振动时效工艺在消除膨胀波纹管残余应力中的应用

膨胀波纹管体冷压成型后存在较大的残余应力常导致管端面严重变形和尺寸不稳定,已成为制约管体焊接连接质量和效率提高技术瓶颈。探索振动时效法用于消除或减弱波纹管体残余应力的可行性。结合室内试验和现场试验数据,建立振动时效法适用的关键技术、工艺参数、评价方法以及后处理分析手段。采用所建立的评价体系,通过振动时效参数曲线观测和盲孔法残余应力测量,评定了该试验振动过程及振动时效效果有效性,这证明振动时效工艺可显著降低膨胀波纹管残余应力,能够满足膨胀波纹管焊接等工程需要,提高其尺寸稳定性。     

变基圆半径涡旋膨胀机型线参数的优化选取

涡旋型线在涡旋膨胀机的优化设计中发挥着重要作用。目前对变基圆半径涡旋型线的研究大多集中于几何、数学模型的建立和推导，缺乏对型线参数选取的深入研究。为了弥补上述不足，采用粒子群算法对变基圆半径涡旋型线的参数进行优化选取。首先，建立了变基圆半径涡旋型线的啮合盘径和变基圆半径涡旋膨胀机膨胀比的数学模型；其次，分析了基圆变化系数对变基圆半径涡旋膨胀机性能的影响；最后，对变基圆半径涡旋型线的参数进行了单目标和多目标优化。优化后得到在啮合盘径和膨胀比各自取得极值时基圆半径和基圆变化系数的取值，以及以啮合盘径和膨胀比为共同优化目标时基圆半径和基圆变化系数的非劣解集。研究结果可为涡旋膨胀机的型线设计提供参考。     

孪生诱发塑性钢实体膨胀管膨胀有限元分析

孪生诱发塑性（twinning induced plasticity,TWIP）钢作为一种具有高强韧性的先进钢铁材料,鲜有文献报道其用于膨胀管的膨胀力学有限元分析．为了获得TWIP钢膨胀管的膨胀过程及膨胀后的力学状态、不同壁厚TWIP钢膨胀套管的理论膨胀极限及壁厚对其膨胀的影响,采用ANSYS有限元分析技术建立了可膨胀套管膨胀过程的力学模型,以TWIP钢作为套管的膨胀模型对象,对不同壁厚的 219.075 mm实体膨胀套管在25 ℃时的不同膨胀率的膨胀过程进行了有限元分析．分析结果表明：壁厚对膨胀前后套管最大等效应力分布的影响不大;不同壁厚膨胀套管膨胀后残余应力沿轴向的分布规律基本一致,残余应力的峰值随膨胀套管壁厚的增加而略有上升;相同壁厚的TWIP钢理论膨胀极限较传统膨胀管用钢大5%～10%．从分析结果可以得出,大膨胀率膨胀管用TWIP钢较其他传统膨胀管用钢（J55钢等）具有较大的优势,因此对TWIP钢膨胀管力学有限元分析具有重要的意义．     

厚度变化对U型波纹管轴向刚度的影响

刚度和工作应力是波纹管的主要特性,它们取决于波纹的几何尺寸,特别是取决于其壁厚。工程上广泛应用的U型波纹管大多具有两个特点,液压成型且环板处变形远大于环壳处。针对这两个特点,考虑到波纹管在加工成型时产生厚度随半径增大而减薄的实际现象,取厚度按半径的幂函数变化规律,对工业上常用波纹管轴向刚度计算公式进行修正。使用MSC公司的有限元软件MSC.Nastran进行仿真计算,并实测一组波纹管刚度数据。通过有限元计算和实测数据的对比,验证考虑厚度变化的必要性和有效性,解释了此公式在计算时出现结果偏大的原因,同时直观的表示出厚度变化对计算结果的影响,对实际工程应用有一定意义。     

乳化炸药圆筒试验研究

对乳化炸药进行了？25.4 mm的圆筒试验,测试了圆筒在乳化炸药爆轰产物驱动下的膨胀过程R（t）关系.在圆筒的初始膨胀阶段（t＜15μs）,圆筒筒壁膨胀较为缓慢,此后筒壁膨胀半径与时间几乎呈直线增长关系.随着膨胀半径的增大,圆筒壁膨胀速度有着显著的变化,在5～10mm内,筒壁膨胀速度从0.77 mm/μs迅速增大至0.84 mm/μs,而后增速明显变缓.24 mm以后,膨胀速度几乎不再增大.在开始阶段,随着膨胀半径的增大,筒壁的膨胀加速度急剧下降,乳化炸药爆炸能量的释放速度或传递速度急剧下降.此后筒壁加速度下降的趋势变缓,直到零.筒壁的比动能、炸药的能量利用率随膨胀半径及膨胀时间的变化趋势与速度随膨胀半径及膨胀时间的变化趋势基本一致,各变化阶段与速度的变化阶段完全相同.炸药能量利用率在膨胀半径为19 mm时维持在约51%的最高值,剩余的49%的能量主要消耗在爆轰产物的动能和位能上.     

大口径铝合金波纹管电磁胀形数值模拟

目的研究大口径铝合金波纹管电磁成形过程及工艺参数对成形效果的影响规律。方法针对波纹管现有制造工艺——压弯和焊接复合成形存在压痕严重、焊缝多和可靠性不高等问题,提出采用电磁成形波纹管的方法,并基于ANSYS建立了波纹管电磁胀形的三维有限元分析模型。结果揭示了波纹管电磁胀形过程中的应力应变分布规律,发现波纹区域和过渡圆角区域是应力和应变集中区。采用单因素实验方法,获得了放电电压和线圈匝数对成形质量的影响规律。结论在波纹管电磁胀形过程中,波纹区域的应力和应变均呈圆环带状分布,波纹管的壁厚在波纹的波峰处达到最小,最大减薄率为10.67%。放电电压和线圈匝数都存在一个最佳值。放电电压过小时,成形不足,放电电压过大时,工件高速碰撞模具,引起较大反弹,导致最终贴模性较差;线圈匝数也对成形质量有一定的影响,在本次模拟实验中,11匝线圈作用下的工件贴模性最佳。     

基于能量法的波纹管式航天服关节阻力矩分析

根据最小势能原理,推导了考虑波纹壳体弹性变形的阻力矩方程,得出了波纹管式关节阻力矩与转角的关系,所得到的结果与力平衡法的结果吻合的很好,验证了该文方法的有效性。然后根据该文推导出的关系式,对关节几何参数和壳体的弹性变形对阻力矩大小的影响进行了分析。分析结果表明,在半径不变的情况下,增加波纹弧长或减小波纹间距可降低关节的阻力矩,在一定转角范围内波纹壳体的弹性变形对关节阻力矩的影响很小。     

可自适应膨胀防砂筛管模拟试验装置开发及应用

介绍可自适应膨胀防砂筛管模拟试验装置的结构组成,分析其试验原理及流程。利用该装置进行防砂和筛管参数优选试验,试验表明砾砂中值比在6-8时,易于形成稳定砂桥,起到好的防砂效果,为可自适应膨胀防砂筛管的生产应用提供指导。     

规则排列圆形蜂窝共面对角线方向缓冲性能的研究

目的 研究冲击速度和结构参数对规则排列圆形蜂窝共面对角线方向缓冲性能的影响规律。方法 使用有限元分析软件ANSYS/LS−DYNA建立规则排列圆形蜂窝共面对角线方向动态冲击有限元模型,基于此模型进行参数化仿真模拟,得到不同冲击速度和结构参数下规则排列圆形蜂窝共面对角线方向的变形模式、密实化应变、平台应力和能量吸收特征,并以图表的形式呈现。结果 在共面对角线方向的不同冲击速度下,规则排列圆形蜂窝表现出不同的变形模式。密实化应变在低速和高速冲击下,只与壁厚半径比有关;在中速冲击下,密实化应变同时受冲击速度和壁厚半径比的影响。在给定壁厚半径比下,共面平台应力(或最佳单位体积能量吸收)与冲击速度的平方呈线性关系;在给定冲击速度下,共面平台应力(或最佳单位体积能量吸收)与壁厚半径比呈幂指函数关系。结论 并基于有限元计算结果,得到了动态密实化应变、平台应力和单位体积能量吸收的经验表达式。     

疲劳损伤对波纹管耐连多硫酸腐蚀性能的影响

针对催化裂化装置用波纹管使用中所面临的连多硫酸应力腐蚀问题,采用热态连多硫酸腐蚀模拟装置,试验研究了固溶态Incoloy825波纹管的耐连多硫酸应力腐蚀性能,并利用金相显微镜、SEM、EDX等手段分析了腐蚀波纹管的表面形貌和断口特征,探讨了设计疲劳寿命及累积疲劳损伤对波纹管连多硫酸应力腐蚀敏感性的影响规律。结果表明,在60℃的H2SxO6溶液中,设计疲劳寿命及累积疲劳损伤对固溶态Incoloy825波纹管的腐蚀敏感性影响显著。设计疲劳寿命越低、累积疲劳损伤越大,则越易形成应力腐蚀裂纹。     

弹载加速度记录仪抗冲击防护结构设计

针对弹体侵彻混凝土环境,提出一种中薄型防护外壳嵌套内壳体,两壳体间填充泡沫铝缓冲材料的记录仪抗冲击防护结构。针对应力波作用下防护外壳的屈曲和泡沫铝缓冲性能不足导致内部电路模块冲击断裂的典型失效模式,通过对记录仪抗冲击防护结构在应力波作用下的结构响应分析,提出一套以壳体厚度h、泡沫铝密度ρ、泡沫铝厚度h_b为主要设计指标的弹载加速度记录仪抗冲击防护结构设计方法。设计出防护外壳半径为29 mm,壁厚3 mm,泡沫铝密度1.1g/cm~3,泡沫铝厚度23 mm的抗冲击防护结构,经计算该结构理论抗冲击能力为63 300 g。在实弹侵彻混凝土试验中,测得冲击加速度峰值为56 300 g,在此冲击下记录仪壳体结构稳定,内部电路工作正常,验证了此抗冲击防护结构具有较高的可靠性。     

膨胀管塑性膨胀过程摩擦问题研究

关于膨胀管膨胀过程中的摩擦问题,目前还没有文献考虑各因素对摩擦因素的影响,而摩擦因素对膨胀管的膨胀过程有直接的影响.根据膨胀管膨胀过程塑性成形特点,分析了膨胀管膨胀过程摩擦力的构成,讨论了管材材料、膨胀速度、膨胀锥表面状态、膨胀率等因素对摩擦因素的影响.在此基础上建立了膨胀过程摩擦力学模型,并用有限元建立了一个N80实体膨胀管模型验证膨胀管膨胀过程中摩擦因素对套管膨胀过程的影响,给出了摩擦因数分别为0.1,0.15,0.2,0.25,0.3时的等效应力云图.通过对等效应力云图分析发现,摩擦因数大于0.25时膨胀管内出现了明显的犁沟,而摩擦因数小于0.25时膨胀管内不会出现犁沟.有限元计算结果与膨胀管实际膨胀过程特点相吻合,在摩擦因素较大时很容易出现犁沟而使摩擦力增加.因此,在设计膨胀工艺时,应综合考虑各种情况,降低摩擦因素,以满足实际的工程需求.     

Close-in blast loading of a steel disc; sensitivity to steel strength modeling

The EPIC Lagrangian wavecode is used to simulate four experiments, in each of which a circular disc of rolled homogeneous armor (RHA) was loaded by the detonation of a nearby, bare, cylindrical charge of Octol. The disc's radius equals 76.2 mm, and its thickness is either 12.7 or 25.4 mm.The charge has a length-to-radius ratio of 4.32, and its radius is either 38.3 or 41.2 mm.Two strength models, Johnson-Cook and Zerilli-Armstrong, are applied to the RHA in the simulations. For each model, a published set of parameter values is found to produce results in reasonable agreement with experiment in terms of the disc's steady-state center-of-mass velocity and “swept-back volume,” a measure of the final plastic bending.     

基于COMSOL连铸坯壳测厚横波EMAT优化

为了研究电磁超声传感器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)横波测量连铸坯壳厚度的机理及横波在连铸坯中的传播情况,选取坯壳厚度为10~50 mm的Q235小方坯为研究对象,利用有限元软件COMSOL建立脉冲电磁铁和螺旋线圈的电磁超声模型,分析在不同EMAT结构参数下,连铸坯中电磁场、力场、声场的分布规律。研究结果表明:脉冲电磁铁和螺旋线圈组成的EMAT能够在连铸坯壳集肤层激发出超声波横波。脉冲电磁铁空心螺线管线圈匝数、内半径、线圈导线半径对换能效率的影响依次减小,且当脉冲电磁铁内半径尺寸大于螺旋线圈尺寸时,产生横波的效率最高。坯壳厚度越小,螺旋线圈最优激励频率越大,测量精度越高,信号衰减越快。因此,坯壳厚度为10~50 mm的Q235小方坯选择1.1 MHz为最佳激励频率。     

Vibration analysis of orthotropic cantilever cylindrical shells with axial thickness variation

A semi-analytical finite element method is used to determine the free vibration characteristics of thin orthotropic cantilever circular cylindrical shells. Love's first approximation shell theory is used for the formulation. The effect of the variation of thickness along the axial direction on natural frequencies, especially on the lowest frequency, has been studied with a constraint on the total mass of the shell for a particular length to middle surface radius ratio. Studies have been conducted for different degrees of orthotropy and various values of length to radius ratio.     

Preparation of expandable graphite with ultrasound irradiation

This article reports a new way to prepare expandable graphite with ultrasound irradiation. Flake graphite mixture and ultrasonic solvent were placed into a flask in the ultrasonic cleaning bath (nominal power of 500 W and 250 W) at room temperature. Ultrasonic time kept 60 min. After ultrasound irradiation, the expandable graphite was expanded at 900 °C to obtain the expanded graphite. The process of ultrasound irradiation is different from both electrochemistry intercalation and chemistry oxidation intercalation, but the properties of expandable graphite are similar. X-ray diffraction patterns are used to analyze the structure and confirm that the expandable graphite has been prepared. Scanning electron microscope images show the structure of expandable graphite and the existence of expanded graphite.     

蜂窝纸板折叠回弹特性研究

以回弹力作为蜂窝纸板易折叠性能的评价指标,设计了一种测试回弹力的方法。试验结果表明:随着压痕深度的增加,回弹力呈现先降后升的趋势;当压痕深度与纸芯厚度相等或比纸芯厚度稍大时,回弹力最小,此时蜂窝纸板保持压折状态的能力最好;对于孔径为6,15,20 mm的蜂窝纸板,钢刀刃口半径分别为1.0,1.5,2.0 mm时,其回弹力最小,故应随着蜂窝孔径的变化而调节压痕钢刀刃口半径,随着蜂窝孔径的增大,压痕钢刀刃口半径也应相应地增大。     

工艺参数对剪切旋压旋压力和壁厚差的影响

在锥形件剪切(变薄)旋压过程中,旋压力分析对于确定工艺参数及设备选型都具有重要意义,而壁厚差是衡量旋压件成形质量的关键指标之一.基于ABAQUS/Explicit平台建立了锥形件剪切旋压的三维有限元模型,进而获得了偏离率、旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速及旋轮直径对LY12M锥形件剪切旋压旋压力和壁厚差的影响规律.研究表明:旋压力随偏离率增加而减小,随旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速的增加均呈上升变化趋势;偏离正弦律的程度越大,壁厚差越大;旋轮圆角半径为毛坯厚度的1～2倍,壁厚差较小;较大的旋轮进给量和芯模转速有利于减小壁厚差.旋轮直径对旋压力和壁厚差的影响不显著.     

球囊扩张式血管支架介入对弯曲血管的生物力学损伤研究

构建了球囊扩张式血管支架介入系统的非线性有限元模型,考虑了血管斑块类型对其本构模型的影响,分析了A型与B型血管支架在血管狭窄率-24%、40%、50%,曲率半径-6 mm、10 mm、20 mm,狭窄血管的壁面应力分布规律,研究了血管支架构型、狭窄血管几何参数和血管生物力学损伤的关系。数值分析结果表明,血管壁面应力随着狭窄率的增加而显著升高,随着血管曲率半径的增加而下降相对平缓;但是,扩张加载阶段的血管壁面应力显著高于卸载阶段,易于引起血管斑块的脆性断裂引起血管生物力学损伤。由于A型血管支架相对于B型血管支架具有纵向柔顺性更优的联接筋构型,导致A型血管支架引起的血管壁面应力低于B型支架,因而降低了A型血管支架对于血管的生物力学损伤。