梯度材料球罐热弹性应力分析

对梯度材料球罐承压条件下的热弹性响应进行分析，通过求解应力控制方程分别考察不同弹性梯度因子和温差梯度因子对球罐中应力分布的影响。分析结果表明，即使不考虑梯度温差应力的影响，梯度材料球罐的最大环向应力也不总在球罐的最内层，而是取决于材料的弹性梯度分布；并且，不同球罐壁厚下，弹性梯度因子对球罐应力分布的影响作用也明显不同。随着温差梯度因子的增加，球罐中径向应力将从完全受压状态转变为部分受拉状态，而球罐内外壁的环向应力差值也随之增大。     

蠕变条件下梯度材料球罐应力应变行为分析

推导内外压载荷下梯度材料球罐与时间相关行为的解析公式,在此基础上分别分析弹性梯度分布和蠕变梯度分布对球罐蠕变应力应变的影响.计算结果表明弹性参量的梯度变化只对蠕变初始阶段应力分布有影响,当蠕变应力达到稳态值后,球罐中的应力水平将只取决于蠕变参量的梯度分布;而蠕变应变分布则同时与材料的弹性和蠕变两种梯度变化有关.就降低梯度材料球罐蠕变应力应变值进行探讨,为梯度材料球罐的结构设计和优化提供基本的理论依据.     

自增强高压缸精加工残余应力及强度数值分析

基于弹塑性理论和材料的实际拉/压性能,用有限元软件ANSYS命令流及APDL语言建立了高压缸体的三维模型,将多载荷步分析及单元生死技术相结合,研究了缸体内外表面加工余量对其残余应力分布及弹性强度的影响。研究表明:当内壁发生反向屈服时,加工顺序影响残余应力的分布,这时先加工外圆,后加工内孔,有利于提高缸体的强度;精加工内孔,内壁处残余压应力增大,精加工外圆,内壁处残余压应力减小,应力变化量都与加工余量呈线性关系。以上方法及结论,可为自增强结构的设计加工提供依据。     

机器人用薄壁角接触球轴承动态特性分析

机器人用薄壁角接触球轴承壁薄,易于发生较大形变。采用LS-DYNA软件建立了该轴承模型,进行轴承动态特性研究。研究发现,该轴承运转过程中,钢球组稳定运转但时而伴随有较大的速度波动和应力冲击;径向载荷承载区域及最大应力的变化总体都呈现先增加后减小,最终趋于稳定;钢球和内外滚道处的最大应力值及出现的位置一直处于动态变化,并非一直位于径向载荷指向的最下部,整体应力分布沿径载方向最下部处向两边呈波动递减的趋势。对轴承在不同转速、轴向载荷、径向载荷下的振动情况分析,应控制轴承的轴向载荷不超过2500N,径向载荷不超过轴向载荷的两倍,转速不应超过16r/s。     

石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的有限元模拟

利用有限元方法研究了组成分布指数和梯度自润滑层厚度(层厚)对石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的影响;采用层铺-烧结法制备该梯度自润滑复合材料,利用X射线衍射法测试其表面残余应力,并与模拟结果进行了对比.结果表明:径向压应力主要分布在梯度自润滑层的表层,在金属陶瓷基体与梯度自润滑层界面边缘处存在严重的应力集中;随着组成分布指数的增大,表面径向压应力增大,界面处应力减小;增大层厚可以改善界面处的应力分布,但表面径向压应力也随之降低;最佳组成分布指数为1.0～2.0,层厚为1.0～1.5 mm;试验测得的表面残余压应力随层厚的变化与模拟结果基本一致.     

含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒结构安全性评价

轴向表面裂纹对受内压厚壁圆筒结果的安全具有很大的影响.在分析含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒裂纹数目对尖端应力强度因子影响规律的基础上,对外径相同、含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒及以裂纹尖端到厚壁圆筒中心距离为内径厚壁圆筒在受相同内压情况下的最大周向应力进行了对比分析,结果表明:厚壁圆筒裂纹尖端应力强度因子随裂纹数目的增加而逐渐减小并趋于一恒定值,应力强度因子随裂纹数目的减小只是裂纹扩展速度或扩展可能性的减小,含裂纹厚壁圆筒的最大周向应力在N=2时最大,且当N≥2时随着裂纹数目的增加而减小,但仍大于等效减薄厚壁圆筒的最大周向应力,厚壁圆筒的安全性仍小于以等效减薄后的光滑厚壁圆筒.     

基于有限元的关节轴承研究

关节轴承的接触特性对其运行性能具有重要影响,为了研究关节轴承的接触特性,利用有限元软件ANSYS建立了关节轴承有限元模型.分析了轴向载荷、径向载荷和轴径复合载荷下关节轴承的应力分布,并研究了导油槽对接触应力的影响.结果表明:轴向载荷、径向载荷和轴径复合载荷下的应力分布和应力集中部位不同,但各种载荷下关节轴承外圈球面边缘处都产生应力集中;轴承外圈的最大应力比轴承内圈最大应力大;合理的导油槽能够起到减小应力集中的作用.     

热-机载荷下系泊头圆筒的数值分析

针对塔架软刚臂单点系泊系统所采用的系泊头圆筒进行理论与Abaqus有限元分析。理论推导出系泊头圆筒的最佳弹塑性界面半径和最佳自增强压力,考虑温度载荷并分为平面应变模型和轴对称模型两种情形对系泊头圆筒受力后的弹塑性应力分布进行有限元数值分析。系泊头圆筒的工作环境温度为(-40～80)℃,圆筒的应力分布与工作环境温度、外部载荷及径比系数等参数有关。在对温度载荷仿真模拟分析中采用重启分析技术以节省计算时间。结果表明:系泊头圆筒应力分布与工作环境温度、外部载荷及滑动轴承厚度等参数存在非线性关系。系泊头圆筒受内压的两主应力分量沿半径方向随着半径的增大周向应力先增大后减小,而径向应力的大小却逐渐减小。     

循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒的热棘轮极限

热棘轮失效是薄壁圆筒的主要失效模式之一,现有ASME锅炉及压力容器规范和EN13445等设计标准主要考虑环向应力,而未考虑轴向应力条件,使得设计结果可能偏于不安全。针对循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒热棘轮设计理论的不足,采用非循环分析方法系统研究双轴应力状态下薄壁圆筒热棘轮极限的解析解,重点考虑轴向压缩应力对循环温度梯度和稳定内压组合载荷下薄壁圆筒热棘轮极限的影响,并提出相应的设计方法,并采用有限元法对理论结果进行验证。结果表明,循环热-机械载荷下轴向压缩应力会显著降低薄壁圆筒的热棘轮极限,且理论解与有限元分析结果吻合良好,这说明此方法可用于循环热-机械双轴载荷及类似工况下薄壁圆筒的热棘轮设计限,具有良好的工程价值。     

核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力分布

采用自行搭建的管道内壁残余应力测试平台,通过切割法测得核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力,结合有限元模拟,研究了传热管内壁焊接残余应力的分布规律。结果表明:试验测得传热管/管板接头中传热管内壁近焊缝处的轴向和周向残余应力均为拉应力,随着距焊缝中心线距离的增加,残余拉应力减小并变为压应力,在距离焊缝中心线12mm处,残余压应力最大,在距离焊缝中心线21mm处残余应力减小至焊前初始应力;传热管内壁焊接残余应力分布的模拟结果和试验结果基本吻合,该有限元模型可以准确模拟核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁焊接残余应力的分布规律。     

Elastic–plastic stress analysis of an orthotropic rotating disc

In this study, the elastic–plastic stress analysis of a curvilinearly orthotropic rotating annular disc is investigated analytically for strain-hardening material behavior. To be able to see the separation of the plastic region, a few angular velocities are taken into consideration for such an analysis. Radial and circumferential stress components are obtained to increase angular velocity. It is seen that the magnitudes of the circumferential stress components are higher than those of the radial stress components. The magnitudes of the residual stress component of the circumferential stress and plastic flow are the highest at the inner surface. The radial displacements in both the elastic and plastic solutions calculated analytically have higher values at the inner surface than those of the outer surface for all the angular velocities.     

超高压容器和管道周向超声检测(一)

超高压容器和管道作为高风险设备应用于石化、水晶制造等行业中。超高压容器和管道的内外径之比通常小于0．6，很难用常规的横波技术对其进行周向超声检测。本文分析了周向超声检测的主要技术难点，从厚壁筒形件的声场结构、径向缺陷的回波特征、表面缺陷的灵敏度、缺陷定位、灵敏度调节等方面进行试验和研究，总结出厚壁筒形件周向超声检测的工艺方法和参数，并在超高压人造水晶釜和超高压聚乙烯输送管的现场检测中对工艺方法和参数进行了验证，证明其对径向缺陷有足够的灵敏度和可靠性。     

超高压容器和管道周向超声检测(二)

超高压容器和管道作为高风险设备应用于石化、水晶制造等行业中。超高压容器和管道的内外径之比通常小于0．6，很难用常规的横波技术对其进行周向超声检测。本文分析了周向超声检测的主要技术难点，从厚壁筒形件的声场结构、径向缺陷的回波特征、表面缺陷的灵敏度、缺陷定位、灵敏度调节等方面进行试验和研究，总结出厚壁筒形件周向超声检测的工艺方法和参数，并在超高压人造水晶釜和超高压聚乙烯输送管的现场检测中对工艺方法和参数进行了验证，证明其对径向缺陷有足够的灵敏度和可靠性。     

两层预应力转子结构复合材料储能飞轮的应力及位移计算

采用预应力结构可使复合材料飞轮的应力、位移分布得到一定改善,从而提高飞轮储能密度。考虑复合材料和预应力结构的特点,建立基于各向异性对称结构理论的计算模型,得到两层预应力转子结构复合材料储能飞轮在工作转速情况下应力和位移的解析公式,对内、外两层飞轮任一点的径向、环向应力及径向位移进行较为全面的仿真分析,并利用所建立的计算模型对飞轮在某一转速时不同的位置对径向应力、环向应力和径向位移的影响进行探讨。结果表明,内层转子径向应力在外侧最大,环向应力在内侧最大;外层转子径向应力和环向应力均在内侧最大。当角速度 从0增加到5 000 rad•s−1时,内、外转子的径向应力、环向应力和径向位移都随之增大。当 =600 rad•s−1,整个飞轮径向应力、环向应力和位移的最大值出现在两层转子的接触面r=0.27 m处。该分析结果可为飞轮的设计制造提供重要的参考。     

Thermoelastic analysis of non-uniform pressurized functionally graded cylinder with variable thickness using first order shear deformation theory(FSDT) and perturbation method

Recently application of functionally graded materials(FGMs) have attracted a great deal of interest. These materials are composed of various materials with different micro-structures which can vary spatially in FGMs. Such composites with varying thickness and non-uniform pressure can be used in the aerospace engineering. Therefore, analysis of such composite is of high importance in engineering problems. Thermoelastic analysis of functionally graded cylinder with variable thickness under non-uniform pressure is considered. First order shear deformation theory and total potential energy approach is applied to obtain the governing equations of non-homogeneous cylinder. Considering the inner and outer solutions, perturbation series are applied to solve the governing equations. Outer solution for out of boundaries and more sensitive variable in inner solution at the boundaries are considered. Combining of inner and outer solution for near and far points from boundaries leads to high accurate displacement field distribution. The main aim of this paper is to show the capability of matched asymptotic solution for different non-homogeneous cylinders with different shapes and different non-uniform pressures. The results can be used to design the optimum thickness of the cylinder and also some properties such as high temperature residence by applying non-homogeneous material.     

Elastic analysis of exponentially graded piezoelectric cylindrical structures as sensors and actuators

An analytical solution is obtained for functionally graded piezoelectric cylindrical structures, and the electroelastic behavior is investigated. The material properties are assumed to vary as an exponential function along the radial direction of the cylinder. The cylindrical structure acts as sensor or actuator and is subjected to mechanical and electrical loads at its inner and outer cylindrical surfaces. Based on the linear piezoelectricity theory, the governing equation in terms of the radial displacement is obtained as a second-order nonhomogeneous ordinary differential equation with variable coefficients, and its solution is obtained by the Frobenius series method. The illustrative examples show that the material nonhomogeneity has significant effect on the electroelastic fields of functionally graded piezoelectric cylindrical sensors and actuators.     

压缩机上整体无背压活塞环的设计研究

为了减少磨损，提高活塞环的使用寿命，对整体无背压活塞环的设计进行了研究。通过力学分析得出了比压与径向弹性变形间的线性比例关系。利用热变形分析推导出了活塞环与气缸内壁间的热膨胀工作间隙计算式，表明工作间隙与非金属环的线热膨胀系数和工作前后温升成正比。推导出了活塞环在常温下的外径计算式和轴向高度计算式，用以指导装配和加工。文中所述公式可以指导整体无背压活塞环的设计，使活塞环的使用寿命得到提高。     

液压缸往复密封圈表面接触应力监测研究

在液压缸中，往复动密封圈表面接触应力是决定其密封有效性的关键，但由于在工作过程中对往复密封表面接触状态进行监测的难度很大，因此对其变化规律仍缺乏深入了解。针对这一问题，以液压缸活塞杆Y形密封圈为对象，通过有限元仿真分析密封圈内唇磨损对密封圈表面接触应力的影响，确定密封圈表面接触应力的最佳监测部位；采用光纤光栅传感器(FBG)进行密封槽表面接触应力监测试验，通过铺设于密封槽的FBG传感器采集应力数据，得出密封圈周向和轴向接触应力均随内唇磨损增加呈现先增大后减小的趋势，与仿真结果一致；接触应力对密封磨损程度变化的响应灵敏度会随密封压力的增加而增大。研究结果为液压缸实际运行过程中往复动密封状态的监测提供了依据。     

低压差驱动下中等半径比内轴高旋圆柱间轴流量的数值计算

利用RSM湍流模型/标准壁面函数对低压差驱动下中等半径比内轴高旋圆柱间流场进行了数值模拟。圆柱的内半径为4.45 cm,外半径为5.25 cm,半径比为0.848,轴间距为0.8 cm,形状比分别为5,10,15,20,泰勒数比分别为500,625,750,875,1 000。模拟结果表明,RSM湍流模型/标准壁面函数对低压差驱动下中等半径比内轴高旋圆柱间流场有较强的预报能力。随着压差的增加,轴流量随之增加,随着压差的进一步增加,压力流的作用处于主导地位,压力流的增强最终导致涡胞消失,轴间流场特征主要表现为压力流。随着旋转速度的增加,内壁高旋产生的旋转效应增强,轴向压差对轴间流场的作用相对减弱,导致轴流量减少。随着形状比的增加,轴流量呈现逐步减小的趋势,而且随着形状比的进一步增加,轴流量减少的趋势变缓。