高温波齿复合垫片的循环压缩回弹性能

研究了柔性石墨金属波齿复合垫片在500℃时的加载速度对循环压缩回弹性能的影响.在试验温度为500℃时,对垫片进行加载速率分别为0.5 MPa/s和1 MPa/s的循环加载试验,得到垫片的应力-变形量曲线;通过计算压缩率和压缩模量,再拟合出相应的压缩-回弹本构方程.结果表明,500℃时波齿复合垫片的压缩模量随加载速率增大而增大;经过第一次压缩后,在随后的循环压缩过程中垫片的压缩模量变化较小,但显著高于初始压缩模量;垫片的最大压缩量均随循环次数而增加,表现出明显的棘轮效应,为保证连接紧密性需考虑垫片变形量;根据文章拟合的回归系数可以推测出在不同加载速率下,该类型波齿复合垫片的压缩回弹性能.     

高密度聚乙烯垫片的非线性压缩-回弹性能测试

为研究高密度聚乙烯（HDPE）垫片在非线性棘轮实验中的应力率和温度相关性,使用RPL50型蠕变疲劳试验机,对HDPE垫片在循环压缩载荷下的压缩-回弹效应进行了实验研究,建立了HDPE压缩-回弹的本构预测模型。结果表明,HDPE的棘轮变形随着温度增大而增大,当温度大于80 ℃时棘轮变形随温度的升高大幅度增加,在80 ℃时,为常温下的4倍;随着应力率的增大累积的棘轮应变有所下降,由应力率为1 MPa/s时的8.99%下降至0.01 MPa/s时的14.23%,即温度和应力率显著影响HDPE的压缩-回弹性能。本文模型能够较好预测HDPE在不同温度与应力率工况下的非线性压缩-回弹性能,在HDPE垫片的工程设计方面具有一定的应用价值。     

PVA纤维混凝土的动态压缩性能试验研究

为了研究PVA纤维混凝土的动态压缩性能,采用Φ74SHPB(分离式霍普金森压杆)装置对三种体积掺量的PVA纤维混凝土进行不同应变率下的冲击压缩试验,获得了较高应变率下的应力-应变关系。试验结果表明,PVA纤维混凝土是一种应变率敏感材料,在冲击荷载作用下,其破坏应力、峰值应变、峰值韧度等技术指标都随应变率的增加而增大。     

聚乙烯管材专用料(PE-XRT70)应力松弛和蠕变行为

海洋油田的注水管道一般采用多层复合的结构设计,用于密封和防护的管道层多为高分子材料。注水海管设计寿命在25年以上,且内压密封层直接承受管道的内压和温度工况,经长时间的压缩应力作用会产生蠕变,同时,其特定部位受到恒定的压缩应变经历较长时间也会发生应力松弛。因此,研究这类高分子材料在长期应力应变下的蠕变和应力松弛行为规律对于评估注水软管内压密封层材料长期服役行为具有重要意义。本文针对聚乙烯（TOTAL PETROCHEMICALS的PE-XRT70）材料作为用于中国涠洲6-9/10油田海管工程注水复合管道内压密封层的特定工况—长期工作温度较高（75℃）,压力达到16.5MPa,通过对聚乙烯试样进行75℃,85℃,95℃,恒定应变10%和20%的应力松弛及75℃,16.5MPa恒定应力的蠕变实验,利用聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出该材料在特殊条件下的平移因子αT。建立了Maxwell多元件并联模型,对应力松弛及蠕变实验数据进行1stopt五参数拟合,得到预测材料实际工况温度下的应力松弛及蠕变行为的数学公式。根据聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出PE-XRT70管材压缩试样在特殊条件下的平移因子αT。结果表明,在应变量为10%时,85℃平移到75℃的平移因子是10.97,95℃平移75℃的平移因子是11.20。而在应变量为20%时,85℃平移75℃的平移因子是14.76,95℃平移75℃的平移因子是15.77。广义Maxwell模型及模拟曲线能很好地预测该材料的应力松弛和蠕变行为,相关系数R2的数值在0.975以上,通过这一数学模型可获得该材料在75℃下两种恒定应变中的平衡应力σ∞ 及75℃,16.5MPa恒定应力下的平衡应变。应力松弛实验和数学模拟表明,75℃温度下,10%和20%的恒定应变的应力松弛过程的平衡应力σ∞ 分别为3.983和7.505,且两种条件下应力松弛在一周后基本达到平衡应力。蠕变试验数据和数学模拟表明,75℃,16.5MPa压力下,PE-XRT70压缩试样的蠕变过程的平衡应变为31.479%,且在24小时之后的蠕变基本达到平衡。     

石墨烯增强铝基复合材料的动态力学性能研究

运用分离式霍普金森压杆装置对石墨烯增强铝基复合材料进行压缩实验,研究其在不同应变率压缩下的力学响应、变形组织和力学性能。结果表明：复合材料的动态压缩应力-应变曲线表现出明显的应变率强化效应,复合材料的屈服强度随应变率的增加而增大,石墨烯含量为0.5%时,屈服强度增幅最大;高应变率压缩会引起显著的晶粒细化,主要源于大晶粒的破碎和高应变率下动态再结晶的持续发生;经动态压缩后复合材料硬度明显增加,且应变率越高,硬度越大,石墨烯含量为0.75%时硬度最大,在1500s^-1应变率下其硬度为153.46HV。     

垫片热态密封性能分析

在垫片高温试验装置上 ,进行了柔性石墨缠绕垫片密封性能试验研究 ,得到了垫片密封性能随温度变化的关系曲线及拟合计算公式 .研究结果表明 ,该垫片具有较好的密封性能 ,泄漏率与温度成指数关系 ,随温度的升高而增大 ,符合多孔介质模型的方程 .     

单轴循环冲击下花岗岩力学特性与损伤演化机理

为研究循环冲击荷载下黑云母花岗岩的动态力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆,选取4种不同的入射波应力幅值对花岗岩试样进行等幅循环冲击,并对相关机理和试验现象进行探析.结果表明:入射波应力幅值为110.57和90.48 MPa时,随着冲击次数的增加,岩样的峰值应力逐渐降低,最大应变、平均应变率和损伤值均呈现增大趋势;入射波应力幅值为70.82 MPa时,花岗岩的峰值应力随着冲击次数的增加表现出先增强后降低的特性,而最大应变、平均应变率与损伤值则表现出相反规律;入射波应力幅值降为50.69 MPa时,岩样的力学性质基本不变,岩样未见明显的损伤.此外,研究还发现基于岩样静态压缩应力-应变曲线推求的静态裂纹起裂应力,经强度增长比例系数放大后可得到动态裂纹起裂应力,籍此能较好地解释上述循环冲击试验中所观测到的现象.     

大掺量粉煤灰超高性能钢纤维混凝土的静动态力学行为

研究了4种不同钢纤维掺量(体积掺量分别为0%,1.0%,1.5%,2.0%)的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的单轴压缩强度、弹性模量、单轴抗拉强度、弯曲韧性、断裂韧性、断裂能等静态力学行为,以及高速冲击、压缩作用下的应力波传播规律、应力–应变曲线和破坏特征等动态力学行为.结果表明:掺加钢纤维的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的轴心抗压强度、弹性模量和抗拉强度略有增大,韧性指数、残余强度、断裂韧度和断裂能成倍提高;未能增加冲击、压缩作用下的应变率效应程度,但却增大动态应力–应变曲线下的面积,提高试件破坏的应变率阈值,使混凝土存在裂而不散的破坏现象.     

温度与冲击荷载耦合下花岗岩动力性质

为考察岩石的热动力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆,对不同实时温度下的花岗岩试样进行了50~250 s-1应变率的冲击压缩试验.基于测试数据,研究发现不同温度下应变率敏感性有所差别,700℃时花岗岩抗压强度的应变率效应最弱,而峰值应变的率效应非常明显,弹性模量的应变率效应无明显规律,如20℃和700℃时,弹性模量表现出随应变率升高而增大的趋势,但300℃和500℃时,其随应变率的增大而降低;较常温状态,300℃时花岗岩的抗压强度变化不大,当温度升高到500℃时,花岗岩热损伤效应明显,其动态抗压强度与弹性模量均大幅降低,而峰值应变呈增大趋势.700℃时热损伤现象突出,抗压强度与弹性模量迅速降低;此外,还发现当温度升高时,不但岩石的破碎程度加重,而且岩样的颜色也发生改变.     

三轴受压状态下再生混凝土强度与变形性能试验研究

为了研究三轴受力状态下再生混凝土强度随再生粗骨料取代率的变化规律,通过RMT-150C对三种强度等级(C20、C30、C40)五种再生粗骨料取代率(0、30%、50%、70%、100%)的混凝土φ50 mm×100 mm圆柱体进行三轴抗压强度压缩试验,分析了不同再生粗骨料取代率对再生混凝土三轴强度、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响.试验结果表明:再生混凝土试件与普通混凝土试件的破坏形态相似,但再生粗骨料与普通粗骨料最后的破坏形态差异较大;C20混凝土随再生粗骨料取代率的增大,其峰值应力先增大后减小,且取代率为50%时再生混凝土峰值应力最大,约高于普通混凝土的10%;C30混凝土的平均峰值应力随再生粗骨料取代率的增加,其变化规律不明显,但再生混凝土的平均峰值应力均低于普通混凝土的;C40混凝土平均峰值应力随再生粗骨料取代率的增加而降低,当取代率为100%时,再生混凝土平均峰值应力约低于普通混凝土的15%.在三轴应力状态下,再生混凝土受压应力-应变全曲线的形状与普通混凝土的相似.     

高温螺栓法兰连接结构及风险分析

利用Ansys?Workbench,对400.00 ℃下的螺栓法兰连接系统进行热?结构耦合分析,研究了高温条件下螺栓法兰连接系统的密封性能。结果表明,温度从法兰内壁由内至外逐渐降低,最大应力出现在螺母与法兰盘的接触面上,最大应变出现在垫片上。对常温及400.00 ℃的垫片进行了密封评定,同时针对高温下连接系统中垫片易密封失效的问题,通过建立垫片强度失效的贝叶斯网络,基于专家评估等一系列方法计算得到先验概率,再利用贝叶斯网络反向推理计算根节点的后验概率并排序,找出导致垫片失效的主要因素,从而提高了垫片在使用过程中的可靠性。     

加氢反应器非标八角垫密封性能有限元分析

针对加氢反应器顶部人孔法兰处所使用的非标八角垫, 利用 A n s y s有限元分析软件计算了其密封面 在反应器进行液压试验过程中的接触应力, 分析了各个密封面上的不同接触应力的产生原因。结果表明, 接触应力 在试验压力达到峰值的时刻降至低谷, 垫片内侧两面应力最大点出现在远离垫片中心一侧, 外侧情况则与之相反。 分析所得垫片密封面接触应力的变化规律为同种非标密封结构的分析评定提供了参考依据。     

高温法兰接头的稳态热分析与密封性能研究

为研究高温条件下法兰接头的保温处理的问题,利用ANSYS Workbench对WN100-100RF螺栓法兰接头在400 ℃条件下的温度场、法兰应力等进行了模拟. 结果表明,未保温接头的最高与最低温度分别为400 ℃与257.16 ℃;保温接头的最高与最低温度分别为400 ℃与390.1℃;未保温接头与保温接头的最高温度均出现在法兰与接管的内壁,最低温度均出现在螺母的外侧;保温后接头的节能效率可达到94.97%. 此外,未保温接头与保温接头的最大应力分别为294.25 MPa与297.85 MPa;未保温接头与保温接头的最大垫片压应力分别为103.44 MPa与110.42 MPa. 因此,在本文设定的条件下保温措施对法兰接头密封性影响较小.     

深埋排蓄水隧道接缝密封垫防水性能试验研究

采用自主设计的新型弹性密封垫耐水压测试装置,研究弹性密封垫在不同张开量和错缝量组合情形下的防水能力;同时结合密封垫力学性能试验和数值模拟,解释错缝量和张开量对于防水能力的阶段性影响.结合深隧工程所设计的双道防水体系,对两道密封垫防水性能进行研究.研究结果表明：当道密封垫同步张开时,在设计工况范围内,耐水压能力可提高9%~12%;当两道密封垫张开量不同时,所设计的双道防水体系由于总有1条密封垫受压,较单道防水体系有更佳的防水效果.     

缠绕式垫片的应力分析和试验

结合法兰连接的实际,按照ASMEB16.20对缠绕式垫片压缩的要求,以HG标准中PN6.3MPa的管法兰为例,对缠绕式垫片的预紧应力进行了分析。通过垫片工艺结构的调整,使其力学性能与紧固件的要求一致,使法兰接头符合操作时的密封性。结果表明,通过调整垫片结构,控制其制造工艺,可以达到调整垫片压缩回弹性能的目的,并可获得符合紧固件的要求和法兰接头密封性要求的产品。     

内燃叉车车架静动特性有限元分析及优化

为校验某高新企业研发的3 t内燃叉车车架可靠性并进一步改善其综合性能,采用有限元法分析其静动特性.计算车架在临界工况下的受力情况;进行模态分析,得到前6阶固有频率和振型;以模态分析结果为基础对车架进行谐响应分析;利用M2052高阻尼合金垫片对车架振动性能进行优化. 结果表明：车架在临界工况下的最大应力达到141.75 MPa,低于车架材料的许用应力,具有较高安全性;车架前端板在一阶固有频率附近的振幅较大,改用M2052高阻尼合金垫片使其振幅峰值最大下降了20%,振动性能得到了明显改善.     

斯特林机帽式密封性能分析及回归参数优化设计

为改善斯特林机活塞杆帽式密封性能,首先采用数值仿真分析了5 MPa工质压力下其静、动态力学特性,从而获取了O型圈内径尺寸LN、C型环径向壁厚T和装配过盈量S三个关键结构参数对密封性能的影响规律,在此基础上,再利用回归设计法以配伍面最大接触压力平稳且密封可靠为优化目标,对密封结构的上述三个关键参数进行优化设计以确定其最佳匹配方案,最后通过密封试验台验证了本文优化设计方法的准确性和普适性。结果表明：活塞杆与C型环密封面中间区域上最大接触压力随LN和S的增大而增大,但随T的增大而减小;通过估计回归系数和方差分析（ANOVA）发现,LN对密封性能影响最为显著、S次之、T影响最小;LN和T、LN和S交互项对响应显著,而T和S交互项对响应不显著;当LN为13.745 mm、T为0.40 mm和S为0.020 mm时,优化密封件对应的正行程最大接触压力为9.01 MPa、回程为9.75 MPa,较工程在用密封件（LN=13.78 mm、T=0.5 mm、S=0 mm）最大接触压力分别降低了14.7%和25.5%;实验进一步验证了优化密封件的密封性能和使用寿命均优于工程在用密封件,并且在不同工质压力下优化密封件的接触压力均匀性更好,减摩延寿效果明显,充分证明本文性能分析与优化设计方法准确有效。     

应力吸收层贯入试验数值分析与试验方法评价

为了评价应力吸收层沥青混合料的抗剪性能,对应力吸收层沥青混合料进行了不同温度下抗压回弹模量试验和贯入试验的数值分析,分析了试件规格、压头大小、矿料级配等对试验结果的影响.根据数值分析和室内试验结果,验证了应力吸收层沥青混合料贯入试验的可行性,得到适宜的试验条件.分析表明:采用直径和高度均为100 mm的圆柱形静压试件和直径19 mm的压头进行贯入试验时,试验数据稳定,可有效区分应力吸收层矿料级配的优劣.研究成果为应力吸收层沥青混合料的质量评价提供了理论和试验依据.     

格莱圈密封性能非线性有限元分析

为了研究气缸密封件的性能以及失效情况,运用有限元分析方法对格莱圈弹性体进行分析.利用有限元分析软件建立了格莱圈有限元分析模型,通过建模、划分网格、加载、求解以及后处理等步骤,对其在不同压缩率、不同气压时密封面接触压力分布规律进行探讨分析,确定格莱圈易失效位置,分析压缩率和气压对格莱圈密封面最大接触压力的影响.结果表明:在位移云图和接触压力云图中,格莱圈密封面最大接触压力随压缩率和气压的增加而增加;格莱圈的方型圈与缸套的接触压力最大,且最大接触压力明显大于通入气体的压力,故格莱圈不易失效;气缸在实际气压0.4MPa和8%压缩率的情况下能正常工作,为评定缸阀一体化气缸的可靠性提供了参考.