翻边开孔对矩形板动力性能的影响

工程中采用冲压开孔的方法在结构上产生开孔的同时可以在孔边形成一定高度的翻边。利用Ansys有限元软件,数值分析翻边开孔参数(开孔面积、翻边高度、开孔位置)对矩形板前两阶固有频率的影响。分析结果发现对于不同边界约束条件,翻边开孔参数对矩形板的固有频率均有较大影响,结果为实际结构的翻边开孔设计提供了参考。     

异种钢锥壳径向接管开孔结构强度研究

锥壳接管开孔结构是压力容器常见结构。考虑开孔率和材料的强度匹配的影响,对异种钢锥壳径向开孔接管结构强度进行研究。根据GB150-2011中等面积法确定接管壁厚,在此基础上,按照JB4732-1995(2005确认)和极限载荷法分别进行强度评定,并对比评定结果指出不同设计方法安全裕度的不同。研究表明,开孔率和材料的强度匹配显著影响锥壳径向接管开孔结构强度。与应力分析法及极限载荷法比较发现,对于较低强度匹配和较大开孔率的锥壳径向接管开孔结构,采用等面积法设计没有足够的安全裕度,为此类结构的设计和强度研究提供了借鉴。     

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。     

煤矿提升机卷筒装置辐板结构的优化设计

以2JK/A-5型煤矿提升机卷筒装置的辐板结构为研究对象,在对卷筒装置及辐板结构进行概述的基础上,利用UG和Ansys软件构建了辐板的受力分析模型。结果发现,辐板结构开孔边缘部位存在明显的应力集中现象,且为循环周期载荷,容易出现塑性损伤最终导致结构损坏。利用单因素变量法研究了开孔形状、开孔位置以及开孔数量对辐板应力最大值的影响规律,结合实际情况确定的开孔形状为圆形、开孔位置为1 600 mm、开孔数量为6个,以上结构参数可以降低辐板的最大应力值,提升结构件的运行稳定性,延长使用寿命。     

板翅式换热器斜接管封头极限压力研究

针对板翅式换热器斜接管封头强度设计问题,基于有限元软件ANSYS和CAD软件Solidworks,给出塑性功曲率(Plasticwork curvature,PWC)准则极限载荷计算方法,比较30o斜接管封头的PWC准则极限压力、两倍弹性斜率(Twice elastic slope,TES)准则极限压力和美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)理想塑性极限载荷准则极限压力的计算结果,并对影响极限压力的接管倾斜角β、筒体径厚比iDδ、接管开孔率idD进行参数关系研究。30o斜接管封头极限压力计算结果比较表明,PWC极限压力以总塑性功及其曲率作为封头结构整体塑性失效判别的全局指标,与TES准则人为选择的变形参数指标和两倍弹性斜率失效线相比较,具有客观性,也能反映材料应变硬化对封头增强的效应;极限压力与尺寸参数关系研究表明,小倾斜角、大开孔率和大径厚比将使得封头极限压力降低。研究结果为板翅式换热器斜接管封头这种复杂结构极限压力的计算和尺寸参数的选择提供参考。     

帽形截面耐撞薄壁结构的棱边强化与优化设计

为了满足车身轻量化要求,乘用车耐撞车身的关键承载结构越来越多采用超高强度薄钢板制作。但是为减小板厚而提高材料强度可能引发平板屈曲,导致薄壁箱型结构受压侧的极限承载力的降低。为此,根据平板和圆柱壳棱边的屈曲理论,讨论帽形截面的薄壁箱型结构受压侧的有棱边强化平板的后屈曲极限承载力。通过CAE数值模拟,求得单向均匀压缩带棱边强化平板的横截面应力分布和极限承载力。从而明确用棱边强化钢板部件替代热成形钢板部件在乘用车耐撞结构中应用的可行性。最后,梳理了棱边强化设计应用的前景和后续待研究的课题。     

3D打印复合材料开孔板力学性能影响规律

为了改善3D打印技术制备的连续碳纤维增强复合材料样件的拉伸力学性能,研究了不同填充路径对复合材料开孔板拉伸性能的影响。采用主应力轨迹路径的规划方法制备了主应力轨迹路径填充开孔板测试样件,并将其与栅格路径填充开孔板和机械加工开孔板进行了拉伸性能对比。结果表明：主应力轨迹路径填充开孔板与机械加工开孔板相比,拉伸强度高9.73%,弹性模量高25.58%;主应力轨迹路径填充开孔板在断裂前圆孔周围的应变分布更均匀,应变更小。     

热力耦合作用下复合材料搭接结构强度研究

复合材料铆钉搭接结构在温度变化情况下强度的研究对复合材料在航空领域上的应用具有重要的意义。为研究温度的变化对复合材料铆钉搭接结构强度的影响,考虑到模型具有高度的非线性问题,因此选用ABAQUS/Explicit求解器进行热力耦合过程的准静态模拟。通过编写VUMAT子程序,修改了材料的本构模型,考虑了温度对复合材料基本属性的影响,添加了混合失效准则以及材料失效后的参数退化方式。在25℃和105℃条件下分别对有开孔的复合材料板进行了压缩的模拟和复合材料铆钉搭接结构进行了拉伸的模拟。研究结果表明,温度的升高会降低压缩载荷作用下复合材料板和拉伸载荷作用下复合材料铆钉搭接结构的刚度与强度。     

开孔泡沫金属紧凑式换热器高温力学性能研究

基于开孔泡沫金属的特性,研发板泡式热交换器,通过单轴拉伸试验获得316不锈钢泡沫金属的短时力学性能和长时粘弹性参数,在此基础上引入小挠度薄板理论,将板泡结构简化作支承于地基上的薄板,基于对应性原理和数值逆变换方法,采用FORTRAN90编制程序,计算板泡结构的粘弹性弯曲变形和粘弹性弯曲应力,并与有限元模拟结果进行对比,验证该分析计算方法用于表征承压板泡式热交换器结构粘弹性行为的可行性与准确性。进而分析开孔泡沫金属结构参数对板泡结构的粘弹性弯曲变形和粘弹性弯曲应力的影响情况,结果表明开孔泡沫金属的孔隙率对板泡结构的安全性影响相对较大。     

帽型加筋板热屈曲优化设计

针对非均匀温度场作用下的帽型加筋板热屈曲问题,采用有限元开展了临界屈曲温度场计算方法研究。在此基础上,结合自动参数化建模方法,建立了以提高受热加筋板屈曲承载能力为目标的优化流程。为了提高优化算法的搜索效率,分别建立了一阶热屈曲特征值和结构重量的代理模型,并将代理模型嵌入到优化流程中,通过代理模型对屈曲特征值和结构重量进行预测来降低优化设计中的有限元计算量,对典型帽型加筋板进行热屈曲分析及优化设计。结果表明,本文中采用的方法可行而且高效,在相关结构设计中具有较大的应用价值。     

带压开孔管道在弯矩作用下强度性能的试验研究

采用与带压开孔中相同的焊接工艺(间断焊)制造2台带压开孔试验模型,分别用于横向和纵向的弯矩试验,研究带压开孔管道的强度性能.结果表明,在弯矩作用下,带压开孔结构的支管和主管两侧的弹性应力分布呈现反对称性,在支管和主管的相贯区附近有明显的应力集中现象,支管和主管相贯区受拉侧关键点的极限弯矩值最小,应力值最大,此处为结构的危险区域;在结构尺寸和材料相同的情况下,承受纵向弯矩模型的极限弯矩大于承受横向弯矩模型的极限弯矩,二者的比值为1.68.     

球壳大开孔平齐接管补强设计方法评价

为了对球壳大开孔补强结构做出合理安全评价,利用我国现行标准中的补强方法,对D=500 mm,直径厚度比D/T=68、接管与壳体半径比r/R分别为0.5,0.6,0.7,0.8的球壳大开孔结构进行了补强计算,对补强后的球壳大开孔平齐接管结构,选择其高应力区的若干截面,按照"分析设计"方法进行了应力强度评定.结果表明,按极限分析法和压力面积法进行补强后的结构按分析设计可以通过;随着D/δ的增大,接管有效厚度与最小厚度之比g值随之增加;时多数大开孔情况,利用极限分析法补强后的结构更安全.     

接管纵向弯矩下带补强圈容器极限载荷的参数化分析

带径向接管的圆柱形容器开孔补强结构的极限承载能力主要与3个无量纲参数（开孔率d／D、壁厚比t／T和D／T）有关。为了能够快速地获得该结构的极限承载能力,运用正交试验设计方法,设计了64组不同参数的圆柱形容器模型,利用有限元分析软件ANSYS对各组模型进行模拟计算,求得了在接管纵向弯矩作用下各组模型的极限载荷,再由回归分析法得到了在接管纵向弯矩作用下带补强圈容器极限载荷的回归方程。最后通过试验和有限元计算两种方法进行了验证,证明了回归方程的结果是正确的,并具有足够的精度,可以用于工程设计中快速计算在接管纵向弯矩作用下该结构的极限承载能力。     

基于XIGA的开孔功能梯度板材料分布多目标优化

为解决开孔功能梯度板多目标优化问题,提出了一种将扩展等几何分析方法(XIGA)和以材料分布变化的求解模式.针对开孔结构功能梯度板的力学计算,引入三阶剪切变形理论,并采用扩展等几何分析方法.为提高数值精度,在孔边界区域做四叉树自适应高斯积分.在材料属性描述中,以B样条函数代替传统的功能梯度材料分布函数.优化过程中,以描述材料分布的控制点作为设计变量,建立第一自然频率最大、板质量最小和屈曲临界参数最大的多目标优化问题,其中优化算法选用NSGA-Ⅱ算法.通过算例表明了算法的有效性.     

轮对辐板开孔对钢轨波磨的影响

基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致钢轨波磨的理论,研究轮对辐板开孔对地铁小半径曲线钢轨波磨的影响,利用ABAQUS仿真软件分别建立无孔和开孔的轮对与钢轨、轨枕组成的有限元模型,采用复特征值方法研究辐板开孔距离、开孔大小和开孔个数对钢轨波磨的影响。结果表明:小半径曲线工况下饱和蠕滑力会导致钢轨波磨;辐板开孔距离对钢轨波磨的发生概率是有影响的,较小的开孔距离可以得到相对良好的稳定性;辐板开孔大小对钢轨波磨的发生概率影响较小;相比较无孔辐板和其他开孔个数辐板,辐板开4孔稳定性最好,可降低钢轨波磨的发生概率。     

卧式螺旋卸料过滤离心机转鼓开孔削弱系数的研究

开孔转鼓是卧螺离心机的主要部件,转鼓开孔后强度会削弱,因此,对于转鼓开孔削弱系数的分析研究是十分必要的。利用有限元分析软件ANSYS10.0对开孔转鼓进行参数化建模、网格划分、施加对称约束,然后进行强度应力分析,研究开孔转鼓强度应力的变化规律,转鼓开孔处会产生应力集中,最大应力也出现在开孔的位置。通过节点应力对比的方法,研究转鼓开孔后强度应力变化规律,获得产生的最大强度应力的数值和节点M的坐标,在未开孔转鼓体上找到与节点M坐标相同或者最接近位置点的Stress intensity值,通过对比方法获得转鼓开孔削弱系数。     

法兰平盖上开孔的应力及可靠性分析

目前许多法兰板平盖上开孔的强度计算还没有具体的国家标准,但是法兰的最大工作压力是安全正常工作的重要技术参数,应用有限元软件ANSYS对法兰平盖上开孔进行应力分析,得到法兰平盖内应力分布状况,并对法兰各部分结构进行确定性强度校核,利用Monte Carlo数值计算方法对其进行模拟实际操作工况抽样,得出了法兰平盖工作时的安全可靠度,以及所能承受压力的数学期望。通过有限元及可靠性分析,充分掌握法兰平盖各部分结构的强度储备情况。     

基于Fluent的均流孔板阻力特性数值模拟研究

均流孔板作为空气净化设备送风系统的气流均布元件,在增大腔体气流均匀性,提升设备净化效果方面具有明显优势。为了研究均流孔板结构及相关参数对其阻力特性的影响,基于流体力学理论,以空气为介质,在入口风速为0.5～8 m/s范围内,对开孔率为0.07～0.48、孔数为286～3185、相对厚度为0.17～0.75的均流孔板进行了阻力特性数值模拟分析。分析结果表明:开孔率对均流板的阻力特性影响显著,相对厚度次之,在高开孔率条件下入口风速对孔板阻力特性影响较小,并且开孔间距与开孔孔径对湍流强度有着重要影响。     

铜硬钎焊炉均风孔板优化设计

为保证铜硬钎焊过程中的工艺温度,改进了连续式铜硬钎焊炉的结构设计,通过增设热风搅拌装置及均风孔板来提高温度均匀性。利用计算流体力学仿真技术分析了钎焊室孔板性能,研究了孔板开孔率及开孔方式对温度分布的影响规律。研究结果表明:采用50%开孔率的均风孔板时,工件部位温度均匀性要好于其他开孔率的孔板;同一开孔率时不同开孔方式也会影响工作位置的温差,50%开孔率时两端大中间小的开孔方式可有效控制温差。研究过程中采用多孔介质对孔板结构进行简化,有效降低了建模难度,减少了分析时间,为类似结构分析及优化设计提供了依据。     

基于FLUENT的孔板消减气流脉动的数值模拟

在输流管道内的适当位置添加孔板作为一种简单有效的消减管道气流脉动的方法,已经在生产实践中得到广泛应用,但是对于孔板开孔率和开孔数这两个主要设计参数的共同研究很少。针对这一问题,现以弯管为例,采用数值模拟软件Fluent建立管道三维定常流动模型,分别计算单孔不同开孔率孔板下以及不同开孔数相同开孔率下管道内部的脉动状况,并与不加孔板时的情况进行了对比。通过数值模拟,表明添加适当尺寸孔板能够起到一定的脉动消减作用,同时得出在开孔率为30%和开孔个数为1的情况下,穿过孔板的气流不均匀度由23.12%下降到0.60%。