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.     

组合式爆炸容器振动特性与破坏模式分析

从分析载荷的频谱特征入手，通过有限元模态分析与实验结果的对比，对容器壳体可能的破坏模式进行了分析，给出了由爆炸容器的薄弱模态作为判定其壳体结构破坏主要模式的方法，为预估组合式爆炸容器的破坏模式作了一些探索。研究表明容器壳体结构的薄弱模态与激励载荷的频谱特性有关。对爆炸容器壳体的振动特性分析不仅可以确定其主要扳型，而且可以得到不同位置的应力相对量，进而估计出可能的破坏区域和薄弱环节，为爆炸容器的设计提供参考依据。     

采煤机截割部壳体振动特性分析

为避免采煤机截割部壳体在采煤过程中受载荷作用而发生共振,利用Solidworks建立了截割部壳体的模型,并将其导入ANSYS Workbench进行模态分析.本文在分析了截割部系统存在的各种振动频率的基础上,利用模态分析结果对壳体进行振动特性分析和讨论,并对采煤机截割部壳体的结构进行了优化,有效的避开了截割部系统所存在的各种振动频率.研究表明:截割部传动系统和壳体结构的设计都会影响壳体最终的受振情况.此项研究为截割部的进一步改进提供了依据.     

轴向柱塞泵壳体降噪区域识别

为了精确识别轴向柱塞泵壳体降噪区域,首先,搭建液压-多体动力学耦合模型,求解结构噪声激振力;然后,分析零部件模态并试验验证,建立装配体有限元模型,开展基于模态的振动响应分析,通过振动实验验证模型准确性,搭建轴向柱塞泵声学边界元模型,分析其辐射噪声特性;最后,基于声学传递向量原理,开展模态及板面声学贡献量分析,对壳体噪声辐射板面进行合理划分,分析其对关键频率下辐射噪声的贡献量。研究表明:轴向柱塞泵振声模型具有良好的准确性;某板面在辐射噪声突出的1350 Hz频率下,其声学贡献量达到46.1%。精确识别了轴向柱塞泵壳体降噪区域,为其降噪优化设计提供有效指导。     

一种分析受爆炸冲击的水下圆柱壳结构强度的方法

根据小型水下圆柱壳状结构受爆炸冲击后散射现象严重的特点，提出一种新的冲击载荷的近似计算方法。首先把带加强筋的实际柱壳状结构简化为与实际结构外形尺寸和低阶振动模态都相同的理想柱壳，并将冲击波分解为不同频率谐和平面波的迭加，然后，采用耦合模态法分析受爆炸冲击水下圆柱壳状结构周围的散射场，求出圆柱壳状水下结构的表面总压，再通过积分求得表面平均总压，并探讨结构的弹性变形、材料特性对它的影响，最后用有限元软件分析某水下工程实际结构受到爆炸冲击后的弹塑性变形时间历程。结果表明，结构的弹塑性变形的时间历程明显落后于表面平均总压的时间历程，即前者的峰值到达时间迟于后者的峰值。工程实例分析的结果表明，本文方法具有物理概念清晰，运用方便，准确度较高的特点，可适用于水下圆柱壳状结构受到冲击后的强度分析。     

复杂刚柔耦合系统模态参数识别与振动分析研究

基于Pro/E、MATLAB、ADAMS和ANSYS联合建立了采煤机截割部的刚柔耦合振动模型,将截割部在截割含硬结核或夹矸煤层时碰到包裹体而受到的冲击载荷作为力激励,利用ADAMS的Vibration模块计算系统在受迫振动下的频响,通过ADAMS的Postprocessor模块进行模态参数识别和分析仿真结果,确定了对系统整体性能不利的模态振型和频率,判断出系统在本研究所假定工况的载荷冲击下不会发生共振,同时也从模态频率角度验证出壳体在此冲击频率下不会与系统发生共振,而滚筒转速的设计却不符合振动性能要求,通过查看模态振型对壳体结构提出了修改意见。本文解决了输入负载的精确量化模拟及建模与仿真边界条件等关键技术问题,为采煤机截割部的优化设计和可靠性研究创造了条件。     

换轨机器人共融悬臂算子分裂输运原理

为优化共融悬臂柔顺特性,提升换轨精度,以自动换轨装备悬臂算子多体系统为对象,针对换轨机器人龙口悬臂在无载荷、吊轨及施工过程中的末端振动现象,建立在不同模态频率、静力荷载和剪切效应作用下的混阶时空输运模型;引入Bezier插值离散方法,求解机器人共融悬臂混阶时空算子分裂输运变化,得到悬臂末端空间尺度上载荷冲击、惯性偏移与时间尺度上温变梯度、轴向变形等因变参数对悬臂振动特性的影响规律,为共融悬臂的优化设计提供指导。实验结果表明,混阶时空载荷、制动约束与模态频率、惯性偏移呈正比关系,且理论数值分析、仿真模型结果与实验标定数据具有一致性与互证性。     

推力脉动引起的水下高速航行器振动响应研究

尾部推力脉动会引起水下高速航行器的冲击和振动,直接影响航行器壳体强度和航行稳定性。文中研究了推力脉动对水下高速航行器壳体振动的影响。以ANSYS有限元分析软件为平台,建立壳体3D有限元模型,进行了壳体整体模态分析和轴向推力脉动振动响应分析。计算结果表明尾部推力脉动会引起航行器壳体沿轴向的伸缩振动,壳体上位置离激振力越远,受到的径向振幅越大。     

高g值冲击下圆柱壳缓冲数值仿真

圆柱壳在高g值冲击下具有潜在的缓冲吸能作用,利用大型有限元分析软件LS-DYNA对圆柱壳在高g值冲击下的缓冲过程进行了数值仿真。通过仿真,发现在高g值冲击下圆柱壳能够起到较好的缓冲效果。改变壳的几何物理参数,通过比较得出:在相同初始冲击加速度下,壁厚相同时,随着圆柱壳的直径减小其缓冲效果越来越明显;直径相同时,随着圆柱壳壁厚的减小,缓冲效果越来越明显。还提取了圆柱壳在某时刻的屈曲模态,与以往研究壳在轴向冲击载荷下屈曲模态的结论基本一致。     

有源点激励有限长圆柱壳体辐射声场特性

理论研究单点激励和多点激励时有限长圆柱壳体辐射声场特性。采用Donnell壳体理论和模态分析法,建立单点激励和多点激励有限长圆柱壳体声辐射数学模型。根据声辐射计算数学模型,计算并分析单点激励和多点激励时圆柱壳体低频段声辐射近场和远场特性。研究结果表明:随着激励力频率的提高,圆柱壳体声辐射功率和辐射效率提高,辐射声压增大,且激励力作用方向为声能量主要辐射方向;在声辐射近场,频率越低声压衰减越快,且具有一定起伏变化特性;在声辐射远场,不同辐射方向声压变化规律不同,但其声压衰减规律都近似为球面波衰减。     

内部爆炸加载条件下圆柱钢壳的动态断裂

在内部爆炸冲击波载荷作用下,爆炸容器的动态断裂是进行爆炸容器安全评估和失效分析的基础。为了研究爆炸容器的动态断裂特征,进行圆柱钢壳在中心装药的爆炸加载实验,采用非线性动力有限元分析程序LS-DYNA分析圆柱钢壳的弹塑性动力响应,研究圆柱钢壳的宏观变形和断口的宏观、细观形貌,分析圆柱钢壳的断裂模式及断裂机理。结果表明,圆柱钢壳纵向断口具有微孔聚集型剪切韧窝断裂特征,呈现出微孔聚集型剪切韧性断裂模式。内部爆炸冲击波加载下圆柱钢壳因径向膨胀发生动态塑性变形,产生剪切带,由于剪切带的软化效应而成为优先断裂通道,剪切带和环向拉应力的共同作用是形成微孔聚集型剪切韧窝断裂这种混合韧性断裂模式的原因。     

组合式爆炸容器联接螺栓的动力学分析

在分析螺栓受力状态的基础上 ,将一个承受内部中心点爆炸作用的螺栓联接三段组合式爆炸容器的各组合段和螺栓分别简化为刚体和弹簧 ,从而得到了一个三自由度弹簧 -质量系统。通过系统振动响应的分析研究 ,给出了联接螺栓的应变表达式。理论与实验结果的对比分析表明 ,螺栓的受力状态与容器的作用载荷以及联接刚度密切相关 ,对容器作用载荷的缓冲衰减并采用适当的方法降低法兰刚度是提高爆炸容器承载能力的重要途径     

80gTNT当量爆炸容器的研制

以现行的压力容器国家和行业标准为依据,结合爆炸强动态载荷瞬间作用的特殊性,运用动力系数法设计了一个可以重复使用的柱形爆炸容器。实验结果证明,该容器设计合理,工作安全可靠。     

扁平绕带压力容器内爆炸动力响应数值模拟

运用ANSYS／LS—DYNA非线性显示动力学有限元软件,采用流固耦合方法,对10°,15°,20°倾角的扁平绕带压力容器在内部中心处爆炸作用下的动力响应进行了数值模拟。分析了缠绕倾角对容器的抗爆性能的影响和装药形状对容器爆炸作用产生的影响。结果表明：缠绕倾角越小,容器的抗爆特性越好;同等重量下,球形装药在爆心处产生的冲击载荷要比柱形装药产生的小,并且产生的爆炸作用更加均匀。     

组合式密闭爆炸容器螺栓预应力范围的计算方法

以某个由螺栓联接的三段组合式爆炸容器为对象,将各组合段和螺栓分别简化为刚体和弹簧而得到了一个三自由度弹簧－质量系统。考虑施加预应力时法兰的压缩和螺栓的伸长,得到了容器在受到内冲击载荷作用下联接螺栓预应力与振动响应的关系;由螺栓屈服时的应力和法兰分离时的螺栓最小应力分别确定了预应力的范围,由此得到了满足容器封闭要求的计算螺栓预应力范围的方法,并研究了通过选择合理的系统刚度改善螺栓预应力的适用范围,该方法在实际应用中取得了满意的封闭效果,并可推广到多重组合容器螺栓预应力的确定中。     

不同因素对扁平绕带爆炸容器抗爆性能的影响

运用ANSYS／LS—DYNA非线性显示动力学有限元软件,采用流固耦合方法,对15°倾角的扁平绕带爆炸容器在承受内部中心点爆炸的冲击载荷作用的动力响应进行了数值分析。计算给出了容器最外层绕带的爆心对应处径向变形曲线,并与试验数据进行了比较;重点分析了应变率效应、摩擦和轴向长度对绕带容器抗爆性能的影响。计算结果表明：应变率效应使绕带材料的屈服极限有大幅度提高,最外层绕带的等效塑性应变减少了54％;绕带层间的摩擦作用使绕带容器的明显变形区域有显著减少,最大变形为未考虑摩擦时的83．4％;轴向长度的变化,在一定程度上降低了绕带容器的抗爆性能。     

Vibration and buckling of cross-ply laminated composite circular cylindrical shells according to a global higher-order theory

Natural frequencies and buckling stresses of cross-ply laminated composite circular cylindrical shells are analyzed by taking into account the effects of higher-order deformations such as transverse shear and normal deformations, and rotatory inertia. By using the method of power series expansion of displacement components, a set of fundamental dynamic equations of a two-dimensional higher-order theory for laminated composite circular cylindrical shells made of elastic and orthotropic materials is derived through Hamilton's principle. Several sets of truncated approximate higher-order theories are applied to solve the vibration and buckling problems of laminated composite circular cylindrical shells subjected to axial stresses. The total number of unknowns does not depend on the number of layers in any multilayered shells. In order to assure the accuracy of the present theory, convergence properties of the first natural frequency and corresponding buckling stress for the fundamental mode r=s=1 are examined in detail. The internal and external works are calculated and compared to prove the numerical accuracy of solutions. Modal transverse shear and normal stresses can be calculated by integrating the three-dimensional equations of equilibrium in the thickness direction, and satisfying the continuity conditions at the interface between layers and stress boundary conditions at the external surfaces. It is noticed that the present global higher-order approximate theories can predict accurately the natural frequencies and buckling stresses of simply supported laminated composite circular cylindrical shells within small number of unknowns.     

Exact solutions for vibration of cylindrical shells with intermediate ring supports

This paper presents new exact solutions for vibration of thin circular cylindrical shells with intermediate ring supports, based on the Goldenveizer–Novozhilov shell theory (Theory of thin shells; The theory of thin elastic shells). An analytical method is proposed to study the vibration behaviour of the ring supported cylindrical shells. In the proposed method, the state-space technique is employed to derive the homogenous differential equation system for a shell segment and a domain decomposition approach is developed to cater for the continuity requirements between shell segments. Exact frequency parameters are presented in tables and design charts for circular cylindrical shells having multiple intermediate ring supports and various combinations of end support conditions. These exact vibration frequencies may serve as important benchmark values for researchers to validate their numerical methods for such circular cylindrical shell problems.     

含凹坑圆柱壳的剩余强度系数

应用API579局部减薄2级评定方法的原理，研究了含椭球面和球面凹坑圆柱壳剩余强度系数（RSF）的计算方法，建立了简便的计算公式；系统地计算了轴向含椭球面和球面凹坑圆柱壳的RSF值，并用表格按圆柱壳椭球面凹坑的两个参量a和g列出了能直接用于工程评定的RSF值。对GB／T19624中圆筒形容器的凹坑评定方法进行了讨论。