承压梯度材料球罐与时间相关应力分析

对梯度材料球罐蠕变条件下的应力行为进行分析.在弹性解的基础上,通过求解应力变化率微分方程,获得任意蠕变梯度分布下应力分量的解析解.在此基础上分别对蠕变参数沿壁厚呈线性递增和线性递减两种梯度分布进行探讨.分析结果显示,材料的蠕变梯度不仅决定各应力分量沿壁厚的分布和大小,还对蠕变应力随时间的发展变化起重要作用.文中对时间步长的选取也作了进一步探讨,为分析梯度材料球罐与时间相关行为提供理论依据.     

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。     

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。     

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     

8250m~3氨球罐的有限元分析及应力─应变测定

1前言安庆石化总厂化肥厂D3101氨球罐建于1975年,由法国TISSOT公司按应力分析法设计、压片,中法合作安装,1978年投入使用,是目前我国最大的氨球罐之一。1996年8月,氨球罐顶部2氨回流管与球体连接的焊缝发生裂纹而泄漏,当时作了临时修复。1996年12月安庆石化总厂化肥厂在对氨球罐大检修时委托机械部合肥通用机械研究所对该球罐进行开罐检验、修复、安全分析与评定。由于该球罐除了在制造时进行过水压试验外,使用至今从未进行过水压试验。根据“检规”的有关规定,这次检验及修复后必须进行水压试验,考虑到当8250m‘氨球罐进行水…     

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。     

多轴应力状态下的循环应力应变关系

本文获得了A3钢与40Cr钢两种材料在常温拉扭复合条件下循环应力应变曲线,并分别用最大剪应力幅与最大剪应变幅及八面体剪应力幅与八面体剪应变幅按幂硬化关系进行了回归处理,所得结果可方便地应用于选择不同应力应变关系的弹塑性分析。     

一种多晶石墨材料的高温压缩蠕变行为

在氩气介质中测定一种多晶石墨材料在１９００～２３５０℃范围内的压缩蠕变行为。试验中用红外仪测量温度，温度波动控制在±３℃以内，用最小读数为１μｍ的ＬＶＤＴ测量蠕变变形，实验数据满足式ε＝Ａσｎｘｐ（－Ｑ／ＲＴ），其中ｎ＝１．９８，Ｑ＝１８５ｋＪ／ｍｏｌ。经计算蠕变激活体积为２１．４６ｎｍ３，相当于几分之一个石墨晶粒尺寸范围被激活。在２０５０，２１５０，２２００℃的蠕变摩擦应力分别为４．６２，４．５９，４．４１ＭＰａ。     

基于弹性理论的功能梯度材料管板应力分析

功能梯度材料因其优良的热力学特性,在高温高压、大温差服役环境中的换热器管板制造过程中得到了广泛应用。目前,对功能梯度材料管板应力的求解都是基于弹性理论中的经典板理论求得。为此,利用物理中面概念,将材料的各向异性问题转化到经典板理论中,建立法兰连接且不兼做法兰的功能梯度材料管板的应力分布计算公式及管板危险点应力的求解公式,并采用ABAQUS对其进行压力载荷下的有限元分析,验证理论解的合理性。     

高温蠕变条件下表面裂纹扩展行为分析

裂纹的存在及其扩展严重限制着高温承压部件的使用寿命,而目前对结构三维蠕变裂纹扩展行为的认识及其预测仍比较有限。以典型耐热钢P91为例,在650℃下对其开展了不同应力和不同初始裂纹尺寸的表面裂纹蠕变扩展试验,通过断面观察获得了蠕变裂纹扩展形貌演化,并采用基于多轴蠕变损伤模型的有限元法、基于蠕变裂纹尖端参量C*的有限元法以及英国标准BS7910推荐的简化计算方法进行表面裂纹蠕变扩展分析。结果表明,基于多轴蠕变损伤模型的有限元法能够合理地描述裂纹最终轮廓并准确地预测裂纹扩展时间。相比之下,基于C*的有限元法和BS7910简化计算方法计算的裂纹形貌预测有明显偏差,并且较依赖于紧凑拉伸试样的蠕变裂纹扩展试验数据及其拟合的参数C和q,易导致过于保守的裂纹扩展时间预测。评估了不同计算方法对于表面裂纹蠕变扩展行为的预测能力。     

偏斜工况下向心关节轴承应力场分析

利用非线性接触有限元方法对向心关节轴承进行应力场分析,在有限元模型中将心轴和轴承座作为柔性体处理,分别考察内、外圈相对偏斜工况下的应力场分布。结果表明:在极限静载荷工况下,内、外圈相对偏斜对关节轴承的应力场分布产生明显影响;由于偏斜工况下应力分布不对称,在内、外圈的端面接触处产生应力集中现象,其应力值明显高于无偏斜工况下的最大应力值,且在偏斜角达到1.5°时,出现峰值应力。     

基于三维体素模型的功能梯度材料信息建模

以快速成型技术为背景,提出了一种基于体素模型的功能梯度材料／零件建模方法。根据八叉树结构,将复杂CAD模型离散为精确的26邻接体素模型,选取点、线或面作为参考特征,以数字距离变换为手段,计算体素中心到特征点、线或面的最短欧氏距离,选取适当的以此距离为变量的材料组分分布函数,建立起复杂零件的功能梯度材料模型,实验证实了本方法的有效性。     

球壳形介电弹性体驱动器电致应变特性分析

介电弹性体是电场型电活性聚合物的一种,能够在外加电场的作用下,通过材料内部结构的改变发生伸缩、弯曲、束紧或膨胀等变形,人为控制电压的大小,精确控制变形.基于Neo-Hookean应变能模型,采用ABAQUS有限元软件,开展了材质为丙烯酸聚合物的球壳形介电弹性体驱动器在机电载荷作用下的力学性能有限元模拟,分别分析了无机械预拉伸和有机械预拉伸条件下电致应变特性,进行了球壳形介电弹性体驱动器机电耦合特性的有限元仿真分析,为球壳状介电弹性体驱动器的力电特性、变形失效、稳定性的进一步研究提供了一定的理论依据.     

弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁自由振动的微分变换法求解

基于Timoshenko梁理论研究弹性地基上转动功能梯度材料（FGM）梁的自由振动。首先确定功能梯度材料Timoshenko梁的物理中面,利用广义Hamilton原理推导出该梁在弹性地基上转动时横向自由振动的两个控制微分方程。其次采用微分变换法（DTM）对控制微分方程及其边界条件进行变换,计算了弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁在夹紧-夹紧、夹紧-简支和夹紧-自由三种不同边界条件下横向自由振动的量纲一固有频率,与已有文献的计算结果进行比较,退化后结果一致。最后讨论了不同边界条件、转速、弹性地基模量和梯度指数对功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响。结果表明：功能梯度材料Timoshenko梁的量纲一固有频率随量纲一转速和量纲一弹性地基模量的增大而增大;在量纲一转速和量纲一弹性地基模量一定的情况下,梁的量纲一固有频率随着功能梯度材料梯度指数的增大而减小。     

模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力分析

针对材料均匀去除要求,提出了一种基于梯度功能研抛盘的加工新方法,研究了模量面内变化的梯度功能弹性薄层接触应力问题。用半逆解法推导出梯度功能弹性薄层无摩擦接触应力方程,引入补偿函数来补偿平面位移的影响,简化了解析过程;利用ANSYS建立了梯度功能研抛盘无摩擦接触模型,得到位移加载下试样表面的等效应力分布;通过与应力方程拟合,获得了应力预测方程解析式及相应的补偿函数关系。最后,建立了试验平台,试验对比结果显示误差在10%以内,验证了接触应力预测方程解析式的正确性。     

微机化梯度功能材料送粉器设计与实现

提出了微机化梯度功能材料送粉器的设计方案，并详细阐述了其机械和电气设计原理。设计开发了基于51单片机的梯度功能材料送粉器设备。实际运行表明，此设备控制精度高、稳定性好、界面友好，具有较低的开发成本，较好地解决了梯度功能材料的粉末输送问题。     

功能梯度涂层滚压强化的有限元分析

在功能梯度涂层模型的基础上引入了刚性轧辊,建立了功能梯度涂层滚压强化的力学分析模型,并研究功能梯度涂层的非均匀材料参数、滚压速度对其涂层的等效应力和残余应力的影响,通过计算表明,非均匀材料参数对涂层前部和后部的等效应力有明显的影响,而对涂层中部基本没有影响;在整个涂层表面的残余应力是不相等的,最大等效残余应力为400MPa,最小等效残余应力为30MPa,两者相差近10倍,而滚压速度对于涂层的等效应力没有影响。这为滚压强化功能梯度涂层材料的设计提供了理论支持。     

功能梯度涂层滚压强化的有限元分析

在功能梯度涂层模型的基础上引入了刚性轧辊,建立了功能梯度涂层滚压强化的力学分析模型,并研究功能梯度涂层的非均匀材料参数、滚压速度对其涂层的等效应力和残余应力的影响,通过计算表明,非均匀材料参数对涂层前部和后部的等效应力有明显的影响,而对涂层中部基本没有影响;在整个涂层表面的残余应力是不相等的,最大等效残余应力为400MPa,最小等效残余应力为30MPa,两者相差近10倍,而滚压速度对于涂层的等效应力没有影响。这为滚压强化功能梯度涂层材料的设计提供了理论支持。