多段床气化炉高温设备及管道应力分析

利用CAESARⅡ管道应力分析软件对某公司多段分级转化流化床煤气化中试装置核心设备:气化炉、三级旋风分离器、废热锅炉及附属管道进行整体建模与应力分析,比较三种不同管道布置方案的优缺点。按美国ASME B31.3《工艺管道》标准要求及工程实践经验,考虑管道在内压、自重、温度、地震、风载等载荷作用下管道的受力情况,并通过载荷工况的组合作用,得出各个工况下管道的应力分布,确定各弹簧支座的型号,计算管道对设备管口的管道载荷。     

一种新型管道微机器人驱动力的理论分析和实验研究

研究一种管道微机器人新型轮式驱动方法及结构,即由驱动轮表面与管道表面作用产生的牵引力和驱动轮表面结构的弹性变形力来驱动微机器人运动。分析了新型管道微机器人在运动时的受力情况,并推导得到驱动轮弹性变形驱动力和牵引力的计算公式。同时,笔者研制了一种微小力测试实验台,对驱动轮的弹性变形驱动力进行了测试。     

拖拽下大变形柔性线缆力学特性分析与测试

为克服布线时柔性线缆因复杂空间形态而导致的难以精确地描述其运动状态、力学性能等问题,基于弹性细杆思想,建立大变形柔性线缆动力学模型,分析大变形线缆力学特性。建立线缆考虑空间约束、自重及拖拽与摩擦作用的动力学模型;推导大变形线缆的本构关系与运动参数表达式,并进一步构建典型运动情形下大变形柔性线缆的动力学模型;通过对线缆力学特性进行仿真分析与试验测试,得到了弯曲与拖拽运动下线缆的几何姿态、运动规律及受力情况。结果表明,弯曲线缆的曲率极值点为关键点,决定线缆整体运动形态与受力的趋势;线缆的拖拽运动类似于行波传动;同时试验实现了通过线缆力学模型逆推出其空间形态,验证了所建模型的正确性,为线缆路径规划提供了理论依据。     

基于断裂力学的射孔套管孔边开裂行为分析

针对内压作用下的射孔套管的孔边开裂行为,应用断裂力学分别对线弹性条件和弹塑性条件下的孔边开裂进行分析,给出线弹性条件下圆柱壳体孔边裂纹应力强度因子和临界开裂内压公式,以及弹塑性条件下含孔边裂纹管道的临界开裂内压公式;通过MATLAB对两种条件下的力学模型进行解析,首先从线弹性条件下内压、裂纹长度以及孔径对应力强度因子的影响展开分析;然后从弹塑性条件下孔径和裂纹长度对临界开裂内压的影响进行分析;最后对小范围屈服情况下的两种断裂判据的套管临界开裂内压进行了对比。     

双头单螺杆泵定子衬套力学行为分析

为研究双头单螺杆泵定子衬套的受力状态及内轮廓线的变形规律,分析了内压、压差、材料非线性、橡胶泊松比等多种因素对定子衬套应力、应变及内轮廓线变形规律的影响,并拟合出双头单螺杆泵定子衬套在均匀内压作用下内轮廓线位移的方程式及非均匀内压下内轮廓线最大位移公式。分析结果表明：均匀压力下,衬套应力、应变呈周期性变化,内轮廓线位移呈正弦规律变化,位移与内压成线性关系;压差作用下,衬套应力、应变最大值向压差作用处转移,内轮廓线变形规律发生改变,位移及其变形幅度均增大;衬套橡胶泊松比微小的变化即会对衬套变形产生非常大的影响。因此,实际生产中应注意注胶工艺及泊松比的变化。研究结果为定子、转子过盈量的选取及线型的优化设计提供了理论基础,对提高双头单螺杆泵工作效率和使用寿命具有重要工程实际意义。     

延迟焦化装置中带碟簧的管法兰接头三维数值分析

应用有限元法分析延迟焦化装置中焦炭塔和管道的受力和变形,并针对生焦高温工况,对带有碟形弹簧的管法兰接头进行三维数值模拟,分析碟形弹簧对垫片应力的影响。模拟结果表明,生焦时焦炭塔受高温膨胀,导致管道弯曲变形,而内压对此影响相对要小很多;高温下选用适当的碟形弹簧,有利于维持管法兰接头的垫片工作应力。     

蒸汽跨越管线含体积型缺陷的塑性极限载荷分析

长输管线在使用与制造过程中会出现各种缺陷,主要以腐蚀造成的体积型缺陷为主。用有限元方法对含体积型缺陷的跨越蒸汽管道进行了极限载荷分析,分析时考虑了大变形弹塑性情况,载荷考虑内压、温度、自重（产生面内弯矩及剪力）及风载荷（产生垂直面弯矩及扭矩）单独及联合作用情况,缺陷位置在近固定墩处,缺陷形状为球形及长条形。分析了缺陷的形状、大小、深度及载荷情况对极限载荷的影响,并分析了管道在上述情况下的失效形式。     

考虑基础沉降的油气输送管道数值模拟分析

为确保整套系统的安全运行,以某输气管道为研究对象进行三维数值模拟方法的研究。依据经典力学理论,分析了在均匀内压作用下管道的应力特征,总结对比了管道的失效准则。在此基础上建立了管道的三维数值模型,考虑基础沉降的影响对管道变形与力学状态进行了数值模拟,分析并得到管道应力随基础沉降量的变化规律。结果表明:应用该方法可以比较真实地模拟出管道的应力和变形分布规律,确定管道基础沉降的敏感位置和沉降临界值,为管道的现场施工、实时监测和安全性分析提供有价值的参考意见。     

组合载荷作用下开孔接管结构强度性能的研究

带接管内压圆柱形容器通常受到内压与接管弯矩的组合作用,接管弯矩会影响内压圆柱壳开孔接管结构的强度性能。在内压与接管弯矩组合作用下,对4台具有不同开孔率的带径向接管圆柱壳容器开孔接管结构强度性能进行试验研究和有限元分析,考察内压与接管纵向弯矩、内压与接管横向弯矩组合作用下容器开孔接管区弹性应力分布、应力集中、开孔接管结构的变形规律及塑性极限载荷等。结果表明,载荷大小相同时,横向弯矩作用产生应力增量较纵向弯矩作用产生应力增量大,横向弯矩对内压容器开孔接管结构强度较危险。内压作用在开孔接管区纵向截面产生应力增量较横向截面应力增量显著。较小值的内压作用可减缓开孔接管结构弯矩作用下的变形,内压能降低开孔接管结构的纵向极限弯矩,较小内压能增加开孔接管结构的横向极限弯矩。     

平面假设在弹塑性变形中的合理应用

杆件的变形与应力场分布通常由平面假设来确定,材料力学、弹性力学、塑性力学都使用平面假设来解决应力场分布问题。论述了弹性变形能极值原理,介绍了杆件弹性变形规则,并分析了平面假设在塑性力学应用中存在的问题。从受力杆件能量守恒和受力杆件变形能具有最小值的观点出发,可以严格推导出杆件在拉压、弯、扭变形时平面假设的条件表达和相应的应力场分布,说明平面假设的实质是杆件的弹性变形遵循变形能最小值原理。在弹塑性变形时,杆件中的变形依然存在最小值,其中的弹性变形部分仍然符合平面假设,但是弹性变形与塑性变形之和的总变形不再符合平面假设。     

基于温度对预浸料铺放质量的影响研究

针对自动铺带工艺的过程,分析了温度对于铺带过程中的预浸料铺放质量的影响。在一定的铺放速度和铺放压力下,通过实验分析温度对于铺带过程中的预浸料基体的流动性、铺带的带宽变形以及预浸料的黏附性变化影响。总结并分析了铺放温度对于预浸料铺带铺放效果的影响,为实际成型产品工艺提供帮助。     

偏磨油管在内压及轴向载荷下的变形有限元分析

为了解决油管偏磨问题,对内压和轴力作用下的无偏磨、单面偏磨和双面偏磨油管分别进行了有限元(AN-SYS软件)模拟研究。结果表明,油管偏磨大大降低了油管抵抗变形的能力,尤其油管双面偏磨更容易导致油管失效。在所研究的范围内,得出了内压和轴力作用下,油管失效不是油管强度不足的结论。     

内压作用下斜接管容器塑性极限载荷的数值研究

对三台具有斜接管的圆柱形容器(θ=30°,45°,60°)在内压作用下的塑性变形特征及塑性极限载荷进行了三维非线性有限元数值研究.结果表明:斜接管与筒体截交区纵向截面的锐角侧材料首先进入塑性状态.截交区附近出现明显的塑性变形,纵向截面内发生径向收缩,而横向截面出现明显的径向鼓胀,接管与筒体间的夹角减小.结果同时提供了三台容器的极限载荷值,为该类容器的分析设计提供了依据和参考.     

计入曲轴受载变形的粗糙表面曲轴轴承弹性流体动力润滑分析

对一四缸内燃机曲轴轴承进行了计入曲轴受载变形和表面形貌的弹性流体动力润滑分析.计算中采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析,采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴瓦表面的变形.结果表明,表面形貌对曲轴轴承轴心轨迹影响较大,表面弹性变形对曲轴轴承轴心轨迹影响很小;计入表面形貌,曲轴轴承最大油膜压力增大显著,最小油膜厚度明显减小,端泄流量在大部分时间几乎没有变化;计入表面弹性变形,轴承最大油膜压力基本都有不同程度的减小;表面弹性变形对端泄流量、轴颈摩擦因数以及最小油膜厚度的影响甚小.     

拱顶储罐承压圈型式与承载能力的关系

拱顶储罐与浮顶储罐的最大差别是前者要承受一定的内压，承压圈是连接顶盖（球壳）与筒供的主要受力构件。在现行设计规范中，承压圈通常是角钢型的，但当储罐趋于大型化时，角钢型承压圈无法承受一定的设计内压。对内压作用下具有三种结构型式承压圈（角钢型，圆锥壳型，圆环壳型）各种容积的拱顶储罐进行了比较全面的强度分析与稳定性分析。最后对三种结构型式的拱顶储罐的变形方式，应力状态，塑性变形历史，塑性极限压力，弹性失稳临界压力进行了分析与对比。     

船舶艉轴密封环机械变形有限元分析

对于船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形,传统采用的分析方法隔离体法和整体粘接都假定密封端面必须始终完全接触,忽略了动、静环密封端面变形的差异,不能反映高介质压力下密封端面的局部接触问题。本文基于接触理论提出了整体接触法,对船舶艉轴密封环内外侧工作介质压差引起的密封端面变形进行了有限元分析,保证了端面受力与变形的协调,实现了端面接触力的自动求解和静密封环的平衡。有限元分析结果表明,密封端面在力和力矩作用下产生锥形变形,形成接触闭合区和锥形开口区,且在接触区有应力集中。     

Energy absorption of pressurized thin-walled circular tubes under axial crushing

By pressurizing cellular materials, honeycombs, or thin-walled structures, their energy absorption can be greatly enhanced, and this enhancement can be controlled by the applied pressure. This concept shines light on the possibility of achieving adaptive energy absorption. To investigate the effect of internal pressure on energy absorption of thin-walled structures, this paper presents a study of axial crushing of pressurized thin-walled circular tubes. In the experiments, three groups of circular tubes with radius/thickness ratio R/t=120-200 were axially compressed under different pressurizing conditions. The results show that with an increase of internal pressure, the deformation mode switches from diamond mode with sharp corners to that with round corners, and eventually to ring mode. In diamond mode, the mean force of the tubes increases linearly with internal pressure. The enhancement comes from two mechanisms: direct effect of pressure and indirect effect due to interaction between pressure and tube wall. After the deformation switches to ring mode, the enhancement resulting from the second mechanism becomes weaker. Based on experimental observations, the deformation mode, energy dissipation mechanisms as well as interaction between internal pressure and tube wall are analyzed theoretically and the theoretical results are in good agreement with the experimental ones.     

一种新型安全车轮的非线性有限元分析

建立了新型安全车轮的几何模型,说明了车轮构成及基本原理。基于车轮的几何非线性、材料非线性及车轮与地面接触的非线性,建立了车轮的三维非线性有限元模型,用ANSYS软件的非线性分析技术对车轮进行了有限元分析。建模时充分考虑了橡胶材料的超弹性,材料模型采用Mooney-Rivlin橡胶材料。分析了车轮在静态接触、侧倾和侧偏受载3种工况下载荷与变形量的关系,并对车轮应力分布、轮胎接地印迹和接地压力进行了研究,为模拟与分析轮胎行驶性能和车轮的结构设计与优化提供了相关依据。     

The elasto-plastic deformation of a supported short cylindrical shell of mild steel under internal pressure

The elasto-plastic deformation of a thin-walled cylindrical shell under internal pressure was analysed using deformation theory together with Mises' yield criterion. A derived system of nonlinear differential equations was solved numerically by computer using the Runge-Kutta-Gill method. A corresponding experiment was performed and the theoretical result coincided with the experimental one very well.