在考虑结构几何非线性、形状记忆合金(SMA)相变特性和材料非线性的基础上,利用有限元法研究了内嵌SMA纤维的复合材料变截面结构的非线性静力学响应,并与几何线性情况下的结果进行了比较。研究发现,SMA复合材料变截面结构加载时的位移-载荷曲线与卸载时的不重合,二者形成了封闭的滞后环,而且由几何非线性分析得到的滞后环面积比由几何线性分析得到的小。此外,由几何非线性分析得到的SMA纤维的应力-应变伪弹性滞后环面积、最大马氏体含量都比几何线性分析的结果小得多。该研究可为SMA用于大变形结构被动控制奠定理论基础。

根据相应试验标准,对聚氨酯体哑铃状和圆柱状试样进行了单轴拉伸和单轴压缩性能试验,获得聚氨酯超弹性体力学性能的试验数据。通过试验数据筛选精准定义聚氨酯材料的本构模型,其中筛选数据曲线与原始数据曲线保持良好的一致性,最终确定二阶多项式模型能够良好地描述其材料性能的本构模型。按照初步设计方案,在ABAQUS中建立聚氨酯超级拱形护舷的非线性有限元模型,分析其反力吸能性能。结果表明该设计方案的聚氨酯超级拱形护舷最大应力主要集中在阶梯下方60mm处,最大应力约80MPa,已超出材料的强度极限;每米长度的吸能量达192.43kNm,为标准值的3.5倍,吸能效果非常显著;但每米长度的最大反力为1708.41kN,为标准值6倍,反力过大易造成船舶和码头损坏。上述分析表明,该护舷产品的设计存在一定缺陷,有必要按照标准要求,对其截面结构进一步优化。

利用驾驶室保护结构试验台对装载机驾驶室防滚翻结构(ROPS)进行试验,利用非线性有限元软件ABAQUS对装载机驾驶室防滚翻结构(ROPS)进行了结构改进,并进行了有限元力学性能仿真分析。结果表明原装载机驾驶室ROPS在最小垂直载荷作用下有侵入挠曲极限区域的风险,根据实验结果对ROPS进行了结构改进,改进后进行仿真分析的ROPS在满足最小垂直载荷的同时,ROPS远离挠曲极限区域DLV,驾驶室防滚翻安全性能更加符合国家标准要求。

利用大型有限元分析软件ANSYS,考察了橡胶O形圈的大变形引起的几何非线性和接触非线性,建立了橡胶O形圈和沟槽接触的轴对称非线性有限元分析模型,分析了橡胶O形圈在安装使用中,其沟槽内的接触情况和橡胶O形圈内应力的分布规律,为橡胶密封件的设计开辟了一条新方法。从而为进一步可靠设计、优化橡胶O形圈提供了理论依据。

采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、VOn Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大VOn Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明O形圈密封最大VOn Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.

目的分析自力式密封方式在摩擦系数、流体压力及密封间隙大小的作用下对密封圈的应力及等效压力的影响.方法利用ABAQUS软件建立O形密封圈对称模型,分析在不同的摩擦系数、不同密封间隙及流体压力下对应力及等效压力的影响.结果当摩擦系数大于0.3 MPa时,O形密封圈的应力及等效压力不再受摩擦系数的影响;O形密封圈的应力及等效压力将随着流体压力的增加而增加,但当流体压力大于2.0 MPa以后,O形密封圈的应力及等效压力分布及数值几乎无影响;间隙增大时应力分布区域增加,应力值也增大,等效压力逐渐降低.结论流体压力、摩擦系数对O型密封圈应力及等效压力的影响较大,密封间隙大小对密封圈的应力及等效压力也有影响.此结论在理论指导和实际应用上具有重要意义.

针对水液压提升阀中的锥面密封问题,利用Abaqus有限元分析软件建立了锥面密封结构的二维轴对称模型,对其进行密封性能分析。分析了不同预压缩率、不同密封压力作用对O形密封圈所受最大接触压力、最大Mises应力的影响,确定了密封圈的易失效位置以及接触面的压力分布规律。结果表明:随着压缩率及密封圈所受液体压力的增大,密封圈所受到的最大Mises应力及接触面最大接触压力随之增大;带圆倒角的密封槽口或减小密封间隙,能有效减小密封圈挤出时密封槽口对密封圈的剪切应力,从而提高密封圈使用寿命,为水液压提升阀等液压元件的锥面密封结构设计提供设计依据。

针对工程中卡箍连接器存在的泄漏问题,建立计算模型,推导油缸拉力计算公式;通过对底座与毂之间O形密封圈进行非线性有限元分析,研究其密封性能,获得最大接触应力与底座反作用力,并改进卡箍连接器油缸拉力计算公式;通过卡箍连接器有限元静态分析,研究危险部位应力以及整个卡箍的应力分布规律,并就危险区域进行改进,为卡箍连接器的合理设计提供了理论依据和改进建议。

为了分析角密封时O形圈的受力状态、接触压力、安装预紧力等,基于ANSYS软件Workbench平台建立了不同倒角尺寸下的O形圈区域模型,分析了在不同倒角尺寸下O形圈的VonMises应力、接触压力、安装预紧力的大小变化情况。结果表明:对于不同的倒角尺寸,O形圈本体的应力、接触压力和安装预应力不断变化,可以根据工程实际设计O形圈的不同倒角尺寸,同时也可以校核密封压力和安装预紧力。

为建立合理的飞机飞控系统液压作动器的虚拟样机，必须对其关键部件密封圈的受力状况进行计算分析。借助大型非线性有限元分析软件ANSYS建立密封圈的二维轴对称有限元模型，对液压伺服作动器的O形橡胶密封圈进行有限元分析，得出密封圈的初始截面压缩量及周向拉伸量对O形圈密封性能的综合影响规律。结果表明：增加压缩量可以提高O形圈的密封性，同时也使其容易出现裂纹；当压缩量较小时，拉伸量对O形圈的密封性能影响较大；容易出现裂纹的位置主要随油压的大小而变化。