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关键词： 水力压裂   页岩储层   套管载荷   地应力   天然裂缝  

摘要： 为了研究水力压裂工况下套管损坏机理及套管载荷影响因素,开展了储层岩石力学参数测试,建立了套管-水泥环-地层-裂缝的多场耦合有限元分析模型,分析了水力压裂扩展时近井筒地应力及套管载荷的分布规律及影响因素。研究结果表明,储层中天然裂缝的存在引起水力裂缝的非均匀扩展,套管承受非均匀载荷;当储层地应力差增加、弹性模量降低时,近井筒地应力及套管载荷增加;天然裂缝数量及天然裂缝分布形态对近井筒地应力及套管载荷的影响较为复杂。研究结果为页岩储层优化固井设计及压裂设计、减少套管损坏问题提供了理论依据。

关键词： 动态张拉强度   强度弱化效应   BD试样   张拉预应力   冲击载荷   分离式霍普金森压杆(SHPB)  

摘要： 深部围岩的张拉破坏是一种常见的破坏模式,这与深部围岩处于高应力和冲击荷载的组合受力状态密切相关。本研究中,使用分离式霍普金森压杆(SHPB)设备对不同张拉预应力水平下的红砂岩巴西圆盘试样进行不同加载速率下动态张拉试验。基于试验的准静态峰值拉伸应力,确定了试验的张拉预应力水平分别为0,0.48,1.44,2.39,3.45和4.30 MPa,以及400~1200 GPa/s范围内的冲击荷载的加载速率。试验结果表明,动态张拉强度与加载速率呈显著的线性正相关关系,且随着加载速率的增加而逐渐增加,表现出明显的率效应。在相同加载速率下,动态张拉强度随着张拉预应力水平的增加而显著降低,表现出明显的动态张拉强度弱化效应。此外,总结了动态张拉度弱化效应机理,其中张拉预应力水平决定了动态张拉强度弱化水平,而冲击载荷则促进了强度弱化效应的显现。

关键词： 机械式   变速器   齿轮   啮合周期   接触载荷   应力分析  

摘要： 当机械式变速器齿轮存在边缘接触时,就会产生一定的干扰信号,严重影响其啮合周期接触应力的分析效果。为此,提出机械式变速器齿轮啮合周期接触载荷及应力分析。通过Pro/E建模软件对齿轮展开参数化建模处理,定义齿轮的接触属性,施加接触载荷,从静态和动态2方面对齿轮啮合周期接触应力进行分析,计算齿轮不同状态下的接触应力。静态下的齿轮啮合接触可直接输出分析结果;对于动态下的齿轮啮合接触,首先需要确定每一帧变化的最大等效应力,然后完成整体应力分析。实验结果表明:在齿轮存在边缘接触的情况下,此方法的计算时间在100 s以内,最高计算误差为1.7%,应力变化模拟较准确,抗干扰性较强。

关键词： R槽壳   弯曲载荷   角裂纹   J2积分   应力强度因子  

摘要： 为了求解拉伸和弯曲载荷作用下裂纹截面上多个不同的奇异应力场的应力强度因子,在断裂力学理论基础上,运用J2积分法和材料力学中平截面假设,以含R槽方形壳对称穿透角裂纹的应力强度因子为例进行分析研究。结果表明,J2积分法以及材料力学中平截面假设可用于确定拉伸和弯曲载荷作用下裂纹截面不同应力场对应的应力强度因子;提出的不同应力强度因子之间的关系式简化了具有复杂裂纹的含裂纹工程构件的应力强度因子求解,为解决复杂应力场所对应的应力强度因子问题提供了思路。同时将有限元解与本研究解进行了比较,两者吻合较好。

关键词： 轴箱轴承   轴向载荷   接触应力   轨距   修形方式   轴向游隙   高速列车  

摘要： 变轨距转向架轮轴装配关系为间隙配合,与传统转向架轴箱轴承相比,其轴箱轴承承受的轴向载荷更大,需考虑轴向载荷对轴承接触应力的影响。文章采用仿真软件Romax建立某1435/1520 mm高速变轨距转向架轴箱轴承仿真模型,考虑轴向载荷时不同轨距、不同滚子修形方式和不同轴向游隙对滚子与内圈接触应力的影响。计算结果表明:当轨道为宽轨时,轴承承受轴向载荷后,轴承接触应力情况比轨道为标准轨时更严重,并且未修形滚子的最大接触应力不满足标准要求;轴承承受轴向载荷后,4种修形滚子比未修形滚子均能降低最大接触应力和应力集中系数,其中对数修形滚子承受轴向载荷的能力优于其他3种修形滚子;当轴承承受轴向载荷后,最佳轴向游隙会继续向负游隙方向减小。

关键词： 扳边   挠性管板   火管锅壳锅炉   应力   分类   评定  

摘要： 挠性管板扳边应力比布管区应力大得多,在管板设计计算中应重点考虑。GB/T 16508—2013 《锅壳锅炉》和SH/T 3158—2009 《石油化工管壳式余热锅炉》仅给出了挠性管板扳边结构设计的指导意见和适用范围,没有给出扳边部位的强度计算方法。有关挠性管板应力分析的文献也未给出只考虑压力载荷作用下扳边应力的分类和评定。以1台火管锅壳锅炉为例,对其变形进行分析,建立了5个扳边应力计算有限元模型,研究了在只承受壳程压力载荷下,挠性管板扳边的应力分类和评定。结果认为,挠性管板扳边应力为典型的二次应力,其薄膜应力加弯曲应力应按二次应力进行评定。

关键词： 冲击载荷   预紧力   锚固方式   动态断裂韧性   阻裂效应  

摘要： 在采动应力、冲击动载作用下,深部巷道围岩原生裂隙进行发育、扩展、失稳是深部围岩动力灾害的重要诱因,通过锚杆支护增加破碎围岩完整性,抑制原生裂隙的再度扩展是预防围岩动力灾害的重要手段。为此,采用分离式霍普金森压杆试验系统开展端锚、全锚、让压+端锚3种锚固方式及端头锚固不同预紧力矩条件下预应力锚杆CCNBD试件的冲击动载试验,分析了预应力锚杆对岩体动态断裂韧性、裂纹起裂时间、裂纹扩展速度的影响规律,揭示冲击载荷作用下预应力锚杆锚固阻裂效应。研究结果表明:(1)预应力锚杆阻裂效应表现为提高岩体动态断裂韧性、延缓裂纹起裂时间与降低裂纹扩展速度;(2)高预紧力端头锚固与全长锚固均有助于锚杆发挥锚固阻裂效应,其强化顺序依次为全长锚固>端头锚固>让压+端头锚固,后者因让压结构补偿了裂纹扩展空间,弱化了锚固阻裂效应;(3)冲击载荷作用下加锚岩体变形破坏过程具有裂纹孕育阶段、裂纹扩展阶段、锚杆承载阶段3个阶段,高预紧力矩与全长锚固时锚杆轴向应力在裂纹扩展阶段增速最明显,锚杆锚固阻裂效应最明显。研究成果对深部动载巷道锚固支护工程具有一定的理论指导及借鉴意义。

关键词： BGA焊点   功率循环载荷   正交试验   回归分析   应力与应变  

摘要： 建立了球栅阵列封装(ball grid array,BGA)焊点有限元分析模型,基于ANAND本构方程,分析了BGA焊点在功率循环载荷下应力与应变的分布情况,并搭建试验平台,完成了功率循环载荷下BGA封装器件应力与应变的测量试验,验证了仿真分析的可行性.选取焊点高度、焊点直径、焊盘直径和FR4基板厚度完成了正交试验分析,通过非线性回归分析得到高拟合度的BGA焊点功率循环应力量化评价模型.结果表明,BGA焊点结构参数对焊点应力影响大小排序为焊盘直径、FR4基板厚度、焊点直径和焊点高度,焊盘直径对BGA焊点应力影响显著,焊点直径、焊点高度和FR4基板厚度对BGA焊点应力影响不显著;最优参数水平组合为焊点高度0.39 mm、焊点直径0.42 mm、焊盘直径0.34 mm和FR4基板厚度0.8 mm,最优水平组合下BGA焊点应力与应变明显降低.创新点:(1)基于ANAND本构方程,模拟分析了BGA焊点在功率循环载荷下应力与应变分布.(2)分析了结构参数对焊点应力的影响显著性,并通过优化模型结构参数获得最佳结构参数组合.(3)通过非线性回归分析获得BGA焊点功率循环应力与结构参数之间的量化评价模型.

关键词： 环焊缝   裂纹   应力强度因子   全尺寸弯曲试验   快速评估  

摘要： 裂纹缺陷是众多环焊缝缺陷中危险性最大的缺陷之一。油气管道在经过地质条件较差的区域时,当遭遇自然灾害,管道除内压作用外,还会承受额外的弯曲载荷,由此引起的大跨度管道弯曲变形容易引起环焊缝裂纹扩展,导致管道破裂。基于大量环焊缝裂纹有限元数据,拟合出了裂纹尖端应力强度因子的工程评估公式。按照子模型分析方法可以快速获得有限元结果数据且能保证精度,是一种高效获取全尺寸弯曲管道中裂纹应力强度因子拟合数据的方法。结合API 579中提供的环向裂纹应力强度因子理论公式,对应力强度因子计算公式进行了拟合,裂纹尺寸范围为0.03

关键词： 高速磁浮列车   光纤光栅传感器   高速解调   载荷及动应力监测  

摘要： 为满足高速磁浮列车关键结构状态的实时监测需求,文章介绍了一种适用于高速磁浮列车特殊运用环境及结构特点的基于光纤光栅传感网络的载荷及动应力监测系统。首先分析了光纤光栅传感器可用于检测载荷及动应力的物理机理,其次介绍了监测系统的整体设计以及光纤光栅传感器、解调系统等重要组成部分的工作原理及特征参数,最后进行了车载试验与数据分析,验证了所设计的光纤光栅监测系统用于高速磁浮列车关键结构载荷及动应力实时监测的有效性与准确性。