锥螺纹旋紧机构研究

研究不同牙形角和摩擦系数对锥螺纹旋紧机构轴向力及螺纹处最大等效应力的影响规律. 推导了锥螺纹的螺旋升角计算公式. 应用有限元法,建立了锥螺纹旋紧机构的参数化有限元模型,并通过对圆柱螺纹有限元分析结果与理论计算结果的比较,验证了锥螺纹旋紧机构的有限元模型的正确性.通过有限元分析可知,轴向力和螺牙最大等效应力随着牙形角及摩擦系数的增大而减小.     

岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.     

大型多支承回转窑托轮偏斜接触有限元分析

针对回转窑托轮偏斜对接触区应力分布的影响,运用赫兹接触理论,推导出托轮与滚圈最大接触应力比与托轮偏斜角的关系;采用有限元方法计算某支承结构托轮平行与呈最大偏斜角时的接触问题,得到支承部件接触应力和等效应力应变分布情况,并得出滚圈和托轮的危险易损部位;为回转窑的轴向调控提供了有效的理论依据。     

煤矿开采影响下浅埋输油管线变形及力学响应特性

针对输油管线穿越采动影响区时的管道变形、选型设计和安全防护等问题,以山东某煤矿3308工作面开采为背景,根据该区域地质条件、管道参数及实测数据,采用数值模拟方法分析了煤矿开采影响下管道的受力变形及区域性特征,研究了管道及土体不同物理力学参数对管道所受应力变化的影响。结果表明：受采动影响的埋地管道变形可分为无变形区段、拉压过渡区段和压缩变形区段,拉压过渡区段存在轴向应力方向变化的拐点;3308工作面开采过程中,管道中点处沉降位移最大,与模拟的管道沿线地表最大下沉值相等,管土间的变形为“管-土协同变形”,管道所受轴向应力由管道两端向中点先增大后减小再增大;不同的管道与土体物理力学参数对管道所受轴向应力的变化有着不同的影响,管线选型时需要综合考虑。研究结果可为采动影响区埋地输油管线的选型设计、施工运营和安全维护提供参考。     

基于斯潘格勒理论的埋地柔性管道有限元分析

基于斯潘格勒理论,简化了有限元分析中管土间复杂的相互作用.通过最小二乘法确定了有限元建模中的变量参数最大土压,从而建立了呈抛物线分布的水平静土压模型,实现了埋地柔性管线的有限元迭代计算;分析了其埋设深度和土体力学性能对埋地管道的径向与轴向变形的影响,以及地基差异引起的管道沉降问题.结果表明:该方法能合理地反映出土体与结构的相互作用,获得埋地柔性管道的应力、应变等结果,可应用于长距离埋地柔性管道和管件的设计及结构设计.     

不均匀场地钢制波纹接头埋地管线地震响应

震害调查表明,地震作用下埋地管线主要发生轴向接头拔出破坏,提升接头变形能力可有效地减轻埋地管线地震破坏。提出一种柔性大变形钢制波纹接头,以土弹簧模型考虑管土相互作用非线性特征,考虑两种力学性能的场地土,采用有限元方法对不均匀场地下埋地管线进行地震响应分析。分别建立有波纹管接头连接和无接头埋地管线有限元模型,数值分析了不同地震动作用下波纹管接头对地下管线应力、能量耗散、内力等的影响规律。结果表明：埋地管线在不均匀场地交界面处最大应力显著增加,波纹管接头可以有效减小管道轴力、弯矩以及von Mises应力。     

钢悬链线立管提升作业耦合动力响应仿真研究

为探究提升作业过程中钢悬链线立管(SCR)动力响应结果,基于时域耦合理论与有限元法,建立了安装作业船舶-缆绳-SCR动力学模型,计算分析了SCR在提升过程中的弯矩变化,并详细分析了不同提升速率下的船舶运动、SCR弯矩及收放(AR)缆顶端张力.研究结果表明:SCR的弯矩与AR缆顶端张力受SCR提升速率影响较大,AR缆顶端张力与悬垂段处SCR弯矩随着SCR提升速率增加而增大;当提升速率从1 m/s增大至2.5 m/s时,AR缆最大张力从2.742 6 MN增大至4.191 8 MN.     

近底床悬跨海管安全跨长的预测

由修正势流理论获得了海管沿轴向升力分布,运用海管的小挠度微分方程,通过有限元计算得到有混凝土配重海管的平衡位移和应力,分析跨肩约束、混凝土刚度和来流速度对最大位移和最大应力的影响,讨论悬跨长度增加时刚度失效和强度失效的行为规律,给出不同跨肩约束条件下随间隙比和来流速度变化的安全跨长分区图.结果表明:悬跨海管首先出现刚度失效,触底后则会发生强度失效;间隙比和跨肩约束是影响安全跨长的重要因素;来流速度小时,必须考虑海管的静态临界安全跨长.     

X80输气管线悬空状态下的安全评价

X80管线在我国西部恶劣复杂的环境中运行时,各类地质灾害经常造成管道悬空现象,严重影响管道的安全运营。在万能材料试验机上对X80管线进行拉伸试验,得其本构关系,为仿真计算提供依据。借助弹性地基理论、Winkler假定对悬空管道力学模型进行分析,应用基于应变准则的失效判据来判断管道的安全状态,并用有限元软件ABAQUS对X80悬空输气管道的安全状态进行模拟与分析。结果表明:最大应力、应变及挠度与悬空长度、管径比(D/t)呈正相关;悬空管道的危险点,位于埋设段与悬空段交汇处。这些结论为悬空管道的安全评估提供了一定的理论基础。     

深水跨接管热应力计算及敏感性分析

深水跨接管在受热及边界约束作用下将产生内部结构应力.采用理论研究及ABAQUS有限元数值模拟方法,对深水跨接管进行受力分析.结果表明,深水跨接管受热时,中跨管受力沿轴向保持一致,截面上则服从正弦/余弦分布,整体表现为受到轴力和弯矩的联合作用,弯管处应力集中现象明显,受力较大.在此基础上对深水跨接管热应力的敏感性进行分析,进而说明,温度差、中跨段长度、中垂段长度均对深水跨接管的热应力值有重要影响.其中,中垂段长度对跨接管中跨管轴力、弯矩影响权重最大.     

横向滑坡作用下埋地管道静力学与数值模拟对比分析

长距离输油管道周围环境复杂,灾害频发,其中滑坡地质灾害对埋地管道的长期安全运行构成了极大威胁.因此,研究滑坡作用下埋地管道的力学特性就极为重要.基于Winkler弹性地基梁模型和滑坡推力横向分布模型,考虑温差、内压及推力等因素引起的当量轴力的作用,建立横向滑坡作用下埋地管道受力变形的简化力学模型,根据对称条件、边界条件及滑坡体内管道与滑坡体外管道的变形协调性条件,求解管道变形的弯曲微分方程,推导得到管道挠度、转角、弯矩以及剪力的计算表达式.采用该算法对工程案例进行安全性评价,并基于ABAQUS软件对管道受力进行数值模拟研究,两者分析方法结果基本一致.结果均表明:在横向滑坡作用下,滑坡边界处的管道应力最大,最易发生破坏,滑坡体中部的管道变形最大.     

负载下焊接加固铁塔角钢轴压构件的受力性能

为研究不同加固截面形式、初始负载大小对铁塔轴压角钢焊接加固后受力性能的影响,选择了方形和L形两种加固截面形式,在4档不同初始负载下进行了焊接加固角钢的轴压单调加载静力试验,得到了焊接加固后角钢的荷载位移曲线、极限稳定承载力和破坏模式.针对试验试件建立了有限元模型,进行了考虑焊接间接热力耦合方法的数值模拟计算.对比试验和数值计算结果表明:两种加固截面破坏模式为整体弯曲失稳;相对于方形加固截面试件,L形加固截面试件对于热输入的影响更加敏感,延性较差;当初始负载名义应力比不超过0.3时,可以忽略初始负载大小对加固后角钢轴压构件极限稳定承载力的影响.     

非饱和砂土有效应力增量的试验研究

为了解土层有效应力增量对地基沉降的贡献程度,进行了非饱和砂土在不同轴向荷载和围压作用下的饱和试验、静载试验和莫尔-库伦应力分析,得到了砾砂土和圆砾土在饱和状态下的天然重度、黏聚力及内摩擦角等主要物理力学指标,利用这些指标计算得到有效应力增量值及其沉降贡献量.试验结果表明:与砾砂相比较,圆砾土的饱和度更易达到100%,其饱和重度较砾砂大,孔隙率和含水量却较砾砂小.对于饱和砂土,由有效应力法计算出来的主应力值大于由总应力法计算出来的主应力值,所得内摩擦角和黏聚力比用总应力法得出的结果更加合理.另外,有效应力增量对基底沉降的贡献不可忽略.     

基于DEM-FEM耦合的滑坡作用下输气管道动力响应分析

油气长输管道输送距离长,途径地形地貌复杂多样,沿途地质灾害频发对油气管道的安全输送造成严重威胁与破坏。本文以联络线输气管道横向滑坡为例,通过离散元与有限元单向耦合方式,对管道进行滑坡作用下的动力响应分析。首先通过EDEM离散元软件模拟滑坡过程中土体颗粒对管道的动态冲击过程,分析在滑坡过程中土体颗粒与管道的接触变化以及受力变化,然后将管道所受最大滑坡推力作为荷载导入ANSYS中,模拟得到在滑坡及内压协同作用下管道的应力和位移分布,最后将模拟结果与线上监测数据进行对比。结果表明：由离散元模拟得到滑坡作用下输气管道受力时程变化曲线,在第3秒管道受到的滑坡推力最大,将其导入有限元中模拟得到滑坡段管道等效应力、剪切应力与位移分布云图,将等效应力与实际监测数据进行对比,计算得到相对误差在7.30%以内,因此表明该模型具有一定的可靠性。     

天然气管输减阻剂减阻技术的研究与应用

 通过电镜微观试验研究,揭示了天然气减阻剂的减阻机制。通过对减阻剂加剂装置关键结构仿真优化表明：旋流雾化喷嘴的旋流室内锥角为100°时雾化效果最佳;喷孔直径的变化可改变减阻剂喷射的轴向速度,有利于增大喷射距离,但雾化角减小,喷孔直径为1.4 mm时,喷嘴的雾化效果最佳;旋流室切向孔角度对旋流室内部速度流场的影响较大,切向角为14°时喷嘴雾化效果最佳;通过实验室及现场试验,得出了合理加剂量的计算公式。本研究对天然气管输减阻剂减阻技术的推广与应用具有指导意义。     

轴向载荷作用下连续管的抗内压/外挤分析

根据连续管在井下的应力状态,考虑轴向载荷,应用弹性失稳理论和von Mises屈服准则,对理想圆截面管进行抗内压分析,得出连续管的破裂压力.建立椭圆截面管的挤毁压力数学模型;运用有限元软件对连续管的挤毁压力进行计算机模拟分析;并对挤毁压力数学模型和有限元分析结果进行比较,二者吻合.     

埋地管道静载试验水平边界约束影响的数值分析

基于模型试验结果,通过有限元数值模拟软件研究静载作用下模型尺寸对埋地管道力学性能与形变性能的影响.数值分析结果表明:模型箱水平边界在距管壁20D以内变化时,随着模型尺寸逐渐增大,土体极限承载力不断增加,并且相同荷载水平下加载板沉降与管道径向变形比也随之变大,而管周土压力、管周径向和环向应力均随之减小,边界对管道的约束作用逐渐减弱;模型尺寸不同时,管道径向变形比在加载过程中的变化规律差异明显;地表静载作用下,管道以环向受压为主,并且由于管顶产生土拱效应,管周土压力中管侧处最大,管顶处次之,管底处最小;当模型箱外壁水平向扩展超出20D时,管道上方土体承载力、管道受力和形变规律基本一致.表明为减少或消除水平边界效应,模型箱外壁水平向扩展边界选20D为宜.     

斜度对多梁式连续斜交小箱梁桥力学性能的影响

基于斜交箱梁桥弯扭耦合的受力特点,利用梁格法求解了自重作用下0°,10°,20°,30°,45°,60°共6种情况下多梁式连续小箱梁的弯矩、扭矩、应力和位移,对比分析了斜度对斜交连续小箱梁桥力学性能的影响。研究结果表明,在常用斜度范围(θ60°)内,主梁跨中截面的弯矩、位移随斜度的增大先减小后增大,而墩顶截面的弯矩、跨中截面的扭矩随斜度的增大先增大再减小;各截面上缘应力随斜度的增大先增大后减小,而下缘应力则随斜度的增大先减小后增大;当斜度达到临界斜度45°时,各截面的内力、位移均达到最值,此时,跨中截面扭矩值与正桥跨中截面的扭矩值相差倍数达到了100以上;斜度为0°~10°时,主梁弯矩、应力和位移变化均较小,可近似按直桥计算。在设计中,应充分考虑斜度对斜交箱梁弯扭耦合性能的影响,合理布置墩顶截面和跨中截面的抗弯、抗扭预应力钢束,使设计更经济、安全。     

小半径曲线连续箱梁桥恒载应力的空间分布特性分析

为研究混凝土曲线箱梁桥的空间受力特性,以某主梁宽9.75m、桥长5×18.76 m的城市立交匝道桥为工程背景,利用ANSYS有限元软件计算几种标准跨径的桥梁模型,通过对截面应力进行积分运算获取截面不同区域所承担的内力比例,并以内力比值系数、应力差值和应力比值为评价指标讨论了同跨径下曲线箱梁桥与直线箱梁桥在一期恒载作用下各控制截面弯矩、剪力和应力的差异。研究发现:一期恒载作用下,曲线箱梁顶、底板法向正应力分布不均匀,剪力滞系数最大可达1.35;外侧腹板承担剪力值最大可达内侧腹板的2.65倍;圆心角超过8°时,边跨跨中截面剪力比值系数大于1.1,圆心角超过13°时,边跨支点截面剪力比值系数大于1.13;在恒载作用下,曲线箱梁桥中性轴“倾斜”,在边跨跨中截面外侧出现正应力卸载现象,边跨支点截面内侧出现应力卸载现象。现行普遍使用的梁系有限元法计算结果不能真实反应曲线箱梁的空间受力分布,箱梁各腹板受力和顶底板弯曲正应力的分布在工程设计中应引起足够的重视。