全海深沉积物保压容器结构多目标优化设计

以全海深沉积物保压容器为研究对象,应用响应面法(RSM)和有限元分析方法开展保压容器几何结构设计参数多目标优化设计研究。首先,根据全海深沉积物保压容器的保压容积和保压性能要求,开展保压容器几何结构参数的初步设计,并利用三维软件Solidworks建立保压容器的三维几何模型。然后,以保压容器内径D1、壁厚δ1、底部厚度δ2为设计变量,以保压容器总容积以及给定安全系数下的材料强度为约束条件,以保压容器最大应力值和重量为优化目标,构建保压容器内径、壁厚和底部厚度与保压容器最大应力及重量的响应面模型。最后,对保压容器的各几何结构参数进行多目标优化设计。结果表明:保压容器的重量减少了4.79%,保压容器最大应力减少了1.07%。     

全海深沉积物气密取样器分析与试验研究

为了满足全海深深渊海底科学研究对高品质全海深深渊海底沉积物保压样品的需求,设计了一套符合全海深载人潜水器作业机械手海底作业操控的具有保压功能的机械手持式全海深沉积物气密取样器。对该气密取样器的保压容器和压力补偿装置等关键零部件进行了分析计算并进行了全海深压力环境下的有限元仿真分析。结果表明：气密取样器的应力和应变随着所加压力的增大而增大,最大应力与应变出现在端盖与筒体封口密封位置处,方形挡栓与保压筒端盖接触位置应力、应变很小,密封性能好。最后,进行了全海深沉积物气密取样器内压试验和与机械手协同适配性试验,试验结果验证了该气密取样器保压性能的可行性和与机械手的适配性。     

基于ANSYS的振荡浮子式波能发电装置主体结构的应力应变分析

文章根据弗汝德-克雷洛夫假定法建立了波浪力的数学模型,利用Pro/E软件建立主体结构的三维模型,并将其导入ANSYS Workbench中。通过建立主体结构的有限元分析模型,并将波浪力模型边界条件添加至有限元模型中,从而求解主体结构在波浪力作用下的应力应变特性。分析结果表明:在文中提到的各种海况条件下,主体结构的应力应变均较小,最大应力应变区域出现在立柱两端与上下平台的连接处,实际设计及制造时需要加强强度。     

超临界二氧化碳去污容器力学分析

针对核设施去污设计了超临界二氧化碳去污试验系统,根据去污工艺开展了耐酸碱和耐高压去污容器结构设计,建立了去污容器三维模型和有限元模型。通过有限元分析获得了去污容器应力分布,找到了受力最大位置。通过容器壁厚和内腔过渡圆角半径对容器应力的影响关系分析,为确定结构参数提供了依据。水压试验和去污试验结果表明,该去污容器结构强度和系统匹配性均满足要求。     

ASME应变强化本构模型及压力容器安全裕度分析

弹塑性有限元分析需要材料的真实应力—应变曲线,但利用ASME中的应变强化本构模型,按标准保证值和实测值分别建立的ASME真实应力—应变曲线存在较大的差异。运用ANSYS有限元软件模拟同一个1.4301奥氏体不锈钢压力容器模型在这两种材料参数下筒体应力、应变以及爆破压力的差异,并将模拟结果与试验结果对比。同时利用有限元模拟和爆破试验的爆破压力结果,分析奥氏体不锈钢应变强化压力容器在不同预应变下的安全裕度和实际安全裕度。结果表明：按保证值材料参数设计的压力容器,容器的实际塑性应变要比理论值小很多,用实测值材料参数设计大变形压力容器时应严格控制实际的应变值;应变强化压力容器的理论设计应变可达10%,但实际应变应在5%左右,容器才具有足够的安全裕度。     

奥氏体不锈钢应变强化容器变形速率的测量方法研究

ASME Code Case 2596针对奥氏体不锈钢应变强化的容器,要求保压阶段最大环向应变速率小于0.1%/h。研究了相关测试方法,并针对某应变强化容器,研究了在最大变形截面采用应变片测量其应变率的方法,并与传统的卷尺测量方法进行了对比分析。研究表明,在保压阶段采用贴应变片技术对应变速率测量,在技术上是可行的。     

整体锻制压力容器平封头合理厚度的数值模拟

本文利用有限元分析软件ANSYS,建立容器整体的立体模型,分析了使用整体锻制平封头的压力容器全场的应力分布,根据压力容器对不同类型应力的不同限制及第四强度理论,找到了各种尺寸下容器内径、圆筒壁厚与封头厚度的合理比例,以及各处最大等效应力与内压的关系,设计人员可根据本文提供的数据和容器材料的许用应力,直接查得圆筒及封头厚度与内径的比例,从而确定设计尺寸。     

超高压水压试验机高压缸体的有限元分析

根据某超高压水压试验机结构主要部件高压缸体的结构特点，利用大型通用有限元分析软件I-DEAS建立其实体装配模型和有限元模型，并对高压缸体进行了静力学的有限元分析，研究了在各种载荷的共同作用下高压缸体结构应力（应变）以及位移（变形）情况。结果表明，应用I-DEAS软件分析计算具有较高的精度，所建立模型和采用的计算方法合理，可进一步用于高压水压试验机结构的优化设计。     

整体锻制压力容器平封头合理厚度的数值模拟

本文利用有限元分析软件ANSYS，建立容器整体的立体模型，分析了使用整体锻制平封头的压力容器全场的应力分布，根据压力容器对不同类型应力的不同限制及第四强度理论，找到了各种尺寸下容器内径、圆筒壁厚与封头厚度的合理比例，以及各处最大等效应力与内压的关系，设计人员可根据本文提供的数据和容器材料的许用应力，直接查得圆筒及封头厚度与内径的比例，从而确定设计尺寸。     

钛合金Ti-6Al-4V高压冷却车削过程有限元分析

随着钛合金的广泛应用,改善其切削加工性、提高加工表面完整性的试验研究也已得到广泛重视,但对该过程的仿真分析尚不成熟。通过Deform 3D仿真软件建立有限元仿真模型,模拟钛合金Ti-6Al-4V在干切削、普通冷却及高压冷却环境下的车削过程,研究切削环境对切削力、切削温度等加工过程量的影响,获取已加工工件距离加工表面不同深度的残余应力分布,分析高压冷却对钛合金Ti-6Al-4V加工表面残余应力的影响规律。通过钛合金Ti-6Al-4V车削试验测量切削力及刀具表面切削温度,并与有限元仿真模型对比,以验证其可靠性。仿真结果表明:随着切削液压强的增加,切削力增加,刀具表面切削温度降低,高压冷却可有效增强切削液的冷却作用。干切削时,已加工表面(d2=0)为残余拉应力;随着切削液压强的增加,已加工表面残余应力状态逐渐由残余拉应力向残余压应力转变,当切削液压强为200 bar时,已加工表面残余应力为残余压应力,且此时已加工表面残余压应力为最大值。随着测量深度的增加,残余应力值增大,在所有切削试验中,最大残余压应力值均在距离已加工表面相同距离。仿真结果与试验结果的对比证明了有限元仿真模型的可靠性,为钛合金Ti-6Al-4V高压冷却加工热力耦合分析和优化设计提供了理论依据。     

高温高压大直径法兰结构及其力学性能分析

为满足高温、高压、大直径等工作环境和参数要求,采用Taylor-Waters法设计了工作压力为17.3MPa、工作温度为350℃、公称直径为1 000 mm的法兰及其密封垫片。建立了法兰及其密封垫片的有限元模型,计算了法兰和垫片在高温、高压等载荷作用下的应力和应变,并进行了强度和刚度分析与校核。计算结果表明,所设计的法兰及其密封垫片的力学性能能够满足高温、高压的恶劣工作环境要求。     

基于有限元方法的薄膜蒸发器回转轴毂应力分析

通过建立轴对称模型,对某薄膜蒸发器的回转轴毂进行了内压和离心力共同作用下的有限元分析,并针对封头-挡板、法兰两个部位,将有限元分析的结果与理论分析结果进行了对比,结果发现,回转轴毂中,周向应力数值最大,是影响安全的控制因素;有限元分析的结果和理论计算结果吻合较好,说明论文所建立的模型正确,有限元方法适用于回转轴毂的分析设计。     

数控铣床工作台有限元分析及结构改进

为了分析数控铣床工作台在工况下的变形情况、应力大小是否符合设计要求,通过SolidWorks软件建立了工作台的三维模型,并将上述模型导入ANSYS Workbench中并建立了工作台有限元分析模型,对工作台在铣削工况和钻削工况下分别进行了有限元分析。结果表明,工作台在钻削工况下变形量过大,超过了最大变形量设计要求,需要对工作台进行结构改进。改进后的工作台在铣削工况下的最大变形量下降12.14%,最大等效应力应力下降18.98%,钻削工况下最大变形量下降13.19%,最大等效应力应力下降23.02%,满足了设计要求,研究结果为数控铣床工作台或其他类似产品的结构设计提供了一种思路和方法。     

考虑铣削残余应力的压弯成形仿真计算方法

针对铣削加工引起的残余应力影响工件压弯成形过程中弹塑性应力分布并最终影响成形工件形状精度的问题,提出考虑铣削残余应力的压弯成形仿真计算方法。首先基于弹塑性理论推导了压弯成形应力计算公式,然后建立了考虑铣削残余应力的压弯成形有限元模型,研究了铣削残余应力对压弯成形应力应变分布及回弹的影响规律,采用数值方法建立了考虑铣削残余应力的压弯成形应力计算公式。结果表明:该有限元模型可以用于研究压弯成形应力应变变化规律,低速铣削产生的残余压应力对压弯成形卸载前的应力分布和压弯卸载后上下表面的切向应变影响最大,高速铣削引起的铣削残余应力使得试件压弯卸载后弯曲角度最小,变形程度最大。     

组合式爆炸容器冲击载荷及其动力响应的数值模拟

本文采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,通过容器壳体与分布载荷(流场)耦合方法,对椭球封头圆柱形组合式爆炸容器在承受内部中心点爆炸作用的冲击载荷与壳体的动力学响应进行计算分析,并与实测结果进行了对比.结果表明,ANSYS/LS-DYNA程序模拟壳体的应变历程,具有较好的精度;模拟爆炸载荷则存在一定的差异.反射超压由中环面向极点方向顺序加载,峰值逐渐降低,而作用时间逐渐加长.其峰值在圆柱壳与椭球壳的结合部达到最小,而后逐渐增加.最大应变由近爆点向远爆点方向逐渐降低,在圆柱壳与椭球壳的结合部达到最小,而后逐渐增加,在曲率最大处出现了一个较大的应力峰和最大压应力.轴向应变约为周向应变的1/2.容器结构在中环面和椭球壳极点处承受相对较大的载荷和应变,设计时应予以高度重视.     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

双相钛合金拉伸时微观应力和应变的有限元模拟

利用扫描电子显微镜获取了Ti-6Al-4V双相钛合金的显微组织,然后结合图像处理、几何建模等技术建立了基于显微组织的代表性体积单元(RVE)有限元模型;利用ABAQUS有限元软件对RVE进行了拉伸时的微观应力和应变有限元模拟,并采用单轴拉伸试验进行了验证。结果表明:RVE的应力-应变曲线与试验结果吻合得很好,说明所建立的RVE有限元模型是准确的;在外加载荷作用下,微观应力和应变的分布不均匀,最大应力存在于β相中,最大塑性应变则出现在α相中,在α/β相界面区域发生应力和塑性应变的较大波动;应变局部化主要在靠近α/β相界面的α相内出现,随之形成的塑性应变失效带在α相中扩展。     

一种盾构刀盘的有限元分析

刀盘是盾构机的关键部件之一,主要用来完成对掌子面岩土的破碎剥离。根据某盾构刀盘的结构特点,建立其三维实体模型,并建立了刀盘相应的有限元计算模型,对刀盘在土压不平衡工况和土压平衡工况下的受力特性进行分析,得到了刀盘在各工况下的应力应变分布规律。分析结果表明,最大等效应力出现在牛腿与面板的交界处,同时牛腿与法兰盘以及面板与辅梁的连接处有较大的应力。最大应力为230 MPa,最大变形为2.098 mm。研究结果可为刀盘的结构设计和工程施工维护提供基础数据。     

X70海洋管35 MPa外压数值仿真与试验研究

海洋管在工作时的抗外压强度是一个重要参数,对现场应用有重要影响,设计制造完成后必须对其抗外压强度进行试验研究。以深海高压模拟试验舱为基础设计了X70海洋管3 500 m水深的内压及外压试验方案,用ANSYS有限元仿真分析了试验试件在高压下的应力应变及堵头的强度。海洋管外压试验过程中的应力应变参数用应变数据采集系统进行了记录。试验结果表明:试件的密封性和焊缝强度满足试验要求,管体变形均属于弹性变形,其强度满足3 500 m水深的工作要求,验证了设计计算的正确性。     

液压静力压桩机夹桩机构的压桩有限元分析

利用ANSYS软件建立了液压静力压桩机夹桩机构的参数模型,设置了模型中的主要参数,利用有限元系统内嵌的命令流式程序设计语言APDL编辑了夹桩机构命令流式程序,对压桩时的夹桩机构进行了系列化有限元仿真分析,得出了央桩机构的等效应力云图、最大等效应力和最大合变形,并对仿真结果进行了分析和研究.仿真结果表明:压桩时的夹桩机构的最大等效应力和最大合变形位于下夹桩块;增大夹桩机构的弹性模量和泊松比,增加夹桩块的宽度和钳口座的宽度,在保证能正常压桩条件下,适当减小央桩力均能有效地降低液压静力压桩机夹桩机构的最大等效应力和最大合变形.