过载法消除矩形压力蒸汽灭菌器焊接残余应力的数值分析

灭菌器的内腔通常由奥氏体不锈钢焊接而成,焊接残余应力与腐蚀介质共同作用,具有较高的应力腐蚀倾向,降低残余应力可减轻应力腐蚀。采用SYSWELD软件对奥氏体不锈钢矩形压力蒸汽灭菌器进行包括对接焊、搭接焊、T型焊三种焊接方式的数值模拟,得到焊后残余应力的分布;将焊接模拟结果导入到NASTRAN软件中,对灭菌器夹套和内壁进行加压卸载模拟,得到加压卸载后残余应力的分布。分析其残余应力变化规律,结果表明:过载法能有效改善矩形蒸汽灭菌器残余应力的分布情况;316L更容易通过加压卸载方法消除残余应力。     

反应堆压力容器内壁环形锻件焊接残余应力三维有限元数值模拟

某新型反应堆压力容器内壁设计了环形锻件与筒体内壁焊接的环形焊接结构。该种结构形式的焊缝首次在反应堆压力容器中出现,无成熟经验可以借鉴。为了了解该种复杂结构形式及大厚度焊缝的焊接残余应力幅值及分布规律,基于ANSYS有限元分析软件,建立了反应堆压力容器内壁环形锻件多层多道焊接三维有限元模型。在此基础上,以带状移动温度热源作为焊接热源模型计算出多层多道焊接的瞬态温度场结果,采用热-力间接耦合法,得到了焊接应力场计算结果。模拟结果表明,焊缝区域环向应力从上表面到下表面分布趋势为拉应力-压应力-拉应力,呈现自平衡的分布形式。根部焊道区域的环向应力为拉应力。焊缝上轴向应力最大为300 MPa左右;焊缝上下表面径向应力较大,达到400～500 MPa左右;峰值等效应力出现在焊缝根部区域,幅值最大约700 MPa。     

还原炉挠性夹套的焊接残余应力有限元模拟

夹套是广泛运用在化工、医药等行业设备上的加热冷却装置,夹套焊缝是常常发生开裂泄漏的失效部位,焊接残余应力是导致开裂泄漏的重要因素之一。利用有限元技术对一种新型多晶硅还原炉挠性冷却夹套的焊接过程的温度场、残余应力和塑性应变场进行了数值模拟。借助ANSYS的APDL编程和单元生死技术,采用热-结构直接耦合法,传热分析采用含高斯热源的瞬态过程、应力分析为稳态,材料本构为随温度变化的双线性随动强化弹塑性模型。通过模拟获得焊缝区域残余应力和塑性应变的分布规律,为同类夹套的焊接强度评定提供了有效方法。     

钢管为拉撑件的蜂窝夹套有限元分析

采用有限元法对一种以钢管为拉撑件(管钉)的蜂窝夹套进行了应力分析，并借助参数化有限元模型对管钉不同布局型式和不同结构尺寸下结构的应力强度值进行比较分析，提出了这种管钉连接式蜂窝夹套的优化结构尺寸搭配范围。     

基于ANSYS的包装物品码垛机器人臂部研究

研究平行四连杆机构的码垛机器人的臂部结构的力学性能，能否满足自动包装生产线对码垛机器人越来越高的载荷及运动速度的要求。主要对平行四连杆式并联码垛机器人的臂部结构做了受力分析，并利用ANSYS有限元分析软件对其强度作了仿真分析。得到了前臂及后大臂的受力云图，前臂的最大应力值为38.4MPa，最大应力位置是与后小臂连接的中间孔上方的加强筋上，最大位移量为0.9mm，最大位移发生在与腕部连接的轴孔附近；后大臂的最大应力值为10.7MPa，最大应力位置是与前臂连接轴孔附近，最大位移量为0.02mm，最大位移发生与前臂连接的轴孔端部。通过云图分析得到前臂及后大臂的最大变形量及最大应力值均满足设计要求，证明了平行四连杆式臂部结构能够满足较大的承载能力，为码垛机器人臂部结构的设计的提供了理论依据。     

扁平绕带式压力容器筒壁应力可控性设计分析

通过对扁平绕带式压力容器结构分析,提出通过合理控制扁平绕带式压力容器钢带预应力,控制容器筒体的应力分布。     

地铁车辆轮缘润滑装置吊架断裂机理和试验研究

针对地铁车辆服役过程中出现的轮缘润滑装置吊架断裂问题,采用材料和动应力试验与有限元仿真相结合的方法开展断裂机理研究,提出了一种新型结构设计方案。通过对吊架断口微/宏观的全面分析与表征,从材料角度确定疲劳断裂的机理成因;结合动应力试验和累计损伤理论,计算吊架断口关键位置的疲劳损伤值,从线路试验角度确定吊架断裂的结构成因;建立吊架的有限元模型,基于EN13749标准对其进行静强度和疲劳强度仿真,从理论角度判别结构设计的合理性,并与材料和线路试验分析结果进行对比分析;最后,提出吊架结构的改进方案,并进行仿真和动应力测试验证。结果表明：吊架断裂成因为低应力高周疲劳,疲劳源位于加强筋角焊缝内部,且加强筋角焊缝的累计损伤值和材料利用率均大于1;吊架断裂的主要原因为,结构不合理导致加强筋角焊缝承受较为频繁的交变载荷且焊缝存在未熔合缺陷;通过改变吊架结构和材质,提高了焊接质量,达到了轮缘润滑装置在线运行的标准要求。     

某机载雷达静压腔应力仿真与多目标优化

某机载雷达正常工作时,应力仿真结果显示其静压腔焊缝位置的最大应力为133.62 MPa,不满足强度要求,需要对其结构进行优化。综合比较构造拱形结构和局部加强这两种常见优化方案,选择在静压腔前后两面各增加一条加强筋。借助ANSYS WorkBench求解加强筋的最优宽度和厚度时,依据各位置强度要求之间的关系,建立一个直接描述优化效果的输出参数,用于定义优化模型,开展多目标优化。优化后,静压腔焊缝位置的最大应力为82.821 MPa,其余位置的最大应力为59.921 MPa,均满足强度要求。结构的不同位置通常具有不同的指标要求,文中据此建立输出参数进而求解优化模型的处理方法在此类问题中具有借鉴意义。     

核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力分布

采用自行搭建的管道内壁残余应力测试平台,通过切割法测得核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力,结合有限元模拟,研究了传热管内壁焊接残余应力的分布规律。结果表明:试验测得传热管/管板接头中传热管内壁近焊缝处的轴向和周向残余应力均为拉应力,随着距焊缝中心线距离的增加,残余拉应力减小并变为压应力,在距离焊缝中心线12mm处,残余压应力最大,在距离焊缝中心线21mm处残余应力减小至焊前初始应力;传热管内壁焊接残余应力分布的模拟结果和试验结果基本吻合,该有限元模型可以准确模拟核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁焊接残余应力的分布规律。     

风力发电机变桨柜焊缝开裂问题研究

针对风力发电机变桨柜焊缝开裂问题,对变桨柜进行结构优化和强度评估,并进行现场应力测试验证。首先采用Simpack软件对变桨柜总装结构进行动力学建模和仿真分析,确定变桨柜应力幅值变化最大的危险位置对其进行有限元分析;接着采用有限元分析软件ANSYS及疲劳分析软件Fe-safe对变桨柜进行焊缝极限强度与疲劳强度评估;最后采用应变应力测试装置对风场运行的变桨柜进行焊缝动态应力测试。结果表明,优化后的变桨柜焊缝极限与疲劳强度安全系数均大于1,满足GL规范强度设计要求;风场测量的焊缝最大应力幅值与有限元分析计算的应力幅值相比最小误差为6.8%,验证了有限元分析方法的准确性,为有效解决风力发电机变桨柜焊缝开裂问题提供了参考方法。     

整体锻制压力容器平封头合理厚度的数值模拟

本文利用有限元分析软件ANSYS,建立容器整体的立体模型,分析了使用整体锻制平封头的压力容器全场的应力分布,根据压力容器对不同类型应力的不同限制及第四强度理论,找到了各种尺寸下容器内径、圆筒壁厚与封头厚度的合理比例,以及各处最大等效应力与内压的关系,设计人员可根据本文提供的数据和容器材料的许用应力,直接查得圆筒及封头厚度与内径的比例,从而确定设计尺寸。     

液压挖掘机动臂内部筋板的拓扑优化设计

分析了液压挖掘机的典型工况及受力情况,并在铲斗挖掘工况下对其动臂进行了有限元计算。针对动臂内部筋板的布局,提出了一种箱型结构内部加强筋的布局优化方法,并基于渐进结构优化方法(ESO),对内部筋板的布局进行了拓扑优化,快速简便地确定了箱型结构内部加强筋的布局。对比优化前后有限元分析结果表明,此方法能够减小结构最大等效应力并减少高应力区。用试验验证了此方法的有效性和实用性。     

爆炸容器法兰变形试验研究与数值模拟

通过对爆炸容器法兰在准静态压力作用下的应力分布和变形情况的试验研究和数值模拟,得出如下结论：螺栓载荷和容器内压联合作用下的法兰产生偏转和翘曲变形,使得法兰结构应力和变形分布不均;改变法兰关键尺寸,如法兰环厚度、法兰外径、毂的长度等参数,对法兰变形的影响程度不同,其中改变法兰环厚度对法兰变形的影响更为显著。     

薄板结构低噪声仿生拓扑优化方法

针对薄板结构的低噪声设计问题,以结构声辐射功率最小化为优化目标,借鉴植物脉序分枝结构的构型特征,提出了薄板结构加强筋布局的仿生拓扑优化方法。以结构应变能最小和释放局部最大剪应力作为加强筋主脉和次脉的生长准则,以广义Murray准则作为加强筋脉序的分歧准则,构造了具有脉序分级特征的加强筋自适应生长算法。以固支薄板结构的横向弯曲振动及声辐射问题为典型算例,对比分析了仿脉序分布加筋板结构的声辐射功率和振动功率流的分布特性。数值结果表明,与相同体积约束下的正交加筋布局方式相比,仿脉序分布加筋方法使薄板结构具有更优的声振特性,进而验证了薄板结构加强筋仿生布局降噪方法的有效性与可靠性。     

T形气缸盖罩垫密封性能的有限元分析

运用有限元软件对平型、加强筋型和凸台型T形缸垫的应力、应变以及接触应力分布规律进行研究,对比分析这几种T形缸垫的密封性能。结果表明,加强筋能提高缸垫的密封能力,但不同的加强筋结构对密封能力有着不同的影响,设计不合理的加强筋,还容易导致T形气缸盖罩垫过快失效和老化。平型气缸盖罩垫适用于密封周期长但密封力要求不高的情况;而加强筋型气缸盖罩垫则适用于密封力要求高但密封周长不长的情况;凸台型气缸盖罩垫的综合性能高,能满足密封周期长和密封力要求比较高的情况。     

整体多层夹紧式高压容器超压试验的应力分析及压力确定

整体多层夹紧式高压容器在包扎夹紧过程中产生了台阶状预应力,其基本规律是内壁压缩强化,外壁拉伸强化,中间接触松弛。超水压试验不仅能检验宏观强度和致密性,同时还使内壁发生变形以达到消除中间层板的接触松弛和调整容器应力分布的目的。从理论上看,超水压试验压力的下限是内壁发生初始屈服,上限是容器不出现全屈服,当容器径比在1．2～1．4之间时,试验水压范围为1．5～1．8倍设计压力。     

基于Workbench的缩套式超高压缸体优化设计

某设备的缩套式超高压缸体存在内壁始终为应力最大位置,且缸体应力分布相当不均匀的问题。为满足缸体最大等效应力小于缸体材料的屈服极限,以内外缸体内壁剪应力相等为约束条件,结合过盈配合及设计要求,利用响应面法对缩套式超高压缸体进行优化设计。结果表明,缸体的过盈量从优化前的0.30 mm减小到优化后的0.2662 mm,降低了内外缸安装套合时的工作难度;内缸内壁到外缸内壁的等效应力的变化率从优化前的0.787 MPa/mm降为0.0568 MPa/mm,缸体的应力分布不均匀性较优化前有了较大的改观。     

不同螺栓预紧力的水轮机顶盖及螺栓的静应力分析

使用ANSYS有限元软件建立了某电站轴流式水轮机顶盖及螺栓的模型,研究了不同预紧力工况下顶盖及螺栓的变形和应力分布。结果表明:顶盖应力梯度较大处主要存在于于内顶盖上盖板、内外顶盖法兰螺栓把合处以及开孔两端,螺栓同时承受轴向荷载和弯矩的作用,螺栓横截面应力存在不均匀性;顶盖局部应力与预紧力敏感性比较弱,螺栓应力变化敏感,螺栓预紧力的敏感性依次为变化相对短筋板、上盖板、长筋板。