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用外缠绕玻璃纤维增强复壁钢管来代替油气田内部承高压的高强度钢管,既可节省大量的优质钢材,又能对场内集输管道起到良好的外防腐效果。本文着重研究由玻璃钢/钢组合而成的厚壁圆筒管在管内高压作用下的优化设计问题。首先利用组合管的边界条件,由弹性理论导出了平面应变状态下组合管壁内三个主应力的计算公式;然后建立了以组合管总壁厚、玻璃钢外套管壁厚和玻璃纤维缠绕角为设计变量,单位长度组合管的材料成本为目标函数以及钢管的强度约束和玻璃钢的变形限制为约束条件的优化设计数学模型,采用复形法对本问题求得了最优解。作者还用所编的电算程序计算了各种管内径,各种内压及各种钢管强度等级所对应的设计变量最佳取值,从而讨论了管内径、内压及钢管强度等级变化对优化设计变量的影响,计算实例表明,在承受相同内压作用的情况下,组合管的材料成本较单纯钢管低,组合管的重量减轻尤为明显。主题词:组合圆筒管;内压;平面应变状态;优化设计;复形法。 相似文献
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有限长厚壁圆筒空间轴对称应力分析的康托洛维奇变分法 总被引:6,自引:2,他引:4
在已有的文献中,尚未发现有把康托洛维奇变分法用于空间轴对称应力问题的工作。本文净康托洛维奇变分法用于上述应力变分问题,并针对荷载变量z的任意函数的有限找厚壁圆筒导出了欧拉方程及边界条件,从而扩大了康氏法的应用范围。文中给出了计算实例。 相似文献
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杆梁组合结构能够充分发挥建筑材料的物理性质,是工程中常用的一种结构形式,由于杆和梁单元的自由度不同,给这类组合结构的理论分析带来了困难。该研究针对杆梁组合结构内力分析过程中刚度矩阵的集成问题,基于不同类型结构构件间的连接关系建立了关联表,推导了基于关联表的结构整体刚度矩阵与单元刚度矩阵各元素之间的对应关系,建立了基于关联表的结构整体分析模型。算例分析的结果表明,该文所采用的关联表方法能够有效地处理杆梁组合结构的受力分析问题,此方法对于解决具有不同自由度数的单元的组合结构分析问题提供了简便可靠的思路。 相似文献
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底部钻具组合的二重非线性有限元分析 总被引:1,自引:0,他引:1
本文将弯曲井眼中的底部钻具组合(英文名称为Bottom Hole Assembly,简称BHA)作为空间梁来处理,在考虑几何非线性因素的基础上,导出了相应的有限元切向刚度矩阵。然后,利用“施加”与“放松”约束的方法处理了钻柱与井壁之间的接触非线性问题,并且考虑了钻柱与井壁之间摩擦力的影响。在此基础上,建立了对大曲率弯曲井眼中的钻柱进行二重非线性有限元分析的基本方程,以及相应的牛顿-拉斐逊迭代求解技术。最后,通过数值算例和工程算例证明了本文方法的可靠性,所得结果为大曲率井眼轨迹控制提供了参考依据。 相似文献
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为了分析连接弯矩-转角关系和荷载大小对组合框架性能的影响,该文采用有限元方法,考虑了连接弯矩-转角关系、楼板的组合效应和几何非线性的影响,通过引入能直观反映连接刚度的端部约束系数来修正现有刚接框架的结构刚度矩阵和杆件固端力。研究表明:连接弯矩-转角关系对框架内力和位移影响较明显;在半刚接阶段0.143相似文献
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运用1/ 4 点位移法和有限元技术对圆筒型容器接管外拐角表面裂纹扩展时应力强度因子的变化作了计算机数值跟踪。结果表明:表面裂纹各点的扩展速度与其所处的位置和容器接管的几何参数有关,且其扩展平衡状态为一不规则形状。 相似文献
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面向有限元分析的特征建模技术 总被引:5,自引:0,他引:5
设计与分析的紧密集成是现代化产品设计模式的发展趋势。在进行特征造型系统与有限元分析系统的集成过程中,研究了面向有限元分析的特征建模技术。首先描述了现有的非流形几何造型技术,指出了非流形几何造型技术是实现造型与分析集成的首要条件,并提出了基于中面的冲压零件几何造型方法,其次论述了非几何特征的建模原理和实现方法,着重突出了虚几何在非几何特征建模中的人用和表示方式,最后讨论了支持模型转换的双向相关机制。 相似文献
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复合材料加筋板的大变形有限元分析 总被引:2,自引:0,他引:2
本文将考虑横向剪切变形的Mindlin's理论应用于复合材料加筋板的大变形分析,在Total-Lagrange坐标系下推导了八结点等参弯曲板单元和三结点等参梁单元的增量平衡方程和切线刚度矩阵,非线性问题采用增量法和Newton-Raphson迭代法相结合的方法求解.本文通过一些算例,证明了所采用单元具有良好的收敛性和足够的精度,并讨论了边界条件、纤维铺设角和加筋疏密等因素对复合材加料筋板非线性解的影响. 相似文献
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预应力钢-混凝土连续组合梁具有承载力高、变形小等诸多优点,作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用。其负弯矩区承载能力计算与变形分析是其设计的关键,目前规范还是空白。因此,有必要对其刚度、变形及抗弯承载力进行研究。该文基于换算截面法,引入混凝土参与受拉工作的程度系数,确定了组合梁截面抗弯刚度,进而推出了预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化塑性理论,得到了负弯矩区的极限抗弯承载力计算方法;研究表明连续组合梁能够显著提高截面刚度与减少开裂。该文公式计算结果与实测值均吻合较好,满足工程精度要求。 相似文献
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基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元 总被引:3,自引:2,他引:1
基于一阶剪切变形理论(FSDT),本文构造一种新型的20自由度(每结点5个自由度),四边形复合材料层合板单元,适合于任意铺设情形的层合板的计算。它是按如下方式构造的:(1) 单元每边的转角和剪应变由Timoshenko层合厚梁理论来确定;(2) 对单元域内的转角场和剪应变场进行合理的插值;(3) 引入平面内双线性位移场来体现层合板面内与弯曲的耦合作用。本文单元,记为TMQ20,不存在剪切闭锁现象,在计算单层的各向同性板时可以退化为文[1]中优质的中厚板单元TMQ。在文[2]中将给出本文单元对于层合板问题的详细数值算例。 相似文献
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薄壁层合箱梁的无外约束扭转分析 总被引:2,自引:1,他引:1
本文在考虑应力沿壁厚非均匀分布前提下,计入各种耦合效应,利用复合材料层合板理论对薄壁层合箱梁的“自由”扭转进行了分析,给出了变形及各铺层应力的计算公式,并指出,对于层合箱梁来说,由于耦合效应使得严格意义上的自由扭转往往不存在,而只能称之为无外约束扭转。最后,通过算例对数值结果进行了分析验证。 相似文献
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本文采用不等距三次B样条函数对旋转壳在整体坐标下的位移进行插值,给出了周向插值所必须满足的周期性条件,采用罚单元法,给出了组合壳体在整体坐标下的协调关系。与惯用方法相比,这种方法简单明了直观性强,易于接受。文末给出了算例。 相似文献
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The residual stresses induced during processing of [0/90] Tcross-ply composite cylinders is examined. A cure-dependent viscoelastic material model is used to describe the development of material behavior during cure. A finite-element model is developed using a recursive formulation in order to overcome the large memory storage requirements and lengthy calculations. Both chemical and thermal strains are modeled. The geometry modeled includes a mandrel and Teflon separation film between the mandrel and the cross-ply tube. The mandrel was shown to hare a profound influence on the level of residual stress during cure. For example, the maximum hoop stress during cure with a mandrel is 154 MPa. When no mandrel is used the maximum hoop stress is only 26 MPa. Chemical shrinkage was shown to increase the final residual stress in all cases analyzed, since both thermal shrinkage (during cool down) and chemical shrinkage (during cure) are additive. To some extent the mechanism of residual stress development in cylinders is much different compared to laminated composites. For cylinders the geometric constraint of the cylinder itself plays an important role. For example, the outer 90° layers in a [0/90]T cylinder effectively prevent free expansion and contraction during curing. The effect is to induce radial and hoop stresses during cure. 相似文献