有限元分析论文范文第1篇
摘要：随着我国经济的快速发展与科学技术的创新更迭，航空交通成为现代人们出行的主要交通方式之一。而航空发动机作为每一个航空飞机的关键部件之一，其所包含的机匣结构复杂，因此制作的工艺方式也会相对繁琐。为了能更好地制作出质量上乘的航空发动机，工人通常会采用数控加工的工艺方式来对航空发动机的机匣进行加工改造。然而机匣的数控加工同样具备一定的难度，工人需要严格按照数控技术的各项要求要点来规范操作，制造加工的航空发动机才能合格。下面本文将对航空发动机机匣的数控加工方法进行简要阐述与探究，以供相关人员作为参考。
关键词：航空发动机机匣，数控加工，策略研究
一、航空发动机机匣加工的难点
1、因材料特性难加工
出于安全方面问题的考虑，制作航空发动机机匣的材料通常都是具有一定特性的材料，这些特性会为加工工作带来难题。比如使用不锈钢材料制作的航空发动机机匣在加工过程中，工人需要精准把握切削的力度与温度，否则很容易会出现黏附现象，并在刀具上留下积屑瘤。因不同材料的特性所造成的问题，都会使得数控加工的难度大大增加。
2、因机匣结构难加工
航空发动机机匣的内部结构非常复杂，再加上内壁较薄，加工过程中容易发生剧烈变化，从而损坏航空发动机机匣。然而工人在加工过程中，不仅需要确保加工过程中不会对航空发动机机匣造成损伤，还需要确保加工质量。由于如此严苛的加工要求，这就要求了工人需要熟练高超的加工技术，来对航空发动机机匣进行精准规范的操作。
二、航空发动机机匣的数控加工策略
1、构建参数建模
在数控加工当中，构建参数建模需要严格按照要求与步骤来进行。在实行参数建模的数控加工方法时，需要按照航空发动机机匣自身的特征特质来严格实施，对航空发动机机匣内部的结构状态详细地进行分析，并以此来为航空发动机机匣规划出其特定的特征单元。随后将特征单元细分，分成特征系，并在此基础之上来设计航空发动机机匣数控加工对应的约束条件，以及加工工艺与机匣结构之间的关联关系，从而构建出相应的参数建模。构建参数建模，利用其中所包含的特征基准关系和对应的约束条件，能为工人在进行数控加工时，得到相对完整准确的机匣数据，从而精准地规划出数控加工操作时多项需要操控的数值，从而更好地对航空发动机机匣进行数控加工，尽力避免操作失误而损害机匣，影响加工质量。参数建模能够较为直接地表现出有加工需求的航空发动机机匣的机体特征，但这还仅仅只是参数建模的基础部分，后续还应为其创建其余具有附加关系的特征，来逐渐完善机匣的参数建模，从而为数控加工提供更完整的基础数据参考。
2、规范工艺路线
由于航空发动机机匣的复杂结构以及微薄的内壁，在对机匣进行数控加工时常常会发生变形的现象。为了尽力规避这样的问题，就需要为机匣的数控加工来规范工艺路线，严格精准地进行规划加工进程。比如在机匣的毛坯制造过程中，在已知最大误差的情况下，来逐步完善零件的加工，从而促使毛坯的轮廓能与机匣的实际情况相吻合。在这样的规范规划之下，既可以提升切削的效率，还能避免加工过程中产生不必要的浪费。正常情况下，数控加工的工艺路线一般先是进行数控粗加工，将机匣在加工过程中所产生的多余的材料削减，令其尺寸与结构符合要求即可;随后是进行半精加工，由于在这过程中会有令机匣产生变形的情况，因此需要将机匣内的会发生变形的部分去除，以便对机匣的次要表层进行更为精细的处理;最后是进行精加工，严格按照要求来对机匣整体结构进行全面的精细化加工，操作时还应注意效率与精准度，合理选择合适的道具，把控好切削的深度与力度，以免出现操作失误。
3、设计刀位轨迹
合理科学的刀位轨迹决定了之后进行数控加工时，航空发动机机匣的加工价值与效益。设计好航空发动机机匣数控加工的刀位轨迹，可以确保数控加工实行切削的过程中可以有足够的余量。而在完成切削处理过后进行粗加工的过程中，将机匣产生的余量尽数处理，可以缩短进行数控加工的时间。然而数控刀位轨迹，无法令刀位轨迹保持稳定，很容易会导致切削深度不准确抑或是切削工具遭到磨损等问题。因此，为了尽力避免刀位轨迹所造成的问题，可以对加工的区域进行划分，设计每个区域内的刀位轨迹，从而将损害减到最小，保障机匣加工的质量。另外，在刀位轨迹进行的过程中，应开展效率更高的切削操作，完善切削进程，把控刀位轨迹，尽量将机匣所制造的余量清除。而在对数控加工的刀位轨迹进行设计时，无论是切入还是切出阶段，都要求了刀位轨迹的操作需要尽量维持平稳。因此为了满足这个要求，在设计刀位轨迹时，可以根据机匣的外形来针对性地进行设计，采用较为合适的刀位轨迹行进方式，以提升机匣数据加工的效率。
三、如何优化航空发动机机匣的数控加工
首先，航空发动机机匣的数控加工优化遵循了同特征同期加工的原则。航空发动机机匣在进行数控加工前，会根据机匣的结构特征以及属性特征，来对航空发动机机匣进行分组归类，随后再为其安排同时期加工，以此来提高加工效率。这样的优化方式，可以令每个航空发动机机匣于相应的条件下一次完成，从而保障高效的机匣数控加工。然后，以构建得出的参数建模作为参考，在此基础之上确定机匣数控加工的独立工艺方法，再根据加工的标准，来对航空发动机机匣的数控加工工艺实行集中处理。最后是粗加工与细加工相互协调，合理安排数控加工过程中的粗加工与细加工流程，以提升加工的精准度与效率。粗加工与细加工之间的相互协调与结合，可以在一定程度上保持航空发动机机匣的工件性能，从而对航空飞机飞行的安全性具备更高的保障。
总结
综上所述，数控加工为航空发动机机匣的制造生产提供了便利以及更高的产品质量，也为制作生产途中的诸多复杂技术性难题得到了解决的途径，为加工工作精准度的提升作出了卓越的贡献。数控加工的方法不仅提高了生产的效率，也间接促进了航空事业的发展，为人们带来了更为安全便捷的航空出行。
参考文献：
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[2]于嘉鹏， 路永辉， 姜博宏，等. 基于UG NX的航空发动机离心叶轮数控加工自动编程系统的研究[J]. 航空制造技术， 2020， 63（4）：8.
[3]张智轩， 覃文源， 况成玉. 基于惯性释放的航空发动机中介机匣有限元分析[J]. 现代制造技术与装备， 2020， 56（10）：3.
有限元分析论文范文第2篇
1 有限元强度折减技术
在有限元计算中, 选用不同的折减系数按照式 (1) 改变材料的参数, 通过多次试算找到“濒临破坏”的极限状态, “濒临破坏状态”时的折减系数即为安全系数。
式 (1) 中c与c'分别是岩土体折减前后的粘聚力, φ与φ'分别是岩土体折减前后的内摩擦角, sF为岩土体的折减系数。强度折减法实质上与极限平衡法是一致的, 均将安全系数定义为沿滑动面的抗剪强度与滑面上实际剪应力的比值。有限元强度折减法的大体思路为:首先选取初始折减系数 (通常取1.0) , 将粘聚力和内摩擦角同时除以初始折减系数, 将折减后的参数作为输入进行有限元计算, 若程序在用户指定的收敛准则下收敛, 则土体仍处于稳定状态, 然后继续增加折减系数, 直至达到临界状态为止, 此时的折减系数即为边坡的抗滑稳定安全系数, 此时的滑移面即为实际滑移面, 除此之外, 基于有限元计算的分析结果还能得到土体的位移、应力、应变能指标拱设计者参考。本文采用Midas试用版进行计算。
2 实例分析
考虑图1所示的某典型边坡 (坡比9∶8, 坡高8m) , 其材料参数设置如表1所示。如表1所示, 土体材料的容重为17kN/m3, 粘聚力5kPa, 内摩擦角15°, 锚杆与土体之间的结构面弹性模量为土体弹性模量的100倍。在Midas/GTS中进行了计算分析, 图2给出了9根锚杆的位置情况。
由Midas/GTS计算的结果可知, 未支护边坡的安全系数为0.78, 处于失稳状态;图3的塑性应变区云图可见, 在未支护状态下, 边坡形成了自坡顶至坡角贯通的塑性区, 也作为破坏时的滑动范围;从图4可见, 在支护状态下, 最大塑性应变区仅出现在坡脚附近的小范围内, 安全系数提高到了1.237左右。
3 结语
运用Midas试用版进行了强度折减法的计算, 得到了锚杆支护状态下天然边坡的安全系数提高程度, 对类似的工程设计提供了支持与借鉴。
摘要：边坡支护措施的效果评价往往通过安全系数的提高程度来衡量, 本文利用Midas试用版结合强度折减技术, 进行了典型边坡在天然状态以及锚杆支护状态下的安全系数以及塑性区云图, 定量地比较了锚杆支护的效果, 为边坡工程治理提供支持。
关键词：土坡稳定分析,有限元,锚杆,安全系数
参考文献
[1] 陈祖煜.土质土坡稳定分析—原理.方法.程序[M].北京:中国水利水电出版社, 2003:372～373.
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[3] 赵尚毅, 郑颖人, 时卫民, 等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报, 2002, 24 (3) :343～346.
[4] 赵尚毅, 郑颖人, 邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22 (2) :254～260.
有限元分析论文范文第3篇
无梁楼盖式一种不带梁的板柱结构, 楼板和柱直接连接, 即板柱节点。此类结构在办公楼、住宅中应用较多, 一般情况下跨度和荷载均较小。当承受较大荷载时, 应配置暗梁或加柱帽。
从经济性上看, 没有梁的板柱节点可以更好的满足建筑要求, 同时降低了层高, 提高了经济效益。从安全性上看, 板柱节点将荷载直接由板传递到柱子上再传给基础, 传力途径简单可靠。但是, 板柱节点也有一些缺点。在地震工况下需要节点传递不平衡弯矩, 但板柱节点本身抗侧刚度较小, 此时容易产生节点裂缝发生冲切破坏, 而梁柱结构节点具有较好的抗震能力。
因此板柱结构尤其适合地下车库, 由于地下车库的对抗震要求较弱, 以承受重力荷载为主, 能发挥板柱结构施工快、经济效益高, 建筑布置方便的特点, 同时避免了其在地震作用下刚度弱, 容易发生较大变形, 产生脆性破坏的缺点。
随着经济社会的发展, 建筑规划的不断进步, 对于车库的要求也越来越复杂, 近些年来住宅小区整体车库成为发展趋势, 由于建筑规划对小区地面绿化等要求, 小区的供水, 供电, 燃气, 化粪池等都设置在地下, 且小区住宅楼的分布也越来越不规律, 造成地下车库平面越来越复杂, 传统的等代框架已无法满足结构计算的安全性, 随着计算软件的更新发展, 有限元法计算无梁楼盖越来越多的被应用, 其计算的安全性与经济性都相比于等代框架都大大的提高。
等代框架法认为无梁楼盖是一种板带框架柱体系, 并且忽略平面内的轴力、剪力、扭矩等。有限元的分析手段我们主要是利用盈建科软件, 同时考虑梁的弹性变形和柱帽的影响, 在计算时需勾选相关计算参数。计算中忽略梁的截面刚度以防止板的计算刚度被放大。柱帽处的配筋除考虑楼板厚度外, 还需考虑柱帽厚度。
2 工程应用
本工程位于北京市大兴区庞各庄镇, 地下一层车库, 部分车库地上为住宅楼, 本工程结构形式为无梁楼盖结构, 天然地基, 基础形式为筏板。由于地上建筑分布的不规律性、地下车库自身防火分区、地下管线的布置、人防布置等原因使得部分柱的分布很不规则, 见图2-1。
本工程中柱网8.1m, 共五跨, 车库层高3.6m, 覆土2.0m, 活荷载15kpa。框架柱截面尺寸为600mmx600mm。楼板混凝土强度等级为C35, 车库板厚h=450mm, 柱帽尺寸2700x2700mm, 平柱帽厚度350mm, 斜柱帽高度550mm。
采用YJK软件进行楼板分析, 网格尺寸为0.6m, 计算得到配筋结果, 如图2-2。
通过配筋结果我们可以发现有限元很好的解决了柱分布非常不规则的情况下, 顶板的配筋问题。
3 结论
通过实际工程案例与我们设置的工程案例我们可以看出有限元分析方法对不规则的无梁楼盖具有很精确的计算结果, 大大提升了实际工程的安全保障, 是安全可行的计算方法。
摘要：随着社会经济的发展, 以及当代建筑规划的飞速发展, 导致地下车库的结构平面形式越来越复杂, 地上荷载的分布也非常的不均匀。钢筋混凝土板柱结构形式简洁, 传力途径简单直接可靠, 在实际工程中特别是在地下车库中选择板柱结构形式比较多。简化计算的等代框架法在不规则分布的地下车库中计算精度无法满足工程需求。因此, 本文采用有限元方法对柱距不规则分布的结构进行计算, 保证复杂条件下结构计算的安全性。
关键词：板柱结构,有限元分析,安全性
参考文献
[1] 李围, 叶裕明等.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
[2] 马云昌, 吕西林.钢筋混凝土板柱节点的抗震性能研究[J].建筑结构学报.2001, 22 (4) :49-54
有限元分析论文范文第4篇
1 转换层的受力特点分析
实际工程应用中, 各种各样的转换梁的结构形式, 根据跨数可分为单跨, 双跨和多跨, 从上部分墙体形式上可以划分成满跨, 不满跨, 开洞, 不开洞, 开门洞以及开窗洞;根据转换梁的功能, 可以划分为托墙和托柱;从转换梁的形式, 可以分为加腋和不加腋, 从转让梁结构采用的材料, 可分为钢筋混凝土, 预应力混凝土和钢筋混凝土, 钢结构等。梁式转换结构传力主要通过墙, 转换梁, 柱等形式, 其优点是传力直接, 明确, 以及清楚的传力途径, 同时还有方便工程计算, 设计以及分析, 节约成本等。转换梁具有良好的性能, 可靠, 结构简单, 结构相对容易计算。转转换大梁是梁式转换层的主要的受力构件, 及上部结构形式, 转换梁上下层相对刚度以及转换梁的位置均能影响到受力形式和受力的大小。分析表明, 无论转换梁上部形式怎样, 只要是有一定长度, 转换梁中的弯矩不会考虑更多的上部墙的作用, 相应的转换梁一个区域范围内出现受拉区。墙, 转换梁成为一个整体共同弯曲变形以及拱的传力作用综合的影响。一个整体共同弯曲变形的组成部分有墙和转换梁, 在这个整体弯曲的受拉翼缘是转换梁, 如果对转换梁实行单独分析, 由于剪力墙的共同工作, 转换梁所承受的弯矩会大大的降低, 与此同时, 由于在受拉的边缘, 在应力积分后, 转换梁会出现轴向拉力。因为存在竖向传力拱作用, 促使上部墙体的竖向荷载传到转换梁时, 绝大部分荷载都是以斜向荷载的作用方式实施在梁上, 如果斜向荷载分解成垂直和水平的荷载形式, 那么在垂直作用下, 弯矩的作用在不考虑墙体的作用下要缩小, 通过水平荷载作用下, 那么就形成了转换梁跨中在一定区域受轴向拉力, 在支座区域受轴向压力的现象。由框支主梁承托转换次梁以及次梁上剪力墙, 它的多次转换传力途径, 它的受力很复杂。框支主梁在受到上部剪力墙的作用, 同时还要承载梁带来的剪力, 扭矩和弯矩, 剪容易破坏框支主梁的破坏。一般情况下不采用这种方案, 在实际工程中常常会碰到转换层上部剪力墙布置较为复杂的情况, B级高度框支剪力墙结构不宜采用框支柱、次梁方案;A级高度框支剪力墙结构可以采用, 但设计中应对框支梁进行应力分析, 按应力校核配筋, 并加强配筋构造措施。
2 转换层支撑架设计计算
取2m×2.5m的转换层大梁支撑架作为计算模型。支撑竖杆按间距为450×600mm进行搭设, 即沿梁长方向按450mm进行搭设, 沿梁宽方向按600mm进行搭设, 大、小横杆步距为1200mm。搭设方式是用木杨作小横杆, 撑于转换层大梁底模, 用顶托支撑木杨、荷载通过木杨以轴向力传给立杆、立杆再传力给下层梁板。计算步骤如下。
(1) 转换层荷载主要由支撑架自重、筋混凝土自重荷载标准值、模板自重标准值、振捣混凝土时产生的振捣荷载标准值及设备荷载标准值组成。
(2) 支撑架整体稳定验算。
框架的整体稳定计算更为复杂, 根据实际的情况可以简化成局部单枝杆件的稳定计算, 计算公式是。
公式中N为立杆验算界面处得轴心力的设计值, ϕ表示轴心受压杆件的稳定细数, µ表示整体稳定性长度细数, A表示钢管的截面积, fu-Q235钢抗压强度 (标准值) , γR-抗力调整系数。
(3) 单肢杆件的局部稳定性分析。
考虑到局部杆件受力分配不均匀, 即有些单杆虽然受力相对较小, 但支持框架部分立柱通过洞口情况和偏心荷载的作用, 整体稳定验算µ′要比计算长度系数µ′的取值小, 省局部稳定性长度系数表, 通过µ′得到的ϕ稳定系数就会笑, 为此还要进行单枝的稳定性的验算。在结合能够对支架稳定性影响的各种因素, 在搭建支撑架各杆件的间距较小, 支撑架的µ′值小于1.5。通过表可以知道, µ′边立杆最小, 因此只计算单立杆的单枝稳定, 计算公式是:Ni/ϕA, Ni为边立杆承受的荷载。
(4) 水平杆 (木杭) 的验算。
荷载传给作为水平横杆的木杭、水平横杆承受均布荷载。水平横杆采用100×100mm的木杭、木杭挠度计算可查静力计算手册, 抗弯强度验算式:
MGk为最大弯矩, W为木枋惯性矩, f为木材强度设计值, γ′m为木材抗力调整系数。
3 对转换层支撑架的有限元分析
顺序是加强第五, 第六层梁板支撑, 并检查可靠度, 定位放线, 投测标高, 柱, 核心筒钢精绑扎, →转换梁底模、板模安装*→浇筑柱、核心筒混凝土到大梁底、转换梁钢筋绑扎→转换梁侧模安装→浇筑转换梁底部混凝土至预定位置→绑扎板钢筋、浇转换梁上部、转换梁混凝土, 以满足设计强度, 拆除各层的支撑。
通过ANSYS弹性分析支撑架, 建立模型为:水平杆件作为铰接在立杆上, 集中荷载作用在节点上, 与此同时在立杆上也有斜撑相铰接。通过A N S Y S的分析, 可见如下结果, 可见表1, 通过分析顶层的七个节点的挠度得到表2。 (如表1、表2) 。
由于节点的弯矩都很小, 所以可以不考虑弯矩给构架带来的影响。通过ANSYS的建立模型分析可以得到, 它与SAP建立的刚接模型的角立杆分配支座反力小, 较小的中间支座反力, 由此我们可以看出在铰接模型中刹承的作用较大。事实上, 考虑到支架的特点-半刚性, 支撑力应该是ANSYS和SAP两种模型分析的中间值。
摘要：对建筑转换层支撑架进行了设计、详细论述了基于极限状态设计的支撑架计算方法, 并提出了多层支撑架的施工荷载计算方法。不但用常规的稳定理论加以设计和验算, 还引入了目前较为先进的有限元分析软件等参与设计, 使转换层支撑架设计更为高效、合理。
关键词：建筑施工,转换层,支撑架
参考文献
[1] 祝伟吕, 刘代平.浅谈转换层结构设计和施工[J].广西大学学报, 7, 30.
有限元分析论文范文第5篇
有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替较复杂的问题然后求解。它将求解域看成是许多有限元的近似解, 然后推导求解这个域的总的满足条件, 从而得到所求的解。这个解不是准确解而是近似解因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数问题难以得到准确解, 而有限元计算精度高, 而且能适应各种复杂形状, 因而形成行之有效的工程分析有段。
二、有限元分析在工程实际中的应用方法
在计算机普及之前板柱结构主要是依靠等代框架的计算方法, 将无梁楼盖一柱列方向上的板带假想为“扁梁”, 且与柱连成框架, 同时忽略板平面内你的轴力、剪力等薄膜力和扭矩的影响, 这样便形成了双向交叉的“板带-框架柱”的框架体系, 实际分析工程时我们主要运用理正计算软件进行计算。
有限元的分析手段我们主要是利用盈建科软件, 运用盈建科对无梁楼盖进行有限元计算时, 软件考虑了柱帽的影响, 即在柱帽处的单元按照柱帽+楼板厚度计算和配筋。同时应设置为考虑梁的弹性变形, 否则计算不出无梁楼盖的受力状态。由于梁高与板厚一致重叠, 为避免造成无梁板计算刚度被放大, 板有限元计算时忽略了梁的截面刚度。计算前必须在计算参数中勾选计算方法采用有限元算法和考虑梁弹性变形。
三、有限元法与等代框架法在板柱结构设计中经济性的比较
1、设计条件
本工程位于北京市大兴区庞各庄镇, 地下一层车库, 部分车库地上为住宅楼, 本工程结构形式为无梁楼盖结构, 覆土2.0m, 活荷载15kpa。框架柱截面尺寸为600mmx600mm。截取地下车库顶板的标准部分与等待框架法进行对比, 如图1-1
2、材料及截面特性
楼板混凝土强度等级为C35, 车库板厚h=450mm, 柱帽尺寸2700x2700mm, 平柱帽厚度350mm, 斜柱帽高度550mm。
3、计算方法
(1) 有限元法采用YJK软件进行楼板计算
(2) 有限元参数的选取
划分网格选择尺寸需保证柱帽上方有5个控制点, 例如柱帽尺寸为2.7mx2.7m, 则有限元划分尺寸为0.6m。 (网格划分尺寸的大小直接影响有限元的计算结果, 划分的越细, 板的计算越真实, 但计算效率降低, 经过试算, 柱帽上方5个控制点为较为合适的网格划分方式)
(3) 勾选【最小配筋率】
(4) 【柱上板带宽度】—勾选【柱帽宽度】
(5) 【应力集中处理范围】
【忽略距离柱中心】填1/2C (C为柱宽度)
【忽略距离柱帽边】填0
4、配筋取值方法
(1) 柱帽上铁筋—柱帽上方各个控制点配筋取均值;
(2) 柱帽外支座上铁筋—柱帽外各区域内, 各个控制点配筋取均值;
(3) 楼板下铁筋—柱网无突变时, 整个柱网范围取均值;当柱网突变, 配筋区别较大时, 分区域取均值。
(4) 所有配筋均应满足最小配筋率的要求。
5、计算结果
由此可见:采用有限元法计算楼板的钢筋含量低于等代框架法。
结论
通过我们设置的工程案例我们可以得出以下结论:
1、相对于等代框架法, 有限元计算法更经济。
因此有限元法计算无梁楼盖楼板是方便、经济、可行的方法。
摘要：钢筋混凝土板柱结构形式简洁, 传力途径简单直接可靠, 在实际工程中特别是在地下车库中选择板柱结构形式比较多。有限元方法可以考虑不同大小柱帽、不同板厚等因素对计算结果的影响, 因此我们能得到精确的计算结果, 保证配筋的经济性。
关键词：板柱结构,有限元分析,经济性
参考文献
[1] 李围, 叶裕明等.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.
[2] 马云昌, 吕西林.钢筋混凝土板柱节点的抗震性能研究[J].建筑结构学报.2001, 22 (4) :49-54