完全叠接管节点应力应变集中因子的实验研究

通过实验研究了完全叠接管节点在轴力、平面内弯矩和平面外弯矩作用下的应力和应变集中因子。结果表明,在轴力和平面外弯矩作用下,完全叠接管节点试件的最大应变集中因子产生在靠近L支管的T支管的鞍部;而在平面内弯矩作用下,该管节点试件的最大应变集中因子产生在L支管的冠跟部。实验结果还发现,在平面内弯矩和平面外弯矩作用下弦管和T支管交接处的应变集中因子几乎可以忽略。通过对实验所得应变集中因子和现有的T/Y管节点应力集中因子参数方程进行比较,结果显示,利用现有的T/Y管节点应力集中因子参数方程来进行完全叠接管节点的疲劳设计是不合理的。     

复合荷载作用下完全叠接管节点热点应力的实验研究

通过实验研究了完全叠接管节点试件在复合荷载作用下的热点应力。首先研究了完全叠接管节点试件在轴力、平面内弯矩和平面外弯矩分别作用下的应变集中因子,结果表明在轴力和平面外弯矩作用下,该管节点试件的最大应变集中因子产生在靠近L支管的T支管的鞍部,而在平面内弯矩作用下,该管节点试件的最大应变集中因子则产生在L支管的冠跟部。随后,研究了完全叠接管节点试件在复合荷载作用下的热点应力,结果表明在复合荷载作用下最大热点应力可能出现在介于鞍部和冠部之间的任一位置。通过Gulati等和API所提出的复合荷载作用下的叠加方程与实验结果比较,发现Gulati等所提出的方程与实验结果吻合得很好,而API所提出的方程则偏于保守。     

T形圆钢管-横向板相贯节点半刚性连接模型

通过实体单元有限元计算获得了T形圆钢管-横向板相贯节点的轴力—局部变形全程曲线,基于Menegotto-Pinto方程建立了T形节点的半刚性连接模型,确定了由全程曲线获取半刚性连接模型中8个参变量的方法,并通过大量有限元计算获得关于8个参变量的大量散点数据.根据散点数据进行参数化分析,并结合多元非线性回归技术建立了8个参变量的参数化计算公式,最后利用有限元计算结果对节点半刚性连接模型进行校验.结果表明:8参数模型较好地反映了T形圆钢管-横向板节点在横向板轴力作用下的半刚性性能.     

螺纹结构精确有限元建模及有效性分析

在对螺纹部件进行有限元分析时，由于螺纹复杂的几何结构，螺纹部件的内外螺纹面往往难以啮合，常造成螺纹结构有限元建模困难、模型数值计算收敛性差等问题。本文基于螺纹垂直于其轴线的任意横截面几何形状相同的事实，选取国际标准化组织（ISO）制定的标准螺旋线公式，采用三维八节点单元，精确建立了螺纹连接件有限元模型。该模型不仅考虑了螺纹螺旋升角对模型的影响，且组成每个节距的单元层整齐排列，每层单元上的节点编号有序分布，内外螺纹面上的节点相互贴近。这些特质使得模型能够准确映射工程中螺纹连接结构的力学特性、优化模型数值计算收敛状况、便于对模型数值计算结果开展力学剖面分析。为验证本文螺纹连接结构有限元建模方案的有效性。首先从理论分析方面对螺纹连接结构中拧紧转角与预紧力的关系和螺纹连接结构中轴向力的分布进行了计算推导，并以M12标准螺栓为例计算出其轴向力分布。然后通过数值实验的方法先后验证了该螺纹连接结构拧紧转角和预紧力关系与理论分析结果的一致性、M12螺栓的轴向力分布与理论计算结果的一致性、螺纹齿根处应力集中系数状态与实验结果的一致性、应力分布和塑性应变分布与实际工程测量的一致性。该螺纹连接结构有限元模型生成的方案通过C++编程语言在Qt平台上借助OpenGL工具开发了一款“螺栓螺母有限元参数化建模软件”，软件可根据输入的螺纹直径、节距数量等参数快捷地查看和生成不同型号的螺栓螺母三维有限元模型，在工程分析和优化设计中，既避免了设计人员繁琐的重复劳动，又提高了设计精度和工作效率，能更好地满足实际工程需要。     

复合载荷下T型管节点应力集中系数研究

提出一种复合载荷下T型管节点应力集中系数(SCF)数值计算方法,并就SCF海冰参数影响进行研究.鉴于采用位移边界条件对管节点应力分析不能充分体现管节点交界处应力集中情况,选用载荷边界条件法计算管节点SCF;借助于ANSYS软件子模型技术,实现在模型中同时施加轴力、面内弯矩和面外弯矩三种基本载荷,采用外推插值法分析复合载荷下管节点交界处应力分布,直接计算出SCF.最后利用该方法研究三个海冰参数:冰厚、来冰方向和冰速对SCF的影响规律,为不同工况下平台冰激疲劳评估选择合适的SCF提供理论依据,具有十分重要的工程应用价值.     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象。局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏。在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅(S-N曲线方法)确定其疲劳寿命。在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围的应力集中系数。本文对4个环口板加固T型圆钢管节点试件以及相应的4个未加固试件的应力集中系数进行了试验研究。通过试验测试和结果分析,得到了轴向荷载下环口板加固试件及未加固试件沿焊缝的应力集中系数分布,通过比较发现,环口板加固后的T节点试件的应力集中系数相对于未加固试件有明显减小,说明这种加固措施可以提高管节点的疲劳寿命。     

含未熔合缺陷的三通管安全性分析

含三类不同未熔合缺陷的三通管件应力集中系数K的理论解析十分复杂。因此,采用有限元数值分析软件,建立在内压载荷作用下含所研究缺陷三通管的有限元模型,经过计算得出4个影响因素下的应力集中系数K及其变化规律。结果表明,含三类不同未熔合缺陷的三通管在肩部及领口区域应力集中系数K相对较大,且应力集中现象严重,应力集中系数K随缺陷的轴向长度、深度的增加而缓慢增大,随缺陷环向长度的增大而迅速减小。     

主管管壁加厚型圆钢管T节点的滞回性能分析

在足尺试件试验研究的基础上,采用有限元软件ANSYS对低周往复荷载作用下的T型圆钢管节点进行了滞回性能分析。所采用的有限元模型分析结果与试验结果进行了对比,两者吻合良好,从而验证了有限元模型的可靠性。在此基础上,对主管管壁加厚节点模型的滞回性能进行有限元参数分析,从而得到加厚参数对T节点滞回性能的影响规律。     

平面内弯矩作用下T型铸钢节点承载性能分析

目前的管节点设计规范中通常只给出支管轴力作用下的承载力设计值,而没有给出支管在弯矩作用下的承载力公式.但是事实上,很多钢管结构的构件当中存在着不可忽略的弯矩作用,甚至节点的承载力也是由弯矩控制而不是轴力.因此,我们有必要对铸钢节点在弯矩作用下的承载性能进行理论分析.本文针对T型铸钢节点,通过Solidworks软件建立三维模型,采用通用有限元软件Ansys进行非线性分析.结合有限元计算结果,对T型铸钢节点在平面内弯矩作用下的承载力进行了参数分析,给出了T型铸钢节点在支管受平面内弯矩作用下的极限承载力公式.在焊接管节点几何参数的基础上,铸钢节点增加了由C.D.Edwards首次提出的倒角系数ρ.本文重点讨论了该系数对铸钢节点承载力的影响.     

基于Mooney-Rivlin本构模型橡胶防尘罩的非线性有限元分析

为揭示橡胶防尘罩的结构参数对其拉压应力的影响,采用ABAQUS软件建立了基于Mooney-Rivlin本构模型的防尘罩有限元模型。根据标准试件轴向拉伸实验数据拟合了本构模型参数C10和C01,完成了防尘罩轴向拉伸和轴向压缩工况的有限元分析,得到了防尘罩的应力应变分布规律。通过对试件和防尘罩制品的拉伸试验验证了有限元计算结果的可信性,为橡胶类零部件的强度性能分析、结构参数优化提供了一种方法。