压力容器法兰加强结构设计的简易算法

法兰加强结构即在法兰与筒体之间沿径向加筋板的结构。 1 法兰受力分析及载荷计算 根据作用与反作用原理,法兰螺栓所承受的载荷就是法兰所承受的力。 螺栓载荷计算,可根据图1作如下受力分析:     

垫片螺栓法兰连接系统的强度可靠性分析

螺栓法兰系统作为一种方便的可拆卸连接 ,在现代化工、航空航天等领域应用非常广泛。这种连接结构不仅要求各连接元件在预紧和操作情况下不发生强度破坏 ,同时还要求满足一定的密封性能。本文将垫片螺栓法兰作为一个整体 ,考虑到法兰旋转、内压对垫片螺栓法兰系统受力与变形的影响 ,按照极限载荷法确定螺栓与法兰环的极限状态 ,对螺栓按拉伸、拉伸与弯曲组合计算模糊可靠度 ,对法兰环轴向按弯曲、径向及轴向按弯曲与薄膜应力组合计算其模糊可靠度。算例表明 ,本文提出的螺栓法兰可靠度计算方法是可行的     

外载荷作用下火箭发动机法兰连接系统的受力与变形分析

法兰连接系统在火箭发动机上得到了广泛的使用。将螺栓、O型圈和法兰环作为一个整体,应用弹性理论,提出了在外载荷作用下各元件的受力与变形的计算方法。算例的计算结果表明,本文提出的计算方法比等效压力法更接近真实情况。     

大型500 kV变压器主密封法兰系统受力分析

利用有限元分析软件ABAQUS对油浸式变压器的主密封界面的螺栓、垫片、法兰系统进行建模,分析预紧状态下法兰螺栓受力及变形情况,探讨接触应力随橡胶垫片压缩率、流体压力、橡胶垫片硬度的变化规律。结果表明:在螺栓预紧载荷作用下,法兰偏转使螺栓受力不均,箱沿连接处为法兰最易损坏位置,可在箱沿与箱体处加额外刚性固定来增加强度;随着压缩率与流体压力的增大,橡胶垫片的接触应力和von Mises应力均增大;橡胶垫片硬度越大,相同流体压力下的接触应力和von Mises应力也越大,因此当密封界面承受较大流体压力时,应选用硬度大的橡胶垫片。     

基于非线性有限元的螺栓法兰接头应力分析

考虑法兰接头各元件之间的相互作用以及垫片材料的非线性,建立了管法兰接头的三维有限元模型,研究了螺栓预紧载荷、介质内压和法兰尺寸对法兰的偏转角度及垫片接触应力的影响。结果表明:螺栓预紧载荷及介质内压的增加均会造成法兰偏转角的增大,从而引起垫片接触应力沿径向方向分布的不均匀程度变大;法兰直径越大,其垫片应力在径向上分布越不均匀;对较小直径的法兰,轴向螺栓力随介质内压的增加而增大,对大直径的法兰,轴向螺栓力随内压增加而减小。     

核电站不同型式高温法兰及密封计算分析研究

针对某基于ASME标准设计的核电站反应堆压力容器双道金属密封高温法兰的设计需求,给出两种不同结构型式的高温法兰(FF和RF型法兰)的密封预紧载荷和法兰受力校核的计算方法,并对两种不同结构型式法兰的密封螺栓预紧力、螺栓截面、法兰受力等计算结果进行分析比较;另外考虑了高温和低温法兰设计的区别、有无外载荷以及不同密封形式的影响,分别进行了考虑高温、外载荷存在和双道金属线密封的法兰螺栓计算的优化,其设计理念、计算方法可供核电站用其他高温法兰借鉴。     

爆炸容器法兰结构的有限元计算分析

利用ANSYS有限元分析软件,对法兰结构进行三维有限元计算,并采用对比试验验证了数值模拟的可靠性。数值计算给出了容器筒体发生塑性变形时法兰连接结构的详细的应力情况,得到以下结论：法兰张角是法兰系统整体强度和刚度的直观反映,可作为表示法兰失效的量化参数;法兰连接结构的最大应力出现在螺栓内侧及螺栓孔外侧靠筒体处;法兰环厚度是引起法兰结构受力变化最敏感的法兰尺寸,锥颈的宽度和法兰外径相对于法兰环厚度的变化对法兰强度的影响要小得多;螺栓孔中螺栓的位置和螺栓预紧力对孔周围的受力情况影响很大。这些结论为后续爆炸容器法兰结构设计及开展相关试验提供了可靠依据。     

径向受载型金属垫片法兰密封结构的力学特性研究

介绍了一种径向受载型金属垫片法兰密封结构,分析了其受力特点和密封机理。利用有限元分析方法对它的力学特性进行了研究,计算了不同的法兰锥形张角在不同轴向压缩量下的轴向力、径向力以及密封面上的最大von Mises应力,分析了其规律及对密封结构装配特性、密封特性的影响。与普通轴向受载型金属垫片法兰密封结构相比,其所需的紧固载荷较小,用较轻的法兰及较小的螺栓载荷即能实现密封作用,尤其适用于装配空间小、装配时间要求短、有辐射、需远距离操作等场合。     

三叉杆滚子式万向联轴器叉杆最佳断面形状的确定

本文把滚子的受力状态简化成承受载荷的圆环受力模型进行分析，使叉杆的断面形状和滚子环的弹性线保持一致，叉杆的中心与滚子原始位置的径向位移和三叉杆在径向方向上的修整量，从而确定了叉杆的最佳断面形状。     

组合式爆炸容器联接螺栓的动力学分析

在分析螺栓受力状态的基础上 ,将一个承受内部中心点爆炸作用的螺栓联接三段组合式爆炸容器的各组合段和螺栓分别简化为刚体和弹簧 ,从而得到了一个三自由度弹簧 -质量系统。通过系统振动响应的分析研究 ,给出了联接螺栓的应变表达式。理论与实验结果的对比分析表明 ,螺栓的受力状态与容器的作用载荷以及联接刚度密切相关 ,对容器作用载荷的缓冲衰减并采用适当的方法降低法兰刚度是提高爆炸容器承载能力的重要途径     

应力松弛条件下O形圈的密封性能研究

为了研究O形圈的应力松弛规律及其在应力松弛条件下的密封性能,通过O形圈应力松弛试验,得到其轴向载荷衰减规律,将这些载荷值导入ANSYS中计算出O形圈的接触压力,并利用逾渗理论计算出O形圈密封面的泄漏率。研究结果表明:应力松弛条件下,O形圈上的轴向载荷随时间缓慢下降,初始压力越大轴向载荷衰减得越快,总体来看O形圈上的轴向载荷随时间遵循F_z=Aexp(-t/B)+C的衰减规律;施加的载荷越大O形圈与其接触面各点的接触压力越大,且不同载荷下O形圈与其接触面各点的接触压力均大于介质压力;应力松弛条件下O形圈密封面的泄漏率极小。试验、仿真计算及理论分析均表明,O形圈在应力松弛条件下具有良好的密封性能,证明了O形圈作为静密封的可靠性。     

法兰连接系统应力分析

建立了法兰连接系统的有限元模型,分析了垫片在预紧作用下和逐渐加内压以及外弯矩情况下的应力场分布。研究表明,垫片应力在预紧力作用下,随着内压的升高,垫片应力沿径向分布趋于不均匀,螺栓具有不容忽视的弯曲应力。数值计算结果与PVRC（美国压力容器委员会）实验进行了比较,两者结果接近。     

车联网环境下考虑前方车辆驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型

前方车辆驾驶人意图信息对后方车辆预警防撞模型危险判断至关重要,针对传统防撞模型误警率高、制动不及时等问题,设计了一种考虑前方车辆驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型。首先,选择BP神经网络（Back-propagation neural network,BPNN）和隐马尔可夫模型（Hidden Markov model,HMM）作为驾驶行为层与驾驶意图层的主体模型,并利用驾驶模拟器采集的前车制动踏板、加速踏板和车速等意图观测数据作为输入构建意图识别模型,从而实现对前车驾驶人加速驾驶、匀速驾驶、正常制动和紧急制动意图的识别;其次,利用车联网将前车驾驶人意图识别结果与路面附着信息传递给后方车辆,建立考虑前车驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型,动态判断碰撞危险并调整预警及制动执行逻辑;最后,为验证所提出的意图识别模型准确性和主动预警防撞模型的有效性,搭建基于Simulink、Carsim及PreScan的联合仿真平台,并进行多工况试验测试。结果表明,所提出的BP-HMM模型对前车驾驶人意图的平均识别准确率为94.17%,优于传统BP或HMM识别模型;主动预警防撞模型在预警测试中的平均正警率为93.43%,与TTC、Mazda及考虑后车驾驶人意图的三种模型相比,平均误警率分别降低了16.12%、23.43%和26.67%,且在自动紧急制动测试工况中均能成功避免碰撞,两车最短相对距离大多保持在2～8 m范围内,平均值为3.698 m,具有更高的安全性和稳定性。     

超声振动强化搅拌摩擦焊的热力行为及微观组织特征

为了利用超声振动降低搅拌摩擦焊过程中金属材料的屈服应力和流动应力,研发超声振动强化搅拌摩擦焊试验装置,开展6061-T6铝合金的焊接工艺试验。采用实时采集焊机电参数并将其转化成力矩和力的方法,测试超声振动作用下搅拌摩擦焊的焊接载荷,利用热电偶测试施加超声时的焊接热循环,通过体视显微镜和金相显微镜分别观测焊缝截面尺寸和接头微观组织,并与相同参数下常规搅拌摩擦焊的情况进行比对。研究结果表明,超声振动能够显著降低焊接轴向压力和搅拌头转矩,增大焊缝横截面尺寸,细化和均匀焊核区和热力影响区的晶粒组织。热循环的测量结果显示,超声振动的施加略微降低了测量点的焊接热循环峰值温度。分析认为,超声振动与搅拌头附近的塑性变形材料相互作用,降低了金属材料的屈服应力和流变应力,进而改变了原有的温度场,从而产生了优异的工艺效果。     

反应堆压力容器内壁环形锻件焊接残余应力三维有限元数值模拟

某新型反应堆压力容器内壁设计了环形锻件与筒体内壁焊接的环形焊接结构。该种结构形式的焊缝首次在反应堆压力容器中出现,无成熟经验可以借鉴。为了了解该种复杂结构形式及大厚度焊缝的焊接残余应力幅值及分布规律,基于ANSYS有限元分析软件,建立了反应堆压力容器内壁环形锻件多层多道焊接三维有限元模型。在此基础上,以带状移动温度热源作为焊接热源模型计算出多层多道焊接的瞬态温度场结果,采用热-力间接耦合法,得到了焊接应力场计算结果。模拟结果表明,焊缝区域环向应力从上表面到下表面分布趋势为拉应力-压应力-拉应力,呈现自平衡的分布形式。根部焊道区域的环向应力为拉应力。焊缝上轴向应力最大为300 MPa左右;焊缝上下表面径向应力较大,达到400～500 MPa左右;峰值等效应力出现在焊缝根部区域,幅值最大约700 MPa。     

深沟球轴承的载荷分布与刚度特征研究

采用有限元法计算了"奇压"与"偶压"两种受载形式下深沟球轴承的静力学响应。对比讨论了轴承内接触应力分布、轴承变形及刚度的变化特征。结果表明当外载荷达到某一值时,关键滚动体与外圈滚道接触中心的接触应力明显大于与内圈滚道接触中心的接触应力,并随着载荷的增加,这个趋势越发明显;两种受载形式下,轴承的位移与刚度表现出明显的差异,奇压形式下,轴承的径向位移小于偶压形式下的径向位移,而奇压形式下的轴承刚度则大于偶压形式下的刚度;相同载荷作用下,静力学方法计算的轴承径向位移小于有限元法计算结果。     

高压高转速螺旋槽干气密封浮环变形研究

柱面螺旋槽干气密封被应用于高参数工况时,由于浮环容易发生变形,影响密封系统的运行和性能。根据柱面干气密封的结构特点,建立考虑流固耦合下的旋转环和浮环的模型;绘制柱面气膜计算域,利用独有block映射技术的ICEM软件对气膜模型进行跨尺度网格划分;采用Fluent对气膜流场进行模拟计算,提取浮环表面所受气膜承载力的变化函数;结合ANSYS Workbench将变化的气膜压力耦合到浮环固体表面上进行力变形求解,讨论介质压力、转速对变形的影响规律。结果表明:浮环的变形主要表现为沿径向的挤压变形,浮环外边缘处产生最大压缩位移,且最大变形量超过了密封时的平均气膜厚度,说明流场的变化对浮环的变形有一定的影响;浮环的最大变形量及应力值与介质压力、转速呈线性关系增加,其中介质压力起主引导作用。     

Pre-sliding Behaviour of Single Asperity Contact

The pre-sliding and static friction force behaviour at asperity level between a smooth ball and a smooth flat surface at different normal loads, as well as friction behaviour during full slip has been studied. The normal load dependence of the friction force and the preliminary displacement is discussed when the mean contact pressure is kept under 100 MPa. The theoretical model to calculate the shear stress and the preliminary displacement in the contact is discussed and the experimental data were used to verify the model. The results show that for low applied normal loads the adhesion force has an influence on the friction force measurements. Furthermore, the results for the friction force and preliminary displacement show good agreement with the theoretical trends. The experiments along with the model can be used to analyse the tangential traction in the contact and the behaviour of the stick–slip area. The measurement results along with the model were used to calculate the maximum shear stress at the point of sliding for different applied normal loads. It is also shown that at low applied normal loads the shear stress is not constant as compared to relatively high applied normal loads due to the presence of adhesion force.     

Proof testing of ceramic femoral heads for hip joint implants

A proof test procedure for the rejection of defective ceramic hip ball heads in the production line is presented. The procedure consists of applying a load to each ceramic ball head. This load, being somewhat higher than the maximum physiological load, should not cause any damage in cases where the highly stressed areas are free of flaws. In this procedure, a polymer ring is positioned inside the ball head bore between a socket and the head of a tie bolt. Once the tie bolt is pulled downwards, the ring creates a radial pressure on the inner bore surface of the ball head. With an iterative approach based on finite element analysis, the proof test design was optimized in order to obtain a stress distribution in the ball head similar to that resulting in in vivo conditions. The calculated results were validated by strain gauge measurements performed on an assembled proof test apparatus. Several polymers were considered for the ring. Ultrahigh-molecular-weight polyethylene (UHMWPE grade RCH 1000) showed the best durability properties and lowest wear rates. The requirement to perform 1000 reruns without significant reduction of stress in the ball head was fulfilled. Although other proof test procedures for ceramic femoral heads already exist, the procedure presented in this article shows advantages concerning maintenance and operating costs.     

切向加载下螺栓连接复合板的失效分析*

极限载荷和孔周应力是导致螺栓连接复合板失效的主要因素。基于Hashin失效准则和有限元模型建立螺栓连接复合板的渐进损伤有限元模型,通过位移载荷响应讨论预紧力、界面摩擦因数和孔隙变化对极限载荷的影响,分析不同铺层角下孔周应力分布规律。结果表明：随预紧力增大,螺栓连接复合板极限载荷先增大后减小,随摩擦因数增大,螺栓连接复合板极限载荷逐渐增大;不同孔隙下准线性阶段位移载荷响应基本一致,孔隙对极限载荷的影响主要体现在滑移阶段及剪切变形阶段;孔隙增大会减小螺栓与螺孔间的有效接触面积,影响螺栓连接的压力分布和强度;纤维铺层方向与应力分量同向时可有效减少外载荷导致的该方向应力分量的变化,且主应力分量皆在承压区域达到其最小值;应力分量方向与纤维铺层方向相同且该方向无外载荷作用时,应力分量随着角度从承压区到非承压区递增变化。