轴压下大型薄壁圆柱壳的稳定性研究

承受轴向和周边径向压力的大型薄壁钢柱壳结构的稳定性分析是一个十分复杂的问题.根据理想壳体结构的屈曲平衡方程得出的临界应力,结合德国和我国的设计规范,通过有限单元法研究了初始缺陷、环向加劲肋间距、大开孔对薄壁圆柱壳稳定性的影响.结果表明:初始缺陷可使薄壁柱壳的极限屈曲应力降低至理想壳体临界应力的1/4以下;环向加劲肋间距的减小能够使得壳体极限屈曲应力显著增加,进而大大地提高了壳体的轴向承载力;大开孔的存在严重削弱了壳体的整体稳定性.上述结论对于薄壁柱壳的稳定性分析具有一定的理论意义和实用价值.     

铝合金管坯低熔点塑性介质挤胀成形力学特征

为了揭示管坯低熔点塑性介质挤胀成形力学特征,对铝合金管坯低熔点塑性介质挤胀成形工艺过程进行了研究.将低熔点塑性介质作为传力介质填加到管坯的内腔里,两个水平冲头在挤压管坯的同时挤压管坯内的塑性介质,使其在受挤压过程中自行封闭,自行产生高压,在管坯两端轴向挤压力的共同作用下,最终将管坯挤胀成形为空心构件.研究结果表明:低熔点塑性介质挤胀成形时管坯和塑性介质两种材料同时发生塑性变形,管坯的变形流动是塑性介质的内压和冲头轴向挤压共同作用的结果,采用该工艺可以成形各种异型截面的空心构件.     

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。     

固体火箭发动机内部流动线性稳定性分析

以典型固体火箭发动机的简化模型Taylor-Culick流为例,对其内流的线性稳定性方程开展了较为详细的推导与介绍,并给出了相应的数值求解方法.采用谱方法分析了环向波数、轴向距离与雷诺数对局部线性稳定性的影响.计算表明,环向波数从0增加到1时,该波数呈现不稳定特征;当环向波数继续增加时,环向高波数模态会逐渐趋于更稳定状...     

结构力学法求解碳纳米管的临界应变

采用宏观的力学模型,研究了具有不同长径比的锯齿型和扶手椅型碳纳米管的屈曲变形.其结果表明在长径比不变的情况下,随着碳纳米管半径的增加,临界应变值降低;长径比对临界应变有重要的影响;对于小的长径比,连续体壳理论是有效的,但是随着长径比的增加,碳纳米管半径小于0.8 mm的情况下,出现了分歧.因此宏观力学框架模型能有效地模拟碳纳米管的屈曲,预测临界应变.     

焊接对大型石油储罐象足屈曲的影响规律

为了研究大型石油储罐在地震载荷作用下发生象足屈曲时的临界载荷与理论计算值之间的差异成因,采用数值模拟方法分析大型石油储罐纵环焊缝、焊接次序等因素对象足屈曲临界载荷的影响. 提出焊接残余变形可以看作圆柱壳壁上的初始几何缺陷,在一定程度上会减小大型油罐的象足屈曲临界载荷.利用固有应变有限元法建立考虑焊接残余应力及变形的大型油罐象足屈曲准静态计算模型,分析焊缝有无、焊缝类型、焊接残余应力和变形、焊接次序对油罐象足屈曲的影响. 结果表明,焊缝的存在都在不同程度上降低了油罐的象足屈曲临界载荷;在相同的固有应变下,油罐象足屈曲临界载荷降低的程度与焊缝的类型有关;焊接残余应力和变形越大,象足屈曲临界载荷越低,焊接次序对油罐的象足屈曲临界载荷影响不大;焊接产生的残余应力及变形的存在使得油罐罐壁发生象足屈曲处的位置有了一定程度的提高．     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

面内受扭固支环板的塑性屈曲

用平衡路径分叉分析的方法分析了固支环板在面内扭矩作用下的塑性屈曲问题，在分析中了由夹紧环板边缘所引起的径向压应力和环向压应力对屈曲临界扭矩的影响，结果表明，这种径向应力和环向应力的存在会使临界扭矩大幅下降，用Ｊ２流动理论可以求得和实验值一致的临界扭矩。     

钢管填充混凝土后弹性与弹塑性屈曲分析

采用有限条法分析了方钢管填充混凝土后的弹性及弹塑性屈曲性能,考虑了钢板受均匀压应力作用和应力梯度变化两种工况,计算了钢板的临界屈曲应力,分析了残余应力对临界屈曲应力的影响.结果表明:当截面相对宽厚比低于30时,钢管内部填充混凝土并不能提高钢管的屈曲承载力;截面宽厚比超过30以后,随着截面宽厚比的增加,钢管内部填充混凝土后对钢管承载力的提高幅度越来越大,承载力提高幅度最大为空钢管承载力的2.58倍;并能有效提高钢板的抗弯屈曲承载力;残余应力的存在使得钢板在弹性和弹塑性阶段的屈曲承载力降低,残余应力越大,临界屈曲应力越低.     

夹芯复合材料耐压壳舱段仿真计算及临界环肋高度确定方法研究

本文基于Abaqus有限元仿真软件,针对夹芯复合材料耐压壳舱段有效支撑的临界环肋高度问题进行了计算分析.论文首先结合相关试验结果,对仿真计算方法进行了验证.然后建立了共3个系列15个有限元模型,对在不同腹板铺层方式、不同尺寸的T型截面舱段环肋结构支撑下的夹芯复合材料耐压壳长舱段进行了临界屈曲载荷的计算,并得到以下结论.通过设置环肋可以有效地增加夹芯复合材料耐压壳长舱段的稳定性.当环肋的支撑刚度增加到一定值时,长舱段的屈曲模态会从整体屈曲转变为被环肋边界限制在舱段范围内的的多段的单分段屈曲模态,该环肋高度称为环肋有效支撑的临界环肋高度.环肋有效支撑的临界高度可以通过屈曲载荷随腹板高度的增长趋势图中两段直线的交点位置来确定.当环肋高度大于临界环肋高度时,结构的分段屈曲载荷与环肋的属性关系不大,主要与夹芯圆柱壳自身的尺寸与材料属性有关.经计算,本文所分析的夹芯复合材料耐压壳结构其分段自身屈曲载荷可达7.0MPa.     

铝/钢双金属管电磁缩径数值模拟

为指导实际双金属管精确成形工艺,基于LS-Dyna对铝/钢双金属管电磁缩径连接进行了结构场-电磁场耦合的有限元数值模拟,研究了内外管壁厚比值、内外管间隙、放电电压以及芯模对成形质量的影响规律.结果表明:内外管壁厚比值过小易引起内外管连接不紧密,比值过大易导致内管凹陷和外管开裂;随着放电电压增大或内外管间距的减小,外管缩...     

Experimental and Numerical Research on Deformation Behavior of Thin-Walledand Large Expansion Ratio Guide Vane Liner in Hydroforming Process

Some tube hydroforming process tests and further research work were conducted to manufacture hollow guide vane liners (made of super alloy GH3030).The relative thickness (t₀/OD) of the tubular blank is approximately 0.01,and the maximum expansion ratio (Dmax/OD) of the needed part is more than 40％, and the length to diameter ratio of the expansion regionis more than 3.0. It is very hard to manufacture this kind of ultra-thin-wall, curved axis and large expansion ratio tubular part without fracture and wrinkles. The success of the process is highly dependent on useful wrinkles with appropriate internal pressure and axial feeding. A simplified finite element model and a theoretical model are used for detecting the deformation behavior and forming laws. Further study results demonstrate that the useful wrinkles do not appear at the same time and middle-wrinkles need bigger axial force than tube-end-wrinkles and feeding-wrinkles. The wrinkles can transfer bigger axial force after its wave peak has come into contact with the die inner surface. The thickness thinning rate of the element at the peak is bigger than that at the trough.With the increase of the axial and hoop stress ratio, the critical buckling stress also increases. Microstructure examination results show that the grain size in the maximum thinning zone has been stretched and refined after the large deformation and annealing treatment. The process is feasible and the finished part is qualified.     

缺陷圆柱壳体外压屈曲的仿真分析

基于Ansys workbench有限元仿真软件,对含初始缺陷的圆柱壳体进行了外压屈曲的仿真研究。首先进行了理想圆柱壳体的特征值屈曲分析,得出前30阶线性屈曲失稳模态作初始几何缺陷。然后基于单一模态缺陷法和组合模态缺陷法建立具有初始几何缺陷的模型,利用有限元仿真分析的非线性稳定算法和弧长法进行非线性屈曲分析。最后设计圆柱壳体静压屈曲实验,得出了临界屈曲载荷。将非线性屈曲分析结果与实验结果、承压结构工程分析方法计算结果作对比分析,结果表明：弧长法与非线性稳定算法相比,预测精度更高;承压结构工程分析方法求出的结果非常保守,临界屈曲载荷远低于实验结果;第1阶模态缺陷不是对圆柱壳体承压能力最不利的初始缺陷,最不利初始缺陷的模态阶数一般为低阶;模型的初始缺陷幅值大小对临界屈曲压力有较大的影响,但对最不利初始缺陷的模态阶数没有影响。2种初始缺陷构造方法都是可行的,但低阶多模态组合缺陷模型具有更精准的预测精度,误差约为3.55%。     

Deformation and defects in hydroforming of Y-shaped tubes

Hydroforming process of a Y-shaped stainless steel tube was investigated through numerical simulation and experiments. The forming process and reasons of typical defects were analyzed with three different loading paths. Thickness distribution of formed Y-shaped tube was obtained. It is shown by numerical and experimental results that the transition regions are depressed in the forming condition of low inner pressure and wrinkles occur, while fracture occurs in the forming condition of high inner pressure. After forming, the thickness in left transition fillet region is the largest, that in fight transition fillet region is thinner, and the thinnest thickness is at the top of the protrusion. The original thickness line is below the top of the protrusion. The thinning area occurs above this line, while the thickening area is below this line. The maximum thinning rate is significantly increased as the calibration pressure increases, while the maximum thickening rate remains almost unchanged.     

大型椭圆封头拉伸成型有限元分析

采用二维刚塑性有限元软件DEFORM-2D对底部带柱形支撑台的大型厚壁椭圆形封头的热拉伸工艺进行模拟,研究了拉伸过程中板坯变形特点,并预测出其成型缺陷,在与椭圆封头短轴成37°～67°范围内存在＂不贴模＂现象,分析了产生该缺陷的原因和影响因素。在此基础上定量研究了板坯削边值、凹模整形带等参数对缺陷的影响,确定了合理的工艺参数。有限元计算表明,只有同时改变削边值厚度和整形带长度才能有效减小＂不贴模＂程度,使封头壁厚满足锻造公差。     

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.     

Optimizing loading path and die linetype of large length-to-diameter ratio metal stator screw lining hydroforming

In order to meet the high temperature environment requirement of deep and superdeep well exploitation, a technology of large length-to-diameter ratio metal stator screw lining meshing with rotor is presented. Based on the elastic-plasticity theory, and under the consideration of the effect of tube size, material mechanical parameters, friction coefficient and loading paths, the external pressure plastic forming mechanical model of metal stator screw lining is established, to study the optimal loading path of metal stator lining tube hydroforming process. The results show that wall thickness reduction of the external pressure tube hydroforming(THF) is about 4%, and three evaluation criteria of metal stator screw lining forming quality are presented: fillet stick mold coefficient, thickness relative error and forming quality coefficient. The smaller the three criteria are, the better the forming quality is.Each indicator has a trend of increase with the loading rate reducing, and the adjustment laws of die arc transition zone equidistance profile curve are acquired for improving tube forming quality. Hence, the research results prove the feasibility of external pressure THF used for processing high-accuracy large length-to-diameter ratio metal stator screw lining, and provide theoretical basis for designing new kind of stator structure which has better performance and longer service life.     

汽车桥壳液压胀形工艺的研究及最新进展

介绍了半滑动式液压胀形的基本思想以及小型汽车桥壳的液压胀形工艺过程,在普通液压机上试制出模拟样件。提出了钢管胀压成形工艺,先将两端缩径的管坯进行液压胀形得到轴对称的预成形管坯,再对其内部充液（水）并用模具压制成形,并试制出胀压成形桥壳样件。与液压胀形样件比较表明：胀压成形样件轮廓清楚,桥包部分过渡小圆角贴模性好,壁厚减薄量小,成形液压力低。