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头部撞击发动机罩板的损伤模拟

哈尔滨工业大学学报 2003年第6期35卷 719-722页

作者：赵桂范张晓乾杜星文哈尔滨工业大学复合材料研究所黑龙江哈尔滨150001

为了减少人与车相撞事故中行人的伤亡人数 ,采用有限元三维实体建模技术 ,建立了包括头皮和头骨两层球体结构的头部各向同性粘弹性模型和发动机罩板的各向同性弹性模型 ,分析了头部与发动机罩板的瞬态大变形非线性撞击响应 ,得到了头部... 详细信息

为了减少人与车相撞事故中行人的伤亡人数 ,采用有限元三维实体建模技术 ,建立了包括头皮和头骨两层球体结构的头部各向同性粘弹性模型和发动机罩板的各向同性弹性模型 ,分析了头部与发动机罩板的瞬态大变形非线性撞击响应 ,得到了头部与发动机罩板相撞时的速度、角度、位置及发动机罩板的厚度等因素对头部伤害的影响规律 .结果表明头部受到的撞击加速度值和文献中的试验结果吻合较好 .

关键词：交通事故 “头部撞击发动机罩板” 三维实体建模动态撞击问题损伤模拟有限元网格瞬态场问题

形状记忆聚合物及其在结构损伤模拟实验中的应用

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工程塑料应用 2003年第12期31卷 33-35页

作者：杨永春王永岗中国海洋大学工程学院青岛266071

形状记忆聚合物(SMP)是一类具有“记忆”初始形状功能的高分子材料,兼具塑料和橡胶的特性。描述了其形状记忆机理,提出利用SMP的弹性模量随温度升高而降低的特性,用其制作刚度可控构件的新思路,并在模型试验中成功地进行了验证,结果表... 详细信息

形状记忆聚合物(SMP)是一类具有“记忆”初始形状功能的高分子材料,兼具塑料和橡胶的特性。描述了其形状记忆机理,提出利用SMP的弹性模量随温度升高而降低的特性,用其制作刚度可控构件的新思路,并在模型试验中成功地进行了验证,结果表明该损伤模拟方法简单可靠,有实际应用的价值。

关键词：形状记忆聚合物损伤识别损伤模拟刚度可控构件

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岩石破裂过程的统计损伤模拟研究

岩土工程学报 2003年第2期25卷 184-187页

作者：曹文贵赵明华唐学军湖南大学岩土工程研究所湖南长沙410082 上海交通大学上海200030

根据岩石微元破裂服从正态分布的特点 ,引进能合理描述岩石微元强度的参量 ,基于岩石单轴应力应变试验曲线建立了反映岩石破裂全过程的统计损伤本构模型 ,据此对岩石统计损伤变量进行合理修正 ,从而建立了反映岩石破裂全过程的三维统计... 详细信息

根据岩石微元破裂服从正态分布的特点 ,引进能合理描述岩石微元强度的参量 ,基于岩石单轴应力应变试验曲线建立了反映岩石破裂全过程的统计损伤本构模型 ,据此对岩石统计损伤变量进行合理修正 ,从而建立了反映岩石破裂全过程的三维统计损伤本构模型 ,充分反映了岩石强度受应力状态影响的现象。

关键词：统计损伤模拟岩石破裂微元强度正态分布

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盾构主轴承损伤模拟试验台的研制

盾构主轴承损伤模拟试验台的研制

作者：曹伟西南交通大学

学位级别：硕士

盾构掘进机是一种绿色、高效、安全的隧道掘进装备,具有十分广阔的市场前景。主轴承作为盾构机刀盘驱动系统的关键部件之一,其承载能力与使用寿命关系着工程施工进度。据统计,主轴承在使用过程中未达到设计寿命就提前损坏的高达95%,只... 详细信息

盾构掘进机是一种绿色、高效、安全的隧道掘进装备,具有十分广阔的市场前景。主轴承作为盾构机刀盘驱动系统的关键部件之一,其承载能力与使用寿命关系着工程施工进度。据统计,主轴承在使用过程中未达到设计寿命就提前损坏的高达95%,只有5%能够达到设计要求。由于主轴承长时间处于复合载荷和冲击载荷的工况下运行,同时润滑不良、杂质入侵、使用不当等诸多因素的影响,导致主轴承出现某些损伤形式。一旦在施工过程中主轴承发生损坏导致盾构机停机,洞内更换主轴承难度大、周期长、耽误工程进度,将会造成巨大经济损失以及负面影响。为保证盾构机能够安全稳定的运行,研究盾构主轴承存在损伤运行时产生的信号与其损伤形式之间的关系,这将对实现盾构主轴承的状态监测及故障预警具有重要理论及工程指导意义。本文对主轴承的运行工况进行研究,基于缩比试验原理,确定试验台的主要技术参数。基于试验台技术参数,开展机械结构设计、有限元分析、控制系统及液压加载系统设计等工作。最后完成试验台的组装与调试。论文的主要研究内容与结果如下:1.以土压平衡盾构机为参照对象,结合主轴承的安装形式,分析主轴承的受力情况。运用缩比试验理论,计算出了试验台的主要技术参数。基于主轴承受力分析、试验台技术参数提出了试验台总体设计方案和模拟工况的设置。运用三维建模软件SOLIDWORKS完成了试验台机械结构的设计、建模和装配。2.根据试验台总体设计方案,完成待测主轴承、电机、减速机选型;通过理论计算校核试验台主驱动轴,计算结果表明主驱动轴满足设计要求;设计试验台各加载装置,以满足模拟工况的要求。3.利用有限元软件ABAQUS对原型机主轴承和待测主轴承受载后内部应力变形情况进行分析,以确定试验台的模拟效果。结果表明原型机主轴承和待测主轴承内部产生应力变形的位置与趋势基本相同,试验台能够较好的模拟主轴承受载情况。对主轴承固定座和加载盘进行强度校核,分析结果显示其结构强度满足设计要求。考虑试验台运行时,电机振动等外部载荷对主体结构的影响,对试验台主体结构进行了动力学计算,为试验台的安全运行提出相应的措施。4.设计试验台的控制系统与液压加载系统。根据试验要求,对控制系统硬件进行了选型,设计了试验台的主电路图和控制电路图。基于Lab VIEW软件编写了控制程序,主要包括压力传感器数据的采集;控制变频器的上电和断电;控制主电机的启停、运转速度和运转方向;控制油泵电机的启停和运转速度;控制液压缸加载和卸载等。根据试验需求以及模拟载荷的大小,进行了液压站选型,确定了液压缸型号。5.完成试验台各自制零部件的加工和装配,同时将控制系统和液压加载系统与试验台机械结构联接并进行调试。调试结果表明:试验台运行稳定,安全可靠,满足各项设计指标。

关键词：盾构掘进机主轴承损伤模拟试验台有限元计算

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大型风力机叶片快速建模及损伤模拟方法研究

大型风力机叶片快速建模及损伤模拟方法研究

作者：杜昊天重庆大学

学位级别：硕士

为满足社会日益增长的能源需求及降本增效,风力发电单机额定功率近年稳步提升,其叶片尺寸日趋大型化。考虑到气动外形、结构受力及轻质化设计等多种要求,大型叶片由单层均质材料向多层复合材料发展。复杂的气动外形及复合材料铺层设计,... 详细信息

为满足社会日益增长的能源需求及降本增效,风力发电单机额定功率近年稳步提升,其叶片尺寸日趋大型化。考虑到气动外形、结构受力及轻质化设计等多种要求,大型叶片由单层均质材料向多层复合材料发展。复杂的气动外形及复合材料铺层设计,导致叶片有限元建模分析的难度与日俱增。鉴于此,本文基于复合材料均匀化思想,结合扩展Bredt-Batho剪切流理论,提出了一种基于等效均匀化原理的大型风力机叶片有限元快速建模方法。在此基础上,引入损伤刚度退化理论,模拟了裂缝、分层等叶片常见局部损伤,研究了典型频域损伤识别指标对叶片损伤的敏感性。制作了复合材料夹芯梁,通过实验验证所提建模方法和典型损伤识别指标的适用性,为大型风力机叶片的有限元建模分析和局部损伤识别提供了技术支撑。本文主要研究工作及结论如下:(1)针对商用有限元软件建立风力机叶片模型过程繁琐、计算成本高的问题,提出了基于复合材料等效均匀化理论的大型风力机叶片快速建模分析方法。首先,分析风力机叶片在实体、壳和梁单元三种建模策略下的特点,总结风力机叶片梁单元建模的优势与不足;其次,结合复合材料均匀化思想、扩展Bredt-Batho剪切流理论,采用分段等效原理提出了大型风力机叶片快速建模分析方法;最后,利用Python语言编制了相应的有限元程序。数值模拟结果表明,所提方法的计算精度与实体建模所得结果相当,但计算效率提高了约4倍。此外,NREL 5MW风力机叶片数值模拟结果表明,所提方法与商用有限元软件计算误差约为4%,表明所提方法具有较好的适用性。(2)针对传统方法采用整体刚度折减无法准确模拟复合材料叶片损伤的问题,采用所提出的有限元建模方法,通过分层折减损伤部位刚度的方式,分别模拟了叶片前缘开裂、分层以及后缘脱粘损伤。分析不同损伤位置、程度对叶片固有频率及振型的影响,并选取几种典型频域损伤识别指标进行叶片局部损伤的识别。数值模拟结果表明,相比于曲率模态差、模态柔度差等指标,在不同损伤位置、程度下,模态柔度曲率差指标的识别结果较为准确。(3)在实验室制作了一组三层夹芯复合梁,并采用人工切割打磨方式模拟复合梁不同位置、程度的损伤。测量其在不同工况下的加速度响应信号,并采用频域分解法辨识结构的频率和振型;在此基础之上,采用第二章所提方法对复合梁进行建模分析,并采用典型频域损伤识别指标进行损伤识别。分析结果表明,在无损状态及存在不同位置、程度的损伤状态下,利用所提建模方法建立的数值模型前3阶频率与实测结果具有较好的一致性,表明所提方法具有较好的实用性。此外,典型频域损伤识别指标的识别效果表明,相比于平均曲率模态损伤因子,利用模态柔度曲率差能更准确地识别结构损伤。

关键词：风力机叶片复合材料等效均匀法分层刚度退化损伤模拟

单箱多室连续梁桥损伤模拟及体外预应力加固试验研究

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单箱多室连续梁桥损伤模拟及体外预应力加固试验研究

作者：梁道宇东北林业大学

学位级别：硕士

预应力混凝土连续箱梁凭借着自身的众多优点和施工技术的完善得到了广泛的应用,但是预应力混凝土连续箱梁在运营期间也有大量桥梁出现了众多问题,例如:梁体下挠、梁体开裂等等,这些问题严重影响了桥梁的正常使用。这些病害会随着实践的... 详细信息

预应力混凝土连续箱梁凭借着自身的众多优点和施工技术的完善得到了广泛的应用,但是预应力混凝土连续箱梁在运营期间也有大量桥梁出现了众多问题,例如:梁体下挠、梁体开裂等等,这些问题严重影响了桥梁的正常使用。这些病害会随着实践的推移而发展,所以要及时发现及时处理。通过有效的处理和加固,能有效的提高桥梁的承载能力。在众多加固方法中,体外预应力加固是一种积极主动而且有效的加固方法,能提高结构承载能力、改善跨中下挠状态和增大主梁压应力储备,并且体外预应力技术已经得到广泛应用,技术也比较完善。以某城市单箱多室连续箱梁为工程背景,针对依托工程的实际情况对结构的总体分析,并对结构下挠及开裂的影响参数进行了分析,建立了损伤计算模型、加固后的模型并进行了验算。对加固方案进行优化比选,最后通过静动载试验验证加固方案的有效性。主要研究内容如下:(1)对原桥实际开裂状态进行描述,利用Midas Civil软件分析预应力损失、结构超重、刚度折减、混凝凝土收缩徐变、汽车荷载对原桥的开裂和下挠的影响;(2)对原桥的损伤状态进行模拟,利用Midas Civil有限元分析软件对依托工程的几个损伤状态进行模拟,建立损伤模型并对损伤模型进行验算分析;(3)依据损伤模型对每个损伤状态下的结构进行体外预应力加固方案优化,经过对比分析几种加固方案下的加固效果得出最终的加固方案,最后建立加固后的模型。(4)针对依托工程进行前后静动载试验,静载试验对加固前后挠度和应力的变化进行对比分析;动载试验通过对比加固前后基频、阻尼比、冲击系数的变化进行分析,最后做出加固效果评价。

关键词：有限元模型参数分析损伤模拟体外预应力加固荷载试验

复合材料-金属胶接结构多次冲击损伤模拟与试验研究

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复合材料-金属胶接结构多次冲击损伤模拟与试验研究

作者：魏砚泽哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)作为先进复合材料的代表,具有高比刚度、高比强度、可设计性好等优点并被广泛应用于人们生产生活中的诸多领域。对于复合材料承载结构,为了对其进行防护,有时需要在其表面胶接金属层,此时复合材料与金... 详细信息

碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)作为先进复合材料的代表,具有高比刚度、高比强度、可设计性好等优点并被广泛应用于人们生产生活中的诸多领域。对于复合材料承载结构,为了对其进行防护,有时需要在其表面胶接金属层,此时复合材料与金属的胶接界面也成为了新的强度考核区;而对于这样的复合材料承载结构,其所承载的次数可能不止一次,因此对复合材料层合板在多频次的冲击载荷下的力学性能进行研究也十分有必要。本文以T700/3234型复合材料单向板为研究对象,对复合材料层合板、复合材料层合板-金属胶接结构在不同冲击能量、不同冲击次数下的损伤机理和失效模式以及冲击后剩余压缩强度开展了相关研究。首先针对复合材料层合板、复合材料层合板-金属胶接结构进行了单次冲击损伤研究。利用Abaqus有限元软件分别采用二维Hashin准则与达索公司开发的VUMAT子程序进行不同能量的单次冲击损伤模拟,研究了10J和20J冲击能量对两类结构中层合板性能的影响。同时结合红外无损检测技术进行冲击损伤试验,通过试验结果与仿真分析结果对比,探讨了模型的准确性。然后针对复合材料层合板进行了多次冲击损伤研究。利用Abaqus有限元软件中的重启动分析模块实现对冲击后层合板损伤状态的保留,对层合板进行了多次冲击损伤模拟。经模拟发现随着冲击次数的增加,层合板损伤区域的范围和深度呈增长趋势,但增长率逐渐减小。同时对复合材料层合板进行了多次冲击试验与红外无损检测,与仿真结果进行对比发现二者具有较好的一致性。最后对几种工况下试验件的冲击后剩余压缩强度进行了模拟和试验研究。利用Abaqus重启动分析模块建立了冲击后压缩有限元模型,分别对无损试验件、复合材料层合板20J单次冲击试验件、复合材料层合板-金属胶接结构20J单次冲击试验件、复合材料层合板20J多次冲击试验件的冲击后剩余压缩强度开展了仿真分析研究。随后结合压缩试验与红外无损检测技术实现对模型精确性的验证。

关键词：复合材料-金属胶接结构多次冲击损伤模拟冲击后压缩剩余强度

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桥式起重机主梁损伤模拟及识别方法研究

桥式起重机主梁损伤模拟及识别方法研究

作者：尤佳庆太原科技大学

学位级别：硕士

桥式起重机的工作性质决定了它属于危险性较大的机械设备，属于特种设备，国家特检部门针对特种设备的安全发布了一系列的法规文件和技术标准。因此桥式起重机在工作过程中保持健康的状态十分重要，这就需要起重机维护人员能够较方便地... 详细信息

桥式起重机的工作性质决定了它属于危险性较大的机械设备，属于特种设备，国家特检部门针对特种设备的安全发布了一系列的法规文件和技术标准。因此桥式起重机在工作过程中保持健康的状态十分重要，这就需要起重机维护人员能够较方便地了解桥式起重机健康情况，尤其是桥机骨架主梁的健康信息。通常情况下，凭人工经验判断主梁损伤情况不具有全面性及权威性，同时损伤判断经验的积累与传承也是个棘手的问题;而高科技的探伤设备和健康在线诊断系统需要投入大量的人力与财力，此手段的推广使用不具有经济性。故本文的目的是在利用现有的损伤识别理论基础上，结合模拟主梁损伤变化前后得到的主梁动力学参数，寻找一种能够有效识别主梁损伤状态的方法。首先，通过常规设计确定桥机主梁截面的基本尺寸参数以及端梁的尺寸，分别在二维软件AutoCAD、三维软件Pro/E中画出主梁的二维图和三维模型图;参照主梁的三维模型图，在ANSYS软件中利用APDL语言对主梁进行有限元建模，之后网格划分等前处理工作，通过静载分析观察主梁的应力云图和变形图;采用子空间法对主梁做模态分析，观察主梁的前几阶振型并提取各阶频率值;其次，在简化主梁有限元模型的基础上，利用单元“生死”技术模拟主梁的损伤，分别设计不同区域的单元损伤工况，模态分析得到不同工况下主梁的动力学参数，将损伤前后的动力学参数看作损伤分析的原始数据;用几种传统的损伤分析方法去分析损伤前后不同的动力学参数，不能准确的判别损伤位置与损伤程度;最后，结合小波分析理论与神经网络知识，利用MATLAB软件中的工具箱分析损伤前后的模态曲率，能够较好的判断损伤情况，损伤识别效果比较好。因此，本论文是在有限元模型的基础上利用单元“生死”技术来模拟主梁的损伤，通过模态分析得到不同损伤工况下的动力学参数数据，从模态曲率的变化角度来寻找损伤的识别方法。在实际的应用中，希望将寻找到的损伤识别方法与仪器设备测得的动力学参数相结合，能够方便有效的判断主梁的损伤信息，为桥式起重机能够更好的服役提供安全保障。

关键词：桥式起重机有限元单元“生死” 损伤模拟损伤识别

大跨度连续刚构桥损伤模拟及加固后长期性能分析

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大跨度连续刚构桥损伤模拟及加固后长期性能分析

作者：冯振兴西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,桥梁事故频发,既有桥梁结构的检测和加固已成为人们日益关注的热点问题。论文阐述了混凝土桥梁结构检测评估及加固常用的各种方法,并以广东东圃大桥主航道桥为依托,针对大跨度预应力混凝土连续刚构桥普遍存在的病害状况分析其产... 详细信息

近年来,桥梁事故频发,既有桥梁结构的检测和加固已成为人们日益关注的热点问题。论文阐述了混凝土桥梁结构检测评估及加固常用的各种方法,并以广东东圃大桥主航道桥为依托,针对大跨度预应力混凝土连续刚构桥普遍存在的病害状况分析其产生原因,提出了结构损伤模拟和基于包络法的加固设计,为类似病害桥梁的处理提供依据。论文主要研究内容为： 1、总结国内外现有桥梁状况及混凝土桥梁结构常用的检测评估及加固方法;2、结合东圃特大桥主航道桥,从设计、施工、运营等方面对大跨度预应力混凝土连续刚构桥的常见病害进行成因分析;3、对桥梁病害产生原因进行敏感性分析,从中挑选出影响病害产生的关键因素;结合桥梁结构的实际病害情况,根据敏感性分析挑选出的各个关键因素,提出各种合理的组合工况;将各关键因素的组合工况在计算模型中进行试算,分析计算结果与桥梁病害的对应关系,并最终确定结构基于病害的桥梁损伤状况;4、在已知桥梁损伤状况的基础上,采用包络法对病害桥梁进行加固设计,结合实际状况对桥梁建造-损伤-加固全过程进行模拟,并按照规范对主控模型和包络原设计模型进行验算;5、基于加固后荷载试验的方法来评判东圃大桥主航道桥加固效果的优劣,并对加固后桥梁的长期性能进行了分析。

关键词：大跨连续刚构桥损伤模拟加固长期性能