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.     

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。     

10000m3丁烷球罐应力分析与评定

通过有限元应力分析数值计算与评定，实现了国内最大型球罐的应力分析设计，同时利用ANSYS的程序设计技术对支柱的径向相对位置进行了优化，使结构承载特性更趋于合理，为我国在大型球罐领域实现分析设计提供了经验。     

热-机械载荷下梯度材料圆筒的应力分析

对梯度材料圆筒在内外压及非均布温度载荷作用下的应力状态进行理论分析。通过引入弹性梯度因子和温度梯度因子获得热—机械载荷下梯度材料圆筒的应力解析解,进而探讨弹性梯度因子和温度梯度因子对径向、周向和轴向应力分布的影响,为梯度材料圆筒的结构设计提供可靠的理论依据。计算结果表明,应力分量沿壁厚的分布随内外压比值的不同而不同,其中径向应力与坐标位置密切相关,与梯度因子关系不大。对于不同的梯度因子比,存在一最优值使得梯度圆筒内外壁面周向应力差值最小。与内壁处轴向应力相比,外壁处轴向应力对内外压比值的变化更为敏感,并且当弹性梯度因子与温度梯度因子比小于1时,轴向应力几乎不受梯度因子比值变化的影响;而当梯度因子比大于1时,轴向应力迅速减小,且外壁处的减小速度远大于内壁处的减小速度。     

球罐支柱与球壳连接处局部应力分析

ＧＢ１２３３７－１９９８《钢制球形储罐》对球罐支柱与球壳连接处局部应力的校核计算方法,在设计计算中具有在的局限性。本文采用有限元方法对该处的局部应力进行分析,并详细探讨了三种理论工况下各应力分量及应力强度的形成原因及分布特征,为该处设计的合理化提出参考意见。     

3500m^3天然气球罐应力测试

3500m^3天然气球罐是上海1998年重点实事工程。球罐设计压力P=1．53MPa，球壳板材料为WEL-TEN610CF，板厚38mm。由于焊后不进行消除应力热处理，因此在气压试验前后对球壳板Y形焊缝、T形焊缝等部位进行了焊缝残余应力测试，在气压试验过程中对球壳板Y形焊缝、T形焊缝、赤道板支柱部位进行了应力应变测试。测试结果表明，经气压试验后焊缝残余应力有一定下降，应力应变测试表明球罐焊缝及热影响区没有出现明显的应力集中现象。球罐壳体的工作应力叠加残余应力的总和仍小于材料的屈服限，球罐在正常状态下运行是安全的。     

大型球罐有限元应力分析设计技术

随着石油化工行业的发展,球罐的尺寸越来越大型化。球罐向大型化发展的趋势已对传统的常规设计方法提出了新的研究课题。通过对球罐应力分析设计技术的综合论述,指出有限元应力分析方法将是大型球罐最主要的设计方法。     

3500m~3天然气球罐应力测试

35 0 0m3天然气球罐是上海 1998年重点实事工程。球罐设计压力P =1 5 3MPa ,球壳板材料为WEL -TEN6 10CF ,板厚 38mm。由于焊后不进行消除应力热处理 ,因此在气压试验前后对球壳板Y形焊缝、T形焊缝等部位进行了焊缝残余应力测试 ,在气压试验过程中对球壳板Y形焊缝、T形焊缝、赤道板支柱部位进行了应力应变测试。测试结果表明 ,经气压试验后焊缝残余应力有一定下降 ,应力应变测试表明球罐焊缝及热影响区没有出现明显的应力集中现象。球罐壳体的工作应力叠加残余应力的总和仍小于材料的屈服限 ,球罐在正常状态下运行是安全的     

球罐胀形后残余应力的研究

本文用X射线法对模拟胀球过程的宽板试样拉伸前后的残余应力分布进行了测量,用塑性理论及弹塑性有限元对测量结果进行了分析,现场实测了用无模胀球工艺制造的首台200m~3液化气球罐热处理后的残余应力分布。结果表明:球罐胀形后内侧存在横向(垂直于焊缝方向)残余压应力,纵向(平行于焊缝方向)残余应力水平很低,有时也为压应力。胀形后残余应力的这种有利分布,提高了球罐的抗应力腐蚀性能。这是新工艺在防止球罐破坏,保证安全运行方面的独特优点。     

改进型U形柱支撑球罐与加托板的支柱支撑球罐应力状态对比分析

对一种GB12337未包含支柱支撑结构形式的3000m^3球罐——改进型U形柱支撑球罐,进行了应力分析,并与通常认为受力状态较好的加托板结构支撑的同参数球罐进行了应力分析对比。结果表明,无论从受力状态还是建造合理性方面,其都不失为一种结构优良的球罐支撑方式。     

含共线裂纹功能梯度材料断裂问题分析

应用分层原理分析了具有不同弹性模量含共线双裂纹的功能梯度材料断裂问题。通过积分变换得到嵌入功能梯度材料裂纹的应力场和位移场,结合边界条件、连续条件及单个裂纹的应力场和位移场,将求解该裂纹问题转化为求解奇异积分方程组。通过求解奇异积分方程组得到裂纹的应力强度因子。最后针对材料弹性模量和裂纹几何参数对应力强度因子的影响进行了探讨。结果表明材料弹性模量分布形式对裂纹的应力强度因子影响显著,该结果可为功能梯度材料制备及材料设计等提供理论依据。     

梯度涂层界面裂纹蠕变扩展驱动力的研究

目前针对梯度材料力学性能的研究主要集中在弹性解范围,这些研究结果尚无法直接用来关联梯度涂层的高温服役行为。文中在考虑梯度涂层不同蠕变参量的基础上,采用非均匀有限元法对梯度涂层／基体系统中的界面裂纹进行研究,通过对其高温蠕变行为的模拟计算,得到涂层梯度因子、蠕变系数、蠕变指数以及涂层厚度对裂纹蠕变扩展驱动力的影响关系,为高温下梯度涂层的优化设计奠定了一定的基础。     

功能梯度涂层热残余应力

涂层中的残余应力严重影响着涂层零件的机械完整性与操作可靠性。对于功能梯度涂层,由于各界面位移协调条件的限制,很难得到涂层内部残余应力的闭合解。基于传统的悬臂梁理论,获得了功能梯度涂层热残余应力的闭合解;这一分析模型的优点是残余应力的闭合解与涂层层数无关。讨论了采用传统的近似解所带来的误差, 针对含不同层数的ZrO2/NiCoCrAlY功能梯度涂层内部的残余应力进行了计算。另外,对应力诱导的涂层失效模型也进行了分析。     

功能梯度涂层中的Ⅲ型周期裂纹问题

利用分层模型研究功能梯度涂层中的Ⅲ型周期裂纹问题,借助Fourier级数及传递矩阵技术,可将该边值问题化为求解Hilbert奇异积分方程,数值求解该方程即可得到应力强度因子.数值结果表明,当裂纹较密且裂纹相对较短时,裂纹之间的相互作用比较明显;材料剪切模量在厚度方向上的变化对应力强度因子具有较大的影响.     

基于应力三轴度的材料颈缩和破断行为分析

表征应力状态参量的应力三轴度是控制材料断裂模式的关键因素,所以应力三轴度作为影响材料的断裂因素而被引入到众多失效模型中。利用有限元辅助测试(Finite element Aided Testing,FAT)方法来获取材料等效全程单轴本构关系,进而获取漏斗型试样在拉伸过程中根部截面上的应力三轴度演化情况,并同根据Bridgman应力修正后的单轴本构关系得到的应力三轴度分布进行了对比分析。结果表明,基于Bridgman应力修正得到的应力三轴度与有限元计算结果相差较大。基于应力三轴度分析,讨论了漏斗型试样的破断机理,给出了四种延性材料的等效全程单轴本构关系、破断应变、破断应力和漏斗根部截面的应力三轴度分布随截面中心von Mises等效应变的变化规律。     

功能梯度材料裂纹高阶渐近场研究

功能梯度材料内部常常产生各种形式的裂纹并最终导致材料破坏。因此，其断裂问题研究是非常必要的。假设弹性模量是空间坐标的指数函数，泊松比恒定，对于功能梯度材料中的Ⅰ型裂纹，裂纹尖端应力的高阶渐近场被研究。由胡克定律和形变协调方程得到平面问题的控制方程。采用渐近展开法，将该控制方程——高阶偏微分方程转化为常微分方程组，求解该方程组获得应力函数，进而得到功能梯度材料中裂纹尖端应力高阶渐近场的解析式。从该解可以看出，非均匀性对裂纹尖端渐近场结构的影响体现在非奇异项上。在材料非均匀性的影响下，功能梯度材料裂纹尖端渐近场高阶项的角分布函数的形式和系数间的关系与均匀材料的裂纹尖端场均有很大不同。在理论上揭示了功能梯度材料中裂纹尖端应力渐近场的结构以及材料的非均匀指数对裂纹尖端渐近场的影响。     

内压斜接管结构塑性极限载荷的研究

对30°、45°、60°三台斜接管容器在内压作用下的塑性变形特征、塑性极限载荷进行试验及非线性有限元数值研究.结果提供三台试验设备塑性变形的规律,在内压作用下截交区发生明显的塑性变形,纵向截面内发生径向收缩,而横截面发生径向鼓胀,接管与筒体截交角θ增大;危险位置出现在结构纵向截面的锐角侧;在相同结构尺寸下,结构的塑性极限载荷随θ增大而增大;同时提供三台试验设备塑性极限载荷的数值,为分析设计提供参考及依据.     

难加工材料高速切削过程中切削力的非线性特征规律析因研究

综合应用析因试验设计与拉丁超立方抽样试验设计,对难加工材料马氏体不锈钢进行了高速铣削试验。在分析其切削力的非线性特征规律基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的非线性数学模型。试验结果表明,高速切削难加工材料时,背吃刀量和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间确实存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。