超深井提升机制动盘热应力场数值分析研究

基于顺序耦合法和直接耦合法,对超深矿井提升机制动盘热应力数值计算相关的热载荷计算方法、有限元建模及分析流程进行了研究,并对超深矿井提升机紧急制动过程中制动盘的温度场和热应力场进行了数值模拟,获得了紧急制动工况下制动盘的温度场和热应力场及其变化规律。同时,从有限元建模、计算时间、收敛性及计算结果的准确性等方面对各计算方法进行了对比分析。结果表明:紧急制动工况下目标提升机制动盘的温度和热应力满足设计要求;在提升机制动盘热应力计算方面,直接耦合法优于顺序耦合法。     

热应力对机翼结构固有频率的影响分析

研究了热应力对飞行器机翼结构固有频率的影响。用ANSYS建立机翼结构有限元模型,计算了均匀温度场、非均匀温度场和非均匀可变温度场条件下的结构热应力分布和振动模态。根据固有振动的结构变形,分析了热应力对固有频率的影响效应。研究结果表明,热环境下机翼结构因材料属性的退化导致固有频率下降,但对于振型节线处于翼面内部的振动模态,附加热应力刚度矩阵在结构总刚度矩阵变化中起主导作用,使该阶固有频率增大。     

齿轮初期啮合瞬态热胶合研究

针对传统热胶合计算闪温法和积分温度法的不足,在考虑齿轮初期啮合和实际工况的条件下,运用有限元方法和传热学理论建立直齿圆柱齿轮模型、加载边界条件并对其瞬态温度场进行仿真,得到了轮齿瞬态温度场的分布云图,研究了温度场的分布规律,得到了轮齿瞬态温度,最后对比了轮齿瞬态温度与闪温理论值。结果表明:闪温法偏于保守,考虑初期啮合的瞬态热胶合分析结果更符合实际工况,为指导齿轮靠性设计热胶合、热应力、热变形等提供了重要依据。     

瞬时液相扩散焊焊接温度场有限元模拟

在瞬时液相扩散焊焊接过程中,加热温度对焊接效果有决定性的影响。通过对增强热塑料管接头进行合理假设,在ANSYS系统中建立了三维有限元分析模型,利用ANSYS提供的热电耦合分析和瞬态温度场分析程序,对管接头焊接加热时间和瞬态温度场进行了有限元模拟,其分析结果可以为热应力分析、焊接强度分析、优化设计和实验提供一定的理论依据。     

热环境下的金属热防护系统的动力学特性研究

研究了金属热防护系统(metallic thermal protection system,简称MTPS)在典型RLV再入热载荷作用下的动力学特性.首先,针对MTPS在热载荷作用下的动态响应问题,结合数值算例验证了有限元分析方法的可行性和正确性;其次,基于MTPS的有限元传热分析模型,计算了热环境下结构的瞬态温度响应;最后,使用有限元的分析方法对笔者建立的MTPS简化模型在热应力场和结构场耦合下的结构动力学特性进行了研究分析,给出了典型再入热环境下结构的固有振动频率随加热时间的变化曲线.计算结果发现,材料弹性模量等参数的变化比热应力场对MTPS结构固有频率的影响更大,热应力场对结构固有频率的影响最高达到10.3％的比例.     

浮动堆设备闸门瞬态热固耦合数值模拟研究

浮动堆设备闸门与陆上核电站不同,其不仅需要承受海洋环境引起的冲击、纵横摇摆载荷,而且LOCA事故下安全壳内温度和压力相应引起的载荷变化将更加剧烈,设备闸门由于外部复杂环境和内部瞬时传热使结构应力与应变的不均匀分布而导致结构破坏。因此,需形成浮动堆环境条件下设备闸门的安全评估方法。讨论有限元方法计算结构耦合热应力的基本原理,阐述瞬态温度场问题的求解方程与结构耦合热应力的求解思想,在此基础上结合浮动堆摇摆、冲击、自重等载荷,开展浮动堆设备闸门瞬态温度场和耦合热应力的有限元实施与分析,求解设备闸门瞬态温度及耦合热应力。研究设备闸门各部件的应力分布和密封面位移变化,可以全面地评估海洋环境下浮动堆设备闸门结构安全及密封安全。本研究采用的数值模拟方法能够用于浮动堆设备闸门的研究及分析工作。     

阀门中法兰瞬态温度波动密封性能研究

根据传热学理论建立传热学模型,运用ANSYS有限元分析软件建立三维有限元模型和温度场,以瞬态温度场和热-结构耦合为基础,研究了不同升温速度对垫片密封性的影响。结果表明:受温度影响产生的热应力会造成法兰接头各元件应力及变形的变化,并且一定程度上会加剧垫片应力不均匀;并且升温速度越快,垫片应力下降越快,变形量增加越快,对密封造成的不良影响越大。另外本文还采用瞬态温度场对温度波动工况进行了研究,结果表明,温度波动会导致垫片内外侧变形增大而应力减小,大大降低密封可靠性。     

圆柱齿轮淬火过程温度场的计算机模拟

应用有限元分析软件ANSYS模拟了材料为20CrMnTi复杂结构圆柱内齿轮淬火冷却过程的温度场,得到了温度场随时间的分布关系;在模拟中考虑了热物性参数和表面换热系数的非线性和相变,模拟结果与实际过程相符合,为进一步精确计算淬火过程中的热应力和残余应力打下了基础.     

温度对机械密封金属波纹管力学性能的影响

为了研究温度对机械密封金属波纹管力学性能的影响,建立高温泵用机械密封焊接金属波纹管计算模型,利用ANSYS软件计算波片的温度场,并通过间接耦合法计算不同介质温度下的热应力与热应变场,得到温度对波纹管力学性能的影响规律.计算结果表明:在高温工况下波纹管波片内产生了较大的热应力和热应变,增大了波纹管断裂、失弹等形式的失效的危险,在设计和使用过程中必须对此引起足够重视;在高温工况下波纹管波片等效热应力、热应变的最大值均出现在波片波谷处.     

激光航海惯性组件温度场与热变形有限元模拟

激光捷联惯性组件是航海惯性导航系统的核心部件,惯性组件的温度变化直接影响系统的导航精度。本文利用ANSYS模拟了激光捷联惯性组件的温度场、热应力场和热变形。首先介绍了我们设计的激光捷联惯性组件的结构特征,建立了有限元模型,然后详细介绍了有限元分析中边界条件的处理及换热系数的计算方法,最后给出了激光捷联惯性组件的稳态温度场、瞬态温度场分布情况。实验测试结果与仿真分析结果吻合,计算误差小于2%。利用热-结构耦合法仿真分析了激光捷联惯性组件的热应力场和热变形情况。本文的研究结果可以为激光航海捷联惯性组件温度补偿中测温点的选取、捷联惯导系统变温过程中的标定、惯性组件的热设计以及进一步优化设计等提供参考依据。     

On optimizing thermal stresses in cylindrical shells

This paper is concerned with optimizing the conditions within a transition region which connects two long circular cylindrical shells of equal dimensions but of different coefficient of thermal expansion, or temperature, in order to minimize the thermal stress.The primary objective of the work was to establish the optimum distribution of the coefficient of thermal expansion within a welded transition joint such as a joint between ferritic and austenitic steam pipes. The results, however, also apply directly to the problem of heating or cooling a cylindrical shell and may be used, for example, in optimizing the distribution of cooling pipes around a cylindrical shell or controlling the temperature profile in the local stress relief process. The problem is treated in a manner that allows direct application to any of these practical situations.     

SiC／Fe／SiC连接件高温温度场分布的计算

采用有限元方法对SiC／Fe／SiC高温钎焊连接件进行了三维温度场分布的有限元计算分析,以期对该连接件热力耦合条件下的应力分析提供热分析结果,计算表明,在连接件的边界、棱角处由于其曲率半径的影响,使得该区域具有较高的自由能,温度较其他区域高。     

钢包复合结构体的钢包底内衬膨胀缝对钢包应力的影响研究

膨胀缝对钢包复合结构体的热应力具有重要影响,热膨胀应力是其损坏的重要原因之一,所以热膨胀应力计算具有很大的实用价值。内衬之间的膨胀缝问题可以归结为一类接触问题,建立了其物理模型。基于有限单元法,建立了钢包复合结构体中包底内衬膨胀缝的有限元模型,研究了各层膨胀缝的接触应力。研究结果表明:设置2mm膨胀缝可以降低的接触应力为内衬耐压强度的1/6～1/5。     

柴油机气缸盖的热流耦合分析

对某柴油机气缸盖的热流体与热应力进行耦合分析.首先运用CFD(Computational FluidDynamics)分析软件SC/Tetra计算温度场及流场,然后将得到的节点温度映射到用于结构分析的网格,再用有限元分析软件进行结构的热应力计算.通过对结果的分析发现设计的气缸盖的缸盖鼻梁区温度偏高,且温度梯度较大,热应力集中,说明鼻梁区冷却效果差,易出现裂纹.因此该处为危险区域,应该视为重点研究对象.还发现水套进水口布置的不够合理,调整进水口布置将不但有利于降低第四缸处最高温度,还有利于改进鼻梁区冷却.     

Reliability estimation of solder joints under thermal fatigue with varying parameters by using FORM and MCS

One of major reasons for the failure of solder joints is thermal fatigue. Also, the failure of solder joints under thermal fatigue loading is influenced by varying boundary conditions such as the material of the solder joint, the materials of substrates(related to the difference in CTE), the height of solder, the distance of the solder joint from the neutral point (DNP), the temperature variation and the dwell time. In this paper, first, the experimental results obtained from thermal fatigue test are compared to the outcomes from theoretical thermal fatigue life equations. Second, the effects of varying boundary conditions on the failure probability of the solder joint are studied by using probabilistic methods such as the first order reliability method (FORM) and Monte Carlo simulation (MCS).     

Transient thermal stress analysis of thick-walled cylinders

The study of thermal stresses on pressure vessels has a great significance from the theoretical and practical point of view due to their importance in many applications. This paper presents a complete analysis of thermal stresses within a thick-walled cylinder under dynamic internal temperature gradient. A complete evaluation of temperature and stress distributions, in a non-steady state, is obtained using a numerical model. In this model the temperature of the inside surface of the thick-walled cylinder is considered to change according to certain boundary conditions. The harmonic and periodic loading conditions are also studied.     

高温下螺栓-法兰-垫片系统密封性能研究

温度和内压载荷对螺栓法兰连接的密封性能有着显著的影响。采用有限元技术,对DN100mm,PN40 MPa的管法兰连接进行了热及结构分析,探讨了高温稳态工况下法兰、垫片和螺栓的温度分布,分析了预紧、加压和升温后的螺栓以及垫片的应力变化。结果表明,法兰、螺栓以及垫片沿径向存在温度梯度;内压作用后垫片应力明显降低;升温后垫片外侧应力减小,内侧应力增大;加压及升温后螺栓应力均增大。     

货车车轮制动热疲劳数值仿真分析

热疲劳损伤是车轮的一种主要失效形式,建立了踏面制动的热-结构耦合瞬态非轴对称三维有限元模型及其相关的边界条件,模拟了拖曳制动工况和紧急制动工况的温度动态特性,对制动热负荷产生的热应力引起的热疲劳问题进行了数值模拟.     

基于低周热疲劳试验条件的活塞寿命预测研究

为了预测铝合金活塞在高温蠕变影响下的低周热疲劳寿命,根据活塞低周热疲劳试验反求确定其热边界条件,运用有限元法计算其温度场及应力场。考虑材料性能的温度效应,采用疲劳分析软件FE-FATIGUE中的E-N方法进行活塞低循环热疲劳寿命预测,经试验验证,软件预测与试验结果基本吻合。     

Dynamic characteristics of rotating pretwisted clamped-clamped beam under thermal stress

Effects of thermal stress on the vibration characteristics, buckling limit and critical speed of a rotating pretwisted beam clamped to rigid hub at a stagger angle were investigated. By considering the work done by thermal stress, the thermal influence on stiffness matrix was introduced in the dynamic model. The motion equations were derived based on Lagrange equation by employing three pure Cartesian deformation variables combined with nonlinear von Karman strain formula. Numerical investigations studied the modal characteristics of the beam. Numerical results calculated from a commercial finite element code and obtained with the present modeling method were in good agreement with the previous results reported in the literature. The combined softening effects due to the thermal stress and the rotation motion were observed. Furthermore, it is shown that the inclusion of thermal stress is necessary for blades operating under a high temperature field. Buckling thermal loads and the critical rotating speed were calculated through solving the corresponding nonlinear equations numerically, and some pertinent conclusions are outlined. It is also found that the peak value position of the first mode shape approaches to the tip of blade with the increment of rotating speed and hub radius. However, the variation in the environment temperature causes only a slight alteration in the mode shape.