橡胶混凝土冲击压缩性能的试验研究和数值模拟

采用分离式霍普金森压杆装置对橡胶掺量分别为5%、10%、15%、20%,橡胶粒径为0.18 mm、1.29 mm、2 mm的12组橡胶混凝土试件进行4种应变率下的冲击压缩试验研究,得到了每一组试件在4种应变率下的应力-应变曲线.试验结果表明:随着应变率的增加,橡胶混凝土的峰值应力、动力增长因子也随之增大,橡胶掺量对橡胶混凝土的峰值应力和动力影响因子的影响与应变率一致,掺入的橡胶粒径越大,橡胶混凝土的峰值应力越大但是动力增长因子却呈减小趋势;橡胶掺量在10%左右时,橡胶混凝土能够取得较好的韧性和变形能力.参考试验结果,在经典H-J-C混凝土本构模型的基础上,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,得到了橡胶混凝土H-J-C本构模型的材料参数.     

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.     

约束控制对特厚板20MnNiMo钢焊接残余应力的影响

以热-弹塑性理论为基础,建立了100 mm厚20MnNiMo三维焊接有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了4种约束方式对特厚板焊接残余应力的影响,并通过盲孔法对部分模拟结果进行了试验验证.计算结果表明,约束位置的增加可以使焊接接头残余应力变大.随着约束位置的增加,焊缝区横向应力和热影响区纵向应力由压应力变成拉应力.约束位置越多,残余应力越大,焊接变形越小.模拟结果中,方案A试板边部翘曲变形最大,总变形量为39 mm,方案D变形最小,变形量为0.8 mm.     

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.     

介质压力及O形橡胶圈压缩率对往复运动轴封性能的影响

以液压缸往复密封中的O形橡胶圈为研究对象,建立其二维轴对称模型。在摩擦系数为0.1,不同介质压力和不同预压缩率的情况下,运用有限元软件ANSYS workbench对O形圈的变形情况及应力大小进行分析。结果表明：O形密封圈在缸筒和活塞杆间隙处应力集中最明显,说明在此位置容易被挤进间隙,造成间隙咬伤,导致密封失效。在压缩率小于15%,介质压力小于15MPa的情况下,剪切应力始终小于丁腈橡胶的剪切强度;在压缩率超过15%时,容易造成 O形圈应力松弛,发生压缩变形;介质压力超过15MPa,剪切应力急剧增加,在往复运动下,密封圈会不断地被摩擦磨损,很容易产生积累损伤,导致裂纹的产生或破损。     

热力耦合试验中仿型橡胶皮囊拟静力加载分析

在回转体结构飞行器热力耦合试验中,试验件载荷加载有多种方式,需要考虑试验件结构的特殊性,并要达到试验预期的局部载荷加载效果.试验采用了仿型橡胶皮囊加载作为加载方式,通过Catia软件建立了仿型橡胶皮囊三维结构模型,利用Ansys软件得到了仿型橡胶皮囊的变形与应力分布.结果表明:在仿型橡胶皮囊内压为0.4 MPa的工况下,皮囊最大应力为0.08 MPa,最大变形为0.08 mm;随皮囊内压增大,皮囊大端与小端的边缘均产生应力集中,且小端的变形较大,易发生变薄、裂痕甚至破损等结构性破坏,应对该位置进行加厚处理;支撑工装内仿型橡胶皮囊拟静力加载应力分布均匀,满足试验需求.     

汽车传动轴防尘罩的非线性有限元分析

借助于大型非线性有限元分析软件MSC.MARC,建立了汽车传动轴橡胶防尘罩的非线性有限元分析模型.根据橡胶材料的本构模型Mooney-Rivlin得到有限元模型中材料特性参数的确定方法,求出有限元分析模型的材料参数,在此基础上分析了橡胶防尘罩在不同工况下的变形和应力分布规律,为进一步可靠设计、优化橡胶防尘罩提供了理论依据.     

基于Simufact的链轮激光焊接仿真

运用Simufact-Welding软件对链轮和凸缘采用激光焊接仿真,在其他参数相同的情况下,分析了两种焊接速度下焊缝处的热循环,以及链轮和凸缘的总变形和等效应力.仿真结果表明:焊接速度为13 mm/s时,焊缝处采样点的最高温度为2 831℃,焊件的总变形小于1.82 mm,焊件的等效应力小于450 MPa.焊接速度为13.2 mm/s时,焊缝处该采样点的最高温度为1 455℃,焊件的总变形小于1.03 mm,焊件的等效应力小于400 MPa.     

爆燃驱动式射钉侵彻Q235靶板数值模拟

为研究爆燃驱动式射钉侵彻靶板深度的影响因素及规律,对直径7 mm的射钉垂直侵彻20 mm厚Q235靶板进行数值模拟.基于LS-DYNA有限元软件,选择Johnson-Cook本构模型和Gruneison状态方程对射钉侵彻靶板过程进行仿真模拟,并通过侵彻试验验证模型的合理性.采用所建立的仿真模型,模拟分析射钉的头部锥角和材料强度、炸药驱动力、射钉与靶板初始间隙等因素对Q235靶板侵彻深度的影响规律.结果表明:随着射钉头部锥角增加,侵彻阻力不断增大,射钉最大速度逐渐减小,侵彻深度及有效侵彻深度不断减小;射钉材料的静屈服强度低于700 MPa时,由于钉体发生明显的墩粗变形,侵彻深度较浅,而高于700 MPa时,射钉材料的静屈服强度对侵彻深度影响较小;炸药爆燃产生的气体压强低于150 MPa时,侵彻深度随气体压强增大近似呈线性增加,而高于150 MPa时,靶板背面变形使应力得到释放,侵彻深度显著提高;随射钉与靶板初始间隙增加,射钉在接触靶板前可获得更高的速度,侵彻深度不断增大,但超过20 mm后,初始间隙对侵彻深度基本没有影响.     

深海高压舱密封性能评价研究

为了确保基于O形橡胶密封圈的深海高压舱实现可靠密封，避免因经验设计带来的密封失效，提出了通过计算O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力来判断密封可靠性和安全裕度的评价方法.采用超弹性单元HYPER56建立了O形密封圈的有限元分析模型，计算了高压舱O形密封圈在承受内压时的应力分布.计算结果表明,当O形圈的预压缩量小于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量，可以显著提高O形圈的最大接触应力；当O形圈的预压缩量大于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量对提高O形圈的最大接触应力贡献不大；当O形圈的预压缩量大于0.6 mm时，O形圈的最大接触应力始终大于密封压力，高压舱能可靠实现60 MPa的密封.对上述结论进行了高压密封实验，实验结果表明，当O形圈的预压缩量为0.8 、1 和1.2 mm时，高压舱能可靠实现60 MPa的密封；通过计算当O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力，可以对高压密封舱的密封性能做出正确判断.     

卡箍快开卧式深海模拟舱的径向密封结构及其密封可靠性评价

针对卡箍快开盖结构的卧式深海模拟舱在深海高背压环境下存在密封可靠性不足问题,提出了一种深海模拟舱O形圈径向密封结构,建立了该结构的非线性有限元模型. 通过O形圈的密封面接触应力与内部Von Mises应力评价该结构的密封可靠性,讨论了舱内介质压力、O形圈预压缩率、槽口倒圆、配合间隙对深海模拟舱密封性能的影响. 仿真结果表明:加压过程中接触应力峰区位置显著改变,舱内水压由0 MPa加至25 MPa时,橡胶圈形状及Von Mises应力分布急剧变化,由25 MPa加至45 MPa时,橡胶圈形状及Von Mises应力峰区位置基本不变,该结构能够实现45 MPa压力下的有效密封. 预压缩率的增加会显著增加主接触面密封带宽度,增大槽口倒圆有助于降低Von Mises应力,Von Mises应力峰值随配合间隙的增加先增大后减小,增大配合间隙有助于提高密封带宽度. 试验结果证明:当O形圈的预压缩率为10℅、槽口倒圆为0. 4 mm、配合间隙为0. 7 mm时,利用该密封结构所研制的深海高压舱在40、45、50 MPa水压时均能保证有效密封.     

基于热变形补偿的干气密封动静环优化

热变形是影响干气密封性能、使用寿命及密封失效的主要原因之一.为了获得密封性能更稳定、寿命更长的密封环,以某合成气压缩机T型槽干气密封稳态时动静环的热变形分析为例,讨论了减小热变形的各种方法.基于热变形补偿对动静环进行了优化,并对优化前后动静环的热变形进行对比分析.数值模拟结果表明:优化后的动环热变形减小,热变形锥度变化趋势与静环保持一致,气膜厚度均匀,密封性能更佳.     

高压烧结炉快开机构的强度设计与分布

应用HyperMesh软件对压力烧结炉卡箍式快开机构进行网格划分,使用ANSYS接触单元对该快开机构做非线性接触分析,得到了在设计压力下结构的第三强度当量应力分布和变形,并分别对炉盖、炉体和卡箍进行了分析。按照JB4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》对危险截面进行应力强度评定。分析结果表明,强度满足要求。     

轧机油膜轴承相对间隙优化设计

在选定润滑油品、给定轧制速度和轧制压力的情况下,利用大型有限元分析软件ANSYS对油膜轴承和润滑油膜进行双向流固耦合分析,计算分析了考虑温度变化的不同相对间隙时的油膜及衬套的受力变形情况,得到了衬套受力变形及温度分布规律,并利用疲劳极限求出轴承的最佳相对间隙,为轴承结构优化提供理论数据。     

旋转对称密封缝隙流场的有限元分析

以静压滑的简化模型旋转对称密封缝隙为研究对象,建立了在变粘度条件下这种缝隙的数学模型,推导了其有限元模型,并对其进行了求解,得出了流体在这种缝隙中的速度场,压力场和温度场的分布规律。     

脱硫泵机械密封稳态温度场的有限元分析

机械密封温度场研究是热应力分析的基础,是影响机械密封工作寿命与密封性能的主要因素。通过建立密封环有限元模型,提出机械密封动、静环轴对称问题的有限元分析与稳态温度场计算方法,得出了密封环温度分布规律。并对接触面的热流密度、模型与介质的对流换热系数以及热流分配系数等物理量进行了分析。结果显示,温度变化主要集中在靠近内径的接触面附近的局部区域,该区域变形较大,且不利于密封环的散热。     

干气密封密封环温度场的数值分析

干气密封的密封环温度分布是分析其热变形的基础。本文建立了A型干气密封动、静环和密封间隙流场的三维计算模型,在ANSYS 的Workbench平台采用热–流耦合方法求解动、静环三维稳态热传导方程,得到其温度场。数值模拟结果表明：气膜粘性剪切热是干气密封系统的主要热源;在给定工况、给定密封结构中,83.3%的气膜粘性剪切热通过密封端面传递给动环,只有9.7%传递给静环,剩余7.0%的热量由泄漏介质带走;动环平均温度略高于静环;动、静环端面温度最高,背面温度较低;在端面上温度也不是均匀的,在螺旋槽根部至密封泄漏出口段温度达到最高。研究结果为干气密封动、静环变形研究、选材和结构设计理论的完善提供了一定的参考依据。     

油水井带压作业装置中环形密封胶芯的设计

采用动态密封理论,针对带压作业系统中的橡胶密封胶芯问题,利用非线性有限元计算了在井压和密封外压作用下的变形和应力分布特征,并通过对密封胶芯材料进行了强度和疲劳实验研究,获得了胶芯材料破坏的原因,进而根据计算和实验研究结果,进一步提出了在胶芯内增加钢筋以减小最大剪切力的改进意见,同时进行了理论校核,并以此为基础设计了新型的密封胶芯,从而解决了带压作业装置高压动密封的难题。     

高压快开盲板侍服密封圈非线性有限元分析

采用有限单元法对高压快开盲板中C形侍服密封圈进行了接触边界、大变形等非线性应力分析,应用有限元分析软件ANSYS建模,分析计算得出密封圈接触变形、接触应力及其分布情况,获得了密封圈与盲板筒体之间的接触压力分布规律及其与工作介质压力之间的关系,从而可以有效地分析C形复合结构侍服密封圈的密封能力。