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动态载荷下松质骨对骨质疏松性股骨颈骨折断裂力学影响的有限元分析 预览
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作者 郑利钦 林梓凌 +5 位作者 李鹏飞 陈心敏 孙文涛 何祥鑫 梁子毅 李木生 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2019年第12期1887-1892,共6页
背景:目前髋部骨折有限元模型亦多简化为实心的、线性或非线性的各向同性材料,对髋部骨折的有限元分析多基于静态载荷下的应力分布来预测骨折发生的部位,然而在静态下,骨折发生的确切起点及骨质断裂过程仍然无法客观模拟及观测。目的:... 背景:目前髋部骨折有限元模型亦多简化为实心的、线性或非线性的各向同性材料,对髋部骨折的有限元分析多基于静态载荷下的应力分布来预测骨折发生的部位,然而在静态下,骨折发生的确切起点及骨质断裂过程仍然无法客观模拟及观测。目的:探究动态载荷下松质骨对股骨颈骨折的影响及生物力学机制。方法:选取1名健康志愿者的原始股骨CT数据,在Mimics创建三维模型后在Hypermesh中重建为简化的实心模型、仅包含皮质骨的空心模型、含松质骨及主要应力骨小梁的仿真股骨近端模型,并分别赋予材料属性、参数,设置载荷时间函数为F=2 500 t,t≤2 s(单位:MPa),方向与冠状面、矢状面、水平面均呈30°,边界条件设置为大转子与股骨干固定,导出求解文件并在LS-DYNA运算,在Hyperview中观察骨折过程并记录裂纹起始点、时间、应力变化等结果。结果与结论:①实心模型的起始裂纹在股骨颈后外侧,空心模型与仿真模型则起始于股骨颈内下方,仿真模型的起始裂纹小于实心模型、空心模型;②3种模型皮质骨断裂时的最大应力均分布在股骨颈后外侧,空心模型与仿真模型的应力分布较实心模型更广泛分布于转子间区域;③实心模型起始裂纹靠近最大应力区的中央,而空心模型与仿真模型的起始裂纹位于最大应力区的边缘,靠近股骨颈的内下方;④3种骨折模型均发生了嵌插,其中实心模型的骨折线较单一且平整,空心模型与仿真模型的骨折线较粗糙,并延伸至转子间,且骨折成角较实心模型大;⑤各模型在断裂时刻的应力最大,后下降,最大值见于实心模型,仿真模型的最大应力下降趋势最平缓及压力与张力侧的波动最对称;⑥结果提示,在抵抗骨折裂纹扩展中松质骨与皮质骨可能起协同作用。 展开更多
关键词 松质骨 股骨颈骨折 断裂力学 有限元 国家自然科学基金 股骨骨折 力学过程 有限元分析 组织工程
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股骨干近端组配式假体的设计及生物力学分析 预览
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作者 钟俊青 胡永成 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2019年第12期1893-1897,共5页
背景:股骨干近端肿瘤切除后大段骨缺损采用假体填充的生物力学研究较少,这种假体是否可行存在争议。目的:从生物力学角度探讨股骨干近端组配式嵌入假体设计的可行性。方法:通过CT获取全股骨的影像资料,并在Mimics 10.01版本中三维重建,... 背景:股骨干近端肿瘤切除后大段骨缺损采用假体填充的生物力学研究较少,这种假体是否可行存在争议。目的:从生物力学角度探讨股骨干近端组配式嵌入假体设计的可行性。方法:通过CT获取全股骨的影像资料,并在Mimics 10.01版本中三维重建,将重建的股骨以IGES格式导入Abaqus 6.91软件中进行有限元分析,使用股骨干近端组配式假体重建股骨近端缺损区,加载人体正常行走时受力方式,获得应力峰值及应力分布云图。结果与结论:①股骨干近端组配式假体重建股骨干缺损后,其骨水泥应力峰值未超过骨水泥的疲劳强度,骨皮质的应力峰值未超过自身的最大压应力峰值,股骨干近端组配式假体的应力集中在外侧钛板螺钉孔周围,未超过钛合金最大压应力;②结果表明,股骨干近端组配式假体在重建股骨干近端缺损时,符合人体生物力学要求,可投入临床使用。 展开更多
关键词 股骨干近端组配式假体 设计 有限元 生物力学 CT 3D模型 假体应力峰值 股骨 有限元分析 组织工程
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离散位错动力学算法及其在材料塑性行为模拟中的应用
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作者 黄敏生 黄嵩 +1 位作者 梁爽 李振环 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第18期1864-1877,共14页
晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而... 晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而然地捕捉塑性变形微米/亚微米特征尺度下本征的尺度效应.它所能模拟的尺度介于微观分子动力学模拟和宏观有限元模拟之间,在多尺度算法中起到承上启下的作用.本文首先系统地发展、完善和丰富了离散位错动力学-有限元(finite element method, FEM)叠加算法、DDD-FEM直接耦合算法(discrete-continuous method, DCM)以及离散位错动力学-扩展有限元(extended finite element method, XFEM)耦合算法等框架体系.在此基础上,利用这些方法对单晶镍基高温合金的塑性变形机理、晶体材料的断裂和损伤变形行为以及塑性行为的微尺度和微结构效应3个方面开展了系统的研究.所得模拟结果指导了基于微结构和位错机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构模型的建立,丰富和加深了人们对材料强化、循环塑性、断裂、损伤、尺度效应和微结构效应的认识.此外,离散位错动力学可进一步应用于诸如高温、高压、高应变率、化学腐蚀环境、高辐照等极端条件下晶体材料塑性行为的研究,是材料力学行为多尺度模拟研究中的重要一环. 展开更多
关键词 离散位错动力学 有限元 扩展有限元 镍基高温合金 微尺度效应 微结构相关性
基于有限元的太阳翼驱动机构结构强度分析验证 预览
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作者 朱兴高 栾家辉 代永德 《计算机辅助工程》 2019年第2期11-14,共4页
为研究空间驱动机构在力学和热学环境下的结构强度,提出一种强度分析验证方法。以太阳翼驱动机构为例,在随机振动载荷和热载荷作用下,研究机构强度设计是否满足要求。利用HyperWorks和Abaqus构建有限元模型,借助振动扫频试验数据完成模... 为研究空间驱动机构在力学和热学环境下的结构强度,提出一种强度分析验证方法。以太阳翼驱动机构为例,在随机振动载荷和热载荷作用下,研究机构强度设计是否满足要求。利用HyperWorks和Abaqus构建有限元模型,借助振动扫频试验数据完成模型的有效性验证,开展随机振动分析和热学分析,并对分析结果进行合理性判断。结果表明:应力强度最大值均在安全设计裕度内,太阳翼驱动机构结构强度满足设计要求。该验证方法可有效指导产品设计、降低研制费用和缩短研制周期。 展开更多
关键词 太阳翼驱动机构 结构强度 模型验证 随机振动 热真空 热循环 有限元
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预弯边半径对金属贮箱膜片翻转行为的影响
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作者 黄放 程桐 +1 位作者 朱先权 刘忠 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第4期45-48,共4页
由膜片的翻转规律特性研究发现,膜片在预弯边处起翻,其形状与结构对于膜片的起翻压力与翻转性能有着重要的影响。经过设计计算,建立了3组不同预弯边半径的结构模型,来分析翻转是否发生失稳、翻转效率及起翻压力。基于大变形非线性理论,... 由膜片的翻转规律特性研究发现,膜片在预弯边处起翻,其形状与结构对于膜片的起翻压力与翻转性能有着重要的影响。经过设计计算,建立了3组不同预弯边半径的结构模型,来分析翻转是否发生失稳、翻转效率及起翻压力。基于大变形非线性理论,结合有限元分析软件Patran,模拟分析膜片的大变形非线性特性,获取翻转过程的形变、应力等响应的变化,经过对比寻找出具有较优翻转特性的膜片预弯边半径范围为5~6 mm。研究发现,预弯边半径应选取适当,过大或过小对膜片的平稳翻转均有影响。通过试验证明,仿真能较准确地重现膜片的翻转过程,研究结论为后续的膜片改进设计提供了参考依据。 展开更多
关键词 金属膜片 预弯边半径 有限元 起翻压力 翻转效率
重载铁路钢轨钢连铸重压下工艺研发及应用
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作者 祭程 关锐 +3 位作者 朱苗勇 吴国荣 陈天明 李红光 《钢铁研究学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期125-131,共7页
与普通铁路相比,重载铁路的运输具有大轴重、高牵引质量、大运量的特点,对钢轨的质量要求更为严苛。大断面连铸坯作为重载铁路钢轨钢生产的重要母材,提升母材连铸坯的质量才是决定重载铁路钢轨钢质量的关键。为了解决大断面连铸坯的内... 与普通铁路相比,重载铁路的运输具有大轴重、高牵引质量、大运量的特点,对钢轨的质量要求更为严苛。大断面连铸坯作为重载铁路钢轨钢生产的重要母材,提升母材连铸坯的质量才是决定重载铁路钢轨钢质量的关键。为了解决大断面连铸坯的内部质量问题,首先采用数值计算方法,研究了重轨钢连铸大方坯重压下过程的变形行为,为重压下工艺及装备设计提供了理论依据。在此基础上,结合现场生产实践,系统对比并分析了轻压下与重压下工艺对重载铁路钢轨钢内部质量的影响,证明了实施重压下工艺可以大幅度提升重轨钢的内部质量。 展开更多
关键词 重载铁路 大方坯连铸 有限元 重压下 偏析 致密度
脉冲等离子体推进系统模态分析和试验验证 预览
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作者 代鹏 王尚民 +1 位作者 张天平 李兴坤 《计算机辅助工程》 2019年第2期15-18,34共5页
利用HyperMesh建立脉冲等离子体推进系统的网格模型,应用Abaqus完成模态分析,采用力锤法进行模态试验,得到脉冲等离子体推进系统的模态和振型。有限元分析和试验测试数据的对比结果表明,脉冲等离子体推进系统有限元模型的模态与实际产... 利用HyperMesh建立脉冲等离子体推进系统的网格模型,应用Abaqus完成模态分析,采用力锤法进行模态试验,得到脉冲等离子体推进系统的模态和振型。有限元分析和试验测试数据的对比结果表明,脉冲等离子体推进系统有限元模型的模态与实际产品的模态误差在2%以内。分析结果验证推进系统有限元模型的合理性,可为后续正弦振动、随机振动和冲击谱响应分析的正确性提供保障。 展开更多
关键词 脉冲等离子体推力器 模态 HYPERMESH ABAQUS 力锤法 有限元
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体外预应力混凝土箱梁结构的力学响应研究 预览
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作者 程曦 张剑 +1 位作者 刘华 郭世迪 《新技术新工艺》 2019年第6期63-66,共4页
引入退化壳单元理论,并采用拉伸刚化模型和理想弹塑性模型来描述混凝土和钢筋的材料非线性,并建立体外预应力混凝土箱梁的分析模型。通过典型加载分析可知,受力裂缝发生于跨中,且随着加载量增大,裂缝由跨中向两端发展直至结构破坏。加... 引入退化壳单元理论,并采用拉伸刚化模型和理想弹塑性模型来描述混凝土和钢筋的材料非线性,并建立体外预应力混凝土箱梁的分析模型。通过典型加载分析可知,受力裂缝发生于跨中,且随着加载量增大,裂缝由跨中向两端发展直至结构破坏。加载初期预应力钢筋的应力变化缓慢,加载后期变化迅速,结构破坏时体内预应力钢筋进入屈服阶段,而体外预应力钢筋仍未屈服。加载初期梁体刚度基本保持不变,挠度随荷载的增加呈线性增加;随着荷载的增加,截面刚度下降,进入加载后期后刚度退化迅速。 展开更多
关键词 混凝土箱梁 体外预应力 有限元 材料非线性 力学响应
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复杂环境下长大隧道水泥路面疲劳性能分析与施工优化研究
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作者 杨秋育 《公路交通科技:应用技术版》 CSCD 北大核心 2019年第3期245-247,共3页
以汕湛高速公路东岭长大隧道为项目依托,探讨了长大隧道水泥路面所面临的温湿环境和荷载特性。针对温度梯度一昼夜只发生一次能产生翘曲的反转,并且板底翘曲应力会对交通荷载产生抵消效应的特点,提出隧道水泥路面求解疲劳应力的分析状... 以汕湛高速公路东岭长大隧道为项目依托,探讨了长大隧道水泥路面所面临的温湿环境和荷载特性。针对温度梯度一昼夜只发生一次能产生翘曲的反转,并且板底翘曲应力会对交通荷载产生抵消效应的特点,提出隧道水泥路面求解疲劳应力的分析状态。基于Ever FE有限元分析软件对层位的接触状态、相邻板块的连接状态、温度梯度和荷载的作用形式以及材料参数进行了设定,对多种工况进行数值计算,深入分析了板厚、轴重、基岩模量对板块划分的影响,提出施工优化和质量控制建议。 展开更多
关键词 长大隧道 水泥路面 分析状态 有限元 弯拉应力 施工优化
连续刚构桥损伤计算模型分析与加固方案研究
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作者 李华 刘海宽 +1 位作者 程坤 于品德 《中外公路》 北大核心 2019年第3期97-100,共4页
为了确定连续刚构桥损伤有限元计算模型和有针对性地采取加固对策,保证达到桥梁加固设计目标,消除桥梁现有病害,通过建立考虑不同损失的有限元模型进行计算,并将计算结果与桥梁现状病害情况进行匹配,确定了桥梁损伤有限元模型。根据桥... 为了确定连续刚构桥损伤有限元计算模型和有针对性地采取加固对策,保证达到桥梁加固设计目标,消除桥梁现有病害,通过建立考虑不同损失的有限元模型进行计算,并将计算结果与桥梁现状病害情况进行匹配,确定了桥梁损伤有限元模型。根据桥梁病害和损伤模型,制订了相应的加固目标,并对加固设计方案进行了研究,最后通过对比分析对加固效果进行了评价。 展开更多
关键词 连续刚构桥 有限元 加固 模型 计算分析
转炉托圈热-机耦合力学行为研究
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作者 王轶平 李建军 《冶金设备》 2019年第A01期20-22,共3页
转炉托圈是转炉倾动系统中的关键组成部分。转炉生产过程中,托圈同时承受热应力和机械应力两种载荷,采用传统力学计算方法,难以同时分析热-机两种载荷共同作用产生的力学行为。因此,本文对转炉托圈进行了有限元建模及研究,得出了转炉托... 转炉托圈是转炉倾动系统中的关键组成部分。转炉生产过程中,托圈同时承受热应力和机械应力两种载荷,采用传统力学计算方法,难以同时分析热-机两种载荷共同作用产生的力学行为。因此,本文对转炉托圈进行了有限元建模及研究,得出了转炉托圈的应力产生的原因,应力最大值出现的部位,为下一步有针对性的优化转炉本体结构设计奠定了基础。 展开更多
关键词 转炉 托圈 力学行为 有限元
GaAs/AlGaAs太赫兹量子级联激光器的热分析 预览
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作者 张颖娟 沈昌乐 王雪敏 《太赫兹科学与电子信息学报》 北大核心 2019年第2期184-188,共5页
为研究太赫兹量子级联激光器(THzQCLs)中的热传输及有效散热方法,建立了二维/三维有限元热分析模型,模拟计算了GaAs/AlGaAs THz QCLs低温工作时的温度及热流分布;并讨论了源区结构参数、热沉材料及散热膜层对器件热传输的影响规律。研... 为研究太赫兹量子级联激光器(THzQCLs)中的热传输及有效散热方法,建立了二维/三维有限元热分析模型,模拟计算了GaAs/AlGaAs THz QCLs低温工作时的温度及热流分布;并讨论了源区结构参数、热沉材料及散热膜层对器件热传输的影响规律。研究结果表明,器件源区温度水平方向分布较均匀,垂直方向温差大,源区热量主要依靠热沉导出;减小源区厚度、增加腔长与减小脊宽均有利于促进热传导并降低源区温度;在器件顶部增加AlN薄膜具有显著的辅助散热效果,当薄膜厚度大于8μm时,源区温降趋于缓慢。 展开更多
关键词 太赫兹量子级联激光器 有限元 热分析 源区温度
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基于ANSYS的深海耐压舱端盖优化仿真设计 预览
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作者 王光越 《机械工程与自动化》 2019年第3期94-95,共2页
深海耐压舱是深海潜器的一个重要组成部分。针对深海耐压舱端盖存在的问题进行了分析,通过改进耐压舱端盖的结构设计,增强了原有端盖的强度,并对新端盖进行了有限元分析。
关键词 深海耐压舱 有限元 优化设计
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空间锂离子电池组中预应力对模态分析的影响 预览
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作者 杨彩玲 张健 张俊洋 《电源技术》 CAS 北大核心 2019年第5期778-780,共3页
基于常见的空间锂离子电池组模型,应用有限元分析软件Abaqus,研究了无预应力和有预应力两种情况下对电池组模态的影响。通过仿真分析结果可知,有预应力和无预应力状态下,低阶模态电池组固有频率相对误差在10%以上,表明在建模过程中不能... 基于常见的空间锂离子电池组模型,应用有限元分析软件Abaqus,研究了无预应力和有预应力两种情况下对电池组模态的影响。通过仿真分析结果可知,有预应力和无预应力状态下,低阶模态电池组固有频率相对误差在10%以上,表明在建模过程中不能忽略螺栓连接的作用,为以后空间锂离子电池组设计阶段的动力学仿真更精确建模提供了参考和指导。 展开更多
关键词 锂离子电池 有限元 预应力 模态分析
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Matlab程序在有限元热分析中的应用 预览
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作者 徐庆华 夏刚 《湖北理工学院学报》 2019年第3期1-4,共4页
在工业生产及科学研究中,热分析具有十分重要的作用,被广泛应用于各个方面。在采用有限元法分析热传导问题时,需要得到分析单元的特征矩阵。借助Matlab的符号运算功能,编写了Matlab符号运算程序以获取平面三角形单元的导热矩阵,解决了... 在工业生产及科学研究中,热分析具有十分重要的作用,被广泛应用于各个方面。在采用有限元法分析热传导问题时,需要得到分析单元的特征矩阵。借助Matlab的符号运算功能,编写了Matlab符号运算程序以获取平面三角形单元的导热矩阵,解决了手工运算过程复杂、计算冗长的问题,并且运算结果与推导结果完全一致。该方法简单实用,可有效提高热分析的准确率和求解效率。 展开更多
关键词 热分析 有限元 MATLAB 符号运算 导热矩阵
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超薄铝型材切割机移动工作台模态分析 预览
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作者 张惜君 《内燃机与配件》 2019年第13期70-72,共3页
利用Solid Works软件的Simulation分析模块,以超薄铝型材自动切割机的移动工作台为研究对象,对其进行自由和约束两种状态下的有限元模态分析。观察前5阶振型图可知,移动工作台的最大变形发生在边缘夹具平台和底部连接支架上。分析表明利... 利用Solid Works软件的Simulation分析模块,以超薄铝型材自动切割机的移动工作台为研究对象,对其进行自由和约束两种状态下的有限元模态分析。观察前5阶振型图可知,移动工作台的最大变形发生在边缘夹具平台和底部连接支架上。分析表明利用Solid Works软件的Simulation模块对移动工作台进行模态分析,可以较为准确的预测移动工作台变形情况,避免了复杂的理论计算过程,为移动工作台的优化改进莫定了理论基础,也为进一步提高该款型材切割机的性能以及整机设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 型材切割机 移动工作台 有限元 模态分析
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基于薄膜比拟的任意截面杆件抗扭惯性矩计算 预览
17
作者 胡宽 《山西建筑》 2019年第11期43-45,共3页
为计算任意截面杆件抗扭惯性矩,从应力函数方程出发,应用薄膜比拟方法,将抗扭惯性矩计算问题转化为一维有限元分析问题,推导了三角形薄膜单元刚度矩阵与荷载向量的表达式。基于C#编程语言实现本算法,结合算例证明其通用性与准确性。
关键词 薄膜比拟 扭转 应力函数 有限元
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推流器耦合架螺栓断裂的原因
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作者 马小明 张莹莹 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期53-57,81共6页
某推流器耦合架联接螺栓在运行过程中发生断裂;通过断口形貌观察、化学成分分析、硬度测试、显微组织分析、强度校核及有限元模拟分析了螺栓断裂的原因。结果表明:螺栓发生了疲劳断裂;在螺栓和螺母联接部位第一道螺纹根部的应力集中明显... 某推流器耦合架联接螺栓在运行过程中发生断裂;通过断口形貌观察、化学成分分析、硬度测试、显微组织分析、强度校核及有限元模拟分析了螺栓断裂的原因。结果表明:螺栓发生了疲劳断裂;在螺栓和螺母联接部位第一道螺纹根部的应力集中明显,在交变拉伸载荷作用下,该部位萌生裂纹并发生扩展,直到螺栓断裂;螺栓材料中镍和钼含量偏低、硬度偏高、组织中存在孔洞和夹杂物等缺陷、螺纹根部应力集中明显以及交变应力幅较大是导致螺栓疲劳断裂的主要因素。 展开更多
关键词 螺栓 疲劳断裂 应力集中 有限元
钢-混凝土组合曲线连续梁桥应力分析 预览
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作者 张锐 郑凯锋 杨一维 《四川建筑》 2019年第1期157-160,共4页
钢-混凝土组合梁在曲线梁桥中应用广泛;由于弯扭耦合作用,曲线梁桥的受力比直线梁桥复杂。文章以(40+57+40) m钢-混凝土组合曲线连续梁桥为研究对象,采用Midas/Fea软件建立全桥空间有限元模型,考虑六种工况加载,分别进行计算分析。重点... 钢-混凝土组合梁在曲线梁桥中应用广泛;由于弯扭耦合作用,曲线梁桥的受力比直线梁桥复杂。文章以(40+57+40) m钢-混凝土组合曲线连续梁桥为研究对象,采用Midas/Fea软件建立全桥空间有限元模型,考虑六种工况加载,分别进行计算分析。重点计算混凝土顶板、钢顶板、钢底板等详细应力。结果表明:恒载和车辆荷载重轴位于跨中共同作用,顶底板应力最大。混凝土顶板横向最大拉应力位于重轴中间腹板处,最大压应力位于重轴加载处;纵向最大拉应力位于中支点处,最大压应力位于重轴加载处。底板横向最大应力均位于边支点处,纵向最大拉应力位于中跨跨中,纵向最大压应力位于中支点处。 展开更多
关键词 组合梁 曲线梁 详细应力 有限元
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考虑层间接触的水泥路面温度应力分析 预览
20
作者 杨杰 朱唐亮 《交通科技》 2019年第2期44-47,共4页
使用有限元软件建立文克勒地基上双层板模型,分析了水泥混凝土面层和基层之间竖向受拉刚度对温度翘曲应力的影响。进而对比了层间竖向连续和受拉脱离2种接触条件下,温度梯度、线膨胀系数、面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量、地... 使用有限元软件建立文克勒地基上双层板模型,分析了水泥混凝土面层和基层之间竖向受拉刚度对温度翘曲应力的影响。进而对比了层间竖向连续和受拉脱离2种接触条件下,温度梯度、线膨胀系数、面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量、地基模量和面层板密度对温度翘曲应力的影响。 展开更多
关键词 水泥混凝土路面 温度翘曲应力 层间接触 有限元
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