聚氨酯高聚物注浆材料剪切测试与有限元模拟1)

通过扭转试验对高聚物注浆材料剪切性能进行试验研究,并在扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM) 下观测了试件断面处胞体形状破坏特征,在此基础上通过有限元数值模拟,对其剪切变形力学响应特征及剪应力分布规律进行了研究。结果表明：密度对高聚物材料的剪切强度及剪切模量影响显著,且随着高聚物材料密度的增加,其剪切强度和剪切模量被显著提升;高聚物材料胞体分布遵循能量最低原理,密度越大,胞体表面积越小,表面能越小,体系越稳定;面心立方体堆砌模型可以较好模拟材料剪切变形行为,且密度越大,拟合效果越好。     

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提出了一种采用有限元法计算钢管混凝土受剪时等效剪切模量的方法,并对该方法 的正确性进行了验证;在分析了各种因素对等效剪切模量影响的基础上,给出了圆形和方形 钢管混凝土受剪时等效剪切模量的简化计算公式;与其他得到钢管混凝土剪切模量的方法进 行比较,分析了结果不同的原因,表明对钢管混凝土采用有限元计算研究其等效剪切模量的 方法更为合理.     

FINITE ELEMENT SIMULATION OF GUST LOADING

In the structural design of civil aircraft the critical loads are often those encountered in a gust or atmospheric turbulence. The traditional ‘indicial’ solution is restricted to a simple plate. In this paper a finite element formulation is proposed for an aerofoil or arbitrary shape entering a uniform sharp-edged or sinusoidal gust. The thin rotational gust front and wake in an irrotational flow field are successfully modelled by a novel superposition technique. The finite element solutions are compared with the Kussner function and results by other numerical methods. The agreement is good.     

板材成形有限元数值模拟的研究进展

本文以不同时期引起人们广泛注意的标准考题１）为主要线索，对板材成形有限元数值模拟的发展作了简要的综述．并讨论了研究中仍存在的问题和研究的发展方向．     

基于离散元模型的土石混合体直剪试验分析

土石混合体是由高强度块石和低强度土体组成的一类特殊工程地质材料,其力学性质可通过直剪试验进行确定.论文针对土石混合体的细观材料特性,分别采用球形颗粒单元和非规则组合颗粒单元模拟土体和块石材料,对其在不同含石量和颗粒粘结强度下的直剪试验过程进行离散元分析.计算结果表明,土石混合体的抗剪强度随着含石量和粘结强度的增加而增加;通过不同法向应力下直剪试验的离散元分析,确定了不同含石量下土石混合体材料的内摩擦角和粘聚力.论文研究结果有助于进一步揭示土石混合体的抗剪强度特性.     

ON THE HEURISTIC AND EXAMPLE-DRIVEN TEACHING METHOD-A CASE STUDY OF FINITE ELEMENT SIMULATION COURSE 1)

有限元仿真课程已成为力学等专业新工科人才培养中的重要环节。本文针对该课程的特点,提出了实例驱动型启发式的教学方法。通过对带孔方板受拉问题的教学实例的阐述,详细介绍了实例驱动型教学方法的组成部分和实施要点,讨论了启发式理念在该实例教学中的体现。通过同济大学的教学实践,表明所提方法能显著提高教学效果。     

汽缸结构上下缸接触的有限元分析

采用有限元软件MSC／NASTRAN计算分析了汽轮机汽缸结构上下缸接触状态的应力分布和变形．分析了汽缸在温度场作用下以及温度场同内压联合作用下的应力分布情况，重点分析上下半缸的螺栓连接面——中分面上的应力和变形情况．建立了气缸三维实体有限元分析模型，并对每根连接螺栓均建立了模拟模型．分析结果表明，同内压引起的应力相比，热应力是缸体中应力的主要成分．当内外壁温差达到100℃时，缸体中最大应力为1230MPa，出现在约束处应力集中部位，缸体绝大部分应力水平在600-700MPa；汽缸外壁温度为250℃时，缸体中最大应力为1080MPa，缸体绝大部分应力水平在100MPa，得出减小汽缸内外壁的温差能有效减小缸体中应力的结论．分析表明，缸体轴向最大伸长量为2．55mm，横向最大变形为2．02mm．Z向最大位移为1．24mm．中分面有分离，但分离程度较小，分离值均在10^—3mm量级上．     

高速弹丸撞击地质材料的有限元计算

给出高速弹丸撞击地质材料的有限元分析。利用ＦＥＣＰ２动力有限元程序计算了模拟回收弹体撞击水泥及花岗岩两种地质材料的动力响应，同时给出了弹、靶初始变形过程的图形。     

铜三晶体弹性应力场和主滑移系分解切应力的有限元分析

用三维各向异性有限元法,对铜三晶体在拉伸载荷作用下的弹性应力集中特性和各组元晶体主滑移系上的切应力变化进行了计算分析,得到了与实验较为一致的结果,为进一步分析三晶体的循环塑性变形提供了依据.     

基于FE/EFG耦合方法的沥青路面裂纹扩展模拟

沥青路面裂纹在行车荷载下的裂纹扩展规律对于沥青路面的设计、维护具有重要的指导意义.通过预切口沥青混合料小梁疲劳试验,利用无网格伽辽金/有限元耦合方法,对沥青路面表面裂纹扩展进行了数值模拟,研究了面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量对裂纹扩展的影响规律.结果显示:随着预切口距离加载中心距离的增大,沥青混合料小梁的疲劳寿命增大,裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子减小,裂纹所表现出的Ⅱ型特性增 强;在沥青路面表面裂纹扩展过程中,应力强度因子经历一个急剧上升,达到一个极值后缓慢下降,然后又缓慢上升,最后急剧增加的过程;随面层、基层厚度的增加,表面裂纹尖端的应力强度因子降低;面层、基层模量对裂纹扩展路径的影响较大.     

PREDICTIONS OF EFFECTIVE OUT-PLANE SHEAR MODULUS AND SIZE EFFECT OF HEXAGONAL HONEYCOMB

给出了预测六边形蜂窝材料等效剪切模量及其尺寸效应的圆筒扭转力学模型和扭转能量法,建立了等效面外剪切模量G₁₃相对于材料体分比ν、周向单胞数n、圆筒半径r和单胞层数参数m变化的解析表达式;同时将扭转能量法、有限元数值模拟计算和G-A经典细观力学方法进行了比较,从理论上揭示并验证了尺寸效应的存在性. 结果表明,当蜂窝体胞尺寸相对结构尺寸无穷小时,预测结果趋近于细观力学方法的结果. 此外,利用周期性蜂窝材料的结构对称特性,使用体胞子结构有限元计算模型进行等效面外剪切模量及其尺寸效应的预测,在不影响计算结果的前提下极大地提高了计算效率.     

纳米压痕过程的三维有限元数值试验研究

采用有限元方法模拟了纳米压痕仪的加、卸载过程，三维有限元模型考虑了纳米压痕仪的标准Berkovich压头．介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式，讨论了摩擦、滑动机制、试件模型的大小对计算结果的影响，进行了计算结果与标准试样实验结果的比较，证实了模拟的可靠性．在此基础上，重点研究了压头尖端曲率半径对纳米压痕实验数据的影响．对比分析了尖端曲率半径r＝0与r＝100nm两种压头的材料压痕载荷—位移曲线．结果表明，当压头尖端曲率半径r≠0时，基于经典的均匀连续介质力学本构理论、传统的实验手段与数据处理方法，压痕硬度值会随着压痕深度的减小而升高．     

血红细胞力学性能的纳米压痕实验和有限元模拟

采用纳米压痕技术和有限元方法研究了血红细胞的生物力学性能. 进行了血红细胞的纳米压痕实验, 得到了血红细胞的材料参数和变形形貌; 在实验基础上, 建立了血红细胞的三维有限元模型, 模拟了血红细胞的压痕载荷-位移曲线, 并考虑了参数效应. 数值模拟结果和实验数据符合很好. 通过改变压头与材料之间的摩擦系数和压头曲率半径等参数, 比较了载荷-位移曲线的变化情况. 研究表明摩擦系数对压痕载荷-位移曲线和应力分布影响很小, 而压头曲率对载荷-位移曲线的影响明显.     

用不同模量有限元分析坝体应力和变形

探讨拉,压不同模量有限元法在重力坝应力,变形分析中的应用,利用该方法计算坝体裂缝,接触,稳定问题明显地提高了分析精度,本指出,给定拉伸时的弹性模量和泊松比是重要的可能的。在岩土力学,冰力学,陶瓷和塑料的力学分析中,使不同模量有限元法必定会有实际意义。     

钢筋混凝土联肢剪力墙的非线性有限元分析

本文推导了一种带转动自由度的四节点狭长矩形墙板单元与一种分层高精度二节点厚梁单元,二者的组合既合理地描述了联肢剪力墙墙体与连梁的连续性,又具有计算精度高,计算量少的特点。为分析钢筋混凝土的非线性,本文采用应变硬化的弹塑性应力应变关系描述受压混凝土及钢筋,用线弹性应力应变关系描述受拉混凝土,混凝土开裂后的非线性现象则以一些经验公式给予反映。算例表明,本文建立的有限元计算模型用于钢筋混凝土联肢剪力墙的加载全过程分析是合理的,并且计算效率高。     

剪切机机架应力的有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件的结构分析模块对剪切机机架进行了三维应力分析，找出了其薄弱环节，并对机架应力进行实际测试，经比较，有限元分析与测试结果相吻合．     

板壳有限变形精确理论及有限元列式

以位移型退化壳理论为基础,提出了板壳模型的有限变形精确理论.该理论引入转动伪矢量概念,充分发挥刚性线段的运动学模型和有限转动矩阵的作用,精确表达非线性位移-应变关系,抛弃以往的小位移、小应变、小转动增量乃至小加载步长等各种简化假设,并严格遵循能量共轭关系建立有限元平衡方程,能够可靠和有效地用于板壳结构的大位移、大转动分析.算例表明,该文列式在弹性范围内具明显的平方收敛效率,并且计算结果与加载步长无关.由于不受小加载步长、小转动增量等的限制,实现了板壳几何非线性问题的大步长加载 .     

缆索吊装系统有限元分析中的滑轮单元

为精确模拟结构中的滑轮,建立了滑轮支承一段索的单元,它考虑了滑轮的半径. 该``滑轮单元'的中间节点在滑轮的中心,另两个节点为索段位于滑轮两侧的端点. 新单元通过自动调整索在滑轮两侧的长度,使单元达到平衡状态. 单元算法的推导基于有限元分析的基本原理,并利用了处于平衡状态时单元内力之间的关系. 介绍新单元的推导过程,算例验证了它的正确性,并显示了其在含有滑轮索结构有限元分析中的高效性和方便性.     

GURTIN VARIATIONAL PRINCIPLE AND FINITE ELEMENT SIMULATION FOR DYNAMICAL PROBLEMS OF FLUID-SATURATED POROUS MEDIA

Based on the theory of porous media,a general Gurtin variational principle for theinitial boundary value problem of dynamical response of fluid-saturated elastic porous media isdeveloped by assuming infinitesimal deformation and incompressible constituents of the solid andfluid phase.The finite element formulation based on this variational principle is also derived.Asthe functional of the variational principle is a spatial integral of the convolution formulation,thegeneral finite element discretization in space results in symmetrical differential-integral equationsin the time domain.In some situations,the differential-integral equations can be reduced to sym-metrical differential equations and,as a numerical example,it is employed to analyze the reflectionof one-dimensional longitudinal wave in a fluid-saturated porous solid.The numerical results canprovide further understanding of the wave propagation in porous media.     

流体饱和多孔介质的动力学Gurtin型变分原理和有限元模拟

基于多孔介质理论,在两相不可压和小变形的假设下,建立了流体饱和弹性多孔介质的动力学Gurtin型变分原理,并导出了以此变分原理为基础的有限元离散公式.由于Gurtin型变分原理是卷积型的空间积分泛函,空间的有限元离散导致一个关于时间的对称微分-积分方程组.在一般条件下,该积分-微分方程组可转化为对称的微分方程组,这组方程有别于标准Galerkin有限元的非对称离散方程组.作为数值例子,分析了流体饱和弹性多孔介质中一维纵向波的传播和反射,其结果进一步揭示了饱和多孔介质中波的传播特性.