摘要：对于遭受各种随机环境载荷的海洋结构物而言,在设计阶段对其进行疲劳损伤评估尤为重要。海洋结构物的响应经常呈现出宽带特性和非高斯统计特征。因此,本文提出一种基于神经网络模型的宽带非高斯随机过程疲劳损伤评估方法。采用多种功率谱与不同带宽参数、S-N曲线斜率参数以及非高斯过程偏度与峰度的组合对所提出的神经网络模型进行训练和测试。分析输入层神经元、隐藏层神经元个数以及隐藏层层数对模型预报精度的影响,确定最优的神经网络结构。以时域雨流计数法计算的疲劳损伤结果作为基准,采用真实双模态功率谱进行数值试验,并与多种频域疲劳损伤分析方法进行比较,证明本文所建立的神经网络模型具有更好的准确性和鲁棒性。

摘要：液体晃荡砰击载荷是液化天然气(LNG)运载装备液舱结构设计的关键载荷之一。液体晃荡砰击载荷过大时,会导致液舱结构产生局部破坏,进而导致液舱内液体泄露,甚至船体倾覆。基于前期数值结果,本文设计了梯形体和正方体两种壁面结构,开展了不同壁面结构下的液体晃荡砰击试验。针对自由液面演化过程以及液体晃荡砰击载荷分布特性,结合统计分析方法,定性和定量地分析了壁面结构对液体晃荡砰击的抑制效果。研究结果表明,壁面结构的存在改变了液体晃荡砰击过程中的流场分布,使砰击由液体直接砰击改变为裹气液体的间接砰击。裹气液体晃荡砰击过程中产生了大量气液混合物和气泡,从而有效地降低了砰击载荷,并且正方体结构抑制砰击载荷的效果优于梯形体结构。

摘要：点阵结构因其轻质高强、高设计自由度,在承载、缓冲吸能和减振降噪方面具有广阔的应用前景.然而,传统类型的点阵结构很难同时具备较好的吸声性能和较强的承载性能.本文提出了一种新型三维轻质多功能结构——中空十四面体杆板(HTTP)混杂点阵结构,利用增材制造技术制备了实验试样.基于传递矩阵法建立了多级联类亥姆霍兹共振腔的理论模型,并进行了有限元数值模拟和阻抗管实验,实验、理论和数值结果具有良好的一致性.结果表明,板厚0.5 mm的HTTP在第二吸声峰处实现阻抗匹配,同时具有较高的平均吸声系数和宽带半吸收.通过数值均匀化方法和准静态压缩实验研究了HTTP的力学性能,结果表明,HTTP在板厚0.3 mm处实现了弹性各向同性.在压缩过程中杆件与板件相互作用形成了更加稳定的渐进弯曲变形模式,使其在塑性阶段表现出较高且稳定的平台应力.本文提出的HTTP多功能混合点阵结构可同时实现高吸声和强力学性能,为多功能轻质结构的设计提供了一种新的范式.

摘要：目的研究巨型水电站深孔门槽处的水动力特性,并探究门槽金属在恶劣流态下的损伤行为。方法采用k-ε双方程紊流模型和有限体积离散方法,对电站深孔水流进行数值模拟,研究深孔局部体型的变化对水流的影响,并通过冲刷腐蚀喷嘴实验,探究流速对门槽钢衬的腐蚀影响。结果深孔局部体型的变化对水流压强和流速分布的影响很大,100 m量级水头可使深孔出口最大流速达45 m/s,且流速越大,门槽钢衬的点蚀电流增大。结论304不锈钢的点蚀趋势随着流速的增大而增加,并且随着流速继续提升至真实运行工况,冲刷腐蚀和空蚀问题会愈加突出,需采取一定防护措施。

摘要：多环套装重金属结构设计是一种有效提高核主泵飞轮转动惯量的结构设计方法之一,为保证其在严苛工作条件下的结构强度安全,采用有限元法,在考虑过盈配合预应力以及离心力的基础上,首次对高温工作环境下的核主泵多环套装重金属钨合金飞轮进行稳态热应力分析,探讨工作环境温度因素对核主泵飞轮结构设计的影响。通过建立由内轮毂、中间层重金属钨合金以及外保持环三层结构组成的核主泵飞轮结构有限元模型,研究其在高温工作环境下的结构热应力;此外将整体式与分块式钨合金层结构飞轮进行比较,研究两种结构形式下的热应力特性;为寻求钨合金层分块设计的最佳分块数,研究了不同分块数下的核主泵飞轮结构热应力。研究表明,在高温工作条件下,核主泵飞轮中间钨合金层会产生很大的热应力,通过钨合金层的分块设计以及采用合适的钨合金分块数可以有效降低这种热应力。

摘要：基于计算机辅助设计(Computer aided design,CAD)和计算机辅助工程(Computer aided engineering,CAE)集成技术,开发三维参数化结构形状优化设计平台POSHAPE,为复杂三维机械零部件的设计提供一种通用的工具。为实现优化设计流程的自动化,将三维参数化CAD系统、有限元分析、优化求解和有限元建模等模块集成为完整的通用三维实体参数化形状优化设计系统,形成开放式的结构分析与优化设计集成系统。以CD6140A车床的导轨部分为例,在三维参数化特征造型CAD系统中,以三维实体结构几何模型为对象,以几何尺寸参数为优化设计变量,采用POSHAPE对结构进行形状优化设计,在降低车床质量的同时提高结构刚度和结构自振频率。优化设计结果为机床设计提供重要理论依据。

摘要：随着结构拓扑优化理论的成熟及其在工程中的广泛应用,大多数商用CAE软件都相继开发了结构拓扑优化模块。为了开发一款既能满足工程方面的实用性需求,又能满足科研方面的开放性需求的拓扑优化系统。基于具有良好开放性和灵活扩展性的SiPESC平台,采用面向对象的软件设计思想,提出了软件设计方案,基于C++语言和插件技术实现了新一代拓扑优化系统***。目前该软件系统已经实现了结构最大刚度设计、结构基频最大化设计、结构最优散热设计等功能,并成功应用于多个工程问题。

摘要：对于具有特定材料属性的周期性复合材料设计,提出了一种参数化的形状优化方法。对于带有周期性结构的两相材料,给定细观单胞结构的基本构型,通过参数化的实体造型技术,结合均匀化方法,实现了通用的材料单胞形状参数化设计方法,以获取指定材料性能。在参数化结构形状优化设计CAD/CAE集成平台POSHAPE上完成程序实现。文中算例给出了两相蜂窝型骨架复合材料和空心复合材料周期性单胞的零泊松比和指定参数性质的形状优化设计过程,并验证了本文方法的有效性。

摘要：材料的宏观零热膨胀可以通过两种不同的正热膨胀材料在单胞尺度上的复合实现。该类材料虽然能在较大温度波动环境下保持较高的几何稳定性,但两种材料之间过大的热应力很容易导致材料失效,从而限制其许用温度变化范围(简称许用温变)。为此,提出以单位温升的最大热应力作为零热膨胀材料许用温变的衡量指标,通过解析和有限元数值仿真两种方法,对三种典型弯曲变形机制的零热膨胀材料进行许用温变和刚度特性分析,揭示了单胞可设计参数对其性能的影响规律。结果表明:在满足零热膨胀条件下,通过合理的单胞结构设计和选材设计,可以实现刚度与许用温变双目标共赢。

摘要：根据逆均匀化方法的思想,通过极小化具有广义距离含义的D-函数来设计特定弹性性能的周期性复合材料.采用两个不同的Bregman函数使模型得到具体化,并由MMA(method of moving asymptotes)数学规划法进行求解.数值算例表明这一优化模型可以用来设计体积模量HS(Hashin-Shtrikman)上限和负泊松比的单一尺度微观构型.