含凹坑缺陷管道的塑性拉伸失稳载荷分析

现有缺陷管道剩余强度评估方法,大多将塑性极限分析理论中的塑性极限载荷作为管道塑性失效的控制载荷,而塑性极限载荷是基于弹性-理想塑性材料而言的,用来表达管道的极限承载载荷时容易引起不必要的概念混乱。引入了弹塑性稳定理论中的塑性拉伸失稳载荷以表述韧性管道材料的极限承载载荷,并将对应的管道失效压力称为塑性拉伸失稳压力。基于塑性拉伸失稳理论,运用大应变弹塑性有限元分析方法求解带凹坑缺陷管段的拉伸失稳载荷。结果表明,计算所得塑性拉伸失稳压力与实验所测管道失效压力十分接近,可以用来描述管道的塑性失效压力。     

基于BS 7910的管道环焊缝缺陷工程临界评估研究

依据标准BS 7910, 对含缺陷环焊缝进行了工程临界评估。借助管体与焊缝拉伸试验结果确定评定曲线, 选取最低值作为评定断裂韧性值, 采用评估失效图(FAD)方法进行工程临界评估, 在评定计算中考虑了静态应力、残余应力和应力集中等的影响, 并进行了宽板拉伸试验验证。结果表明, 在管道工作载荷下, 根据BS 7910评估方法, 当夏比冲击吸收功CV>60 J时, 环焊缝中的缺陷尺寸均在可接受范围内; 在管道设计极限载荷条件下, 当夏比冲击吸收功CV＞60 J时, 环焊缝在现有条件下评估点均位于FAD曲线内, 结果可接受; 宽板拉伸试验结果进一步验证了环焊缝中各缺陷在评价输入参数条件下是可接受的, 表明含缺陷焊接接头的安全裕度较高。     

爆破动载下岩石裂纹扩展影响因素的正交试验

针对爆破动载下巷道岩石裂纹扩展及岩体稳定性影响问题,以金山店铁矿岩石条件和爆破动载影响为依据,基于正交试验原理,选取初始裂纹各几何要素(裂纹长度、裂纹倾角、裂纹数量)、爆破动载和岩石力学参数为主控因素,设计18个不同的数值计算方案,并利用RFPA软件进行动力加载数值计算。通过不同方案下岩石裂纹扩展长度和声发射次数正交方差分析发现:各因素对裂纹扩展的影响不同,其中爆破动载大小对岩石裂纹扩展影响最大,其次是裂纹倾角、裂纹长度,最后是裂纹数量。此外,岩石力学参数对裂纹扩展也有一定影响,其中抗压强度对岩石裂纹扩展影响最大,而弹性模量及其它因素则影响较小。研究结果可以为采矿工程爆破控制及岩体稳定性评估提供一定理论依据。     

带环向表面裂纹矿用钻杆静扭试验及应力场分析

为了研究表面环向裂纹对矿用钻杆性能的影响,基于弹性断裂力学理论对问题进行分析,对含有不同长度和深度环向裂纹共9根钻杆进行了静扭试验,得到了钻杆断裂扭矩和裂纹的开裂角。试验结果表明:在裂纹尺寸较小时(长10mm、深2.5mm),裂纹不易扩展;裂纹开裂角在10°左右,随着裂纹深度的增大开裂角有增大趋势;裂纹长度或深度中某一参数较大时,随着另一参数的增大,钻杆断裂扭矩急剧减小。使用有限元数值模拟方法再现了裂纹开裂前裂纹附近的应力分布情况,并得出结论。这些结论对钻杆的设计及现场事故处理具有指导意义。     

大型焊接构件疲劳寿命评估系统

运用断裂力学有关应力强度因子理论，提出用断裂率Kt以及载荷率St为失效双判据的缺陷评定图对含裂纹焊接构件进行安全评定。以Paris公式为理论依据，对含裂纹焊接构件剩余寿命预测系统进行了设计和实现。该系统分为4个模块：数据采集模块、裂纹临界尺寸计算模块、FAD缺陷评定模块、安全评定结果输出模块。系统能够根据给定的数据对含裂纹大型焊接构件进行快速有效的评估分析、合理评价以及寿命预测。     

岩体爆破裂纹扩展影响因素分析

为了改善高地应力条件下岩体爆破破碎效率较低的问题,基于理论推导和ABAQUS动力有限元计算分析了不同埋深和侧压系数条件下岩石爆破裂纹的扩展规律.计算结果表明:岩体初始应力和侧压系数对爆炸载荷作用下的最大裂纹长度和主裂纹扩展方向具有较大影响,随着初始应力的增大,裂隙扩展半径减小;随着侧压系数的增大,岩石有效破碎面积也相应减小;裂纹扩展主方向趋于最大压应力方向;裂纹扩展主方向与最大压应力方向一致.     

邻近爆破下不同形状巷道围岩裂纹扩展规律

为了解巷道断面形状对爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展规律的影响,采用模型试验和扩展有限元(XFEM)方法展开详细研究。试验研究表明:爆炸载荷下,当原有裂纹扩展通过邻近巷道围岩原有裂纹尖端影响区、应力波传播过程产生的环向拉伸区和自由面反射波影响区时,扩展方向有所不同;巷道断面形状主要影响原有裂纹后期扩展方向,巷道断面形状不同,自由面反射拉伸波的拉伸应力方向不同;由于拉伸应力方向一般垂直于自由面,直墙拱形巷道和圆形巷道围岩中原有裂纹扩展后期偏转向弧形自由面切向方向,近似"层裂"现象扩展;矩形巷道围岩原有裂纹扩展方向与直墙反射波拉伸应力作用方向平行,裂纹扩展不受影响,仍沿近似水平方向与自由面贯穿。     

基于强度组配对设计曲线的简单修正

将相当应变的观点应用到含有一个焊缝裂纹的焊接宽板中，可以看出焊缝金属与母材塑性的差异显著影响其断裂韧性和裂纹扩展驱动力，重要的一点是仅根据断裂韧性或裂纹扩展驱动力来衡量焊接接头非等组配的影响是不够的，如何材料的应力应变曲线合线性硬化规律，得出一个简单的ＣＴＯＤ设计曲线的修正表达式，可以用来预测焊接结构的极限载荷，极限应变或极限裂纹长度。     

采煤机行走轮齿根裂纹缺陷评估技术

通过专业裂纹分析软件Franc3D和有限元软件ANSYS,对采煤机行走轮齿根裂纹前缘应力强度因子KI进行分析求解,仿真了不同裂纹尺寸下的KI值,得到了裂纹失稳扩展时最大裂纹尺寸,为实际工程中裂纹缺陷的评估提供了理论依据。     

基于Workbench的液压碎石车工作装置有限元分析

为了对液压碎石车工作装置结构的设计进行验证和优化,在载荷分析计算基础上,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行强度分析、模态分析和谐响应分析。得到破碎锤工作下五种极限工况下应力云图,找出最大受力工况。求出该工况下前6阶固有频率以及关键部位谐响应位移峰值及载荷频率。根据分析对工作装置结构进行了优化,并对使用和维护保养提出了建议。     

中俄原油管线冻土融沉对输油管道应变的影响研

中俄原油管线所穿越的欧亚大陆冻土区稳定性较差，差异性地质构造普遍存在，管道正常运行极易引发融沉灾害，造成管沟积水，影响管道安全运行。利用Abaqus软件建立管—土三维有限元模型，基于应变设计准则考虑管线钢的材料非线性特性，研究分析管道穿越冻土融化区域时管道的应变变化规律及融化段长度、融化深度、管道内压3种参数对管道应变的影响。研究结果表明，管道处于冻融区域时会产生3个应变集中区，最大等效应变值出现在管道顶部即融化段中部。融化段长度对管道应变影响最大，内压次之，融化深度影响最小。研究结果可为今后冻土地区埋地管道工程的运行维护提供理论参考，以保证管道在服役期内安全运行。     

岩石单一裂纹扩展率的数值模拟研究

运用断裂力学理论推导出单一裂纹有效长度理论表达式,提出裂纹扩展能力的度量单位———裂纹扩展率的概念。通过FLAC3D有限元软件模拟计算了岩石单一裂纹在不同压应力作用下的裂纹扩展率,通过比较裂纹扩展率的理论值和数值实验值,发现在不同压应力作用下两者基本吻合,指出数值实验是计算单一裂纹扩展长度的有效方式之一。     

深部厚煤层条带开采煤柱的稳定性

通过对三向应力状态下的煤柱极限强度计算公式分析得出：我国目前普遍应用的A.H.威尔逊计算理论公式存在因简化带来的问题,并且随着采深的增大,问题表现的越明显.理论分析表明,煤柱塑性区宽度不仅与采深、采厚有关,而且也同采出率有关.结合古城煤矿的实际情况,利用FLAC^3D模拟得出了不同开采条件下煤柱塑性区宽度,通过二元线性回归分析,得出了煤柱塑性区宽度与采深、采厚及采出率的计算公式.最后给出了在深部厚煤层条带开采情况下煤柱极限载荷的计算公式.     

基于热—流—固耦合的管道弯头冲蚀分析与优化

管道在油气集输系统中运用十分广泛,其失效形式也多种多样,其中由于介质的流动而造成的冲蚀磨损是管道常见的失效形式之一。而在具有腐蚀性多相流体作用下,管道弯头通常是最容易受到损坏的部件。借助于Ansys Workbench 14.0对流体流经常规管道弯头和添加盲通后的管道弯头进行了数值模拟分析,研究了不同入口温度、不同流速、不同弯径比、不同固体颗粒含量、不同弯头角度等因素对管道弯头以及添加盲通后的管道弯头冲蚀失效的影响。分析结果表明:常规弯管的弯头两颊往往是冲蚀磨损最严重的部位;而对于盲通管而言,冲蚀最严重的地方主要集中在盲端处,弯头处受到的冲蚀程度较小;弯头的受损受多种因素的影响,适当增大流体介质温度、减小流速、增大弯径比、减少流体介质中固体颗粒含量,均可以有效地缓解冲蚀受损,冲蚀角度在40°~50°冲蚀程度最为严重,研究为进一步研究多相混输管道冲蚀机理提供相关的理论支持。     

矿用重载双列四点接触球轴承接触特性研究

针对矿用重载双列四点接触球轴承的承载、接触、疲劳等方面的较高要求,以某型矿用重载双列四点接触球轴承为研究对象,运用有限元仿真软件ANSYS对轴承接触特性进行研究。研究结果表明:矿用重载双列四点接触球轴承等效应力、接触应力满足实际工况生产要求;轴承沿周向方向在不同区段,受载形式、大小、方向不同,对应的轴承接触载荷大小、方向也不同。该研究为矿用重载双列四点接触球轴承承载能力的提升、接触特性的改善、疲劳寿命的增加等方面提供了理论依据。     

粗颗粒在复杂空间形态管道水力输送中运动形式的研究

采用高速摄像技术,探讨了不同粒径、体积浓度和输送速度条件下,粗颗粒在复杂空间形态管道中的运动状态及临界条件。研究结果表明:粗颗粒在复杂形态管道中的运动状态表现出不同的特点,水平管道中以滑动推移为主要运动形式,倾斜上升管道中以滑动推移和悬移为主要运动形式,倾斜下降则主要存在下滑和悬移两种;粗颗粒在管道中的运动状态与颗粒粒径、管道形态等因素有关,就悬移运动状态而言,倾斜角度越大,粗颗粒越容易形成悬移。基于试验结果提出了临界条件的计算公式,实测值与计算值基本吻合。     

热载荷约束下含单腐蚀西气东输管道受力分析

天然气的常规输送方式往往为管道输送，作为一种清洁能源被广泛使用，在西气东输工程中大量采用了高强度高钢级的管道以满足输气量。为了抑制天然气水合物的生成，在输气途中会设置加热站来提高天然气的温度，在内压和热应力的共同作用下会使得管道更加容易失效，尤其是当管道存在腐蚀的条件下。因此建立了含腐蚀的西气东输管道模型，在不同输气温度条件下运用ANSYS软件对2种腐蚀形式、不同的腐蚀深度进行了热固耦合有限元分析。结果表明，在常温下，矩形腐蚀和圆形腐蚀的腐蚀深度允许量均接近管道壁厚的一半；当天然气温度加热到30 ℃后，二者允许的腐蚀深度在管道壁厚的0.2~0.3倍，若温度达到40 ℃甚至更高，则允许的腐蚀深度仅为管道壁厚的0.1倍。因此在西气东输工程中，对于单腐蚀而言，应合适控制输气温度在30 ℃以内，既能有效抑制水合物的生成，同时能延长管道的使用寿命。     

裂隙岩石冻融循环下裂纹扩展特征研究

高寒山区工程岩体往往在水和温差作用下，受到往复的冻融荷载作用，导致岩体裂纹扩展甚至破坏。通过开展-20～20 ℃范围内4类含裂隙岩石冻融循环试验，分析了不同岩性裂纹扩展类型和原因、裂纹扩展随冻融循环增加的全过程，并讨论了20次冻融循环下灰岩和红砂岩的裂纹扩展机理。结果表明：含裂隙岩石裂纹扩展可分为3种类型：沿上部裂隙尖端贯通岩桥、沿上部裂隙尖端环向扩展和无明显裂纹破坏；板岩的水平板理导致裂纹沿环向扩展，灰岩局部发育的软弱面使裂纹反倾下部裂隙扩展，花岗岩高强度和低孔隙率的特征使其难以在此次试验条件下产生宏观裂纹。断裂力学分析揭示了灰岩和红砂岩呈Ⅰ型裂纹扩展的原因，表明初始裂纹扩展方向与上部裂隙走向近似，裂纹扩展长度与岩石抗拉强度和断裂韧度有关。     

上行含水钻孔双测压管测定瓦斯压力试验

针对复杂地质条件下煤层瓦斯压力难以准确测定的问题,对单管测压过程中钻孔的含水情况进行分析,在钻孔呈充水状态或出现塌孔时,采用剔除水压的测压方式难以准确测定瓦斯压力。基于此,设计出高低位双测压管测压技术及采用“两堵一注”的快速封孔方式,并在大众煤矿进行现场试验,经过现场试验结果得出:该技术可有效控制和降低封孔后孔内通过导水裂隙或水泥砂浆浆液析出积水对压力测定的影响,可以准确测定煤层瓦斯压力值。