拉伸载荷下机身整体复合材料接头的断裂损伤研究

为了解决机身蒙皮、纵梁和框连接区域的复杂传力及结构设计问题,设计了复杂胶结整体复合材料接头,完成了该整体复合材料接头的拉伸试验,得到了其应变-载荷曲线和损伤模式。建立了整体复合材料接头数值分析模型,研究了其在拉伸载荷下的损伤起始、扩展及失效过程。结果表明:接头首次降载和极限破坏载荷分别为120.82和168.11 kN;初始损伤发生在左下侧角盒的角弯曲处,然后沿着短翼缘,长翼缘以及腹板间的圆弧过渡区扩展,导致上下角盒的胶结界面脱黏,角盒和L型层合板的胶结界面分层失效。数值计算得到的首次降载和极限破坏载荷与试验结果相比误差分别为6.68%和2.61%,两者符合较好。     

面向飞机数字化装配的工艺接头承载分析

针对大飞机数字化装配工艺需求,设计一种工艺接头用于定位器与机身之间的过渡连接.为了保证飞机装配质量,对机身工艺接头的承载能力和机身受力状态进行有限元建模和分析.采用带耦合约束的梁单元模拟螺栓受力,分析机身与螺栓的载荷分布情况.分析结果表明,机身与工艺接头之间的接触应力较小,机身隔框上的最大应力只有螺栓孔区域应力的1/3.各螺栓的受载情况差别较大,且有较大的轴向载荷作用.分析工艺接头的结构特征和设计参数对螺栓载荷分布的影响,总结了一些螺栓载荷分布规律:布置在隔框周向边缘的螺栓径向载荷较大,在加载位置附近的螺栓轴向载荷较大;增加机身连接面板的厚度能够使螺栓的受载均匀化,增加螺栓数量可以减小螺栓的径向载荷,对轴向载荷的影响不显著.     

塔设备连接法兰的校核方法研究及应用

为了解决石化行业中塔设备连接法兰腐蚀后的连接可靠性问题,降低生产过程中的事故发生概率,对法兰校核方法进行了研究,并结合工程实例,提出了用有限元软件AxiPRO对法兰连接系统在内外载荷共同作用下的强度和刚度校核方法,克服了法兰设计校核标准中不考虑外部载荷的影响和只进行强度计算的弊端.首先对法兰连接系统进行强度校核,通过等效应力原则确定连接系统中的危险区域,考核其是否满足强度要求;然后对法兰密封性进行了计算,根据垫片应力分布情况推断法兰的泄漏情况及泄漏趋势,最后给出了法兰泄漏预判断的有限元分析方法流程.     

预连接工艺对壁板动态特性的影响分析

针对预连接对壁板动态性能影响的问题,提出描述壁板预装配后动态性能的刚度评价指标.为了确定预连接分布,将预连接结构等效为多自由度的弹簧-质量系统,建立壁板预连接分布优化模型并提取相应刚度信息,以刚度指标最大为优化目标,应用遗传算法进行求解计算.构建蒙皮-长桁的壁板仿真模型,将不同预连接分布映射至壁板仿真模型上,利用低阶固有频率的变化验证以刚度为指标的优化方法的正确性.设计壁板动态特性测试实验,与不同预连接分布下提取的仿真频率进行比较,证明了壁板仿真模型的有效性.通过仿真与实验,表明刚度指标的有效性,为进一步研究预连接分布对壁板加工性能影响研究奠定基础.     

复合材料层合板斜切型挖补修理试验

为研究拉伸载荷作用下不同挖补角和附加层数对复合材料胶接挖补修理接头刚度、强度、失效模式及关键位置应变变化的影响,开展了复合材料层合板斜切型挖补修理接头拉伸试验.采用一种碳纤维织物增强树脂复合材料作为母板与补片材料,一种改性环氧树脂胶膜作为胶层材料,设计了斜切挖补角分别为1.8°、2.6°、3.5°、4.4°,附加一附加层或二附加层的斜切型挖补修理试验件.拉伸试验结果表明,在1.8°至4.4°挖补角范围内,所研究的接头刚度和强度随挖补角的增大而减小.附加层数的增加能够有效提升接头的刚度及强度.接头的失效可以概括为四种模式,与挖补角及附加层数目相关。接头关键位置点的纵向应变变化能够动态反映接头的失效过程.     

轴向载荷对套管螺纹连接应力的影响分析

针对深井和大位移井中套管存在很大的轴向拉伸和压缩载荷的情况，采用有限元方法对套管柱中最薄弱的螺纹接头部分进行了分析计算，研究了API长圆螺纹套管在轴向拉、压载荷作用下，螺牙面的接触压力和应力分布规律，结果表明：API长圆螺纹套管接头最大接触压力出现在公扣的根部，并且4扣的接触压力和应力较大，最有可能发生粘扣和屈服破坏。对在深井、大位移井中正确选用API长圆螺旋套管，减少套管连接部位失效事故的发生具有重要意义。     

复合材料盒段弯曲试验与数值研究

为了确定垂直尾翼承力盒段与机身连接形式,并获取两种方案所构成盒段的力学性能数据,对垂直尾翼承力盒段进行了弯曲试验,得到了壁板上的应变分布状态。应用有限元软件ANSYS建立了垂直尾翼承力盒段的有限元模型,通过分析计算得到了盒段的弯曲极限载荷和壁板的应变云图。分析数值模拟结果与试验结果,比较了两种盒段在弯曲载荷作用下的力学性能。载荷达到极限载荷的50%之前,盒段根部的载荷-位移曲线和蒙皮上的载荷-应变曲线均呈线性关系。通过比较数值模拟结果和试验结果,验证了数值模拟的可行性。     

对压弯构件最大正应力计算的讨论

分析了轴向力对压弯构件弯曲变形的影响，导出了压弯构件的附加弯矩和最大弯矩的一般表达式．通过实例计算，定量分析了附加弯矩对压弯构件的最大弯矩的影响，得出了在对压弯构件最大正应力计算的实际问题中。可否忽略附加弯矩的判别条件。     

回转窑轮带的应力研究--载荷谱的确定

基于回转窑轮带工况条件和受力分析，研究了轮带的弯曲应力，得出了具有普遍意义的轮带弯矩及弯曲应力计算公式，在此基础上，进一步研究了综合考虑温度影响的轮带应力分布状况。为编制轮带的疲劳载荷谱提供了可靠的依据，其结果将对轮带的疲劳设计产生重要的促进作用。同时对回转窑轮带的安全运行提供有价值的参考。     

大型多支座蒸压釜应力校核计算及计算机程序

根据材料力学中的三弯矩方程导出了大型多支座蒸压釜的支座反力和弯矩的计算式并给出了釜体应力校核公式及计算机程序。     

Si3N4陶瓷瞬间液相连接三维有限元应力分析

利用有限元方法模拟Si3N4陶瓷瞬间液相连接过程,分析了三维接头残余应力分布状态和中间层对此连接接头应力分布的影响．结果表明：陶瓷外表面靠近连接界面的附近存在最大拉伸应力：采用以Ti／Cu／Ti为中间过渡层的接头的方棒试样,在连接处的直角棱边区域会引起应力集中,采用中间过渡层能缓和接头的残余应力．提高接头强度．     

铝锂合金2198-T8机身整体搅拌摩擦焊接壁板的疲劳性能研究

采用铝锂合金2198-T8,对未来搅拌摩擦焊接机身整体壁板的结构形式进行了设计,并把机身整体焊接壁板的结构形式简化为2种典型试验构型。采用中子衍射方法测得铝锂合金2198-T8单焊缝和双焊缝板的残余应力分布,并对2种试验件的残余应力分布进行了研究;对2198-T8母材和2种典型焊接试验件进行疲劳试验,测得不同尺寸的试验件裂纹扩展速率,并进行对比分析。采用ABAQUS软件建立了有限元数值计算模型,计算出2种情况下由残余应力引起的应力强度因子(Kresidual),研究了残余应力对于疲劳各参数的影响,采用Newman闭合模型计算出2种模型的疲劳寿命,并和试验寿命相对比。试验和数值结果表明:双焊缝试件的疲劳寿命比单焊缝试件长4倍;残余应力的存在改变了疲劳参数分布。     

深海钢悬链立管应力接头的多轴疲劳分析

为了探讨对深海钢悬链立管顶端应力接头更加准确而有效的疲劳分析方法,采用了多轴疲劳理论进行寿命估算.应力接头连接立管和平台长期处于海洋环境载荷及海洋腐蚀之下,非线性特征明显,疲劳问题突出.首先对钢悬链立管进行海洋环境载荷下的时域总体动力分析,然后对应力接头进行局部分析,最后利用多轴疲劳理论对应力接头进行寿命估算和初步的参...     

轴向载荷下空心轴的过盈连接力学特性

用有限元建立空心轴和轴套的过盈连接模型,分析其在轴向拉、压载荷下的力学特性,并对轴向拉伸载荷下,过盈量、空心度、轴向载荷量和轴套厚度对过盈连接力学特性的影响规律进行研究。结果表明,在轴向载荷作用下,接触应力和轴套的等效应力仍存在边缘效应;空心轴在拉伸载荷下的最大等效应力出现在内圆柱面。承受轴向拉伸载荷时,接触应力和轴套的等效应力随着过盈量和轴套厚度的增大而增大,随着空心度和载荷量的增大而减小;空心轴的等效应力随着各参数的增大而增大。     

J53—1600型双盘摩擦压力机机身有限元分析

本文采用SAP5程序对1600吨双盘摩擦压力机机身进行了三维有限元计算,共计算了九种工况。根据计算结果,对中心载荷、偏心载荷和扭转载荷作用下机身的应力和变形进行了分析。在此基础上,绘制了机身强度允许的偏载区域图。另外,本文还将中心打击的计算结果和电测实验结果进行了比较。最后,讨论了机身强度和刚度的设计原则与用三维有限单元法计算的优越性。     

基于黏聚区模型的Z-pin增强复合材料T型接头分层损伤研究

复合材料T型接头Z-pin增强就是将直径非常细的金属或复合材料pin针植入筋条-蒙皮截面,通过Z-pin的桥接牵引提高接头力学性能。采用ABAQUS有限元软件分别建立了T型接头与Zpin增强T型接头的三维数值计算模型。基于黏聚区模型,采用新的简化后Z-pin桥接牵引关系模拟Z-pin增强作用过程。模拟了T型接头的拉伸失效模式,计算了其拉伸强度和总耗散能,对比分析了有无Z-pin增强2种接头的载荷-位移曲线和损伤耗散能-位移曲线。数值计算结果与文献中数据符合较好。结果表明:Z-pin增强T型接头的极限载荷与极限位移相比于无增强T型接头分别提高了66%和304%;2种接头的载荷-位移曲线斜率相同,初始损伤载荷一致;Z-pin增强T型接头在拉伸破坏过程中相比于无增强接头吸收能量多13.74倍。     

弯曲应力对汽轮机螺栓疲劳寿命影响的研究

火力发电厂汽轮机螺栓是汽轮机组的重要部件,螺栓疲劳寿命的研究对汽轮机的安全运行及维修具有重要的意义。对螺栓所受应力特别是附加弯曲应力进行了全面的分析,采用平均应力Morrow修正式对弯曲应力对疲劳特性的曲线的影响进行了研究,得到了不同偏转角下的螺栓低周疲劳特性曲线,并对一实际螺栓进行了具体计算,提出了在螺栓偏斜情况下准确计算疲劳寿命损耗的方法。     

阶梯形修理复合材料层合板拉伸性能研究

为获得不同参数对阶梯形修理结构拉伸力学性能的影响,本文开展了试验研究.针对铺层数目为8层的复合材料层合板,分别研究了阶梯数目为2个、4个和8个的无附加层的情况.另外针对4个阶梯的情况,研究了附加层数目的影响.作为对比,对相同修理区大小情况下的斜切形挖补修理结构也进行了测试.结果显示,对阶梯形修理结构,拉伸强度随阶梯数目的增加而增加,当阶梯数目由2个增加到8个时,修理接头的强度恢复率由36%增加到67%.通过引入附加层能够有效的提高修理结构的强度,但随着附加层的引入以及附加层数目的增加,修理结构强度的分散性变大.阶梯形修理和斜切形挖补修理的对比显示,相同修理面积的情况下,由于斜切形挖补修理能够提供更加均匀的胶膜应力分布,斜切形挖补的修理效率要高于阶梯形修理,相比4个阶梯的阶梯形修理,斜切形挖补修理强度能够提高25%.最后,根据修理接头表面各点的应力/应变分布规律,获得了拉伸载荷作用下修理接头的失效机理和失效过程.     

三弯矩方程的理论研究及在轴系校中中的应用

船舶推进轴系设计质量的好坏，直接关系到动力装置的工作可靠性。轴系校核计算是必不可少的，而校中计算是校核计算的关键。通过对传统三弯矩方程在考虑外加力偶、轴段线性均布载荷以及轴段剪力变形影响等3方面的理论研究，提出了适用于船舶推进轴系校中计算要求的通用三弯矩方程，并在校中计算软件中实现，与国外权威计算软件比较，其结果正确，方法可行。     

可拆卸储罐罐体的有限元分析

储罐在公路交通事业发展中的应用越来越广泛,其安全性变得越发重要.为满足行业对储罐可以进行拆卸移动的需求,研究设计可拆卸储罐.与传统储罐不同,可拆卸储罐的纵向壁板是以连接板和螺栓形成的结构进行连接,便于拆装.针对可拆卸储罐壁板纵向以连接板和螺栓连接的结构特点,建立包含两片壁板、两壁板间的连接板、螺栓和垫片的简化有限元模型,并根据操作工况对其施加预紧力和载荷.利用有限元软件ANSYS分别对操作工况下储罐的螺栓、连接板和罐壁进行应力分析,获得了储罐各部位的应力分布情况,根据分析设计标准对关键部位进行应力强度评定.结果表明:在充满介质的情况下,储罐满足设计要求,不会发生强度失效.