双母线椭球壳液压胀形过程应力与变形分析

通过设计双母线椭球壳作为胀形前预制壳,解决了初始轴长比大于2的椭球壳在胀形过程赤道带起皱的问题。为分析双母线椭球壳胀形过程的应力与变形特点,进行初始轴长比为1.5和1.7的双母线椭球壳液压胀形试验研究和数值模拟。通过数值模拟,揭示双母线椭球壳无模胀形避免起皱的机理。在变形过程中,赤道带板料一致承受双向拉应力作用;赤道带焊缝处在变形初始阶段存在纬向压应力,产生的原因是焊缝处多面壳体二面角展开过程存在弯曲效应,在焊缝外表面带来附加压应力,该压应力不足以引起失稳起皱;随压力升高,壳体各处均受双向拉应力作用。通过试验研究,绘制典型点的应力轨迹图,揭示双母线椭球壳胀形过程中塑性变形发展及壁厚变化规律。极带最先发生塑性变形,随着压力的升高,塑性逐渐向赤道线方向发展,赤道线最后发生塑性变形;壳体侧瓣中心线比焊缝线更容易发生塑性变形。极带的变形量大于赤道带,所以壁厚的最大减薄位于极点,最大减薄率分别为10.4%和16.3%。最终获得合乎设计要求的椭球壳。     

基于Abaqus的薄膜阀壳体强度分析

为了校核薄膜阀在工作压力1.5 MPa下设计是否可靠,基于Abaqus有限元分析软件,建立薄膜阀有限元模型,以最大应力为失效判据,计算其在工作压力下的结构强度。结果表明:ADC12材料壳体在1.5 MPa工作压力下,法兰处的最大应力199.9 MPa超过材料屈服强度170 MPa,产生塑性变形;M6连接螺栓在5000 N的最大预紧力下的轴向应力为96.39MPa,满足API 6A标准规定要求;上下壳体最大缝隙位于相邻螺栓连接的法兰之间,其值为0.2258 m m,大于A系列O形圈截面直径公差0.20 mm,不满足密封设计要求。     

双层复合管液压胀接成形影响因素分析

采用弹塑性理论,分析双层复合管液压胀接过程中内外管壁应力应变状态,得出了液压力与残余接触压力之间的关系式,并给出了外管只发生弹性变形时的液压力范围;通过分析液压力与残余接触压力关系式,得出液压胀接后内外管之间的残余接触压力随着液压力、内外管弹性模量比值的增加而增大,随着内外管之间初始间隙的增加而减小。     

双层管液压胀合过程的试验研究

胀合液压力的大小在双层管液压成形过程中起着决定性作用，因此准确地确定胀合液压力的工作范围至关重要。基于弹塑性理论，并结合试验研究，得到了胀合液压力与残余接触压力及外层管外壁环向应力之间的对应关系。结果表明：胀合液压力的工作范围及残余接触压力的试验值和理论计算符合良好，计算数据与试验值之间的最大误差为5．5％，为液压胀合双层管的工业生产和进一步理论研究提供较为科学的依据。     

薄壁壳体类零件端面铣削夹具

云南读者高军来信说，希望本刊介绍有关薄壁零件铣削的夹具及加工经验。在机械加工中，经常会遇到薄壁壳体类零件的板上实测平面度为0．1～0．2mm，严重影响了产品质端面铣削加工，如图1、2所示。两件的壁厚为6mm量。为此，我厂设计制作了专用铣床夹具，保证了平面和5．smm，加工面的平面度为0．08mm，加工面与汽度要求。经长期生产实践证明，夹紧可靠，找正方便，缸盖平面贴合，要保证贴合处不漏油。原加工工艺来经济效益显著。用平日钳夹紧零件在立铣上铣削，卸下零件后在平一、缸盖罩壳铁央具在设计时应考虑：（1）用中250mm铣刀盘在立铣…     

非金属壳体水压试验装备增压系统技术改进

对非金属壳体水压爆破试验工艺与装备在试运行中出现的问题进行了分析,运用理论与经验相结合的方法,确定了问题发生的原因并给出了解决方案。通过对非金属壳体水压爆破试验装备的核心增压系统进行技术改进,解决了原设备在生产中存在的不足,改进后的设备能够满足容积0.005 m³～25 m³、压力0 MPa～150 MPa的非金属壳体的水压试验与水压爆破试验,增压速度快,压力曲线均匀连续,无压降现象发生,最大试压精度可达±0.1 MPa。     

蒸汽发生器管子管板胀焊结合残余接触应力分析

采用有限元方法模拟蒸汽发生器管子管板的胀焊结合工艺过程,研究不同胀接压力下管子管板残余接触应力的分布情况、焊接温度场对管子管板残余接触应力的影响,以及未胀接区域长度对管子管板胀接区域残余接触应力的影响.分析结果表明,在胀接压力作用下,管子管板两端产生环向应力峰值,环向应力峰值随胀接压力的增大而增大,且管子过渡区域环向应力大于轴向应力.在焊接温度场作用下,靠近焊接区域的管子管板会发生应力松弛现象,应力环消失.随着未胀接区域长度的增大,焊接热影响减弱.当未胀接区域长度大于14 mm时,应力环会再次出现,且数值相对较小.先胀后焊的接头处焊缝区域残余接触应力最大,管桥间残余接触应力最小.对于胀焊结合工艺,需结合实际工作情况,考虑焊接对胀接区域应力松弛的影响.     

自紧密封不锈钢衬里复合管液压胀合研究

研制开发了一种径向自紧密封式不锈钢衬里复合管液压胀合成形装置。讨论了复合管液压胀合成形过程的原理,并采用弹塑性理论分析了其在胀合成形过程中内管及外管的应力应变状态。利用变形协调条件,得出了胀合压力p_e与复合管内外管之间残余接触压力p_r~*的理论计算公式,并通过试验对公式进行了验证。结果表明该装置结构及其计算方法均可适于工程应用。     

考虑热、弹、流耦合的航空发动机齿轮箱壳体拓扑优化分析

为提高航空发动机齿轮箱壳体的结构性能,减小发动机恶劣工况对壳体产生的不利影响,采用基于变密度法的拓扑优化理论,以最小柔度指数和加权平均模态特征值为目标函数,考虑壳体所处环境的热、弹、流等耦合影响,以最大变形不超过0.15 mm、等效应力不大于材料屈服应力为约束条件,对航空发动机齿轮箱壳体进行了拓扑优化设计;根据拓扑优化结果,对壳体结构进行了几何重构,并对优化前、后壳体结构的强度、刚度、质量进行了对比分析。结果表明,优化后的壳体质量由5.53 kg下降到5.107 kg,减重7.64%;壳体最大变形由0.173 1 mm下降到0.12 7 mm,变形减小26.6%;壳体最大等效应力由124 MPa下降到116.9 MPa,等效应力减小5.7%。在减小壳体质量的同时,有效地降低了壳体的最大变形和等效应力,显著提升了壳体的强度和刚度。对提高航空发动机齿轮箱传动壳体可靠性和寿命具有重大意义。     

等压密封件治漏

减速箱漏油,已成为矿山设备的一个技术难题。我们在检查分析中发现,减速箱静结合面漏油是由于结合面的加工精度和表面粗糙度不高;在长期使用过程中产生应力变形。装配时,出现较大间隙,最大间隙达1.6至1.8mm,装配后,压力集中在间隙小的部位,间隙大的部位压力很小,因此导致在间隙大的部位发生泄漏。 通常使用的耐油橡胶垫仅能用于间隙小于0.5的结合面密封,固体垫片与液态密封胶合用也只能在0.9mm间隙范围内保证密封效果,减速箱静结合面的漏油,大都是由于其结合面间隙大于0.9mm,无法保证其密封效果而导致漏油。     

厚壁半球形液压缸的强度计算及其与圆筒形液压缸对比分析

半球形液压缸是缸梁一体式压力机的主要承力构件,它与传统的三梁四柱式液压机的圆筒形液压缸相比,结构上和受力状态都发生很大的改变,从而使承压能力有近一倍的提高。导出半球形液压缸强度计算公式,对于厚壁球壳,最薄弱区域是球的内壁,在该处有最大的经(纬)向拉应力与代数值最小(绝对值最大)的径向压应力。按照Tresca 强度准则或Mises强度准则均可算出数值相同的最大当量应力,强度计算公式表明该应力应小于或等于材料的许用应力。并将该式与圆筒形液压缸强度计算公式进行对比,在相同条件下(相同许用应力、相同内压及相同内半径),计算结果表明,半球形液压缸的壁厚要远小于圆筒形液压缸,减重效果明显。     

纯水密封径向间隙优化设计及仿真计算

纯水密封摩擦力大、泄漏量大、寿命短,无法为矿井液压系统稳定工作提供可靠有效的保障,从而导致开采过程中出现安全隐患。针对上述问题,利用有限元分析软件ANSYS建立复合密封件二维轴对称模型,在其他条件相同的情况下,分析不同径向间隙、不同压力载荷对密封静态和动态性能的影响,得到密封接触应力变化时对密封性能的影响规律,通过对不同径向间隙进行参数化设计,找到满足工作条件的最优径向间隙。仿真分析表明:径向间隙为0.25 mm时,复合密封件在1.5倍公称压力下的接触应力为49.854 MPa,密封效果最好;径向密封间隙为0.375 mm时,接触应力过小会导致泄漏现象产生;径向间隙为0.125 mm时,虽然密封性能进一步提升,但是接触应力的增大导致密封件磨损加速。实验表明:0.25 mm径向间隙液压缸密封寿命可达到20000次,较0.125 mm径向间隙液压缸密封寿命长约1/3。     

水力加压器组合密封结构设计及参数优化

为了提高水力加压器密封性能,设计一种由滑环与O形密封圈组成的组合密封;利用流体压力渗透载荷的加载方法对密封结构进行有限元仿真,得到单因素滑环结构参数对密封性能的影响规律;利用正交试验,分析多因数滑环结构参数综合作用对活塞密封性能的影响。研究结果表明:滑环沟槽底部厚度、滑环侧边宽度、滑环高度、活塞单边径向密封间隙对动密封面接触压力影响依次减弱,新型密封结构选择滑环高度6.5 mm、滑环侧边宽度2.65 mm、滑环沟槽底部的厚度0.7 mm、单边径向间隙0.25 mm时,其最大接触应力比常规O形密封圈结构提高了245%;新型密封结构中的动密封面接触应力比常规O形密封圈结构有了显著的提高,提高了水力加压器的密封性能。     

Plastic bulging of sheet metals at high strain rates

The biaxial bulge test is a material test for sheet metals to evaluate formability and determine the flow stress diagram. Due to the biaxial state of stress induced in this test, the maximum achievable strain before fracture is much larger than in the uniaxial tensile test. A new dynamic bulge testing technique is simulated and analyzed in this study which can be performed on a conventional split Hopkinson pressure bar (SHPB) system to evaluate the strain-rate dependent strength of material at high impact velocities. Polyurethane rubber as pressure carrying medium is used to bulge the OFHC copper sheet. The use of hyperelastic rubber instead of fluid as a pressure medium makes the bulge test simple and easy to perform. The input bar of SHPB is used to apply and measure the bulging pressure. The finite element simulation using ABAQUS/explicit and analytical analysis are compared and show good correlation with each other. The results clearly show that as the strain-rate increases, the strength of the OFHC copper increases. From the study, a robust method to determine the material behavior under dynamically biaxial deformation conditions has been developed.     

3500m~3天然气球罐应力测试

35 0 0m3天然气球罐是上海 1998年重点实事工程。球罐设计压力P =1 5 3MPa ,球壳板材料为WEL -TEN6 10CF ,板厚 38mm。由于焊后不进行消除应力热处理 ,因此在气压试验前后对球壳板Y形焊缝、T形焊缝等部位进行了焊缝残余应力测试 ,在气压试验过程中对球壳板Y形焊缝、T形焊缝、赤道板支柱部位进行了应力应变测试。测试结果表明 ,经气压试验后焊缝残余应力有一定下降 ,应力应变测试表明球罐焊缝及热影响区没有出现明显的应力集中现象。球罐壳体的工作应力叠加残余应力的总和仍小于材料的屈服限 ,球罐在正常状态下运行是安全的     

变间隙密封液压缸密封间隙测量技术研究

为了实现变间隙密封液压缸密封间隙量的测量,以活塞唇边简化为厚壁圆筒模型,以迦辽金位移函数为理论基础推导出活塞唇边的变形关系式,采用LabVIEW对液压缸密封间隙进行仿真实验,通过超声波测量来验证测量结果,实现对压力、密封间隙、活塞运动位移量的数据采集和数据处理。结果表明：仿真实验和超声波的测量结果的最大误差为7.94%,其密封间隙的测量方法是可行的。所设计的测量系统缩短了测试时间,为变间隙密封液压缸的性能测试提供了理论和实验的支撑。     

复杂工况下电子制动助力器密封圈间隙咬伤机制研究

针对电子制动助力器主缸密封圈在高动态工况下发生间隙咬伤的问题,建立基于Mooney-Rilvlin的橡胶本构模型对密封圈应力进行仿真分析,通过构建间隙咬伤系数参数来定量表征密封圈在复杂因素下发生间隙咬伤的程度及损伤破坏速度。结果表明：在高压工况下,橡胶材料硬度在80以上时,密封圈具有较强抵抗变形的能力,根部不易被挤入间隙中,所以橡胶材料硬度是决定密封圈根部发生间隙咬伤的主要原因;而当接触面摩擦力过大时,活塞在运动过程中会将密封圈唇部挤入缝隙,因而接触面摩擦力是影响密封圈唇口间隙咬伤程度的主控因素。综合考虑材料硬度和接触面摩擦因数2个影响因素,通过正交试验确定了在实际摩擦因数为0.1～0.15的情况下,将橡胶硬度提高到80以上,可有效地降低密封圈唇口和根部发生间隙咬伤的概率。     

离心风机叶轮径向间隙对其泄漏及性能的影响研究

基于离心式风机的间隙,首先研究了不同湍流模型对数值计算结果的影响,并将其与试验测量值进行对比,发现SST模型与试验误差小于3%。接着利用该模型分别模拟了间隙为4、6和8 mm时,风机内部的流场特性,并对其进行了系统的分析。研究结果表明:随着气体流量的增加,泄露量的增加量存在一个特定的拐点,拐点前泄露量的增幅缓慢,拐点后泄露量急剧增加;径向间隙越大,相同流量下的泄漏量越大,但是拐点之前间隙大小对泄漏量的影响较小;随着径向间隙的增大,泄漏增加的趋势越明显。此外,还验证了径向间隙只能调整风机的静压效率,而不能改变静压效率曲线趋势。     

液压支架立柱组合蕾形密封圈结构参数与密封性能研究

以某大采高液压支架立柱组合蕾形密封圈为研究对象,采用有限元法分析唇内、外倾角和唇谷高等结构参数对组合蕾形密封圈静密封性能的影响,同时研究油压压力、密封间隙、立柱活塞速度、摩擦因数对密封圈动密封性能的影响。结果表明:一定取值范围内,唇内、外倾角和唇谷高越大,静密封性能越好;油压越大、密封间隙越小,动密封性能越好;摩擦因数越大,外行程时动密封性能越好,内行程时则相反;活塞运动速度对动密封性能影响较小。为保证该组合蕾形密封圈具有良好的综合密封性能,各参数优化取值范围为:唇外倾角20°~30°,唇内倾角20°~35°,唇谷高度12.2~13.2 mm,摩擦因数小于等于0.1,密封间隙0.1~0.3 mm,油压不超过50 MPa。     

Finite deformations of an initially stressed cylindrical shell under internal pressure

This paper investigates the large deformations of an extended thick cylindrical tube under internal pressure, with emphasis on the static nonlinear behavior and instabilities of the shell. Thick elastic tubes that undergo large elastic deformations under internal pressure can exhibit novel instabilities. After some deformation, part of the tube becomes highly deformed taking the form of a bulge, while the remainder appears almost unchanged. This local instability phenomenon corresponds to a limit point along the nonlinear equilibrium path. After the onset of these highly nonuniform deformations, the local bulge initially grows with a marked decrease in internal pressure while the rest of the tube unloads. First, a detailed experimental analysis is carried out involving different geometries and initial axial forces and the influence of the axial force and of the internal pressure on the critical pressure is investigated. The shell used in the experiments is composed of an isotropic, homogeneous and hyperelastic rubber, which is modeled as a Mooney–Rivlin incompressible material, described by two elastic constants. These constants are obtained by comparing the experimental and numerical solutions for the shell under axial tension. The governing shell equations are solved numerically using the finite-element method, using the program ABAQUS. The experimental results are, as shown in the paper, in satisfactory agreement with the numerical analysis.