轻型涡扇发动机悬挂式试车台架设计与有限元分析

为满足轻型涡扇发动机地面试验,本文采用UG(Unigraphics)软件,对轻型涡扇发动机悬挂式试车台架进行设计,并应用Ansys软件,建立试验车台架结构有限元模型,对悬挂式试车台架的结构和强度进行分析与计算。研究结果表明,试车台架结构在发动机推力与重量载荷耦合作用下,最大应力发生在动架前安装节根部圆角处,其Von Mises等效应力为16.817 8 MPa,远小于材料Q345的屈服强度345MPa,且当量应力主要由Y向应力决定,最大为15.064 MPa,其Von Mises总应变为1.13×10~(-4) mm,满足强度和刚度设计要求。该设计不但可以安装不同型号的发动机,节约了成本,而且实现了推力测量及校准功能,降低了意外发生的风险。该研究为搭建试车台架提供了理论依据。     

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准. 研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

运营充水状态高密度聚乙烯管的爆破振动响应特性

结合武汉市管道预埋地层特点,通过全尺度预埋高密度聚乙烯（HDPE）管道现场爆破试验,分析不同工况条件下（不同药量、不同爆破心距）无压状态管道爆破振动速度及动应变分布特征;结合LSDYNA动力有限元分析方法,通过现场试验数据的对比验证计算模型及参数的可靠性;分析爆破振动荷载作用下不同运营状态（即不同充水水位高度）HDPE管道动力响应特性;结合管道运营状态环向容许应力控制准则,提出HDPE波纹管爆破振动速度安全控制标准.研究结果表明：当HDPE管道受到爆破振动影响时,环向应变最大;管道合振速与等效应力随管内水位高度的增加而降低,且管道同一截面处迎爆侧的合振速和等效应力大于背爆侧,最大空管合振速为18.56 cm/s,最大等效应力为0.912 MPa;管道振速最大位置处X方向振动速度与主频随水位高度升高而降低,Y、Z方向振动速度与主频随水位高度的升高而增加;通过米塞斯屈服强度准备得到的管道运营状态安全控制速度为25.79 cm/s.     

高温下含椭球型缺陷管道局部应力分析

为研究高温下含缺陷管道的局部力学特性,以X70管道为研究对象,基于弹塑性力学知识,利用ANSYS模拟其在高温作用下缺陷局部的等效应力分布;并分析了高温下缺陷局部的最大等效应力、塑性应变随内压的变化趋势;进一步讨论了在特定运行压力下最大等效应力随腐蚀深度的变化趋势;最后对比了失效压力下是否考虑热膨胀影响的等效应力分布及变化。结果表明,仅有高温时,腐蚀区内沿环向分布有较大应力;随着内压的增加,最大等效应力先减后增,较大应力也变为沿轴向分布;温度达到一定值后,缺陷越深,其对管道剩余强度的影响越大;高温作用下ASME B31G1984、ASME B31G1991、PCORRC、DNVRPF101等方法仍适用于对含椭球型缺陷管道进行剩余强度的评估。     

型砂性能检测装置横梁的有限元静态分析

横梁是自行设计的型砂性能检测装置中最重要的承载部件.横梁体积大,为了优化结构、节约材料,提出在不影响其性能的情况下增加减重孔.利用索达系统公司开发的三维软件对横梁进行三维建模,通过其中的有限元分析模块分析横梁的受力情况,建立合理的约束及载荷模型,并对横梁进行有限元网格划分,最后通过计算机对其进行求解,获得了在工作情况下横梁的应力、应变图.结果表明,在有、无减重孔时横梁危险截面处的最大应力分别为26.211MPa和21.358MPa,横梁的最大挠度分别为0.005531mm和0.003665mm,均远小于许可值,横梁在强度及刚度方面均有较大裕度,为其进行结构优化设计和成本的降低提供了重要依据.     

内衬GFRP防护复合管壁原缺陷坑处应力重分布规律分析

为了深入研究内衬GFRP防护复合管壁在其原管道内腐蚀缺陷坑处的应力重分布状态以及其修复的效果,利用弹塑性力学中的平衡微分方程,建立了管道内腐蚀缺陷处的数学模型,采用有限单元法建立了含单个腐蚀缺陷的管道模型,并通过改变腐蚀缺陷坑的深厚比,将修复前后腐蚀缺陷坑处的应力状态进行对比分析。分析结果表明,腐蚀缺陷坑的深厚比对管道的应力分布有着显著的影响,所以在进行管道安全评估时应注意腐蚀坑深度的影响;在腐蚀缺陷坑深厚比0.1到0.8的分次增加的过程中,管壁腐蚀缺陷处的周向应力,径向应力,Mises应力都有增大的趋势;修复前腐蚀缺陷坑处的周向应力和Mises应力相近,径向应力较前两者小,三者中周向应力最大;在修复前后,管道腐蚀缺陷处的控制应力一般是周向应力,管道的失效可依据周向应力进行判断;修复后的内衬GFRP防护复合管壁,原始腐蚀缺陷坑处发生了应力重分布,其周向应力与Mises应力均有减小,修复效果明显。     

基于参数化建模方法的气囊连接件优化设计

为了解决气囊连接件拉裂引起驾驶员产生二次伤害的问题,提出连接件结构的改进方案.在原有材料不变的情况下改变气囊连接件上的螺栓孔位置和数量,采用参数化建模方法,建立了8种结构的三维CAD模型.利用有限元法对结构进行强度及刚度分析,讨论改进方案的应力集中位置和最大Von Mises应力值的关系,并结合连接件的力学特性,确定了最优结构形式.     

气体爆炸载荷作用下抗爆容器的动力学响应

首先对抗爆容器内气体爆炸载荷进行了研究分析,利用非线性有限元软件ANSYS和Von Mises屈服准则对抗爆容器在气体爆燃和爆轰两种不同情况下的动力学响应进行了强度分析,得到了抗爆容器特征点的等效应力时间曲线和主要部位的等效应力云图以及壳体变形特征。在爆炸载荷作用下,抗爆容器在容器与接管以及与支撑板连接部位出现较高的峰值等效应力。和爆燃载荷相比,爆轰载荷条件下抗爆容器各部位的峰值等效应力大得多。抗爆容器在爆燃载荷作用下处于弹性变形范围,处于安全状态;在爆轰载荷作用下,容器局部发生塑性变形并进入塑性屈服,但由于材料的应变率强化效应,可以认为该容器整体上还是安全的。     

一种特制集装箱结构优化设计有限元分析

优化技术在工程中的应用是集装箱结构优化设计的前提和基础。针对一种特制集装箱箱体的结构和承载特点,建立了三维有限元模型,对该集装箱框架结构进行了静力分析,得到了结构的应力和变形分布。在对箱体应力水平偏高和变形较大进行分析的基础上,提出了相应的优化设计。结果表明:(1)优化设计后该集装箱的最大变形量由62mm降低到38mm;(2)最大Von Mises应力由248MPa降低到190.4MPa,最大剪应力由82.59MPa降低到64.59MPa;(3)最大normal moments tensor由168.7MPa降低到89.38MPa,最大shear momentstensor由123.1MPa降低到86.96MPa。这说明经优化设计后集装箱的变形及应力大幅降低,结构的最大应力均未超过材料的屈服强度,能满足强度及刚度设计要求。     

倒装焊微电子封装结构参数的概率设计

倒装焊微电子封装各组件在封装过程中的残余应力应变分布对封装性能的影响近来受到众多学者的关注。初步研究表明，倒装焊微电子封装的结构参数对其封装残余应力应变有着十分重要的影响。有鉴于此，采用有限元分析及结构参数概率设计相结合的方法，研究了倒装焊微电子封装关键结构参数对SnPb焊点Von Mises等效应力峰值的影响情况，构造出了结构参数对等效应力的响应面，并用蒙特卡罗随机模拟方法，研究了这些参数对SnPb焊点Von Mises等效应力峰值的概率分布及其对结构参数的敏感度影响情况。     

镍基单晶合金[011]取向γ′相筏形化的有限元分析

研究1 040℃、137 MPa拉伸蠕变期间[011]取向镍基单晶高温合金中γ′相的演化方式.采用三维有限元方法计算单晶合金在有/无外加载荷时von Mises应力及弹性应变能密度在γ和γ′两相中的分布.结果表明:沿[011]取向施加拉伸应力时,(001)晶面的von Mises应力远大于(001)晶面的Von Mises应力,3个晶面的应变能密度差异驱动γ′相形成元素从变形较大的(001)晶面向变形较小的(010)和(100)晶面扩散,而γ相形成元素反向扩散,导致γ′相沿[010]和[100]取向扩散生长,形成垂直于[001]方向且与应力轴倾斜成45°角的层片状筏形组织.     

卡箍快开卧式深海模拟舱的径向密封结构及其密封可靠性评价

针对卡箍快开盖结构的卧式深海模拟舱在深海高背压环境下存在密封可靠性不足问题,提出了一种深海模拟舱O形圈径向密封结构,建立了该结构的非线性有限元模型. 通过O形圈的密封面接触应力与内部Von Mises应力评价该结构的密封可靠性,讨论了舱内介质压力、O形圈预压缩率、槽口倒圆、配合间隙对深海模拟舱密封性能的影响. 仿真结果表明:加压过程中接触应力峰区位置显著改变,舱内水压由0 MPa加至25 MPa时,橡胶圈形状及Von Mises应力分布急剧变化,由25 MPa加至45 MPa时,橡胶圈形状及Von Mises应力峰区位置基本不变,该结构能够实现45 MPa压力下的有效密封. 预压缩率的增加会显著增加主接触面密封带宽度,增大槽口倒圆有助于降低Von Mises应力,Von Mises应力峰值随配合间隙的增加先增大后减小,增大配合间隙有助于提高密封带宽度. 试验结果证明:当O形圈的预压缩率为10℅、槽口倒圆为0. 4 mm、配合间隙为0. 7 mm时,利用该密封结构所研制的深海高压舱在40、45、50 MPa水压时均能保证有效密封.     

大口径等厚异径焊接斜三通有限元强度分析

应用workbench对内压与外载联合作用下的大口径等厚异径焊接斜三通进行了有限元建模和分析,按照ASME规范应力分析法分析了其应力类别及应力组合.在设计载荷下的冯米塞斯等效应力显示,最大应力为234.89 MPa,出现在外侧腹部(管口向左);在操作载荷下最大应力为228.56 MPa,出现在相贯区肩部锐角处,均高于材...     

基于黏弹性的超高分子量聚乙烯齿轮计算分析

为给超高分子量聚乙烯（UHMWPE）齿轮的承载能力计算及校核提供理论依据和参考,本文以UHMWPE的非线性黏弹性为基础,采用了黏弹性力学模型和超弹性力学模型（Arruda-Boyce模型）相结合的方法,建立了UHMWPE齿轮的力学模型和几何模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件,对与钢齿轮啮合运转时的UHMWPE齿轮进行了动态模拟,并对它的应力和应变大小、分布及承载能力进行了计算和分析研究.结果表明,齿根部位的Von Mises应力和弯曲应力最大,轮齿节点处的接触压应力最大.建立在非线性黏弹性基础上的UHMWPE齿轮动态模拟和计算分析结果更符合实际.     

基于细观结构的沥青碎石封层路面力学行为分析

为了认识沥青碎石封层的力学行为与破坏机理,采用有限元软件建立沥青碎石封层细观结构二维有限元模型,分析在竖向荷载作用下封层内部细观结构应力、应变和位移的力学行为特性。分析结果显示：轮迹内侧边缘碎石竖向位移最大,偏转角度最小;相反,轮迹外边缘碎石偏转角度最大,并向两侧逐渐递减。沥青层内的水平应变主要为压应变,轮迹外侧沥青和胶浆层接触面上剪应变最大。黏结层的水平变形、剪切变形均不同程度大于沥青层,黏结层与胶浆层交界处具有最大等效Mises应力,易发生剪切破坏。胶浆层的中心主要为受压变形,胶浆层两侧边缘处主要表现为较高剪切变形。     

管线偏转对GRP顶管接头影响的数值分析

采用三维有限元方法研究了管线偏转对GRP顶管接头的影响,得到了GRP顶管接头在管线发生偏转时的受力状况,对管道接头处的接触压力、Mises应力及其分布情况进行了分析,并对在不同偏转角情况下的最大应力进行了比较。说明了管线偏转对GRP顶管的影响非常大,由于管线偏转,管道往往会在远小于实际所能承受的顶力的情况下发生破坏,必须对最大允许偏转角度进行限定。     

股骨有限元建模及相应的生物力学分析

对建立的完整股骨三维有限元模型进行了有限元静态分析.选取新鲜猪股骨上3个点贴应变片,并获得实验应变值;然后用有限元法计算获得对应测试点的模拟应变值,并与实验数据进行了对照;最后进行了人体股骨三维有限元建模,获得了准静态下的应力分布.猪股骨有限元模型所得不同载荷下指定位置的模拟数据与实验数据吻合,建模的方法可信;所建人体股骨有限元模型通过模拟计算获得了不同载荷下股骨的von Mises(等效)应力.用灰度值与材料属性关系所建立的人体股骨有限元模型能模拟真实情况,可用于股骨治疗的临床模拟.     

交通荷载作用下埋地管道的三维力学性状分析

针对埋地PE管道采用ANSYS商业软件建立了移动恒定荷载作用下三维力学模型,基于新建模型监测了行车荷载作用过程中埋地管道关键位置处竖向位移以及Mises应力的时程响应,分析了移动恒定荷载作用下车行道下方埋地柔性管道的力学性状以及不同结构层的力学性状.研究结果表明:(1)管道纵向上最大力学响应出现在行车荷载作用点正下方的管道顶部,任意横截面上,竖向位移以及Mises应力的最大值均位于管道顶部;(2)监测点与荷载作用点间距离越小,管道监测点处的力学响应越大;(3)管道纵向长度方向上管顶的竖向位移和Mises应力的最大值出现在道路两端,管道中间部位最大力学性状差别不大;(4)埋深较浅的结构层受移动荷载影响程度较大,随着埋深增加,受影响程度快速降低.     

引火筒与防喷器组连接结构设计及仿真分析

提出一种引火筒与防喷器组连接结构,并建立三维模型及有限元模型.以11"引火筒配合对应闸板防喷器为例,通过ANSYS有限元仿真分析了冲击力和风载作用对现场作业的影响以及13-3/8"引火筒高温(800℃)下悬挂防喷器时薄弱点的力学性能.仿真结果表明:11"防喷器结构在仅承受自身重力情况下,承受最大等效应力约为65 MPa,在承受井口冲击力下,最大等效应力为64 MPa,位置均在引火筒分支处;在6级风载情况下,影响很小可忽略;13-3/8"防喷器结构高温下最大应力出现在两侧开孔处,为58.4 MPa,变形量比常温下多了 0.27 mm,对整体结构影响不大.所设计的引火筒与防喷器组连接结构能够满足现场作业条件,对下一步井控抢险作业及工具设计具有指导意义.     

内外圈油沟几何尺寸对轴承等效应力和最大正交剪切应力的影响

针对如何选择合适的轴箱轴承油沟尺寸的问题,文章利用HyperMesh软件根据轴箱轴承径向载荷分布情况建立了轴承有限元模型,通过有限元法分析轴承油沟在滚道方向的尺寸L（L为1.2、1.5、1.8、2.1、2.4和2.7 mm）对轴承Von Mises应力和最大正交剪切应力的影响。结果表明:轴承油沟在滚道方向的尺寸L变化时轴承各部分的Von Mises应力变化范围和变化率均不相同;L为2.1 mm左右时既可以提供润滑,减少磨损,同时又能够降低轴承各部分的Von Mises应力;轴承内圈的最大正交剪切应力明显高于轴承外圈和滚子的最大正交剪切应力;L为2.1 mm时可最大程度降低轴承的最大正交剪切应力,提高轴承的疲劳寿命。