供热管道检查井开挖数值研究

采用ABAQUS有限元软件,建立了供热管道检查井三维模型。通过对拟做基坑开挖方案的数值模拟,得到了基坑开挖过程中侧壁和支护结构的变形和受力情况。研究结果表明:基坑第二和第三层开挖时,土层中间位置的土体变形较大;基坑开挖完成后第二层支护结构混凝土拉压应力均较大,建议适当提高支护结构强度,并加强施工过程中的基坑侧墙土体变形控制。     

超高强度钢电阻点焊拉剪接头断裂模式的模拟分析

以1.5mm热成形钢为例,建立超高强度钢点焊拉剪接头有限元模型,定义了热影响区几何尺寸及其材料属性,分析了熔核尺寸对点焊接头断裂模式的影响.结果表明:部分界面断裂模式在软化区发生并在焊核内沿板厚方向失效;而焊核剥离模式则在焊核外沿板厚方向失效;获得了不同断裂模式(界面断裂,部分界面断裂和焊核剥离断裂)下的临界熔核尺寸.为超高强度钢点焊拉剪接头断裂模式评价与预测提供了技术参考.     

无固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对无固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

有固定墩钢质管道冲沟状态下动荷载失效长度数值分析

通过对有固定墩钢质管道在地质灾害冲沟发生时管道失效过程的研究,建立了描述这一破坏过程的力学模型;再利用ANSYS有限元分析软件,建立了埋地管道有限元数值分析模型。通过输入地震波,对不同地震烈度下的地震响应进行了有限元数值仿真计算,得到了在不同地震动荷载作用下管道的最大应力和位移情况,给出了管道动载失效长度,为管道的抗震设计提供理论依据。     

露天矿用钻机钻架结构强度

针对钻机钻架使用过程中出现弯曲、断裂和扭胀的现象,应用Pro/E软件中有限元模块建立钻架有限元模型,对不同工况下,天车不同位置时"П"型截面钻架的力学性能进行数值模拟,并对正常钻进工况下天车不同位置时立柱等效应力、扭转应力和弯曲应力分布规律进行分析,找出钻架发生弯曲、断裂和扭胀的原因.研究结果表明:作为导轨两个立柱弯曲应力大,两个后立柱扭转应力大;钻架横隔上加强梁和横梁扭转应力相对较大,容易出现扭胀和断裂;两侧面斜缀弯曲应力相对较大,容易出现弯曲和断裂.     

弹性混凝土与钢组合梁的疲劳性能分析及寿命预测

基于8个组合梁试件的疲劳试验结果,采用有限元计算与名义应力法相结合的方法,提出用于模拟滑移和疲劳破坏过程的精细有限元模型和计算方法.研究了混凝土中不同橡胶掺量对组合梁极限承载力、最大滑移、栓钉应力及破坏特征的影响,得到相应的应力-疲劳寿命曲线.结果表明,简支组合梁的疲劳破坏首先发生在端部栓钉,破坏过程为栓钉依次断裂.虽然疲劳断裂为脆性破坏,但组合梁在疲劳荷载作用下的整体破坏具有一定的延性.使用弹性混凝土代替普通混凝土后,组合梁的极限承载力和刚度略有降低,但延性有所提高;当橡胶掺量为5%,10%和15%时,疲劳寿命分别提高约15%,64%和125%.基于非线性数值分析得到的组合梁极限承载力和疲劳寿命与试验所测结果吻合较好,为组合梁的抗疲劳设计提供了参考.     

机坪输油管道荷载附加应力分析

应用ABAQUS有限元软件,考虑管土相互作用,建立并验证了管道结构有限元分析模型.应用该模型,分析了管周附加应力的分布特征,计算了飞机、施工重型车辆和压路机荷载作用下,管道附加应力及其引起的管道结构应力和变形随管道埋深的变化规律.结果表明:不同管道埋深对应的管周附加应力在管顶至管两侧60°的范围内有显著差异,且该范围内附加应力近似呈抛物线分布.即使管道埋深小至1倍管径时,飞机荷载和施工重型车辆荷载引起的管道结构应力和变形仍远小于容许值,而压路机高振幅振动压应力引起的管道结构应力达到管道强度失效的临界标准,是管道承受的最不利外荷载类型,对管道埋深有重要影响.     

某变高度预应力箱梁桥合拢段底板崩裂破坏机制

 针对某变高度预应力混凝土箱梁桥在施工期间合拢段底板发生崩裂的现象,通过有限元数值模拟得到了箱梁底板在预应力筋管道剖面上的竖向应力分布情况,然后对影响底板竖向拉应力的外部因素进行了敏感性分析,在此基础上探讨了该桥底板崩裂的破坏机制.结果表明：弯曲预应力束的径向力与预应力束管道偏离设计位置而产生的附加径向力,是导致底板开裂的主要原因;在纵向压力作用下,底板开裂后的箱梁节段最终会发生失稳破坏即出现崩裂.     

基于ANSYS Workbench的发动机连杆优化设计

发动机连杆在工作过程中承受扭转应力,拉伸、压缩等交变载荷,容易发生疲劳磨损、弯曲及断裂等失效形式.以标致206发动机连杆建立三维模型和有限元分析模型,根据连杆在发动机中进气、压缩、膨胀和排气4个冲程下受力情况对其进行静强度分析,测试在不同工况下的应力、应变大小及危险部位,找出连杆的薄弱位置并给出优化方案.通过对优化连杆的分析,验证优化方案有效可行,为发动机连杆的设计提供依据.     

应力状态在2024-T351 Taylor杆断裂行为数值预报中的作用

近期研究表明,部分金属材料的延性断裂与应力三轴度及Lode参数同时相关.将近期文献中提出的包含Lode参数影响的断裂准则（MMC）写入有限元程序ABAQUS,用于2024-T351 Taylor杆断裂行为的数值预报.为揭示应力状态的影响,同时还采用仅考虑应力三轴度影响的两个断裂准则（JC和BW）进行有限元计算.将计算结果与试验进行了对比.对比表明,仅用轴对称圆棒试样单向拉伸试验数据标定的JC准则过高估计了材料在其他应力状态下的延性,低估了Taylor杆的断裂行为;BW准则预报了弹体头部中心断裂而与试验不符;MMC断裂准则可预报出合理的裂纹形式.     

起重机液压缸断裂失效分析

针对某型号起重机支撑液压缸在使用过程中发生断裂事故,从断裂学的基本规律出发,结合断口微观形貌、成份分析和实际工况,确定了裂纹源的位置和形成机理,并对断裂原因进行了分析.结果表明,此次断裂是由于材料中含有的较大夹杂物在拉应力下引起的.     

埋地钢管在逆断层作用下失效模式研究

穿越逆断层的埋地管道在断层错动过程中呈现的失效样式复杂多样,根据逆断层错动管道受力特征分为压缩屈曲失效、Euler梁失稳失效两种失效模式,但对两种失效出现的工况认知不足.在管道抗震计算中通常借用管道在走滑断层错动时的反应分析方法来估算管道在逆断层中的变形状况,避免梁式失稳靠满足一定的埋深来保障.本研究利用ANSYS通用有限元程序建立了钢制埋地管道地震反应的有限元模型,以分析逆断层作用下管道的失效模式.该模型适合分析逆断层倾角≤80°的情况.计算结果显示:逆断层倾角≤45°,管道发生屈曲失效,管道失效部位在管道与断层破裂线相交处.倾角在50—70°之间,管道存在两种失效可能:当断层垂直位错量在0.7—1.0m之间时,管道出现失稳失效;当位错量大,错动速度快时,管道在与断层破裂线相交处发生屈曲失效.倾角在75—80°之间,管道屈曲失效和失稳失效可能相伴发生,屈曲失效部位出现在两处:(1)管道在与断层破裂线相交处失效;(2)失稳隆起处发生弯折.     

海底管道海上对接过程非线性分析与仿真研究

基于对海上对接过程管道的受力分析,应用非线性梁理论建立了海上对接管道数学模型,探讨了非线性有限元方程的求解方法及其收敛准则。以建立的模型为基础,研究了海上对接过程中管道最大应力变化规律及其影响因素。研究结果表明:在提吊阶段,管道应力迅速增大到较高应力水平;在管端调平对接阶段,管道最大应力变化较小,并呈近似线性上升,整体应力水平保持在管道提吊后期的较高应力状态;沉放阶段管道最大应力存在较大波动,并可能出现应力峰值,但管道整体最大应力呈下降状态。管道在沉放过程中的最大应力变化较大,若沉放控制方案不合理,管道的屈曲破坏极易发生在这个阶段。工程船的侧移与吊缆的释放协调配合,可有效控制管道的最大应力的波动范围。沉放阶段,横向水流明显提高管道的整体应力水平。因此,管道海上对接施工应尽量避免在大的横向水流条件下进行。     

两种不同模式下的沥青混合料断裂过程研究

为了深入研究沥青混合料在Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ复合型模式下的断裂特性与机理,采用了扩展有限元方法对单边切口梁的断裂过程进行了数值模拟和分析.通过与试验数据的对比发现,扩展有限元方法可以有效地计算不同模式下裂缝扩展的路径以及断裂过程中的力学响应.进一步分析表明:小梁的断裂过程可以分为4个阶段;当加载点的荷载达到峰值时,小梁已经处于损伤累积阶段,荷载开始下降后,裂缝才逐渐形成;断裂过程可以理解为损伤带内拉应力下降、未损伤带内拉应力上升或者上升后再下降的过程,且损伤带长度不断增加;Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的临界偏移系数为0.45~0.51,与试验结果基本一致;当偏移系数为0.45时,跨中局部区域在加载过程中出现了"卸载"现象,导致损伤不再增加,抑制了次裂纹的产生.     

管道受横向滑坡作用破坏分析——以中缅管道贵州晴隆段两次爆炸事故为例

穿越山区的管道工程其运行安全会受到滑坡的威胁,近年来发生的几次事故均造成了大量的人员伤亡和经济损失。本文以中缅天然气管道贵州晴隆段2017年和2018年两次滑坡断管事故为例,结合地质环境条件和现场事故调查资料,基于有限元实体接触模型,反演两次事故发生过程。分析管道在滑坡作用下的受力与变形特征,以确定事故发生原因。研究结果表明：滑坡作用下管道挠度变形呈现近正态式分布,且管道跨中和滑坡边界处Mises应力较大,易于发生破坏;管道所在斜坡上方的大量积土,致使管道产生较大轴向拉应力,易于在管道管体或环焊缝缺陷处产生脆性拉裂破坏,进而引起燃气泄漏爆炸。因此在管线后期维护过程中应避免受到工程扰动,尤其在管道上方的斜坡体上进行大量堆土,防止对管道的运行安全造成威胁。     

原位热塑成型内衬跨越圆形孔洞承压特性研究

随着使用年限的增加,埋地给水管道老化、腐蚀、破损等问题日益严重,一方面降低了管道的供水能力,同时也造成水质二次污染.原位热塑成型(formed-in-placepipe,FIPP)内衬修复技术以其独特的优势开始大范围应用于给水管道修复,如与原管道紧密贴合,可修复带转角、非圆形管道等.既有管道上的孔洞缺陷是影响修复后管道-内衬系统极限承载能力的主要因素之一.通过室内实验和数值模拟研究了孔洞直径对修复后的管道-内衬系统的极限承载能力的影响规律,结果表明：既有管道的孔洞缺陷是决定FIPP内衬设计的主要因素,内衬设计时应着重考虑．采用FIPP内衬修复给水管道,原管道孔径比为1时修复后的极限承压能力仍大于1.5 MPa,表明FIPP内衬用于给水管道修复的可靠性;内压作用下,孔洞位置FIPP内衬主要是由环向拉应力作用导致其轴向破裂失效,以关键位置的环向应力变化曲线作为加载路径并采用ASTMF2207的最大应力准则预测FIPP内衬的失效压力是可行的.采用ASTMF1216和CJJ/T244的方法进行FIPP内衬壁厚设计偏于安全,更有利于保障修复后结构的长期稳定.管壁的孔洞直径与修复后结构的失效压力呈...     

拉剪倾倒型危岩失稳影响因素研究

运用断裂力学分析危岩中的倾倒变形破坏,基于岩石拉剪断裂试验,研究裂纹在载荷作用下起裂、扩展规律,探索断裂过程中裂纹的扩展行为,并探讨裂纹长度、宽度、倾角与荷载位置对危岩失稳模式与稳定性的影响。以重庆万州太白岩危岩为例,利用有限元软件ANSYS计算不同裂纹条件下裂纹尖端的应力状态,并讨论其与联合断裂应力强度因子的关系,模拟裂纹扩展的动态过程。结果表明,拉剪倾倒型危岩在受力破坏过程中,裂纹尖端出现拉应力集中,危岩的开裂从张拉破坏开始,下部出现压剪破坏,危岩稳定性的影响因子敏感性从大到小依次为:荷载位置、裂纹长度、裂纹倾角、裂纹宽度。     

基于涂层显微组织图片的拉伸实验有限元数值模拟

针对热障涂层,利用数字图像处理技术与有限元网格模型生成原理相结合的方法,生成与实际ZrO2陶瓷层显微组织图片一致的介观尺度的有限元网格模型.利用LS-DYNA有限元方法进行ZrO2陶瓷层在不同拉应力作用下的裂纹扩展模拟.数值模拟结果表明:在考虑了ZrO2陶瓷层所包含的孔洞、微裂纹等缺陷的基础上,裂纹从已有缺陷处开始迅速扩展,并最终导致ZrO2陶瓷层断裂失效.数值模拟结果与实验结果吻合良好.     

大鼠皮肤的循环力学性能研究

通过循环疲劳试验,研究了平均应力和应力幅值对大鼠皮肤力学性能的影响.结果表明:大鼠皮肤在拉-拉循环载荷作用下表现出明显的应变累积特性(即棘轮效应),棘轮应变曲线可划分为瞬态、稳态和加速失效3个阶段;棘轮应变及其应变率随平均应力或应力幅值的增加而增大,导致大鼠皮肤的损伤累积加速进而降低其疲劳寿命;循环应力-应变曲线中的滞后环面积、切线模量能够表征大鼠皮肤的循环特性,滞后环面积和切线模量呈现负相关的关联;对应循环疲劳失效的整个过程,滞后环面积经历减小、稳定、迅速增加3个过程;应力-应变滞后环面积随应力幅值的增加而增大,但平均应力对应力-应变滞后环面积的影响没有线性关系,在试验范围内当平均应力为12,MPa时滞后环的面积最小.结合Basquin模型和SWT模型,可以预测在不同平均应力与应力幅值作用下大鼠皮肤的低周循环疲劳寿命.通过石蜡切片技术和HE染色方法,研究拉伸和循环加载对皮肤微观结构的影响.结果表明,拉伸破坏和循环疲劳破坏都归因于纤维束的滑移和断裂,但两者发生断裂破坏的表现形式不同,前者表现为长裂纹扩展导致的拉伸断裂,后者则为短裂纹扩展导致的疲劳断裂.     

拉应力作用下含缺陷埋地管道应变与裂纹扩展行为分析

采用数值模拟和宽板拉伸实验相结合的方法,研究单点缺陷与双点缺陷对含螺旋焊缝缺陷管道应力应变及裂纹扩展行为. 基于管材的力学性能和标准等确定缺陷尺寸位置参数,利用ABAQUS建立含不同参数缺陷的宽板及全尺寸管道模型分析拉外力下的应力分布特点,研究不同缺陷长度与深度对管道焊缝处裂纹萌生的规律;设计3组含焊缝处缺陷管道宽板拉伸实验,研究管道应变与裂纹扩展情况. 结果表明：拉应力下管道宽板模型具有可靠性;随着缺陷尺寸的增大,相对长度为0.79、相对深度为45.98的缺陷对裂纹萌生影响最大. 对比宽板试验发现,宽板焊缝上、下侧截面点位的应力应变在轴向拉力作用下,均呈现出先缓慢增加后快速上升的趋势,且相对单点缺陷,双点缺陷的相互作用对裂纹的萌生和扩展产生较大影响.