预应力缠绕模具设计理论

综述张力设计理论的发展现状,现有缠绕张力的计算公式存在以下问题:纤维缠绕张力与预应力模具缠绕张力的大小相差几个数量级;将缠绕层视为整体,忽略了逐层缠绕的本质;缠绕层数没有具体计算公式;没有考虑摩擦因素的影响等。在考虑摩擦的基础上,建立模具最优缠绕模型,推导出新的缠绕张力公式具有重要的实用意义和科学价值。     

预应力钢丝缠绕超高压筒体的应力及变形分析

本文分析了预应力钢丝缠绕超高压筒体的应力及变形。由于钢丝层和工作载荷对芯筒的作用力均不能沿轴向全长作用，因而在简体的两端发生弯曲变形，引起应力和变形重新分布。本文从理论上分析并计算此种应力及变形，这对超高压容器的强度及密封设计是很重要的。本文还将计算结果简要地和有限元计算值及实测值进行比较。     

棱柱腔剖分式钢丝缠绕超高压模具数值模拟

在由剖分式压缸、支撑环和钢丝缠绕层等部分组成的新型高压模具上,研究了圆弧型腔体和棱柱型腔体对模具应力大小和应力分布的影响。通过理论计算得出钢丝等剪应力缠绕下压缸所能承受的极限内压和需要的缠绕层数,用有限元方法进行计算,从压缸和支撑环剪切应力以及钢丝层轴向应力等多角度进行分析。数值模拟结果表明,相比于圆弧型腔钢丝缠绕剖分式模具,棱柱型腔模具的应力和应力分布更加合理,压缸内部压力向外传递的能力更强,材料利用率高,因此棱柱型腔压缸能够承受更高的内压。     

钢丝缠绕予应力机架的研究

本项研究是根据Von platen所提出的“防破先分”设想,对于椭园形钢丝缠绕予应力机架,进行了力学分析、光弹性实验、模型电测实验、样机实测实验,以及多次的有限单元法计算,提出了本文的一些计算方法及算式。它已应用于国内一些压机机架的设计计算。     

悬索桥主缆缠绕钢丝的设计

提出了考虑主缆空隙效应的缠绕钢丝预加力计算公式，计算了选择主缆缠绕时机的条件和缠丝的技术要求，算例表明，主缆空隙率和缠绕钢丝的直径与弹性模量是影响缠丝预加力的主要因素。     

缠绕筒体的试验研究

本文研究了作为皮囊压机机架的缠绕筒体,在缠绕制作及压机生产试压时的应力——应变状态,详细介绍了两个阶段应力测定的结果,提出了在这种条件下进行分析的“外加约束的计算方法”,探讨了筒体受力状态及改善受力不均的可能途径,并提出初步设计时的不均匀系数.     

预应力轧机机架静力分析

本文将预应力轧机机架简化为闭式机架进行了计算,注意到拉杆中心线相对于立柱中性轴的偏心对机架强度的影响;推导出拉杆拉力和立柱压力计算公式;确定拉杆应按强度要求设计;并由机架盖与立柱接合面的变形协调关系,推导出最佳预紧力计算公式。文中还运用SAP 5线性结构分析程序,对预应力机架进行了有限单元法计算。根据理论分折和有限单元法计算结果,归纳出预应力机架的主要应力特征。并用实测验证了文中提出的各计算公式。     

缠绕复合材料固化残余应力分析

本文利用傅里叶热传导方程、基体的固化动力学方程以及复合材料在固化过程中的力学性能本构模型,建立缠绕复合材料结构的固化工艺以及残余应力应变分析模型,分析计算研究复合材料固化过程中产生的残余应力。计算结果显示：缠绕复合材料最外层的残余应力均为正应力,最内层的残余应力均为负应力;缠绕复合材料的内径、层数、纤维体积分数、基体化学收缩比以及固化工艺温度对残余应力的影响较大。     

《后张法》钢丝缠绕机架用于模锻液压机的设计探讨

本文阐述了《后张法》钢丝缠绕机架用于模锻液压机时需解决的几个重要设计问题,从而为今后发展大型模锻和多向模锻液压机提供了一条有益的新途径。     

预张力钢丝缠绕圆筒的切向应力计算

1.假设 Ⅰ.缠绕圆筒在轴向为无限长,并不存在轴向力; Ⅱ.各钢丝层等效于从里向外按先后用过盈装配的薄壁筒,并且构件始终在弹性范围内,芯筒和钢丝的弹性模量E相同; Ⅲ.各钢丝层分别以层间压力的形式作用于内部的钢丝层和芯筒,而对其外部的钢丝层不产生影响; Ⅳ.在层间压力作用半径以内的钢丝层与芯筒构成一整体。该整体的内部应力可用厚壁筒公式来计算,即等效于受外压的厚壁筒;     

具有金属内衬缠绕压力容器成型全过程应力场分析

基于具有金属内衬复合材料缠绕容器缠绕、固化和预超压3个制造工艺过程的特点,提出一种温度参数当量法模型和虚实单元分析策略,以模拟在缠绕预张力工艺中的力学行为．根据固化反应动力学理论和热传导理论,对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中瞬态温度、固化度和热应力场分布及其变化规律进行了数值分析．采用经典塑性理论为基础的非线性有限元方法,预测了预超压工艺后容器复合材料缠绕层和金属内衬内残余应力场的分布．以一典型的具有金属内衬复合材料纤维缠绕压力容器为例,讨论了在3个工艺过程中工艺参数对容器内应力场分布的影响．结果表明：适合的工艺参数能够提高压力容器的承载能力．     

缠绕式容器的疲劳分析与实验研究

本文研究了缠绕层对内筒含穿透裂纹的容器疲劳扩展速率的影响。结果表明：即使在等壁厚、等裂纹长度、等应力的条件下，内筒含穿透裂纹的缠绕式容器的裂纹扩展速率也明显小于单层容器的裂纹扩展速率，缠绕层数越多，上述作用越显著。本文还得出了缠绕式容器的鼓胀系数计算式。揭示了：压力容器或高压管道只要适当缠绕几层扁平钢带，其疲劳、断裂性能就可较显著地得到改善。     

基于蒙特卡罗模拟的CFRP缠绕压力容器可靠性分析

对具有多维基本随机变量的碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)缠绕压力容器提出一种可靠性分析方法.选取CFRP单向板弹性常数、基本强度、纤维缠绕角和压力容器纵环向层壁厚作为基本设计变量,制备CFRP单向板试件和CFRP缠绕压力容器,并通过大量试验获得各变量的概率统计分布.根据经典层合壳体理论和Tsai-Wu失效准则对CFRP缠绕压力容器进行结构失效演变及应力分析,基于可靠性分析的极限状态方程,完成压力容器失效载荷与失效概率分布以及重要随机变量对失效概率分布影响规律的数值模拟.模拟结果与试验结果基本符合,验证了本文分析方法的准确性.     

不均匀沉降架空管道系统的有限元计算分析

以某化工园区的基础不均匀沉降地段的架空管道系统作为研究对象,该管道系统有10组立柱,4层桁架及27根管道,输送不同温度和压力工况的流动介质.采用自动安平水准仪测量架空管道立柱的沉降值,在此基础上考虑重力、介质温度、流动载荷等因素,系统完整地建立ANSYS有限元模型并进行数值计算,得到了不均匀沉降架空管道系统的位移、应力等参数分布.对2次应力进行了校核验算,以判断不均匀沉降地段的架空管道系统的可靠性,并估算出各个立柱的临界沉降值.旨在探索一套针对不均匀沉降架空管道系统实际应用的安全风险评估方法,为架空管道的安全运行提供坚实的技术支持.     

大跨越架空输电导线铝部应力分布试验

为了掌握大跨越架空输电导线铝部应力空间分布特性,以JLHA1/G6A-500/280型特强钢芯铝合金导线为研究对象,采用铝股丝表面激光刻槽,内嵌高灵敏、超大复用容量超弱光纤光栅,搭建了大跨越输电导线铝部应力试验平台,研究了不同张力条件下大跨越架空输电导线铝部应力分布规律,建立了大跨越导线实体有限元模型,分析了铝股应力分布特征,并验证了试验结果的正确性。结果表明：导线承受张力作用时,外层铝股和次外层铝股应力不同,外层铝股应力小于次外层铝股应力,导线同层铝股应力基本相同;铝股应力随导线张力的增大呈线性增大趋势,张力每增大1%,铝股应力增大约10%。不同导线张力作用时钢股和铝股应力均呈现环状分层特性,铝股平均应力小于钢股平均应力,铝部和钢股应力比约为3∶7;外层和次外层铝合金股丝应力沿圆周向分布不均匀,建议大跨越导线线型设计时考虑铝股丝分层特性。     

十三辊变节距钢板矫正机机架立柱与上横梁的有限元计算

本文采用“线性静动力结构分析程序(SAp-5)”对十三辊变节距钢板矫正机机架的立柱与上横梁的强度与刚度进行了有限元分析,求得了在等效矫正力作用下,立柱与横梁的变形情况及应力分布,为设计高强度钢板矫正机提供了依据。     

多层卷绕卷筒筒身压应力及侧壁压力的计算

当起升高度很大时,而要用多层卷绕的卷筒,例如高层建筑用的起升机构、深海用的绞车等。这种卷筒压应力的计算公式一般都是如下的形式:式中,S为钢丝绳张力,t 为钢丝绳的缠绕节距,为卷筒壁厚,为依卷绕层数而定的系数。 曾经根据实验得出的数值为:A1=1,A2=1.75,A3=2.0,A4=2.25。这些数值是在特定条件下得到的,普遍应用可能产生很大的误差,并且只给出一至四层的系数,不能满足近代生产发展的要求。许多人曾经提出种种不同计算任意层数的公式,但他们有的把条件过于简化,误差很大;有的过于复杂,不便于应用。本文试图提出一种能够广泛应用、计算方…     

Ⅳ复合高压储氢瓶参数化有限元分析（英文）

Ⅳ型复合高压储氢瓶是当前车载储氢应用的主要研究目标,建立了Ⅳ型复合高压氢瓶的参数化建模方法。其次,通过有限元模型进行静态力学分析,得到不同材料不同部位的应力分布结果,在工作压力下最大的等效应力分布位于圆筒和瓶底部之间的过渡部分。研究了碳纤维缠绕角度,缠绕方法和碳纤维弹性模量对碳纤维缠绕层的影响,这三个因素中最重要的是碳纤维层的缠绕顺序,其次是碳纤维的弹性模量和缠绕角度。     

不同编制型式钢制系缆的动力响应

针对国内研究易忽视的钢缆扭转特性,建立了不同编制型式钢缆的拉伸-扭转模型.首先,分析钢缆结构特性、钢丝材料性质等基本特征,明确其在海洋工程中的受力状态,并基于合理假设,将钢缆应力分布问题简化为几何问题,确定拉伸-扭转共同作用下的钢缆本构关系.在此基础上,针对钢丝之间的不同接触特点,将赫兹接触理论推广到钢缆的数值模拟中,建立点接触和线接触的接触应力求解方法.其次,基于非线性动力学理论,考虑外载荷作用,并在钢缆刚度中引入拉伸-弯曲-扭转耦合项,推导钢缆动力学平衡方程组.在此基础上,建立了系泊系统计算模型,得出外载荷作用下的钢缆动力响应,并分析了在轴向载荷作用下,钢缆的扭转特性对张力的影响.此外,还研究了不同编制型式钢缆的扭转作用对缆绳动内力的影响,得出张力变化规律.结果表明:在相同轴向载荷下,不同编制型式钢缆的动力响应不同;不同的编制型式会影响张力数值,与忽略扭转特性时得出的张力相比,考虑钢缆结构扭转特性时计算出的张力增大,并且增大的数值受编制型式影响;不同编制型式会导致截面应力分布不均匀,钢缆内部应力分布与其编制型式密切相关,因此,在对钢缆进行应力计算,特别是接触应力分析时,考虑其具体编制型式极为必要,6×19型钢缆由于自身钢丝左捻右捻的交互排列型式,受到外载荷时的响应较低.     

反向凝固不锈钢复合带平整轧制有限元解析

利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对反向凝固不锈钢复合带的平整轧制过程进行了变形 物理场分析,得出了复合带平整轧制时内部各点的塑性应变和应力分布：轧件内存在不均匀变 形,母带的应变大于凝固层,凝固层应变从表面向内部逐渐增大;在轧制变形区内,凝固层的应 力大于母带;轧件的残余应力约为 １９ ＭＰａ．轧制力的解析结果与实测的轧制力基本相符．