分段式环形耐压壳设计与分析

开展了分段式环形耐压壳的加强结构设计与分析.按照中国船级社耐压壳设计规范,采用数值分析的方法,设计了工作水深2633 m的分段式环形耐压壳,研究了椭圆截面长短轴之比对分段环壳极限承载能力的影响规律,分析了环肋厚度对分段环形耐压壳性能的影响规律.结果表明,椭圆截面长、短轴比值为1.113,分段环壳具有良好的抗压性能.环肋...     

交接环形耐压壳屈曲特性试验与数值研究

研究了不锈钢交接环形耐压壳在均匀外压作用下的屈曲性能。使用的交接环形耐压壳的截面半径为70.5 mm,壁厚为1.319 mm,圆周旋转半径为134 mm。制作了6个交接壳模型,并对其进行几何测量、静水外力试验和数值计算,在此基础上对交接环形耐压壳屈曲行为进行分析,研究了交接角度和环肋参数对屈曲的影响规律。结果表明,交接角度对交接环壳屈曲载荷没有影响,环肋的宽度和厚度达到一定阈值时,临界屈曲载荷值保持不变且接近于交接单元的屈曲载荷。     

多蛋交接耐压壳仿生研究

以鹅蛋壳为生物原型,开展了多蛋交接耐压壳仿生设计及性能研究工作。首先,通过蛋壳生物学试验,建立了蛋形函数;其次,对深海多蛋交接耐压壳进行设计,建立了蛋壳个数分别为2、3、4、5、6的数值模型,研究其临界屈曲载荷、极限强度载荷和储备浮力特性;最后,通过正交试验设计,分析了多蛋交接耐压壳主要几何参数对其性能的影响规律。结果表明：Kitching蛋形函数与鹅蛋经线的吻合程度最高,其长轴与偏心距之比取45,蛋形系数取0.69;深海多蛋交接耐压壳的临界屈曲载荷远大于极限强度载荷,即极限强度载荷为结构设计的主要因素;蛋形壳个数对极限强度载荷和浮力系数影响很小;蛋形壳厚度对极限强度载荷和浮力系数影响较大;加强肋对浮力系数影响较小,而对极限强度载荷影响较大。     

蛋形耐压壳设计与分析

基于蛋壳几何学特性,开展了蛋形耐压壳结构设计与性能分析。根据鹅蛋形状扫描、宏观尺寸统计试验,研究蛋壳圆度、体积、表面积及蛋形系数分布规律,建立体积方程、表面积方程及蛋形函数;设计了4 km水深蛋形耐压壳,并定量分析其安全性、储备浮力、空间利用率、水动力学特性等性能;采用正交试验,研究长轴、短轴、厚度对蛋形耐压壳性能影响规律。结果表明,鹅蛋壳为高度对称结构,其蛋形系数符合均值为0.69的正态分布;蛋形耐压壳具有良好的综合性能,其中厚度是影响强度的重要因素,长轴次之,短轴最小;长轴是影响屈曲的重要因素,厚度次之,短轴最小;厚度是影响浮力系数重要因素,短轴次之,长轴影响最小;长轴是影响空间利用率的重要因素,短轴次之,厚度影响最小;水动力学特性主要受短轴影响。     

纵向波纹柱形耐压壳屈曲数值分析与试验研究

采用周向或轴向波纹,增强圆柱形耐压壳(简称圆柱壳)的承载能力已备受关注。采用数值与试验结合的方法,研究等容积圆柱壳和纵向波纹柱形耐压壳(简称波纹柱壳)的屈曲特性。首先,建立波纹柱壳的几何模型和数值模型,分析均布外压作用下,波纹参数变化对波纹柱壳屈曲特性的影响规律;其次,依据承载能力进行波纹参数优化设计,并制造两组等壁厚和等容积的圆柱壳和波纹柱壳实物模型;再次,测量两种模型的实际几何数据,分别建立其数值模型,并进行屈曲特性分析;最后,对圆柱壳和波纹柱壳的实物模型进行静水压力试验,与数值结果作对比分析。结果表明:均布外压下,等容积纵向波纹柱壳的屈曲性能优于柱形壳,其平均屈曲载荷提高了56.8%,纵向波纹改善了圆柱壳的承载能力。     

非圆金属O形环装配预紧过程仿真模拟

反应堆压力容器密封用超大直径金属O形环在加工完成后会无可避免地产生变形,理想圆度难以保证,导致其在装配预紧过程中产生复杂的变形结果。为研究椭圆金属O形环装配预紧过程的变形特征,在以同周长方式构建椭圆环模型进行仿真模拟的基础上,根据椭圆金属O形环与法兰内外壁面的接触关系,研究其压缩过程中关键截面的变形位移和关键截面特征点的运动轨迹变化,较为全面地分析了椭圆金属O形环的整体变形情况。仿真结果表明:椭圆金属O形环在压缩过程中长轴处沿径向向内移动,短轴处沿径向向外移动,整体变形结果趋于圆形;并且长轴和短轴截面发生方向相反的扭转,使椭圆金属O形环产生扭转变形。     

铝合金E形截面轴压杆件屈曲分析方法的探讨

分别采用弹性理论公式法、ANSYS软件中的特征值屈曲分析法和非线性屈曲分析法计算两端简支的铝合金E形截面薄壁杆件在轴心受压时的弯扭屈曲临界载荷。计算结果表明,采用梁单元建模并用非线性法对E形截面薄壁杆件进行轴压屈曲分析,是一种既能满足一般工程设计要求又简单易行的计算方法。     

海底观测仪耐压壳体强度特性研究

以1000 m水深某海底观测仪耐压壳体为研究对象,运用有限单元法,对比分析经典公式计算结果,分析经验公式的局限性;通过线性屈曲和非线性后屈曲分析得到不同长径比模型临界载荷的变化规律和极限强度以及后屈曲行为的变化特点;通过多工况的有限元计算分析,推导加筋圆柱壳的临界失稳载荷公式,最终得到重量减轻14.8％加筋圆柱壳结构.     

推制工艺对推制弯头几何形状的影响

本文研究了弯头推制工艺对弯头几何形状的影响。通过对坯料、芯棒、温度和推进速度对弯头曲率半径、截面不圆度和壁厚影响的研究,得出结论:D/Dp(弯头截面直径/坯料外径)=1·33~1·40;b/a(芯棒椭圆截面长轴/芯棒椭圆截面短轴)=1·06~1·10;WB36材质加热温度最高点=880~900℃,A335P22材质加热温度最高点=900~920℃;推进速度≤1000δ/2D(δ—弯头壁厚,D—弯头截面直径)。     

基于初始缺陷敏感性的轴压薄壁圆柱壳屈曲分析研究进展

屈曲是轴压薄壁圆柱壳结构最主要的失效模式之一。围绕轴压下薄壁圆柱壳结构的承载能力对初始缺陷具有高度敏感性这一问题,系统回顾半个多世纪以来国内外学者在考虑初始缺陷对轴压薄壁圆柱壳屈曲临界载荷影响方面所做的理论、试验以及数值模拟等工作。研究表明,目前已形成了两类等效考虑初始缺陷影响的方法,即：基于数值模拟的确定性分析方法和基于概率统计的不确定性分析方法。其中,前者主要针对初始几何缺陷,而后者则还包括非传统初始缺陷,如材料、厚度及加载缺陷等。两类方法在开展轴压薄壁圆柱壳屈曲载荷预测和设计方面各具特点和优势,相较于试验结果,多点扰动载荷法和单边界扰动法的预测精度最高,两者均能达到90%以上的预测精度且同时具有一定的安全裕度。最后展望未来基于初始缺陷敏感性的轴压薄壁圆柱壳屈曲研究方向和亟待开展的研究工作,为相关研究的开展提供了一定的参考和指导。     

椭圆截面异形轴专用模具

某零件如图1所示,是一款带有椭圆截面的异形轴,椭圆长半轴为2.4mm,短半轴为1.65mm。该轴材质为3Cr13,产品短小,生产批量大。目前,椭圆轴加图1工比较困难,常用椭圆轴加工方法有靠模仿形法、数控加工中心铣削法和特殊数控车床车削法等。     

含初始几何缺陷薄壁圆柱壳屈曲载荷的数值模拟方法研究

对3个薄壁圆柱壳试件进行了轴压屈曲试验,得到了屈曲临界载荷值和屈曲变形。基于试验结果,比较了弧长法、非线性稳定算法和显式动力算法3种有限元数值模拟方法的差异,其中非线性稳定算法的模拟结果与试验结果吻合最好,该方法可以比较准确地计算轴压屈曲临界载荷,误差在6.0%以内,且屈曲变形与试验吻合得较好。试验表明,初始几何缺陷的存在大幅降低了薄壁圆柱壳的屈曲临界载荷,试验值仅为理论值的42%左右。     

空心圆轴的应用探究

<正>轴类零件多受弯曲和扭转力矩影响。虽然一般转轴为交变或脉动应力,但仍以最大应力为强度计算指标。为了节约材料、减轻质量、降低最大应力,需合理设计轴的支承和截面。本文着重讲述轴的截面设计。1空心圆轴概述对于大直径圆截面轴类零件,做成空心环形     

点阵截面对点阵夹芯圆柱壳性能的影响

分析点阵截面尺寸对四面体空间点阵圆柱壳结构性能的影响。分别分析在实心截面和空心截面两种情况下,截面尺寸的变化对四面体点阵圆柱壳结构的一阶频率以及结构的抗失稳性能的影响。在保证结构总质量不变情况下,利用有限元软件ANSYS计算,结果表明：点阵夹芯圆的承载能力明显优于等质量圆壳。对于实心圆截面而言,截面外轮廓尺寸B存在最优解,使结构承载能力最强。对空心截面而言,当蒙皮厚度不变,随着B的增大,结构的承载能力增强。若B为某一定值不变时,当截面外轮廓尺寸与点阵壁厚比值λ取适当值时,结构的承载能力最强,存在最优λ。点阵截面尺寸变化对结构一阶频率的影响较小。     

蜂窝夹芯胞元壳的屈曲特性研究

以正六边形蜂窝夹芯的胞元壳为例,将Euler细长杆的稳定理论与板壳力学中的稳定理论相结合,提出了薄壁胞元壳轴向受压临界载荷的计算公式和屈曲模态的三重级数表达式。根据胞元壳不同的失效形式,将其分成了短胞元壳、长胞元壳和特长胞元壳,确定了不同类型胞元壳的临界载荷控制方程和其对应的一阶屈曲模态,在此基础上提出了胞元壳临界载荷总图。用3D有限元数值模拟技术,通过对铝质正六边形蜂窝胞元壳进行模拟,将其结果与公式的计算结果相比,两者非常接近,证实了理论分析的有效性。其结论对蜂窝夹层结构和薄壁棱柱壳的理论研究有重要的指导意义。     

刮板输送机链轮磨损与圆环链形变之间的关系

采用数值分析与试验结合的方法分析了圆环链形变与驱动链轮磨损之间的关系。建立了圆环链有限元模型,分析了标准圆环链在不同负载下圆弧段的弹性形变,数值计算结果表明：在拉伸负载作用下,圆环链圆弧段为椭圆,椭圆长短轴之差随负载增加而增大,当负载接近弹性极限载荷时,圆环链椭圆弧段出现凹弧;采用柔性三坐标仪检测磨损前后驱动链轮链窝曲面并进行分析后发现,链轮链窝在准线方向磨损趋于均匀,母线方向磨损与圆环链形变之间存在关联。测试链轮母线磨损与匹配圆环链21.4%弹性极限载荷时外廓一致。最后得出了圆环链拉伸方向为短轴的椭圆环链或将有利于缓减链轮链窝曲面磨损的结论。     

水平井修井管柱屈曲影响因素仿真研究

准确了解修井作业过程中井底钻压及管柱屈曲变化规律对于高效、安全修井作业具有重要的意义。根据数值仿真原理及修井管柱受力特性,建立了修井作业管柱有限元模型,分析了管柱在井筒中的受力情况,模型计算结果与现场实验数据吻合较好。通过了水平作业管柱有限元模型,对影响水平井管柱屈曲临界载荷的摩擦因数和环空间隙等因素进行了分析。研究结果表明:摩擦因数越大其正弦和螺旋屈曲临界载荷都随着增大,且螺旋屈曲临界载荷对摩擦因数更敏感;环空间隙变大,会导致管柱的屈曲载荷减小,且当环空间隙大于35 mm时,管柱的螺旋屈曲临界载荷小于正弦屈曲临界载荷。     

激光选区熔化制备负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金性能的数值模拟

将椭圆孔的长/短轴之比、短轴半轴长和初始胞元的边长作为设计参数,提出了一种简化的负泊松比椭圆多孔材料设计方法,通过几何关系建立了材料泊松比与设计参数间的数学模型,基于Gibson-Ashby模型建立了弹性模量与设计参数间的数学模型;通过准静态压缩试验对采用激光选区熔化技术制备的负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金的泊松比数学模型进行验证,并确定弹性模量数学模型中的常数C。结果表明:采用所建立的泊松比与设计参数数学模型计算得到负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金的泊松比与试验值相吻合,相对误差在10%~15%;椭圆长/短轴之比、短轴半轴长与泊松比呈负相关,而初始胞元边长与泊松比呈正相关;计算得到泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金弹性模量数学模型中的常数C约为4.123。     

内压标准椭圆封头弹塑性屈曲分析及失效载荷研究

采用有限元弹塑性屈曲分析,考虑椭圆封头的最大形状偏差并在过渡区施加局部厚度减薄缺陷,针对不同材料和厚径比δ_e/D_i,较为系统地讨论了内压标准椭圆封头结构屈曲载荷P_(cr)与极限载荷P_L的变化规律。研究结果表明,厚径比小于某临界值时,屈曲载荷低于极限载荷,分析模型发生屈曲破坏;厚径比大于某临界值时,屈曲载荷高于极限载荷,分析模型发生强度破坏。不同材料分析模型厚径比临界值存在一定差异,对高强钢13MnNiMoR材料而言,GB 150—2011标准防止标准椭圆封头内压弹性屈曲失效的厚径比规定偏于冒进。本文结果可为内压薄壁标准椭圆封头设计准则提供指导。     

薄壁轴压方管极限承载力数值模拟与试验研究

在考虑构件的材料特性、初始缺陷对构件极限承载力影响的前提下,对一定范围长细比和宽厚比的Q235和不锈钢薄壁方管进行试验研究,结合收集到的9个已有相关试验数据,得出不同材质下薄壁方管的极限承载力,利用ANSYS对构件的极限承载能力和破坏模式进行数值分析,得到的模拟结果与试验所得屈曲载荷相对误差仅在8%以内。运用有效宽度法和直接强度法,分别计算了不同材质下构件的极限承载能力,分析发现两种方法对轴压方管承载力的计算精度都很高,但直接强度法更加简便快捷,在计算箱形截面构件承载力时更有优势。