海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析 II:数值分析

对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定。本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,每个子区域的网格具有不同类型的单元和不同的密度。这种方法在控制网格密度,尤其是控制沿着裂纹边缘单元的边长比方面有其独特的优越性,当所有子区域的网格自动产生后,容易得到整个结构的有限元模型。同时用J积分和位移外推插值法分别计算了一个K型节点沿着裂纹前缘的应力强度因子值,发现:试验得到的应力强度因子值和提出的模型计算结果非常吻合,证明了所提有限元模型的准确性。     

海洋平台K型管节点的疲劳裂纹扩展分析Ⅱ:数值分析

对于已含初始裂纹平台管节点的寿命预测很大程度上依靠应力强度因子的精确值,而复杂载荷条件下的节点应力强度因子的计算尚无参数方程直接确定.本文提出了一种含表面裂纹的K节点的有限元网格产生方法,即把整个K节点划分为几个子区域,每个子区域的网格具有不同类型的单元和不同的密度.这种方法在控制网格密度,尤其是控制沿着裂纹边缘单元的边长比方面有其独特的优越性,当所有子区域的网格自动产生后,容易得到整个结构的有限元模型.同时用J积分和位移外推插值法分别计算了一个K型节点沿着裂纹前缘的应力强度因子值,发现:试验得到的应力强度因子值和提出的模型计算结果非常吻合,证明了所提有限元模型的准确性.     

土工织物加筋垫层处理油罐软基的双参数分析

结合大型油罐工程，本文提出一种理论解配合参数调整的近似分析方法，对土工织物垫层处理油罐地基的变形特性进行理论分析，探讨其对油罐的影响，并分析土工织物加筋垫层的变形和应力，可供设计应用，具有一定实用价值。     

钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点抗震性能研究

为研究钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点的抗震性能,设计出钢连梁-部分外包组合剪力墙模型试件。通过有限元软件ABAQUS,对其进行低周往复加载数值模拟,研究混凝土强度、水平加劲肋和竖向加劲肋构造形式、连梁跨高比等因素对节点抗震性能的影响。分析表明：钢连梁-部分外包组合剪力墙节点抗震性能优良,滞回曲线饱满且稳定,位移延性系数大于3,跨高比不大于3.8的试件梁端极限转角均达到0.05 rad,节点试件延性较好;混凝土强度的提高能够提高节点试件初始刚度,水平加劲肋和竖向加劲肋的设置提高了对墙肢混凝土的约束作用,能够有效阻止裂缝扩展速度。加劲肋是节点区域应力传递的有效途径,加劲肋的设置使节点区的应力能够平稳传递到相邻区域,降低了加载后期荷载下降速度,提升了节点抗震性能;随着连梁跨高比的增加,节点的承载力和刚度降低。当连梁跨高比大于3.8时,梁端极限转角由0.05 rad降至0.03 rad。     

双频自动网格法研究

传统的自动网格法常采用均匀布点法，这对应变集中区域的变形测量极为不利。节点过多，检测精度会下降，节点少了，会降低应变集中区域的空间分辨率。本文提出了双频自动网格法，在应变集中区域增加节点。文中研究了双频网格点的制作技术及对双频网格图的自动处理与分析。并应用双频自动网格法测量了中心带孔铝试件在拉伸加载过程中的孔边位移场。     

三维粘弹性复合材料层合板固化残余应力研究

应用改进的有限元算法,综合考虑了碳纤维复合材料固化过程中树脂的化学收缩、应力松弛、材料的热收缩,建立了一个基于三维线性粘弹性的积分模型对复合材料层合板热压罐成型工艺过程中产生的残余应力进行了研究。结果表明:本文提出的方法能够完整地模拟树脂的固化过程并计算层合板的固化残余应力;对于文中的正交对称层合板而言,热收缩是影响残余应力大小的主要因素;固化完成后,0°铺层内的中面中心区域层间残余应力值接近于0,边缘区域会迅速增加,容易发生分层破坏;任意点处,轴向应力比其他两个方向的应力高出1~2个数量级;残余应力值沿厚度方向有较大变化;树脂的应力松弛行为会在一定程度上降低残余应力。     

15×10~4m~3超大型油罐应力测试与数值模拟分析

兰州原油末站大型油罐群,是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施。依托其中一座15×104 m3超大型非锚固油罐,开展了现场充水测试罐壁静态应力的试验研究。通过粘贴在油罐罐壁的应变计,测试充水过程中罐壁应力的变化规律,并采用有限元对15×104 m3超大型油罐进行应力分析。测试结果表明:罐壁的环向应力随充水水位的增加基本呈线性关系。数值模拟计算表明,罐壁环向应力最大值发生在第二圈罐壁和第三圈罐壁相连接的位置。由于罐壁上部设置了抗风圈和加强圈,有效地控制了罐壁的径向位移,使罐壁环向应力和竖向轴向应力在加强圈和抗风圈附近发生波动。将有限元数值模拟计算的罐壁环向应力分布情况与实测应力进行比较,两者总体吻合较好。上述研究结果可为超大型储罐在黄土地基的设计和建造提供技术依据和设计参数验证。     

梁柱不同混凝土强度的高层框架节点试验和有限元分析

高层框架结构设计时，梁板与柱常常会采用不同的混凝土强度等级，柱的混凝土强度等级往往高于梁板。对于梁柱的节点，一般多采用与柱相同的强度等级，这给施工带来很大麻烦，如果采用与梁板相同强度等级混凝土时。虽然方便了施工，但降低了节点的抗震性能。本文的研究是通过对此类节点采取加强措施，以弥补混凝土强度等级降低的不利影响。通过节点模型试验，研究其受力性能及破坏机理，验证加强措施的有效性。并在试验研究的基础上，用有限元方法对受力复杂的节点进行分析，结果表明节点区混凝土存在应力集中和应力扩散现象以及存在混凝土侧向受拉的现象．证实了梁加腋和增设X型钢筋后节点受力性能得到了改善和加强。这些研究成果对目前高层建筑梁柱节点采用不同混凝土强度等级的设计、施工提供了有益的参考。     

旋压机旋轮座有限公司

本文对大型旋压机的主要受力部件－－旋轮座进行了有限元分析，网格中有１７５４个８节点等参元，３２６４个节点，分析了２种工况，４种加工直径下的应力和变形，编制了外载荷转化成节点力的程序，以彩色图像式显示应力和变形，计算结果与测试误差小于１０％。     

大功率电力机车车体与变压器关键部位强度计算及设计

采用有限元方法对世界最大功率货运电力机车的车体和变压器关键部件强度进行了计算,车体结构用壳元和空间梁单元进行模拟,对作为支撑的高圆簧用刚度等效的圆柱薄壳进行模拟,并根据计算结果以及拓扑优化结果对车体关键受力部位进行了重新设计,设计之后的车体结构基本满足相关要求.车体计算模型共划分了约34万个节点,自由度总数超过200万.对主变压器的关键受力部件进行了进一步计算,变压器拉螺杆使用3节点轴对称单元、吊装螺栓使用四面体单元进行模拟.结果显示,对于拉螺杆以及厚薄螺母的接触,第一匝接触螺纹的应力最高,而后每一匝螺纹上的应力逐渐降低.吊装工况下变压器高应力区域主要发生在吊装螺栓附近,且同一安装座上的吊装螺栓应力分布是不同的.     

浮顶式储油罐的爆炸冲击失效

通过模型实验与数值模拟结果对比,探讨了浮顶油罐在可燃蒸气云爆炸冲击作用下的变形过程和破坏机理。研究发现,罐体失稳破坏的主要原因与爆炸冲击波和油罐内液体的复合冲量作用有关,在爆炸冲击作用下浮顶油罐模型产生剧烈振动,迎爆面上部罐壁形成动应力集中现象,最终导致罐体失稳并产生内凹动力屈曲破坏。

     

爆破开挖振动下既有大型储油罐的动力响应

针对既有大型储油罐近区基础爆破开挖中的安全问题,采用ANSYS/LS-DYNA的隐式-显式顺序求解方法,结合流固耦合算法,研究了爆破振动下大型储油罐的动力响应规律。分析了罐壁不同位置的质点振速,由于质点振速分布情况较为复杂,不宜用局部质点振速判断罐壁危险点;总结了罐壁上应力的分布规律,结果显示爆破振动对储油罐的影响主要集中在迎爆侧下部,且在罐壁迎爆侧高度为3 m左右的位置最易发生象足屈曲;分析了不同频率爆破振动作用下满载储罐罐壁的质点振速,结果表明在爆破振动主频范围内,载荷频率远大于储罐固有频率条件下,罐壁上质点振速随着爆破振动频率的降低呈减小趋势;建立了储油罐罐壁质点振速与罐内液面高度的关系,结果表明降低液面高度可以有效提高储油罐的爆破振动安全阈值,爆破施工中邻近储罐储液高度不宜高于10 m。     

Transport of oil in a compound vortex

The oil redistribution pattern in a compound vortex created by a uniformly rotating disk located on the bottom of a cylindrical tank is investigated. At the initial instant, a round spot of a lightweight oil is deposited on the free surface of the liquid at the center of the tank. In the course of the formation of the compound vortex, the oil is partially entrained into the interior of the liquid and forms a body of revolution. On the free surface, the spot loses the round shape, spiral branches stretch out from the appeared protrusions and cusps. The orientation of these branches is opposite to the direction of fluid rotation in the tank. Geometrical parameters of the structures for different flow regimes are studied.     

火场条件下相邻汽油罐油蒸汽泄漏及爆炸规律

油库发生火灾时,临近的油罐内汽油受热形成油蒸汽从呼吸阀泄出,泄漏的油蒸汽与空气混合易点燃,易引起燃烧爆炸事故。本文中以容积为5 000 m^3(22 m×13 m)的汽油罐泄漏油蒸汽为研究对象,以数值模拟为研究方法,研究了汽油蒸汽泄漏及爆炸规律。研究发现:在距地面高1 m的平面上,当无风且呼吸阀泄漏油蒸汽速率为0.25 m/s时,距该罐中心50 m以外就可视作安全区域;当呼吸阀泄漏的油蒸汽速率为0.25 m/s时,风速达到5.0 m/s及以上,不易积聚成爆炸油蒸汽;当无风时,呼吸阀泄漏油蒸汽的速率增大1个量级,油蒸汽积聚达到爆炸下限1/2所需时间缩短2个量级;当风速为3.0 m/s、呼吸阀泄漏油蒸汽速率为0.25 m/s、泄漏时间为200 s、着火点距罐壁1 m时,距点火源距离增大1个量级,超压峰值下降1~2个量级。     

充液矩形贮箱弹性箱底板应力与变形分析

基于相容拉格朗日-欧拉法,通过对流场与弹性固体间流固耦合作用的分析,得到了矩形贮箱弹性底板流固耦合系统的自由振动微分方程。将伯努利方程与外加激励条件、速度势函数耦合到自由振动方程中,采用迦辽金积分法,给出了矩形贮箱在流体作用下的应力与变形的解析解。讨论了弹性底板的抗弯刚度、结构尺寸、底板材料参数及流体深度等因素对底板应力与变形的影响。研究结果表明:在液体晃动非线性激励作用下,贮箱底板的应力和变形随着液体深度、板长的增大而增大,随着板厚的减小而增大,且成非线性变化关系;底板的变形及应力与底板的材料常数相关,其中板厚的变化对其变形和应力影响要比板长及液体深度的影响显著得多。本文结果可为工程实际中矩形贮箱的设计提供参考。     

大瓣片高强钢球壳板冲压成形应力测试与分析

为对大瓣片高强钢球罐壳板成形过程进行应力测试与分析,在分析壳板成形工艺特点和力学特征的基础上,提出了在板材上附加随动测试架的测试方法,该测试架可随板材运动,实现对传感元件的保护,保证测试信号的输出,同时不干扰壳板的工艺条件,实现了准确测定冲压加工过程中特定状态下板壳内的应力分布及变化规律的目的。测试表明,压力加工过程中,当模具完全冲压到位时,在模具中心区域出现最大拉伸应变,应力值也最大,而卸载后该区反而出现了很小的压应力,这对容器的安全是有利的。因此在压制过程中只要控制冲压变形量,使得中间部位应力值小于材料的强度极限,就可保证板材不发生工艺性破裂,而且成形完成后该区也无不利的力学因素。     

油页岩原位注热开采储层有效热解区变化规律分析

针对油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区变化规律不清,实际热解效果无法准确判断难题,采用数值模拟方法,以抚顺油页岩储层为研究对象,建立了油页岩原位注热开采热流固耦合力学模型,与前人结果对比,验证了模型可靠性。重点考察水力压裂裂缝通道短路问题,分析得到了油页岩原位注热开采过程中储层有效热解区、储层有效热解区中地应力、注汽压力及沉降量随注热时间变化规律。结果表明,过热蒸汽沿水力压裂裂缝流动不会出现裂缝通道短路现象,过热蒸汽可通过水力压裂裂缝加速油页岩储层热解;采用过热蒸汽对流加热油页岩储层效率高,只需1年能使96%的油页岩储层达到热解所需温度;油页岩储层有效热解区中部形成应力集中区,最大地应力为21.6 MPa;热解后靠近注热井处岩层发生沉降,热解2年后最大沉降量达0.85 m。所得结论对现场油页岩原位注热开采有参考意义。     

圆柱形弹性贮液容器的自振特性分析

贮液容器,无论是由钢材制成的或是由钢筋混凝土建造的。在工业或工程上都有着广泛的应用,如石油化工工业中的储油罐,给水工程中的水即为典型例子。在核动力工程中的压水堆或快增残堆,所用的主容器都可看成为一种特殊的贮液容器。它与一般容器很大的区别在于除贮液外,在堆内还设置一些构件。这对结构分析计算速写为不小的困难。本文根据剪切悬壁梁理论且考虑液动压力效应,建立了弹性圆柱形贮液容器的自振方程及相关特征值矩阵,     

模拟立式拱顶油罐内油气爆炸实验研究

为探究立式拱顶油罐内油气体积分数、点火位置和液位对爆炸超压特性参数与火焰发展的影响规律,开展了一系列的实验研究,得到以下结果:（1）1.7%是任一工况下的最危险油气体积分数,内场超压发展都可以分为超压上升、超压泄放和振荡衰减3个阶段。爆炸过程中CH、C₂、OH等自由基的生成和空间分布,使得不同初始油气体积分数下或不同爆炸阶段的火焰呈现不同的颜色变化。（2）点火位置对油气爆炸超压特性参数的影响较大,位置越靠下,爆炸威力越大。罐底中心点火时,内外场平均升压速率取得最大值,分别为0.46和0.05 MPa/s。（3）液位变化对油气爆炸内外场超压的影响较大,油罐侧壁上部位置点火时,50%液位是最危险的液位。任意液位下外场超压随比例距离的增大都呈现幂指数衰减规律,不同液位下油气爆炸外场冲击波超压峰值与距离和油气混合物体积的关系可以用一个公式统一表示。相比于气相空间,液相空间的超压变化具有延后性、负压增强和振荡衰减更快的特点。