载重子午线轮胎稳态滚动有限元分析

以ABAQUS软件为平台,建立了子午线轮胎稳态滚动分析的三维有限元模型。在有限元模型中充分考虑到轮胎材料、结构的复杂性,轮胎与轮辋过盈配合,轮胎与地面的摩擦等状况,对轮胎在标准气压、额定载荷下的不同滚动状态进行了模拟。分析了不同工况下轮胎接地面的法向应力、摩擦应力和带束层帘线应力分布等滚动特性,为轮胎的结构设计、振动与噪声分析提供了依据。     

侧倾工况下的非充气轮胎接地特性研究

利用ABAQUS建立了非充气轮胎有限元模型,充分考虑其橡胶材料的非线性、大挠度变形,并对模型精度进行了验证。研究了不同侧倾角、不同载荷下的轮胎负荷特性和接地特性变化规律。结果表明:非充气轮胎在侧倾工况下存在胎面磨损不均匀、胎肩区域应力集中的现象,随着侧倾角度的增大,最大接地应力增大,但垂向刚度减小。在大侧倾角工况下,胎面中心应力呈现不规律变化。研究结果可为非充气轮胎性能分析和结构设计优化提供参考。     

电饭煲运输包装设计及跌落仿真分析

为研究电饭煲在流通过程中运输包装的缓冲性能,选择了环保型的缓冲材料发泡聚乙烯（EPE） 为缓冲衬垫、AB型瓦楞纸板为外包装箱进行缓冲包装设计。根据电饭煲的规格和缓冲要求,对缓冲衬垫 和外包装箱的结构进行了计算和设计,并利用Solidworks软件进行建模,并将其导入ANSYS中,设置各层 缓冲包装材料的参数后,进行了自由落体跌落仿真试验;通过分析电饭煲运输包装件与地面接触瞬间的 应力分布云图和最大应力曲线,发现在跌落过程中的最大应力出现在外包装箱与地面接触位置,最大应 力小于电饭煲材料ABS的极限应力。因此,所设计的运输包装满足产品的缓冲要求,达到了保护电饭煲的 目的。     

刚性圆柱形平压头作用下的梯度夹层界面应力场

本文主要研究均匀涂层-功能梯度材料界面层-均匀半空间三层结构模型中均匀涂层与功能梯度材料层之间界面处的无摩擦轴对称接触问题的界面应力场。文中建立三层结构的理论计算模型,利用积分变换技术将数学模型转化为奇异积分方程,得到梯度材料夹层轴对称接触问题的表面位移解,再通过数值方法,得到梯度材料夹层的界面应力场。文中分析讨论了刚性圆柱形平压头作用下的均匀涂层与梯度材料夹层界面处的应力分布情况,探讨了剪切弹性模量比值、接触半径对界面处正应力、剪切应力分布的影响。研究表明,剪切弹性模量比值对界面处应力均产生重要的影响,随着剪切弹性模量比值的递增,界面层正应力呈递减趋势,而界面层剪切应力呈递增趋势,且接触半径的不同,也会改变影响的幅度。调整剪切弹性模量,是实现抑制裂纹萌生的一种有效途径。此外,作者主要从事新型功能材料接触力学的研究工作。     

铺层参数对风力机叶片性能的多对一耦合影响分析

铺层参数对风电叶片的性能存在耦合影响.采用响应面法设计试验方案,仿真了叶片的Tsai-Wu失效因子和最大位移;经多项式回归分别建立了铺层参数与强度、刚度的数学模型,检验了模型和方程系数的显著性.在分析铺层参数与叶片Tsai-Wu失效因子和最大位移响应曲面的基础上,探究了铺层参数对叶片性能的耦合影响,得到了优化的铺层参数取值域.     

考虑热力耦合效应的磨损剥层机理研究与计算分析

现有的摩擦磨损机理与计算理论较少涉及滑动摩擦过程中的温度效应,提出了考虑摩擦温度应力与机械应力耦合情况下的一种摩擦磨损新机理与计算模型。具体地,首先依据摩擦界面原子受迫振动温升模型与计算理论得到滑动摩擦的界面摩擦热,应用热传导理论计算了摩擦金属体的温度分布;然后对单纯摩擦温度应力下金属基体的裂纹开展条件与分布规律进行了分析,提出了考虑热应力和界面循环剪切应力耦合作用的材料磨损剥层新机理,建立了该机理下的磨损物理模型,在合理假设的基础上推导了摩擦磨损计算公式;最后对一些典型的磨损现象进行了探讨。     

胶乳分离机高速转鼓应力研究

鉴于碟式分离机转鼓缺乏应力计算的成熟方法,以胶乳分离机转鼓为对象,研究了静应力特性,建立了力学模 型,分析了载荷与几何约束,构建了有限元模型,分析比较了关键件不同工况下的应力及分布,分析结果表明：转鼓整体 应力水平分布不均匀性明显,转鼓体沉渣区、侧壁等位置局部应力水平很高,转鼓体最大应力的位置,与转鼓体实际裂纹 失效发生部位相符。建模方法、分析结果对转鼓设计、强度评价、结构优化等具有借鉴价值。     

基于响应面法的单线切割机刀架优化设计

建立了单线切割机刀架的参数化模型,分析了刀架的变形和应力分布,以重要尺寸为设计变量,质量、最大变形量、等效应力为目标变量,建立多目标优化数学模型,采用基于响应面法的多目标遗传算法对刀架进行优化设计和灵敏度分析,进一步对尺寸优化后的刀架进行拓扑优化分析,减轻了刀架重量,具有工程应用价值.     

挤吹线缆架结构优化设计

针对挤吹线缆架抗支撑能力不足、使用过程中产品变形量大等问题，课题组对含不同加强筋结构的挤吹线缆架在支撑载荷作用下的力学性能进行了数值仿真研究。利用UG（Unigraphics NX）软件建立了2种挤吹线缆架的有限元模型，在受力面上设计了2种不同的加强筋结构；采用正交试验法设计L9(4)正交表对其主要设计参数进行优化分析；仿真计算了挤吹线缆架在支撑载荷下的响应，比较分析了2种不同模型下的应力分布。实验结果表明加强筋的脱模斜度对产品变形量的影响最大，受力面加强筋的角度对产品所受应力的影响最大。加强筋设计为凸起结构时更利于实际生产及产品的使用。     

90°细弯管内稀疏气固两相流动数值研究

为了研究细弯管内稀疏气固流动条件下颗粒的分布特性,采用离散相模型( DPM)追踪颗粒行为,利用雷诺应力 模型( RSM)模拟气相的湍流流动,考虑了流体一颗粒间的双向耦合作用。通过对颗粒和气体流动行为的分析,得到了气 体压力、速度及颗粒浓度等的分布,研究了细弯管内颗粒流动行为的形成机理。结果表明：细弯管内气相压力沿流动方 向逐渐降低;弯管段内气相最大速度沿管外壁分布;水平段颗粒作下沉运动,弯管段颗粒浓度先分两束,后成单束贴壁流 动,最终杂乱分束,在竖直段彻底弥散化,这是由于各管段不同主要作用力所导致。     

双应力同步降压与双应力交叉步降压实验的数值模拟与应用

为进一步比较可靠性工程中评估产品寿命的2种常规方法（双应力同步降压加速寿命实验和双应力交叉步降压加速寿命实验）的实验效率，课题组借助计算机仿真，并调用服从Weibull分布的产品寿命的典型算例，比较了2种实验方法的时间消耗和产品失效速率，发现在相同实验条件下双应力同步降压加速寿命实验方法提高的实验效率更显著。课题组在双应力同步降压加速寿命实验失效时间曲线的基础上，利用蒙特卡罗法研究了Weibull分布中形状参数m对不同样本数与不同应力水平下双应力同步降压加速寿命试验的失效时间和效率的影响。结果表明：在相同形状参数下，各应力水平的失效时间曲线的趋势一致；在同一应力水平下，不同形状参数的失效时间曲线稳定相交于各样本容量的63%。这一结论也适用于其他的双应力加速寿命实验。课题组基于双应力同步降压加速寿命实验方法，建立了一种绕线联轴器加速退化模型，并推导出了一种在绕线联轴器正常工作条件下预测产品可靠性寿命的数学模型。解析结果表明该预测模型能够有效预测绕线联轴器的真实寿命。     

预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

针对水平管气液两相分层流界面剪切应力的预测，建立了基于计算流体力学（CFD）方法的剪切滑移壁面模 型，即将气液界面处理为固定的具有均匀剪切应力的水平滑移壁面。利用FLUENT 软件模拟了气相流动，气液界面采 用剪切滑移壁面边界条件，通过对比实验测量的气相流场分布得到气速和界面剪切收敛值，并由收敛值拟合得到界 面摩擦因子与气相雷诺数的关联式。应用这一关联式的预测结果与实验间接测量值吻合较好，并且在气、液相雷诺 数9 4006ReG650 000 和21 0006ReL630 000 范围内优于Taitel 和Dukler 与Sidi-Ali 和Gatignol 模型。表明剪切滑移壁 面模型可以有效地控制关键参数，提高预测效率和精度，为CFD 方法预测气液两相分层流界面剪切应力提供了新的 思路。     

桥面防水层间剪切性能的试验研究

为研究桥面防水粘结层的层间剪切性能,通过正交试验法分别对胶粉改性沥青和SBS改性沥青两种防水材料在不同温度、铺设厚度、撒布碎石粒径下进行了层间剪切试验.结果表明温度对层间剪切力的影响最大,其次是撒布碎石粒径,再次是铺设厚度,而防水材料的影响最小.并由试验得出最佳胶粉改性沥青防水层设置方案.通过把胶粉改性沥青与SBS改性沥青在相同条件下进行点预估,得出胶粉改性沥青作为防水粘结层的层间剪切力最大的结论.     

夹心钢板系统加固正交异性钢桥面板的性能分析

正交异性钢桥面板广泛应用在现代钢桥中,但在车辆荷载作用下,由于较高的应力集中易引起关键焊接部位的疲劳裂纹,采用夹心钢板系统(SPS)对正交异性钢桥面板进行加固。通过ANSYS软件建立了正交异性钢桥面板及其SPS加固层的三维有限元模型,在不同的荷载工况下,分析了按我国现行规范规定的车辆荷载的两个后轴共同作用下桥面板的应力分布特征,并与加固前的应力状态进行了对比。结果表明：骑U肋加载在桥面板时U肋焊接处产生的横桥向应力最大;采用SPS对正交异性钢桥面板进行加固的效果良好,与加固前相比,可较大幅度地降低钢桥面板的应力,更有助于抵抗钢桥面板疲劳裂纹的产生。     

鼓式制动器应力场数值模拟

针对鼓式制动器在制动过程中制动鼓出现开裂的问题,基于有限元法和瞬态热传导方程,分别建立了鼓式制动器接触分析模型和瞬态热分析模型。采用非线性接触方法分析了因制动蹄外张制动在制动鼓上产生的应力大小及其分布规律。利用瞬态生热对流与热传导分析方法得出了制动鼓上的生热-散热规律及其热应力的大小与分布规律。利用该模型分析了某重型车制动鼓开裂原因。结果表明,紧急制动工况时,机械应力和热应力对制动鼓不同部位的开裂都有影响,均可引起制动鼓疲劳开裂,且引起的开裂形态不同。该模型和分析方法对制动鼓的开裂失效研究具有很好的工程应用价值和理论指导意义。     

桥面铺装层温度应力有限元分析

大量工程实践证明,温缩型裂缝对桥面铺装层的承载能力和路用性能产生了重大的影响,因此,有必要对桥面铺装层的温度应力进行研究。本文以与实测结果符合良好的桥面铺装层温度场数值计算结果为基础,利用ABAQUS有限元软件对桥面铺装层的力学响应进行了计算,分析了铺装层温度应力的日变化规律、分布特征及其影响因素。结果表明,极限温度应力出现在铺装层表面处;降温幅度对铺装层内温度应力的影响十分明显;在进行桥面铺装层设计时,应考虑其厚度、材料的膨胀系数和弹性模量。     

强降雨入渗作用下土质边坡失稳灾变研究

公路边坡浅层垮塌是雨季最为常见的灾害现象,为了研究强降雨入渗作用下土质路堑边坡可能发生突发性失稳滑坡的机理,从实际工程出发以典型双层边坡为例,利用有限元程序ABAQUS对双层土质高边坡降雨入渗全过程中的孔压、应力、位移、塑性应变的变化进行了研究。结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将导致土体浅层的基质吸力减小或消失,土体表层竖向有效应力减小,表层土塑性应变峰值在降雨达到最大时出现;在降雨入渗的作用下,表层土的平均应力呈减小趋势,内部深层土平均应力与等效应力呈增大趋势,可能导致边坡浅层发生失稳,但随着后期降雨强度的减少,其最小应力会逐渐偏移屈服面;不同雨型作用下,边坡不同部位的位移响应差别较大;边坡失稳过程的塑性区呈两个方向向上延伸,一是沿着两层土的过渡区,一是沿着整个边坡滑动弧线,以过渡区为主。     

半刚性沥青路面结构组合优化设计研究

针对目前半刚性基层沥青路面早期破坏严重的问题，采取柔化基层的方法优化路面结构组合设计，一方面这样并不会降低路面的结构承载力，另一方面基层模量与沥青面层模量的合理匹配，使面层内的剪应力和层底拉应力均控制在较低的应力水平，避免早期损坏的发生。同时，采用一种全新的抗剪性能评价方法——单轴贯入试验方法，进行沥青混合料抗剪性能评价，并铺筑了试验路，结果表明该设计具有良好的路用性能。提出的设计理念及试验方法、材料级配，对于国内类似工程必然具有重要的指导意义，同时也为我国道路设计理论的发展提供有益的借鉴。     

湿式离合器对偶钢片力学响应特性分析

为研究湿式离合器接合过程中对偶钢片力学响应特性,考虑摩擦副温度场、变形场和流场之间的相互作用,运用Abaqus与STAR-CCM+协同仿真,建立摩擦副三维热流固耦合有限元模型,分析对偶钢片的接触压力特性和应力应变特性。结果表明:对偶钢片最大接触压力出现在盘面中径处,并且位于摩擦副中间位置的对偶钢片接触特性较差、接触压力扰动大;对偶钢片周向应力远大于其余各向应力,周向应力沿周向分布均匀,沿径向先增大后减小,随时间逐渐增大,并且位于摩擦副中间位置的对偶钢片周向应力较大;对偶钢片正应变远大于剪应变,其热应变大于弹性应变,表面温度变化对对偶钢片的变形影响较大。     

基于ABAQUS的CCF300碳纤维层合板低速冲击破坏数值模拟

为了更有效预测国产碳纤维增强材料在冲击载荷下的损伤情况,以国产碳纤维（CCF300）/环氧树脂（5228）复合材料层合板为对象,利用专业有限元仿真软件ABAQUS进行冲击破坏性能数值模拟研究。采用复合材料渐进损伤法,建立CCF300碳纤维层合板在低速冲击载荷下的损伤和变形三维有限元模型。通过三维实体单元模拟层合板,利用内聚力接触模拟单层板间的接触,从而模拟层合板层内和层间的不同失效模式。使用FORTRAN语言编写ABAQUS材料用户子程序VUMAT实现模拟,程序中包含本构方程的求解、损伤准则对单元失效的判定和损伤单元参数退化3部分,材料的单元失效是通过引入状态损伤变量来判断。仿真模型可通过调用子程序来模拟复合材料的纤维拉伸、压缩失效、基体开裂、挤压失效4种层内损伤,同时ABAQUS本身可以模拟材料分层损伤。通过仿真得到了材料的最大冲击破坏载荷和损伤模式的效果图。