级社协会的《散货船和双壳油船协调共同结构规范》(CSR-H)的板架屈曲失效准则,提出散货船舷侧结构冗余度GBS符合性验证的方法,包括舷侧板架结构冗余度衡准、损坏假定、载荷情形、非线性有限元垮塌分析等内容,采用所提方法进行实船验算。计算结果表明,按照CSR-H规范设计的散货船舷侧结构能够满足“任一加强筋的单一局部损伤不会导致整个加筋板格的垮塌”的强度要求,因而具有适当的结构冗余度。

摘要： 在车辆的燃油消耗方面,轮胎滚动阻力的存在起到非常重要的作用,所以需要对轮胎滚动阻力进行持续的改进和优化。为了实现这个目标,必须采用先进的材料加工方法和新的轮胎制造技术,并且与轮胎创新设计相结合,才能形成有效的改进措施。为了开展轮胎滚动阻力性能的优化研究工作,需要获得有效的滚动损失因子的分布,包括轮胎组成部件的模量、体积和能量损耗等的分布。轮胎中的等应变、等应力和等能量三种变形状态对滚动损失的贡献会随着材料的模量改变而发生变化。在相关文献中介绍,变形指数是识别轮胎中的不同变形状态的重要参数,本文对此方法进行了深入探讨。借助非线性有限元分析方法,本文提出一个优化轮胎滚动阻力的新方法,并将该方法应用在轿车轮胎和商用车辆轮胎中,其中包括子午线轮胎和斜交轮胎。研究结果表明,应用该方法改善轮胎的滚动阻力,对不同类型的轮胎改善效果不同,斜交轮胎提升的幅度大于子午线轮胎,最高可以使滚动阻力性能提高10%。本文开发的程序在商业化的有限元仿真工具Abaqus软件中运行,所以可以在轮胎的预先设计阶段直接作为设计工具使用。

摘要： 在海洋环境载荷及集矿机牵引作用下,深海采矿柔性立管系统的动力学响应涉及几何非线性和非保守载荷的双重非线性源。基于三维固体有限变形理论建立数学模型,在完全拉格朗日格式下推导了系统运动平衡方程,针对非保守载荷的等效计算、非线性切线刚度矩阵及非线性方程的数值求解等关键问题提出了有效处理方案。根据处理方案开发了数值计算程序,并应用于柔性立管系统的静动力学分析。结果表明,本文开发的数值计算程序对海洋柔性管道的非线性响应具备良好的预测能力,验证了本文理论和计算模型的有效性和实用性。

摘要： 为了研究中华门城堡的结构安全性能及残损病害的成因,在Drucker-Prager屈服准则的基础上,引入受拉和受压损伤变量.基于ANSYS的usermat子程序,开发砖石建筑遗产的弹塑性损伤本构模型,并采用本构模型对中华门城堡进行有限元模拟分析.通过子程序中的受拉和受压损伤变量,反映结构整体的损伤状况.研究结果表明:中华门城堡最大拉应力出现在拱券与南部城砖砌体墙的交接处、东西及南侧条石砌体墙的上部,最大压应力出现在南侧条石砌体墙下部;损伤变量的分布与中华门城堡现状残损较为吻合.

摘要： 针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大,O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。

摘要： 钢-UHPC组合梁受弯性能的非线性分析是掌握其受弯性能的关键手段。文章依据超高性能钢纤维混凝土UHPC损伤塑性本构关系,采用有限元软件建立了钢-UHPC组合梁非线性数值模型,通过全过程破坏力学性能对比验证了数值模型的适用性,并进一步分析了构造尺寸、材料强度参数变化对钢-UHPC组合梁受弯性能的影响规律。结果表明:所建立的钢-UHPC组合梁的损伤力学模型能够较好地模拟钢-UHPC组合梁地全过程受弯破坏行为;钢-UHPC组合梁的极限承载力随钢材屈服强度的提高最为显著,随钢梁翼缘宽度、腹板厚度、UHPC翼板厚度的增大有一定提高,而随UHPC强度等级的增大提高较小;其延性性能随UHPC强度等级的增大而显著提高,随钢材屈服强度、腹板厚度、钢梁翼缘宽度的增大而显著降低。

摘要： 对具有双腐蚀缺陷的管道的失效压力进行研究,有助于预测海底管道的承载能力从而保证管道安全运行。以X80管道为研究对象,使用ANSYS软件,建立有限元模型,进行了方法的可行性验证。在此基础上,研究了不同长度、深度的双腐蚀缺陷,以及缺陷轴向、环向不同间距影响下的管道失效压力变化规律,并对有限元计算结果进行了拟合。研究结果可以为实际工程中具有多腐蚀缺陷的海底管道的安全评估提供参考。

摘要： 根据相应试验标准,对聚氨酯体哑铃状和圆柱状试样进行了单轴拉伸和单轴压缩性能试验,获得聚氨酯超弹性体力学性能的试验数据。通过试验数据筛选精准定义聚氨酯材料的本构模型,其中筛选数据曲线与原始数据曲线保持良好的一致性,最终确定二阶多项式模型能够良好地描述其材料性能的本构模型。按照初步设计方案,在ABAQUS中建立聚氨酯超级拱形护舷的非线性有限元模型,分析其反力吸能性能。结果表明:该设计方案的聚氨酯超级拱形护舷最大应力主要集中在阶梯下方60mm处,最大应力约80MPa,已超出材料的强度极限;每米长度的吸能量达192.43kN·m,为标准值的3.5倍,吸能效果非常显著;但每米长度的最大反力为1708.41kN,为标准值6倍,反力过大易造成船舶和码头损坏。上述分析表明,该护舷产品的设计存在一定缺陷,有必要按照标准要求,对其截面结构进一步优化。

摘要： 硅橡胶减振器是常用的电子设备减振装置。在结构设计阶段,有限元动力学分析是预测减振效果的重要手段。本文以带硅橡胶减振器的电子设备为研究对象,首先根据单轴压缩实验确定了硅橡胶Mooney-Rivlin超弹性本构模型的材料参数;其次基于MSC.Patran/Nastran有限元分析软件建立了硅橡胶减振器的非线性有限元模型,通过频率响应分析得到了电子设备的动态特性,并与振动实验结果进行对比研究,结果发现分析结果与实验数据具有较好的一致性,表明非线性有限元模型的准确性;最后在此基础上进行了随机振动分析,验证了硅橡胶减振器的减振效果。本文所提方法可用于类似硅橡胶减振器结构形式的设计计算以及优化设计。

摘要： 采用二维非线性有限元分析方法对由3个剪跨比为4、型钢率为4％、轴拉比为0.4的型钢混凝土柱低周反复试验得到的滞回曲线进行了数值模拟,分析结果与试验结果吻合较好,表明提出的二维非线性有限元模型化方法进行拉弯作用下型钢混凝土柱分析是可行的.对体积配箍率、纵筋率等参数的影响进行了对比分析.研究结果表明分析结果可作为深入研究拉弯作用下型钢混凝土柱抗震性能的有效补充.

摘要： 本文通过非线性有限元分析法,针对某石化厂已服役22年的超高压反应管进行极限压力与爆破压力分析,同时探讨了反应管不同抗拉强度对其爆破压力的影响.最后对在役超高压反应管试件进行爆破试验,测定其极限承载能力,验证了有限元分析结果.

摘要： 为研究不同构造参数对格构式L形宽肢组合异形柱抗震性能的影响,建立了该类组合异形柱的全尺寸三维有限元模型,并对已有文献中的格构式L形宽肢组合异形柱试件进行了循环荷载作用下受力性能的数值模拟,验证了有限元模型的可靠性,在此基础上,对格构式L形宽肢组合异形柱进行抗震性能参数分析.分析结果显示:轴压比对斜撑端部脆性断裂的影响较小;斜撑钢管厚度和截面肢宽厚比是影响斜撑受压失稳变形的主要因素,端柱钢管壁宽厚比和轴压比是影响端柱受压失稳变形的主要因素.各参数对构件的抗侧承载力和延性都有影响:当端柱钢管壁厚大于18mm时,承载力增长幅度较小,小于16mm时,延性较差;斜撑壁厚越大,承载力越高,但延性降低;轴压比越大,构件承载力和延性降低;肢宽厚比对构件的延性影响不大.在一定范围内,端柱钢管壁宽厚比小、斜撑钢管厚度大、轴压比小和肢宽厚比大的格构式L形宽肢组合异形柱耗能能力好.为保证构件的耗能和延性,建议端柱钢管厚度取18mm、斜撑钢管厚度取10mm为最佳,轴压比限值为0.6.

摘要： 在现代超高层建筑结构中,巨型框架-巨型支撑-核心筒结构体系的应用日益广泛.本文以某超高层工程为背景,对其巨型柱-巨型支撑-环带桁架连接节点进行非线性有限元分析,考察了其在罕遇地震作用下的受力特点和工作性能.结果表明,该节点在罕遇地震作用下基本保持弹性状态,传力路径明确,节点设计符合结构抗震性能设计目标,即在罕遇地震时巨型角柱和转换桁架不屈服,支撑允许进入塑性但需控制塑性变形的要求.

摘要： 某拟建工程地下2层，地上24层，总高度为78.8m ,采用钢一混凝土组合结构，结构体系为框架一核心筒结构，其节点核心区受力状况复杂。为了研究某钢-混凝土组合结构关键节点的受力性能和破环机理,运用通用有限元软件ABAQUS对试验中测试的节点试件进行了三维非线性有限元分析,并与关键节点拟静力试验结果进行了分析比较.对节点的受力性能进行分析，计算结果与试验结果基本吻合，从而验证了模型中采用的单元类型、材料本构及破坏准则的可行性和合理性，也进一步明确了节点的受力性能和工作机理。

摘要： 针对深部钻探施工过程中钻杆杆体与接头连接处疲劳破坏问题,以非线性接触有限元理论为基础,运用大型有限元软件,通过计算铝合金钻杆在不同回转速度以及杆体与接头不同接触倒圆情况下的接触面力及应力,以获得其接触部位的微动疲劳寿命.研究结果表明,在接触倒圆相同的情况下,接触部位的疲劳寿命随着钻杆回转速度的增大而减小;在钻杆回转速度不变的情况下,接触部位随着接触倒圆的出现,接触部位疲劳寿命会相应增加;当钻杆内弯矩小于某一临界值且转速相对较小时,接触部位不会发生疲劳破坏.

摘要： 针对深部钻探施工过程中钻杆杆体与接头连接处疲劳破坏问题,以非线性接触有限元理论为基础,运用大型有限元软件,通过计算铝合金钻杆在不同回转速度以及杆体与接头不同接触倒圆情况下的接触面力及应力,以获得其接触部位的微动疲劳寿命.研究结果表明,在接触倒圆相同的情况下,接触部位的疲劳寿命随着钻杆回转速度的增大而减小;在钻杆回转速度不变的情况下,接触部位随着接触倒圆的出现,接触部位疲劳寿命会相应增加;当钻杆内弯矩小于某一临界值且转速相对较小时,接触部位不会发生疲劳破坏.

摘要： 针对深部钻探施工过程中钻杆杆体与接头连接处疲劳破坏问题,以非线性接触有限元理论为基础,运用大型有限元软件,通过计算铝合金钻杆在不同回转速度以及杆体与接头不同接触倒圆情况下的接触面力及应力,以获得其接触部位的微动疲劳寿命.研究结果表明,在接触倒圆相同的情况下,接触部位的疲劳寿命随着钻杆回转速度的增大而减小;在钻杆回转速度不变的情况下,接触部位随着接触倒圆的出现,接触部位疲劳寿命会相应增加;当钻杆内弯矩小于某一临界值且转速相对较小时,接触部位不会发生疲劳破坏.

摘要： 针对深部钻探施工过程中钻杆杆体与接头连接处疲劳破坏问题,以非线性接触有限元理论为基础,运用大型有限元软件,通过计算铝合金钻杆在不同回转速度以及杆体与接头不同接触倒圆情况下的接触面力及应力,以获得其接触部位的微动疲劳寿命.研究结果表明,在接触倒圆相同的情况下,接触部位的疲劳寿命随着钻杆回转速度的增大而减小;在钻杆回转速度不变的情况下,接触部位随着接触倒圆的出现,接触部位疲劳寿命会相应增加;当钻杆内弯矩小于某一临界值且转速相对较小时,接触部位不会发生疲劳破坏.

摘要： 采用非线性动力有限元软件LS-DYNA,建立悬臂梁和K8型单层网壳的有限元模型,模拟得到动力响应值,分别与理论值和试验值比较,验证数值模拟的可靠性.通过失效模式、最大位移和最大接触力等指标,对凯威特-联方型单层网壳受不同冲击条件下的动力响应进行分析,在此基础上,研究了网壳的失效过程.结果表明:相同初始冲击能量下,冲击物由网壳外部向内冲击和竖向冲击较为危险;与由内部向外冲击相比,当冲击物由外部向内冲击时,网壳各节点位移变化基本一致,但由外向内冲击导致的位移较大.

摘要： 本发明公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。该有限元网格圆整方法能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还公开了一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

摘要： 本发明属于三维热传导有限元求解技术领域，具体涉及一种基于有限元算法的非线性接触热阻热分析求解方法。本发明针对目前热分析领域无法处理非线性接触热阻的弊端，将接触热阻问题转化为等效的边值问题，并提出一套新型非线性求解器，使用基于能量函数的牛顿‑拉夫逊方法对得到的有限元方程进行求解，通过在每步NR迭代中寻找一个最优的的近似值使得牛顿‑拉夫逊方法的总体迭代次数减少；在不改变原有模型的基础上，高效、规范、精确地实现了非线性接触热阻热分析求解。

摘要： 本发明公开了一种导弹气动热地面有限元分析及IPD非线性滑模控制方法，包括，基于高超声速导弹二维外流场和高超声速导弹飞行轨迹，通过有限元分析获取高超声速导弹气动热时序温度曲线；以石英灯为加热元件，建立地面结构热试验系统，并根据能量守恒定律，建立石英灯地面结构热试验系统数学模型；基于单输入单输出无模型控制超局部模型，引入非线性扩展状态观测器，实现对系统参数不确定性和外部扰动实时补偿，并构建闭环控制器IPD；利用石英灯地面结构热试验系统输出跟踪误差、非线性函数、混合分段趋近律，建立非线性全局滑模辅助控制器，消除非线性扩展状态观测扰动。

摘要： 本发明公开了一种活塞销孔的有限元网格圆整方法，用于将活塞有限元网格中，单一直径，且直径为R的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，其包括：1)以上述销孔有限元网格的轴线为Z轴构建坐标系；2)利用三角函数关系确定销孔有限元网格的喇叭口段中，各处有限元网格节点的坐标。该有限元网格圆整方法能够将活塞有限元网格中单一直径的销孔有限元网格调整为端部呈喇叭口，利于提高有限元分析的精度。本发明还公开了一种活塞有限元分析方法，其应用了上述活塞销孔的有限元网格圆整方法，避免了销孔上朝向活塞内部的喇叭口由软件自动生成，提高有活塞的有限元网格中销孔的喇叭口处的网格精度，利于确保该活塞有限元分析方法的精度。

摘要： 本发明公开用于橡胶轴承蠕变分析的非线性有限元建模方法，包括：建立橡胶轴承非线性有限元模型，进行刚度与阻尼仿真计算；进行橡胶轴承刚度与阻尼试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行静态校准分析；在静态校准分析满足第一预设要求时，基于达到预设要求的橡胶轴承非线性有限元模型，建立橡胶轴承热固耦合非线性模型，并进行稳态与瞬态热力学仿真分析；进行橡胶轴承应力与温度试验，根据试验结果对橡胶轴承非线性有限元模型进行动态校准分析；在动态校准分析满足第二预设要求时，进行边界条件与载荷工况设置，并进行橡胶轴承蠕变仿真计算。本发明提高了橡胶轴承蠕变仿真精度，及用于橡胶轴承蠕变计算有限元仿真的实用性与可操作性。

摘要： 本发明属于三维热传导有限元求解技术领域，具体涉及一种基于有限元算法的非线性接触热阻热分析求解方法。本发明针对目前热分析领域无法处理非线性接触热阻的弊端，将接触热阻问题转化为等效的边值问题，并提出一套新型非线性求解器，使用基于能量函数的牛顿‑拉夫逊方法对得到的有限元方程进行求解，通过在每步NR迭代中寻找一个最优的的近似值使得牛顿‑拉夫逊方法的总体迭代次数减少；在不改变原有模型的基础上，高效、规范、精确地实现了非线性接触热阻热分析求解。

摘要： 本发明涉及有限元分析领域，特别是一种采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法。现有螺栓有限元应力计算方法缺少对螺栓在实际工况下复杂应力状态考虑，由此计算的螺栓在使用时断裂影响电厂安全运行，本发明公开了一种采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法，其采用整体‑局部联合建模的方法并考虑了热‑力耦合、螺纹牙几何细节，以及配合面之间非线性接触摩擦力；在母模型中采用光杆模型，在子模型中考虑螺纹牙细节，作精细建模，提高有限元建模效率，确保非线性耦合有限元分析精度。本发明所述应力分析方法使螺栓应力分析接近螺栓实际工况，同时减少有限元网格规模及其相应计算量。

摘要： 本发明公开了一种索网结构在非线性有限元分析中初始张力状态的构造方法，包括如下步骤：S1，选择索网与支撑结构的参数，在有限元仿真软件中模型创建；S2，根据给定的预张力建立索单元的初应力刚度矩阵，将此初应力刚度矩阵以三个单向弹簧等效，并参照格式要求迭加到索网结构的有限元模型中；S3，利用线性方法计算温度对张力的影响矩阵；S4，计算在给定的预张力下，以降温法模拟索网轴向张力时索网的单元温度，并将温度值作为已知单元温度条件完成预张力构造。

摘要： 本发明公开了一种索网结构在非线性有限元分析中初始张力状态的构造方法，包括如下步骤：S1，选择索网与支撑结构的参数，在有限元仿真软件中模型创建；S2，根据给定的预张力建立索单元的初应力刚度矩阵，将此初应力刚度矩阵以三个单向弹簧等效，并参照格式要求迭加到索网结构的有限元模型中；S3，利用线性方法计算温度对张力的影响矩阵；S4，计算在给定的预张力下，以降温法模拟索网轴向张力时索网的单元温度，并将温度值作为已知单元温度条件完成预张力构造。

摘要： 本发明公开了一种基于弧长法非线性有限元分析的轮盘破裂转速预测方法，步骤为：对轮盘材料取样，通过试验获取材料本构模型参数；采用传统方法近似估算轮盘的破裂转速；在有限元软件中定义轮盘的弹塑性本构模型；建立轮盘材料的三维有限元模型并进行网格划分；针对需要计算的轮盘转子有限元模型，施加约束及转速载荷；采用弧长法进行大变形非线性有限元计算；计算完成后在时间后处理器中获得转速或角速度‑轮盘径向位移曲线，从而可得到轮盘或转子的极限临界转速，即为破裂转速。本发明采用了相对更为合理基于弧长法非线性有限元分析和全局塑性失稳的轮盘破裂准则，因此能更精确地预测出轮盘或转子的极限转速。