摘要：采用8结点六面体单元,在考虑钢丝间挤压条件下,用SAP84有限元软件计算分析了受轴向拉伸的钢丝绳中钢丝的弹性应力分布,给出了钢丝绳横截面上各钢丝的应力分布和钢丝绳的极限承载力,并对计算结果的误差进行了分析,计算结果可为钢丝绳的结构设计和应用提供依据.

摘要：针对串并混联液压臂中因结构耦合和系统非线性导致其末端位置控制精度差的问题,基于虚拟分解建模方法和液压系统控制理论,提出了一种混联液压臂的高精度运动控制方法。该方法通过对系统进行精确建模,消除了传统液压臂控制方法由于忽略结构耦合和系统非线性而引入的误差,从而提高了运动控制精度。首先,将混联液压臂复杂的串并联驱动结构分为摆动缸驱动的开链结构、活塞缸驱动的闭链结构和活塞缸驱动的并联结构3类,并根据3类结构的特征将机械臂进一步虚拟分割成简单的子系统;然后,根据刚体动力学方程和流量连续方程分别建立了各子系统的动力学模型和液压执行器驱动模型,通过引入基于模型的前馈控制量和实时位置误差的反馈控制量设计了面向混联液压机械臂的高精度运动控制器。在七自由度混联液压机械臂试验平台上对该方法的有效性进行验证,结果表明:与传统PID控制器相比,采用该方法后液压臂末端在x和z方向的误差分别从59.63mm和19.6mm降低至11.17mm和6.48mm,仅为PID控制器的18.73%和33.06%,有效提高了混联液压机械臂的运动控制精度。

摘要：超前锚杆加固效果的准确评估及其合理的参数设计均依赖于对其加固机理的正确认识。为了说明土体与锚杆各项参数对锚杆加固效果的影响,建立锚杆-土体相互作用模型,以掌子面超前核心土挤出变形为参量,分别对锚杆与土体共同变形和出现滑移两种不同情况下锚杆的加固机理进行分析;针对锚杆与土体共同变形的情况提出加固系数k来计算锚杆加固效果,分析各项参数对加固效果的影响。最后利用计算机模拟的方式对超前锚杆的加固效果进行分析。研究结果表明:利用加固系数k可以有效分析锚杆、土体各参数对加固效果的影响;验证了锚杆锚固段长度的确存在极限值;并进一步说明了锚杆锚固段与拉拔段不同加固机理。研究结果对超前锚杆加固效果评估及其参数设计具有一定指导意义。

摘要：针对锂离子电池硅及其复合电极材料,采用Cahn-Hilliard型扩散方程与有限变形理论全耦合的电化学-力模型来描述其在循环锂化过程中的扩散和力学相关性问题,构造高效的数值算法,在商用有限元软件平台上实现对该理论的数值求解.在此基础上,研究了硅电极恒流锂化和脱锂过程,基于界面反应动力学,得到电压响应曲线,计算结果整体趋势与实验结果吻合较好,同时预测的应力响应也与实验结果一致,验证了本方法的有效性.其次,研究了中空碳包覆硅负极锂化过程中的电化学与力学行为,计算结果表明,锂化期间中空碳包覆硅负极应力水平明显低于实心硅负极,随锂化的进行,应力差值越来越大,锂化结束时应力值降低约27%,这种应力的缓解提高了整个电极内化学势水平,使得锂离子浓度水平显著提高,更易达到完全锂化状态.同时,数值研究表明应力水平的缓解延缓了中空碳包覆硅负极的容量衰减(容量提升74%),充分显示出该电极良好的电化学性能.本研究揭示了应力对硅复合电极容量影响的作用机制,为将连续介质电化学-力耦合理论应用于实验预测提供了途径并为电极材料设计提供了理论依据.

摘要：沉积在柔性聚合物基底的金属薄膜复合结构同时具有聚合物和金属的优势,包括聚合物的灵活性和轻质性,以及金属的优良导电率和电磁波屏蔽等特点。柔性基底-金属薄膜系统以其高延展性、高柔性、高制作效率、良好的电学特性和生物相容性等优点而受到青睐,在微机电系统、航空航天、生物材料、柔性电子等领域有广阔的应用前景。在所有应用中,柔性基底-金属薄膜系统的性能、可靠性和耐久性都直接与薄膜和基底之间良好的界面粘附能密切相关,良好的界面粘接性能往往能提高薄膜抑制失效的能力。膜-基结构的力学性能和界面结合性能对相关器件的使用性能和服役寿命起着至关重要的作用。然而,在实际应用中,薄膜-基底复合结构承受着复杂的载荷,如拉伸、扭转、弯曲等,虽然柔性基底可以承受较大的变形,但金属薄膜则不能,这可能导致膜-基结构发生各种形式的破坏。其中三种主要的失效形式包括界面脱层、薄膜屈曲和薄膜断裂。一方面,这些破坏将严重影响薄膜的电、磁、光等物理性能,而膜-基间的界面粘附性能对薄膜失效的发生和发展起着关键作用。另一方面,针对不同的失效模式,可以充分利用其测试薄膜的力学性能和界面粘附能。近几年来,柔性基底上的单层膜、双层膜和纳米多层膜系统的失效行为和界面粘附能测试等问题引起了学者们的广泛关注。对于柔性基底上的单层薄膜体系,学者们已经针对薄膜和界面的各种失效行为和断裂机理进行了深入研究;对于多层金属薄膜体系,不同性质金属层的组合可以提高体系的附着力、耐腐蚀性或热稳定性。多层膜的尺寸效应影响机制、不同材料层间组合以及界面力学响应问题是近几年学者关注的热点。以往,对膜-基界面粘附能的研究主要针对硬基底,近几年来,学者们针对柔性基底-金属薄膜系统的界面粘附能的测试提出了新的有效方法。本文综述了柔性基底上微纳米金属薄膜的失效行为和界面破坏问题的最新研究进展,重点介绍了薄膜及界面的破坏模式、尺寸效应、多层薄膜的破坏失效等问题;特别讨论了如何利用薄膜的屈曲破坏来测量薄膜性能以及确定界面粘附能;最后,针对这一领域的研究面临的问题和前景进行展望,以期为制备新型柔性膜-基系统的材料选择和结构设计提供参考。

摘要：徐变是控制混凝土桥梁设计的重要因素,但因徐变计算一般封装于商业软件中,设计人员无法掌握计算原理。为研制自主有限元软件,摸索出桥梁徐变计算过程,从徐变系数开始研究,并对Midas帮助文件和基于Tröst-Bazant的工程实用分析算法进行基于公式推导的对比分析;基于分析结果进一步给出递推形式的徐变累加计算模型,并通过连续梁实例测试验证。研究结果表明:(1)Midas帮助文件给出的徐变算法和基于Tröst-Bazant基本方程的徐变算法本质上是一致的,当满足ρ(t,τ_(0))=1/2时,两者之间的方程是等价的;(2)通过加权最小二乘法将徐变系数写成通用格式,可将基于空间梁单元的徐变算法改造成递推形式,加快运算速度;(3)基于递推形式编制的卧龙程序,在同等边界条件下,其徐变位移的计算精度满足工程设计要求,竖向最大相对误差3%左右,且绝对误差较小,水平向相对误差在1%以内。

摘要：为了提高铁路桥墩及基础批量化设计中桥墩外力及变形的计算精度,解决复杂墩形的外力及墩顶位移等设计指标的高效精准求解难题,研制了适用于计算任意横截面、沿墩高形变的铁路桥墩通用计算平台,构建一套基于任意截面形变单元加载技术为核心的铁路桥墩仿真计算方法。该方法的关键步骤有:1)通过自定义任意桥墩截面输入格式及基于泊松方程的有限元网格剖分求解方法,搭建任意截面几何特性计算功能;2)通过基于力的平衡及余能定理、卡氏第二定理,推导形变刚度矩阵,利用结构力学法得到等效节点荷载,进而建立形变单元加载算法;3)通过自定义温度场,并引入初轴力、初弯矩概念,然后基于单元力学平衡关系,得到形变单元的等效温度节点力,从而创建温度效应的初载法;4)据此编制完成铁路桥墩通用计算平台,并分别采用商业有限元软件Midas对(60+100+60)m高铁连续梁桥墩地震力、采用Abaqus对圆端形形变构件空心墩温度作用墩顶位移进行验证。研究结果表明:平台的地震力计算结果与Midas的最大误差为0.18%,表明形变刚度及任意截面几何特性计算功能满足工程精度要求;温度作用下,当墩高超过21 m时,平台计算墩顶位移与Abaqus的最大误差为0.52%,误差随墩高增加而减小,表明温度效应的初载法准确度高。研究成果可为研制相同类型铁路桥墩设计仿真平台提供一种精度高且技术路线可行的简便方法。

摘要：该文基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,建立了桩-土非线性作用模型。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,从而充分考虑了土的极限抗力的深度效应。编制了桩-土非线性梁单元有限元程序,建立了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合模型。结合工程实例,分析了非线性桩-土相互作用的桥梁模型对车桥耦合响应的影响,并与墩底固结模型进行了对比。结果表明:在车桥耦合振动过程中,考虑非线性的桩-土相互作用,桥梁的横向位移幅值显著增大,竖向位移幅值增大,桥梁加速度幅值降低。此结果对处于软弱基础的高速铁路桥梁的分析和设计提供了参数和依据。

摘要：针对钢丝绳设计中强度的有限元分析 ,探讨了根据钢丝绳基本参数、几何关系和有限元剖分单元要求建立有限元模型的方法 ,并编制了单元、结点生成程序 ,数据可直接与SAP84有限元软件接口 ,进行考虑钢丝间挤压力条件下的计算分析。

摘要：振动频率法是用于测试斜拉桥拉索索力的常用方法,斜拉桥为减弱振动引起的拉索疲劳损伤。通常在斜拉索两端安装阻尼器,这会改变索的结构和振动频率,从而导致在用振动频率法测试拉索索力值时会产生较大误差,难以满足桥梁施工和维护对精确度的要求。因此,减小索力测量的误差对实际工程具有重要意义。该研究将橡胶阻尼器简化为弹性支撑,基于变截面拉压杆模型推导了弹性支撑的等效刚度系数;基于具有两个弹性支撑的拉索横向自由振动微分方程,结合边界条件求解索力,给出了考虑橡胶阻尼器影响的振动频率测索力的修正方法;结合虚拟算例对该研究结果的精确度进行分析,并在工程中应用。