海底油气管道剩余强度参数化建模方法研究

为了有效解决海底受损油气管道的安全性评估问题,先利用有限元方法分析管道剩余强度随缺陷长度、宽度、深度等几何量信息的变化规律,在此基础上构建了用于定量化描述管道剩余强度的参数化模型,并利用改进遗传算法的全局最优搜索能力求解模型未知系数,给出管道剩余强度与缺陷几何量之间的定量关系。经过实验验证,表明该模型比现有的管道评估标准具有更好的可靠性,可有效地用于海底油气受损管道的剩余强度分析,为管道的安全性评估提供理论依据。     

微管道散热器换热性能的有限元分析

利用伽辽金有限元公式计算了微管道散热器中的管道表面温度分布、流体温度分布及流动阻力系数和换热系数等。与现有的分析方法对比发现，利用有限元方法可对热负荷任意分布工况下的微管道散热器进行传热性能分析，而且使用范围比现行的大型CFD软件更广，也可用于分析微管道散热器的几何参数对散热器传热性能的影响。     

温度对两端固支管道振动特性影响分析

采用三种有限元模型和实验的方法分析了两端固支管道各阶固有频率,选择其中一个较好有限元模型.利用该模型计算了管道在高温下的振动特性.提出了管道设计过程中不仅要在常温下进行振动特性分析,而且更应该注意对管道在工作温度下的振动特性分析,最终为管道系统的安全性和设计提供了理论依据.     

弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝应力计算

滑坡等地质灾害引起的弯曲载荷是导致环焊缝失效的重要因素，管道环焊缝焊接过程中的错边缺陷，容易形成局部应力集中，除设计压力外，环焊缝还能承受的弯曲载荷已成为管道完整性管理中的重点和难点。基于有限元分析数据提出了一种针对弯曲载荷作用下含错边缺陷环焊缝的应力计算方法。首先，给出了管道承受均匀内压和弯曲载荷的近似解析计算公式；然后，针对无错边和含错边缺陷的环焊缝开展有限元计算，采用子模型方法兼顾了大跨度模型的计算效率和环焊缝的计算精度；最后，基于有限元分析数据对经典解析公式进行修正，得到管道环焊缝单点应力的计算公式。经验证，该方法与有限元结果相差1%以内，可适用于弯曲载荷作用下的环焊缝应力计算，是一种可用于工程强度快速评估的精确分析方法。     

偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法

结合微分几何及空间齿轮啮合原理,将偏心-高阶椭圆锥齿轮副的空间节曲线在曲率半径相等的条件下展开到平面上,推导出齿轮副当量节曲线的计算公式,获得啮合传动过程中的压力角.对轮齿进行受力分析,建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法,获得轮齿接触应力及弯曲应力随主动轮转角的变化规律,确定啮合过程中最薄弱轮齿的位置.分析偏心-高阶椭圆锥齿轮副主动轮偏心率、模数、主动轮齿数及从动轮阶数等结构参数对轮齿强度的影响.建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副有限元分析模型,利用五轴数控机床加工出齿轮副实体并搭建传动试验平台,通过有限元分析与传动试验,验证该齿轮副强度计算方法的正确性.     

深海采矿输送软管几何非线性静力分析

根据矿石输送软管的挠度变化很大的特点,采用了几何非线性有限元理论对输送系统进行力学分析;根据输送管道在采矿船和采矿车的牵引下运动,同时受到管道和管内流体重力,以友浮力作用的情况,采用有限元分别对三种参数值的输送系统进行了计算分析。从计算结果的比较分析可知：简单输送系统不能满足深海采矿要求;在输送管道下端安装浮体,得到了一种十分理想的采矿系统;输送管道的密度对采矿系统的性能影响很大,应尽可能地采用密度小的输送管道。     

基于非结构化T样条的薄壳等几何分析

等几何分析方法采用几何的样条基函数来构建分析模型,从而避免传统有限元法的网格离散过程。采用非结构化T样条构建复杂模型,结合Kirchhoff-Love薄壳理论构造基于非结构化T样条的薄壳单元,并研究其在模态计算和弹性变形分析中的应用。由于样条几何基函数缺乏插值性,等几何分析中单元所受载荷无法像传统有限元法一样直接均分到单元各个节点上,针对这一问题,将任意载荷作用区域分为两种基本形式,通过一定的映射关系将这两种形式由规则形状表示,从而将规则形状的高斯积分点同样映射到不规则区域上。数值算例结果表明,和传统有限元相比,基于非结构化T样条的薄壳等几何分析能够以更少的系统自由度获得精确解,而任意区域的积分映射方法也有效地解决了等几何分析中载荷施加的问题。     

螺栓联接的精确建模与有限元分析

螺栓联接以其螺纹螺旋的特殊几何形态而具有独特的力学行为。利用螺纹轮廓数学表达式,得到精确的螺纹螺旋的几何参数。基于有限元软件ANSYS,采用自底向上建模法,建立可实现规则六面体单元网格划分的螺栓联接三维有限元模型。然后分析了一定预紧后的负载分布,结果与传统理论及实验对比表明,基于该精确模型的仿真能提高分析螺栓联接负载分布规律的准确度,与实验结果更为贴近。提出了一种精确、实用构建螺栓联接模型的方法。     

基于BDD技术下的故障树重要度分析

利用基于割集的传统故障树分析(FTA)技术进行复杂系统部件重要度计算时,面临着计算结果不精确、计算效率低等缺点。用于辅助故障树分析的BDD(二元决策图)技术则具有计算效率高、结果精确、并可在计算机上有效进行计算等特点。主要介绍如何把BDD技术应用于系统部件的重要度分析,为系统部件重要度分析提供一种计算方法和分析手段。     

往复压缩机管道气流脉动的声电模拟与实验验证

准确计算管道系统的压力脉动,对工程中减缓管道振动具有重要意义。声电模拟具有易于演示、直观方便、简便快捷等优点,在工程中具有很强的实用性。本文利用MATLAB/Simulink中的电气系统仿真模块集,建立压缩机排气管线的电学模型,计算管道系统的压力脉动,并通过实验验证声电模拟的准确性。结果表明:管道系统内的压力脉动可类比于电学系统中的电压,质量流量脉动可类比于电流,通过计算电学模型中任意位置的电流和电压值,可方便得到管道中任意点的气流脉动情况。     

电动铲运机桥壳的有限元分析

针对某型号电动铲运机桥壳强度计算的工程问题，利用面向特征的建模方法，建立了桥壳的三维几何模型和有限元分析模型，得出了有限元分析结果；并通过与简化的强度计算方法进行比较，说明了有限元计算方法在工程分析中的可靠性以及它具有的明显优势。     

滑动螺旋副螺纹牙根应力有限元分析

目前,滑动螺旋副螺纹牙根应力的分析计算仍然是基于材料力学悬臂梁理论和假设的计算方法,与精确解有较大的差距。本文利用有限元分析软件ANSYS9.0对5种型号梯形螺纹牙根应力进行了有限元分析,得出了正应力和切应力等值分布图。用数学工具软件MATLAB7.0分析了螺纹牙根应力随几何尺寸的变化规律。为滑动螺旋传动的精确设计及牙根应力的深入研究提供了有益的分析数据和方法。     

基于RCC-M规范快速计算管道热冲击应力的探讨

对管道热冲击应力快速计算方法和核一级设备设计规范(对比RCC-M规范和ASME规范)中管道壁厚径向线性温度分布引起应力分类方法展开研究,探讨了核电厂在线疲劳监测系统中快速、精确计算管道热疲劳应力的方法。以核电厂某典型的管道T型接头为分析对象,分析了基于格林函数快速计算管道热冲击应力响应方法的有效性。研究结果表明,参考瞬态下,格林函数计算结果与有限元数值仿真结果偏差在0. 5%范围之内,基于格林函数快速计算管道热冲击应力具有较高的可靠性;参考分析瞬态下径向线性温度分布引起管道轴向最大应力值占设计规范限制3Sm的7. 03%,相比ASME规范的设计要求,RCC-M规范的分析准则存在不必要的保守性。     

基于Wasserstein距离测度的非精确概率模型修正方法

复杂物理系统的数学代理模型往往包含多类不确定性因素。在实际工程问题如机械系统可靠性优化设计中,可结合系统响应的部分实测数据,校准模型关键参数取值,修正模型结构,提高代理模型的保真性。但对于具有混合不确定性的非精确概率模型,传统基于欧式距离的模型修正方法并不适用。针对这一问题,提出一种基于Wasserstein距离测度的模型修正方法,该方法基于Wasserstein距离测度构建核函数,利用p维参数空间中Wasserstein距离的几何性质以量化不同概率分布之间的差异,相较于现有模型修正方法,可校准模型的高阶超参数,显著降低模型结构及参数不确定性。针对工程实际需求,进一步采用近似贝叶斯推理与切片分割技术以降低计算成本。通过受迫振动钢板本构参数校核问题与NASA Langley多学科不确定性量化问题验证了本方法在静力学与动力学等实际工程问题中的有效性。     

X52长输管线在悬空状态下的安全研究

以轮库输油复线某段X52原油管道为工程背景,管道意外悬空后,将管线悬空段简化为大挠度梁,且考虑管梁的几何非线性,将埋地段看成有限长梁,考虑了土壤纵向抗力的物理非线性,利用Winkler弹性地基理论、管-土互作用双线性模型等力学理论建立悬空管道系统的大变形分析模型。通过X52管线钢拉伸试验、管道悬空模拟试验研究及有限元仿真建模,验证了有限元仿真方法的可靠性,分析计算了X52管道基于应力失效准则的安全悬空长度和基于应变失效准则的极限悬空长度,通过极值应力、应变随不同悬空长度的变化规律研究,解释了取应变作为管道失效判据的合理性。     

平尾大轴CAD/CAM专用系统总体设计的研究

讨论了某型号飞机平尾大轴在传统设计和加工中存在的问题。根据平尾大轴设计和加工的特殊要求 ,提出了专用系统的总体结构及数据流程。利用UGⅡ软件作为二次开发平台 ,对二次开发专用系统的方法以及开发中的关键技术问题进行了研究 ,研制出了实用的平尾大轴CAD/CAM专用系统。该系统具有高效、精确的造型功能 ,提供对平尾大轴非几何特性的精确计算 ,具有二维绘图功能 ,提供高效稳定的专用加工方法。该系统已在实际工程中得到应用     

基于ANSYS的可转位刀片有限元分析

采用有限元软件ANSYS构建出具有复杂截面几何特性、复杂边界条件的硬质合金可转位刀片三维有限元模型。通过切削力试验测得切削力，在ANSYS中加载求解，进行应力场分析，计算出刀具的最大应力等，利用ANSYS的有限元分析和计算机图形学结合功能，显示三维应力等值线(面)、位移等值线(面)。结果表明该有限元模型更接近硬质合金可转位刀片的真实形状，可方便地进行硬质合金可转位刀具的抗弯强度和抗压强度校核，有利于对切削过程中的力学特性进行深入研究，为硬质合金可转位刀片的优化设计提供基础理论。     

基于知识与UG二次开发的吊具参数化设计系统

由于作业时需要具有很高的安全性,因此吊具结构尺寸的设计和安全性检验便成为关键。在原有设计方法的基础上,利用UG7.5开发了吊具设计系统,并采用ANSYS对吊具进行有限元分析。根据计算和有限元分析结果,优化了吊具的结构尺寸,实现了吊具在生产前的检验与优化。     

充液管道与支撑系统的耦合振动分析

充液管道与其支撑结构之间的耦合,使系统的振动分析复杂化。基于有限元方法,将充液管道和支撑结构分别建模,再通过管道与支撑的固结点将两个系统耦合,推导得到耦合系统的运动方程,分析充液管道与支撑系统的耦合振动特性。分析结果表明:固液耦合作用使管道与液体模态频率减小,同时,耦合效应对系统的高阶振型影响明显;支撑结构与充液管系存在较强的耦合振动模态,在工程应用中应避免此类振动的发生。     

齿轮无摩擦接触的等几何分析研究

使用等几何分析法进行平面无摩擦接触分析,采用罚函数法将接触约束条件引入系统势能函数,采用多片NURBS曲面片缝合的方式进行渐开线齿轮建模和接触分析,将计算结果与有限元解进行了对比,结果表明等几何分析法在分析接触问题时具有计算精度高、应力场更加光滑等优势,为解决接触问题提供了一种有效的方法。