弹性地基梁的一种解法

由于弹性地基梁与地基连续接触,因而成为一无穷多次超静定结构,且又必须考虑地基的变形,这就使问题的求解相当冗繁.尤其在受载复杂时,计算更感不便.本文通过积分变换,提出一种解法,使其在公式推导与解题程序上均有所简化,并能对长梁、短梁进行统一描述.(一)基本公式推导考察图1所示弹性地基梁,假定全梁抗弯刚度 EJ为常数,并认为地基符合温克尔假设.这样,该梁的地 ....     

基于FEM和RSM的深穴圆柱滚子优化设计

为消除圆柱滚子端部的应力集中现象,提高滚动轴承的疲劳寿命,对圆柱滚子内修形-深穴结构的形状控制参数(深穴开口度k、深穴长度l、深穴锥角α)进行了分析,建立了滚子接触有限元(FEM)模型。基于响应曲面法(RSM),建立了以滚子端部与中间接触应力差最小为优化目标,以k,l和α为设计变量的优化数学模型,并对响应面模型进行了求解,得到一组最优解,通过对比分析表明深穴滚子可以有效地降低滚子端部的应力集中现象,优化后深穴滚子应力分布更为均匀,避免了因局部应力过大而过早发生疲劳失效;采用FEM与RSM相结合的优化方法操作简单、效率高,可将其应用于其他机械零部件的优化设计。     

深井/超深井开窗钻头切削齿切削力学分析

针对深井/超深井套管开窗侧钻的特殊性问题中所研究设计的双作用强侧切开窗钻头的结构特点,基于金属切削理论、开窗钻头与布齿规律,建立了开窗钻头切削齿切削力学模型,推导出开窗钻头的几何学方程,完成了切削齿切削力学模型的求解;最后使用本文研制的双作用强侧切开窗钻头进行套管开窗实验,对切削齿切削力学计算模型、仿真结果进行验证。结果表明:在开窗钻头切入套管的初始阶段,仿真计算得到的主切削力比实验所得数据略大,在中间阶段略小,到后期又略大;仿真计算结果能够准确地反映主切削力的变化规律,基本能满足工程应用的要求。本文研究结果为开窗钻头切削力的分析计算提供了理论依据,为深井/超深井套管开窗钻头的设计及切削力学研究提供参考。     

U型充液管道的流固耦合分析

基于流固耦合原理,在ADINA软件中建立了U型充液管道的有限元模型,对其进行了流固耦合模态分析,研究了壁厚对管道固有频率的影响;并对简支U型管道的充液过程进行了数值仿真,研究了充液加速度和壁厚对管道位移及应力的影响。结果表明:随着模态阶数的增加,管道的固有频率逐渐增大;在无耦合时计算的管道固有频率大于流固耦合状态时的结果,管道固有频率随壁厚的增加呈非线性增加;在充液过程中U型管道的最大应力出现在弯头处;在充液过程中管道的位移与应力随充液加速度的增大而增大,随壁厚的增大而减小;但无论充液加速度多大,充液后管道的最终位移基本相同。     

波动钻压下阶梯钻柱系统稳定性研究

处于狭长井筒中的钻柱,其动力响应受到钻具组合、内外钻井液流动以及钻井参数等因素的影响,钻柱动力失稳导致的剧烈振动是井壁坍塌和钻具失效的重要原因。考虑到钻杆和钻铤在刚度和线密度上存在很大的差别,论文将钻柱简化为单阶梯输液管柱,钻井液沿着钻柱内部向下泵入并从环空返回地面。耦合考虑钻柱自重、随时间简谐变化的波动钻压、稳定器以及钻井液的水动力和阻尼力,建立了直井中钻柱横向振动的解析模型。利用有限单元法离散为四阶常微分方程后,采用Bolotin法得到临界频率方程确定系统的不稳定区范围,研究了钻压、钻杆长度、稳定器安装位置、钻井液的流速和密度等参数对系统稳定性影响的机理。研究表明：钻压的平均值和波动幅值都是钻柱失稳的驱动因素,而系统的稳定性对处于受拉状态的钻杆的长度变化不敏感。在论文所研究的参数范围内,降低钻井液流速和密度、下移稳定器的安装位置均有助于增强系统的稳定性。     

硬质合金表面Ti系涂层退除后的界面性能研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在YW2合金基体表面制备了TiAlN涂层,通过化学方法退除基体上的涂层,分析了硬质合金表面退除涂层后和镀覆涂层前成分和元素存在形态的变化。发现当样品在30%H₂O₂、草酸钾COOK(1.5mol·L-1)、缓蚀剂葡萄糖酸钠GA和NaOH,V_NaOH溶液∶V_30%H2O2∶V_COOK溶液=1∶1∶1,45 ℃时,45 min可以退除涂层,肉眼未观察到基体表面受腐蚀。涂层退除后样品表面光亮,呈现合金未镀覆涂层前颜色。通过对退镀后YW2基体和基体镀覆涂层前的表面XPS定性及定量分析发现,退除涂层后,基体表面W元素结合能和N元素主峰结合能与XPS结合能与参照表上对应结合能变化很小,元素的价态没有发生变化;镀覆TiAlN涂层时扩散到合金浅表层的Al,Ti,N元素,造成表面Al,Ti,N元素含量较镀覆涂层前增加,结合能位置偏移,形成AlN和TiN,有利于重新镀覆的涂层与合金基体的结合。     

螺杆钻具传动轴接头表面裂纹断裂性能研究

以螺杆钻具的作业载荷为依据,对传动轴上端接头螺纹进行断裂性能研究。首先,通过强度分析,确定接头螺纹易发生断裂的危险位置;然后,考虑材料的弹塑性以及螺纹升角,建立螺纹根部含横向半椭圆表面裂纹的外螺纹接头和相啮合水帽的有限元模型,定量评价弹塑性和螺纹升角对接头断裂性能的影响。结果表明,材料塑性变形和螺纹升角对裂纹前缘J积分的影响较大,忽略这两个因素得到的结果偏于不安全。最后,利用所建立的弹塑性有限元模型,对于上扣预紧力单独作用以及上扣预紧力和工作扭矩共同作用的两种载荷条件,得到螺纹根部裂纹前缘的临界形状比及其对应的量纲为一的J积分随裂纹扩展的变化,为进一步研究螺杆钻具传动轴接头螺纹的疲劳寿命提供依据。     

Three-component hybrid-integrated optical accelerometer based on LiNbO_3 photoelastic waveguide

A novel three-component hybrid-integrated optical accelerometer based on LiNbO3 photoelastic waveguide is presented. The photoelasitcity of LiNbO3 due to three-dimensional stress states is obtained analytically. We analyze the level of sensitivity to cross-axis accelerations which is a very important parameter for three-component accelerometer. Theoretically, the designed three-component hybrid-integrated optical accelerometer has a transverse sensitivity ratio （TSR） of zero. The sensor has a high natural frequency of 3.5 kHz and a linear broad working freauency.     

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由于弹性地基梁与地基连续接触,因而成为一无穷多次超静定结构,且又必须考虑地基的变形,这就使问题的求解相当冗繁.尤其在受载复杂时,计算更感不便.本文通过积分变换,提出一种解法,使其在公式推导与解题程序上均有所简化,并能对长梁、短梁进行统一描述.(一)基本公式推导考察图1所示弹性地基梁,假定全梁抗弯刚度 EJ为常数,并认为地基符合温克尔假设.这样,该梁的地     

跨断层埋地油气管道屈曲行为研究

为研究断层作用下埋地管道失效模式,建立了管土耦合三维数值计算模型,分析了不同地层位错量下无压和压力管道的力学行为及失效模式。结果表明:断层运动下埋地管道发生弯曲变形,并非完全与围土接触,整个管段摩擦力并非均匀分布;随着位错量增大,管道变形曲线由S形变为Z形,同时管道轴向应力逐渐增大;当位错量大于4D时,无压管道出现两处压溃,其变形过程分为弯曲状态、临界状态、压溃状态;不同内压管道呈现出不同屈曲形貌,随内压增大,管道屈曲形貌由压溃变为皱起;当内压大于0.4P_(max)时,管道屈曲部位出现一道皱起,内压越大,起皱幅度越大;压力管道变形过程可分为弯曲状态、临界状态、起皱状态。该研究结果可为跨断层埋地管道施工设计、安全评价、维修防护等提供参考和依据。