滚圈疲劳损伤危险点应力-时间历程数值模拟

为了更加科学准确地编制滚圈疲劳损伤危险点的疲劳载荷谱,以广泛应用于大型回转窑的箱型滚圈为研究对泉,对滚圈进行了力学分析.确定了滚圈与筒体、托轮接触的边界条件.综合考虑力和温度的影响因素,建立了滚圈托轮的接触体系模型.针对孔缘危险点,分别作滚圈最低点的孔中心处于0°、3.75°、7.5°三个时刻的稳态热力耦合有限元分析,选取滚圈圆周方向上的应力作为疲劳载荷谱的载荷应力,得出了孔缘危险点的疲劳载荷谱,该载荷谱反映出了温度和截面周期性变化对应力状态的影响,为后续的滚圈强度与疲劳寿命分析提供依据.     

基于损伤一致性的动车组转向架载荷实验谱研究

动车组转向架构架载荷状况复杂, 实际运用条件下包含多个基本载荷系, 因此转向架构架局部位置的总损伤是若干载荷系在该位置相应损伤的累积; 转向架构架实验谱是考核动车组构架寿命的关键手段, 在没有实测载荷的条件下如何编制实验谱是本文的研究目标.本文首先对转向架构架承载系统的线性假设、稳定假设及典型假设进行了确认研究; 然后根据长期实测线路仅有的动应力数据, 将转向架构架典型应力分区域编制应力谱; 其次根据构架受力特点对构架建立载荷系, 在试验台中标定各个载荷系下的载荷应力传递关系, 并将区域典型测点的最大标定系数作为该区域的载荷应力传递系数; 然后基于损伤一致性原则建立优化函数, 并将获得的载荷应力传递系数矩阵代入优化函数, 得到一种适用于由线路实测动应力大数据推导出实验载荷谱的方法. 试验结果证明该方法具有较高的精度, 对构架关键部位的考核实现了典型区域全覆盖; 在中国线路运用工况下, 相比国际通用规范, 该方法对所有典型区域做到损伤再现, 所编制实验谱对转向架构架的考核更具有适用性.      

基于损伤一致性的动车组转向架载荷实验谱研究

动车组转向架构架载荷状况复杂,实际运用条件下包含多个基本载荷系,因此转向架构架局部位置的总损伤是若干载荷系在该位置相应损伤的累积;转向架构架实验谱是考核动车组构架寿命的关键手段,在没有实测载荷的条件下如何编制实验谱是本文的研究目标.本文首先对转向架构架承载系统的线性假设、稳定假设及典型假设进行了确认研究;然后根据长期实测线路仅有的动应力数据,将转向架构架典型应力分区域编制应力谱;其次根据构架受力特点对构架建立载荷系,在试验台中标定各个载荷系下的载荷应力传递关系,并将区域典型测点的最大标定系数作为该区域的载荷应力传递系数;然后基于损伤一致性原则建立优化函数,并将获得的载荷应力传递系数矩阵代入优化函数,得到一种适用于由线路实测动应力大数据推导出实验载荷谱的方法.试验结果证明该方法具有较高的精度,对构架关键部位的考核实现了典型区域全覆盖;在中国线路运用工况下,相比国际通用规范,该方法对所有典型区域做到损伤再现,所编制实验谱对转向架构架的考核更具有适用性.     

航空发动机叶片-机匣碰摩热-结构耦合仿真

针对转静子碰摩过程中的摩擦热效应现象,建立了叶片-机匣的碰摩热-结构耦合模型。采用热-结构耦合单元,对航空发动机叶片-机匣进行了碰摩热效应特性研究。考虑摩擦因数及旋转过程中的离心力作用,对瞬态-热结构耦合场进行了有限元分析,研究了结构在温度场作用下的热-结构耦合应力和温度分布。与纯机械载荷下的应力分布对比,发现了碰摩热效应在叶片与机匣上的扩散规律。研究结果表明,考虑摩擦热效应时由于热应力的作用,导致结构的总应力水平升高进而产生热变形,从而使故障进一步恶化。由此可见,碰摩热效应的影响在实际航空发动机振动分析中不能忽视。     

基于实测数据的扁平钢箱温度梯度疲劳应力谱分析方法

为研究扁平钢箱梁温度疲劳应力谱,以南溪长江大桥悬索桥主梁为研究对象,基于温度传感器长期实测数据,筛选实测数据的日温度极值,运用广义极值模型描述季节极值概率分布并采用极值外推方法得到设计基准期极值模型。引入拉丁超立方抽样(LHS)法对极值模型进行抽样,得到日温度极值样本。结合日温度极值样本和正弦函数模型,构建服役期内关注点的温度时程曲线。基于有限元ANSYS软件平台,分析不同温度梯度下关注点的应力效应,回归温度梯度与疲劳应力的线性关系式,依据温度梯度时程曲线与线性关系式模型,采用雨流计数法得到钢箱梁温度梯度疲劳应力谱。研究表明,模拟抽样生成的温度样本数据符合温度场的季节变化特征,样本概率模型与实测数据概率模型相对吻合。关注点温度梯度疲劳应力谱能够为扁平钢箱梁疲劳寿命设计提供参考。     

地震载荷工况下隧道内油气管道应力分析研究

为了了解隧道内油气管道在地震载荷工况下的应力分布情况,有必要对其进行应力分析。基于地震响应谱分析法,采用CAESAR Ⅱ软件建立了地震载荷工况下中缅某段隧道内油气管道的应力模型,对其进行应力分析,并校核了油气管道的位移、应力是否符合规范。分析研究了管道的最危险截面;计算出了危险弯管的应力比率,校核了应力允许值;分析得出,轴向地震作用与综合地震作用对管道影响较大,应重点校核管道的轴向地震与综合地震作用下的应力变化,并加强监测力度;通过对油气管道的位移校核得出,轴向地震作用与综合地震作用对隧道内油气管道的位移影响较大;地震作用下隧道内轴向位移较其他两方向位移较大,应重点监测。对斜管长度、覆土深度、管道内压等影响因素进行研究得出:架空段管道长度与倾角、地震烈度、管道运行温度与管道内压对穿越地震带隧道管道应力影响较大;而覆土段管道长度与倾角、覆土深度对管道影响较小。     

复杂载荷下疲劳寿命的估算

本文讨论在复杂载荷下疲劳(裂纹形成)寿命的估算方法。文中首先着重介绍局部应力-应变法的原理和应用,并通过带孔铝合金试件在随机载荷谱下的疲劳寿命计算实例加以具体说明。其次,本文还用传统的名义应力法作了疲劳寿命估算。对名义应力法,文中用了随机(块)谱及变均值、常均值、等损伤、主峰值等程序块谱。最后,本文把按局部应力-应变法及名义应力法所得疲劳寿命计算结果与已有的试验结果进行了分析比较。     

疲劳线性累积损伤理论的α值实验验证

对疲劳累积损伤临界值进行了实验验证.首先进行了某构件三种随机载荷谱下的疲劳试验,测定了其谱载下的疲劳寿命T;再对载荷谱进行雨流计数,得到了各应力水平的循环次数n;利用疲劳性能Sα-Sm-N曲面,确定了构件在各应力水平单独作用下的疲劳寿命N;最后,根据 Miner公式,估算出各构件的疲劳累积损伤临界值（α值）.根据分析结果推测:α值是一个均值为1的随机变量.     

交通载荷作用下跨海桥梁-电缆组合结构随机振动分析

电缆沿桥跨海铺设是海缆铺设的一种新的形式, 针对由汽车和列车交通载荷诱发的沿跨海桥梁敷设电缆的振动问题, 建立了桥梁-电缆的整体组合结构分析模型, 将汽车和列车的作用载荷简化为移动的随机集中载荷序列, 发展虚拟激励法(pseudo-excitation method, PEM)用于分析移动随机载荷作用下电缆位移和应力响应的标准差及演变功率谱 (power spectral density, PSD), 并研究了汽车和列车运行速度对电缆动力响应标准差的影响. PEM将移动随机载荷问题转化为特定频率简谐移动载荷作用下的动力响应分析, 能够计算得到与Monte Carlo (MC) 方法非常吻合的电缆动力响应标准差, 但所需的时域响应分析次数远少于MC方法. 数值结果表明, 随着汽车和列车运行速度的提升, 电缆位移和应力标准差呈现增大的趋势; 在汽车和列车交通载荷作用下, 铝护套的位移标准差和功率谱的值比缆芯要大, 这可能会使得电缆的疲劳破坏首先发生在铝护套层, 本文工作对电缆沿桥跨海铺设实际工程具有一定的借鉴意义.      

叶片榫头接触应力的求解研究

接触应力分析是不易检测、难于计算，但对于设计又是非常重要的一个难题。文中将实验检测技术与数值计算方法相结合，求解飞机发动机叶片榫头上的接触应力分布。基本思路是：1)用实验检测技术求出叶片榫头接触面上若干点的应力或应变值；2)通过给叶片根部接触面施加一定的约束条件，用数值计算法计算发动机叶片在离心力载荷作用下的全场应力分布，并进一步求出接触面上的接触应力分布；3)解除接触面上的约束条件，代之以计算获得的接触载荷，计算叶片在离心力载荷以及接触载荷共同作用下的全场应力或应变分布，并比较计算结果与实验结果；4)修改约束条件或计算模型，重复上述操作，直至计算结果与实验结果比较一致。研究表明，本文提出的方法能够较准确地给出接触面的载荷分布，判断约束条件的合理性具有简单、易行的特点。由于接触应力的复杂性，本问题还有深入研究的必要。     

随机风-浪一体化降维建模及风机结构可靠度研究

基于随机脉动风场和随机波浪力场的谱表示降维模拟方法，采用脉动风速Davenport谱与波浪P-M谱对风、浪谱参数进行一体化构造，并应用相同的基本随机变量来保障风、浪模拟的概率信息一致，实现了随机风-浪一体化降维建模。进一步，基于ANSYS有限元软件建立了近海风机塔架数值计算模型，并以顶点位移为指标，进行了三种工况下结构的动力可靠度分析。数值算例验证了随机风-浪一体化降维建模方法的有效性。结构动力分析结果表明，风荷载对风机塔架顶点位移响应的影响占主导地位，同时波浪荷载的作用亦不可忽略。此外，随机风-浪一体化降维方法生成的代表性样本概率信息完备，可与概率密度演化理论结合实现海工结构在风浪共同作用下的精细化动力响应及可靠度分析。     

非稳态温度场热弹塑性蠕变有限元分析

本文分析航空发动机主要部件在飞行一次循环加载过程中的应力与应变状态.考虑到瞬态效应,它们在升机与降机时应力变化是剧烈的,为此编制了非稳态温度场的热弹塑性蠕变分析专用程序(简称TEPCAB),该程序包括各向同性强化与随动强化两种模型.经考核后对某涡盘采用不同加载方案进行应力分析与比较.所得结论可供工程设计者参考.     

串列风力机尾流干扰的研究简

广义致动盘方法是通过引入体积力代替叶片的致动盘技术与三维Navier-Stokes 方程相结合来获得风力机周围流场信息的一种方法. 该方法避免了花费大量网格与计算资源去求解风力机叶片的附面层,从而可以把更多的网格与计算资源用于风力机尾流流场的模拟,非常适合用于风力机尾流流场的研究. 以NH1500风力机为计算模型,将常规CFD (computational fluid dynamics) 方法与广义致动盘方法计算所得的叶片载荷分布进行比较,以验证广义致动盘方法的可行性. 然后使用广义致动盘方法对风场中串列风力机进行数值模拟,研究串列风力机之间间距变化时,上游风力机产生的尾流对下游风力机的干扰影响.     

A validated thermal model of bead-on-plate welding

In this paper, finite element model is used to carry out thermal analysis of bead-on-plate welding. The model followed the proposed five step strategies which were then built into a model to obtain temperature history at the positions of thermocouples. Temperature field was also evaluated by comparing predicted weld bead with the actual weld bead. Using these proposed strategies, well matched temperature histories and temperature field have been obtained.     

An investigation of the heat transfer and static pressure on the over-tip casing wall of an axial turbine operating at engine representative flow conditions. (II). Time-resolved results

This article reports the measurements of time-resolved heat transfer rate and time-resolved static pressure that have been made on the over-tip casing of a transonic axial-flow turbine operating at flow conditions that are representative of those found in modern gas turbine engines. This data is discussed and analysed in the context of explaining the physical mechanisms that influence the casing heat flux. The physical size of the measurement domain was one nozzle guide vane-pitch and from −20% to +80% rotor axial chord. Additionally, measurements of the time-resolved adiabatic wall temperature are presented. The time-mean data from the same set of experiments is presented and discussed in Part I of this article. The nozzle guide vane exit flow conditions in these experiments were a Mach number of 0.93 and a Reynolds number of 2.7 × 10⁶ based on nozzle guide vane mid-height axial chord. The data reveal large temporal variations in heat transfer characteristics to the casing wall that are associated with blade-tip passing events and in particular the blade over-tip leakage flow. The highest instantaneous heat flux to the casing wall occurs within the blade-tip gap, and this has been found to be caused by a combination of increasing flow temperature and heat transfer coefficient. The time-resolved static pressure measurements have enabled a detailed understanding of the tip-leakage aerodynamics to be established, and the physical mechanisms influencing the casing heat load have been determined. In particular, this has focused on the role of the unsteady blade lift distribution that is produced by upstream vane effects. This has been seen to modulate the tip-leakage flow and cause subsequent variations in casing heat flux. The novel experimental techniques employed in these experiments have allowed the measurement of the time-resolved adiabatic wall temperature on the casing wall. These data clearly show the falling flow temperatures as work is extracted from the gas by the turbine. Additionally, these temperature measurements have revealed that the absolute stagnation temperature within the tip-gap flow can be above the turbine inlet total temperature, and indicates the presence of a work process that leads to high adiabatic wall temperatures as a blade-tip passes a point on the casing wall. It is shown that this phenomena can be explained by consideration of the flow vectors within the tip-gap, and that these in turn are related to the local blade loading distribution. The paper also assesses the relative importance of different time-varying phenomena to the casing heat load distribution. This analysis has indicated that up to half of the casing heat load is associated with the over-tip leakage flow. Finally, the implications of the experimental findings are discussed in relation to future shroudless turbine design, and in particular the importance of accounting for the high heat fluxes found within the tip-gap.     

热结构瞬态响应的耦合灵敏度分析方法与优化设计

研究结构瞬态热变形和热应力的灵敏度分析方法及其优化设计,灵敏度计算给出了直接法和伴随法两种算法.考虑了温度场的耦合作用,在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数,在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数.数值算例验证了该方法的精度.伴随法在应用程序中的实现,为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法.     

热结构稳态响应的耦合灵敏度分析方法

研究结构稳态热变形和热应力的灵敏度分析方法，给出了直接法和伴随法两种算法。考虑了温度场的耦合作用，在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数，在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数。对尺寸和形状两类设计变量的灵敏度分析算例，验证了本文方法的精度。伴随法在应用程序中的实现，为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法。     

深厚黏土层冻结壁冻结压力实测与数值分析

为了研究深厚黏土层冻结壁冻结压力的变化特征,根据现场实测结果获得冻结压力随温度变化的发展趋势. 结合对现场实测数据的分析和ADINA 有限元法的数值模型,能够很好地模拟人工冻结地层应力场的变化规律,为工程实践提供参考.     

热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和抗腐蚀设计方法

对于沿海地区或海洋环境中使用的航空发动机来说, 由于高温、机械载荷和盐雾环境的共同作用, 热腐蚀疲劳破坏是影响其热端部件服役寿命的主要因素. 本文对热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和防腐蚀设计方法进行了总结、归纳及评述, 提出了未来的研究趋势与发展方向. 首先介绍航空发动机热端部件的热腐蚀疲劳故障案例、损伤演化机理; 其次, 重点分析了低温腐蚀疲劳寿命的唯象模型、损伤力学模型、断裂力学模型以及机器学习模型; 再次, 对几种代表性的考虑腐蚀演化不同阶段的分段式腐蚀疲劳全寿命模型进行综述, 还分析指出了腐蚀疲劳全寿命模型的发展趋势; 从次, 对航空发动机材料选择、零件制造、结构强度设计和外场运行维护不同阶段的抗腐蚀方法进行了综述. 最后, 对增材制造零部件的热腐蚀疲劳问题以及无损检测技术、人工智能等与热腐蚀疲劳研究的结合进行了展望.