外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理

为了研究外压作用下深海腐蚀缺陷管道的屈曲失稳机理,通过深海压力舱小比例模型试验,测得钢管试件发生屈曲失稳时的压力和变形形态. 利用有限元软件ABAQUS建立管道的三维数值模型,模拟外压作用下完好无损管道和腐蚀缺陷管道的准静态屈曲失稳过程,得到钢管的压力-直径变化曲线和变形形态,与试验结果吻合良好. 采用建立的数值模拟方法,分析管道长度、径厚比、初始椭圆率、钢材等级、钢材应变硬化特性和缺陷几何尺寸等因素对腐蚀缺陷管道屈曲失稳的影响. 结果表明,初始椭圆率、缺陷几何尺寸、钢材应变硬化特性是深海腐蚀缺陷管道标准化后失稳压力的主要影响因素,管道长度、径厚比、钢材等级对标准化后失稳压力的影响相对较小.     

高静水压力作用下深海油气管道的局部屈曲

以有初始缺陷的厚壁钢管为研究对象,开展外部高静水压力作用下管道结构的模型试验和有限元数值模拟分析. 通过在压力缸内泵入水的方式对钢管试件施加均匀外部压力,测得钢管发生局部屈曲时的压力峰值. 基于ABAQUS软件,数值模拟分析试验钢管在静水压力作用下的屈曲和后屈曲行为,得到钢管的失稳压力和屈曲后的形态,与试验结果相比吻合较好. 利用建立的数值模拟方法,分析不同材料性能、径厚比和初始椭圆率对钢质管道屈曲的影响. 结果表明：材料硬化系数较大的管道,失稳压力较大;随着初始椭圆率的增加,管道的失稳压力显著减小;对于深水或超深水油气管道的屈曲失稳压力,国外规范的计算公式偏保守,而且不能解释不同材料硬化系数的影响.     

深水水下夹层管非线性屈曲特性

针对受外压作用下夹层管的屈曲失稳问题,基于有限元软件Abaqus建立了夹层管在外部压力作用下的非线性有限元数值模型,分析了各层结构参数以及层间不同粘结条件等因素对夹层管屈曲特性的影响.结果表明,结构参数和层间粘附条件对于夹层管屈曲特性具有重要影响:完全粘结夹层管的屈曲压力高于非粘结夹层管,在达到临界屈曲前的塑性变形也大于非粘结夹层管;增大内管和外管的厚径比都会增大夹层管的承载力,层间完全粘结时增大内管的厚径比对承载力的提高更为明显;夹层管的承载力随着夹芯层材料弹性模量的增加而增大.     

深水水下夹层管非线性屈曲特性

针对受外压作用下夹层管的屈曲失稳问题,基于有限元软件Abaqus建立了夹层管在外部压力作用下的非线性有限元数值模型,分析了各层结构参数以及层间不同粘结条件等因素对夹层管屈曲特性的影响.结果表明,结构参数和层间粘附条件对于夹层管屈曲特性具有重要影响:完全粘结夹层管的屈曲压力高于非粘结夹层管,在达到临界屈曲前的塑性变形也大于非粘结夹层管;增大内管和外管的厚径比都会增大夹层管的承载力,层间完全粘结时增大内管的厚径比对承载力的提高更为明显;夹层管的承载力随着夹芯层材料弹性模量的增加而增大.     

薄壁外压容器临界失稳强度可靠度的研究

应用数理统计方法,对钢制薄壁外压球形封头临界失稳强度进行分析.基于临界失稳强度随机-载荷随机模型,以按我国标准设计与制造的钢制薄壁外压容器为研究对象,讨论了其临界失稳强度的可靠度.研究表明:1)薄壁外压球形封头临界失稳强度的实测值与理论预测值之比,是基本符合正态分布的随机变量.2)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在保持外压差的外压试验时不小于0.933 81但不大于0.999 999 951 7,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 986 7但不大于0.999 999 998 217.3)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在正常操作时不小于0.933 54但不大于0.999 999 951,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 997 72但不大于0.999 999 995 53.     

管件外压成形的数值模拟及屈曲特征分析

对采用液体介质在管坯外部施加压力,使坯料横截面缩小并成形到置于其内部的芯模上的外压成形方法进行了有限元数值模拟研究.分析了影响管件屈曲变形特征和成形过程的主要因素.研究表明:随着管坯长度的增加,环向屈曲波数减少,临界屈曲压力降低;随着管坯厚度的增加,环向屈曲波数减少,临界屈曲压力升高;带有一定不圆缺陷的管坯的临界屈曲压力与理想管坯相比降低很多,但在成形后期对壁厚和成形效果无明显影响.     

单轴压缩载荷下夹层梁结构屈曲及皱曲模拟研究

泡沫夹层结构以其较高的比刚度及比强度特性在航空航天等领域具有巨大的应用潜力,但当夹层结构作为主承力部件承压时可能带来复杂的屈曲及皱曲稳定性问题.文章基于有限元分析软件Ansys,建立了铝面板泡沫夹层梁结构的二维有限元模型,研究了夹层梁结构在单轴压缩载荷下结构临界失稳载荷与屈曲失效模态的内在关系,并分析了芯材厚度、芯材弹性模量等参数对夹层结构稳定性的影响规律.研究结果表明:芯材-面板的厚度比及弹性模量比对夹层结构的屈曲失效模态具有决定性作用,增加芯材厚度及选用较高弹性模量的芯材,可有效提高泡沫夹层结构的临界失稳载荷,文中研究结果可为泡沫夹层结构的优化设计及工程应用提供理论依据.     

结构失稳后的变形分析

研究了结构在其失去稳定后的变形、位移分析方法并给出了具体的算式及算例。     

索支撑压杆屈曲性能分析

利用ANSYS非线性有限元研究大跨度空间结构中两类典型索支撑压杆的屈曲性能,一类为两端索支撑压杆,另一类为一端刚性杆支撑、一端索支撑压杆.运用数值模拟建立并计算多组索支撑压杆模型以考虑支撑索初始预应力、初始缺陷及刚性支撑杆刚度对压杆屈曲性能的影响.研究结果表明:对于这两类索支撑压杆,均可取计算长度作为原长的压杆临界荷载值;在一端刚性杆支撑和一端索支撑的压杆单元中压杆屈曲的产生先于整个体系的屈曲,提高上部刚性杆的截面可避免整个压杆体系的屈曲.     

加劲式压力钢管临界外压数值计算方法

压力钢管是水利水电工程中常见的衬砌类型,其外压稳定性至关重要。为构建加劲式压力钢管临界外压有限元准确计算方法,提出“多环建模、分段约束”的数值求解模型,将计算结果与Mises理论公式、规范公式展开对比讨论;考虑复杂外部约束环境,全面探究加劲环位置不同约束方案对钢管抗外压能力的影响,并基于数值求解方案研究加劲环对钢管管壁临界外压的增强作用及其有效约束长度,结合光面管的屈曲临界外压公式进一步提炼一种新的加劲式压力钢管管壁临界外压快速计算方法。结果表明：有限元特征值屈曲计算具有较高的准确度,与Mises公式计算结果保持较好的一致性,而规范采用的简化式计算结果会随着钢管屈曲波数的变化与Mises公式存在不同程度的差异;针对采用不同径厚比的加劲式压力钢管,其管壁临界外压随着加劲环位置约束作用的提高而增大,随着加劲环间距、钢管半径与钢管厚度比值的增大而逐渐减小,并当加劲环间距大于20 m后不再发生明显的波动现象,逐渐失去约束作用;本文提出的加劲式压力钢管管壁临界外压快速计算方法可同时应用于光面管和加劲环管,与相关Mises理论公式、规范公式相比,具有准确性高、计算简单、方便使用的特点,可为实际工程中钢管管壁临界外压计算提供一种新的选择。     

复合结构岔管模型试验与计算结果的比较

结合实际工程,采用比尺1∶6结构模型试验和有限元计算的方法,对复合结构岔管的受力进行分析,比较结构模型试验和计算之间的差异.结果表明:对于地下埋藏式月牙肋岔管这类联合受力的复合结构,计算值与模型试验结果存在一定程度的误差,计算应力值比试验值高8%～18%.     

压杆与结构的稳定分析

结构的承载能力包括强度、刚度、稳定性,本文对含有压杆的结构(含静不定结构)进行了稳定性的分析,对结构的临界载荷与结构失稳的最小载荷进行了研究,对压杆的临界载荷公式进行了分析.     

大跨度钢桁架吊装过程的平面外屈曲分析

对大跨度复杂钢桁架在吊装施工过程中的平面外屈曲分析进行了研究。采用通用有限元分析软件ANSYS对一典型的大跨度钢桁架建立了有限元模型,并采用不同吊点方案对其平面外屈曲进行分析,同时在具有初始几何缺陷的不同吊点方案下获取大跨度钢桁架吊装过程中危险点的平面外失稳的极限内力。研究结果表明,大跨度钢桁架的屈曲随着吊点数量的增加其平面外稳定性显著改善。     

带加劲环埋藏式压力钢管的抗外压稳定性分析

水电站压力钢管作为一种薄壳结构,在承受外压时易发生压屈而失稳,成为某些水电站压力管道钢衬设计的控制因素.目前规范采用明管抗外压的米赛斯公式计算埋藏式加劲环压力钢管的临界外压,将外包混凝土衬砌对管壁的径向约束作用作为安全储备,安全系数略予降低.为量化这种必然使钢管临界外压增大的混凝土衬砌径向约束作用,首先利用非线性屈曲分析按明管定量分析加劲环式压力钢管的临界外压,进而再通过在外包混凝土衬砌和钢衬间设置接触单元考虑混凝土衬砌对管壁的径向约束作用,按埋管分析加劲环式压力钢管的临界外压,然后与按米赛斯公式和赖华金等所推导的公式计算的临界外压进行对比.表明即使混凝土衬砌和钢管间有均匀分布的缝隙,外包混凝土衬砌的径向约束作用也会使环间管壁的临界屈曲外压明显提高,提高幅度可高达50%以上.     

钢管混凝土组拼管拱面外屈曲参数分析

以福鼎山前大桥空间有限元模型为基础,分析了影响钢管混凝土组拼管拱面外屈曲的主要参数,包括横撑布置形式、横撑刚度、拱脚约束情况、截面含钢率和混凝土弹性模量。有限元分析结果表明,横撑布置形式、横撑刚度和截面含钢率对钢管混凝土组拼管拱面外屈曲影响很大,但混凝土强度等级和拱脚约束对其影响很小。     

应用有限差分法的轴向流作用下壁板的失稳分析

基于势流理论建立壁板流固耦合系统的连续型运动方程。采用有限差分法对连续型运动方程进行离散化,再把流场势函数用板的横向振动位移变量来表示,得到关于板的横向振动位移变量的控制方程。通过求解控制方程的广义特征值,对轴向流作用下壁板的稳定性进行分析。结果表明:两端简支模型发生屈曲失稳。给出了特定参数条件下壁板的屈曲失稳临界速度。     

外压容器稳定性的可靠性分析

利用可靠性分析方法.对外压容器进行了可靠度的分析讨论,并给出了计算实例.为外压容器的设计及失效分析提供了理论依据.     

基于ANSYS软件的连续管井口压曲分析

采用有限元分析软件ANSYS,对井口处注入头链条底部与防喷器橡胶心子顶部之间的无支撑长度的连续管进行数值分析计算,得到了不同参数下的连续管静力压曲临界载荷,分析了无支撑段连续管长度、连续管的截面面积对压曲载荷的影响规律.结果表明,压曲临界载荷随着连续管管径和壁厚的增大而增大,而随着无支撑段管长的增加而减少.该分析方法与...     

缝合泡沫夹层复合材料平压性能及数值模拟

针对泡沫夹层复合材料在压力作用下因易开裂导致性能下降的情况,使用碳纤维作为缝线,对碳纤维布和泡沫缝合制备了缝合泡沫夹层复合材料,探究其在受到平压载荷作用下的平压性能和平压破坏模式;利用ABAQUS模拟软件进行缝合泡沫夹层复合材料建模,并进行静力学分析;使用桁架单元模拟纤维树脂柱的受力情况,基于Hasin失效准则模拟上下纤维面板,使用三维实体单元模拟泡沫夹芯。研究结果表明：缝合夹层复合材料实验和模拟分析得到的压缩强度和压缩模量误差分别为13.74%和16.09%,说明该模型具有一定的可信度和可用性;在平压载荷作用下,缝合泡沫夹层复合材料的主要承力部分是纤维树脂柱,并且可以观察到纤维树脂柱与纤维面板处出现一定的应力集中现象;缝合泡沫夹层复合材料的破坏主要为纤维柱与面板连接处之间的断裂失效,泡沫压缩变形过程实验与模拟也较为相符。     

钻孔压浆混凝土预制管复合桩竖向承载力试验

目的研究一种新型桩基础——钻孔压浆混凝土预制管复合桩的成桩工艺、工作机理和单桩竖向承载力,为其在实际工程中应用提供合理的设计依据.方法通过桩的静载试验,并结合桩的工作机理,得到桩在黏性土和砂类土中的侧摩阻力和端阻力提高系数,建立单桩竖向极限承载力标准值计算公式.结果桩周土层为黏土、细砂、中砂时,桩极限侧摩阻力标准值提高系数分别为1.1~1.3、1.6~2.0、2.2~2.4.桩端持力层为细砂、中砂时,桩极限端阻力标准值提高系数分别为1.2~1.6、1.6~1.8.结论钻孔压浆混凝土预制管复合桩单桩竖向承载力较现行规范中经验公式算得的承载力数值有明显提高,研究成果对桩的设计和施工有一定指导作用,对这种新型桩基础的推广应用具有重要意义.