几何尺寸对系留缆绳接头强度影响的正交有限元分析_李新

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单层正交索网结构有限分析计算方法及实验研究

单层正交索网结构有限分析计算方法及实验研究
陈海;毛伙南;郭金基
【期刊名称】《中山大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(047)0z2
【摘要】建立了幕墙正交索网结构的计算力学模型,研究单层索网在网点分配荷载及预张力作用下的平衡方程、位移协调和变形体位能驻值方程,构成多变元的非线性耦合方程组.采用有限分析法将非线性耦合方程组解耦,寻求局部解析解再转化为全局数值解.设计小尺度实际模型在多点荷载作用下的内力和变形的实验.最后给出相关算例.
【总页数】5页(P93-97)
【作者】陈海;毛伙南;郭金基
【作者单位】中山大学应用力学与工程系,广东,广州,510275;中山盛兴股份有限公司,广东,中山,528412;中山大学应用力学与工程系,广东,广州,510275
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.75
【相关文献】
1.单层正交索网结构有限分析计算方法及实验研究 [J], 崔传芹;陈海;郭金基;毛伙南
2.基于ANSYS的单层索网幕墙结构几何非线性有限元分析 [J], 曹金章
3.单层正交索网结构承载性能研究 [J], 杨立军;何志鹃;陆守明
4.国家速滑馆大跨度马鞍形单层正交索网结构容差配合设计与施工技术 [J], 高树
栋; 张晋勋; 张怡; 王泽强; 孙立领; 张雷
5.单层双向正交索网结构索长误差敏感性分析及控制限值研究 [J], 王泽强;周储君;周黎光;司波;高树栋
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缝合复合材料t型接头拉伸载荷下的有限元数值模拟

缝合复合材料t型接头拉伸载荷的有限元数值模拟1. 引言在工程设计中，了解结构在不同载荷下的性能是至关重要的，特别是对于复合材料结构。

复合材料由多种材料组合而成，具有轻量、高强度和高刚度的特点，因此在航空航天、汽车和建筑工程等领域得到广泛应用。

本文将基于有限元分析的方法，研究并模拟缝合复合材料t型接头在拉伸载荷下的性能。

2. 有限元分析概述有限元分析是一种广泛应用于结构工程和材料科学中的数值方法，通过将结构离散化成小的有限元单元，计算每个单元的位移和应力，进而评估和预测整个结构的行为。

有限元分析的过程包括建立几何模型、划分网格、定义材料性质和加载条件、求解方程、计算位移和应力。

3. 模型建立在进行有限元分析之前，需要将t型接头的几何模型进行建立。

根据任务名称，我们需要模拟缝合复合材料t型接头在拉伸载荷下的性能。

根据实际情况，可以选择合适的软件工具进行建模，如ANSYS、ABAQUS等。

首先，根据t型接头的几何形状，建立三维模型。

可以使用CAD软件绘制并导入有限元分析软件中。

然后，对模型进行网格划分，将复材料分割为小的有限元单元，以便对其进行计算。

在进行有限元分析之前，需要定义材料的性质。

复合材料通常由纤维和基体组成，其性质包括纤维的强度、弹性模量，基体的强度和弹性模量等。

根据实际情况以及试验数据，确定材料的性质参数，并输入到有限元分析软件中。

最后，定义加载条件。

根据任务名称，我们需要模拟拉伸载荷下的性能。

可以通过施加一定的拉伸载荷，在有限元模型上进行加载。

加载可以分为静态和动态两种方式。

选择加载方式后，按照相应的参数进行加载条件的定义。

4. 模拟和结果分析完成模型建立后，可以进行有限元数值模拟。

根据模拟结果，我们可以获得t型接头在拉伸载荷下的应变和应力分布。

通过分析这些数据，可以得出关于接头性能的结论，如强度、刚度和破坏模式等。

可以通过在不同位置提取应变和应力数据的方法，观察不同部位的变化情况。

可以比较不同材料的性能差异，如不同纤维或基体材料的拉伸性能。

计入几何非线性影响的斜拉桥施工过程中张拉索力的确定

３
武汉理工大学硕上学位论文
状态和施工阶段两个步骤。成桥受力状态：以成桥状态为分析对象，通过对成桥索力调整来获得一个合理的成桥状态。施工受力状态：是指各个施工阶段结构的受力状态，必须满足两个方面的要求：一为旖工过程中受力安全：二为成桥后满足合理的成桥要求。
大跨度斜拉桥采用分阶段旖工过程，而斜拉桥施～［阶段的受力具有继承性，后期结构内力，线形与前期结构施ｌ：情况密切相关，施工中预先确定拼装块件准确位置是结构成桥后满足设计状态的重要需要。因此斜拉桥结构不能用传统意义上的一次落架法进行结构分析，必须对施工过程的各个阶段逐 …跟踪分析，以便求得各阶段的线形与内力。八十年代初，Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ教授提出，两种施工方法：前进分析法和倒退分析法。前进分析、倒退分析是结构理想状态按正、逆施工过程的两种计算理论。
低限度。
６
武汉理工人学硕士学位论文
第２章影响斜拉桥施工张拉索力的几何非线性因素
２．１斜拉桥的几何非线性问题
非线性问题可以分为材料非线性、接触非线性和几何非线性三大类。几何非线性问题目前土要研究＿＝三类问题：第一类是大位移小变形问题，如高层建筑、大跨度柔性结构分析大多属于此类问题，其特点是材料应变较小，本构关系可按线性关系考虑，但结构变形较大，可引起外荷载大小、方向的变化，在建设结构平衡方程日寸，必须考虑位移造成的影响：第二类是大位移大应变问题，如金属的压力加工问题，结构变形较大，应变也较大；第三类问题是大转动问题，所谓转动“很大”，不一定是量值很大，而是在建立平衡方程时，必须计及这种转动。研究第类问题的理论称为有限位移理论，第二类问题的理论称为有限应变理论。桥梁工程中的几何非线性问题主要采用有限位移理论，如柔性桥梁结构的恒载状态的确定问题，柔性结构的恒活载的内力计算问题、桥梁结构的稳定分析问题等均采用有限位移理论。

用有限元强度折减法分析边坡稳定

用有限元强度折减法分析边坡稳定
石长;赵新铭
【期刊名称】《隧道建设》
【年(卷),期】2006(026)003
【摘要】利用大型有限元分析软件ANSYS,结合强度折减理论,对不同情况下的边坡稳定进行了分析,对不同网格划分及计算约束条件的选择对计算精度的影响进行分析,同时对硬性结构面进行模拟,得出一些有益结论.
【总页数】4页(P5-8)
【作者】石长;赵新铭
【作者单位】南京航空航天大学土木工程系,南京,210016;南京航空航天大学土木工程系,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】U416.1+4;U213.1+3
【相关文献】
1.有限元强度折减法分析填筑边坡稳定性分析 [J], 张林;梁波
2.基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析研究 [J], 杜红;刘存弟
3.基于有限元强度折减法的路堑边坡稳定性分析 [J], 蒋志琳
4.基于有限元强度折减法的单双面边坡稳定性分析 [J], 高冯;李小军;迟明杰
5.基于有限元强度折减法公路深路堑边坡稳定性分析 [J], 任雁飞;刘梦雅
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有限元法在通信对绞电缆计算中的应用

ｉｃｌｕａｉｎｎｃｌｔａｏ
０引
言
电缆行业要走出当前的困境，就必须开发和生产技术含量高、做工精细、具有特殊性能、结构新颖的电缆产品。然而，要在尽可能短的时间内开发出新型的铜缆并非易事，中快速准确计算结构尺寸其就是最大的难题之一。由于通信电缆的主要结构尺寸与一次传输参数紧密相关，因此电缆结构计算的核心也就是如何快速准确计算电缆的一次传输参数及结构尺寸存在偏差（如绝缘偏心、导体或绝缘不圆等）对电缆一、二次传输参数的影响程度。由于同轴电缆中电磁场分布比较规则，可以推
称且为开放性场，受线对周围状况的影响也较大，无法推导出准确的计算一、二次参数的解析式。随着计算机应用技术的发展，人们逐渐利用数值计算来解决上述难题。由于有限元法适用于复杂边界、多层媒质下的电磁场计算，且此方法通用性强，计算精度高，尤其适合于对称电缆一、二次传输参数的计算。近些年来，有限元法得到越来越多电缆工程师的重视。本文介绍了利用有限元法计算孤立线对、四对非屏蔽超五类电缆（以下简称四对电缆）的计算实例，最后将部分计算结果与实际测试结果进行了对比，二者结果比较吻合。
式中，为。介质的介电常数（／）Ｆ；ｍｐ为介质的磁导
率（／）Ｙ为介质的电导率（／）Ｈｍ；Ｓｏｍ
２１２媒质分界面上的边界条件．．
不同媒质分界面上的边界条件可分为以下四
种：
２利用有限元法求解电缆一次传输参数的步骤
利用有限元法求解电磁场的应用步骤是：（）电磁场基本知识及待求问题，出与１根据给
作者地址：四川成都市高新技术开发区紫荆西路２号［１４］６０２．０

钢丝绳数学模型及有限元分析

钢丝绳数学模型及有限元分析孙土贵;史天录【摘要】用UG中的规律曲线建立6×19西鲁钢丝绳、1×6单股钢丝绳三维模型,针对西鲁股第2层和第3层钢丝位置关系进行三次多项式曲线拟合,建立了二者捻角变化的三次曲线关系,保证钢丝绳捻制后同一个旋转周期螺旋捻距的大小相同;同时建立了第3层钢丝螺旋半径与第2层钢丝螺旋半径之比随第2层钢丝捻角变化的三次拟合关系,确保钢丝捻制后两层丝刚好能接触.利用Workbench对1×6单股钢丝绳进行有限元分析,钢丝绳一段固定,对另一端每根丝加栽荷.对比了中心丝与侧丝接触应力,理论计算与有限元分析结果误差在3％,验证了模型和网格的有效性.单股有限元最大应力出现在侧丝与侧丝加栽变型后相接触点.【期刊名称】《五邑大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(030)001【总页数】5页(P64-68)【关键词】钢丝绳;西鲁股;曲线拟合;有限元分析【作者】孙土贵;史天录【作者单位】五邑大学机电工程学院,广东江门 529020;五邑大学机电工程学院,广东江门 529020【正文语种】中文【中图分类】TD532钢丝绳具有抗拉强度好、柔韧性好、稳定可靠等优点，被广泛用于电缆、重型机械、建筑等建造领域.国内外研究人员对钢丝绳的力学模型和失效机理做了很多工作，如文献［1］的美国学者Costello从几何、力学、微分学等基础理论出发建立钢丝绳的力学模型，预测钢丝绳受载后的响应；文献［2］建立了不旋转钢丝绳三维模型，分析了单股钢丝绳的应力，简化整绳的三维模型并进行有限元分析；文献［3］推导了西鲁钢丝绳的位置关系，分析了捻角对其他参数的影响，对弹性钢丝绳进行了比较全面的分析，提出一些不足之处，如忽略摩擦等，总结了钢丝绳统一方程式.为了更有效地找出钢丝绳的失效点，本文主要针对钢丝绳的结构参数进行拟合和有限元分析，以期为后续钢丝绳建模、二次开发、参数优化等提供理论指导.在钢丝绳中，若干条侧丝围绕中心丝以一定捻角绕制而成股，若干侧股围绕中心股以一定捻角绕制成绳.丝绕成股分为左旋与右旋，股绕成绳也分为左旋和右旋，钢丝绳的旋向取决其最外层侧股绕中心股的旋向.中心股的主要作用是支撑侧股，大多数的钢丝绳由六根侧股围绕中心股组成，但股的侧丝和层数不同.空间螺旋结构是钢丝绳几何结构的主要特征，西鲁股第2层钢丝与第3层钢丝之间位置关系比较复杂，需要对两者之间的捻角和半径进行定性分析，从而为钢丝绳结构设计与二次开发等提供理论指导.本文建立了西鲁钢丝绳和单股钢丝绳三维模型，利用三次拟合曲线表示钢丝绳参数之间的关系，能更快速推导出钢丝绳的几何参数，减少计算量.为验证钢丝绳理论计算的可行性，采用有限元分析方法对单股钢丝绳受载后的应力应变进行数值分析，从而根据有限元结果最大应力确定钢丝绳最易失效点，并与理论计算值进行比较从而验证钢丝绳模型的可行性.由于西鲁钢丝绳结构较大，网格单元数量多，分析整绳需要的硬件要求高，本文只分析单股有限元.本文根据微分几何及矩阵相关理论与钢丝的空间螺旋缠绕相结合，从而推导出丝与股的空间三维坐标方程组.根据方程组通过UG软件中的规律曲线功能生成各钢丝的中心线，从而生成钢丝绳的三维实体.推导西鲁股的位置关系方程，把捻角之间的关系，捻角与钢丝半径之间的关系简单利用拟合函数来描述，获得西鲁股第3层钢丝的捻角与半径随第2层捻角的变化规律.1.1 西鲁钢丝绳三维模型以6×19西鲁钢丝绳为研究对象，设计参数见文献［1］.中心股侧丝、第1层侧股中心丝、外股中心丝都是一次螺旋线；第1层股侧丝、外股侧丝是二次螺旋线.利用UG中的规律曲线建立钢丝的母线，然后对曲线进行扫掠.图1为西鲁钢丝绳的三维实体几何模型与截面示意图.1.2 西鲁股西鲁钢丝绳最外层股也称西鲁股，图2为西鲁股内钢丝的几何关系.在西鲁股内，第2层钢丝与第3层钢丝之间是线接触，这样接触应力才能减小从而提高使用寿命.要保证钢丝之间先接触必须满足3个条件：1）两层侧丝的数目相同；2）两层钢丝在一个旋转周期内捻制高度L=2πr tan α相等（r为对应钢丝离中心股中心丝的螺旋半径，α为钢丝捻角）；3）两层钢丝的初相位相差π/m（m为同层侧丝的数目）.文献［3］考虑了每层钢丝间不接触的前提下取Rh/rh=0.99（Rh是绳内股半径或股内丝半径，rh为对应的绳内股螺旋半径或股内丝螺旋半径），限制同层钢丝不接触.为计算两层钢丝捻制高度一样L=2πr tanα，采取三次曲线拟合的方法限定两层钢丝绳间捻角的关系，捻角关系式为其中，Cα0为三次多项式常数项；Cα1为一次项系数；Cα2为二次项系数；Cα3为三次项系数.表1列出几种侧丝数m中钢丝7的捻角α7随钢丝6的捻角α6变化的三次多项式常数.图3为捻角间关系图，可以看出当每层钢丝数目增加，捻角会增大；随着第2层钢丝捻角不断增大，第3层钢丝的捻角也随之增大，最后都变成90°捻角，说明当第2层捻角接近90°时，钢丝接近直钢丝，第3层变成直线.为了限制第2层钢丝与第3层钢丝之间刚好接触（不镶嵌或不分离），西鲁股中各钢丝半径的位置关系如式（2），为更好计算两层丝之间关系，采用三次曲线拟合的方法表示：其中，γ为钢丝位置之间的一个夹角；A为第7根钢丝与第6根钢丝螺旋半径之比.表2列出4种不同侧丝数目中A随α6变化的三次多项式常数；图4为这几组数据的三次拟合曲线，从图4可以看出，随着钢丝数目的增加外层钢丝与第2层钢丝半径之比减少；捻角增大，它们之间的比例增大.单股钢丝绳是所有钢丝绳的基础结构，对于西鲁钢丝绳结构，其中心股是单股钢丝绳，其第2层股也是由单股结构通过一次空间螺旋缠绕而成.因此，单股钢丝绳的有限元分析是研究西鲁钢丝绳的基础，通过单股分析可以进一步对整绳做有限元分析.而钢丝捻角之间的三次拟合为西鲁钢丝绳的有限元分析、二次开发等减少了计算量.2.1 有限元分析前处理本次仿真参考文献［1］的单股钢丝绳参数，使用UG建立三维模型，将三维模型导入到Hypermesh中划分网格，利用2D面网格功能中网格划分在每根钢丝端面划分四边形网格，设置划分匹配为圆形端面，然后使用3D功能对实体进行六面体网格划分，网格模型如图5，其中单元数为28 434，节点数为33553.为ANSYS 设置单元类型，将penta6单元设置为Solid45并关联到六面体中去.六面体有8个节点，这样的网格能有效地对节点进行约束，且能提高钢丝绳的网格精度.通过ANSYS 中Finite Element Modeler模块导入Hypermesh文件，对钢丝绳一端固定，限制其6个自由度，另一个端面添加拉力.由理论计算各个钢丝的受载比重，中心丝受拉力F1=9 723 N ；侧丝受拉力F2=9 073 N ；丝与丝之间忽略摩擦，因为Costello的模型理论计算中论证了钢丝绳在受载时，摩擦对钢丝绳的影响很小，特别是在小变形情况下.2.2 中心丝与侧丝理论接触应力计算单股钢丝绳受载后会产生变形，圆截面变成椭圆形.根据Costello的理论计算公式，由钢丝绳钢丝中心线线应力推导出中心丝与侧丝的接触线应力.中心丝与侧丝之间的接触线应力：其中，Xc为折合到接触点处单位长度的力；X2为垂直于侧丝母线且通过接触点方向的母线上分力；p2为侧丝的捻距.钢丝绳中心丝与侧丝的接触应力计算公式：其中ρ1=R1/sin2α2；σc为理论接触点应力；E为弹性模量；v为泊松比；ρ1为变形后中心丝接触点处圆周的曲率半径；α2为侧丝捻角.把文献［1］的参数代入式（4）和（5），取中心丝受力后应变为0.003，加载条件设钢丝绳自转为0，计算可得钢丝绳的接触应力为1005.9 MPa.2.3 有限元分析结果经过上述有限元分析，Z轴方向变形云图如图6所示，钢丝绳轴向变形呈层状分布，以钢丝绳中心轴对称分布，说明网格划分均匀及精度能达到计算的要求.钢丝靠近中心股区域变形比远离中心股区域小，符合实际.侧丝比中心丝变形大，但是相差不明显.图7为单股钢丝绳受载后的应力分布情况.中心丝和侧丝应力相接近，侧丝与侧丝接触处应力比较大，说明应力比较集中，这是由于侧丝受载后，圆形截面变形成椭圆，相邻侧丝相互接触导致应力集中，这和理论数学模型计算结果相符合.侧丝应力比较大，同时反映出为什么钢丝绳绳芯在实际运用中容易松散.文献［2］对仅有3根侧丝的单股钢丝绳的中心丝与侧丝的应力进行了有限元分析，本文利用Workbench中提取实体功能直接对中心丝作分析，应力云图如图8.中心丝与侧丝接触处应力最大，通过式（5）计算可得，单股钢丝绳的理论接触应力计算结果为1005.9 MPa，图8中可以得出钢丝绳有限元仿真计算结果最大接触应力为979.1MPa，两者误差为3%，说明选择的有限元网格类型符合此类钢丝绳模型的分析要求，随着网格再细化，有限元计算结果变动越来越小，网格的精度越来越高.两者之间的误差反映出，参数方程建立起来的三维模型与Costello的力学理论基础能有效的相结合，为钢丝绳整绳有限元分析提供基础.本文利用UG建立了单股钢丝绳和西鲁钢丝绳三维模型，分析了西鲁股内第3层钢丝参数随第2层钢丝绳变化规律，并利用拟合函数表达出来.利用Workbench 有限元软件计算了单股钢丝绳受载后的应力响应，将中心丝接触应力的有限元结果与理论计算结果进行了对比，误差在3%，从而验证了三维模型和有限元模型的有效性.由于钢丝绳受载情况复杂，下一步工作将建立钢丝绳受弯曲后的三维模型，计算钢丝绳接触点的空间坐标与模型做对比，由于西鲁钢丝绳整绳结构庞大，后续可利用工程计算机帮助计算有限元；如单股三层钢丝绳的有限元及理论计算；对西鲁钢丝绳的主要参数进行参数优化；推导西鲁钢丝绳受载后轴向应变与旋转应变之间的关系，分析各个参数对两个变量的影响程度；钢丝绳绕滚轮受载后的力学模型.【相关文献】［1］ COSTELLO G A.Theory of wire rope ［M］.2nd Edition.New York： Springer,1997. ［2］贾尚雨.不旋转钢丝绳的力学特性与失效研究［D］.广州：华南理工大学，2011.［3］ VELINSKY S A.Design and mechanics of multi-lay wire strands ［J］.Journal of Mechanical Sciences,1988,110（2）： 152-160.。

钢丝绳直线段有限元建模与分析

钢丝绳直线段有限元建模与分析王斌;史天录;景亚杰【摘要】利用 Patran 软件设计了1×6钢丝绳直线段股和独立绳芯钢丝绳的有限元模型，利用Nastran 进行了有限元分析，计算中考虑了一端固定、一端轴向旋转情况下钢丝绳的载荷与应变的关系和股内各钢丝分载荷情况。

对比有限元分析结果、理论计算结果和实验结果发现，三者间误差均在容许范围内，验证了本文有限元模型的有效性。

%With the aid of the Patran software, a new finite model is established for the 1×6 straight strand and the IWRC straight wire rope and a finite element analysis and calculation is made using the Nastran. The calculation takes into account the variation of axial load with axial strain and load distribution in the situation where one end of the wire is fixed. Comparative finite element analysis result, theoretical calculation result and experimental result show that the errors in the three results are within the allowable range and verify the effectiveness of the finite element model.【期刊名称】《五邑大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P67-71)【关键词】钢丝绳;应力应变;分载;有限元分析【作者】王斌;史天录;景亚杰【作者单位】五邑大学机电工程学院，广东江门 529020;五邑大学机电工程学院，广东江门 529020;西安建筑科技大学材料学院，陕西西安 710055【正文语种】中文【中图分类】O34;TD532为研究钢丝绳的失效机理，研究人员不断将新方法、新思路引入对钢丝绳的研究中[1-5]，常见的钢丝种类有1×6钢丝绳、独立钢丝绳芯（Independent Wire Rope Core，IWRC，又称7×7钢丝绳）、Seale 6×19钢丝绳等.由于钢丝绳几何形状复杂，在轴向受载的情况下绳内钢丝的响应复杂且为非线性，传统的钢丝绳数学模型只能在忽略一些因素（如忽略绳内钢丝间的摩擦）下解决钢丝绳的局部特性，只在弹性变形范围内分析钢丝绳受载响应、求解简单的钢丝绳数学模型、分析钢丝间线接触等，而有限元分析方法可以分析钢丝绳受载后复杂响应. 本文通过有限元建模与分析方法，对典型的1×6钢丝绳进行建模分析，并将其应用到结构更复杂的IWRC钢丝绳. 最后，通过将有限元结果与实验结果进行对比，以验证本文所用方法的有效性.1×6钢丝绳可以作为单独的绳使用，亦可以作为IWRC钢丝绳的绳芯使用，如图1所示. 文献[6]给出了Nastran分析有限元接触问题的有效方法，本文利用文献[7]的钢丝绳参数，将1×6钢丝绳的UG模型导入Patran中，并在钢丝绳几何模型端部加上圆柱形承载端，分析绳内部不同层、不同钢丝的承载比重情况. 由于端部与钢丝接触部位的网格划分复杂，为精简计算，只需将钢丝绳内载荷分配到不同股或丝上.划分网格时，Nastran接触模型的计算模块（SOL600）只能采用四面体5节点或六面体8节点网格. 由于六面体网格更能有效地对节点进行约束（MPC）[7,8]，并可有效提高钢丝绳有限元分析的精度，因此，本文也沿用六面体8节点有限元网格，但附加圆柱形端部不受网格划分的限制，只需注意网格畸形现象.处理边界条件时，文献[7]设计了简明的有限元模型，推导了限制方程并将其施加到有限元网格节点上，使简化的有限元模型仍能反映整股的变形情况，但限制方程较复杂，暂时只能在简单股有限元分析中加以应用. 文献[8]同样推导了有限元节点的限制方程，保证受载前在同一螺旋线上的节点在受载后仍能在螺旋线上. 本文对边界条件做如下处理：将钢丝绳股一端作为固定端，受载端只保留方向（轴向拉伸方向）的自由度；轴向载荷作为面载荷加载到端部. 图2为1×6钢丝绳的有限元模型.处理材料参数时，本文沿用文献[2]的实验数据与文献[7]的有限元数据，钢丝的材料为双线性各向同性材料（bilinear isotropic material），其几何参数与有限元模型参数见表1、2，可以推导出：其中为屈服应变，为极限应变. 由式（1）、（2）和表1、2数据可得到应力—应变曲线，如图3所示，并将此曲线作为材料场加载到Patran的各单元上. 但为了更好地反映钢丝绳端部轴向应变和各股、各丝的承载比重分配情况，这里给定承载端材料以极高的弹性模量.求解模型时，利用隐式非线性求解器（implicit nonlinear SOL600）求解钢丝绳轴向受载后的接触模型. Nastran提供了Glue和Touch两种接触模型. Glue模型定义简单，符合Costello[1]提出的计算模型，钢丝间没有相对滑动，但位于两接触丝上的各节点会在接触位置附近合并，网格会变形，计算精度低；Touch模型中，侧丝与中心丝间有相对移动，在摩擦系数低的情况下侧丝与中心丝需被定义为接触关系，接触模型定义较复杂，但接触位置网格未变形，计算精度高，本文选用Touch模型. 需要指出的是，Costello的模型理论[1]与Utting的实验[2]已论证了钢丝绳在只受轴向载荷时，摩擦对钢丝轴向应变的影响很小.根据上述模型进行有限元分析，轴向变形云图如图4所示. 图5表示在一端固定、一端旋转固定（fixed-end）情况下1×6钢丝绳股在不同轴向载荷下的轴向应变情况. 由于文献[7]未对钢丝受载后的塑性变形进行考虑，而Costello对数学模型进行了线性化处理，使得在文献[7]的计算结果中Costello理论计算数据为光滑直线. 本文在利用Costello模型计算时对钢丝绳受载后的塑性变形进行简单考虑：当钢丝受载后轴向应变超过屈服应变时，将塑性模量代替弹性模量. 这样的处理方法考虑了材料非线性问题，排除了几何非线性问题，图5中理论计算结果与实验结果在塑性变形后（轴向应变超过）的计算误差会变大. 但在完全弹性变形范围内误差在1%左右，而在完全塑性变形范围内误差在2%左右. 由此可以确定简单处理后的理论数学模型是有效性的. 同时，图中的有限元计算结果与实验数据在各处的误差都在1%内，充分说明本文中有限元模型具有实用价值.文献[9]分析了IWRC钢丝绳中各丝的承载比重，但未分析在弹塑性变形情况下承载比重的变化规律. 本文给出了在轴向旋转固定（fixed-end）情况下1×6钢丝绳股中心丝的承载比重变化情况，如图6所示. 图中有限元分析结果与理论结果差别仅在0.5%内，说明了本文中的有限元模型在分析股内钢丝承载比重时是有效的；中心丝承载比重在股轴向应变为附近（塑性变形发生区）时变化幅度很大，在进入完全塑性变形区时承载比重趋于恒定. 本文所用有限元模型由于其结构特殊，能很好地反应钢丝绳中股或丝的分载情况，但在计算出分载比重后可将有接触关系的两钢丝独立分析，细化网格，提高精度，分析钢丝绳内钢丝间的接触应力. 此有限元模型和计算方法是优化钢丝绳结构参数、验证理论模型有效性等的有效工具.钢丝绳中丝的种类包括：中心股中侧丝和中心丝、侧股中侧丝和中心丝. 侧股可以有多层，侧丝绕中心丝形成简单直股，简单直股绕中心股形成整绳. 如图1，钢丝整绳三维建模时，简单直股（中心股）中侧丝和侧股中心丝可以用简单的一次螺旋线方程来建模，而侧股中侧丝的建模需要复杂的二次螺旋线方程：其中，为侧股绕中心股的螺旋半径；为侧股侧丝绕其中心丝的螺旋半径；为侧股绕中心股转过的角度；为侧股侧丝绕侧股中心丝转过的角度；为侧股的相位角；为侧股侧丝的相位角；为中心股侧丝绕中心股中心丝的螺旋角；为侧股绕中心股的螺旋角. 方程中默认螺旋角小于. 时，股绕绳芯右旋；，股绕绳芯左旋；时，丝绕股芯右旋；，丝绕股芯左旋. 时，钢丝绳为同向捻钢丝绳；时，钢丝绳为交互捻钢丝绳. 利用螺旋线方程建立三维模型，模型导入Patran进行有限元建模. 图7为用Costello建模参数建立的IWRC钢丝绳的有限元模型. 本文对加载端未施加固定约束，而根据Costello理论计算结果对加载端施加反向力偶来保证钢丝绳轴向不旋转，轴向载荷加载方式沿用1.1中股有限元的建模方式. 由于IWRC钢丝绳钢丝数量多，沿用上述关于钢丝绳有限元划分方法会导致在Nastran中计算时间增多，本文从几何模型上截取更短的钢丝绳，并使用更粗略的网格对其进行划分. 在此基础上，用Nastran计算了钢丝绳在轴向拉力为17.82 kN时的轴向应变. Costello 理论计算结果与有限元分析结果分别为，，实际计算结果与理论结果相差3.13%. 因此，在分析部分响应时使用粗略有限元模型即能得到比较满意的结果，大大减少分析周期.本文利用Patran、Nastran有限元分析软件计算了钢丝绳中股及绳在受轴向载荷后的响应，将有限元计算结果与实验结果及理论计算结果进行了对比，验证了有限元分析模型的有效性. 钢丝绳在受载后由于振动、摩擦、过载等因素的影响，其内部中心股和侧股间的点接触应力是决定钢丝绳寿命的主要原因，下一步工作可对接触应力进行分析，将对接触位置附近的有限元网格进行细化调整以提高计算精度.【相关文献】[1]COSTELLO G A. Theory of wire rope[M]. 2nd Edition. New York: Springer, 1997.[2] UTTING W S, JONES N. The response of wire rope strands to axial to tensile loads—PART I. Experimental results and theoretical prediction [J]. International journal of mechanical sciences, 1987, 29(9): 605-619.[3] STANOVA E, FEDORKO G, FABIAN M, et al. Computer modelling of wire strands and ropes part II: Finite element-based applications [J]. Advances in Engineering Software, 2011, 42(6): 322-331.[4] 浦汉军. 起重机不旋转钢丝绳理论研究及其寿命研究[D]. 广东：华南理工大学，2012.[5] 王桂兰，孙建芳，张海鸥. 钢丝绳捻制成形的空间几何模型与有限元分析[J]. 应用力学学报，2003, 20(3): 82-87.[6] 宋祎平，黄勤，刘正瑞. 三环减速器的PATRAN-NASTRAN接触有限元分析探讨[J]. 机械管理开发，2011(3): 34-37.[7] JIANG Wenguang, YAO M S, WALTON J M. A concise finite element model for simple straight wire rope strand [J]. International Journal of Mechanical Sciences, 1999, 41(2): 143-161.[8] WANG Dagang, ZHANG Dekun, WANG Songquan, et al. Finite element analysis of hoisting rope and fretting wear evolution and fatigue estimation of steel wires [J]. Engineering Failure Analysis, 2013, 27: 173-193.[9] IMRAK C E, ERDONMEZ C. On the problem of wire rope model generation with axial loading [J]. Mathematical and Computational Applications, 2010, 15(2): 259-268.。

单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究

第51卷第8期2020年8月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.8Aug.2020单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能研究陈原培，向剑(重庆交通大学交通运输学院，重庆，400074)摘要：针对单股钢丝绳在服役过程中因丝间接触引起的失效问题，基于弹性接触理论和曲杆理论，研究轴向扭转载荷作用下单股钢丝绳丝间多层耦合接触性能。

首先，综合考虑泊松比效应和接触变形等因素，建立具有多层结构的单股钢丝绳轴向力学性能与丝间接触性能的数学模型。

其次，采用基于半解析法(SAM)的数值方案进行耦合求解。

半解析法求解过程中，采用共轭梯度法(CGM)和快速傅里叶变换(FFT)求解多层结构单股钢丝绳丝间接触压力、接触变形及钢丝内部应力，揭示单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的接触性能参数随扭转载荷变化的演变规律，以及钢丝绳结构参数对单股钢丝绳丝间接触行为的影响机制。

最后，通过与COSTELLO 理论计算结果对比，验证单股钢丝绳多层接触耦合模型的有效性。

研究结果表明：轴向扭转载荷作用下，单股钢丝绳芯丝与内层螺旋钢丝间、内外层螺旋钢丝间的最大接触压力和变形均位于接触中心，且随扭转加载进程而呈非线性变化；在大扭转载荷下，内层螺旋钢丝与外层螺旋钢丝间的接触区易先发生应力屈服；相比于内层螺旋钢丝捻角，外层螺旋钢丝捻角对单股钢丝绳内部各层丝间的接触作用影响更加显著；扭转载荷引起的最大钢丝应力位于接触界面下，该应力区的应力及深度随螺旋钢丝捻角增大而增大。

关键词：单股钢丝绳；多层耦合；接触性能；轴向力学性能；捻角；半解析法中图分类号：TH122；TD532文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）08-2209-12Study on multi-layer coupling contact performance ofsingle-strand wire ropeCHEN Yuanpei,XIANG Jian(College of Traffic &Transportation,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China)Abstract:Aiming at failure problems of single-strand wire rope caused by inter-wire contact in practical applications,the multi-layer coupling contact performance of a single-strand wire rope subjected to an axial torsional load was studied based on the elastic contact theory and thin rod theory.Firstly,considering the Poisson's ratio effect and the contact deformation,a coupled mathematical model for the axial mechanical property andDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.08.016收稿日期：2019−12−30；修回日期：2020−02−21基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51805058)；重庆市自然科学基金资助项目(cstc2019jcyj-msxmX0646)；重庆市教委科学技术研究计划项目(KJQN201800722)(Project(51805058)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(cstc2019jcyj-msxmX0646)supported by the Natural Science Foundation of Chongqing;Project (KJQN201800722)supported by the Science and Technology Research Program of Chongqing Municipal Education Commission)通信作者：陈原培，博士，副教授，从事钢丝绳和摩擦学研究；E-mail ：*****************.cn第51卷中南大学学报(自然科学版)contact performance between the wires of the rope was established.Then,a numerical scheme based on the semi-analytical method(SAM)was used to solve the coupling problem.During the solution process,the conjugate gradient method(CGM)and fast Fourier transform(FFT)were used to calculate the contact deformation,contact pressure and inside stress of the wires caused by the inter-wire contact.The evolution rules of the contact performance parameters between the different layers of the single-strand wire rope subjected to an axial torsional load were revealed.Additionally,the effect of the structure parameters on the contact behavior of the rope was discussed.Finally,the validity of the model was verified by comparison with the COSTELLO theory.The results show that the maximum contact pressure and deformation between the different layers of the single-strand wire rope occur at the contact centers under a torsional loading condition,and the relationship changes nonlinearly withthe process of torsional loading.Stress yielding is most likely to happen at the contact area between the middle layer and the outer layer under a large torsional pared with the middle layer spiral wire's lay angle,thelay angle of the outer spiral steel wire has a more significant effect on the contact between different layers of the rope.The maximum stress of steel wire caused by the torsional load locates below the contact interface,and the stress and the depth of the stress area increase with increasing lay angles of the spiral steel wires.Key words:single-strand wire rope;multi-layer coupling;contact performance;axial mechanical properties;lay angle;semi-analytical method钢丝绳具有强度高、质量轻、柔韧性好和材料利用率高等特点，广泛应用于起重机械、矿山设备和悬索桥等工程领域。

正交异性钢桥面第二体系受力影响分析

收稿日期：2 01 9- 05- 08 作者简介：邓果渊 1 983 －冤袁男袁硕士袁高级工程师袁从事桥梁勘察设计工作遥
响第二体系应力的主要控制因素袁可为正交异性钢桥面板的设计提供参考遥
1 计算模型
本文计算钢箱梁为上跨某高速公路车行天桥袁桥面宽 5 .5 m 袁横断面见图 1 遥
图 1 钢箱梁横断面（单位：cm）
摘要：由于正交异性钢桥面板第二体系受力的复杂性袁不同参数对其影响不易明确袁以某钢箱梁桥为例袁采用 A N SY S 有限
元软件对比分析了不同铺装厚度尧不同顶板厚度尧不同加劲肋刚度对钢桥面板第二体系应力的影响遥结果表明袁适当增加桥
面铺装可显著减小第二体系应力袁而顶板厚度尧加劲肋厚度的影响较小袁可以忽略遥
图 6 不同铺装厚度第二体系压应力图
渐降低遥增加铺装厚度袁是减少第二体系应力的一种
方法袁但过多的增加铺装厚度对于大跨度的钢箱梁结构袁将会显著的增加第一体系的应力袁因此袁增加铺装厚度的方法更适用于中小跨度桥梁遥另外袁采用剪力钉及混凝土结构的刚性桥面铺装袁由于铺装弹模的增大袁对第二体系应力的减小将会更多[5]遥 2.2 顶板厚度的影响
从计算结果中可以看出袁铺装厚度对第二体系的影响非常明显袁随铺装厚度的增加袁第二体系应力显著递减遥同时袁我们也可以发现袁应力减少的速度是逐渐降低袁证明铺装厚度的影响效率逐
图 7 不同顶板厚度第二体系压应力图
从图表中可以看出袁随顶板厚度的增加袁第二体系应力减小袁但减小的应力有限袁钢板厚度从 1 2 m m 增加到 20 m m 袁应力仅减小了 0.43 M P a袁基本可以忽略遥通过增加顶板厚度可显著减小第一体系应力袁但使用此法减小第二体系的应力是不
取铺装厚度 a= 1 00 m m 袁加劲肋厚度 c=1 6 m m 袁针对顶板厚度 b袁分别取 1 2 mm 尧1 4 mm 尧1 6 mm 尧 1 8 m m尧2 0 m m 共 5 组值袁分别计算第二体系钢桥面顶板纵向压应力值袁计算结果见表 2 和图 7 遥

基于有限元分析的股骨干骨折内固定系统多因素的正交试验设计

基于有限元分析的股骨干骨折内固定系统多因素的正交试验设计盛伟;纪爱敏;陈长胜【摘要】To evaluate the effect that the three factors of the femoral shaft fracture internal fixation system on the stability of internal fixation system, and to provide guidance for the clinical treatment.The orthogonal test design method was used to design the experiment scheme.The finite element analysis method was used to analyze the three levers biomechanical properties of the three factors of the femoral shaft fracture internal fixation system respectively, three inspection index value for each group experiment were attained.And combined with orthogonal test matrix analysis method,the data analysis was carried on.The results showed that the each levers of the three factors had different weights.The analysis results show that the primary and secondary order of the effect that three factors had on stability of the internal fixation system are screw diameter, the distance between the plate and femur surface and the elastic modulus of the fracture filling, and the best scheme of the orthogonal test is that the screw diameter is 4 mm, the distance between locking plate and femoral surface is 3 mm and fracture fillings elastic modulus is 15 MPa.%评估股骨干骨折内固定系统中三个因素对内固定系统稳定性的影响,为临床治疗提供指导.采用正交试验方法设计试验方案,分别对股骨干骨折内固定系统的三因素三水平上进行生物力学有限元分析,得出各组试验的三项考察指标数值,并结合正交试验权矩阵分析方法进行数据分析.结果显示,影响内固定系统稳定性的三因素三水平有着不同权重.研究结果表明,三因素对内固定系统稳定性影响的主次顺序为螺钉直径、锁定钢板与股骨表面间距、骨折处填充物弹性模量,正交试验的最佳方案为螺钉直径为4 mm,锁定钢板与股骨表面间距为3 mm,骨折处填充物弹性模量为15 MPa.【期刊名称】《生物医学工程研究》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】7页(P146-151,158)【关键词】股骨干骨折;锁定钢板;稳定性;正交试验;三因素三水平;权重;有限元分析【作者】盛伟;纪爱敏;陈长胜【作者单位】河海大学机电工程学院,常州 213022;河海大学机电工程学院,常州213022;河海大学机电工程学院,常州 213022;常州奥斯迈医疗器械有限公司,常州213022【正文语种】中文【中图分类】R3181 引言股骨干骨折是最常见的股骨损伤之一，通常由撞击、挤压等强大外力引起[1]。

基于ANSYS有限元的正交异性板关键焊接部位疲劳性能分析

㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第６期８５９㊀收稿日期:２０２０Ｇ０５Ｇ１３;修改日期:２０２０Ｇ０６Ｇ０２作者简介:刘晨阳(１９９５－),男,安徽萧县人,硕士研究生在读．基于A N S Y S 有限元的正交异性板关键焊接部位疲劳性能分析刘晨阳１,㊀吴爱平２(１．三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌㊀４４３０００;２．深圳市综合交通设计研究院有限公司,广东深圳㊀５１８００３)摘㊀要:正交异性板目前已成为世界上大㊁中跨度钢桥所普遍采用的桥面结构形式,纵肋㊁横肋和桥面板通过焊接的形式连接,共同作为桥面系的重要组成部分.焊接的工作量大,要求的加工精度高,焊缝构造的优劣直接决定了桥梁的整体性能,故本文对某公铁两用桥的关键焊接部位整体节点双向应力焊缝构造在３种工况下进行A N S Y S 有限元分析和静载试验分析.结果表明:有限元模型和静载试验在水平加载㊁竖向加载和水平及竖向双向加载３种工况下的应力最大值位置均出现在焊趾处,说明所建立的有限元模型能够客观地反映出焊接构造在实际承受荷载作用下真实的应力和变形,为后续同类结构的疲劳性能分析提供了一定的参考.关键词:正交异性板;A N S Y S;静载试验;疲劳性能;工况中图分类号:U ４４３．３３㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０２０)０５Ｇ０８５９Ｇ０４０㊀引㊀㊀言正交异性钢桥面板是将相互垂直的纵横向加劲肋与桥面盖板组合起来共同承受桥面车辆荷载的结构,其除了作为桥面之外还是主梁的重要组成部分.正交异性钢桥面板使用的材料是薄钢板,与预应力混凝土桥面板相比能够显著降低桥梁的结构自重,但桥面是由纵肋㊁横肋和盖板焊接而成,焊缝交接处构造复杂,承受荷载作用下的应力与变形也是极其复杂.霍宁飞等[１]基于焊缝的局部三维断裂力学模型和超重多轴货车的载荷谱,进行正交异性钢桥面板的肋Ｇ面板焊缝表面裂纹的疲劳寿命分析;陶晓燕等[２]运用有限元软件建立了公路和铁路正交异性桥面的模型,分析了各交叉部位构造的应力变化规律;田启贤等[３]研究了采用５种面板结构形式时正交异性板各疲劳构造细节的最不利应力幅和疲劳寿命系数;陈华婷等[４]建立了传统典型纵肋桥面板和新型热轧纵肋桥面板模型,对两种桥面板的焊接接头关注点在多种轮位加载的工况下的疲劳应力幅进行了对比分析;高立强[５]对横梁腹板切口形状对横梁腹板与纵肋连接部位及横梁腹板切口边缘处疲劳性能的影响规律进行了研究;荣振环等[６]对武汉天兴洲长江大桥的正交异性板的关键焊接部位的疲劳性能进行了研究.本文拟对某公铁两用桥正交异性板整体节点双向应力焊缝构造进行建模分析,并与静载试验下测点所测应力值进行对比分析.１㊀工程概况某公铁两用桥下层铁路桥面采用正交异性整体钢桥面板,因中桁与桥面板的连接部位受整体桥面负弯矩影响,在节点处形成横向拉应力,同时,下弦杆在列车荷载作用下主要承受纵向拉应力,这就使得下弦节点处于双向均受较大拉应力的受力状态,需要对整体节点双向应力焊缝构造进行静载试验研究,以确保结构的安全.２㊀有限元建模及分析采用有限元软件A N S Y S 对整体节点双向应力焊缝试件进行建模,过渡圆弧半径１０m m ,试件共划分为１７２０８个单元,２１８１０个节点,有限元模型如图１所示.荷载施加共分为３种工况,分别为水平向加载㊁竖向加载以及竖向和水平向双向加载.图１㊀试件有限元模型２．１㊀工况一:水平向加载将竖板上下两侧约束,将水平板左侧约束,右侧分５级施加０~１５０k N .当施加力为１５０k N 时,有限元计算结果如图２㊁图３所示.８６０㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第５期图２㊀仅施加水平力时X 方向应力云图图３㊀仅施加水平力时Y 方向应力云图从图２中可以看出,应力最大的部位出现在水平板焊趾处,X 方向最大应力为１９６M P a ,该部位的名义应力为９３．７５M P a ,应力集中系数为２．０９.２．２㊀工况二:竖向加载将水平板左右两侧约束,将竖板下侧约束,上侧分５级施加０~５００k N .当施加力为５００k N 时,有限元计算结果如图４㊁图５所示.图４㊀仅施加竖向力时Y 方向应力云图图５㊀仅施加竖向力时X 方向应力云图从图４中可以看出,应力最大的部位出现在竖板焊趾处,Y 方向最大应力为３２８M P a ,该部位的名义应力为２０８M P a,应力集中系数为１．５７.２．３㊀工况三:竖向和水平向双向加载将水平板左侧和竖板下侧约束,水平板右侧,竖板上侧分５级分别施加０~１５０k N 和０~５００k N .当施加力分别为１５０k N 和５００k N 时,有限元计算结果如图６㊁图７所示.图６㊀双轴加载时X 方向应力云图图７㊀双轴加载时Y 方向应力云图从图６㊁图７中可以看出,X 应力最大的部位出现在水平板左侧焊趾处,最大应力为２５９M P a ,应力集中系数为２．７７,故此处极易发生疲劳裂纹,为避免此处发生破坏,试验前应对㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第６期８６１㊀此处进行锤击;Y 方向最大应力出现在竖板左侧焊趾处,为３６８M P a ,应力集中系数为１．７７,可见水平板应力集中系数要明显大于竖向板.３㊀静载试验分析双轴疲劳试件的试验加载工况与有限元分析中工况一致,测点布置如图８㊁图９所示.图８㊀试件水平板上测点布置图图９㊀试件竖板上测点布置图３．１㊀工况一:水平加载到１５０k N为考察应力分布规律,将实测应力标注在试件上.工况一试件测点实测应力值如图１０㊁图１１所示.图１０㊀水平加载下水平板应力分布图１１㊀水平加载下竖板应力分布由图１０可知,水平加载时,最大测点分布在水平板与竖向板焊趾处.理论上,在１５０k N 的拉力下,水平板截面应力为９４M P a ,东侧上表面远离焊趾测点应力分别为９３M P a 和９４M P a .实测值与理论值比较接近,靠近焊趾处因为存在热点应力,实测应力要大一些.东侧水平板下侧应力由东向西逐渐变小,表明约束端产生一定的弯矩.由图１１可知,在水平荷载的作用下,竖板上西侧荷载施加方向受到拉力,东侧约束端一侧竖板受到竖向压力,表明在竖板约束的情况下,水平荷载使得竖板产生一定的弯矩,导致结构受力产生如此的传力特征.３．２㊀工况二:竖向施加５００k N工况二试件测点实测应力值如图１２㊁图１３所示.图１２㊀竖向加载下水平板应力分布图１３㊀竖向加载下竖板应力分布由图１２㊁图１３可以看出,竖向加载时,最大测点分布在竖向板与水平板焊趾处.理论上,在５００k N 的拉力下,竖板截面应力为２０８M P a,南侧靠近焊趾截面上㊁下侧平均应力分别为２９７M P a 和２６８M P a.北侧靠近焊趾截面上㊁下侧平均应力分别为１４９M P a 和８６M P a.南侧要明显大于北侧,说明本结构８６２㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第５期存在一定的偏心.竖板上㊁下侧测点应力分别为２３３M P a 和１７７M P a,水平板上侧产生１６１M P a 的平均拉力,下侧产生１５６M P a 的平均压力,说明在竖向荷载作用下,因为东侧存在固结约束,该处存在较大弯矩.西侧水平板与竖向板焊趾处也有一定的弯矩,但是很小,主要是因为西侧连接试验机,试验机具有球铰能够释放一定的弯矩.３．３㊀工况三:竖向施加５００k N ,水平向施加１５０k N工况三试件测点实测应力值如图１４㊁图１５所示.图１４㊀双向加载下竖板应力分布图１５㊀双向加载下竖板应力分布由图１４㊁图１５可知,竖向和水平向同时加载时,最大测点分布在竖向板与水平板焊趾处.竖板最大应力为３６４M P a ,在竖向板西侧焊趾处;水平板最大应力为３４０M P a ,在水平板东侧焊趾处.从应力数值上看,双向受力的时候相当于两个单向受力测试数据的叠加.水平板板厚方向的受力非常小,这说明双向荷载作用下,应力仍然借由焊缝连接部位来传力,但是会使与之垂直的结构产生次应力.４㊀结束语本文主要对某公铁两用桥下层铁路正交异性板的关键焊接部位整体节点双向应力焊缝构造进行有限元建模和静载试验对比分析,得出的结论是,各疲劳试件有限元计算得到的最大应力集中部位基本在疲劳试验破坏部位,有限元分析结果指导了试件设计和试验过程,达到了预期效果.参考文献[１]㊀霍宁飞,石广玉．正交异性钢桥面板肋－面板焊缝疲劳分析[J ]．应用力学学报,２０１９,３６(１):１１６－１２２,２５７．[２]㊀陶晓燕,刘晓光,张玉玲．正交异性钢桥面板受力特征研究[J ]．钢结构,２０１０,２５(７):１２－１４,１１．[３]㊀田启贤,高立强,杜新喜．面板结构设计对正交异性板疲劳性能的影响研究[J ]．桥梁建设,２０１６,４６(１):１８－２３．[４]㊀陈华婷,迟啸起,黄艳．正交异性板纵肋－盖板连接的疲劳应力对比分析[J ]．桥梁建设,２０１２,４２(６):２０－２６．[５]㊀高立强．横梁腹板切口形状对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响研究[J ]．铁道标准设计,２０１４,５８(１２):６７－７１．[６]㊀荣振环,张玉玲,刘晓光．天兴州桥正交异性板焊接部位疲劳性能研究[J ]．中国铁道科学,２００８,２９(２):４８－５２．(上接第８５４页)辆荷载动力作用存在关联性,因此需进一步采用振动测试方法研究结构在车辆荷载作用下,结构振动特征,以确定结构产生损伤的作用机制.５㊀结㊀㊀论本文选取受损较严重区域构件进行荷载试验,试验结果表明,试验结构构件挠度㊁应变均满足理论限值要求,结构处于弹性工作状态,公交车道结构满足静力荷载承载力要求;同时,基于常规检测结果和结构损伤特点,结构损伤与车辆通行荷载动力作用存在关联性.该试验可为同类工程问题的分析提供参考.参考文献[１]㊀汪秀石,陈冬梅,曾勇,等．既有桥梁缺陷桩基础桥墩承台荷载试验研究[J ]．工程与建设,２０１９,３３(４):５６７－５６９．[２]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部．建筑结构荷载规范:G B ５０００９－２０１２[S ]．北京:中国建筑工业出版社,２０１２．[３]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部．混凝土结构试验方法标准:G B /T５０１５２－２０１２[S ]．北京:中国建筑工业出版社,２０１２．[４]㊀易伟建,张望喜．建筑结构试验[M ]．北京:中国建筑工业出版社,２００５．[５]㊀中华人民共和国交通运输部．公路桥梁承载能力检测评定规程:J T G /TJ ２１－２０１１[S ]．北京:人民交通出版社,２０１１．[６]㊀中华人民共和国住房和城乡建设部．混凝土结构设计规范:G B５００１０－２０１０[S ]．北京:中国建筑工业出版社,２０１１．。

系留气球缆索连接结构分析与工艺研究

系留气球缆索连接结构分析与工艺研究何小辉;王立祥【摘要】球体连接缆索是系留气球的重要组成部分,根据系留气球的工作状态以及整体布局的要求,选择芳纶纤维作为系留缆索的主材,介绍了球上缆索连接的结构特点,为解决缆索接头强度损失问题,设计了一种新的金属接头结构,对缆索受力情况进行了理论计算,并采用有限元分析了胶结处的应力状态和整体连接强度,开发了芳纶缆绳与金属接头的胶结工艺,经不同环境拉力实验验证表明,采用该工艺合成的缆索合理可靠,能够满足系留气球低空和高空驻留要求.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)030【总页数】4页(P263-266)【关键词】系留气球;芳纶;环氧树脂;应力分析;拉力试验【作者】何小辉;王立祥【作者单位】中国科学院光电研究院,北京100094;中国科学院光电研究院,北京100094【正文语种】中文【中图分类】V273系留气球是一种依靠气囊内的浮升气体获得浮力，并用缆索拴系固定的浮空器，借助于系留缆索、气动升力和剩余浮力，它可以在空中特定范围内实现定高度、长时间驻留，尾部的固定翼面可以保持球体具有头部迎风的稳定姿态[1]。

目前所提到的系留气球，不再是单单指一个独立的球体，而是围绕气球为核心构建的整个系留平台系统。

整个系统包括球体、系留缆索、有效载荷、锚泊平台、地面控制系统五部分[2]。

球体是有效载荷的载体，它由高分子复合材料制成；系留缆索用于气球发放和高空驻留，控制球体的上升下降及在位工作[3]；有效载荷是气球任务执行设备；锚泊平台提供气球的锚泊和地面修整；地面设备为供电及无线电通信，还有气球管理控制等。

如图1所示。

图1 系留气球平台各系统Fig．1 The systems of captive balloon platform缆索是系留气球的重要组成部分，其强度直接关系到系留气球的安全，是系留气球研制进程中至关重要的一环，缆索包括主系留缆索(主缆)，主缆与球体之间的分系索，球体和锚泊车连接的锚泊系索以及鼻系索等，高空系留时这些系索都会随气球一起升空[4]。

新型钢丝网骨架增强塑料复合管的有限元分析

加工与应用新型钢丝网骨架增强塑料复合管的有限元分析任志敏1,任冬云1,刘坤伦1,刘景涛2(1.北京化工大学塑料机械研究所,北京100029;2.胜利石油管理局工程机械总厂,山东东营257082)摘　要:应用ANSYS软件对一种新型管材-钢丝网骨架增强塑料复合管进行了强度计算分析,给出了复合管压力与弹性变形的关系式。

用一具体的算例得到了确定该类型复合管的爆破压力及弹性压力范围的方法。

通过相同爆破压力下纯塑料管的最薄厚度的确定,以及与复合管相同厚度的塑料管的最大爆破压力的计算,说明了这种新型管材的优点。

并通过试验验证了计算结果的正确性。

关　键　词:钢塑复合管;有限元分析;强度分析中图分类号:TQ320.72+4 文献标识码:B 文章编号:1001Ο9278(2002)11Ο0040Ο04 当前,以塑代钢,大力推广新型化学材料管道已成为现代工业发展的需要。

普通的塑料管道虽然具有质量轻、耐腐蚀、安装简便迅速等显著优点。

但是,与传统钢材管道相比,普通塑料管道强度、刚性、抗冲击性等较低,且线膨胀系数较大,抗蠕变性能较差,不能满足石油化工行业的特殊需要。

新型钢丝网骨架增强塑料复合管集钢材与塑料的优点于一体,同时又克服了两者的缺点,是普通塑料管或钢管的较理想的替代产品[1]。

管道的主要任务是输送各种流体介质,为了避免其失效而导致整个系统的瘫痪,应给出复合管的工程许用压力。

由于复合管结构的复杂性,传统的理论解析计算方法无法求解此类问题。

本文利用大型商用有限元软件ANSYS,对这种复合管的结构和强度及合理使用范围进行了翔实的理论计算分析,并与相应的试验结果进行了比较。

1　问题的描述及材料特性钢骨架塑料复合管采用挤出成型方法生产,以优质低碳钢丝(G B/T343—1994)为增强相。

高密度聚乙烯(HDPE)为树脂基体。

通过对钢丝点焊成网,焊好的钢网与塑料熔体在专用机头内共挤成型[2～4],其结构如图1所示[5]。

本文算例所用复合管的结构为:内径<150mm,外径<175mm,壁厚12.5mm。

钢箱梁正交异性板受力的有限元分析

钢箱梁正交异性板受力的有限元分析摘要：针对钢箱梁正交异性板结构，建立有限元模型，并进行了计算分析和实测对比。

结果表明，（1）相对于传统解析法，有限元法能较好的模拟钢箱梁正交异性板的实际受力状态；（2）在钢箱梁正交异性板局部加载中，最不利的横向荷位为加载在U肋之上，且轮位中心处应力值最大；（3）纵向最不利荷位为横隔板中间处，最大应力值在中间轮外侧；（4）钢箱梁正交异性板整体刚度较大，横向车辆增加时对应的应力增加并不明显。

关键词：钢箱梁正交异性板，有限元法，不利荷位，健康监控1．引言正交异性设计应用始于二战后的德国，而我国的应用始于20世纪80年代，到90年代才开始大规模的使用，并得到迅速发展。

迄今为止，我国已建造的采用正交异性钢桥面板的桥梁有30 余座[1][2]，更是促进了正交异性钢桥面的发展和应用。

这些大跨度斜拉桥和悬索桥主要采用钢箱梁，正交异性板除作为桥面外，还是主梁截面的组成部分，它既是纵横梁的上翼缘，又是主梁的上翼缘，传统的分析方法是把它分成三个结构体系加以研究，即：主梁体系、桥面体系和盖板体系[3]。

随着有限元技术的逐步成熟，研究人员越来越倾向于运用有限元法来分析研究，而且利用有限元分析法可以较好的模拟钢箱梁正交异性板整体受力特点[4]。

为此，本文以军山大桥钢箱梁正交异性板为研究对象，利用有限元法分析其整体受力特点，为该结构形式的设计与健康监控提供参考。

2．局部加载模型及有限元计算2.1 有限元模型建立参数取军山大桥A类梁段构造，沿钢箱梁纵向取4×3m（含3个横隔板，横隔板间距3m）作为计算分析对象，整个模型纵向长12m，横向对称的取钢箱梁一半，除没有考虑横隔板的人孔和各构件之间的焊缝外，有限元模型真实地模拟了12m 长的钢箱梁节段，包括横隔板上的加劲肋、U肋、纵隔板及其他加劲肋。

实桥钢箱梁有限元模型见图1-1所示，其中钢箱梁采用shell181板壳单元模拟，桥面沥铺装层采用solid65实体单元模拟，泊松比0.2，密度1200kg/m3；纵向一端约束Ux、Uy、Uz，另一端约束Ux、Uy，横向对称约束。

基于集中质量法的系留缆绳受力分析

技术平台基于集中质量法的系留缆绳受力分析曾文元，周祥辰（西北工业大学自动化学院，陕西西安 710072）摘要：系留供电较好地解决了多旋翼无人机航时短的问题，但同时也给无人机带来了负重以及线缆拉力等问题，在无人机进行力学模型构建时，需要对系留缆绳加以分析，本文采用集中质量法［1］对系留缆绳进行受力分析。

关键词：集中质量法；系留缆绳；系留六旋翼无人机0 引言随着微纳元件、微处理技术的快速发展，多旋翼无人机被人们应用于航拍、侦查等领域。

但是，电池供电的弊端，较短的续航时间使无人机难以完成耗时较长的任务，系留供电由此诞生。

采用系留缆绳供电，实现了多旋翼无人机的长航时滞空作业。

由于系留缆绳对于飞行器控制，动力配备等方面有着不可忽略的影响，因此，需要对系留缆绳进行力学建模分析。

使用较多的便是悬垂线理论分析［2］，集中质量法，以及有限元法［3］等。

本文选用集中质量法对系留缆绳进行分析。

1 系留缆绳简介系留电缆［4］中有用于供电的电力导线，导线从地面的供电模块向多旋翼无人机提供电能。

导线单元中导体需要使用电阻率较小的材料，系留缆绳较为柔软，可弯曲。

系留缆绳实际应用中，若不考虑通信等其他功能，可暂用普通电力导线代替。

2 集中质量法介绍集中质量法把连续的系留缆绳离散化，系留缆绳分为很多集中质量点以及无质量的弹簧单元。

先将系留缆绳看做m段，第一段与供电模块相连，第m段与无人机相连，集中质量的这个点叫做节点，假设所有作用力都作用到这m+1个节点上。

集中质量法适用范围广，可用于大位移变化的运动过程，用于分析系留六旋翼无人机系留缆绳的运动效果较好。

3 系留缆绳模型建立系留六旋翼无人机在空中飞行，系留缆绳在空中会存在拉伸或者松弛状态。

无人机一般在无风或者较小的风的情况下进行飞行，考虑风对系留缆绳的影响，我们使用两个常量F x风，F y风表示，单位为N。

我们对拉伸状态下的系留缆绳进行受力分析。

系留缆绳的张力F i i=1，2...m-1，与缆绳的弹性有关，还与系留缆绳的状态有关，张力的单位为N。

正交设计在加筋土边坡有限元分析中的应用

正交设计在加筋土边坡有限元分析中的应用
李宜峰;顾强康;李婉
【期刊名称】《路基工程》
【年(卷),期】2009(000)001
【摘要】加筋土边坡稳定性受众多因素的影响,正交设计可安排多因素试验方案,从而较好地解决多因素试验问题.文中将模型参数看作随机变量,以安全系数为单指标采用正交设计进行分析.通过安全系数来研究参数的敏感性,从而得出最优方案设计.【总页数】2页(P136-137)
【作者】李宜峰;顾强康;李婉
【作者单位】空军工程大学工程学院,陕西西安,710038;空军工程大学工程学院,陕西西安,710038;空军工程大学工程学院,陕西西安,710038
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.加筋土柔性挡墙在膨胀土边坡处治中的应用 [J], 梁锴南
2.碎石土混合料在加筋高边坡中的应用 [J], 何必伍; 徐国元; 黄文通; 潘冬
3.毛石混凝土挡墙与加筋土墙结合在填方边坡中的应用 [J], 陈永磐
4.加筋土柔性挡墙在高速公路边坡滑坡处治中的应用 [J], 石方楠
5.强度折减法在加筋土边坡安全系数验算中的应用 [J], 苏立海;吕燕;冀勋高;杨勇;贡文献
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开口肋正交异性钢桥面系多尺度力学模拟分析研究

开口肋正交异性钢桥面系多尺度力学模拟分析研究
李琦;李娣;李威;付新新
【期刊名称】《公路交通技术》
【年(卷),期】2024(40)1
【摘要】正交异性钢桥面构造复杂,局部疲劳应力与纵肋的构造形式、铺装层结构密切关联。

为深入研究开口肋正交异性钢桥面板与铺装结构体系力学性能特征,采用有限元软件ABAQUS建立桥梁节段模型,模拟不同构造、荷位、铺装厚度以及材料模量等参数,分析L肋+小横肋钢桥面系应力分布的影响。

结果表明:1)L肋+小横肋相较闭口肋,其铺装拉应变降低10%,钢板应力和竖向变形降低了约50%,开口肋最不利纵向位置为跨中小横肋处,横向位置为钢板焊缝处;2)铺装厚度增加4 cm,铺装横向拉应变和横向剪应力均减小;3)将铺装模量提高至40 GPa,铺装表面的最大横向拉应变显著降低,肋间挠度减小1倍。

【总页数】6页(P101-106)
【作者】李琦;李娣;李威;付新新
【作者单位】江苏省交通工程建设局;江苏中路工程技术研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U443.32
【相关文献】
1.开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析
2.开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析
3.新型半开口纵肋正交异性钢桥面板疲劳性能试验研究
4.开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学行为特性研究
5.开口加劲肋正交异性钢桥面铺装力学分析
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