14断开式桥壳有限元分析方法--王希诚
基于塑性铰模型的三塔斜拉桥抗震能力时程分析
基于塑性铰模型的三塔斜拉桥抗震能力时程分析王龙飞;王仙芝【摘要】采用非线性塑性铰考虑结构构件的混凝土开裂、钢筋屈服和材料滞回效应,利用APDL语言编制二分法程序使计算机进行自动计算和减少计算量,从而建立通过不断增大地震时程作用来计算斜拉桥结构抗震能力的方法,并以该方法分析研究了一座在建的三塔结合梁斜拉桥的抗震能力和地震反应特性.研究结果表明:在抗震能力状态,三塔斜拉桥中塔底内力响应要远大于边塔,但由地震引起的塔顶位移却相差很小,所以提高中塔抗震能力可以较快地提高整体结构的抗震能力;有塑性铰模型要比无塑性铰模型具有更高的计算抗震能力;采用二分法循环计算程序,不仅可以降低人工试算的烦琐程度而且能大幅减少循环计算次数,使大型结构的抗震能力分析较为简便.%Considering the effects of concrete crack, reinforcement yielding and hysteresis of structural components after adopting nonlinear plastic hinges, and using the language of APDL to write a bisection method program for automatic analysis and time reduction, a method of analyzing seismic resistance capacity of cable-stayed bridge was established, in which the seismic load is acted increasingly step by step. The seismic resistance capacity and responses of a composite girder cable-stayed bridge with three pylons under construction was investigated. The results show that the force responses at bottom of the middle pylon are much greater than at that of side pylons, but the deflection responses in the top of pylons caused by the seismic action are very close. So, increasing the capacity of the middle pylon to resist earthquake can improve the seismic resistance capacity of the whole bridge. Thecalculating seismic resistance capacity of the model with plastic hinges is higher than that with no plastic hinges. The bisection method program for loop calculation can reduce the trivial manual operation work and decrease the times of loop calculation. By using the method, it is convenient to analyze the seismic resistance capacity of large structures.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2012(031)015【总页数】7页(P165-170,179)【关键词】抗震能力;非线性塑性铰;抗震能力状态;地震反应;二分法程序【作者】王龙飞;王仙芝【作者单位】武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,武汉430070;广东水利电力职业技术学院,广州510635【正文语种】中文【中图分类】U448.27近年来，世界上发生了多起强烈地震，地震本身及次生灾害造成了大量人员伤亡和大规模建筑交通设施的破坏，导致了惨重的社会、经济损失，所以建筑物尤其大型建筑的地震安全性越来越受到社会和相关研究人员的关注和重视。
利用有限元分析方法控制桥梁施工
数 的选择 ， 般要 考虑 单 元 的 自 由度 和解 答 的 收敛 一
性 等要求 确定 。 有 限元法 从 选择 的基 本 未 知量 来 看 ， 分 为 ３ 可
值方 法来分 析 。 在 连续 介质 组 成 的物 体 中 ， 相互 联 结 的点 是 无
限的， 具有 无 限 个 自由度 ， 数 值 方 法 难 以进 行 分 用
范 围。
式 （ ） 函数 ６ 的泛 函 仃 ２是 的表 达式 ， 中 是单 元 式 ｅ 的体 积 ； Ｊ 是单 元 ｅ的 面 力 作 用 面 积 ； 曰］ 几 何 ｓ ［ 是
矩 阵 ； Ｄ］ 弹性 矩 阵 ； Ⅳ］ 描 述结 点 位 移 变化 规 ［ 是 ［ 为 律 的形 函数 。由最小 势 能原 理 ， 刀 ６ ） 结点 位 将 （ 对 移 取极 小 值 ， 可得 ：
Ｆｉｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｔＡｎ ｌｓｓＭ ｅ ｈ ｄ ｏ Ｃｏ ｔｏ ｎ ｉ ｇ ｎ ｔｕ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ａｙ ｉ ｔ ｏ ｓｔ ｎ ｒ ｌａ ｄ Ｂｒｄ ｅ Ｃｏ ｓｒ ｃ ｉｎ
Ｗ ＡＮＧ Ｅｎｃ ｎｇ ｈｅ
（ ｉｇ ｉｏＤｉ ｒ ｔＨｉｈ ｙＡｕｈ ｒｙ，Ｘｉｙ ｎ ， ｎ ｎ４ ４ ０，Ｃ ｉａ Ｐ ｎ ｑａ ｓ ｉ ｇ ｗａ ｔｏｉ ｔｃ ｔ ｎ ａ ｇ Ｈｅ ａ ６ １ Ｏ ｈｎ ）
１Ｊ ］Ｊ
式 （ ） ｛ 。 体 力 ｛ 及 面 力 ｛ ｝ 单 元 ｅ 的 ３ 中 刚 为 Ｐ｝ ｑ在 上
当节 点处 得 出平衡 方 程 和变 形 连 续 条 件 后 ， 邻 单 ｃ， ）相
元交 界处 的连 续性 条 件也 能趋 于满 足 。 常用 的单 元类 型 有 ： 维单 元 ， 维单 元 ， 一 二 三维
单元 。
MS14断裂与损伤力学(负责人冯西桥)
郭
翔
天津大学
轴向生长应力释放导致木材径向开裂的仿真研究 一种基于扩展指数函数的黏弹性界面损伤模型
胡潇毅 赵刚
浙江农林大学
中国科学院宁波材料 技术与工程研究所
延性材料的应力型临界断裂准则研究
于思淼 西南交通大学
Inconel 718 合金在 650℃拉伸变形中裂纹形核扩展 的原位研究
桑利军 北京工业大学
汤可可
同济大学
基于 M 积分的黏弹性材料缺陷演化研究
侯俊玲 西安交通大学
虑及应力三轴度的黏塑性损伤本构模型预测复杂构 件裂纹萌生扩展
余
丰
宁波大学
陈浩森
临界幂律奇异性指数变化特征及其物理控制条件 程 磊 燕山大学
非均质材料三维裂纹尖端应力强度因子的热断裂分析 李宇琨 哈尔滨工业大学
含裂纹带状材料的分数阶湿热耦合弹性响应
编号 MS14-1402-I MS14-2695-I MS14-2020-O MS14-2233-O MS14-3207-O MS14-3199-O MS14-0598-O MS14-2722-O MS14-1342-O MS14-2464-O
纳米孪晶增强的粗晶金属的防弹性能对孪晶相体积 分数的依赖性
编号 MS14-1369-I MS14-0151-I MS14-0958-O
MS14-0590-O MS14-1997-O
锂电池负极材料力化耦合断裂行为研究
陈浩森 北京理工大学
一种用于模拟多相材料断裂的相场模型
胡小飞 大连理工大学
基于内聚力模型和加速退化试验的软包电池封装粘 合强度退化研究
张
慰
北京航空航天大学
主持人
考虑表面效应弹性薄板内含穿透厚度的裂纹问题
双舷侧散货船结构强度直接计算指南2004
{no MP}对于设计条件中没有多港装卸的散货船（MP：Multi-Port） （5） 注释：{允许所规定的空货舱组合 a, b, ……} （对于 BC-A 的散货船） 1.1.6 结构模型和载荷规定应能充分反映下述结构响应： • 纵向构件在局部载荷和总纵弯矩载荷作用下的应力； • 主要横向构件（包括横舱壁）的应力； • 主要构件的屈曲控制。 1.1.7 送审的直接计算技术文件应包括： (1) 所使用的图纸清单；
中国船级社
双舷侧散货船结构强度直接计算指南
GUIDELINES FOR DIRECT STRENGTH ANALYSIS OF DOUBLE SIDE SKIN BULK CARRIERS
2004
北京 Beijing
目录
第 1 章 总则 ............................................................................................................................................................. 1 1.1 一般规定 ...................................................................................................................................................... 1 1.2 定义 .......................................................................................................................................................... 2
汽车驱动桥壳的有限元分析
０．３。半轴套管的材料为４５Ｍｎ２，弹性模量Ｅ＝ ２１０ＧＰａ，泊松比肛＝０．３。
图ｌ驱动桥壳的有限元模型
２载荷及边界条件的确定
２．１ 驱动桥壳载荷的计算 驱动桥壳在车辆行驶中的受力状况比较复
杂，承受的力主要有垂向力、切向力（牵引力或制 动力）和侧向力。这里，简化为以下四种典型工 况进行计算：
（１）桥壳承受最大垂向力工况 此工况为汽车满载并通过不平路面，受冲击 载荷的工况，这时不考虑侧向力和切向力。取２．５ 倍载荷施加在两个钢板弹簧座上，最大垂向力为： ＺＬ＝２．５Ｇ×６／（口＋６） ＺＲ＝２．５Ｇ×口／（口＋６） 式中：ｚ。，ｚ。一施加在左、右钢板弹簧座上的 载荷；Ｇ一后驱动桥壳满载轴荷，为６８１５０Ｎ；ａ一左 边钢板弹簧座中点与桥壳中央点的距离，为０．５６ ｍ；６一右边钢板弹簧座中点与桥壳中央点的距离 为Ｏ．５６ｍ。代入以上数值得Ｚ￡．＝Ｚ。＝８５１８７．５Ｎ （２）桥壳承受最大牵引力工况
代人以上数值得Ｆ＝２１８０８Ｎ。 （４）桥壳承受最大侧向力工况 该工况是汽车发生侧滑时的极限工况，即当 驱动桥的全部荷重由侧滑方向一侧的驱动车轮承 担时，驱动桥承受的侧向力为：
Ｐ＝Ｇ×妒１
式中：Ｐ－一驱动桥承受的侧向力；ｐ汽车满
载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷，为 ６８１５０Ｊ７、ｒ；妒。一轮胎与地面的侧向附着系数，取
（沈阳航空丁业学院机械与汽车学院，辽宁沈阳１１００３４）
摘要：利用ｃＡｌｌＡ软件建立了驱动桥壳的三维实体模型。通过对驱动桥壳进行有限元分析。分
别得到了驱动桥壳四种典型Ｔ况的等效应力和变形。结果表明该驱动桥壳满足强度要求和最大
变形量的要求，为驱动桥壳的结构改进及优化设计提供了理论依据。
基于参数化设计的驱动桥壳有限元分析系统设计
基于参数化设计的驱动桥壳有限元分析系统设计
王丰元; 陈珊; 纪国清; 纪建奕
【期刊名称】《《CAD/CAM与制造业信息化》》
【年(卷),期】2009(000)012
【摘要】针对目前汽车驱动桥零部件在使用中容易出现的问题,如桥壳的断裂、变形,提出一种基于三维设计和分析软件二次开发技术的虚拟设计方法。
本文以某系列驱动桥壳为例,采用参数化手段设计桥壳,通过有限元分析,验证了该桥壳在特定工况下的设计可靠性。
【总页数】3页(P63-65)
【作者】王丰元; 陈珊; 纪国清; 纪建奕
【作者单位】青岛理工大学汽车与交通学院; 青特集团公司技术中心
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于UG的驱动桥壳动静态性能有限元分析与优化设计 [J], 赵军;殷鸣;赵秀粉;殷国富
2.基于CATIA与ANSYS的汽车驱动桥壳有限元分析 [J], 周裕民;刘鑫
3.基于HyperWorks的公交车驱动桥壳的有限元分析 [J], 郭冬青;马宗正;马涛
4.基于ANSYS Workbench的汽车驱动桥壳有限元分析 [J], 王曼
5.基于ANSYS的汽车驱动桥壳有限元分析 [J], 吕婧;王磊;杜兆阳
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14断开式桥壳有限元分析方法--王希诚
断开式驱动桥有限元研究王希诚东风汽车公司技术中心断开式驱动桥有限元研究The Finite Element Analysis Method ofthe Divide Axle王希诚（东风汽车集团技术中心）摘要：本文以某越野车断开式驱动桥为研究对象，利用HyperWorks进行仿真计算。
通过与该桥壳破坏试验结果的对比分析，验证该断开式桥壳分析方法的可行性。
关键词：有限元断开式桥壳Abstract By using the HyperWorks simulation, the paper is studied the divide axle. Compared with the result of the destructive test, confirms the feasibility of the analysis method.Keyword：FEM，Divide Axle1 前言断开式驱动桥总是与独立悬挂相匹配，又称为独立悬挂驱动桥。
断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况与对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不同路面上行驶时的振动和车厢倾斜；提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度；减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。
由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野车。
越野车对越野性能要求比较高，开发的新一代越野车多采用断开式驱动桥。
鉴于目前重型货车多采用非断开式驱动桥，CAE仿真分析的工作者就非断开式驱动桥展开了很多工作；但断开式驱动桥的有限元分析工作却仅在各单位内部开展。
为了丰富各种桥壳的分析方法，特写此文，希望能达到抛砖引玉的作用。
2 模型介绍2.1 处理软件说明分析中采用HyperMesh 软件进行前、后处理，计算采用HyperWorks 的 OptiStruct 求解器进行计算。
系杆拱桥计算书
目录一、阐明........................................................................................ 错误!未定义书签。
1.1 重要技术规范.............................................................. 错误!未定义书签。
1.2构造简述....................................................................... 错误!未定义书签。
1.3 材料参数..................................................................... 错误!未定义书签。
1.4 设计荷载...................................................................... 错误!未定义书签。
1.5 荷载组合..................................................................... 错误!未定义书签。
1.6 计算施工阶段划分...................................................... 错误!未定义书签。
1.7 有限元模型阐明.......................................................... 错误!未定义书签。
二、重要施工过程计算成果........................................................ 错误!未定义书签。
2.1 张拉横梁第一批预应力张拉工况.............................. 错误!未定义书签。
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断开式驱动桥有限元研究
王希诚
东风汽车公司技术中心
断开式驱动桥有限元研究
The Finite Element Analysis Method of
the Divide Axle
王希诚
（东风汽车集团技术中心）
摘要：本文以某越野车断开式驱动桥为研究对象，利用HyperWorks进行仿真计算。
通过与该桥壳破坏试验结果的对比分析，验证该断开式桥壳分析方法的可行性。
关键词：有限元断开式桥壳
Abstract By using the HyperWorks simulation, the paper is studied the divide axle. Compared with the result of the destructive test, confirms the feasibility of the analysis method.
Keyword：FEM，Divide Axle
1 前言
断开式驱动桥总是与独立悬挂相匹配，又称为独立悬挂驱动桥。
断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况与对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不同路面上行驶时的振动和车厢倾斜；提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度；减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏，提高其可靠性及使用寿命。
由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野车。
越野车对越野性能要求比较高，开发的新一代越野车多采用断开式驱动桥。
鉴于目前重型货车多采用非断开式驱动桥，CAE仿真分析的工作者就非断开式驱动桥展开了很多工作；但断开式驱动桥的有限元分析工作却仅在各单位内部开展。
为了丰富各种桥壳的分析方法，特写此文，希望能达到抛砖引玉的作用。
2 模型介绍
2.1 处理软件说明
分析中采用HyperMesh 软件进行前、后处理，计算采用HyperWorks 的 OptiStruct 求解器进行计算。
2.2 网格划分及材料定义
六面体的单元的分析精度高，建议采用六面体进行网格划分。
考虑到时间成本，对于结构复杂的模型，建议采用10节点的四面体进行网格划分。
具体的节点数数和单元数见表1。
表1 桥壳有限元模型单元信息
2.3 网格划分及材料定义
指出分析模型采用的材料及材料相关力学特性，建立如表2的材料属性表格，为分析和判断提供依据。
表2材料参数
2.4 边界条件建立
参考国家标准，确定分析模型的边界条件。
3 结果分析
对该桥的有限元模型，进行了形变位移和应力分析。
给出相应的形变位移云图和应力云图。
是对刚度和强度的直观表达。
相应形变位移云图如图1，以及相应的米瑟斯盈利云图如图2。
图1 形变位移云图
图2 米瑟斯应力云图
A
图中分别指出了最大的和最小的形变位移和应力位置，其显示了形变位移和应力的分布，如图1所示，最大形变位移处是在连接输出轴的前端，壳体整体变形呈现悬臂式变形趋势，其中表现变形的色彩丰富，过渡均匀；最大应力集中的位置在加强筋与壳体相交处，如图2中的A处。
而此处正好是做该桥壳破坏性试验的破坏点。
如果需要更进一步的观察该桥壳在一定工况下的变形趋势。
可以给出X、Y、Z分量上的变形云图。
4 结论
通过计算仿真分析，对比变形方式以及破坏点位置，可以说明该断开式桥壳的分析方法可行。
对于下一步的工作验证，需要对该桥壳做一定量的台架试验，测出一系列测试点准确的应力值与形变的相对位移值。
通过与相同工况下该系列点的有限元仿真分析结果对比。
从而更加充分的验证该断开式桥壳分析方法的可靠性。
5 参考文献
[1] 刘惟信. 汽车设计[M]. 北京：清华大学出版社，2001.
[2] 黄松，徐满年. 汽车之感悟. 北京：北京理工大学出版社，2007.。