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关键词： 温度变化   动车组   车窗   风压疲劳载荷   应力  

摘要： 研究了不同环境温度下,动车组车窗各部位受风压疲劳载荷作用后的应力变化。结果表明,影响动车组车窗不同部位应力的主要因素各不相同。玻璃几何中心的应力受风压疲劳载荷作用的影响比受环境温度影响更大,铝合金窗框长边中点的应力同时受环境温度和风压疲劳载荷的影响,玻璃长边中点和玻璃角点的应力则受环境温度和风压疲劳载荷的影响都较小。

关键词： 离心压气机   流固耦合   多场载荷   应力分析  

摘要： 建立了流固耦合计算模型,研究了离心压气机叶轮的离心载荷、热载荷、气动载荷及相应的应力。针对有蜗壳的整周离心压气机模型,采用单向稳态流固耦合的方法,分析了气动载荷、热载荷和相应的应力在周向上的不均匀性,讨论了柱坐标系下叶轮各部位主要的应力分量以及应力形成机理,定量分析了各场应力的占比,最后对比了多工况下各场应力比例关系。结果表明:气动载荷及应力在周向上的不均匀性较大,压力面正对蜗舌的叶片气动应力较大,且沿逆旋转方向叶片的气动应力不断减小;不同载荷作用下,叶轮各部位的主要应力分量有所不同;不同工况下,各场应力占比基本一致,离心应力均占据主导地位,其次为热应力,气动载荷的影响最小。

关键词： 叠片联轴器   有限元   应力分析   摩擦  

摘要： 叠片联轴器工作时经常会受到转矩、离心力、轴向位移和角向位移的作用,对叠片联轴器在以上各种载荷下的应力分析,能够为动力装置的安全运行提供可靠保证。建立了考虑叠片之间接触影响的六孔束腰型叠片联轴器有限元模型,分析了联轴器在转矩、离心力、轴向位移和角向位移单独作用下的叠片应力大小和分布特征,并通过改变螺栓的预紧力和叠片间的摩擦因数,研究了它们对联轴器应力特性的影响。结果表明,增大螺栓预紧力和摩擦因数会导致联轴器在转矩、轴向位移和角向位移作用下最外层叠片的最大等效应力值增大,但对离心力作用下的应力影响不大。

关键词： 扭-挤成形   金属流动   主应力法   成形载荷  

摘要： 结合挤压工艺和高压扭转工艺的优势提出一种扭-挤成形工艺新方法及开发了模拟装置,该工艺不仅能够保证成形,而且还能够有效的细化晶粒。通过分析扭-挤成形工艺金属流动和变形区特点,建立了镁合金扭-挤成形载荷的主应力法求解模型,该模型将变形区划分为四个区域,依次推导了不考虑扭转和考虑扭转成形载荷的求解模型,剪切屈服强度考虑温度和应变速率的效应。通过与成形试验的载荷对比,模型计算结果与试验的结果误差在8%以内。采用该模型分析了不同参数对成形载荷的影响,结果表明随着扭转轴转速的增加,不仅坯料剪切变形增加,且成形载荷减小;成形载荷随坯料半径的增加而增加,随坯料高度的增加呈线性增加,随板件宽度的增加而减小,随板件高度的增加先骤减后平缓减小,且坯料半径和板件高度对成形载荷影响显著。

关键词： 薄壁箱梁   应力强度因子   裂纹   守恒定律   有限元  

摘要： 薄壁箱梁具有壳体和梁的特性,广泛应用于实际工程中。弯曲载荷作用下的薄壁箱梁具有一些复杂的裂纹,如十字型裂纹和周期T型裂纹,其实际上是典型的三维裂纹问题,具有多个不同的奇异应力场和应力强度因子。基于J2积分和材料力学中的弯曲理论,提出了一种简单且实用的确定不同应力场对应应力强度因子的方法。同时也给出了有限元数值解与本文解的比较,两者吻合较好。

关键词： 多元化分析   机械设计制造及自动化   应用策略  

摘要： 科技的发展必然推动生产效率的提升,在机械制造过程中采用先进的自动化技术,能够使得机械设备实现智能化自动化发展,使整个机械设计制造实现全面升级,满足时代发展的趋势。通过机械设计制造及自动化应用,能够对国民经济的增长进行持续引领,促进机械设计制造的整体水平全面提高。在机械制造中应用自动化技术能够增强机械加工的制造效率,推进我国机械制造设计的自动化水平,也能够确保机械设计的质量和效率全面增强。

关键词： 压力容器   接管   应力分析   一次应力   二次应力   评定准则  

摘要： 接管是压力容器中不可或缺的部件,用于将容器与管道连通。在分析设计过程中,由于载荷种类复杂,应力种类较多,基于有限元分析软件的计算结果,很难区分出一次加二次应力强度中的一次应力成分,给应力评定带来很大困扰。以实际工程算例为基础,采用理论公式和有限元分析相结合的方法计算接管连接区的应力强度,并按规范进行了评定。具体步骤如下:首先,采用有限元分析软件依次进行瞬态热分析和结构分析,并提取所选路径上的应力强度;然后,在确定各路径是否在接管补强范围内后,根据标准规定的载荷,采用理论公式计算各路径上的一次应力强度;最后,根据有限元分析和理论计算结果,分别对一次应力强度和一次加二次应力强度按标准规定的限值进行评定。该方法解决了无法区分接管连接区有限元计算结果中一次应力成分的问题,使得应力评定更加准确。

关键词： 圆形薄膜   预应力   横向均布载荷   大挠度问题   解析解  

摘要： 薄膜在面外载荷作用下通常会呈现出较大的弹性挠度,因而在建立描述薄膜弹性行为的控制方程的时候应该考虑弹性挠度的影响。此外,许多薄膜结构中的薄膜,在施展弹性挠度之前就已经带有一种均匀的面内应力了。相对于面外载荷引起的应力,这种面内应力通常称为初始应力或者预应力。例如薄膜/基层体系中的薄膜由于制作、加工等因素而通常带有一种均匀的残余应力,因而这种残余应力在膜/基体系的鼓泡实验中,相对于鼓泡薄膜的弹性挠曲而言就是一种初始应力或者预应力。然而,在圆薄膜问题的现有解析研究中,考虑弹性挠度对面外方程影响的较多,但很少考虑它对面内方程的影响,此外,考虑薄膜带有初始应力或预应力情形的较少,并且在解析过程中,正确考虑了初始应力或预应力的影响的很少。本文致力于横向均布载荷下圆形薄膜轴对称变形、挠曲问题的解析研究,在考虑了弹性挠度对面外、面内方程影响的同时,还考虑了初始应力或预应力的影响,并最终给出了圆薄膜问题的一个新的解析解。研究内容主要如下:(1)综述了圆薄膜问题的研究现状,详细介绍了横向均布载荷下圆形预应力薄膜轴对称变形问题的现有解析理论,包括顾璆琳的解法、推广的Hencky解、改进面外平衡方程后的解,指出了现有研究的不足之处;(2)通过对最初平坦的圆形薄膜的面内径向拉伸或者压缩,建立了带有均匀面内应力的圆形薄膜结构,即建立了圆形预应力薄膜结构;(3)建立了圆形预应力薄膜轴对称变形、挠曲问题的基本方程,包括面外平衡方程、面内平衡方程、几何方程、物理方程以及协调方程;(4)确定了解析求解所需要的边界条件,对基本方程及边界条件进行了无量纲化,并采用幂级数法进行了解析求解,最终给出了应力及挠度的解析解;(5)通过数值算例验证了所获得的解析解具有良好的收敛性,通过试验及有限元计算验证了所获得的解析解的有效性;(6)与现有的解析解进行了对比研究,并对顾璆琳的解法进行了详细的讨论,分析了初始应力对解析解的收敛性、以及挠度和应力的影响。

关键词： 板级组件   弯振耦合   焊点   应力应变   优化   响应面   粒子群算法  

摘要： 电子产品板级组件在封装及组装过程中会产生一定的弯曲变形,并在后续服役过程中由于环境的复杂性会受到振动冲击载荷,这就会使得板级组件中各类互联焊点承受弯曲振动复合载荷,成为最易失效的部位。因此非常有必要研究板级组件中各类焊点在弯曲振动复合载荷下的应力与应变。首先,参考两块板级组件基于ANSYS软件建立相应的仿真模型,对比分析了元器件焊点内的纯弯曲应力和弯振耦合应力。进而建立各类元器件焊点的标准仿真模型完成弯曲振动复合加载分析。结果表明:各类元器件焊点内的弯曲应力和弯振耦合应力的变化趋势一致;最大应力出现在板级组件PCB板与各类焊点粘接处,同一阵列中距离芯片中心最远的拐角位置处焊点应力最大,即位于该位置的焊点会率先发生失效;各类元器件焊点内的最大弯曲应力均小于焊点内的最大弯振耦合应力。接着针对弯振耦合应力应变较大的SOP焊点和BGA焊点,分析了焊点材料和焊点几何结构参数与最大弯振耦合应力应变之间的映射关系,以及这些参数对弯振耦合应力的影响是否显著。结果表明:焊点材料分别为SAC387和62Sn36Pb2Ag时,SOP焊点内的最大弯振耦合应力分别为最大和最小,SOP焊点最大弯振耦合应力应变随着焊点高度、焊盘长度和焊盘宽度的增大先增大后减小;焊点材料分别为SAC387和63Sn37Pb时,BGA焊点内的最大弯振耦合应力分别为最大和最小,BGA焊点最大弯振耦合应力应变随焊点高度和焊盘直径的增大而增大,随焊点直径的增大而减小;当置信度为95%时,焊点材料和焊点高度对SOP焊点最大弯振耦合应力有显著性的影响,焊点直径对BGA焊点最大弯振耦合应力有显著性的影响。然后,采用响应面法和粒子群算法相结合优化方法对焊点几何结构参数进行优化设计,分别获得SOP焊点和BGA焊点的最优参数水平组合,并根据最优参数水平组合完成仿真验证,结果表明:SOP焊点的最优参数水平组合为焊盘宽度0.26mm、焊盘长度0.68mm和焊点高度0.16mm,基于最优组合建立仿真模型得到SOP焊点内的最大弯振耦合应力为25.813Mpa,相比于响应面试验组合中最小的弯振耦合应力28.945Mpa降低了3.132Mpa,完成了优化SOP焊点几何结构参数的目标;BGA焊点的最优参数水平组合为焊点直径0.49mm、焊点高度0.30mm和焊盘直径0.34mm,基于最优组合建立仿真模型得到BGA焊点内的最大弯振耦合应力为23.577Mpa,相比于响应面试验组合中最小的弯振耦合应力28.995Mpa降低了5.418Mpa,完成了优化BGA焊点几何结构参数的目标。最后,搭建了板级组件元器件焊点弯振耦合应力应变实验测量平台,在实验样件相应位置贴应变片完成应力应变测量实验。

关键词： 水平轴风力机   气动载荷   应力特性   风向动态变化   风切变  

摘要： 风力机组叶片是风力发电机组的核心部件,其运行工况多变。受来流风向及风速大小变化的气动载荷影响,叶片受力复杂,产生应力集中并导致疲劳损伤,是造成其破坏甚至断裂的重要诱因。而风向动态变化以及风切变入流风况下叶片动态应力分布规律均尚不明确,因此,开展风力机叶片在不同气动载荷下动态应力特性的研究,可为风力机叶片的安全性设计及偏航运行调控提供参考。研究通过材料力学性能实验,得到叶片材料的弹性模量及泊松比。开展不同风向偏航角下叶片应力应变风洞实验研究及流固耦合数值模拟,并以风洞实验结果验证数值模拟方法的可靠性,进一步研究单独气动载荷、离心载荷及耦合载荷下叶片动态应力特性,探究风向动态变化及基于实际风场数据拟合的风切变入流风况条件下风力机叶片动态应力特性。分解运行中风力机叶片所受载荷,探究单独气动、离心载荷及耦合载荷对叶片应力影响的敏感性和差异性。不同载荷作用下的叶片应力集中部位不同;耦合载荷作用依次大于单独气动载荷、单独离心载荷作用下的应力,耦合载荷与气动载荷作用下的应力相比最大增量为106.86%,与离心载荷作用下的应力相比最大增量为262.42%,定量的揭示所关注载荷中,对风力机叶片应力影响比重较大的单独载荷为气动载荷;气动载荷对叶根至叶片中部以及叶片前缘处的应力影响较大,离心载荷对叶尖及叶片后缘处应力影响较大;单独离心载荷与耦合载荷作用下,最大应力点均在叶根最大弦长位置处,单独气动力载荷作用下,最大应力点位置随着尖速比增大沿翼展从叶根向叶尖且靠近叶片前缘方向移动。基于风洞实验及流固耦合数值模拟计算,探究风向动态变化对叶片动态应力特性的影响。NACA4415翼型与某SD2030翼型叶片在最大弦长与叶片中部翼型气动中心位置的最大主应力方向随着尖速比增大均有指向叶根的趋势;风向变化对NACA4415翼型的风力机叶片应变影响更大;风向缓慢动态变化与固定风向角作用下的应力集中区域及变化趋势基本一致,同时叶片最大应力均有不到1%的减小;风向快速动态变化作用下的三叶片应力分布不对称,在正、负风向角下的动态应力差异较大,不同风向偏航角下的最大应力增大,最大增量可达48.67%;风向动态变化能够增大风轮轴向力,且随风向变化速率的增大而增大;输出功率也随着风向角周期性变化呈余弦分布,且在最大风向偏航角时有最小输出功率。拟合实际风电场切变入流风廓线作为动态入流条件,探究风切变对风力机叶片应力分布特征的影响。切变入流使出现最大动态应力的方位角超前于均匀入流工况,滞后于风速最高点,均有叶片垂直地面向下时动态应力最小;轮毂处风速一致,切变入流能够增大风力机叶片的最大动态应力;同一切变入流不同方位角下均有SD2030翼型的动态应力大于NACA4415翼型叶片应力,并且切变入流对功率较大的SD2030翼型叶片动态应力影响较大;从叶根到叶尖展向方向有NACA4415翼型在叶片中部有最大动态应力,SD2030翼型叶片在最大弦长处有最大动态应力,最大弦长处从前缘到后缘均在无因次弦长位置x/C=0.4处附近有最大动态应力;风力机轮毂处来流风速一致时,切变入流在增大叶片轴向力的同时降低了风轮输出功率,并且切变入流对风力机单叶片轴向力的影响较大。研究结果不仅在理论上完善了均匀流场下单独及耦合载荷作用、风向动态变化以及风切变入流下的叶片动态应力特性研究,还可对偏航控制策略提供理论基础,同时在工程实践上对指导风力机安全稳定运行以及延长叶片的寿命也有着积极的意义。