DN80型燃气电磁阀可靠性分析及结构优化设计

燃气电磁阀是燃气系统中重要的零件,在设计研发阶段对其进行可靠性分析和结构优化是必要的.基于Unigraphics NX软件建立了其三维模型,结合Ansys workbench的geometry几何模块和static structural静力分析模块对其进行有限元分析,得到其等效应力云图和变形最大值及其位置和可靠度数值,发现其等效应力位置和变形最大位置出现应力集中现象,对该关键位置进行结构优化,并进行有限元分析发现,通过结构优化,等效应力由65.797 MPa降低为13.575 MPa,最大的变形量为由0.11092 mm降低为0.0043326 mm,可靠度由0.942提高到0.995,优化后的电磁阀整体性能得到提高.研究方法为燃气电磁阀的设计与优化提供了依据,节省研发成本,缩短设计周期.     

引火筒与防喷器组连接结构设计及仿真分析

提出一种引火筒与防喷器组连接结构,并建立三维模型及有限元模型.以11"引火筒配合对应闸板防喷器为例,通过ANSYS有限元仿真分析了冲击力和风载作用对现场作业的影响以及13-3/8"引火筒高温(800℃)下悬挂防喷器时薄弱点的力学性能.仿真结果表明:11"防喷器结构在仅承受自身重力情况下,承受最大等效应力约为65 MPa,在承受井口冲击力下,最大等效应力为64 MPa,位置均在引火筒分支处;在6级风载情况下,影响很小可忽略;13-3/8"防喷器结构高温下最大应力出现在两侧开孔处,为58.4 MPa,变形量比常温下多了 0.27 mm,对整体结构影响不大.所设计的引火筒与防喷器组连接结构能够满足现场作业条件,对下一步井控抢险作业及工具设计具有指导意义.     

一种特制集装箱结构优化设计有限元分析

优化技术在工程中的应用是集装箱结构优化设计的前提和基础。针对一种特制集装箱箱体的结构和承载特点,建立了三维有限元模型,对该集装箱框架结构进行了静力分析,得到了结构的应力和变形分布。在对箱体应力水平偏高和变形较大进行分析的基础上,提出了相应的优化设计。结果表明:(1)优化设计后该集装箱的最大变形量由62mm降低到38mm;(2)最大Von Mises应力由248MPa降低到190.4MPa,最大剪应力由82.59MPa降低到64.59MPa;(3)最大normal moments tensor由168.7MPa降低到89.38MPa,最大shear momentstensor由123.1MPa降低到86.96MPa。这说明经优化设计后集装箱的变形及应力大幅降低,结构的最大应力均未超过材料的屈服强度,能满足强度及刚度设计要求。     

风电起重维修平台夹紧机构的设计

目的 设计风电起重维修平台专用的夹紧机构,解决了风力发电机维修起重设备笨重及运输难的问题.方法 在SolidWorks软件中建立了风电起重维修平台夹紧机构的三维模型,并将其导入到ANSYS workbench软件中.选定风电起重维修平台夹紧机构的顶杆伸出最长时,即风电起重维修平台夹紧机构位于风力发电机塔筒最上部时为分析工况,运用有限元分析技术对风电起重维修平台夹紧机构进行静力学性能分析.结果 在选定的工况下,夹紧机构的最大挠度为16.1 mm,小于许用挠度;夹紧机构的最大应力为337.4 MPa,发生在耳板的下部与顶杆相连接的部位,耳板的材料为Q690,许用应力为492.9 MPa,大于其最大应力.夹紧臂的最大应力为227.4 MPa,小于其许用应力;顶杆的最大应力为308.4 MPa,小于其许用应力;顶杆导轨的最大应力为156.6 MPa,也小于其许用应力.结论 验证了风电起重维修平台夹紧机构的刚度与强度均满足设计要求,对风机起重维修平台的设计提供理论依据,同时为维修平台研制打下基础.     

中承式蝴蝶型系杆拱桥三角刚构区域应力分析

为明确蝴蝶型系杆拱桥三角刚构区域的应力分布规律,开展了三角刚构区域光弹性模型试验与有限元分析。结果表明:光弹性模型试验和有限元分析结果相互验证了二者的正确性。三角刚构区边拱拱腹、主拱拱背和转角处均出现局部拉应力,最大拉应力5.40 MPa;横梁节点拉应力较大位置主要集中在横梁边跨牛腿与混凝土主拱结合处、混凝土主拱与横梁上表面结合处、边跨牛腿支座处和主跨牛腿支座处,最大拉应力3.89 MPa,均超过规范限值。建议在三角刚构区的边拱空腹区域两端和横梁转角处等应力集中区域增设加腋和倒角过渡,同时拉应力较大区域加强受拉普通钢筋或预应力钢筋的配置。 更多还原     

机车车轮与重载辙叉的接触与残余应力分析

针对大秦重载线路道岔辙叉区疲劳伤损、裂纹、剥离掉块等问题,利用JM3机车车轮型面和标准75 kg/m钢轨12号辙叉型面,建立机车车轮和辙叉区三维有限元接触模型,对辙叉等效应力、表面接触应力和内部残余应力进行有限元弹塑性分析;结果表明:翼轨上距离理论尖端240 mm位置的MISES应力最大,达到1 537 MPa,进入塑性变形阶段,塑性应变会引起材料的残余应力和残余变形;距理论尖端240~420 mm区段残余应力较大,最大可达到945 MPa,主要分布深度在0.5mm左右;机车通过辙叉区段平顺性良好,最大变形相差不大,但距离理论尖端480 mm位置的最大残余变形超出其他位置,达到0.087 mm,该截面位置翼轨磨耗会相对严重.     

车辆仪表板横梁轻量化设计

以一汽红旗某车型仪表板横梁总成结构为研究对象,利用有限元的方法对车辆仪表板横梁进行性能分析,首先利用连续变截面(T R B)结构的特点对横梁管梁进行分段,通过中心组合试验方法建立横梁性能的响应面模型,并利用遗传算法进行结构优化;再次对横梁支架进行灵敏度分析,找出对横梁性能影响不大的因素作为优化变量,通过Hammersley试验设计并建立Kriging近似模型,利用多目标遗传算法进行结构优化.结果表明,在不影响各项性能的前提下,通过优化设计方法,使该仪表板横梁总成减重率达7.05％.     

吊耳焊缝应力分析及其结构设计

为探究吊耳根部焊缝开裂现象,采用有限元分析软件对吊耳焊缝的应力应变过程进行分析,得到焊缝截面上的应力分布规律,罐身直径1 400 mm的中药提取罐吊耳根部焊缝承受最大拉应力为148.98 MPa,其大于焊缝许用应力,焊缝易产生裂痕.通过加入补强筋板的方式,使其危险截面最大应力值降至77.08 MPa,有效地预防了焊缝开裂.     

某型土压平衡盾构刀盘有限元分析

根据某土压平衡盾构刀盘结构特点,在Solidworks中建立其三维实体模型,并应用ANSYS软件建立了刀盘相应的有限元计算模型,对刀盘在正常工况和脱困工况下的受力特性进行分析,得到了刀盘在各工况下的应力应变分布规律.分析结果表明,危险截面位于180～210°辅梁与辅条间,在牛腿与法兰盘、辅梁连接处也有较大应力,最大应力为204 MPa,最大变形为1.568 mm,研究结果为刀盘的结构设计和工程施工维护提供了基础数据.     

天然气管道带气开孔补强结构的应力分析

为了探讨天然气管道带气开孔特殊开孔补强结构受压后的应力情况,利用有限元分析软件对天然气管道带气开孔5种模型进行了有限元建模及应力场分析.5种模型分别为整补、方补、仅焊支管、先焊支管再焊圆形补强圈和先焊支管再焊方形补强片.分析结果显示：整补和方补最大应力位于接管与补强片连接拐角处,其他3种模型最大应力位于主管开孔边缘下表面拐角处;在支管直径与主管直径之比为2/3,管内压力为0.6 MPa时,5种模型的最大应力分别为53.324 MPa、52.878 MPa、59.006 MPa、48.662 MPa和34.806MPa.对于20号钢和Q235材料,补强结构受压后符合强度要求.整补和方补最大应力相差不足1MPa,整补模型的下半瓦片对开孔接管处的补强效果不明显,一般情况下采用方补即可;而先焊支管再焊补强件较整补和方补,最大应力下降较多,补强效果较好;先焊支管再焊方形补强片的补强效果最好,建议在带气开孔中采用此方式.     

自锚式悬索桥主缆锚固区空间应力分析

目的对典型的锚固区局部节段进行分析,以解决自锚式悬索桥主缆锚固区结构复杂,平面杆系程序无法把握锚固区复杂受力状态的问题,为桥梁设计和施工提供参考依据．方法运用MIDAS／FEA建立浑河景观桥锚固区局部有限元模型,分析最不利索力设计值下的局部应力状态及不同荷载下的极限承载力．结果锚固区在主缆索力T=50000kN作用下,产生的最大位移为4．91mm;锚垫板的索孔周围的von Mises应力在110MPa左右．随着荷载的增加,锚固区von Mises应力不断增大．当索力为设计荷载的3．5倍时,锚固区各板件的应力均达到了468MPa以上,位移最大值为24mm．结论主缆锚固区各构件的刚度和强度均满足要求,锚固区的极限承载力为设计荷载的3．5倍,结构的安全系数较高．     

空间曲线蝶形拱桥顶推施工的多尺度模拟分析

采用实体退化单元精确描述构件几何特征,结合多尺度建模的思想建立杭州钱江八桥全桥精细有限元模型进行施工过程仿真分析.施工阶段仅考虑自重荷载,约束条件为多跨连续梁,最大顶推跨径为94 m.分析结果表明：最大拉应力约为307.2 MPa,最大压应力约为306.7 MPa,均位于前导梁箱型截面段与双工字钢截面段的交接处,在施工过程中主桥结构未出现应力过大情形;主、副拱肋应力及变形呈现空间变化特性,截面角点应力的变化规律具有一定的对称性;主、副拱连杆对结构的受力有明显影响;主梁最大应力为-280.4 MPa,施工中主梁未出现屈服现象.     

起重机械用绳排索具力学与疲劳特性研究

绳排索具的力学及疲劳特性是影响起重机伸缩臂安全运行的重要因素.基于选用的6×7+IWS型钢丝绳设计出一款新型楔腔形索节,并建立绳排索具整体3D模型,导入Ansys-Workbench平台建立索具的有限元分析模型.对索具销轴处三方向自由度进行约束,另一端施加100 MPa竖直向下集中力,对索节应力与总体变形分布规律进行研究.研究发现,内锥角是影响索具力学性能的主要因素,当内锥角为16°时绳排绳索具承受的最大接触应力最小且仅为303.4 MPa;随着内锥角在一定范围内变化,索节总体变形量基本控制在0.025～0.03 mm范围内.对影响索具疲劳寿命的钢丝绳进行研究,结果表明交互捻钢丝绳索具疲劳寿命次数能满足工程起重的使用要求,可作为起重机械用索具优先选择对象.     

快开式压力容器异型密封圈有限元分析

密封圈依靠弹性体材料的弹性在初始装配过盈量或预加载荷的作用下实现自密封.为了解决密封圈在快开式压力容器中的泄露问题并改善丁晴橡胶密封圈的抗疲劳破坏性能,采用有限元的方法对快开门的结构进行简化并对其不同间隙、不同硬度的情况进行分析.首先建立几何简化模型,其中材料模型采用Mooney-Rivlin模型,再分别对硬度为60、70、80、90和间隙为2mm、3mm、4mm的模型进行有限元分析.结果表明：材料的硬度越大,密封圈的变形量越小,硬度为70时的最大等效应力最小,为10.917 MPa;间隙越大,密封圈挤入间隙的体积越大,间隙为2mm时丁晴橡胶的最大等效应力最小,为11.418MPa.综合考虑丁晴橡胶的变形回弹、老化、疲劳破坏等因素,选取合适的硬度为70Hr,合适的间隙为2mm,在此条件下,既能解决密封圈泄漏问题又能改善它的使用寿命.     

基于ANSYS地铁出入口幕墙钢结构有限元分析

利用ANSYS软件对框支承玻璃幕墙在受组合载荷作用时进行了结构有限元强度分析。通过对由梁单元和板单元组成的框支承玻璃幕墙进行分析、计算,可以准确地得到各个构件单元的变形及应力大小,从而为改善系统的力学性能提供了理论依据。计算结果表明:在多种建筑载荷的组合作用工况下,本方案中钢结构龙骨的最大的强度应力值和刚度变形值分别为105.758MPa和14.156mm,完全满足幕墙规范的许可值要求。这样经过有限元的仿真在满足了工程安全的同时,更有利于设计过程中的优化下料,进而节省成本,为幕墙公司创造更多的效益。     

浅埋偏压隧道洞顶上覆岩体安全厚度的确定

借助结构稳定理论中在均布荷载与集中力作用下的梁模型,建立了梯形荷载作用下的简支梁模型,并计算其挠曲线方程。将浅埋偏压隧道近似看成受梯形荷载作用下的简支梁,利用计算出的挠曲线方程计算出简支梁最大弯矩;由应力计算公式和强度条件,在弯曲应力不大于容许弯曲应力的条件下,可得到洞顶上覆岩体最小安全厚度。在浅埋偏压隧道开挖前,可通过最小安全厚度的计算判断设计的上覆岩体厚度是否符合安全要求,以避免工程事故的发生。     

Stability influence factors analysis and construction of a deep beam anchorage structure in roadway roof

Deep beam anchorage structures based on spatial distribution analysis of the cable prestressed field have been proposed for roadway roof support. Stability and other factors that influence deep beam structures are studied in this paper using mechanical calculations, numerical analysis and field measurements. A mechanical model of deep beam structure subjected to multiple loading is established, including analysis of roof support in the return airway of S1203 working face in the Yuwu coal mine, China. The expression of maximum shear stress in the deep beam structure is deduced according to the stress superposition criterion. It is found that the primary factors affecting deep beam structure stability are deep beam thickness, cable pre-tension and cable spacing. The variation of maximum shear stress distribution and prestressed field diffusion effects according to various factors are analyzed using Matlabòand FLAC3D~(TM) software, and practical support parameters of the S1203 return airway roof are determined.According to the observations of rock pressure, there is no evidence of roof separation, and the maximum values of roof subsidence and convergence of wall rock are 72 and 48 mm, respectively. The results show that the proposed roof support design with a deep beam structure is feasible and achieves effective control of the roadway roof.     

新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究

基于一种新型单层井壁结构,利用数值计算方法,对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究,结果表明,加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态,井壁径向不会开裂;采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1．59MPa的压应力,有效防止了井壁温度裂缝的形成;温度拉应力仅出现在距井壁表面100mm左右,拉伸裂缝属于浅表裂缝,且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现;微膨胀混凝土可以在井壁环向最大提供2．8MPa的环向压应力,使井壁在环向始终受压．研究结果对于单层井壁的设计与施工具有重要的指导意义．     

基于Mathematica的蜂窝梁孔口应力集中问题的复分析

目的研究不同孔型的孔口应力集中问题,为蜂窝梁及其他开孔结构的工程设计应用提供参考．方法利用弹性力学的基本理论,运用复变函数的方法,引入保角变换,以无限大开孔板为例,借助Mathematica的符号计算功能,编制相应的程序对常用的蜂窝梁孔型-六边形、四边形、圆形孔口进行分析求解．运用孔口纯弯状态下有限元分析与理论计算结果进行对比和修正．结果计算推导得出了在几种不同应力边界条件下的孔口处的复应力函数,进而得到对应的孔口应力分布特征,借助有限元分析给出了纯弯状态下孔口应力的理论计算公式．结论孔口的应力集中程度随孔角曲率半径减小而加剧,圆形孔口能有效降低应力集中的影响,是一种理想的开孔形式．     

六面顶液压机铰链梁强度计算

用ANSYS建立了铰链梁的有限元网格模型,在理想情况下,即工作缸传递的载荷均匀加载于铰链梁的上台面和下台面,且不考虑实际工作缸变形对铰链梁的侧向力,对六面顶液压机铰链梁的受力进行分析计算。模型计算表明：铰链梁的最大应力出现在凸耳通孔处,最大应力值为243 MPa;铰链梁轴向最大相对位移出现在铰链梁的底部,长期工作后,铰链梁底部会沿y轴反方向发生微凸,是铰链梁凸耳和底部可能断裂的原因。