无矩理论应用于旋转壳体时值得注意的一个问题

在石油化工容器设计计算中,多采用施转壳无矩理论轴对称问题的平衡方程式。正确地确定旋转壳的曲率半径成为旋转壳应力和变形计算的关键。本文针对有关文献中的第一曲率半径和第二曲率半径的符号确定问题,提出笔者的一点看法。石油化工容器多数为薄壁旋转壳体,而且通常为轴对称问题的旋转壳。由于无矩理论忽略了弯矩,横剪力随之消失,使得问题得到简化。薄壁壳体的无矩理论是壳体一般理论的基本部分,广泛应用于薄壁容器的设计。钢制压力容器的设计多数应用旋转壳无矩理论轴对称问题的平衡方程式,下面谈一下应用公式时值得注意的一个问题一曲率半径的符号确定。     

80 m球径螺栓球节点单层球面网壳地震响应分析

为探究半刚性节点单层球面网壳在地震荷载作用下的动力响应特征,针对沈北新区80 m球径螺栓球节点单层球面网壳,采用有限元软件ANSYS,引入节点试验和数值分析数据来模拟实际工程中螺栓球节点的抗弯性能,建立可考虑节点刚度的精细化数值模型,并进一步考虑局部杆件和节点加强、壳体外表面安装围护材料等不同结构条件的变化,在此基础上,对其开展了自振特性及在不同峰值地震荷载作用下动力响应分析.分析结果表明:本项目已建成的大跨度螺栓球节点单层网壳具有良好的抗震性能,但螺栓球节点单层网壳局部开洞会形成明显的刚度薄弱区,建议洞口周边采用焊接球节点并对周圈杆件加强.若在现有结构外表面安装围护玻璃则导致结构的抗震性能明显降低,罕遇地震下,节点最大位移将比竣工结构增大140.1%,杆件最大应力增大77.8%,节点最大位移时程曲线有发散迹象,表明结构有发生整体倒塌的可能性.     

脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

为了解单圆管钢管混凝土拱桥脱粘后受力模式改变带来的受力性能变化,采用有限元方法计算了脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥面内极限承载力的影响,基于完全脱粘计算假定,构造了钢管与混凝土之间的连接单元,编制了考虑几何、材料双重非线性的面内极限承载力计算程序,并对无初应力和成桥状态下4种荷载作用方式的面内极限承载力进行计算分析.结果表明:完全脱粘使跨中集中力、L/4集中力和半跨均布荷载作用下的面内极限承载力变化不明显;而使全跨均布荷载作用下的面内极限承载力降低较大.对于单圆管钢管混凝土拱桥,在全跨均布荷载作用下,完全脱粘使得面内极限承载力下降可达10%左右.     

层压复合壳在冲击荷载作用下的应力分布

分析了层压复合壳在冲击荷载作用下的动力反应．通过实例计算,探讨了层压复合壳的应力分布规律、损伤指数,讨论了壳的曲率半径的变化对壳内应力分布的影响     

肋环型顶盖屈曲影响因素分析及稳定承载力计算

选取36种结构形式的基本模型,采用弧长法对以第一阶屈曲模态作为初始形态的结构进行非线性屈曲分析,探讨边界条件、初始缺陷、矢跨比和截面尺寸对结构屈曲性能的影响。通过分析曲率半径、等效薄膜厚度和等效弯曲厚度与临界屈曲荷载之间的量化关系,采用最小二乘法拟合肋环型加劲浅球壳临界失稳式,分析并选取安全系数,得到稳定容许承载力标准值计算式。     

荷载非对称分布对组合肋壳稳定性的影响

首先对组合肋壳与其他组合壳体结构形式进行了对比,阐述了组合肋壳这种新型结构的优势.利用非线性有限单元法研究了荷载非对称分布对组合肋壳稳定性的影响,得出了在U.L.描述下的组合单元刚度矩阵,并利用弧长法跟踪结构的荷载-位移曲线.通过在全跨、1/2跨对称、1/2跨不对称、1/4跨四种不同荷载分布作用下,组合肋壳稳定性的全过程跟踪,得到了组合肋壳的失稳形式和最大变形点全过程荷载-位移曲线,发现不同荷载作用下极限荷载不同,1/4跨均布荷载是结构的最不利受力情况,同时计算结果显示组合肋壳结构有较高的后屈曲强度.     

双层壳体内壳外刻槽对破片成型的影响

针对破片杀伤弹内层壳体外刻槽的双层壳体结构,利用LS-DYNA有限元分析软件对比分析了内壳刻槽参数对外壳破裂成型的影响。结果表明,同种工况下,U形刻槽和梯形刻槽内壳聚能装药结构外层壳体破碎成型优于V形槽,且在刻槽角度为45°和50°工况下,内壳梯形刻槽结构使外层壳体破片总动能最大;内壳的厚度、相对刻槽深度和刻槽角度均会影响该结构外层壳体破片成型,且内壳厚度影响最大,刻槽角度次之,相对刻槽深度最小;内壳厚度在1 mm～3 mm区间内,装药结构外层壳体破碎成型效果存在最优值,且装药直径为40 mm时,内壳最佳厚度为2 mm。     

壳体结构的声散射相似性研究

针对散射实验缩比模型的设计问题,研究了壳体结构的声散射相似性.根据弹性声散射理论,研究了一般情况下壳体结构的声学相似性,同时对有厚度畸变的情况进行了分析.采用材料补偿法来弥补厚度畸变引起的弹性散射特性变化,利用最优控制理论得到厚度畸变模型的最佳壳厚比.研究结果表明,对于球壳和圆柱壳内部真空或内部充水,在频率较低时认为铝壳体近似是钢壳体厚度的2.7倍时两者的形态函数吻合情况最好,声学特性也最相近,并且频率越低其相似性越好.     

轴对称荷载下加筋碟形薄壳的近似计算

对于承受轴对称荷载的加筋碟形薄壳,壳体内力可分为薄膜应力和弯曲应力,可以先把筋条按某种准则“均摊”在壳体上,从而用有效薄膜厚度和有效抗弯厚度来分别代替壳体厚度,再分别利用含待定复系数的旋转薄壳复变量方程,递推代换求解薄壳的薄膜解;以及利用幂指数摄动级数近似法求解薄壳的抗弯解;并通过环壳球壳交接处的协调条件以及边界条件,联立求解薄壳复变量方程中未知的待定复系数,从而使问题得以解决.     

用三维等参单元分析厚壳应力

一、前言工程中有很多曲壳结构,在载荷作用下计算壳体的应力是一个相当普遍而重要的问题。对于相对厚度小于0.05～0.1的壳体,按直法线假设,用薄壳理论可以得到工程上比较满意的结果。对于相对厚度小于0.2的中等厚度壳体,沿厚度方向做一些较为放松的假设,计入横向剪切变形,可用来分析壳体的变形及应力。对于相对厚度更大的厚壳,则须用三维理论来分析。     

悬臂梁不同单元类型计算误差分析

为了研究悬臂梁用不同单元类型计算应力结果与真实测量值的误差和该误差产生的影响因素。首先,用ABAQUS有限元软件对悬臂梁结构进行壳单元建模和实体单元建模,分别计算出Mises应力值,再用经典材料力学方法计算出相同情况下悬臂梁Mises应力值,然后用电阻应变测试法计算出悬臂梁的真实应力值,计算出各种应力计算方法相对于真实测量值的误差。最后,分别计算不同厚度悬臂梁,用壳单元和实体单元分别计算出的Mises应力值,将实体单元计算应力值代替真实测量应力值,得到壳单元计算结果相对于实体单元计算结果的相对误差。研究结果表明,悬臂梁用实体单元计算出的Mises应力值相对于壳单元更加接近于真实测量值。随着悬臂梁厚度的增加,壳单元计算结果的精度越来越小。对于同一厚度的悬臂梁,不同位置处壳单元计算应力值对于真实值的相对误差近似为一常数。     

球磨机应力和变形及减薄筒壁厚度的数值分析

为检验一给定尺寸的球磨机安全性,进而减薄筒体部分的壁厚,减少球磨机的生产成本,应用ABAQUS软件对建有人孔和物料的较精细球磨机模型的正常运转以及启动工况下的筒体受力与变形情况进行分析,采用yonMises屈服准则进行校核,没有塑性区出现,并得出了原设计尺寸vonMises等效应力最大值和减薄筒壁后球磨机的vonMises等效应力最大值均远小于材料许用应力值σ的结论,确定了原设计的安全性以及筒壁厚度减薄后的可行性,对于每台设备可节约钢材2511．7kg,同时,人孔处的应力集中现象较明显,需要使用局部增强措施．     

筒体与滚圈大面积多体接触问题的有限元解法

针对筒体与滚圈大面积多体接触及结构重复性强的特点,应用接触伪单元及子结构技术,建立了筒体与滚圈的多体接触模型,通过定义当量密度,将窑皮、扬料板等的重量引起的载荷自动转化到其作用区域的体积上,减小了载荷处理的工作量.筒体与滚圈多体接触问题数值计算的结果表明:档位段筒壳应力远大于筒节段筒壳应力,档位段筒壳的强度较弱,筒节段筒壳强度有一定富余.     

Effects of thickness and elastic modulus on stress condition of fatigue-resistant coating under rolling contact

The distribution and magnitude of surface and subsurface stresses of the single-layer sprayed-coatings on monolithic substrates were investigated by finite element method (FEM). The models of coating configurations with different thicknesses and elastic modulus ratios of coating to substrate were introduced, and the effects of thickness and elastic modulus ratio on the stresses were addressed. The calculation results show that the coating/substrate interface shear stress obviously decreases with increasing coating thickness, due to the location of the maximum shear stress moving away from the coating/substrate interface. At the same time, the magnitude of von Mises stress also declines in the case of thicker coatings. However, the high elastic modulus ratio results in extremely high maximum shear stress and the severe discontinuity of the von Mises stress curves, which leads to the intensive stress concentration on the coating/substrate interface. So the coating configurations with the larger coating thickness and lower difference of elastic modulus between coating and substrate exhibit excellent resistant performance of rolling contact fatigue (RCF).     

一体化小腿假肢在不同步态时相的应力分布

在典型步态时相对一体化假肢进行应力分析,为一体化假肢的设计提供参考。采用一实验阶段的内骨架一体化小腿假肢的真实几何构型,并考虑残端软组织和骨,建立三维有限元模型,分别施加HeelStrike、FootFlat、Mid Stance、HeelOff和ToeOff5个典型步态时相的载荷,计算假肢内的应力分布,采用VonMises应力为分析指标。结果表明:一体化假肢和软组织各区域的应力在HeelOff步态时相均为最大,假腿、接受腔、交界区域的最大VonMises应力分别为30MPa、18MPa、32.1MPa,软组织表面最大正应力为703.8kPa。HeelOff为步态周期中最不利的步态时相,一体化假肢的设计应该重点考虑满足该步态时相的强度要求。     

考虑流固耦合作用的PET瓶跌落碰撞数值仿真

以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶为研究对象,选用Johnson-Cook本构模型构建PET材料的率相关方程,并根据率相关拉伸实验确定Johnson-Cook方程中的参数.采用Euler法描述流体方程,Lagrange法描述结构方程,应用动力学软件MSC.Dytran中基于混合的Lagrange格式和Euler格式的有限单元和有限体积技术实现流体和结构的耦合作用,完成了贮液PET瓶跌落碰撞过程的数值仿真计算.通过计算,分析PET瓶在碰撞冲击过程中力学行为和能量转化过程,得到碰撞过程中PET瓶底部接触单元不同高度的等效应力时程曲线和最大等效应力随跌落角度、贮液量和壁厚的变化关系,从而分析比较不同跌落高度、跌落角度、贮液量及PET瓶壁厚对PET瓶跌落冲击特性的影响.计算结果表明:随着跌落高度和贮液量的增大,PET瓶所受冲击应力和损伤逐渐增大;冲击应力与壁厚为非线性关系,而与跌落角度呈现强差异性.     

TiC涂层梯度硬质合金残余热应力分析

采用有限元方法分析有无梯度2种TiC涂层硬质合金的残余热应力,研究了残余应力随涂层及梯度层厚度的变化。结果表明:增加梯度层后,涂层内残余热应力的减小超过10%,合金中残余应力减小30%以上,表面残余应力也明显下降;随着涂层厚度的增加,涂层内拉应力大幅减小,剪切应力与等效应力略微增加,涂层梯度硬质合金的等效应力呈下降趋势;随着梯度层厚度的增加,涂层内残余应力减小,当梯度层厚度较大时,残余应力不再改变。因此,选择合适的涂层和梯度层厚度,涂层厚度一般为5～8μm,梯度层厚度控制在20μm左右,可以有效缓和残余应力,提高材料的结合强度。     

多层不等厚组合圆柱壳屈曲数值模拟分析

针对大型立式组合圆柱壳结构的几何特征,采用数值模拟方法分析了多层不等厚特征因素对圆柱壳屈曲临界载荷的影响.提出多层不等厚可看成是圆柱壳壳壁上的几何缺陷,在一定程度上会减弱经典圆柱壳的屈曲临界应力水平.建立数个多层不等厚组合圆柱壳的屈曲分析有限元（FEA）模型,初步分析了不同载荷工况下多层组合圆柱壳的屈曲行为,得到相应的屈曲失稳临界载荷,验证了环向应力对组合圆柱壳屈曲的影响规律.结果表明,多层不等厚特征因素可明显降低经典圆柱壳的屈曲临界载荷,其中层数和相邻圆柱壳壁厚差值对屈曲临界载荷的影响最大.     

[110]方向作用下单晶镍基高温合金γ′相定向筏化的有限元分析

采用三维各向异性有限单元法分析了外载荷沿[110]方向作用时,镍基高温合金单晶的von Mises应力分布特征.von Mises应力的不对称性可以用来预测正错配或副错配合金的筏化形貌.同时运用原子扩散的原理详细地讨论了定向筏化原因.     

新型装配-现浇式密柱结构墙体的轴心受压性能

为提升新型装配-现浇式密柱结构的抗震性能,通过对2榀模型在竖向荷载作用下的试验及有限元分析,研究了其在正常使用阶段和承载极限状态时墙体各截面应力、裂缝、变形、破坏形态及平面外位移．结果表明:结构在正常使用荷载下具有较大的承载能力和刚度,破坏具有一定的延时,未出现平面外失稳;预制外壳与现浇柱联结性能良好,不会出现滑移错动;预制外壳的增加能显著提高结构承载性能,采用“最优尺寸”的截面设计能更好地发挥结构抗压性能．新型结构满足住宅在竖向荷载组合作用下的可靠性要求,一般层高的墙体在重力荷载作用下不会发生平面外失稳破坏．