强脉冲载荷作用下端盖法兰结构的螺栓预紧力设计方法

为研究承受强脉冲载荷的端盖法兰结构的螺栓预紧力设计方法，利用实验室霍普金森杆平台，基于液压原理设计了一套实验装置，并结合数值模拟结果，对强脉冲载荷下端盖法兰结构的动态响应进行研究。通过研究发现:由预紧力和脉冲载荷引起的螺栓总拉伸应变随载荷峰值变化的曲线上存在最小极值点，并总结了最小极值点随载荷峰值、载荷脉宽的变化规律，为强脉冲载荷下法兰结构和预紧力设计提供了依据。     

考虑弯曲变形的端盖法兰动态密封设计方法

端盖法兰的螺栓预紧力选择是密封结构设计的重要问题。本文中通过估算端盖法兰弯曲振动的等效刚度和等效质量，建立了考虑端盖弯曲振动的法兰结构响应双弹簧分析模型，获得了与实验数据一致性较好的结构响应分析结果。总结了端盖轴向振动、弯曲振动引起的密封面位移随预紧力、端盖厚度的变化规律；并发现随预紧力增加，密封面间隙逐渐减小并趋于一个极值；端盖弯曲变形是影响该极值大小的主要因素。     

球壳塑性变形下的应变增长现象

应变增长现象会对容器安全形成威胁。以往研究涉及的应变增长现象大多在壳体弹性变形范围内,本文中实验观察到球壳塑性变形时的应变增长现象,应变增长系数(最大应变值与第一个应变峰的比值)最大值达到1.16。实验还获得了容器内壁压力-时间曲线,并利用球壳响应理论分析出应变增长现象是由容器内壁的周期性多脉冲载荷引起的,该载荷存在3个较明显的脉冲,前两个脉冲对应变增长现象起主要作用。     

椭圆封头圆柱形爆炸容器动力响应的数值模拟

采用显示非线性动力有限元软件LS-DYNA,在不同TNT当量下对椭圆封头圆柱形爆炸容器进行了数值模拟。模拟结果表明:对椭圆封头与圆筒组合而成的理想结构,爆心环面的应变在初始响应阶段就达到了最大值,并且其值大于筒体上其他点的最大应变;实际结构中法兰对爆炸容器的动力响应有很大的影响,当法兰的质量超过一定值之后,容器爆心环面会产生应变增长现象。在容器的设计工作中要加强容器的爆心环面并适当地选择法兰。     

爆炸容器承受内部加载的实验研究

对两种实验容器在分布和集中装药两钟情形下进行了爆炸加载实验，测量了几个典型位置的应变和压力。对实验结果的分析表明，容器主体环应变中通常只包含少数几种频率成分。容器（Ⅰ）（Ｌ＝２Ｄ）中心位置的环应变中有应变周期性消涨现象，发生了应变增长；而容器（Ⅱ）中心位置的环应变的极大值总在第一个１／４周期到达。偏高中心位置各点的环应变中都表现出应变增长，并且应变增长的程度随着远离中心位置趋向法兰附近（容器端部）而加剧。轴向应变和封头的振动中含存更多的频率成分。     

圆柱形爆炸容器的内壁爆炸载荷

爆炸容器内壁所受爆炸载荷的确定是容器动态响应特征研究、容器结构设计及安全评估的基础。对自行研制的组合式圆柱形爆炸容器开展了系列内爆加载试验,测量了容器内壁几个典型位置所受爆炸载荷,并利用ANSYS/LS-DYNA软件对容器内爆载荷的形成和传播全过程进行了数值模拟。通过对试验结果进行分析,获得了容器内壁所受爆炸载荷的特征及其分布规律,并拟合出容器圆柱形壳体部分所受载荷首脉冲的峰值压力、正压作用时间和比冲量经验计算公式、容器内部准静态压力经验计算公式。通过对数值模拟结果进行分析,阐明了容器内壁所受爆炸载荷特征和分布规律的形成机理。研究结果表明,椭球端盖内壁产生的马赫反射波在端盖极点汇聚,使得极点所受载荷峰值压力及单次脉冲比冲量峰值总是所有测点中最大的,峰值压力最高可达圆柱壳所受最大压力的2.79倍,应予以足够重视。     

圆柱形爆炸容器的内壁爆炸载荷

爆炸容器内壁所受爆炸载荷的确定是容器动态响应特征研究、容器结构设计及安全评估的基础。对自行研制的组合式圆柱形爆炸容器开展了系列内爆加载试验,测量了容器内壁几个典型位置所受爆炸载荷,并利用ANSYS/LS-DYNA软件对容器内爆载荷的形成和传播全过程进行了数值模拟。通过对试验结果进行分析,获得了容器内壁所受爆炸载荷的特征及其分布规律,并拟合出容器圆柱形壳体部分所受载荷首脉冲的峰值压力、正压作用时间和比冲量经验计算公式、容器内部准静态压力经验计算公式。通过对数值模拟结果进行分析,阐明了容器内壁所受爆炸载荷特征和分布规律的形成机理。研究结果表明,椭球端盖内壁产生的马赫反射波在端盖极点汇聚,使得极点所受载荷峰值压力及单次脉冲比冲量峰值总是所有测点中最大的,峰值压力最高可达圆柱壳所受最大压力的2.79倍,应予以足够重视。     

球形爆炸容器的内部载荷和响应特性

对球形容器内壁压力、温度和容器外壁应变进行了实验监测,为认识容器内部流场演变和容器响 应的全过程提供了较系统的实验数据支持。实验结果及分析显示:容器内部流场在载荷来回反射3次后分布 相对均匀;由容器外壁应变波形推测容器内部爆炸产物发生较明显的二次反应;各个应变监测位置均出现了 应变增长现象,其中容器入口门正对位置的应变增长现象最严重,应变峰值平均值增大系数达到2.88;容器 振动主频率为呼吸振动频率,另一主频率约为呼吸振动频率的1/2;容器外壁最大应变约2.510-3,等效应 力峰值比容器材料静态屈服应力大了约80%,容器无明显塑性变形。     

动载荷下螺栓连接的优化设计

把螺栓法兰密封连接结构简化成-质量、弹簧、阻尼系统，其中阻尼包括黏性阻尼和库仑阻尼两个部分。用此模型对法兰在指数衰减脉冲激励下的响应进行了数值仿真，研究了螺栓中预应力、螺栓个数、法兰螺栓间的阻尼对法兰结构响应的影响，螺栓中预应力和螺栓个数对螺栓变形峰值有较大影响，阻尼对螺栓峰值的影响较小。     

水下航行体螺栓法兰连接结构可靠性分析

螺栓法兰连接结构中的摩擦、接触、间隙及预紧力等因素,会导致水下航行体结构在复杂载荷环境中出现非线性的动力学响应特性,甚至破坏连接结构.目前,常取指定时段内的各类内力最大值同时施加于连接结构进行可靠性分析,导致结构设计偏于保守.为解决此问题,本文基于随机水动力载荷作用下水下航行体结构内力响应数据,分析螺栓法兰连接结构在端面内力组合作用下的最大Mises应力,由此建立连接结构端面内力组合的极限状态面,利用最大熵方法开展螺栓法兰连接结构可靠性分析.为提高分析效率,根据连接结构端面各类内力在塑性极限状态面附近的线性相关性,提出以端面等效弯矩为指标的工程可靠性分析方法,并通过数值仿真分析对可靠性分析结果精度进行校核.     

基于真空吸盘的新型振动加载技术研究及应用

传统的振动加载技术,试件通过刚性夹具与振动台台面进行连接,刚性夹具采用螺栓与振动台台面和试件进行连接。一些试验要求振动加载装置的连接不能破坏试件结构,传统的螺栓方式不能满足要求。本文研究了一种基于真空吸盘的新型振动加载技术,振动加载杆通过真空吸盘吸附在试件表面。该项技术已在垂尾结构的动态疲劳试验中得到应用。应用实践证明,这种基于真空吸盘的振动加载技术方便、可靠、安全,弥补了传统加载方式的不足。     

点火能对丙烷-空气预混气体爆炸过程及管壁动态响应的影响

在长12 m的无缝不锈钢直管中,通过改变初始点火能量,探究了点火能对封闭管道内丙烷-空气混合气体爆炸传播特性和激波对管壁动态加载的影响。结果表明,初始点火能对预混气体爆炸火焰传播规律以及管壁的动态响应有显著影响:点火能越大,爆炸越剧烈,爆炸压力峰值压力和管壁最大应变就越大,且压力波和管壁应变的发展一致。火焰在传播过程中受到管道末端反射波的作用会发生短暂熄灭和复燃;管壁承受冲击波加载,应变信号主要分布在0~781.25 Hz,管壁最大应变率大于10-3 s-1,实验工况下管壁应变属动态响应。     

扁平绕带式压力容器的刚塑性动力响应分析

扁平绕带式压力容器具有许多优点,特别是具有自我抑爆抗爆特性。对此种容器进行动力响应分析是工程应用的急需。本文对“短”扁平绕带式压力容器受径向矩形脉冲内压作用的刚塑性动力响应进行了分析,给出了结构在中载和高载作用下的变形模态,得到了它的极限压力、响应时间和残余位移的表达式。通过算例与整体式压力容器进行了分析比较,发现当绕带压力容器受到较高载荷时,表现出优良的动力学特性。     

A CW ultrasonic bolt-strain monitor

There exists a need for a relatively inexpensive system for measuring strain in bolts. The torque wrench is one technique for straining bolts which has been widely applied. Unfortunately, friction in the bolt threads and between the nut and the work tend to make such a simple system inaccurate. In practice, a torque wrench is unacceptable for many situations where strain is critical. In this article, an ultrasonic technique is described which can indicate changes in bolt strain to better than one part in 10⁴. The technique is based on the one-dimensional propagating-ultrasonic-wave model and uses a new ultrasonic instrument called a Reflection Oscillator Ultrasonic Spectrometer which is a closed-loop feedback marginal-oscillator system that frequency locks the device to the peak of a mechanical resonance in the bolt. The instrument indicates a shift in the bolt resonance frequency due to elongation and changes in velocity of sound due to strain. Data are presented comparing a standard torque wrench to the ultrasonic monitor for different measured stresses on the bolt as well as for different bolt conditions. The strain instrument can be used to monitor changing stresses, to measure material properties and may be applied as a strain gage or load cell.     

球形爆炸容器应变增长现象的极限情况

应变增长现象威胁容器安全,研究应变增长现象的极限情况对爆炸容器的安全应用非常重要。本文中开展了球形容器爆炸加载实验,获得了应变增长系数达到6.1的应变数据,并利用数值模拟分析球壳弹性变形范围内振动模态叠加形成的应变增长现象的极限情况。研究表明:(1)应变增长现象符合几何相似律,影响应变增长的因素包括扰动源类型、扰动源半径与球壳半径之比、球壳厚度与球壳半径之比、第一个应变峰等,其中扰动源参数是主要影响因素。(2)当扰动源位移被完全约束、扰动源半径等于球壳半径时,球壳上可能的应变增长系数接近12。     

三维DIC在GFRP锚杆拉伸力学性能测试中的应用

随着玻璃纤维增强塑料(GFRP)广泛运用于轨道交通及边坡加固中,其力学性能的测试显得尤为重要。基于三维数字图像相关(DIC)方法,研究了三种不同加载速率下GFRP锚杆的拉伸力学性能,分别得到了应力-应变曲线及弹性模量、抗拉强度、最大力总延伸率等参数。实验结果表明,螺旋状变截面锚杆的轴向应变呈非均匀分布,由三维DIC得到的锚杆弹性模量结果一致性优于传统的接触式引伸计方法,GFRP锚杆几乎呈线性分布的应力-应变曲线表明该材料为典型的脆性材料。