温度计套管的工程应用设计方法

 在工程应用中,温度计套管因共振导致断裂问题日益受到重视,相关的讨论也很多,但多局限于对共振频率的计算与评估,缺乏对共振情况下和非共振情况下温度计套管的受力分析和研究,没有一个综合的解决方案.针对这一现状,根据ASME PTC19.3 TW-2010提供的准则,通过对温度计套管振动频率、静态应力和动态应力的分析,建立了相应的极限限制条件,提出了温度计套管的应力分析和断裂评估的工程应用设计方法.从设计资料准备到计算评估等给出具体的设计步骤,并结合计算实例,介绍了这个方法的具体应用.这种方法可以使温度计套管从本质上避免共振折断.     

温度计套管断裂原因分析及改进

本文分析对中压蒸汽管道温度计套管断裂原因，对温度计套管在吹扫阶段、工作过程的振动频率进行了计算，认为该温度计套管的结构参数存在问题；温度计套管改进后，对振动频率重新计算，满足要求。     

具有局部牙形误差的油套管螺纹联接受力分析

油套管螺纹加工过程中会产生局部牙形误差,这种局部牙形误差会影响油套管螺纹联接的受力和变形,进而影响螺纹联接质量。在弹性力学的基础上,根据螺纹牙的几何形状,建立新的数学模型,通过对每圈螺纹牙进行受力分析,得到能够考虑局部牙形误差的油套管轴向过盈联接时螺纹牙齿面上受力分布的计算公式。同时,以P-110S圆柱管螺纹为计算实例,研究了不同的局部牙形误差对油套管螺纹联接的受力影响,得出了一系列规律性的结论。     

流体套管温度计测温原理及其测量误差的分析

从传热学角度分析套管温度计测量流体温度的物理模型,并阐述了其测温基本原理。通过实验数据和计算结果定量分析了该方法引起的测量误差的大小,探讨了产生测量误差的可能原因及影响误差大小的具体参数,总结出减小测温误差的基本途径和具体措施,对工程实际中提高测量精度有良好的效果。     

套管连接螺纹的受力分析与改善措施

套管在轴向拉力作用下，连接螺纹的各牙受力很不均匀，从而严重制约了套管接头的承载能力．针对套管螺纹的结构特点，建立了连接螺纹在轴向拉力作用下的力学模型，分析了各牙螺纹的受力和变形特点．在此基础上，给出了改善套管螺纹受力分布的具体方法，并从便于进行螺纹加工的角度出发，提出了外螺纹螺距不变，内螺纹变螺距的近似方案，最后用有限元法验证了这种方案的可行性．为改进套管螺纹设计，提高套管螺纹连接质量提供了依据．     

矮塔斜拉桥索鞍受力分析

本文以一座矮塔斜拉桥为研究对象，采用空间有限元方法计算了索鞍的受力情况，将索力按比较真实地转化为抛物线形面压力施加在各个对应孔道上。对分丝管和双套管进行了比较。     

整体钻柱的受力与变形分析

利用有限单元法，建立了整体钻柱的受力与变形分析模式。用这一模式计算了一口水平井在其增斜段钻柱全长的受力与变形，对钻柱全长的受力与变形分析结果与仅取下部钻具组合时的分析结果进行了对比．算例表明，整体钻柱的受力分析结果是合理的。首次计算出实际井眼中钻柱整体的受力与变形状况，对于合理设计定向井或水平井的钻柱与下部钻具组合有一定的参考价值。该方法同样适用于对套管柱进行受力与变形分析。     

注浆长度与套管类型对扩大头锚索性能的影响

扩大头锚索因具有抗拔承载力大、支护效率高等优点在岩土工程中应用广泛,而注浆段落的长度和自由段保护套管的类型将对锚索受力变形特性产生影响。为此,依托实际工程开展了锚固段注浆+PE波纹管(设计方案)、全长注浆+聚乙烯(polyethylene, PE)波纹管(实际施工常用方案)、锚固段注浆+高密度聚乙烯(high density polyethylen, HDPE)套管、全长注浆+HDPE套管等四种不同工况扩大头锚索的现场拉拔试验,对比分析了不同工况下锚索的拉拔荷载-位移(Q-s)曲线、荷载-弹性位移(Q-s_e)曲线与荷载-塑性位移(Q-s_p)曲线、自由段伸长量比例、刚度系数等受力变形特征。试验结果表明,相同注浆长度条件下,采用HDPE套管相比PE波纹管能够更好地发挥对自由段的隔离保护作用,保证自由段的变形性能;而采用相同套管类型时,注浆长度的增加会导致自由段伸长量值的减小,并会增大锚索刚度系数。在试验研究的基础上,提出现场锚索施工采用锚固段注浆+HDPE套管或全长注浆+HDPE套管的建议方案,从而保证锚索受力变形性能均达到设计预期。     

非均匀地应力作用下套管与水泥环的受力分析

以地层－水泥环－套管组合系统地研究对象，以弹性力学为基础，对套管及水泥环在理想关头主况下受非均匀地应力和均匀内共同作用时的受载特性进行了分析，并依据不同的接触条件推导出相应的线性代数方程组。借助于计算机计算出不同地应力及表面受力分布，并可分析水泥环弹性模量及厚度、套管壁厚、水泥环与套管的接触状况等因素对套管及水泥环受力分布的影响。     

大位移井下套管受力分析和计算

通过分析套管柱在下入过程中的受力 ,导出了套管柱在大位移井中的三维力学模型 .该模型综合考虑了井斜角和方位角的变化、套管柱内外密度的不同、内外泥浆的压力以及套管自身的几何参数、物理参数等因素的影响 .通过对模型的求解 ,可以得到不同井眼类型、泥浆密度、悬浮长度以及不同下套管方案下的套管受力 ,为大位移井下套管作业提供了力学参考 .该模型所开发的软件可用于大位移井下套管摩阻预测和下套管方式的选择 .用该软件对两实例加以验证 ,预测结果与实测结果吻合较好 .     

某航空发动机压气机叶-盘耦合振动分析

基于循环对称结构模态分析基本理论,建立并验证压气机叶-盘结构耦合振动特性分析方法和流程。在能够线性求解的前提下,考虑叶-盘间实际连接情况,不忽略叶片榫头与轮盘榫槽间应力状态对振动特性的影响。选取某民航发动机高压压气机第三级叶-盘结构为分析对象,提取结构特征参数,在ANSYS软件中建立起叶-盘结构的三维有限元模型,并进行耦合振动仿真分析。首先计算该叶-盘结构在不旋转工况下的频率和振型,然后计算其在常用转速工况下存在预应力时的频率和振型,分析得到离心载荷对频率和振型的影响规律。最后分析其行波振动特性,计算3节径1,3,5阶行波节径振动频率。考虑外缘叶片受到周期性气体力对叶-盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据,同时也为压气机叶-盘结构的振动特性分析提供了便于工程应用的方法。     

过冷大水滴粒径分布的欧拉-拉格朗日混合抽样算法及对冰型影响

过冷大水滴（supercooled large droplet,SLD）云雾环境不同于常规粒径范围的过冷水滴,具有更大的粒径范围和复杂的水滴粒径分布形式,使得结冰的冰型异常复杂,从而给飞行器的飞行安全带来了前所未有的挑战。现有结冰数值模拟方法仅能模拟单一粒径的水滴,无法准确模拟真实SLD云雾环境“双峰分布”的粒径分布特性和相应的冰型。为了准确高效模拟SLD这种粒径分布特性,本文提出了一种基于Rosin-Rammler 分布函数进行欧拉-拉格朗日混合抽样的水滴轨迹模拟算法。通过该方法收集水滴,再利用结冰模型与水膜模型计算表面溢流传热和冰高,从而实现了准确高效的SLD粒径分布的结冰数值模拟,并通过2.5维算例研究了SLD粒径分布对机翼结冰的冰型特征以及冰型空间随机性的影响。结果表明SLD的粒径分布对冰型有较大的影响,冰型特征和冰型随机性与MVD和粒径分布方差紧密关联。     

用无网格法分析功能梯度材料圆板的自由振动

采用一种新的方法研究了变厚度功能梯度材料圆板的自由振动问题。首先用能量法获得了自然频率的基本方程,通过无网格法构造形函数;然后采用伽辽金弱形式公式求解偏微分方程,得到关于频率和振型的矩阵方程。最后根据以上推导编写MATLAB程序,计算简支和固支两种边界条件的变厚度功能梯度材料圆板无量纲自然频率及振型;并探讨相关参数对结果的影响及提高计算精度的因素。结果表明无网格法求解得到的系统自然频率与已知的解析解基本一致,证明这种方法的理论推导和程序编写是正确的,可以应用于变厚度功能梯度材料板的自由振动分析;且其具有理论简单、计算量小等优点。     

热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性

基于哈密顿原理建立了纤维增强悬壁复合薄板的动力学方程,并利用双向梁函数法对其固有频率进行求解.然后,编写了Matlab计算程序,并给出了热振环境下分析其固有特性的具体流程,最后,搭建了该类悬臂复合薄板结构在热振环境下的固有特性测试系统.并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,对其固有频率进行了测试.结果表明,热振环境下纤维增强悬臂复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在15%以内,且振型结果也与测试振型结果一致,进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.     

板芯脱黏损伤对复合材料蜂窝夹层结构振动特性的影响

板芯界面脱黏是复合材料蜂窝夹层结构最常见的损伤,对其开展振动分析具有科学价值和工程意义.基于蜂窝芯材的细观构造,利用有限元软件ANSYS建立了复合材料蜂窝夹层结构的有限元模型,研究脱黏损伤的尺寸和位置对振动特性的影响.结果表明:脱黏损伤使蜂窝夹层结构的固有频率降低;损伤尺寸越大,固有频率越低;损伤位于结构中部时4阶固有频率最低,其余各阶固有频率随着损伤越接近固支端而越低;损伤尺寸和损伤位置对不同阶振动模态的影响程度不同.研究方法和结论为此类结构的损伤检测以及损伤容限设计与分析提供了必要的参考依据.     

基于Workbench的流固耦合作用下三通管振动特性分析

使用ANSYS Workbench软件,对流固耦合作用下的三通管振动特性进行分析。首先应用Solidworks和ANSYS Workbench对结构进行几何建模,再利用CFX模块对流场进行计算,将得出的结果以荷载的形式导入Workbench进行流固耦合状态下的模态分析。计算研究三通管在双进单出和单进双出情况下的入水口流速、入水口压强和管壁厚度对固有频率的影响。结果表明,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大,两种不同流体流动方式三通管的前六阶振型都主要是整体梁变形;管道的固有频率会随着入水口压强和流速的增加而增加;随着壁厚的增加,前三阶固有频率有所降低,第4～6阶固有频率则先升后降;在入水口压强、入水口流速和壁厚等条件相同的情况下,双进单出三通管的固有频率比单进双出三通管的固有频率略大。     

索-混凝土组合梁结构自振特性

针对索-混凝土组合梁这一新型结构体系,应用ANSYS有限元软件进行自振特性分析,求出结构的自振频率及相应的振型。而后对索—混凝土组合梁结构的各项参数（包括索截面面积、索初始应变、梁跨度、刚性杆高度）进行了分析,研究其对结构自振特性的影响。研究发现：索—混凝土组合梁结构较柔,刚度偏弱,基频较小;索截面面积对结构自振特性影响不大;索初始应力主要影响结构的前几阶振型;随着梁跨度的增大,结构的频率明显减小,结构变柔,刚度变小;刚性杆的高度主要影响结构的前几阶振型,在实际工程应用中,刚性杆的高度以0.5～0.7 m为宜。     

冠状动脉植入支架的动态特征分析

采用有限元分析方法,研究了镁合金冠状动脉支架在植入过程中由膨胀产生的弹塑性大变形行为,得到了支架内等效应力随膨胀加载位移的变化规律. 考虑了支架回弹后残余变形、残余应力以及血管约束对其动态特征的影响,计算了支架前5阶的固有频率、相应的振动模态以及在简谐激励下的位移响应. 分析结果指出,植入支架经过膨胀和回弹变形后,前5阶固有频率均会显著降低,并且残余应力对支架固有频率和振动模态影响较小. 考虑血管约束时,支架的前4阶固有频率有所改变,但是不影响振动模态特征. 并且指出支架较之扭转和呼吸变形更易产生弯曲变形. 这些结果可为支架强度和刚度的优化设计提供参考.      

某航空发动机高压压气机盘的振动特性分析

基于含预应力结构模态分析的有限元理论,对某典型航空发动机压气机盘进行振动特性分析。根据初始设计参数,在通用有限元软件中建立起盘的三维有限元模型。首先计算了盘在不旋转时的频率和振型,然后计算了盘在常用转速下存在预应力时的频率和振型,并分析了离心负荷对盘固有振动特性的影响。最后分析了盘的行波振动特性,计算了节径振动的行波频率,考虑盘外缘叶片受到的周期性气体力对盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据;同时发现盘的驻波临界转速高于盘的最大工作转速,表明该盘不会发生驻波共振,对保证该发动机的可靠工作具有重要意义。