弹塑性有限元法在机械工程中的应用——介绍轮盘的超速预应力处理计算

本文叙述了旋转机械零部件的超速预应力工艺及其计算方法。文中采用了自编弹塑性有限元分析程序,对某高速燃汽轮机的试验叶轮分别用变刚度法以及初应力法进行了计算,得到了满意的结果。采用本文推荐的方法及程序,对具有解析解的标准叶轮,进行了比较分析,其最大百分相对误差不超过3％,因此所荐方法及程序是超速预应力工艺计算中较为有效的分析工具。     

动力调谐陀螺挠性接头力学参数动态测试的频域辨识法

本文详细介绍了动力调谐陀螺挠性接头力学参数动态测试的频域辨识法。仿真结果表明，噪信比达到20％时，辨识的相对误差不超过10％。     

受预张力或均布边缘径向荷载的圆薄板的大挠度问题

本文以幂函数为试函数,用配点法计算圆薄板的轴对称大挠度,圆板可先受预张力的作用。荷载为轴对称分布荷载、均布边缘力矩及径向力或它们的联合作用。计算结果表明,本法求解的收敛速度和收敛范围远远超过幂级数解法。     

一种新的宏、细观变形全场测量方法

基于光学干涉和衍射理论,提出了一种新的用于宏、细观面内变形测量的光学方法。利用三束准直相干光之间的干涉,分别得到面内位移U V和U-V的两幅耦合条纹图。借助于FFT相移技术,直接计算出全场的U和V分布。本实验系统中包含有长距离显微镜,三光束系统,数字图像采集和处理系统等。它具有光路简单,避开条纹级次的确定,直接计算得到U、V场等优点。将它用于热塑性复合材料 56层板AS4/PEEK[0/±45/90]7S三点弯曲梁位移场的宏、细观测量。得到了层间的变形规律。本文还利用三维各向异性弹性有限元法对AS4/PEEK[0/±45/90]7S三点弯曲梁进行了数值计算,得到了自由表面的位移场和应变场的数值解。定量分析了层间的变形传递规律,有助于进一步分析AS4/PEEK[0/±45/90]7S层合板宏、细观变形。     

带导管鱼雷层流与湍流绕流计算

用分块耦合求解方法和自编三维软件计算了带导管鱼雷整体流场无冲角和有冲角的绕流问题,湍流计算采用Baldwin-Lomax湍流模型.计算雷诺数从103到107.计算冲角0～20°.在各种雷诺数计算,头部滞止压力（无黏流理论值为1.5）误差在10％范围内,总流量误差在5％范围内.对于不同冲角计算表明,升力系数在冲角15°范围内基本上线性增加,超过15°后升力系数缓慢减少.而摩擦阻力系数几乎与冲角无关,但压差阻力随冲角的增加而迅速增长.     

块状金属样品冲击温度的辐射法测量——以铜为例

利用“三层介质模型”对不同冲击压力及卸载压力和不同初始间隙宽度下无氧铜／氟化锂界面温度进行模拟计算。结果表明．在所选的计算条件下．当初始间隙宽度lo=1μm时，非理想界面的表观界面温度和理想界面条件下的界面温度差异一般不超过3％．这已在辐射法测温的误差范围之内。根据“三层介质模型”，采用无氧铜块状样品进行冲击温度的辐射法测量，测量结果与理论计算一致。研究表明．基于“三层介质模型”，采用块状无氧铜样品与氟化锂窗口直接整合接触的方法来测量铜的冲击温度的方法是可行的。     

时域自适应算法求解弹性地基薄板的动力问题

为更精确地求解弹性地基薄板的动力响应,发展了一种分段时域自适应算法,通过变量在离散时段内的展开,将时空耦合的初边值问题转化为一系列递推的基于有限元(FEM)的空间问题求解,通过自适应计算保持稳定的计算精度。数值算例表明:本文解与解析解相比最大相对误差不超过3.59%;当步长较大时四阶Runge-Kutta法和Newmark法均失效,本文所提算法仍可得到满意的计算结果。     

弹、塑性弹丸冲击混凝土的滑移面算法及其损伤演化

将有限元方法与光滑粒子动力学方法相结合,编制了弹、塑性弹丸冲击混凝土的计算程序,其中给出具有人工动量输运功能的滑移面算法。计算表明,弹丸按弹、塑性计算与按刚体计算的侵彻过程不同;特别对于壳结构弹体,其冲击速度存在临界值。超过临界冲击速度,弹体将发生较大塑性变形和损伤破坏,而且弹丸侵彻深度不能再随冲击速度增加而有效地增加。弹体损伤区的内损伤演化率与冲击速度有关,当冲击速度增加时损伤演化加快。     

危岩主控结构面强度参数计算方法

主控结构面强度参数c、φ是危岩稳定性分析的关键问题,目前仅根据贯通段和非贯通段的长度进行c、φ线性加权计算,与实际情况误差在40%左右。本文对主控结构面设计11种贯通率(10％、30％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％和90％),预制20cm×10cm×5cm的M15砂浆试件并进行直剪试验,获得了c、φ值与贯通率之间的非线性实验曲线,据此建立了考虑不同贯通率和防治工程安全等级的危岩主控结构面c、φ值计算方法,即贯通率法;实际应用中,只需量测主控结构面的贯通率并采用常规试验确定危岩完整岩石的单轴抗压强度和内摩擦角,因此,该方法易于操作,计算结果与实际情况基本一致。     

304L/Q235B大面积金属板爆炸焊接物质点法模拟分析

大面积金属板材304L/Q235B的爆炸焊接过程涉及炸药爆轰、金属板材的高速碰撞和塑性变形等。采用有限元法计算模拟这个问题时,网格单元会发生扭曲畸变现象,导致计算精度下降,甚至出现单元负体积而使计算终止,并且炸药爆轰形成气体产物飞散过程也很难模拟。为了能模拟大面积金属板材的爆炸焊接整个过程并获得合理的技术工艺参数,采用物质点法进行三维数值模拟分析。物质点法作为一种无网格法,在模拟冲击动力学问题中主要采用显式积分算法。通过将拉格朗日质点单元与固定的欧拉背景网格相结合,可以实现爆炸焊接的复板与基板的高速碰撞、炸药滑移爆轰、金属板面的塑性变形过程的数值模拟,并给出爆炸复合板材的形变、有效塑性应变和复板与基板的碰撞速度的计算结果。采用物质点法模拟的复合板材变形与爆炸焊接实验结果基本一致。计算复板与基板的碰撞速度这个重要的物理参数时,物质点法与Richter理论公式的相对误差不超过13%。数值计算和实验结果表明,物质点法在数值精度和计算效率方面具有优势,物质点法是研究金属焊接爆炸问题的一种有效数值方法。     

基于雷达测量数据的弹箭扰动源最优估计

为精确计算舰载武器的飞行状态参数,以弹体纵向运动过程为研究对象,推导了包含误差干扰源在内的纵向扰动运动学方程,利用"系数冻结法"及拉普拉斯变换得到解析解,拟合出弹体被动段纵向运动的气动参数公式,采用三坐标雷达测量量作为系统量测方程,从而对气动参数误差干扰源进行最优估计。计算结果表明:该算法可以使俯仰操纵力矩系数导数误差的精度稳定在±0.007(°)~(-1)范围内,阻力系数误差的精度趋于±0.025之间;升力系数误差基本稳定在±0.12之间;俯仰力矩系数对攻角的导数偏差精度稳定在±0.011(°)~(-1)之间;俯仰阻尼力矩系数误差的精度收敛于±0.009(°)~(-1)之间,且算法收敛速度快,可为重构高精度的弹道参数提供支撑。     

表面裂纹张开位移的研究及在压力容器与管道中的应用

本文提出一个平板和内压容器表面裂纹SCOD的简便计算方法。进行了平板及内压圆筒外壁的SCOD测定试验。计算值与实测值间偏差在±10％以内;并与文献中三维断裂力学迭代法的数值结果作了比较讨论。SCOD计算式可应用于平板或压力容器、管道中表面裂纹深度的测算,也可用于裂纹深度方向扩展速率的在役监控以及研究表面裂纹疲劳扩展中形状变化规律的新手段。文中对上述应用的试验方法作了介绍。     

结构谐振动力响应的有限元、动凝聚、迁移子结构法

本文扩展了FETM法思想,结合子结构、动凝聚及Riccati变换理论,直接求解谐和激励下结构的受迫动力响应,从而节省了运行时间,严格控制了计算精度。本文编制了程序,并以振型叠加法运行结果为参照,对不同算例的运算效率作了比较。结果表明:本文方法在理论上、实践上是切实可行的。     

破片群初速的电探针测量法

提出了一种速度衰减系数可预先确定的测量全预制和半预制破片群初速ｖ＿０的电探针方法。在效应靶背面竖直方向上依次布置ｎ根条状铜箔电探针，测量ｎ个破片飞行ｘ距离经历的时间ｔ，根据破片速度衰减公式确定ｎ个破片的ｖ＿０，测量误差不超过３％。应用最小二乘法原理，将实验测定的全预制破片群初速拟合成沿战斗部轴向分布，实验拟合线与用文献［１］报导的计算方法确定的结果基本一致。     

用压电片测量梁挠度的一种新方法

本文利用样条插值结合高斯数值积分，给出了一种用压电片测量梁上任一点处挠度的新方法．该方法精度高，与实验结果相比，误差不超过５．５％，且挠度是显式表示，计算速度快，特别适合于在线使用．     

冻土破坏过程的微裂纹损伤区的计算分析

对冻土破坏过程进行了试验研究，冻土破坏的过程是微裂纹损伤与临界串接的演化过程，确认了冻土微裂纹损伤区的存在，并分别用莫尔准则和最大拉应力准则建立了微裂纹损伤区计算模式。将微裂纹损伤区按缺陷处理并简化为当量裂纹，进行了裂纹尺寸的定量计算，结果表明其尺寸与冻土中初始裂纹尺寸相当，将计算结果与观测结果相比较，误差不超过10％。     

土质边坡极限荷载上限计算方法研究

以边坡极限分析的上限解析式为标准,在无重力情况下利用不同屈服准则的数值方法计算了相同工况下边坡的极限荷载。针对一个实际边坡工况使用解析和FLAC方法计算了边坡的极限荷载上限,并且基于强度折减法使用FLAC确定了各种荷载下边坡的安全系数。通过与解析方法计算结果的比较发现,基于Mohr-Coulomb准则的FLAC软件计算出的边坡极限荷载更加接近解析解。不同边坡顶角或不同内摩擦角的计算结果显示FLAC计算出的边坡极限荷均稍大于解析解,并且内摩擦角越大差值越大,但两者的差别最大不超过5%。     

多缝道复杂外形粘性绕流计算

使用雷诺平均NS方程、采用Johnson-King紊流模型、嵌套网格和有限体积法研究大迎角下的多缝道的多段翼型绕流。利用嵌合体技术对组合每一部分生成高质量并适于高效求解的贴体网格;将J－K模型发展应用于计算缝道流动以及具有边界层、尾迹流交汇的复杂流动。以具有17％相对厚度的GAW－1翼型带30％襟翼翼型及一个三段翼型为例进行了计算,计算结果与实验结果吻合很好,证实该方法可以较好地预示多段翼型上的粘性绕流、多缝道流动与最大升力。     

双曲型守恒律的高阶、高分辨有限体积法

有限体积法是一种离散积分形式守恒律的数值方法。它可以吸收有限元法和有限差分法的一些重要思想与技巧。由于它可方便地利用多种类型的网格(结构网格和非结构网格),从而非常适用于处理复杂计算区域,目前已成为一种在计算流体力学中十分重要的方法。本文将针对二维双曲守衡律,对高精度、高分辨的有限体积法及其近年来的进展做一简要介绍。      

功能梯度变截面梁自由振动和稳定性研究

基于忽略了梁截面剪切变形和转动惯量效应的Euler-Bernoulli梁理论,研究了轴向力作用下轴向功能梯度变截面梁的横向自由振动问题,将轴向功能梯度Euler-Bernoulli梁自由振动固有频率和临界荷载的计算转化为变系数常微分方程特征值问题。运用插值矩阵法可一次性计算出轴向功能梯度变截面梁各阶振动固有频率和临界荷载,分析了轴向荷载对轴向功能梯度Euler-Bernoulli梁自由振动固有频率的影响,即轴向压力使梁的第1阶固有频率降低,轴向拉力使梁的第1阶固有频率增大。在简支-简支梁(H-H)边界条件下、不同截面宽锥度系数c_b和截面高锥度系数c_h,且区间划分点数n为40时,本文计算结果与已有文献计算结果之间的最大相对误差不超过0.00768%;在简支-简支梁(H-H)、固端-自由梁(C-F)、固端-固端梁(C-C)这三种不同边界条件下,不同c_b和c_h,且n为40时,最大相对误差不超过0.101%,说明了本文方法的有效性和良好的计算精度。