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关键词： 压力容器   有限元分析   接管载荷   载荷方向  

摘要： 为了解决工程实践中封头接管根部安全评定时最危险工况选取困难的问题,文章以核电站中常见的椭圆封头为例,利用有限元分析软件模拟不同载荷类型及组合方式在各个方向上对封头接管根部的影响。研究结果表明,载荷方向对接管根部应力有显著影响,确定了使接管根部产生最大应力的载荷方向并总结了规律。为类似结构安全评定时最危险工况的选取提供了重要依据。

关键词： 复合材料   预拉应力   砰击载荷   动响应试验   Hashin失效准则  

摘要： 以船身式下机身复合材料壁板结构为研究对象,考虑机身壁板在飞行状态下所受预拉应力情况,设计试验夹具为复合材料板提供预应力载荷,基于数控系统控制冲头装置以模拟水面砰击载荷,开展预应力下复合材料板在砰击载荷下的动响应试验;采用显式有限元方法,建立数值仿真模型,引入Hashin失效准则计算,将仿真结果与试验结果对照分析,为高海况船身式下机身结构抗冲击设计提供支撑。结果表明:采用数控系统模拟的载荷波形与真实试验测得的载荷曲线拟合一致;试验方法与仿真方法获得的结果误差控制在15%以内,分析结果可靠;预应力增加了复合材料壁板的刚度,结构冲击位移减小,但关键部位应变值增大;1 m/s着水载荷对部件间粘贴部位产生脱粘损伤,未出现材料损伤;随着载荷量级增大,壁板的长桁与蒙皮处发生层内损伤。

关键词： 定向井井筒   Mises等效应力   非均匀地应力   三维力学模型   剪应力   应力分析   套管强度  

摘要： 定向井井筒承受内压、外压、轴向力和剪应力以及弯曲应力(狗腿度引起)等复杂载荷作用,常引发套管破裂、挤毁、错断等井下复杂情况。目前的相关研究中,井筒力学模型多局限于二维平面,未考虑剪应力的影响,导致对井筒等效应力的评估偏低。建立了综合考虑内压、非均匀地应力、轴向力、剪应力和弯曲应力荷载的定向井井筒三维力学模型。基于该模型,推导了井筒的Mises等效应力计算公式,并分析了非均匀地应力、剪应力、井壁岩石弹性模量、泊松比、套管内压和方位角等因素对井筒Mises等效应力的影响规律。研究结果表明,两向地应力相同,第三向地应力载荷的非均匀度增加18%时,套管的Mises等效应力增加36%,且随着非均匀度增加,等效应力增加明显。三向地应力均不同时,非均匀度增加17%时,套管的Mises等效应力增加38%,相同不均度下套管的应力更大,井筒更不安全。当施加的剪应力达到正地应力幅值的7.3%时,井筒套管Mises等效应力增加2.84倍,水泥环Mises等效应力增加2.79倍,井壁岩石Mises等效应力增加3.75倍。套管的Mises等效应力与井壁岩石的弹性模量和泊松比成反比。该研究可为定向井井筒建立更准确的失效判据,从而避免或者减少井筒复杂事故的发生,同时也为复杂地应力作用下定向井井筒的Mises等效应力求解提供了新思路。

关键词： 柔性电子复合薄膜   数字图形相关法   热应变   电学稳定性  

摘要： 为定量表征热载荷作用下铜膜层对柔性电子复合薄膜应变分布和电学特性的影响,建立了基于数字图像相关法的热变形测试工作站和电学测试站的综合测试系统,首先在柔性聚合物上通过磁控溅射方法制备了铜导电层厚度为50、100、200、500 nm的二维马蹄形柔性电子复合薄膜,并对柔性电子复合薄膜在恒速率加热条件下进行原位和全局变形检测和电信号稳定性检测。提取了二维马蹄形互连的热应变场,并重点分析了薄膜铜层附近单位面积内的应变场特征。结果表明,500 nm膜厚铜层在热载荷作用下与衬底配合关系最佳,样品整体应变成稳定趋势。同时配合电学测试站对样品进行电信号采集,发现随着铜膜层厚度增加,500 nm样品的电阻松弛至3Ω,并在持续温度载荷下可以保持优异的工作稳定性。综上所述,通过建立热载荷测试系统揭示了不同金属层厚度对柔性电子复合薄膜衬底和金属层连接的热应变与信号传输效率的影响,实验表明了500 nm铜膜层样品在热载荷下的性能优势,为可拉伸电子元件的安全设计提供了理论依据。

关键词： 陶瓷基复合材料   薄壁结构   有限元法   热声载荷   Von Mises应力   航空发动机  

摘要： 为有效解决航空发动机薄壁结构热声疲劳强度破坏导致的发动机运行异常难题,采用有限元分析法建立板状结构计算模型,并结合高温行波管试验器上薄壁结构板状试验件的约束条件对该模型施加约束载荷。计算结构危险位置单元在基频处的Von Mises应力以及应变片位置单元的应变值,并与已有试验结果进行对比,验证了动力学模型和计算方法的正确性。以陶瓷基复合材料(CMCs)薄壁结构为研究对象,构建结构动力学响应计算模型,结合结构热模态理论计算结构的模态阵型与频率,完成稳态的温度载荷和有限带宽高斯白噪声的加载。计算热载荷与声载荷联合作用下的结构动力学响应,分析不同声压级和不同温度等因素对板状结构应力/应变响应的影响规律。结果表明:在温度为900℃、声压级为157 dB时,板状结构分别在扩散场加载和行波场90°加载时的Von Mises应力最大;在温度为1500℃、声压级为157 dB时,板状结构在扩散场和行波场90°时的应变最大。

关键词： 煤与瓦斯突出   动静载荷   应力变化   瓦斯解吸   注爆一体化   突出防治  

摘要： 为了研究多因素耦合作用下,地应力、瓦斯压力、动力扰动对煤与瓦斯突出过程中微裂纹、应力变化、突出速度、突出距离的影响,以颗粒法为基础建立数值模型,模拟煤与瓦斯突出过程。首先对模型施加不同的竖向和水平应力,模拟初始瓦斯压力为1.0 MPa时,煤与瓦斯突出的速度、突出距离、裂纹扩展等特征;然后在竖向应力和水平应力为12 MPa和9.6 MPa的状态下,设置0.25、0.5、1.0、2.0 MPa 4个瓦斯压力梯度,研究瓦斯压力对煤与瓦斯突出过程的影响;最后对前2种模拟环境下未发生煤与瓦斯突出的3组边界条件施加动力荷载,探究动力扰动对煤与瓦斯突出的影响。研究表明:应力主要为煤与瓦斯突出提供动力,加速煤体的破坏,应力越大煤体颗粒突出的速度越快,突出的距离越远;应力主导型的突出中应力在突出孕育、发生的过程中起了主导作用;瓦斯压力可以在一定程度上降低煤与瓦斯突出的难度,但当瓦斯压力过小时,将会限制灾害的发生;动力扰动对煤与瓦斯突出的主要影响是其导致煤岩间裂隙拓展发育,促进瓦斯解吸,当应力水平较低时,动力扰动也可以成为突出发生的诱因。

关键词： 机械载荷   主片承压应力   应变特性  

摘要： 详细研究了轴向、径向及扭转载荷作用下的主片应力应变特性,针对多轴复合载荷对主片的综合影响进行了系统分析,探讨了不同材料主片在相同载荷条件下的性能差异。通过案例分析,展示了在实际应用中如何通过应力应变特性识别和诊断潜在的故障风险,优化维护策略。

关键词： 航空结构件   铣削   应力波   摩擦力   铣削振动  

摘要： 在航空结构件铣削加工过程中,高速、断续切削载荷在工件和刀具内部以应力波的形式传播,引起工件和刀具内部质点位移,导致工件内部残余应力分布状态受到影响,容易产生介观结构损伤或微裂纹,揭示动态铣削载荷条件下航空结构件内部应力波形成过程是实现工件内部应力状态、介观损伤和微裂纹有效控制的基础和关键。本文进行航空结构件铣削加工实验,获取铣刀的振动加速度信号;根据振动作用下刀齿与工件的瞬时接触模型和切削过程的有限元仿真,获取铣刀刀齿后刀面的等效应力;利用刀齿误差和铣削振动条件下的摩擦力解算模型,揭示刀齿后刀面摩擦力的变化特性,阐明在摩擦力激励作用下铣削被加工工件中应力波的形成过程。

关键词： 寿命预测   Aeran模型   非线性疲劳累积损伤   载荷加载历程   平均应力  

摘要： 针对变幅载荷作用下结构的疲劳损伤和寿命预测问题,基于非线性累积损伤理论,引入载荷交互作用因子和与应力水平相关的实时载荷函数对Aeran模型进行修正,建立了考虑载荷加载历程(包括载荷交互作用和载荷加载顺序)与平均应力的Aeran非线性疲劳累积损伤模型,采用两级加载下30CrMnSiA钢、45钢和16Mn钢的疲劳试验数据进行了验证,并与考虑载荷交互作用的改进Aeran模型和Miner模型进行了对比。结果表明:采用修正的Aeran模型预测得到的归一化疲劳寿命与归一化试验值集中分布在x=y参考线附近,验证了模型的准确性。在3种预测模型中,修正Aeran模型预测寿命的误差因子绝对值的平均值和标准差最小,分别为0.042和0.131,比改进Aeran模型分别小0.021和0.035,比Miner模型分别小0.011和0.099。

关键词： 循环载荷   塑性垮塌   热应力棘轮   低周疲劳   压力容器  

摘要： 文章中的反应器局部结构存在着过大的温差,会导致产生很大的热应力,通过设置隔热耐磨衬里、陶瓷纤维毡/纸来减少热量的传递,达到降低温差及热应力的作用。另外,通过有限元法对该局部结构进行温度场和热-机械耦合分析,基于失效模式的设计理念,对其在压力作用下可能会发生的塑性垮塌失效,在压力-温度循环载荷作用下超过安定状态可能会发生的热应力棘轮失效以及低周疲劳失效模式均进行了详细的分析和评定,以确保该结构在使用过程中的安全性。可为压力容器类似设计条件和结构的工程设计提供一定的参考意义。