预应力碳板楔紧式锚具数值模拟和试验

设计了用于工程结构加固的预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板(碳板)楔紧式锚具,该锚具由锚杯、夹片组成,通过自锚夹持碳板。基于ANSYS软件建立了锚具的精细化有限元模型,该模型同时考虑了夹片与碳板及夹片与锚杯之间的接触。基于有限元的计算结果,进行了预应力碳板楔紧式锚具的制作和试验,试验结果表明该锚具能够可靠地锚固碳板。通过将有限元结果和试验结果进行对比,发现有限元模型能够较好地预测楔紧式锚具的受力性能,能够为预应力碳板楔紧式锚具的设计提供参考。     

钢筋砼预应力锚具强度和变形有限元分析

这篇文章用有限元分析了钢筋砼预应力锚具的强度及变形，通过计算，为使锚板的受力更加合理，物尽其材。提出改变锚板和夹片锥度的建议，既取锚板锥度为６．５°，夹片为６．２５°，经中南预应力有限公司实验验证，使锚板的屈服极限从３７ｔ提高到４９ｔ，实验结果与理论计算非常接近。这项对锚具的理论分析工作填补了我国锚具行业有经验无理论依据的空白。     

钢绞线锚具空间受力与锚固特性研究

为探究钢绞线锚具的空间受力特征及锚具应力与钢绞线轴向张力之间影响规律,采用ABAQUS有限元软件建立锚具-钢绞线仿真计算模型,考虑夹片与锚具之间的微滑移及不同摩擦系数影响,分析不同钢绞线张力作用下锚具空间应力分布特征及轴向、环向应变变化规律,并通过锚固张拉试验实测锚具的应变分布。结果表明：钢绞线受夹片横向挤压作用而在锚下位置表现出复杂三向受力状态,计算Mises应力远高于非锚固区域;夹片与锚具接触界面的摩擦系数对锚具应变有明显影响,摩擦系数为0.04时产生的环向和轴向应变均小于摩擦系数为0.01和0.02;锚具应力与钢绞线轴向张力符合单调映射关系,但并不完全吻合线性变化规律,实测锚具对称测点位置处的应力也难以保证完全一致。     

CFRP筋复合型锚具的受力性能试验

为研究CFRP筋复合型锚具的主要设计参数对锚固性能的影响及锚具内部受力情况,设计了5个复合型锚具的参数静载试验,测量了锚具的极限荷载、锚环-CFRP筋间滑移变形和金属筒测点应变,通过静载试验对比分析了各设计参数对锚固效果的影响,以及金属筒表面应力的分布情况与变化规律.研究结果表明:当金属筒壁厚为2 mm,夹片夹持长度为65 mm,粘结长度为500 mm时,锚具的锚固性能较好;夹片-金属筒间锚固良好,无滑移;金属筒应力分布与变化可反映锚具内部受力情况,测点应力曲线峰值预示该位置附近的胶体与CFRP筋间的粘结破坏.     

高强预应力索节点锚环设计计算方法研究

根据国家大射电望远镜项目和厂方需要，利用非线性有限元理论以及国内外经验公式，对锚环受力进行数值分析，并与作者最新严密理论推导的厚壁锥壳理论公式进行对比分析，修正得到计算锚环内应力的一组公式。该修正公式可为工程中锚具设计和计算提供较为准确的依据和数据资料。     

CFRP索股单孔直筒+内锥粘结型锚具的受力性能分析

为研究CFRP碳纤维增强复合材料粘结型锚具的受力性能及其设计参数对锚固效率的影响,寻求较优的锚具设计参数取值范围,本研究首先采用有限元方法,通过引入锚固效率的概念,研究了单孔直筒+内锥粘结型锚具的力学性能及索股径向应力和位移分布规律.然后,以锚固效率和等效刚度为考察指标,改变锚具及索股参数,分析了锚具总长度、粘胶介质弹性模量、直筒段长度、内锥角大小、胶体厚度、索股直径参数对锚固效率及等效刚度的影响规律.结果显示:锚具总长度宜取为12～16倍CFRP索股直径;粘结胶弹性模量取1.5～3.0 GPa;直筒段长度取为总长度的1/6～1/2之间;内锥角取4°～5°;胶体厚度取CFRP筋直径的0.3～0.5倍;索股直径取值宜小于90 mm.在建议参数取值下,单孔直筒+内锥粘结型锚具的锚固效率将达到90%,甚至95%以上.因此,合理优化相关设计参数能较好地提高其锚固效率和刚度.     

不同锥角的直动式溢流阀稳态液动力分析

为了降低稳态液动力对比例溢流阀性能的影响,分析了阀座带锥角和阀芯带锥角两种比例溢流阀的基本结构方案,利用PRO/E建立两种结构下不同锥角的流道模型.通过计算流体动力学(CFD)流场仿真软件对不同阀座与阀芯锥角的锥阀口流场进行数值模拟,分析不同锥角阀口的压力流场分布.对不同结构、不同锥角情况下的稳态液动力进行分析,结果表明:阀座带锥角比阀芯带锥角的结构稳态液动力减小了35%~60%;当阀座半锥角为32.5°,阀芯半锥角为30°时,稳态液动力最小.     

改进型碳纤维增强复合材料筋复合式锚具的锚固性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋锚具的结构形式及主要设计参数对锚固性能的影响,设计2个复合式锚具及3个改进型复合式锚具,并进行静载拉伸试验;通过对比分析不同锚具的极限荷载、金属筒测点应变以及锚具最后整体破坏形式,研究改进型CFRP筋复合式锚具的锚固性能。结果表明:在不施加预紧力前提下,改进型复合式锚具螺母纵向紧固力可以有效避免夹片滑移,黏结材料种类对锚固过程稳定性有一定影响,但并不影响最终锚固效果,筋材表面形式对锚具锚固性能影响较大;当金属筒厚度为3 mm、黏结长度为250 mm、夹片长度为100 mm时,带肋CFRP筋为中间炸裂式破坏,充分发挥了CFRP筋的抗拉特性,表明改进型CFRP筋复合式锚有良好的锚固性能。     

预应力钢绞线夹片式锚具咬合力试验

锚具锥孔的塑性变形会导致夹片和锚具之间存在咬合力,该力影响"拉脱法"检测锚下预应力结果.首次提出了塑性变形导致的咬合力测试方案:先张拉钢绞线使夹片夹紧,卸载后反向张拉,张拉力峰值即为咬合力值.对61个测试样本进行了数理统计分析,建立了咬合力正态分布概率模型;揭示了实际工程中"拉脱法"检测曲线下降段的受力机理.研究结果显示:"拉脱法"检测曲线下降段由咬合力和"瞬间应力重分布效应"累加所致,锚下预应力值介于张拉力峰值和下降段突变点之间,提出了锚下预应力检测值简易修正方法.     

锥形减速结构流场热化学非平衡仿真

该文对充气式再入与减速技术(inflatable reentry and descent technology, IRDT)中使用的锥形减速结构流场进行了气动热仿真计算。计算模型基于有限体积法对N-S(Navier-Stokes)方程进行求解，使用非平衡双温度模型计算流场热化学反应。为了验证算法准确性，对钝体标准模型ELECTRE进行仿真计算，计算结果与飞行试验和文献结果基本相符。锥形减速结构仿真工况高度为70 km,来流Ma为13,仿真结果表明：激波后振动温度被激活，并逐渐升高至平动温度，同时空气中离解组元浓度逐渐升高；结构表面热流与压强在驻点附近沿径向快速降低，随后热流呈线性下降，压强近似为常量。对4种不同半锥角的锥形减速结构仿真结果进行了对比，结果显示：50°、 55°和60°半锥角激波位置及表面热流基本相同，65°半锥角激波距离前缘点更远，同时表面热流更低；4种半锥角驻点压强基本相同，外围压强随半锥角增加呈线性增加。仿真结果可为IRDT方案设计提供参考。     

预应力锚具的弹塑性有限元分析

为了解决预应力结构设计理论和设计方法的不完善的问题,对预应力用液压千斤顶锚固体系结构尺寸进行优化,通过对单孔锚具的弹塑性有限元分析,模拟预应力锚具的实际工作状况,描述载荷状态下锚具与夹片的相互作用,获得不同结构尺寸条件下的锚具的应力应变状况,把握条件改变时的受力变化规律,对锚具强度性能进行了系统分析,确定锚具结构尺寸并给出了锚具优的合理建议.     

内锥型空心弹阻塞临界入口锥角仿真研究

为了研究内锥型空心弹的阻塞现象与入口锥角的关系,仿真研究了入口锥角对空心弹流场的影响。在喉道与入口截面积比为0.6的条件下,基于可压雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程与单方程Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型进行研究。对斜坡流场进行数值仿真,并与实验结果对比,验证了该文方法的可行性。采用该文方法模拟了入口锥角分别为10°和30°条件下,空心弹在来流马赫数为2.5时的流场,发现入口锥角是造成气流阻塞的重要影响因素。在来流马赫数为2.5时,利用穷举法计算了入口锥角为10°～30°的流场变化情况,得到空心弹发生阻塞的临界入口锥角为17.8°。计算了空心弹在来流马赫数为2～4时的临界入口锥角,结果表明临界入口锥角随来流马赫数的增大而增大。     

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.     

低回缩预应力锚具锚下混凝土应力的试验研究

低回缩预应力钢绞线体系是一种新型预应力体系.为了研究新型二次张拉低回缩预应力锚具的锚下构造,设计了采用二次张拉单孔预应力钢绞线锚具的预应力矩形梁试验,将理论计算结果分别与传统夹片式锚具锚下应力场、新型二次张拉低回缩预应力锚具锚下应力场进行对比,发现在张拉过程中三者锚下应力场的变化规律一致.当采用相同型号的锚下垫板时,各截面应力峰值相差很小,且均未超过试验混凝土的强度.因此,二次张拉单孔预应力钢绞线锚具锚下构造可与传统夹片式锚具完全相同.     

碳纤维筋(CFRP)夹片式锚具的有限元分析

CFRP筋要广泛地应用于工程结构中,则必须解决其锚固问题,而夹片式锚具其内部的力学性能并不能通过实验来分析,本文采用有限元方法给出了单孔锚具的分析结果,分析了摩擦系数、内壁倾角和锚具长度对锚具性能的影响。     

CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能分析

为研究CFRP筋粘结式楔型锚具锚固性能及其影响因素,对12套CFRP筋粘结式楔型锚具进行静载试验,以锚具内倾角和锚固长度为变化参数,获取锚具试件荷载—滑移全过程曲线,推出锚具内部CFRP筋与环氧树脂砂浆界面粘结—滑移本构模型。研究表明:增大锚具内倾角和锚固长度可提高锚具极限荷载,平均粘结强度随锚具内倾角的增大呈增大趋势,临界锚固长度随试件锚具内倾角的增大呈减小趋势,采用回归公式计算的平均粘结强度值与试验实测值比较接近;锚固长度是影响界面粘结剪切刚度的主要因素;锚固长度和锚具内倾角可一定程度提高界面抗滑移能力,损伤发展后期,锚固长度越大,损伤速率越慢;推导出的锚具内CFRP筋与环氧树脂砂浆的粘结—滑移本构关系模型适用性较好。     

高抗冲击复合材料的研究

制备抗冲击环氧玻璃钢,采用的纤维铺设方式为０°／４５°／９０°／ － ４５°,铺层数为１６ 层,基体采用环氧树脂,所得玻璃钢板冲击强度达２４ ．４ Ｊ／ｃｍ２ ,然后用增韧聚丙烯与玻璃钢制备复合板,通过５ ．４ 式手枪实弹射击,检测其抗弹性能,发现采用面板和背板为玻璃钢层,中间夹增韧丙烯,其抗弹效果明显     

注射螺杆流道熔体非等温流场的数值研究

使用CFD软件Polyflow,数值模拟了注塑机塑化和注射过程中两种止逆螺杆流道内聚丙烯熔体的三维非等温流场,讨论了流道内熔体的温度场、剪切速率场、黏度场和黏性热场.研究结果表明,塑化时,35°锥角比60°锥角螺杆流道内的熔体在螺杆头区域的温度高;注射时,35°锥角较60°锥角螺杆流道内熔体在出口处的温度和黏度都均匀.表明35°锥角螺杆与机筒配合得较好,更利于注塑成型.数值计算对比了60°锥角螺杆流道内熔体的非等温和等温流场,在螺杆头某一截面上非等温时熔体的平均黏度值比等温时的减少24%.温度影响熔体流场中各物理量的变化.非等温流场更能反映实际情况.     

对置式自由活塞发动机CFD建模与喷雾锥角研究

为了进一步提升对置式自由活塞发动机的燃料利用效率与排放性能,采用三维计算流体力学方法对该发动机的喷雾锥角进行了参数化仿真。设计了中央燃烧室结构与喷雾引导式燃烧组织方案。建立了中央燃烧室三维网格模型,根据原型样机设置了计算模型与计算条件。分析了喷雾锥角对缸内燃料分布、燃烧放热率、缸内压力、CO排放量和缸内温度的影响。研究结果表明喷雾锥角为40°左右时,点火时刻缸内燃料分布最为理想,发动机能够获得97.5%的燃烧效率、39.7%指示热效率和低于0.4%的CO排放量。     

预埋件受剪性能数值分析

预埋件的抗剪机理复杂,很难通过试验和理论计算确定预埋件的内力分布和应力大小,通常是在一定的简化与假定基础上,对试验结果统计回归得出预埋件的抗剪计算公式来进行计算.为更精确得到抗剪承载力,建立有限元模型对预埋件的受剪性能进行数值计算,锚板、锚筋与混凝土的相互作用通过三维面-面接触来模拟,并考虑了混凝土对锚筋的粘结作用.通过数值分析得到了剪力作用下预埋件的应力分布和锚筋的截面内力,确定了锚筋反弯点的位置和混凝土的承压范围.有限元计算得出的预埋件抗剪承载力与试验实测值很接近,说明所建立的有限元模型是比较合理的,数值分析的结果可以运用到理论分析和实际工程中.