项目简介运用有限元方法开展汽车及零部件的结构静动态特性研究，可进行的研究有：（ 1）结构静态分析；（ 2）结构动态分析，包括模态分析、频响分析、谱分析、疲劳分析等；性能指标仿真分析的精度能够满足工程需要所处阶段成熟

JIFEX是中国具有自主版权的大型通用有限元分析和优化设计软件。它是在大连理工大学工程力学研究所研制多层子结构分析软件JIFEX、微机有限元分析软件DDJ—W、计算机辅助结构优化软件MCADS等基础上发展的集成化软件系统。1995年在全国自主版权CAD支撑软件评测中获得有限元软件唯一的一等奖。1997年获国家八五科技攻关重大科技成果奖。1998年被列为863/CIMS目标产品发展计划支持项目。 JIFEX具有Windows95环境下全新的图形交互式操作环境，是新一代的有限元分析与优化设计软件，具有自己特色的强大功能：方便灵活的有限元模型化功能，多层子结构方法，三维多体弹塑性接触分析，大型组合结构稳定性计算，多功能实用化的结构优化设计功能——特别是结构优化和动态性能优化 Windows95/NT下的图形交互与视算一体化环境，与AutoCAD集成的有限元建模及数据全自动生成，微机上的大规模计算能力——数万节点规模的大型结构强度分析和接触应力计算。

信息化和全球化给制造业带来了空前的挑战。企业必须应对快速、严峻和多变的市场竞争，开发具有高速度、高精度和高可靠特性的产品。企业逐渐意识到设计的不可靠、高成本和高风险，缺乏相应的技术手段和测试方案来评估和分析产品设计过程与产品动态特性，企业对产品难以做到“心中有数”。 以有限元为基础的计算机辅助工程(CAE)技术，以及动态测试与信号分析技术，能够为产品开发、运行和维护的各个环节，即从概念设计、虚拟原型、性能确认到监测诊断和运行维护，提供集成解决方案以及快速高效的信息化、数字化开发平台，优化产品设计，提高产品质量与动态特性，降低新产品成本并缩短上市时间， 西安交通大学机械工程学院机械工程及自动化研究所，长期从事有限元、动态分析与故障诊断的研究与应用工作，配备有高性能的计算机和完备的工程CAE软件，并且拥有一系列先进的测试实验设备。先后承担了国家973计划、863计划、自然科学基金重点和面上、国际合作项目的研究工作。课题组多年来致力于高精度新型有限元、动态测试与故障诊断理论与技术研究，获得多项国家级和省部级奖励。提出了适宜奇异性求解和高精度建模的小波有限元有法，取得了原始创新成果，发表多篇国际期刊论文，获得多项国家发明专利，在科学出版社出版《小波有限元理论及其工程应用>专著，在清华大学出版社出版《Ansysworkbench设计、仿真与优化》教材。课题组集研究、开发和服务于一体，其研究成果广泛应用于航空航天、汽车工业、钢铁石化、电子通讯、自动机械、通用机械等行业，如中国航天科工集团、中国船舶工业集团、兵器部202所、江铃汽车、柳工机械、武汉钢铁、济南石化、华为电子、上海紫明、浙江南大、西安科达机器人等和理光公司等制造企业。

本项成果运用Pro/Engineer或者SolidWorks软件建立设备精确的三维模型，继而采用计算流体力学（CFD）方法对于设备内部的温度场或者流场的情况进行模拟与仿真，能够得到设备内部包括温度场或流场在内的热力性能等重要参数，从而为热能设备的优化设计奠定基础。我们运用该项技术成功地解决了以下技术问题：1）         平面或者圆管型金属反射式保温层（压力容器或者核电站管道用）建模及其传热

1.   技术内容及其先进性 本项成果运用Pro/Engineer或者SolidWorks软件建立设备精确的三维模型，继而采用计算流体力学（CFD）方法对于设备内部的温度场或者流场的情况进行模拟与仿真，能够得到设备内部包括温度场或流场在内的热力性能等重要参数，从而为热能设备的优化设计奠定基础。我们运用该项技术成功地解决了以下技术问题：1）      

强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明，随着金属材料内部晶粒尺寸的降低，在强度获得提升的同时，韧性将大打折扣。目前，广泛采用的高强材料韧化策略有：（1）改变组分，通过引入和调整材料的多种主要元素，同时激活多种塑性变形机制，高熵合金材料就是采用这种思路；（2）改变微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征长度突变带来的性能突变，有效克服金属材料强度和韧性的失配问题，这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型（摘自：李毅，梯度结构金属材料研究进展，中国材料进展，2016, 35: 658-665）人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种：梯度晶粒，梯度位错，梯度孪晶，梯度固溶物，梯度相，以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构，可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如，通过表面研磨处理（SMAT）在孪晶诱发塑性（TWIP）钢表面引入大量的塑性变形，使其表面晶粒细化，随着深度的增加，晶粒细化的程度逐渐降低，同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生，因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒，梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%，断裂应变仅从60%下降到52%，具有更高的强韧性匹配能力。目前，关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验，反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作，指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元，并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟，揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系，量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表，论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接： https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性，结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述，特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟，作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂，晶粒数目众多，通过采用三维均匀化方法，建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸，初始位错密度和孪晶体积分数，离散地描述材料内部微结构的梯度分布，并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域，采用密度较高的网格，以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型，对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明，在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上，通过引入微结构的梯度分布，无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图，作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平，但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显，产生的应变局域化形成了两个凹陷区，且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加，收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟，作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关，提高表面纳米晶的硬化能力，就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外，作者通过分析不同层位错密度的演化，进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明：强度的提升源于梯度位错结构，梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。

1. 项目概述有限元法已经成为当今工程问题中应用最广泛的数值计算方法。ANSYS软件是经全国锅炉压力容器标准化技术委员会推荐的用于压力容器及管道强度评定分析的集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件包。本项目应用ANSYS软件对各种复杂结构及载荷作用下的压力容器及管道进行有限元应力分析及强度评定。目前，已拥有下列结构的参数化有限元分析技术：A. 固定管壳式（含膨胀节）换热器及U形管换热器分析设计；B. 承受管道附加载荷的设备接管局部应力分析设计；C. 卡箍连接快开门结构应力分析；D. 制冷装置蒸发器、冷凝器分析设计；E. 考虑地震与风载荷的立式反应器及塔设备支座热应力分析；F. 灭菌柜设备门封头组件分析设计；G. 纺丝装置加热箱箱体分析设计；H. 刮膜式薄膜蒸发器结构分析设计；另外，在对含缺陷结构进行有限元应力分析的基础上，对压力容器及管道进行缺陷评定。2. 技术优势拥有全国锅炉压力容器标准化技术委员会颁发的压力容器SAD（应力分析设计）审核资格及常规一，二，三类压力容器审核资格，拥有正版ANSYS结构分析软件，从技术上为压力容器及管道强度评定技术提供保障。3. 技术水平传统的有限元单向建模—校核评定过程分析工作量大，设计周期长，参数化有限元分析技术是有限元分析的高级技术，本项目开展的压力容器及管道参数化有限元技术有效地提高产品设计质量和效率，提高企业开发创新和快速响应市场的能力。

有限元法已经成为当今工程问题中应用最广泛的数值计算方法。ANSYS软件是经全国锅炉压力容器标准化技术委员会推荐的用于压力容器及管道强度评定分析的集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件包。本项目应用ANSYS软件对各种复杂结构及载荷作用下的压力容器及管道进行有限元应力分析及强度评定。目前，已拥有下列结构的参数化有限元分析技术：（1）固定管壳式（含膨胀节）换热器及U形管换热器分析设计；（2）承受管道附加载荷的设备接管局部应力分析设计；（3）卡箍连接快开门结构应力分析；（4）制冷装

成果简介工程车是一个工程建设的主干力量， 由于它们的出现才使工程的进度倍增，大大减少了人力。 混凝土搅拌车与泵车是工程建设中运用最广泛的工程车。 混凝土搅拌车在使用过程中， 会经历加速、 减速、 急刹车、 转弯、 上坡以及行驶在不平路面等各种工况， 这使得混凝土搅拌车在使用过程中会承受各种复杂载荷， 车架及薄弱环节易产生开裂； 混凝土泵车工作环境恶劣， 移动频繁， 在浇注过程中臂架姿态复杂多变， 易造成各臂架之间联接件的破坏。 因此对混凝土搅拌车与泵车等工程车整车及关键结构件静动力特性

本发明提供了一种基于聚类分析的复合材料结构有限元模型修正方法，建立初始有限元分析模型，测得结构的实验模态频率和模态振型，计算待修正参数的相对灵敏度矩阵，利用分层聚类算法对待修正参数进行参数分组，再对聚类参数进行相对灵敏度分析，选择各参数中相对灵敏度平均值最大的聚类参数进行修正，构造分析模型的模态频率和实测模态频率的残差向量，建立分析模型修正所需的目标函数，构建目标函数的优化反问题对复合材料结构的有限元模型进行修正。本发明结合数值模拟、试验和优化技术，采用参数的相对灵敏度矩阵进行聚类分析，减少待修正参数数量，提高修正程序稳定性，为工程应用提供了一种准确的基于数值模拟、试验和优化相结合的复合材料等效有限元模型参数修正方法。