CFETR VVPSS中爆破片优化设计与疲劳分析

为了应对泄漏事故下真空室内的过压情况,防止腔室内相关组件的过压损害,设计了真空室超压保护系统(VVPSS)。VVPSS是利用泄放装置(爆破片组件和泄压阀组件)泄放过压气体。考虑CFETR真空室内部布置的大量冷却管路,一旦发生严重的泄漏事故需要采用大直径爆破片在短时间内泄放大量过压气体。而国内的生产商无生产大尺寸爆破片的经验,所以大尺寸爆破片的研究工作迫切需要进行。本文简要描述了真空室超压保护系统的总体工程设计;为了方便快速拆装,满足遥操作的要求,开展了爆破片组件设计;利用有限元分析方法(FEM)研究了爆破片的厚度、圆角半径和缝宽对其爆破性能的影响,获得了符合设计要求的爆破片尺寸;同时针对使用寿命要求,对爆破片进行疲劳分析研究,获得目前爆破片结构使用寿命,分析结果满足设计要求。     

约束条件下天然橡胶硫化胶疲劳现象分析EI北大核心CSCD

通过凝胶色谱分析、衰减全反射傅里叶红外光谱分析及气相色谱-质谱联用分析等手段,对天然橡胶硫化胶在约束条件下剪切疲劳的产物进行了研究。结果表明,在一维受压状态下,剪切疲劳过程中橡胶分子链首先主要发生力断裂现象,进而发生氧老化作用,同时疲劳过程中部分低分子量降解产物和游离态填料会向应力集中的部位迁移集聚。     

二氧化碳气瓶瓶阀爆破片爆破浅析

20 0 1年 2月天津某医院一只二氧化碳气瓶瓶阀爆破片爆破 ,经分析 ,计算确认为低温时充装过量 ,常温时超压引起的并总结了应注意的问题     

负离子源测试平台真空室结构设计及优化北大核心CSCD

负离子源测试平台是用于开展未来磁约束聚变装置中性束注入系统负离子束源性能研究的测试装置。研究分析了负离子束源性能特征及测试方法,基于测试平台工程及物理设计需求,完成了国内首台以盒形壳体作为结构模式的大功率负离子源中性束注入系统(Negative ion based Neutral Beam Injection system,NNBI)束源测试平台真空室的结构设计及重要部件的集成。运用ANSYS Workbench软件建立有限元模型,数值分析了真空室结构静态力学特性,得到了应力与变形分布规律,并通过应力线性化分类处理与响应面的方法分别进行了各类应力评估和束线真空室变形最大的后端封头的结构优化。结果表明:真空室的结构强度与变形量均满足工程设计需求,优化后的封头变形幅值显著降低,为负离子源测试平台的集成设计优化与研制奠定了基础,具有工程应用价值。     

冷挤压GH4169合金孔结构疲劳性能与断口分析EI北大核心CSCD

对G H4169合金中心孔板材进行冷挤压强化,研究其挤压前后825MPa/600℃/R=0.1疲劳寿命,分析挤压前后表面粗糙度变化和疲劳过程中的残余应力场演化,并细致观察两件挤压试样不同寿命(分别为25105周次和10719周次)断口以分析表面完整性对疲劳过程的作用.结果表明:相比原始试样,冷挤压强化后试样中值疲劳寿命估计量提高了1倍,挤压后较低的表面粗糙度和疲劳过程中稳定的残余应力场是疲劳寿命提高的主要原因.同时,挤压后疲劳寿命标准差增大.由断口定量分析可知,两件试样距疲劳源区0.1mm之后的扩展寿命相当,而萌生寿命(分别为18786周次和5915周次)却相差巨大.造成孔挤压后寿命分散性大的原因是0.1mm以内的裂纹萌生寿命差别.为提高孔结构疲劳性能稳定性,挤压时应注意近表层表面完整性的控制.     

航空铝合金原位腐蚀疲劳性能及断裂机理EI北大核心CSCD

为了研究不同腐蚀条件下2024铝合金的疲劳性能,首先设计搭建原位腐蚀疲劳平台,然后分别进行无腐蚀疲劳、预腐蚀疲劳和原位腐蚀疲劳实验,分析不同腐蚀疲劳条件下2024铝合金的疲劳断裂行为,最后利用扫描电镜(SEM)表征宏、微观断口特征,探究失效机理。结果表明:相同腐蚀环境和时间下,预腐蚀和原位腐蚀疲劳寿命分别为无腐蚀疲劳寿命的92%和42%;在原位腐蚀疲劳条件下,滑移带挤入、挤出导致表面粗糙度增加,吸附较多腐蚀介质,加剧蚀坑演化,易于裂纹萌生并形成多个裂纹源。裂纹的连通形成更大尺寸的损伤,并在材料内部快速扩展。预腐蚀和原位腐蚀疲劳试件断口观察到大量脆性疲劳条带,并且原位腐蚀疲劳条带平均间距约为无腐蚀疲劳条带间距的2倍,说明原位腐蚀疲劳条件下裂纹扩展速率更快。     

Hopkinson杆式冲击疲劳试验方法研究EI北大核心CSCD

在民用与国防领域,装备或结构部件常常受到高加载率的重复冲击,即冲击疲劳问题。冲击疲劳试验装置是研究冲击疲劳问题的基础,该研究提出一种分离式Hopkinson杆式冲击疲劳试验方法。首先通过真空系统使撞击弹复位,在加载过程中通过弹性约束对入射杆进行限位,最后利用电动推杆使透射杆和试样复位,以上过程通过PLC控制器控制。这种方法操作简易,能通过在杆上的信号采集实现冲击波的连续实时显示,并能改变撞击体几何构形以产生不同形状(梯形波、三角波或半正弦波)和不同加载率(8×10^(5)~3×10^(6)MPa/s)的冲击加载波,加载频率范围在0~0.5 Hz。最后利用高强钢圆柱试样和含有工艺缺陷的增材制造316L不锈钢三点弯曲试样对试验方法进行了验证,证明该方法有效可靠。     

基于神经网络的耳片疲劳损伤状态分析系统

分析了影响耳片结构疲劳状态的主要因素,把这些因素归纳为静强度,抗疲劳设计与制造以及使用过程中的疲劳积累三大类。采用多层B－P人工神经网络结构,构造了能映射各因素与总体效果影响的人工神经网络系统,该系统采用了一个主网络和两个子网络的结构,降低了状态空间的维数,提高了运算速度,较好地反映了实际结构的疲劳失效机理,为耳片结构的疲劳评估提供了一种较客观的方法。     

隧道爆破新自由面形成时间的识别与应用EI北大核心CSCD

隧道爆破中新自由面的形成影响爆炸能量的传播,能显著降低爆破振动强度。由于现场爆破过程的瞬态性及危险性,难以确定新自由面的形成时间,揭示其作用规律。为解决该问题,提出新自由面形成时间的识别方法,借助电子雷管精准起爆特性设计获取两组对比波形,一是通过现场短延时掏槽爆破试验获取受新自由面影响的实测振动波形;二是按照现场延时间隔,基于叠加理论得到不考虑新自由面影响的计算振动波形。通过希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)分别计算两组波形全时程的累积能量,分析两条累积能量曲线,以差异特征点作为新自由面形成时间。现场应用该方法确定的形成时间为43.5 ms。分析新自由面形成后能量折减率的变化过程,发现存在快速增加到最大值、持续稳定、逐渐降低3个阶段。对比分析短延时(<10 ms)和长延时(>10 ms)爆破条件下的计算振速和累积能量,确定16~19 ms为较优的掏槽孔间延时。     

爆破扰动松软煤层对巷道围岩稳定性的影响EI北大核心CSCD

随着煤矿采掘深度的增加,爆破技术在煤矿井下的应用越来越广泛,但因爆破扰动松软煤层诱发的煤与瓦斯突出事故也不容忽视。为研究爆破扰动松软煤层的力学特征以及爆破震动效应对巷道围岩稳定性的影响,以巷道掘进爆破扰动松软煤层诱发煤与瓦斯突出为工程背景,根据相似理论在实验室搭建了爆破模拟试验系统,通过超动态应变仪监测爆破载荷作用下试样的力学特性,结合理论分析和数值模拟探讨爆破对巷道稳定性的影响。研究发现,当爆破孔从岩层进入松软煤层,在该试验条件下产生了类似突出的破碎抛掷过程;爆破裂纹扩展是导致巷道围岩破坏的根本原因,而松软煤层的存在会加剧巷道围岩的破坏程度,促使巷道围岩的裂隙进一步扩展发育,在煤矿井下一次爆破装药量大,炮孔数目多和需要多次爆破的情况下,爆破振动的累积损伤会最终影响到巷道的稳定。研究成果对揭示井下爆破扰动构造带煤岩诱导煤与瓦斯突出的发生机理具有重要的理论价值。     

超高斯随机振动疲劳加速试验模型研究EI北大核心CSCD

通过理论分析,针对超高斯随机振动激励建立了相应的振动疲劳加速试验数学模型,给出了模型中未知参数的具体求解方法,并通过实际试验进行了验证。该模型十分便于进行振动疲劳加速试验的定量设计,具有很好的工程实用性,可用于评估随机振动环境下工程结构的疲劳寿命与可靠性。     

汽车物流器具随机振动损伤与疲劳寿命预测研究EI北大核心CSCD

汽车零部件产品常被采用堆垛形式的物流器具运输以避免损伤。应用随机振动试验方法,分析三种不同振动等级下,堆垛型钢质物流器具的振动损伤;基于物流器具—装载物—夹具相互作用关系,建立了全景天窗运输器具的有限元模型,研究了平稳高斯随机振动下该器具的疲劳响应,获得关键位置变形和等效应力,预测器具的疲劳寿命。研究结果表明:有限元分析得到的共振频率与随机振动试验结果相差3.4%;器具振动响应主要受低阶共振频率影响,最大应力集中在堆垛柱与托盘连接处;上层装载物响应加速度1.42g明显大于下层0.79g,而同处于上层的装载物响应加速度差别小于1.7%;上下层堆垛柱响应加速度分别为0.82g和0.79g,差别不明显。上述方法可模拟运输过程中汽车物流器具振动疲劳及装载物易损点,为汽车物流器具设计提供参考。     

单调作业中单调感对职业疲劳的影响研究北大核心CSSCI

为了探讨单调作业条件下作业者职业疲劳及其影响因素,以及作业者主观单调感对于职业疲劳的影响,通过问卷调查的方法对120名汽车厂焊装生产线车间员工的疲劳状况、睡眠质量、生活质量、作业相关要素和主观单调感进行了调查和数据处理。对该作业人群的疲劳状况及引发疲劳的各项影响因素进行了统计分析及多元回归分析。分析结果表明,作业者在单调作业下产生主观单调感的现象是普遍存在的,而这种单调感会显著地影响作业者的疲劳状态。影响作业者主观单调感的各相关因素中,作业环境和作业时间是两个主要因素;而相同的作业条件下,女性作业者更容易感到疲劳,也更易于产生单调感。因此,对于作业者主观单调感的改善应首先从作业环境和作业时间两个方面着手。同时对女性作业者应给予更多的关注。     

十字开槽爆破片超高压爆破实验与仿真研究

为了研究爆破片在瞬态超高压作用下的破裂形态和破裂压力等动态特性,设计了一种十字开槽爆破片,并通过实验和数值仿真相结合的方法进行了研究.首先,搭建了CO2爆破试验平台对爆破片进行瞬态升压加载实验,得到了爆破片的破坏形态及破裂压力值;然后建立了基于Johnson-Cook损伤本构的十字开槽爆破片瞬态升压破裂失效的有限元模型...     

基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破研究EI北大核心CSCD

针对岩巷中深孔掏槽爆破效果差的问题,设计了基于切缝装药定向预裂的中深孔掏槽爆破方案。首先从理论上分析定向预裂对槽腔形成的影响,然后开展掏槽爆破数值模拟揭示槽腔岩体的破坏历程和破坏机制,最后通过现场试验探究其应用效果。结果显示:预裂孔中的切缝装药爆破后沿预裂孔连线会形成定向预裂面,定向预裂面具有自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应,能够促使槽腔岩体充分破坏以形成易于抛掷的岩块,且定向预裂面可以降低成腔阻力,有利于掏槽孔爆破成腔;数值模拟实现了槽腔岩体破坏过程的可视化,通过模拟结果证明了定向预裂面的自由面反射拉伸效应和应力波阻隔效应;相比于现有普通中深孔掏槽爆破技术,在岩巷中深孔爆破采用该掏槽技术时,平均循环进尺增加了0.29 m,平均炮孔利用率提高了11.6%,平均炸药单耗降低了0.19 kg/m^(3),平均雷管单耗降低了0.13发/m^(3),结果验证了此新型掏槽技术在岩巷中深孔爆破的适用性。     

十字开槽爆破片超高压爆破实验与仿真研究

为了研究爆破片在瞬态超高压作用下的破裂形态和破裂压力等动态特性,设计了一种十字开槽爆破片,并通过实验和数值仿真相结合的方法进行了研究。首先,搭建了CO_2爆破试验平台对爆破片进行瞬态升压加载实验,得到了爆破片的破坏形态及破裂压力值;然后建立了基于Johnson-Cook损伤本构的十字开槽爆破片瞬态升压破裂失效的有限元模型,对破裂失效规律进行了分析。结果表明失效模式主要为十字中心破口,破裂形态、破裂压力和破裂时间与实验结果吻合良好,相对误差在6%以内;同时对十字开槽爆破片的有效厚度、槽深、槽宽等破裂压力的影响因素进行了仿真分析,得到破裂压力随有效厚度的增加而线性增大,随槽深的增加先下降后增大,随槽宽增加而成指数函数关系增大等规律。研究成果可为瞬态超高压力作用下的爆破片设计及工程应用提供参考。     

叠片结构对铜抗热疲劳性能的影响研究北大核心CSCD

研究了一种多层铜箔构成的叠片式表面结构,与铜块体同时在10-5Pa真空下进行电子束热疲劳,电子束的功率密度28 MW/m^2,循环3000次。采用扫描电子显微镜(SEM)对热疲劳后的铜箔与铜块体的表面损伤进行了分析,结果表明,由于铜箔处于单轴应力状态,表面产生的热应力较小,导致表面裂纹较细较少,且多产生垂直于箔片方向的裂纹,难以扩展。结合SEM照片,利用计算机图片处理软件,对叠片结构的铜箔与铜块体表面裂纹损伤进行了定量分析。结果表明,叠片结构的铜箔表面的裂纹密度和宽度均远小于铜块体,表现出更好的抗热疲劳开裂性能。而且,铜箔的厚度越小其抗热疲劳开裂性能越优异。该思路将为解决面向等离子体、非晶甩带冷却辊等材料的热疲劳问题提供有益参考。     

基于力电响应的压电悬臂梁疲劳寿命预测EI北大核心CSCD

针对压电振动能量收集器的疲劳问题,旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳试验测得的试验结果,以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法;进一步分析振动疲劳过程中谐振频率变化与负载功率变化的关系模型,提出一种基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法。结果表明:基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差在10%~20%之间,其误差范围控制在1.5倍误差线以内;而基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差集中于25%左右,误差范围均控制在2倍误差线以内且属于偏安全的预测效果。     

深部岩石爆破主裂纹扩展方向与地应力的关系EI北大核心CSCD

岩石巷道掘进爆破表明,高地应力环境下的岩石破坏与低地应力条件下或浅埋岩体下的岩石破坏有所不同。其中,地应力对爆破主裂纹的扩展方向影响较大。该研究利用一种符合硬岩力学特性的透明模型相似材料,开展双向荷载作用下透明岩石爆破相似模型试验,研究初始地应力作用下岩石爆生裂纹扩展的规律。试验结果表明:具有初始静载作用的试件,其径向主裂纹的扩展由无初始应力时的放射状转变成沿着主应力方向扩展;径向裂纹的扩展长度和数量均随侧压力系数的增加而逐渐减小;最长径向主裂纹扩展方向与最大主应力方向的夹角随着侧压力系数的增大而逐渐增大。同时,基于爆炸力学、弹性力学和应力波理论,建立可定量描述初始地应力与爆破主裂纹扩展方向关系的等式,即tan φ=σ_(x)/σ_(y)(0≤φ≤45°)。由计算式所得主裂纹扩展方向与地应力方向的夹角和物理模型试验所得基本一致,这对理解高地应力条件下岩石爆破破裂机理具有重要的现实意义。     

在片电容测量系统溯源及测量方法研究北大核心CSCD

针对在片电容参数溯源及测量不准确问题,提出一种溯源及测量方法,通过在片形式的直通线将测量结果与成熟的四端对标准电容器的量值联系起来,实现了在片电容参数的溯源。通过定量研究干扰回路对测量结果的影响,对探针系统及测量线缆的影响进行修正,准确测量在片电容值,使得测量数据的准确性可验证,计量级在片电容测量系统测量准确度提高0.08%。