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关键词： 碟簧   有限元法   载荷特性   应力分布  

摘要： 矿用碟簧具有规格大、重载、可靠性要求高等使用要求,目前标准无法满足设计需求,采用有限元法计算碟簧载荷特征及整体应力分布等,计算结果与解析解、试验曲线吻合度良好。此方法计算精度高、应用广泛,实用简便,不仅可以指导碟簧载荷性能设计,还可对其整体可靠性进行校核分析。

关键词： 冲击载荷   上颌中切牙   种植体   基台角度   正交试验   有限元分析  

摘要： 目的 探讨种植体长度、直径和基台角度对上颌中切牙周围骨质应力分布的影响,确定最优参数组合。方法 基于CBCT数据,重建口腔上颌三维模型;使用正交表建立有关于长度、直径以及基台角度共16个种植牙三维模型,并与上颌模型和刚体模型组装;利用ANSYS瞬态动力学模块进行有限元分析;最后,对所得应力数据进行正交实验与单因素方差分析。结果 种植体直径对皮质骨最大von Mises应力具有显著性影响(P=0.010),种植体长度(P=0.229)与基台角度(P=0.844)对皮质骨最大von Mises应力无显著性影响,最优参数组合为种植体直径5.0 mm、种植体长度12 mm、基台角度0°。种植体长度(P=0.001)、直径(P=0.011)与基台角度(P=0.013)均对皮质骨最大von Mises应力具有显著性,最优参数组合为种植体长度14 mm、种植体直径5.0 mm、基台角度5°。结论 种植体直径对皮质骨和松质骨应力均有显著影响,临床上应优先选择较大直径以降低应力峰值。种植体长度次之,基台角度影响最小。

关键词： 堆垛型AGV   地面压强   地面承载能力  

摘要： 随着国内自动化仓储物流快速发展,AGV以其高效、灵活、精准的特点,成为现代仓储物流系统中的重要组成部分。广泛应用于仓库、工厂等场所的物料搬运与堆垛作业环境中。然而AGV在多层建筑中的运行,对地面承载又提出了较高的要求,文中结合相关各项建筑载荷规范以及混凝土结构设计规范,提供一种AGV支撑脚轮对地面集中应力载荷的计算方法。

关键词： 泵   应力分析   疲劳强度  

摘要： 鉴于目前核级泵多数采用有限元或者经验法计算的方法来计算设备在停堆地震载荷下的应力,应力分析方法的准确与否直接关系到核电站最终的运行安全。本文针对某型号核级屏蔽泵在停堆地震载荷下的整体及部件进行应力分析,根据RCC-M及技术规格书应力评价规范,对泵组结构完整性进行评判。同时,本文依据标准及行业经验提出了转轴静强度、疲劳强度及连接法兰的经验校核方法,分析结果为核级泵的应力分析提供了参考,对其他核级设备的抗震分析也有一定的借鉴意义。

关键词： 印制电路板   自由振动   响应特性   数字图像相关  

摘要： 随着航天电子设备向高性能化发展,在随机载荷等因素影响下,电路板的引脚附近容易出现开裂导致电子设备失效。本文以电路板为研究对象,研究随机载荷下电路板振动特性与引脚应力的优化方法。首先,建立包含元器件和引脚的PCB基板有限元仿真模型,计算电路板各阶固有频率和对应振型的理论值;其次,结合数字图像相关(DIC)技术和锤击法,测量电路板各阶固有频率和振型的试验值,与理论值进行对比并计算固有频率的相对误差;然后,基于所建立的有限元模型,对航天电子设备中常见的QFP封装、引脚材料为可伐合金、引脚数为44个、元器件的质量占PCB板总质量35%的电路板进行分析,研究电路板的自由振动特性和随机激励下的强迫振动特性;最后,从电路板层面和引脚层面进行优化,通过调整PCB板厚度、约束条件、封装元器件位置以及引脚出线方式、弯曲角度、横截面积,有效降低引脚的最大应力。研究结果表明,基于理论模型的固有频率和振型计算结果与试验测量值基本一致,验证了理论模型的有效性;在随机载荷作用下,通过适当提高PCB板厚度、引脚弯曲角度和横截面积,以及调整元器件位置和引脚出线方式,印制电路板的所有引脚应力均显著降低,其中引脚的最大应力值从298.5 MPa下降至55.4 MPa,为减小印制电路板的引脚应力,提高电路板的工作可靠性和使用寿命提供了依据。

关键词： 弹性力学   泛函方法   应力分析   位移分析  

摘要： 采用弹性力学中的应力泛函方法,通过考虑应力边界条件、位移边界条件、界面连续性条件等,对受集中载荷作用的双层组合悬臂梁进行应力和位移分析,得到组合悬臂梁的应力-位移解析解。

关键词： TA15钛合金   加工残余应力   切削力   切削温度   数字图像相关技术  

摘要： 随着我国航空航天事业的快速发展,对于高强度结构件的需求日益增加,钛合金因其优良的力学性能而得到广泛应用。加工残余应力作为表面完整性的重要组成部分,严重影响部件的使用寿命,因此开展加工残余应力预测相关研究可以为钛合金材料的合理使用提供帮助。数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)是一种测量应变场的光学手段,结合力热载荷分析可以准确描述材料弹塑性变形,为加工残余应力预测提供支撑。因此本文以TA15钛合金为研究对象,开展基于DIC与力热载荷分析的TA15钛合金铣削残余应力预测研究。 首先分析加工残余应力的相关理论,建立预测模型。通过相关理论分析,讨论切削残余应力的形成过程与影响因素。通过Hertz接触应力及胡克定律计算弹性应变,并依据Mises屈服条件和Druker关联流动法则确定相应的塑性应变。基于弹塑性接触近似分析实现应力加载,通过应力松弛算法满足加工残余应力的边界条件,建立加工残余应力预测的解析模型。另外提出一种基于DIC的残余应力预测半解析模型,通过对于塑性应变的测量提高了残余应力预测的准确性。 为确定铣削加工中的力热载荷分布情况,对TA15钛合金铣削力与切削温度场建模及分析。针对TA15钛合金材料性能,依据Johnson-Cook本构方程讨论其热软化效应和应变率强化效应。基于斜角切削力解析模型,建立TA15钛合金铣削的瞬时切削力预测模型。通过对铣削过程中的热源分析与简化,建立一种基于运动螺旋线热源的切削温度场预测模型。通过TA15钛合金槽铣实验确定铣削力系数与热流密度系数,并验证了模型的准确性。 为获取残余应力预测模型相关信息,进行加工表面塑性变形和应变的测量,提出一种基于多级特征融合与注意力机制的DIC算法。通过对传统DIC原理的分析,搭建一种多级特征融合网络结构,通过跳跃连接的卷积神经网络结构实现多维多尺度的特征提取与融合,引入注意力机制增强网络对于全局与局部信息的整合能力,提高对变形场的测量能力。另外提出一种基于布尔模型和二维高斯变形场的合成变形场数据集生成方法,用于网络训练。通过消融实验与不同情况下的精度评估实验验证了所提网络的可用性。 最后通过实验验证加工残余应力预测模型的预测精度。进行TA15钛合金侧铣实验,利用所提基于多级特征融合与注意力机制的DIC算法测量不同进给量下的加工表面塑性变形与应变,实现加工表面残余应力预测。通过与实测残余应力结果的对比,验证所提预测模型的准确性。

关键词： 全长锚固锚杆   软岩巷道   锚注一体化支护   拉拔载荷   数值模拟  

摘要： 随着煤矿开采深度的增加,岩体在高地应力、强采动影响下呈现以大变形和长时流变等为主的软岩性质,导致常规的端锚支护适应性不足,锚杆(索)破断及锚固界面脱黏等失效问题日趋显著。虽然全长锚固是控制软弱围岩稳定的有效方法,但仍无法完全避免支护过程中出现的锚固失效现象。因此,深入理解全长锚固锚杆与软弱围岩之间的相互作用机理,并提出高应力软岩巷道围岩高效支护技术,对于解决深部复杂地质条件下的围岩稳定控制难题具有重要工程意义。本文综合采用理论分析、数值模拟、实验室试验和工程实践等方法,首先分析围岩变形作用下全长锚固锚杆的载荷传递规律,揭示全长锚固锚杆与软岩巷道围岩之间的相互作用机理;其次,基于柔性锚杆提出锚注一体化全长锚固支护技术,探讨其承载特性与加固机制;最后,阐明锚注一体化支护技术的稳定控制机理,优化支护方案并开展工业性试验。主要研究工作和成果如下: (1)通过引入杆体拉伸应力-应变本构模型和二、三折线剪切滑移模型,推导了围岩变形作用下考虑杆体塑性屈服和锚固界面滑移的全长锚固锚杆受力分布解析解,提出了一种更符合实际的全长锚固锚杆力学特性的数值模拟方法。研究结果表明:(1)全长锚固锚杆的杆体塑性屈服发生在中性点处,屈服后杆体轴力分布形成屈服平台,中性点演变为“中性段”。(2)锚固界面滑移始于洞壁位置,滑移导致剪应力向锚固远端传递时呈现软化脱黏特征,同时促使中性点向孔底端移动。(3)围岩变形、锚杆长度、界面剪切峰值强度及托盘反力等因素显著影响杆体塑性屈服和锚固界面滑移的程度。(4)相比于单一失效工况,杆体塑性屈服与锚固界面滑移之间会产生相互抑制作用。 (2)建立了二向等压应力场中锚杆-围岩耦合作用力学模型,揭示了全长锚固锚杆支护下高应力软岩巷道围岩承载结构力学响应,研究了全长锚固锚杆的不同支护失效工况对围岩变形规律的影响机制。结果表明,提高全长锚固锚在正常支护状态下轴力,对高应力软岩巷道围岩破坏范围的控制作用不明显。全长锚固锚杆对围岩变形的抑制作用主要集中在杆体附近区域,并且当考虑杆体塑性屈服与锚固界面滑移时,改善支护参数对围岩整体变形影响较小此外,巷道全断面不同位置锚杆的受力形式与失效特征受侧压系数和主应力偏转角度的影响显著。 (3)针对高应力软岩巷道的锚杆全长锚固失效及稳定性控制难题,提出了集预应力树脂端部锚固、注浆全长锚固和浆液加固作用于一体的柔性锚杆锚注一体化支护技术。基于该技术“先锚后注”的支护工艺特征,建立了分段式全长锚固足尺拉拔数值模型,研究了锚固系统承载特性及细观损伤演化机制。柔性锚杆端锚注浆实现全长锚固后,锚固系统承载能力显著提高,锚杆拉拔力-位移曲线表现出“先柔-后刚-再强”承载特性。在拉拔载荷作用下,锚固系统黏结裂纹不断向锚固远端扩展,锚固界面主要发生剪切破坏,而树脂锚固剂与注浆体则发生显著的拉伸破坏,且在锚杆两侧的岩体中形成了大量倒锥形分布的黏结裂缝。 (4)对含不同裂隙倾角的未注浆锚固(RBN)和注浆锚固(RBG)试样进行了单轴压缩对比试验,重点分析了加锚裂隙试样在注浆前后的力学特性、破坏模式及裂纹扩展特征。同时基于锚杆受力特征,建立了压剪状态下的锚注裂隙岩石力学模型,揭示了锚注支护一体化支护技术的止裂加固机制。结果表明,RBG试样的峰值强度、弹性模量和残余强度相比RBN试样均有提高,当裂隙倾角较小时,提高幅度最为显著。锚注一体化支护的加固机制在于有效降低了滑移面上的等效剪应力。 (5)以深部高应力软弱围岩巷道为工程背景,揭示了无支护、端锚、全锚及锚注一体化支护条件下的围岩变形破坏特征。与其他支护形式相比,锚注一体化支护后围岩裂纹扩展深度、变形量及应力松弛区范围显著减小,有效提高了围岩的完整性和承载能力。在此基础上,阐明了高应力软岩巷道渐进破坏失稳机制及关键控制要点,提出了“高强预应力锚杆、索支护为核心,注浆加固为基础,底角与底板锚注加固为关键”的分次强化锚注联合控制对策。最后,在淮北袁店二矿深井软岩巷道开展了工业性试验,采用柔性锚杆锚注支护技术优化了原支护方案,并通过数值试验与现场矿压监测验证了优化方案对围岩变形破坏的良好控制效果。 图[131]表[18]参考文献[173]

关键词： 轴向载荷   无损检测   应力波   时域幅值   信号处理  

摘要： 煤矿锚索支护中,轴向载荷是反映锚索支护效果与支护质量的关键指标。目前锚索轴向载荷的检测多采用机械式检测设备,操作不便且难以对井下锚索进行大面积的检测。锚索轴向载荷的无损检测具有方便、快捷的特点,可有效解决现阶段锚索机械检测所面临的问题,但当前锚索无损检测主要是对锚索的长度与注浆效果的检测,针对锚索轴向载荷的无损检测方法研究较少。本文采用实验室实验、理论分析、数值模拟等方法,分析锚索中的激振反射应力波信号特征,揭示轴向载荷作用下锚索中激振反射应力波传播特性,寻找应力波信号特征参数与轴向载荷之间的定量关系,提出基于锚索激振反射传播特性的轴向载荷计算方法,为锚索轴向载荷无损检测提供了理论基础和科学依据。论文的主要研究成果如下: （1）基于实验室实验,采集不同轴向载荷作用下的锚索的单股应力波信号,并对采集到的应力波信号进行时频特征参数进行分析。结果表明:锚索单股信号具有相似性与稳定性,有效解决了锚索截面不密实存所导致采集信号不稳定的问题;从时域特征参数中发现,随着轴向载荷的增大,时域波形幅值的最大值逐渐减小,呈现降低趋势先缓慢后变快的趋势。 （2）对比EMD、小波分解、VMD联合小波阈值去噪三种降方式的降噪效果,结果表明:VMD联合小波阈值去噪在与原始仿真信号的信噪比、图像的相似性、平均绝对误差、均方根误差、相关系数等方面均优于其他两种方法。对VMD联合小波阈值去噪分解的各个IMF分量进行希尔伯特变换,通过计算能量熵值与相关系数,确定了包含信号主要特征的IMF分量,进行信号重构并完成了对锚杆激振反射应力波信号特征—应力波幅值的提取。荷载施加前幅值最大值为124.12,最后载荷增大到500k N时,幅值降到81.13。变化趋势为先慢后快,与降噪处理前规律保持一致。 （3）通过数值模拟研究了锚索拉伸过程中的应力分布特征,揭示了轴向载荷对锚索应力波传播的影响规律,研究发现:应力波幅值与载荷呈显著反比,载荷由0k N增加到500k N时,加速度幅值由21.0mm/s2衰减到4.8mm/s2,衰减呈现先慢后快的趋势,与实验趋势一致;锚索拉拔呈现弹性（周围股旋转致载荷阶梯增长）、塑性（中间股优先屈服）及强化阶段（峰值532k N颈缩断裂）,中间股与周围股受力差异（纯拉伸与拉伸-挤压耦合）是失效主因,为无损检测提供量化依据。 （4）通过实验室实验,验证基于激振反射应力波传播特性的锚索轴向载荷无损检测方法的可行性,结果表明:绝对误差0.8～6.34k N,误差率0.5～3.8%,且误差率随荷载增大递减（高荷载区间380～450k N误差率<1.2%）,证实应力波法可精准计算锚索的轴向载荷,为锚索轴向载荷应力波无损检测提供可靠技术支撑。 图68表11参[92]

关键词： 高温应力松弛   组合载荷   螺栓连接系统   预测模型   有限元分析  

摘要： 螺栓连接是一种常见的连接方式,因其具有可靠性高,拆卸方便,重复使用等特点,在设备中被广泛采用。然而在服役过程中螺栓易因高温环境或载荷波动发生应力松弛,从而导致设备的失效。因此,针对核电等难以反复维修的工作环境,有必要在设计环节中提前考虑螺栓的应力松弛行为,以保障设备的安全服役。此外,服役过程中载荷形式复杂,弯矩、剪切及扭转载荷的存在会影响螺栓的轴向应力松弛行为,而现有应力松弛模型往往是基于材料承受单一轴向载荷的假设建立。因此,本文以高温螺栓连接系统为研究对象,建立了高温螺栓杆的应力松弛预测模型,基于有限元分析了螺栓连接系统应力松弛过程中整体应力应变响应规律,并形成了考虑螺纹区域应力应变响应的螺栓连接系统应力松弛模型。具体研究内容如下: (1).考虑复杂载荷应力松弛特性,推导了适用于复杂载荷作用下螺栓轴应力松弛预测模型。分析了单一载荷(拉伸、弯曲、剪切、扭转)在螺栓应力松弛过程中的演化规律,结合Norton-Bailey蠕变本构方程和圆形截面梁力学模型,提出了多种复杂载荷作用下应力松弛理论模型。结合有限元方法分析了螺栓在拉伸-弯曲、拉伸-剪切、拉伸-扭转以及拉-弯-扭四种组合载荷形式下的应力松弛行为,并验证了高温螺栓应力松弛理论模型的准确性,在不同组合工况下的最大误差结果不超过8%。 (2).通过有限元方法,揭示了组合载荷下高温螺栓连接系统的在应力松弛相应规律。在螺栓连接系统中扭转、弯曲和剪切载荷的存在加速了螺栓轴向应力松弛;螺栓连接系统的应力松弛行为同时受螺纹区域和螺杆区域应力应变响应控制,相较于单一螺栓杆应力松弛行为,螺栓连接系统的应力松弛速率降低且螺栓应力松弛极限提高;螺距显著影响螺纹根部的应力集中现象,随着螺距的增大,局部应力集中逐渐显著,进一步加速螺栓连接系统应力松弛行为。 (3).基于螺栓连接系统应力松弛响应特征,考虑螺纹区域影响,引入应力松弛影响因子k,建立了单一拉伸、拉伸和扭转组合载荷作用下螺栓连接系统的应力松弛理论方程。参数k在载荷形式固定的情况下不受载荷水平影响。通过与有限元分析结果和试验结果对比,可知修正后的模型预测精度较好,与有限元分析结果的最大相对误差小于10%。