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Reissner板断裂问题的解析等几何分析方法
2025年
板结构是工程中一类重要的基本构件,但是由于材料或者工艺的影响,其在制造过程中难免会产生不同程度的缺陷,从而在服役环境下逐渐演变成宏观裂纹,导致断裂事故。现阶段板结构断裂分析的方法主要分为解析和数值方法两类。解析方法大多仅适用于无限大或无限大结构以及简单边界条件情况,数值方法需在裂尖附近区域划分高密度的网格,并且无法准确给出结构的断裂参数,需要复杂的后处理程序。为解决上述问题,本文针对含裂纹Reissner板的弯曲断裂问题,提出一种高精度的解析等几何分析方法。首先,求解含裂纹Reissner板裂纹尖端附近的广义位移(挠度和转角)和广义应力(弯矩和剪力)的级数展开解。其次,将整板的等几何模型划分为两类区域,即裂尖附近的奇异区和不包含裂尖的非奇异区。在奇异区内,利用获得的级数解进行节点未知量变换,将该区域内大量的节点未知量转换为少量的级数解待定系数,而在非奇异区内保持节点未知量不变,从而获得含裂纹Reissner板弯曲断裂分析的解析等几何分析方法计算列式,直接获得裂纹尖端附近奇异应力场和对应的应力强度因子的显式表达式。数值算例验证了该方法的精确性,并分析了相关影响参数对应力强度因子的作用规律。
官高菲张滢睿余雄徐新生
关键词:应力强度因子解析解
基于谐波分析的永磁电机解析计算方法
2025年
将永磁电机气隙磁场时空谐波分析理论与传统子域法相结合,提出了一种表贴式永磁电机解析计算方法。该方法通过空载子域法和正弦电流激励静磁场有限元得到气隙磁密谐波幅值,并根据谐波分析,进一步求解电机的径向气隙磁密、磁链、反电势、电磁转矩等电磁性能。根据电机参数搭建电压源逆变器供电电路,将谐波电流作为激励,在逆变器供电工况下验证了解析法的准确性,与有限元计算时间的对比表明解析法具有更高的计算效率。与传统子域法相比,解析法去除了平行槽或平行齿的建模限制,可针对常见的闭口槽进行准确计算,无需在每个时刻使用传统的麦克斯韦张量法积分计算转矩,使计算速度有了很大的提升。
张科甲王博王元奎伍彬呈王云冲
关键词:有限元半解析法
基于上浮力正态分布的盾构管片上浮变形解析方法研究
2025年
针对盾构管片上浮计算中上浮力变化的假设形式与实际存在差异,导致上浮量计算不准确,从而引发管片错台、渗水等工程问题,建立三维管片上浮数值模型,基于数值模拟结果与已有试验结果,提出一种符合实际的上浮力正态分布函数,并将上浮力作用范围视为置信水平为99.7%的置信区间。假设盾构隧道为置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,考虑土体剪切变形,建立基于上浮力正态分布的管片上浮变形解析方法,将解析结果与实测结果及已有方法计算结果进行对比,验证本文方法的适用性,并采用该方法分析地层参数、浆液参数对管片上浮及内力的影响。研究结果表明:在单次注浆作用下,瞬时上浮量先增大后减小,最大值出现在距盾尾21m处,弯矩最大值出现在盾尾处;剪力先增大后减小,在距盾尾9m处达到最大;在持续注浆作用下,累计上浮量、弯矩及剪力不断增大,距盾尾54m处上浮量达到最大值并趋于稳定,弯矩与剪力分别在距盾尾36m、54m处达到最大值;管片上浮量随埋深h、地层等效弹性模量Es增大而减小,随浆液初凝时间t延长呈非线性增大,随注浆压力P的变化呈线性变化;增大h与Es、减小P与t能有效减小管片上浮量、上浮范围及内力;距离盾尾36m至54m为管片最易发生错台区域,Es、t增大会使错台区域首端更接近盾尾。研究成果可为盾构隧道施工参数选取及管片上浮预测与控制提供理论依据。
刘维正师嘉文谭际鸣董军董军
关键词:盾构隧道管片上浮半解析解
深竖井锚-注联合加固下围岩特征曲线解析研究与设计
2025年
锚-注联合加固能够降低井筒内的涌水量并改善围岩的岩性,是解决高水压与高地应力问题、实现涌水与围岩变形双重控制的有效手段。为此,建立达西渗流条件下弹性的锚-注联合加固模型;然而,此模型尚无法考虑高水压带来的非达西渗流效应和高应力下开挖诱发的围岩塑性变形,亦未给出锚-注加固下支撑结构(喷射混凝土、井壁等)的设计方法。基于Izbash定律、锚杆应力均布法和增量塑性应变本构,构建非达西渗流效应下锚-注联合加固的井筒围岩微分方程组,求解计算得出其相应的围岩特征曲线(GRC)并进行有限单元法验证。基于所得解,讨论锚-注加固参数对GRC的影响。结果表明:相关联流动法则下,随着塑性区的扩大,内摩擦角的增加将逐渐不利于围岩的变形控制;随着注浆加固圈厚度的增加,注浆加固效率将逐渐降低;增大锚杆直径所带来的围岩增益效果随直径的增大而增大。理想弹塑性围岩和全长黏结锚固的假设下,若锚杆加固范围超过塑性区,则再继续增加锚杆长度所带来的加固效果甚微。最后结合收敛-约束法,将所得GRC解析解用于锚-注联合加固及支撑结构的设计。
马文著周晓敏张松张基伟刘书杰刘书杰刘宇航宋宜祥
关键词:深竖井支撑结构非达西渗流弹塑性半解析法
解析产能预测模型及其流动耦合方法综述
2025年
针对产能预测解析模型及其流动耦合原理缺乏系统性研究的问题,为了系统地总结产能预测解析模型及其流动耦合方法的基本原理和发展现状,开展了文献调研、原理分析和归纳总结等方面工作。研究结果表明:1)产能预测模型包括解析模型、数值模拟模型以及解析模型。其中,解析模型综合了解析模型的严格数学推导和数值模拟模型的复杂情形处理能力,展现出高精度与快速计算的优势。2)解析方法虽通过严格的数学推导求解偏微分方程,但处理油藏及井筒复杂性有限;而数值方法虽可描述复杂油藏情况,其计算精度和速度却受到离散化程度的限制。3)多场耦合是解析模型的核心优势,不同耦合问题需建立合适的模型来求解耦合方程组。这些耦合模型根据应用场景的不同而具有不同的设计和应用需求。该研究成果有助于油田现场技术人员选择合适的产能预测模型并有效地处理复杂的耦合问题,对未来油藏管理和优化制度提供了重要的理论支持和实际指导。
韩国庆舒晋董亚岳震铎梁星原
关键词:产能预测
表层嵌贴CFRP-混凝土结构的弹性解析
2025年
【目的】深入了解表层嵌贴碳纤维复合材料-混凝土结构的力学性能,探究环氧树脂胶内部位移和应力分布规律。【方法】将开槽内的环氧树脂胶及碳纤维复合材料板条简化为二维平面应变模型,并考虑切应力沿胶层厚度方向的分布规律来建立环氧树脂胶位移的控制方程,用复数项级数法得到控制方程的弹性解析解。【结果】弹性解析解可以描述切应力沿胶层厚度方向的分布规律:切应力呈开口向下的抛物线形分布越靠近加载端,抛物线的弧度越大。将弹性解析解结果与有限元模拟结果对比,可发现:水平位移峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差4.66%,与三维有限元模拟结果相差14.79%;切应力峰值的解析结果与二维有限元模拟结果相差3.58%,与三维有限元模拟结果相差17.85%。将弹性解析解结果与试验结果对比,发现解析结果与试验结果在线弹性范围内基本吻合。【结论】弹性解析解可直接计算线弹性阶段内环氧树脂胶的位移及切应力,可为表层嵌贴碳纤维复合材料板条‒混凝土结构的安全性评估与设计提供一种新的、简便的、高效的计算方法。
王恒佳潘军彭晖赵冰
关键词:表层嵌贴碳纤维复合材料混凝土结构加固环氧树脂胶
黏弹性土中异形桩横向动力响应解析
2025年
横截面异形桩是一种截面非圆的桩型,因其复杂的边界条件,使得受力特性不同于圆桩,目前关于异形桩横向动力响应的理论分析方法较为缺乏。为了研究异形桩在均质黏弹性土中的横向动力响应,将土体视为近似连续介质,基于变分原理和哈密顿原理导出直角坐标系下的桩-土体系控制方程。运用COMSOL物理场中的偏微分方程接口求解含复杂边界条件的土体位移函数,用Matlab中的BVP4c函数求解桩身位移函数,在Matlab中编写迭代程序可得桩身位移函数和土体位移函数的解析解。将结果与现有圆桩理论解进行对比,结果吻合效果较好。对异形桩进行分析发现,横截面积相等时,形状对桩顶动力响应影响明显,H形桩的桩顶阻抗最大;横截面惯性矩相等时,X形桩的桩顶阻抗最大。以X形桩为例,桩顶阻抗随桩-土模量比的增大而增大;共振频率及桩顶阻尼随长径比的增大而减小,桩顶刚度随长径比增大而增大。
周航汪义圣亓戈平
关键词:异形桩半解析解
基于磁场调制理论的开关磁阻电机解析饱和气隙磁场模型
2025年
为全面考虑磁饱和对开关磁阻电机气隙磁场的影响,基于气隙磁场调制理论,建立了一种解析饱和气隙磁场模型。该模型在线性气隙磁场模型基础上,研究了磁饱和对气隙磁导的调制效应,并量化了磁饱和程度与气隙磁导各阶谐波之间的关系。通过有限元分析获取少量样本数据后,采用插值方法重构出饱和气隙磁导频谱,从而校正受磁饱和影响的线性气隙磁场模型。构建了有限元仿真模型,在3倍过载条件下使电机进入深度饱和状态进行仿真验证。搭建了静态磁链测试平台进行实验验证。仿真结果表明,所提出的解析法与有限元结果误差小于1%。实测结果表明,所提解析法与实测结果误差小于10%。该方法克服了纯有限元法时间长和纯解析法推导复杂的问题,实现了电机基本电磁性能的快速评估。
郭小强花为程明
关键词:气隙磁场磁饱和半解析开关磁阻电机
基于渗碳−啮合耦合效应的弧齿锥齿轮热处理变形解析预测方法
2025年
对传统的齿轮热处理研究大多基于商业软件进行,其求解精度高,但耗时较长,为此,提出一种兼顾精度与效率的新的用于预测渗碳-啮合耦合效应对齿面热处理变形影响的解析预测方法。将数值加载接触分析(NLTCA)与齿面渗碳相结合,确定机床加工参数与齿面热处理变形之间的解析泛函关系;采用线性规划方法对瞬时椭圆接触中心的渗碳-啮合耦合效应进行求解,并通过Newton-Raphson迭代法预测考虑渗碳-啮合耦合效应的整个齿面的热处理变形。以航空航天领域中应用的非正交弧齿锥齿轮为例,验证耦合效应对热处理变形的影响。研究结果表明:所提出的解析预测方法能够高效精确地求解齿面热处理变形,这可为具有高精度、高效率和高性能要求的弧齿锥齿轮制造提供参考。
杜文龙陈唐炜张建兴丁撼王智泉荣士锋周镇宇
关键词:弧齿锥齿轮
考虑非均匀预紧的螺栓法兰连接双圆柱壳解析动力学建模与分析
2025年
为了研究螺栓连接结构的非均匀预紧对结构振动特性的影响,本文提出了一种螺栓法兰连接双圆柱壳结构的解析动力学建模方法。首先,考虑非均匀预紧,研究了带法兰的螺栓连接双圆柱壳结构的解析建模方法,并在建模中考虑了法兰对结构动力学特性的影响,提出了一种用连接弧来模拟螺栓结合部力学特性的建模方法,对双圆柱壳、法兰、边界条件以及螺栓法兰处连接条件下的能量进行分析,引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程建立了螺栓法兰连接双圆柱壳结构的动力学方程;然后,通过组建的试验系统证明了所创建的解析模型在均匀和非均匀预紧力条件下求解螺栓法兰连接双圆柱壳结构振动特性的合理性;最后,基于所创建的模型分析了非均匀预紧的螺栓位置和完全松动的螺栓数量对双圆柱壳结构的固有特性的影响。研究结果表明:螺栓非均匀预紧幅度降低会导致结构固有频率降低,交叉位置螺栓预紧力减小导致结构固有频率降低幅度更大,松动螺栓数量增加会引起结构固有频率较为均匀地小幅减小,且非均匀预紧和螺栓松动均会引起结构的振型不再沿着周向对称分布。
田亚雄孙伟杜东旭刘宏浩
关键词:螺栓法兰连接

相关作者

黄义
作品数:173被引量:625H指数:13
供职机构:西安建筑科技大学理学院力学系
研究主题:弹性地基 动力相互作用 横观各向同性 饱和土 动力响应
曹彩芹
作品数:34被引量:88H指数:5
供职机构:西安建筑科技大学理学院
研究主题:弹性地基 半解析单元法 移动荷载 矩形薄板 半解析法
王春玲
作品数:56被引量:118H指数:7
供职机构:西安建筑科技大学理学院
研究主题:解析解 弹性半空间地基 相互作用 地震反应 横观各向同性
曹志远
作品数:165被引量:857H指数:14
供职机构:同济大学航空航天与力学学院
研究主题:功能梯度材料 细观元法 功能梯度 时变力学 复合材料
钟万勰
作品数:429被引量:2,858H指数:29
供职机构:大连理工大学工程力学系
研究主题:有限元 精细积分 哈密顿体系 变分原理 本征值