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航空制造领域中三维工艺技术的应用

航空制造技术 2013年第13期56卷 43-46页

作者：惠巍王彦陶剑沈波胡保华中航工业金航数码科技有限责任公司中航工业陕西飞机工业(集团)有限公司

国内飞机制造企业经过长期的三维工艺设计与仿真、CAX／CAPP／MES系统集成等技术的研究，突破了基于模型的定义（MBD）、三维工艺设计可视化、三维装配过程仿真验证及优化、三维工作指令的创建、发放及浏览、多系统集成和业务流程优化... 详细信息

国内飞机制造企业经过长期的三维工艺设计与仿真、CAX／CAPP／MES系统集成等技术的研究，突破了基于模型的定义（MBD）、三维工艺设计可视化、三维装配过程仿真验证及优化、三维工作指令的创建、发放及浏览、多系统集成和业务流程优化等关键技术瓶颈，构建了体系完整的、能支撑装配、机加、钣金、冶金等各类工艺设计业务需求的三维化、系统化、集成化的企业级数字化工艺设计平台。实现了传统二维工艺设计制造体系向三维数字化工艺设计制造体系的成功转型。

关键词：工艺设计三维化技术制造领域三维数字化应用航空仿真验证

集成环境下基于KM3DCAPP-A的飞机部件三维装配工艺设计及应用

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航空制造技术 2014年第17期57卷 93-96页

作者：陈佳徐济友江洪涛武汉开目信息技术有限责任公司

以飞机某关重部件的装配工艺设计、装配现场控制为目标,在现有集成信息化条件下,考虑自身上游设计基础,应用面向三维的装配工艺规划及装配过程执行的工具——KM3DCAPP-A,可实现装配工艺的可理解性的提高、装配进度的跟踪和控制、数字化... 详细信息

以飞机某关重部件的装配工艺设计、装配现场控制为目标,在现有集成信息化条件下,考虑自身上游设计基础,应用面向三维的装配工艺规划及装配过程执行的工具——KM3DCAPP-A,可实现装配工艺的可理解性的提高、装配进度的跟踪和控制、数字化选配、装配质量控制,并与企业已有信息化系统集成,打通集成环境下的完整数据流。

关键词：三维装配 KM3DCAPP-A 集成环境飞机部件装配工艺装配过程集成信息装配序列规划系统集成三维化

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适用于砂土循环加载分析的边界面塑性模型

适用于砂土循环加载分析的边界面塑性模型

作者：董建勋天津大学

学位级别：硕士

在海洋工程系泊系统中,锚的承载性能备受关注,由于锚直接或间接地受到由风、浪、流等产生的循环荷载的作用,其循环承载性能将变得更为显著,并与其静承载性能存在很大的不同。目前对于锚的循环承载性能的确定主要基于模型试验,而相关的... 详细信息

在海洋工程系泊系统中,锚的承载性能备受关注,由于锚直接或间接地受到由风、浪、流等产生的循环荷载的作用,其循环承载性能将变得更为显著,并与其静承载性能存在很大的不同。目前对于锚的循环承载性能的确定主要基于模型试验,而相关的数值计算尚不完善。实现数值计算的关键在于建立一个能够真实反映土体循环力学特性且理论简单、便于数值实现的本构模型。本文致力于建立一个适用于饱和砂土排水且循环加载分析的边界面塑性模型。首先,基于临界状态土力学框架,在p-q平面建立了一个适用于砂土排水且循环加载分析的边界面塑性模型。采用了考虑虚拟峰值应力比的偏应变硬化准则,初始加载阶段应力点位于边界面上,在卸载和反向加载阶段,以历史最大屈服面作为边界面,同时实现了对密砂软化现象的模拟和对历史所受最大应力的记忆。边界面采用修正的椭圆形,引入考虑密度及应力水平的状态相关剪胀函数,采用非相关联流动法则和以应力反向点作为映射中心的径向映射准则。模型仅有10个参数,通过常规三轴试验即可确定,并且使用一套参数即可模拟不同围压、密度条件下砂土的单调和循环加载。其次,分别对饱和砂土的单调、循环排水三轴试验进行模拟。选用了Hostun砂、Nevada砂、Toyoura砂和Fuji river砂等多组不同围压、密度的工况进行模拟,并将模拟结果与试验结果进行比较。结果表明,该模型能够合理地反映饱和砂土排水条件下的基本力学特性。最后,将p-q平面内的边界面塑性模型进行三维化。基于修正的广义Mises准则,引入考虑土体各向异性的插值函数g(θ)对临界状态应力比M进行修正,将二维边界面塑性模型拓展为三维边界面塑性模型。

关键词：饱和砂土排水循环加载边界面塑性模型偏应变硬化剪胀三维化

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留园研究

留园研究

作者：盛迪平浙江大学

学位级别：硕士

江南园林艺术是我国宝贵的文化遗产,不论从它所传达的文化内涵和意境,还是从它所体现的设计过程和手法上来说,都具有极好的研究价值。苏州的留园作为中国四大名园之一,它在园林空间素质、建筑布局、叠石理水、植物配植等园林构成上的处... 详细信息

江南园林艺术是我国宝贵的文化遗产,不论从它所传达的文化内涵和意境,还是从它所体现的设计过程和手法上来说,都具有极好的研究价值。苏州的留园作为中国四大名园之一,它在园林空间素质、建筑布局、叠石理水、植物配植等园林构成上的处理都代表了江南园林艺术的精华。虽然目前对留园研究著作很多,但大都是从古典园林文学、历史、园林志、园林文化角度对其进行研究,没有对留园的基本造园原理和手法做深入的研究。本课题选取留园作为典型的个案进行研究,基本脉络是在实地考察和查阅大量文献资料的基础上,对留园的历史概况、空间布局、道路系统、建筑、理水、山石、植物配植、铺装进行系统的论述和总结,并提出了笔者独到的见解。通过对留园园林构成要素及其关系进行数据化、量化、三维化的分析,力求以现代景观设计的分析手段和基本原理去剖析留园基本造园手法和丰富的设计内涵,从而丰富现代景观设计的思想和理念,同时,努力寻找中国古典私家园林和现代城市景观设计本质上的内在联系与设计上的结合点,让中国传统文化在现代设计意识中得到传承,这是本文的现实意义。论文主要取得了以下几方面研究成果:(1)通过文献记载和实地考察的相互验证,以及运用图底关系理论,得出了留园空间布局的基本规则,针对留园创造性地提出了封闭空间这个抽象空间概念,并在此基础上研究了留园的空间序列、空间等级等空间特性,总结出一些基本规则。(2)以历史和现状结合的研究方式,阐述留园道路系统的构成要素,论述了迷宫式的留园道路系统自循环以及无等级的特点,并通过局部分解和整体组合的现代景观分析手法以及大量图示进行充分的论证。(3)着重运用图示分析的方法对留园的建筑、山石、理水、植物、铺装进行了论述,验证造园名著《园冶》对江南园林要素规划设计规律的总结。(4)探讨了留园在园林理水上的特点,总结了理水的基本规则,并根据同构性原理,扩展了对传统园林水的界定,创新了“中国式枯山水”的提法,通过图示化分析,赋予留园东部的园中园新的设计内涵,从而也丰富了中国传统园林理水方面的理论研究。

关键词：古典园林留园园林构成量化三维化分析

饱和砂土循环动力分析边界面模型的显式积分算法研究

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饱和砂土循环动力分析边界面模型的显式积分算法研究

作者：高源天津大学

学位级别：硕士

海洋工程中嵌入式锚固结构通常承受由风、浪、流等引起的长期低频循环荷载,研究这类荷载作用下结构的承载性能与动力响应,对保证嵌入式锚固结构的长期安全稳定具有重要的意义。目前,针对嵌入式结构循环承载性能的研究主要基于模型试验... 详细信息

海洋工程中嵌入式锚固结构通常承受由风、浪、流等引起的长期低频循环荷载,研究这类荷载作用下结构的承载性能与动力响应,对保证嵌入式锚固结构的长期安全稳定具有重要的意义。目前,针对嵌入式结构循环承载性能的研究主要基于模型试验和现场试验,有效的数值分析方法尚未建立。边界面塑性模型具备模拟土体复杂动力行为的能力,因此,可以利用边界面塑性模型对嵌入式海洋结构进行数值分析。然而,若想将边界面模型应用于具体的岩土工程边值问题,则必须先对模型进行三维化和数值积分。本文基于一种适用于饱和砂土循环动力分析的边界面塑性模型,致力于将其从二维应力空间扩展到三维应力空间,并建立与三维模型配套的数值积分算法。首先,本文采用修正广义Mises应力替换法将适用于饱和砂土循环动力分析的边界面塑性模型扩展到了三维应力空间。该三维模型采用了非相关联流动法则,结合与状态相关的膨胀函数,以描述砂土的剪胀特性;采用具有峰值应力比概念的塑性模量公式,以模拟密砂的应变软化特性。其次,本文采用带有自动误差控制的子增量步显式积分算法对模型进行积分,建立了边界面塑性模型的显式积分算法流程,并利用有限元软件ABAQUS中的用户自定义材料子程序接口UMAT,将该算法流程编制成可用于有限元计算的FORTRAN格式程序。最后,针对Toyoura砂在单调荷载和循环荷载下的三轴试验、以及Leighton Buzzard砂的地基承载试验,建立数值模型进行模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,无论在土体单元层面还是宏观岩土工程边值问题层面,子增量步显式积分算法对边界面塑性模型的积分都具有适用性和准确性,同时,也证明了修正广义Mises应力替换法对边界面塑性模型进行三维化的有效性。通过设置不同的允许误差和增量步大小对同一静三轴试验进行模拟,证明了子增量步显式积分算法的稳定性和高效性。

关键词：饱和砂土循环加载剪胀边界面塑性模型三维化子增量步显式积分算法

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UH模型的热力学解释

UH模型的热力学解释

作者：崔文杰北京航空航天大学

学位级别：硕士

热力学定律是研究能量性质及其转换规律的基本物理定律。其中,热力学第一定律保证了能量在转移和转换过程中的总量保持不变;热力学第二定律则决定了材料在做功过程中一定有耗散能产生。采用热力学理论解决岩土材料等温变形问题,主要从... 详细信息

热力学定律是研究能量性质及其转换规律的基本物理定律。其中,热力学第一定律保证了能量在转移和转换过程中的总量保持不变;热力学第二定律则决定了材料在做功过程中一定有耗散能产生。采用热力学理论解决岩土材料等温变形问题,主要从热力学第一定律和第二定律出发,通过建立土体做功过程中的耗散能函数和自由能函数,确定建立弹塑性模型所需的基本要素,即屈服条件、流动规律和硬化定律等。对于已有的岩土材料本构模型和三维化方法都应该满足热力学基本定律。本文在热力学理论框架下首先分析了UH模型三维化方法的合理性。通过引入与塑性剪应变相应的迁移应力,使基于耗散能增量函数建立的岩土材料本构模型能考虑应力诱导各向异性的影响。同时,给出了耗散应力空间应力张量与真实应力张量之间的关系,通过三维耗散应力空间实现了在真实应力空间采用相关联的流动法则计算不同方向的塑性应变。其次,在同一热力学框架下对比分析了已有描述岩土材料应力诱导各向异性方法。变换应力方法中的提出的变换应力空间,与提出的三维耗散应力空间具有等效性,而直接引入强度准则的方法和g（θ）方法都直接在真实应力空间中采用相关联的流动法则计算塑性应变,没有找到相应的满足相关联流动法则的耗散应力空间,不能保证耗散能的非负性。相比修正剑桥模型,UH模型的建模过程仅是在硬化参数的选择上有所不同,在热力学框架下表现为仅是自由能函数不同,而耗散能函数不变,这样就决定了UH模型在耗散应力空间保证耗散能的非负性,同时满足相关联的流动法则。而对于UH模型相应的剪切迁移应力的表达形式,需要在今后做进一步的分析和研究。

关键词：土 UH模型热力学理论三维化硬化参数

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双向循环载荷作用下饱和粘土的边界面模型

双向循环载荷作用下饱和粘土的边界面模型

作者：张福征天津大学

学位级别：硕士

嵌入式海洋工程结构在风、浪、流等海洋环境下,产生的循环载荷会传至周围的海洋土,使得海洋土不断处于双向的压缩-拉伸状态。部分该类结构的承载性能由其在循环载荷作用下产生的拉伸变形决定,因此如何能够准确地模拟双向循环载荷作用下... 详细信息

嵌入式海洋工程结构在风、浪、流等海洋环境下,产生的循环载荷会传至周围的海洋土,使得海洋土不断处于双向的压缩-拉伸状态。部分该类结构的承载性能由其在循环载荷作用下产生的拉伸变形决定,因此如何能够准确地模拟双向循环载荷作用下嵌入式海洋工程结构的承载能力和工作性能具有重要的意义。现有考虑循环载荷作用的弹塑性模型,往往采用类似剑桥模型的椭圆形屈服面,海洋土体一般为天然固结状态,已有研究表明该类屈服面在土体处于拉伸状态时,因弹性区域偏大,导致计算精度较差。为了解决椭圆屈服面因拉伸部分的弹性区域过大,使得塑性变形偏小的不合理性。本文结合基于空间滑动面破坏准则的变换应力法和作者新近提出的硬化准则,建立了能考虑土体在双向循环载荷作用下尤其处于拉伸状态时动力特性的边界面模型。将模型数值计算的结果与试验结果比较,验证了该模型的合理性。为了实现模型的数值计算,需要选取一种高效、精确的应力积分算法（本构积分算法）,使得计算精度高、收敛速度快、资源利用率大。本文基于回映应力积分算法,推导了三种该模型的应力更新算法公式,编写了相应的Fortran语言程序,实现了模型的数值计算。并且在同一工况中,相同模型参数下,运用不同积分算法对模型数值计算的结果进行对比和数据分析,考察不同算法对该模型计算结果的影响。同时,与试验结果进行对比,验证了回映应力积分算法的准确性和合理性。然而,目前该弹塑性模型只在常规三轴应力条件下得到了验证,实际工程中土体所处的应力状态往往为三维应力状态,为了将修正模型从三轴试验的轴对称状态推广至真三轴应力状态,以期运用该模型分析嵌入式海洋工程结构与海洋土体的耦合动力响应,本文利用变换应力法实现了模型的三维化,并给出了相应的公式推导和数值实现方法。

关键词：双向循环载荷边界面模型变换应力饱和粘土回映应力算法数值积分三维化

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统一硬化模型在边坡变形分析中的应用

统一硬化模型在边坡变形分析中的应用

作者：秦振华北京航空航天大学

学位级别：硕士

本文立足于对变换应力三维化方法、统一硬化（UH）模型及其有限元子程序的深入分析,研究UH模型在某些情况下有限元计算不易收敛的原因,找出了问题所在,并给出了解决方法。在此基础上,分别进行了静荷载以及循环荷载作用下有限元分析、边... 详细信息

本文立足于对变换应力三维化方法、统一硬化（UH）模型及其有限元子程序的深入分析,研究UH模型在某些情况下有限元计算不易收敛的原因,找出了问题所在,并给出了解决方法。在此基础上,分别进行了静荷载以及循环荷载作用下有限元分析、边坡稳定性分析等。通过对UH模型和基于SMP强度准则的变换应力三维化方法的深刻理解,推导出了本构模型的弹塑性刚度矩阵以及塑性因子等;深入研究了弹塑性增量本构模型有限元一般解法以及模型的有限元开发上所需要处理的关键问题;分析了加卸载准则的判断和应力的更新算法等;分析了目前常用的几种土的本构模型三维化方法以及变换应力方法的优势。详细分析了用变换应力三维化本构模型非关联流动的本质,针对因采用非关联流动法则而带来的本构模型切线刚度矩阵的非对称性,建立了本构模型切线刚度矩阵的对称化方法。将此方法应用于UH模型并进行了有限元分析,分别进行了三轴伸长试验有限元分析以及地基承载力有限元分析。在UH模型有限元子程序基础上,开发了动力UH模型的有限元子程序,并进行了有限元分析,分别进行了循环荷载作用下的三轴压缩试验、三轴伸长试验以及地基承载力的有限元分析,分析结果验证了子程序的正确性。将强度折减法与有限元软件ABAQUS相结合,并将UH模型用于边坡稳定性的有限元分析。以塑性区贯通及位移的突变作为边坡失稳的评价依据,计算出了边坡的强度折减系数。

关键词：三维化非关联对称化有限元分析边坡

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K0固结非饱和黄土弹塑性研究

K0固结非饱和黄土弹塑性研究

作者：孟勇西安建筑科技大学

学位级别：硕士

本文在饱和土初始应力各向异性的弹塑性模型和非饱和土弹塑性模型的基础上,给出了原状非饱和黄土不等向硬化弹塑性模型,并采用基于SMP准则的空间应力变换,对其进行三维化,使其转化为合理的空间三维模型。通过引入参量η来考虑土的初始... 详细信息

本文在饱和土初始应力各向异性的弹塑性模型和非饱和土弹塑性模型的基础上,给出了原状非饱和黄土不等向硬化弹塑性模型,并采用基于SMP准则的空间应力变换,对其进行三维化,使其转化为合理的空间三维模型。通过引入参量η来考虑土的初始各向异性,此模型的硬化轴在剑桥模型的等向硬化轴和关口-太田模型的K硬化轴之间。通过引入参量σ(s)来考虑吸力对非饱和黄土的力学性质的影响。通过试验建立起某一初始孔隙比和相应屈服应力的关系,进而建立起初始孔隙比和屈服应力间的一般关系,来使模型适应不同初始孔隙比的非饱和土。该模型可以预测在常基质吸力或变基质吸力下的三维应力路径模型的非饱和土的应力应变关系。所需要的参数可以通过常规的非饱和土三轴试验确定出来。通过改进孔压量测系统、轴向加压系统和增加体变的量测系统,使常规的饱和土三轴仪能进行非饱和土试验。所作试验均采用原状土样,试验的加载路径首先为K固结试样,然后进行剪切,接着浸水使试样饱和,最后剪坏试样。通过不同应力路径下非饱和黄土的湿化变形试验研究,分析吸力对其变形和强度的影响。

关键词： K0固结非饱和黄土模型三维化