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关键词： 钢芯铝绞线   股间应力   张拉载荷   有限元仿真  

摘要： 电网的正常稳定运行关系着国计民生。输电线路作为电网系统的重要组成部分,其安全问题必然受到广泛关注。由于输电导线的破损是影响输电线路安全的重要因素,研究其破损机理有重要的工程意义。钢芯铝绞线(ACSR导线)是应用最广泛的输电导线类型。张拉载荷是导线运行过程中最普遍的载荷形式,对导线整体力学性能有着重要的影响。实际工况发现,受股线应力分布的影响,导线破损断股现象多发生在铝股线部分。在此背景下,本文围绕张拉载荷下输电导线的股间应力问题开展了研究,主要研究涉及以下内容:(1)对受张拉载荷的导线进行了力学分析,建立了线股力学平衡方程,得到了张力与导线应力的关系式;对钢芯铝绞线相邻线股之间的接触模式进行了分析,给出了接触区域接触应力的计算式,并结合导线结构,推导了接触点的位置。(2)为解决传统研究中模型复杂与内层应变难以测量的问题,提出了一种新的建模分析方法,利用导线的循环螺旋对称特性,将每一层股线简化为相邻的三根股线进行分析研究。利用abaqus软件对所提出的建模分析方法进行了有限元研究,通过将仿真结果与文献中的结果进行对比,验证了分析模型有效性。同时利用此分析方法建立了 JL/G1 A-630/45型钢芯铝绞线模型,对其进行了研究,研究结果表明:铝股线内层应力大于外层导线,跨中与约束端位置应力较大,接触区域呈椭圆形,接触中心有应力集中现象,容易引起导线的破坏。(3)为实现ACSR导线股间应力的测量与动静力学实验分析,对张拉导线股应力试验台进行了设计。利用试验台对前述的导线进行了试验研究,利用光纤光栅传感系统采集了应变信号,得到了导线张力-应变数据,将试验结果与有限元结果,理论计算结果进行了对比,验证了所提出的分析建模方法。为进一步研究工作开展提供了基础条件。

关键词： 吊弦   接触线   应力   振动   有限差分法  

摘要： 接触网是高速铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路,其作用是为电气化列车提供电能,它的主要组成部分有:承力索、吊弦及接触线。吊弦起着保持接触线并将其连接到承力索的作用,它不仅要确保电流正常通过,而且还必须具有较强的耐疲劳性。当受电弓高速滑过接触线时,作用在吊弦上的循环应力可能会导致吊弦疲劳断裂,成为行车安全的一大隐患,因此,研究吊弦的应力特性意义重大。本文主要研究内容如下:一、利用截面法,从理论上推导了吊弦的应力计算方程;采用有限差分法将计算应力的偏微分方程转换为差分方程,并画出流程图,为后续编写MATLAB数值计算程序奠定基础。二、研究了载荷位置对吊弦应力的影响。首先,选取简单链型悬挂接触网的一跨吊弦作为研究对象,将接触线作为梁单元进行处理,利用等截面梁的自由振动方程和强迫振动方程,推导了接触线的响应方程,从而确定出各吊弦的初边值条件;其次,结合吊弦的应力计算方程,编写MATLAB程序数值计算出各吊弦的应力;最后,通过改变载荷位置,数值观察各吊弦的应力变化,分析载荷位置对吊弦应力的影响。结果表明:与静载荷相比,动载荷作用下的吊弦应力大小有显著增加;受载时吊弦应力变化大致经历即刻回弹、衰减振动、弯曲压缩这三个阶段;距载荷越近,吊弦的垂向位移越大,致使其应力幅度和最大拉应力也相应增大;载荷位置对吊弦应力的改变有显著影响,在考虑接触线两端为自由边界时,载荷作用在接触线边缘处较中间处会引起附近的吊弦出现更大的拉应力。因此,在每跨的两端增加支座进行约束是非常必要的。三、研究了接触线张力对吊弦应力的影响。在接触线两端增加支座并施加张力的条件下,推导了接触线的响应方程,确定出各吊弦的初边值条件,并结合吊弦的应力方程,数值计算出各吊弦的应力。结果表明:增加支座和张力后,吊弦应力幅度和最大拉应力较无支座和张力情况显著下降;张力越大,吊弦应力幅度和最大拉应力越小;张力较小时,载荷位置附近的吊弦应力变化仍有较为明显的即刻回弹、衰减振动、弯曲压缩这三个阶段,但随着张力增大到一定程度,衰减振动阶段消失。因此,控制接触线的振动响应能够有效地降低吊弦应力幅度和最大拉应力,从而提高吊弦的工作可靠性。

关键词： 桥式起重机   动态增量载荷样本   应力3D Map数据库   径向基神经网络   应力谱  

摘要： 随着我国工业生产的不断扩大,自动化程度的提高,起重机作为物料搬运的重要设备在现代化生产过程中的应用越来越广泛,并且对其要求也越来越高。它能够实现一定范围内垂直提升和水平搬运重物,因此广泛应用于铁路货场、矿山、核电站、港口、建筑工地等各种场所。使用起重机可以减轻体力劳动,大大提高生产效率,促进工业生产过程中的机械化和自动化。起重机长期在恶劣环境和复杂载荷下工作,会在工作的过程中发生安全事故,造成财产和人员的损失。所以对起重机疲劳寿命的预测是结构安全评估的重要内容。在进行疲劳剩余寿命预测时,结构在整个生命周期承受的随机载荷谱是计算疲劳寿命的基础性关键数据。目前获得随机载荷谱有现场实测和模拟仿真分析这两种方法。前者虽然数据准确,但是成本高、周期长,有些工作环境下甚至难以实现;后者获取载荷谱速度快、成本低,但其计算结果可信度低。随着互联网技术的不断升级,现如今许多工厂正在建立起重机运行数据的实时监测系统,这样可以更加方便快捷的获取起重机运行过程中的各种参数,如果能够把这些数据和计算机仿真有效结合起来,从而获取载荷谱,则可兼有准确性和快速性的优点,用来进行疲劳剩余寿命计算和安全评估更加接近实际,因此本文探索一种利用实时监测系统动态增量数据来快速获取起重机载荷谱的方法。首先对起重机实时监测到的数据进行处理,形成一个动态增量的实时数据样本,为下一步研究提供数据支持。然后使用ANSYS有限元软件对桥式起重机进行建模,通过实验测试数据对有限元模型进行修正完善,运用有限元模型对桥式起重机进行不同的起重量、小车位置的仿真模拟,获取起重机各点的等效应力值,构建一个3D—Map应力数据库。然后建立径向基神经网络模型,利用径向基神经网络对获取的动态增量的实时数据样本进行应力值的预测,从而形成时间——应力曲线。在进行径向基神经网络模型进行预测时,输入层为起重机的起升载荷、小车位置,输出层为任意欲求位置点的等效应力值。最后通过雨流计数法对应力——时间曲线进行二维应力谱数据获取。再利用基于损伤容限——断裂力学法进行寿命分析和剩余寿命评估。本文通过有限元软件和径向基神经网络两种方法计算等效应力值,把二者的数据进行对比,误差在允许范围内,验证了神经网络计算的可行性,而且其运行速度远快于有限元模拟仿真,所以我们用神经网络计算等效应力值,并进行应力谱的获取及疲劳寿命评估,这种方法是可行有效的。

关键词： 轮轨载荷   车轴动应力   线路实测   车辆系统动力学模型   道岔通过   扁疤冲击  

摘要： 轮轴作为高速列车重要的承载部件,对车辆的安全运行起到了举足轻重的作用,研究其实际运行时的载荷和动应力特征可为结构设计、优化、服役寿命预测等提供重要的参考。本文以国内某型高速动车组轮轴为研究对象,依托大西客运专线典型工况的轮轴载荷和动应力数据,结合扁疤冲击、道岔通过及组合工况仿真模型,从线路实测和数值仿真两个角度研究了不同工况下的轮轴载荷和动应力特征。具体研究内容如下:(1)根据测力轮对的贴片原理及方案,完成轮轴静态加载标定试验,处理并分析不同工况下的静态标定数据,分析不同方向作用载荷之间的影响,得到轮轴垂向、横向载荷应力传递系数。(2)借助载荷应力传递系数处理线路实测数据,提取不同速度直线工况和不同半径曲线工况的应力/载荷时间历程,编制相应载荷谱和应力谱,分析这些典型工况下的轮轨载荷及车轴动应力的分布特性。结果表明,直线工况下,速度对轮轨主频载荷和车轴主频应力的影响较小,载荷/应力变化区间会随着速度的提高而增大;曲线工况下,轮轨载荷和车轴应力都发生了明显的偏移,偏移程度与曲线半径和线路超高密切相关,具体表现为曲线对应的平衡速度与列车实际运行速度相差越大,轮轨载荷和车轴应力相对直线工况偏移越明显。(3)利用多体动力学仿真工具SIMPACK,根据动车组参数建立刚柔耦合车辆系统模型,其中为精确研究轮轴载荷和动应力特性,考虑将轮轴柔性化处理;根据高速客运专线的道岔型号,选用42号可动心轨单开道岔,通过提取关键截面数据和插值非关键截面建立直向通过道岔和侧向通过道岔模型;将车轮扁疤考虑为车轮圆周上的局部失圆,建立不同尺寸的扁疤模型。(4)通过数值仿真,得到扁疤冲击、道岔通过以及组合工况下的轮轨载荷和车轴关键节点动应力,分析这些极端工况对轮轨载荷和车轴动应力的影响特征。结果表明,扁疤长度对轮轨载荷和车轴动应力有明显影响,随着速度的提升,轮轨垂向载荷和车轴关键截面应力均呈现先增大后减小的趋势,低速工况下扁疤冲击会严重影响车轴疲劳寿命;车辆通过道岔转辙区和辙叉区会发生明显的轮轨冲击;扁疤车轮高速直向通过道岔时,轮轨载荷伴随重复性高频冲击,且转辙区轮轨垂向力以扁疤冲击为主、辙叉区以道岔冲击为主,组合工况产生的轮轨载荷和动应力峰值均大于单一工况产生的峰值。图86幅,表12个,参考文献102篇。

关键词： 液压机   循环载荷   箱型结构梁   残余应力   数值模拟  

摘要： 液压机的三大横梁结构在工作过程中往往承受循环载荷而不是单次载荷,在承受循环载荷过程中,三大横梁因棘轮效应会造成结构中出现部分高应力区域发生塑性变形而导致残余应力的产生。目前,诸多学者对残余应力演化规律已经开展了大量的研究,但对循环加载作用下结构中残余应力演化规律的研究相对较少。通常液压机三大横梁的设计和校核均以弹性力学为基础,认为材料在承载后只允许发生弹性变形,将材料的屈服作为结构强度失效的判据。但在实际生产过程中,材料在承受循环载荷作用下部分区域必然会发生塑性变形,当发生塑性变形后,液压机横梁内的初始平衡状态被破坏,进而导致产生残余应力。如果材料产生的残余应力与外载荷叠加后不小于其屈服强度,就会导致失效。因此,探究循环载荷作用下液压机横梁中的残余应力演化规律是十分重要的,可以为预测液压机的疲劳寿命提供依据。本文以某型号的液压机下横梁为参照对象,设计并制造了1:12的箱型结构梁模型。在室温下,通过对箱型结构梁模型采用的Q235钢原材料进行应变速率0.1%/s的单向拉伸试验、应变和应力控制模式下的循环加载试验。整理和分析试验得到的数据,获得Q235钢材料的性能参数和不同加载条件下材料的变形特征。将利用UG构建的1/4模型导入到ABAQUS中,利用随动硬化模型A-F获取材料性能参数,同时运用大型有限元ABAQUS软件对箱型结构梁进行数值模拟。探究箱型结构梁中的残余应力随循环周次、结构尺寸、载荷大小和加载历史的演化规律。利用南通5000kN液压机搭建箱型结构梁的循环加载实验系统,采用IMC设备实时采集输出力的大小,同时采用数字散斑设备法和电测法两种方法观察箱型结构梁的变形行为。通过对比分析模拟与实验得到的结果可知,本文中对箱型结构梁模拟的结果是较为准确的。

关键词： 花键联接   外齿定位   板材矫直机   外齿测量  

摘要： 针对花键联接内、外齿因错位卡阻而无法装配的问题,展开新旧花键外齿测量和定位装配研究。基于花键联接外齿周向测量定位基本原理,结合花键联接特点,设计一种专用、便捷的花键联接外齿测量定位装置,有效地避免了装配卡阻,保证安全、准确、快速地进行花键外齿定位操作,完成花键联接。

关键词： 变截面结构   水下爆炸载荷   CEL方法   应力波   冲击响应谱  

摘要： 随着科学技术的发展,越来越多的学者关注水下爆炸对舰船结构的毁伤特性研究。应力波作为结构载荷和能量传递的形式,对于认识结构系统的冲击响应特性至关重要。但是,关于水下爆炸载荷作用下船体板架类变截面结构中应力波的传播特性目前仍认识不足。本文将基于应力波理论,借助有限元法研究在冲击载荷作用下变截面杆和舷侧外板中弹性波的传播特性。首先,结合应力波理论,基于耦合的欧拉-拉格朗日法(CEL)和欧拉体积分数法研究在水下爆炸冲击载荷作用下变截面杆中弹性波的传播特性,对数值研究方法的精度进行验证;然后研究舷侧外板在受到水下爆炸冲击载荷作用下结构中弹性波的传播特性,并且利用冲击响应谱分析方法研究结构的响应规律,为后续研究复杂舰船结构的冲击响应规律提供参考。

关键词： SolidWorks   插件   V带传动  

摘要： 基于SolidWorks,利用第三方插件,对V带传动进行了设计计算,建立了带传动的三维模型。实践证明,借助第三方插件,可将计算与造型相结合,实现自动计算、直接调用设计资料、参数化建模等功能,大大提高了设计效率。

关键词： 分层泡沫材料   动态压缩   应力波   理论模型  

摘要： 以一维应力波传播理论为基础,建立了3层金属泡沫材料受到刚性块撞击时的理论模型,研究了刚性块撞击3层泡沫圆杆时的动力响应过程,从理论上给出了刚性块在撞击过程中的速度衰减规律数值解。利用ANSYS/LS-DYNA分析了受刚性块撞击时塑性应力波在3层泡沫材料中的传播过程,比较了刚性块以及层间界面处节点速度的变化规律。通过对比有限元结果与理论结果发现:理论模型能够较好地预测冲击载荷下分层泡沫材料各界面的速度衰减规律;3层梯度泡沫材料比相同质量的单层均质泡沫材料具有更加高效的吸能和缓冲能力。由于理论假设忽略了反射波以及泡沫材料应变硬化效应的影响,理论解与有限元模拟结果之间存在一定的误差。

关键词： 煤柱载荷   围岩应力   数值模拟   稳定性  

摘要： 生辉矿为了解决极近距离煤层上部采空区遗留煤柱对下部煤层顶板的应力破坏问题,采用FLAC^3D数值模拟软件对极近距离煤层的上部煤层遗留煤柱对底板应力分布情况进行研究,发现了极近距离煤层的应力集中区域,并通过对煤柱的宽度分析得出了不同宽度的煤柱对底板的应力分布情况,为矿井地质条件相类似问题解决提供借鉴。