三维裂纹应力强度因子数值计算

利用无网格Galerkin方法对三维裂纹问题进行分析。基于最小二乘法的无网格方法仅需一系列节点信息就可构成物体的离散模型。在无网格Galerkin方法中,位移边界条件不包含在内,因此,在边界已知位移方向上设置一系列弹簧来满足无网格方法的本征边界条件。弹簧的一端与已知位移的物体表面固连,而另一端固定,把计算位移与已知位移的误差作为弹簧的变形量。弹簧作为弹性体的一部分,弹簧的变性能也是弹性体应变能的一部分。裂纹使得弹性体具有不连续性,对体内节点具有隔离作用。用可视准则处理裂纹面对影响域内Gauss点的隔离作用。提出简单有效的方案,确定可变的节点影响域,这一方案可以保证体内每一个节点影响域内的节点数为一给定的常数,通过限制影响域内最小二乘计算的大小,提高计算近似函数的效率。利用三维间断位移法计算三维裂纹前缘的应力强度因子,计算有限体内边界贯穿平置裂纹和边界非贯穿平置裂纹的应力强度因子。无网格Galerkin方法的计算结果与前人研究的结果吻合很好,这可为三维裂纹的扩展追踪提供参考。     

特高压支柱瓷绝缘子弯曲强度可靠性分析

特高压工程在电气、机械和运行可靠性方面对支柱绝缘子提出了更高的技术要求。从统计学角度提出产品强度设计与配合方面的一些新思路,分析了常规设计方法与笔者推荐的设计思路下瓷支柱绝缘子弯曲负荷试验时的损伤概率,提出:提高特高压瓷支柱绝缘子可靠性的关键是降低瓷材料的分散性;元件设计时,若瓷材料由于工艺等原因的限制分散性较大,可通过提高法兰和水泥胶装结构的强度提高元件可靠性;整柱设计时,非等裕度强度配合可以有效提高瓷支柱绝缘子的可靠性。     

动态载荷下支柱瓷绝缘子的应力特征研究

支柱瓷绝缘子的脆性断裂故障给电力系统的安全稳定运行造成了严重的影响,而支柱瓷绝缘子在动态载荷下的运行条件要更加恶劣,断裂故障亦更加频繁。为分析动态载荷下支柱瓷绝缘子的应力特征分布规律,基于热-结构耦合数学模型建立了支柱瓷绝缘子有限元数值仿真模型,并分别建立了相应的动态风力、短路电动力和地震动态载荷的数学模型,对动态风力、短路电动力和地震波作用下的应力特征及最大拉应力动态变化特征进行计算分析。     

低温环境下支柱瓷绝缘子力学特性分析及临界裂纹尺寸研究

高压支柱瓷绝缘子的断裂会对电力系统的安全稳定运行带来严重威胁,而支柱瓷绝缘子的断裂事故在冬季低温环境中尤为多见。为分析低温环境下支柱瓷绝缘子的力学特性,建立了支柱瓷绝缘子的热-结构耦合有限元模型及胶装区域孔隙结冰膨胀的数值计算模型,计算分析了不同环境温度下、不同位置和不同程度结冰膨胀时的应力分布规律及相应的最小临界裂纹尺寸变化规律,研究表明:环境温度的降低、膨胀程度的增大可导致支柱瓷绝缘子所受的最大拉应力随之增大,最小临界裂纹尺寸则相应地逐渐减小。本文研究成果可为支柱瓷绝缘子在低温环境下的运行维护及健康状况评估提供理论参考和技术支持。     

关于棒形支柱瓷绝缘子的冲击机械强度

胶装好的户外棒形支柱瓷绝缘子机械强度的基本指标,是最小抗弯破坏力。这个指标仅仅表明了绝缘子的静态负荷强度,并且是通过静态试验来检验的。但是在绝缘子的工作过程中,不仅要受到静态负荷的作用而且还要受到动态负荷的作用。同时,正如运行经验所表明,高压电器支柱绝缘子的破坏常常发生在这些电器的操作过程中,即     

瓷试样与棒形支柱绝缘子的强度问题

本文根据几种高强度瓷和普通瓷的强度测定结果,利用数理统计方法进行分析,并与国外对比,找出了差距,提出寻求提高棒形支柱绝缘子抗弯强度的途径。     

35kV支柱瓷绝缘子机械性能研究

高压支柱瓷绝缘子是发电厂和变电站常用电气设备之一,其质量直接影响着电网安全运行。支柱瓷绝缘子主要对刀闸支柱和硬管母线起机械支撑和绝缘作用,弯曲破坏负荷和扭转破坏负荷是支柱绝缘子重要的性能指标。以35 k V支柱瓷绝缘子为样品,对绝缘子样品进行弯曲破坏验、扭转破坏试验和冻融循环试验以及瓷柱的微观结构分析。试验结果表明:支柱瓷绝缘子扭转破坏负荷和弯曲破坏负荷试验后,发生断裂的瓷柱断面位置和形状有明显的不同;冻融循环试验后支柱瓷绝缘子的扭转破坏负荷未见明显变化,而弯曲破坏负荷明显降低;通过XRD图谱发现,试品支柱绝缘子的瓷柱材料为硅质瓷; SEM测试结果发现瓷柱中有较多的分布不均的带状气孔,气孔的形状和数量不仅影响绝缘子的机械性能,还与其抗温度变化的性能有一定的相关性。     

三维表面裂纹应力强度因子数值计算方法比较

以含椭圆形表面裂纹的三维平板为例,比较了J积分法、相互作用积分法、1/4结点位移法和扩展有限元法(XFEM)等方法计算应力强度因子(SIF)的特点。首先介绍了这4种方法的原理,将它们计算的平板表面裂纹SIF与国际认可的Newman-Raju公式计算值进行对比,均与公式计算值吻合较好,但XFEM计算的SIF沿裂纹前缘呈现出较小的振荡。然后,分析了这些方法计算的SIF对网格尺寸的敏感性,发现J积分法和相互作用积分法计算的SIF非常稳健,对网格尺寸不敏感,而其余方法对网格尺寸均有一定程度的敏感性。另外,对J积分法、相互作用积分法和XFEM等的路径无关性进行了分析,发现J积分法计算的SIF具有良好的路径无关性;相互作用积分法的路径无关性比J积分法稍差,但在可接受范围内;XFEM的路径无关性较差。最后,应用二次外推法对裂纹前缘和自由表面交点以及附近个别结点处的SIF进行修正,结果与Newman-Raju公式计算值非常接近。这些研究结果有助于为复杂结构SIF的求解选择合适的数值计算方法提供参考。     

H形钢梁裂纹前缘应力强度因子数值计算

采用有限单元法对H形钢梁椭圆弧形裂纹前缘的应力强度因子(SIF)开展了数值计算.对裂纹前缘附近区域进行了精细化网格划分,并采用J积分法计算了裂纹前缘的SIF.H形钢梁裂纹前缘处出现明显的应力集中,并且应力集中程度随裂纹增长而愈加严重.H形钢梁裂纹前缘端点处及紧邻端点的个别结点处的SIF偏离其余大部分结点上S1F所形成的...     

变电站瓷支柱绝缘子断裂故障分析及预防措施

变电站瓷支柱绝缘子断裂事故对电网安全稳定运行构成了严重威胁。结合典型的变电站瓷支柱绝缘子断裂故障,分析了变电站瓷支柱绝缘子断裂基本特征,揭示了断裂故障的根本原因,并在此基础上提出防止瓷支柱绝缘子断裂故障的预防措施。结果表明:瓷支柱绝缘子断裂大部分发生在金属法兰和绝缘瓷件的结合部位;故障发生常伴有运行环境突变。制造工艺不良、运行维护工作不到位是导致瓷支柱绝缘子故障的主要原因。为防止支柱绝缘子断裂,必须严格进行抽样试验;加强防水胶涂抹检查、超声波探伤等运维工作。     

瓷绝缘子临界裂纹尺寸的新型数值计算方法研究

针对电力系统中瓷绝缘子等复杂几何构件临界裂纹尺寸计算困难的问题,提出了一种基于断裂力学和有限元相关理论的临界裂纹尺寸新型数值计算方法,通过含圆孔平板临界裂纹尺寸解析解与数值解的对比分析,对本文提出的临界裂纹尺寸计算方法的有效性进行了验证。建立支柱瓷绝缘子的有限元模型,应用本文的临界裂纹尺寸数值计算方法分析了不同位置和不同长深比下的临界裂纹尺寸大小及其变化规律,获得了支柱瓷绝缘子的最小临界裂纹尺寸及其分布位置,为电力行业中瓷绝缘子的故障诊断及维护提供有效的技术指导。     

瓷绝缘子强度及瓷材料种类强度水平的探讨

根据对国内外瓷绝缘子强度和瓷材料强度的分析,以及超高压输变电工发展对瓷绝缘子的强度要求,提出了我国瓷材料种类和强度水平的发展意见。     

高压支柱瓷绝缘子运行事故分析

在对交流运行高压支柱瓷绝缘子的机械、电气事故进行分析的基础上 ,提出了解决断裂及裂纹事故的关键是控制水泥膨胀、胶合面增加胶装缓冲层和消除产品在制造过程中残留的内在缺陷 ;解决污闪问题应在预计污秽度下以其真型试验求取污耐压为基础进行污秽绝缘的设计。     

高压断路器瓷套裂纹尖端应力强度因子研究

针对三维裂纹尖端应力强度因子计算困难的现状,提出了一种新型的三维裂纹应力强度因子计算方法,通过与其它方法在计算含圆孔平板裂纹尖端应力强度因子的对比分析,验证了本文应力强度因子计算方法的有效性和优越性。建立含裂纹缺陷的高压断路器瓷套有限元数值模型,将本文方法应用于高压断路器瓷套裂纹的应力强度因子计算,研究了高压断路器瓷套表面裂纹应力强度因子与瓷套所处环境温度、裂纹分布位置和裂纹尺寸的变化关系,获得了易导致瓷套断裂的环境、裂纹分布位置和裂纹尺寸,为电力行业中断路器瓷套的设计及运行维护提供有效的技术指导和借鉴。     

高压支柱瓷绝缘子力学特性分析及断裂机理研究

高压支柱瓷绝缘子断裂故障时有发生,对电力系统的安全稳定运行造成了严重的影响。结合对高压支柱瓷绝缘子的力学特性及断裂事故统计的分析,提出了弯曲力矩作用下和结冰膨胀下的瓷绝缘子断裂模型,系统地研究了瓷绝缘子的断裂机理。基于热-结构耦合场理论,建立了支柱瓷绝缘子的有限元数值计算模型,分析了不同弯矩载荷下和胶装区域发生不同程度结冰膨胀时支柱瓷绝缘子的应力分布情况及所受的最大拉应力变化规律,计算结果有效地验证了本文提出的瓷绝缘子断裂模型。该研究成果可为瓷绝缘子的安装设计和运行维护提供有效的理论指导和技术支持。     

任意多裂纹应力强度因子的位移不连续数值算法

1　绪　　言 yh土木工程中的岩石、混凝土等介质通常处于压缩外荷载的作用下且其内部往往裂纹随机发育 ,工程结构的极限状态一定程度上受裂纹扩展特性的影响。因此 ,研究压剪条件下随机复杂裂纹应力强度因子的计算方法从而有效地研究断裂扩展问题是土木工程领域所面临的重大课题。迄今 ,人们对此进行了大量的基础理论及数值计算方法等的研究 ,取得了许多有实用价值的成果 ,形成了解析法[1～ 3] 、数值方法[4～ 16] 、半解析半数值方法[2 ] 等应力强度因子的计算方法。其中 ,解析方法、半解析半数值方法所能解决的问题还十分有限 ,仅能解决拉伸荷载作用下的有限个规则排列的裂纹问题 ;大量工程结构中的复杂裂     

±1100kV/16kN支柱瓷绝缘子应力分析与选取

为确保±1100 kV/16 kN支柱瓷绝缘子抗弯性能满足要求,通过对样品的三节、四节、五节、六节进行整柱弯曲破坏负荷试验,摸索出多节产品在承受整柱破坏负荷时的应力变化。初步确定,在多节产品的设计过程中,等应力设计具有一定的不合理性。对±1100 kV/16 kN支柱瓷绝缘子的各节应力选取时,要有不小于10%的应力叠装系数。试验证明:选用此种应力分布设计的产品,满足整柱的抗弯性能要求,可以满足±1100 kV特高压工程的需要。     

瓷绝缘子钢脚数值优化及实验研究

分析了绝缘子的结构,选择钢脚作为优化对象,对钢脚结构进行分析,建立钢脚优化目标函数,采用非线性最小二乘法计算,编制了优化算法程序,利用Matlab对绝缘子钢脚进行优化,并对优化结果进行分析处理,根据优化结果对钢脚进行试制和装配,对其进行机电拉伸破坏负荷试验。通过优化设计,钢脚头部尺寸减小,优化后的钢脚可节约钢材,且通过机电拉伸破坏负荷试验进一步证明了优化结果的科学合理性,研究具有较强的工程实践意义。     

支柱瓷绝缘子地震受损分析及缺陷检测方法

分析了地震后支柱绝缘子的缺陷特征,对震后支柱瓷绝缘子进行现场检测,得到了地震位置与时间变化对缺陷影响的规律。结果表明:1)地震引发的故障缺陷以裂纹为主,发生在瓷套根部区域;2)支柱绝缘子缺陷数目随着与震中距离呈现下降趋势;3)瓷体中的微裂纹会随着时间的推移逐步扩大成显性裂纹。研究成果为支柱瓷绝缘子震后处理提供技术支撑。     

高压支柱瓷绝缘子异常发热原因分析及预防措施

针对某变电站35 kV主变闸刀支柱瓷绝缘子异常发热问题,通过分析加压模拟测温、直流泄漏电流检测、绝缘电阻测试和超声波检测试验的结果,初步认为支柱瓷绝缘子异常发热的原因是瓷绝缘子内部存在疏松或裂纹等结构缺陷。为此,对该瓷绝缘子进行了解剖检查和空隙性吸红试验,结果表明瓷绝缘子内部确实存在疏松(黄芯)、裂纹缺陷。最后,对该瓷绝缘子异常发热问题,提出了一系列预防措施以供借鉴和参考。