40°～90°供热直埋折角弯管的数值分析

利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,分析弯管折角角度、曲率半径、管径、壁厚和循环工作温差对40°~90°供热直埋折角弯管应力的影响规律.根据计算结果绘制不同影响因素与折角弯管最大应力曲线图.结果表明:随着弯管折角角度、曲率半径、管径、壁厚的增加,弯管最大应力值呈递减趋势;随着循环温差的增加,弯管应力最大值逐渐增大.     

壁厚对泡沫铝填充钢管的抗爆性能数值模拟研究

为了研究壁厚对钢管泡沫铝填充结构在水中抗爆炸冲击性能,利用ANSYS/LS-DYNA对不同壁厚的钢管泡沫铝填充结构进行了数值模拟,比较了不同厚度情况下的数值模拟结果.结果表明,通过和经验公式计算结果对比,水下爆炸冲击波压力值和经验公式计算值二者接近,随着钢管壁厚的增加,钢管在水下爆炸冲击波作用下的挠度变形明显减小,钢管抗变形能力提高,泡沫铝中的压力和动能不断减小,在同一爆炸冲击波强度作用下,钢管壁厚和填充的泡沫铝之间存在一个合理的设计值,使钢管和泡沫铝的抗爆炸冲击性能都得到最大的利用.     

管材向内翻卷变形的力学分析

采用旋转壳体的薄膜理论,建立管材向内翻卷变形力学模型,对内翻变形的力学特征、变形特征、影响因素进行分析．实现内翻须满足的受力条件为：内翻力应小于传力区产生轴对称失稳变形的临界失稳力及镦粗变形的镦粗力;翻卷圆角半径对内翻力的影响明显,是主要的变形工艺参数,存在最佳翻卷圆角半径,它取决于管坯尺寸与摩擦条件,使内翻变形力最小,内翻变形过程非常稳定;内翻变形区管壁壁厚存在增厚效应,其变形程度越大,管壁增厚量增大,内翻力也增大．     

基于不同减薄量的镍钛合金管热旋压成形分析

为探索镍钛形状记忆合金管热旋压成形规律,采用有限元法进行了镍钛形状记忆合金管滚珠热旋压成形模拟,获得了镍钛合金管坯在不同壁厚减薄量下的温度场、应力场和应变场,并进行了旋压载荷的预测.模拟结果表明,热旋压成形时管坯及芯模和滚珠与管坯接触部位的温度都有不同程度的上升,并且随着壁厚减薄量的增加,管坯、芯模和滚珠的最高温度均呈上升趋势.管坯应力沿管坯周向差别较大,而应变则在管坯壁厚方向上变化较大,外层金属较内层金属更易发生塑性变形.随着减薄量的增加,各方向的旋压载荷均明显增大,轴向载荷远远小于径向和切向载荷.     

临界CO2 传输中水合物对弯管冲蚀规律分析

管道输送超临界CO2过程中,受含汽量条件影响而形成的CO2固体水合物颗粒会对管壁造成冲蚀.研究水合物颗粒在不同条件下对弯管管壁的冲蚀规律对CO2的安全输送有重要意义.利用COMSOL Multiphysics软件分析超临界CO2输送管道的弯管段的固液两相流的流场规律,研究不同流速、不同粒径、不同弯曲角度下固体水合物对管壁的冲蚀规律.结果 表明,流动速度和粒子粒径的增加会使固体水合物对管壁的冲蚀更严重,使冲蚀区域的分布位置往弯管外侧管壁集中;弯管角度发生变化时,碰撞时粒子的入射方向与壁面的夹角发生改变,造成了冲蚀区域和程度的不同,直角弯管更易受到水合物粒子的冲蚀破坏.     

不同填土高度下壁厚对钢波纹管力学性状影响

通过建立模拟施工条件的数值计算模型,研究不同填土高度下壁厚对钢波纹管变形和力学性能的影响.研究结果表明:填土高度小于8m时,壁厚对钢波纹管管中处竖向变形量影响较小,壁厚超过4mm,每增加1mm变形减小低于0.3%;填土高度大于8m后,随着壁厚的增加,钢波纹管管中处竖向变形量线性减小,但减幅较小.     

加热炉管内液固两相流固体颗粒冲蚀规律分析

横管跑道型结构炉管是煤焦油加热炉中的重要部件,煤焦油中携带的固体颗粒会对弯头管壁造成冲蚀,研究在不同条件下弯头管道处的冲蚀规律对安全生产具有重要意义。利用FLUENT软件模拟炉管弯管处液固两相流流动规律,分析在不同质量流、流速、温度、颗粒直径下固体颗粒对管壁的冲蚀规律。结果表明,弯管整体部分会产生断断续续区域性的冲蚀,其中最严重的部分发生在弯管中间处。流体的颗粒质量流量、速度、温度及颗粒直径的增大均会增大管壁处的最大冲蚀率,质量流量、流体速度与冲蚀速率之间呈二次函数关系,质量流量增加到0.11 kg/s后会对冲蚀率产生一定的抑制作用;流体速度对冲蚀率影响最大。流体的温度在20～50℃内,温度升高改变流体黏度系数成为冲蚀率增加的主要因素,在50～60℃,颗粒动能与流体黏度的耦合作用是导致最大冲蚀率减小的主要因素。当颗粒直径在50～200μm,冲蚀速率随着颗粒直径增大增加较慢。研究结果对于预测加热炉炉管冲蚀情况、预测最大冲蚀位置、适当增加炉管壁厚、提高炉管使用年限具有重要的参考意义。     

基于SYSWELD的在役焊接径向变形数值模拟

采用焊接模拟软件SYSWELD研究壁厚、管径及熔池尺寸等因素对天然气管道在役焊接径向变形的影响。结果表明:发生烧穿的临界瞬时最大变形有时间效应;发生临界变形的时间随着壁厚的增大而增加,径向变形量减小;随着管径增加,径向变形量在同壁厚下逐渐增大;壁厚为4.5 mm时,小管径管道易达到临界变形量;壁厚为6 mm时,管径的增大降低了临界变形发生的可能性;当壁厚为7.5 mm,管径由254 mm增大到508 mm时,发生临界变形的可能性减小,而管径在508~1016 mm时,管径的增大增加了临界变形发生的可能性;内壁点的径向变形随着热源的靠近而增大,随着壁厚的增大而减小,但当壁厚增大到6 mm后,壁厚的增大对其不再有显著影响;熔池尺寸影响焊接修复同时刻时的径向变形量,达到临界变形量的时间与熔池尺寸成反比,表现出明显的熔池尺寸效应。     

泡沫铝填充薄壁梁斜向碰撞的仿真研究

采用有限元仿真技术研究了泡沫铝填充薄壁梁不同角度斜向碰撞下的吸能特性.分析了泡沫铝密度、壁厚、长宽比等设计参数对临界角和平均碰撞力的影响,并拟合出平均碰撞力和各设计参数及碰撞角度的解析式.结果表明,泡沫铝填充薄壁梁的临界弯折角小于无填充薄壁梁,并且泡沫铝密度对临界角的影响最大.随着横截面宽度从70mm增大到90mm,无填充薄壁梁弯折临界角从6°增大到9°,而泡沫铝填充薄壁梁弯折临界角度则没有明显改变.壁厚越厚泡沫铝填充薄壁梁的弯折临界角越大,但无填充薄壁梁弯折临界角不变.平均碰撞力和碰撞角度存在指数函数关系,且反比于长宽比平方、正比于壁厚和泡沫铝密度的指数幂.     

直埋供热管道直角弯管热-力耦合分析

针对直埋热水供热管道弯管受力的复杂性,基于土弹簧模型建立了三维热-力耦合有限元模型,分析了直埋直角弯管应力的主要影响因素,给出了缩短弯臂长度的热-力耦合有限元模型。建模中管土相互作用考虑了介质的重力和覆土重力等的作用,弯头管段的边界条件施加在2个弯臂端头。结果表明,直埋弯管在温升作用下的峰值应力远大于内压作用下的峰值应力;直埋弯管的一次应力随管道壁厚、管道埋深的增加而降低,随内压、弯头曲率半径的增加而增加;直埋弯管的二次应力随管道壁厚的增加而降低,随内压、埋深、温升、弯头曲率半径、弯头端部位移的增加而增加;弯头截面竖向椭圆化对弯头是有利的,而横向椭圆化是有害的;地面荷载作用使弯头最大当量应力减小,对弯头起保护作用。该研究旨在为直埋管道的安全性分析提供帮助。     

不锈钢管件滚弯成形工艺的有限元模拟

应用ANSYS有限元分析软件中的LS—DYNA求解器,对薄壁不锈钢管件弯曲成形过程进行了弹塑性数值模拟．通过对管件弯曲角度的试验结果与模拟值的对比分析,证明了建立管件有限元模型的正确性．在此基础上对管件滚弯过程的模拟结果进行了应力应变分析,揭示了其成形时的塑性变形流动规律及其对管件质量的影响．研究结果表明：薄壁不锈钢管件弯曲冷成形的主要失效形式是内侧部分的起皱和外侧部分的失稳;管件弯曲内侧等效应雯和壁厚变化呈跳跃式条状分布,是管壁起皱变形的前兆,管件弯曲外侧的壁厚减少导致其弯曲刚度降低,是管壁失稳变形的原因;最大等效应变和等效应力的部位出现在管件弯曲区域的、与滚动轮和旋轮接触部位,其弯曲成形后,部位的应力值逐渐减小,且沿两端方向应力逐渐减少．     

固-液两相流充填管道输送冲蚀磨损数值研究

 为探究充填管道在输送过程中的冲蚀磨损机理, 基于工程流体力学理论及颗粒输送力学模型, 引入离散颗粒轨道模型、塑性冲蚀磨损模型, 对某矿山复杂充填管路条件下浆体特性对管道冲蚀磨损影响进行研究。结果表明, 浆体流速、黏度以及颗粒尺寸对管道冲蚀磨损影响显著, 颗粒形状影响较弱。高流速下, 弯管磨损最为严重, 直管段磨损较轻且分布较为均匀, 流速降低, 主要磨损部位偏向弯管出口部位;弯管部位最大磨损值在15°~30°以及60°~75°之间;此外, 粒径较小时, 磨损严重程度随粒径增加而增大, 粒径达到600 μm 后, 最大磨损值随粒径增加呈现下降趋势。     

两侧加强的钢管束混凝土组合剪力墙压弯性能模拟分析

钢管束混凝土组合剪力墙是装配式建筑中的一种新型抗侧力构件,它由矩形钢管束并排焊接内部填充混凝土构成.本文利用Abaqus有限元软件模拟分析两侧钢板加强对钢管束混凝土组合剪力墙承载能力及变形能力的影响.在研究中考虑的主要参数有轴压比、剪跨比和加强区宽度.模拟结果表明,对钢管束混凝土组合剪力墙两侧钢板加强,可以使钢管束屈曲位置内移,提高其极限承载能力和变形能力,改善剪力墙的受力性能.当剪力墙两侧钢板厚度由3 mm改为5 mm后,其极限承载能力提高幅度达22. 56%,且延性较好.通过提高两侧钢管束壁厚,加强两侧钢管束的抗屈曲能力,减少中间钢管束的壁厚,在墙体总用钢量不变的情况下,可以有效改善钢管束混凝土组合剪力墙的压弯性能.     

薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形方法

针对毛坯厚度1mm的薄壁铝合金封头零件,提出了挡板辅助旋压成形工艺,并采用数值模拟方法进行研究,讨论了挡板辅助旋压成形中的主要工艺参数进给率、旋轮圆角半径和旋轮安装角对成形质量的影响.结果表明:相对于传统的先剪切旋压后普通旋压的多道次成形工艺,挡板辅助旋压成形工艺能够减少工序道次,提高成形效率并改善壁厚均匀性;在径厚比增大到300的情况下,传统工艺需要增加道次来解决起皱问题,而挡板辅助旋压成形工艺仍然可以一道次成形,且径厚比越大,其对壁厚均匀性的改善作用越明显;旋轮圆角半径对壁厚均匀性和贴膜度的影响最大,减小旋轮圆角半径可使贴膜度提高,但会降低壁厚均匀性.     

负压作用下PVC-U管失稳因素的分析

为了研究薄壁PVC-U在管内负压作用下失稳破坏的因素,选用规格为Φ160×3.2(mm)/0.32 MPa和Φ160×3.5(mm)/0.4 MPa PVC-U管进行了管道负压破坏试验,并进行破坏过程的数值模拟。试验及模拟结果表明:造成PVC管道负压破坏的原因是管壁环向压应力超出屈服应力时,管壁材料破坏,管壁纵断面旋转,表现出管壁结构失稳变形;管壁弯曲应力的增加是造成环向压应力增大的重要原因;管道的失稳压力随着径厚比和初始椭圆率的增大而显著减小,也随管长的增加而减小;对于壁厚为3.2 mm的管道,管长超过1.2 m时将会负压(-0.1MPa)失稳,而对于壁厚为3.5 mm的管道,管长超过1.4 m时将会负压失稳。研究结果为合理的进行管道加固提供理论依据。     

大直径泥水盾构穿越复杂环境地表垂直变形研究

为研究大直径泥水盾构穿越复杂环境地表垂直变形规律,考虑盾构推力、盾体间隙及其填充、壁后间隙及其填充3个影响因素,提出了施工全过程地表垂直变形理论公式.结合武汉地铁盾构越江隧道工程,对大直径泥水盾构下穿棚户区施工全过程进行了三维数值模拟.公式计算结果与数值计算结果、监测值较为接近,吻合度高于Attewell修正的Peck公式.结果表明:(1)在分析大直径泥水盾构地表垂直变形时,需要充分考虑盾体间隙惰性填充材料的填充作用,可忽略盾壳与地层摩擦力的影响;(2)地表沉降沿隧道轴线变化曲线呈倒"S"形,开挖面后方26m(约两倍洞径)范围内土体变形速率极快,需及时加固;(3)同步注浆压力由0.3MPa提升至0.5MPa,可减小43.8%的最大沉降量,注浆压力适当提升对沉降控制作用十分明显.     

DSP早强高强灌浆料综合性能研究

应用DSP原理,通过在水泥中掺加硅灰、石英粉、膨胀剂和纳米SiO2,用比水泥颗粒尺寸小1～2个数量级的硅灰填充水泥颗粒之间的空隙,增加水泥的密实程度,再用颗粒尺寸更小的纳米SiO2填充水泥与硅灰之间的空隙,使得整个胶凝体系的密实度达到最大.通过大量的实验,研制出1 d强度高达45 MPa,28 d强度高达110 MPa,扩展度超过400 mm,无泌水,微膨胀的早强、高强的高性能水泥基灌浆材料.     

基于Beer-Lambert定律的钢管壁厚测量

为了实现钢管壁厚的高精度测量,基于Beer-Lambert定律和滤波反投影算法提出了一种钢管壁厚测量的方法。根据Beer-Lambert定律,通过对数化处理,建立了钢管壁厚与探测器接收信息之间的数学模型,利用滤波反投影算法推导出钢管壁厚的表达式,并理论推导出X射线测厚和超声波测厚的误差公式。实验仿真表明,测得?273×10 mm的钢管壁厚为10.01 mm,误差为0.1%,与超声波测厚的误差大致相等;对不同型号的钢管进一步仿真表明,当钢管壁厚为2.5～5 mm时,X射线测厚误差可保持在3%以内,与超声波测厚基本一致。     

不同壁厚金属圆管撕裂卷曲破坏的实验与理论分析

对放在锥型底座上内径为54．4mm的7组不同壁厚A3无缝圆钢管进行了轴压作用下撕裂卷曲破坏的实验研究和理论分析，实验过程中记录了载荷一位移曲线和试件螺旋状残余变形模态；理论分析中认为耗散能主要由撕裂能，塑性弯曲变形能和摩擦能3部分构成；分析结果表明，圆管壁厚对撕裂能和塑性弯曲变形能在总能耗中所占比例的影响较明显，对摩擦能所占比例的影响甚微。     

聚变堆包层第一壁流道换热性能研究

以聚变堆包层第一壁内流道作为研究对象,设计了以空气为介质的包层第一壁U型流道换热性能实验台架.通过测量第一壁流道沿流动方向的温度和压力分布,研究了在不同管径和雷诺数下,温度、流速和弯头形状等因素对第一壁流道换热性能的影响,并与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明:30mm×30mm最大的U型方管可以在不增加流动阻力的情况下,提高流体与管壁之间换热强度23%,并且通过弯头处渐缩的优化改进可进一步提高换热强度15%,数值分析结果与之也较符合.本研究表明通过改变包层第一壁流道的形状和尺寸可以有效提高第一壁流道的换热性能.