织物卷绕张力的优化设计

为解决织物卷绕过程中存在的卷形差、缝头印等问题,对织物卷绕过程中的受力情况进行了分析,并根据厚壁筒原理建立了布卷的卷绕张力数学模型.然后对比了等张力卷绕、锥张力卷绕、等力矩卷绕和幂函数卷绕下的剩余张力和层间压力分布,结果表明,幂函数卷绕为最佳卷绕方式.最后,以剩余张力大于零、层间压力最小为目标构建了优化织物卷绕张力的数学模型,并利用遗传算法进行参数优化,得到了最优的卷绕张力函数.     

大直径高速粗磨砂轮的强度分析

大直径高速粗磨砂轮的工作安全是一个关键问题，在考虑砂轮中心孔半径与外半径的不同比值α下，分析了径向应力和环向应力与砂轮强度的关系，给出了曲线族。同时，又分析了中心孔半径与外半径的不同比值α时，中心孔壁的径向位移ｕｒ 的影响，并给出了曲线族。分析结果说明，α值越小，砂轮的强度越高，不平衡量越小，对高速砂轮的局部补强效果也越好     

背管刚度对钢材应力分布与温度位移的影响

考虑大坝背管环向拉裂，取用了合适的环向等效弹性模量值，算出了相应的环向钢材应力．并探讨了背管刚度对钢材应力分布的影响；同条件下，用弹性力学得出了背管在任意半径处的温度径向位移计算公式，并探讨了背管刚度对背管温度位移的影响．     

冰风耦合环境下连接金具数值仿真分析

覆冰导线受风载作用产生的动张力可能会导致金具失效断裂,严重影响电网运行安全。为评估冰风载荷对连接金具的耦合影响,数值模拟得到随机风作用下不同覆冰形式导线关键点处动张力和位移,采用有限元软件ANSYS建立连接金具模型,对极端环境下整体连接金具应力场进行数值仿真,找出金具薄弱位置,并对危险部件U形挂环进行动力响应分析,分别探讨覆冰形式、张力变化、受力形式对U形环应力分布影响。结果表明：连接金具在极大冰风载荷下,U形挂环最容易出现失效,最大应力值为509.0 MPa,其次是联板孔洞处与挂板弯折处。对U形环的动力响应分析中,导线均匀覆冰时,覆冰15 mm时U形环有最大应力值为996.4 MPa,导线线性覆冰时,中央重覆冰下U形环发生屈服面积大于两侧重覆冰;在动张力作用下,当U形环间存在转动关系时要比纯张力作用下对U形环损害更加严重。     

基于DP准则的功能梯度材料冻结壁受力分析

为了更好地分析深厚冲积层冻结壁的力学特性,基于Druker-Prager强度准则,将冻结壁视为力学性质呈抛物线变化的功能梯度材料(FGM)的厚壁圆筒,推导出FGM冻结壁弹性区和塑性区的应力解析表达式,以及作用于冻结壁上的外荷载p与塑性区相对半径ρ之间的关系式。计算结果表明:冻结壁的径向应力随相对半径r的增大而增加,冻结壁环向应力随相对半径r呈抛物线形变化,并且冻结壁塑性区的环向应力与外荷载大小无关,只与其所处位置有关。另外,由工程实例计算可得,冻结壁在530 m处承受的外荷载p为6.36 MPa,约等于冻结壁的弹性极限力6.33 MPa,小于其塑性极限承载力18.89 MPa,表明该冻结壁是安全的。     

基于DP准则双排管冻结壁力学特性理论分析

为了分析深厚冲击层双排管冻结壁的强度和稳定性,将冻结壁的温度场等效为梯形分布。根据冻结壁力学性质与温度之间的线性关系,基于Druker-Prager准则,推导出冻结壁弹性区和塑性区的应力解析表达式;以及冻结壁外荷载与塑性区相对半径之间关系。计算结果表明:冻结壁的径向应力随相对半径r的增大而增加;冻结壁环向应力在区间Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ随相对半径r的变化呈现不同的变化规律;并且冻结壁塑性区的应力与外荷载大小无关,只与其所处位置有关。另外,针对工程实例,计算得到控制层位的冻结壁承受外荷载,远小于其塑性极限荷载,从而表明该矿井冻结壁是安全可靠的。     

核级设备结构中基体夹杂界面应力计算分析

基于复变函数方法,研究了在反平面载荷下核级设备结构中基体夹杂界面应力分布。利用基体和夹杂在界面处的位移和应力连续边界条件,推导得到含复应力函数系数的线性方程组,求解该方程组获得基体和夹杂的界面应力。通过数值计算结果表明:夹杂形状、基体与夹杂剪切模量比值对界面环向应力和界面径向应力均有影响,为核级设备结构设计及工程应用提供理论参考。     

圆筒中渗碳诱发的扩散应力分析

以菲克第2定律为基础，研究了表面碳浓度恒定时碳由圆筒内表面向外表面扩散的浓度分布情况.运用固体力学理论推导在平面应变条件下圆筒中各扩散应力分量的表达式，分析了圆筒中渗碳诱发的径向应力、周向应力和轴向应力沿壁厚的分布规律，并讨论了圆筒内、外半径比对碳浓度及其扩散应力分布的影响.结果表明，圆筒的内、外半径比对其渗碳表面的碳浓度和扩散应力分布的影响不同.当圆筒的内、外径一定时，其渗碳表面的碳浓度随着渗碳时间增加而增大；径向应力始终表现为压应力；周向和轴向的应力分布相似，并在渗碳初期，处于圆筒内表面周向、轴向的应力达到最大值；随着渗碳时间的延长，从内表面向外表面渗透的过程中，其应力状态逐渐由压应力转变为拉应力.     

基于三参数强度准则的高强混凝土井壁力学特性分析

为了分析高强混凝土井壁的力学特性,采用三参数强度准则推导出了高强混凝土立井井壁极限承载力理论解以及弹性区和塑性区应力与半径和荷载之间的解析表达式,并对计算结果进行了实验的验证。计算分析表明:在弹性区,高强混凝土井壁径向压应力σr随半径r的增大而增大,环向压应力σθ随半径r的增大而减少;在塑性区,径向压应力σr和环向压应力σθ均随半径r的增大而增大。当井壁内半径为4.0 m、厚度为1.0 m、混凝土强度等级为C60时,井壁极限承载力为22.87 MPa,井壁厚度每增加0.1 m,井壁极限承载力增加2.8 MPa左右。同时,混凝土井壁的环向压应力σθ达到164.38 MPa,是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右,表明考虑了混凝土多轴强度影响的三参数强度准则更适用于高强混凝土井壁力学特性分析,为高强混凝土井壁结构的设计计算提供了的理论参考。     

喷瓷管道热喷瓷层应力状态分析

计算分析了喷瓷管道热喷瓷层的应力状态。计算结果表明，由于瓷层与金属基体热膨胀系数存在差异，瓷层处于压应力状态，金属基体处于拉应力状态；瓷层所处几何位置不同，其中的应力也存在差异。管道内瓷层的受力状态好于管道外瓷层。随着管道半径的增大，径向应力绝对值减小，瓷层所受的压应力也减小。由于管道内瓷层的半径小于外瓷层的半径，因而内瓷层所受的压应力大于外瓷层的压应力。     

柱孔扩张问题的解析解及应用

本文在引入参数Irr的基础上，推导了圆柱孔扩张的解析解和相应的弹、塑性区应力、位移表达式，并对沉桩挤土产生的桩侧水平位移进行预估，发现采用圆柱孔扩张理论的预估值与实测值能较好地吻合，但在地表附近和桩端区域有较大误差,沿桩长方向土体变形的塑性区域类似开口向上的喇叭形，变形区域随着土体深度的增加而逐渐减小，弹塑性交界处的径向应力σR和环向应力σθ为常数，与交界处半径R无关。     

约束混凝土的有效约束半径

约束混凝土处于三向受压应力状态,提高了混凝土的强度和变形能力。由于周边约束提供的径向约束应力沿径向的不均匀分布,对核心混凝土的约束作用存在着一个有效的范围,在此范围之外的周边混凝土基本不再发挥约束作用。该文引入合理的简化计算模型,通过弹性力学解析解和有限元分析,得到径向约束应力沿径向的衰减分布形式,提出了对核心混凝土起约束作用的有效半径范围,即外内径比不超过3的区域。此范围与混凝土局部承压试验结果吻合良好,并能推广应用于其他形式的约束混凝土。     

考虑空间拱效应的筒形墙体主动土压力

以围土为均质无黏性土的筒形挡土墙为研究对象,假定达到主动极限状态时筒形墙体周围土体形成直线型滑移面,取滑移面水平微分单元作为分析单元,考虑墙体与滑移面间形成竖向土拱和环向拱效应.根据水平微分单元的竖直向和径向的受力平衡条件,推导得到考虑墙-土摩擦角、环向应力系数和筒形墙体半径的筒形墙体主动土压力计算基本方程,并与现有理论结果及模型试验结果进行比较.结果表明:考虑空间拱效应的计算结果与模型试验结果吻合较好;土压力沿深度非线性分布,主要表现为沿深度先增大后减小的变化规律;土压力与墙-土摩擦角、墙体半径及环向应力系数有关,土压力随墙-土摩擦角及半径的增大而增大,随环向应力系数的增大而减小.     

无缝钢管冷轧成型过程的数值模拟

本文采用非线性有限元法对无缝钢管的冷轧成型过程进行了数值模拟,得到了钢管在整个冷轧过程包括稳定轧制和钢管冷轧脱模后各个位置的位移场和应力应变场.根据数值计算结果绘制了钢管的轴向、环向及径向应力分布,并根据应力分布特点解释了钢管在冷轧过程中,不同的减径量如何影响成品管直径和壁厚精度的机理.数值计算结果表明:不同减径量情况下,稳定轧制阶段减径量的大小对钢管内外壁径向应力影响较小;对于环向应力,减径量越大,钢管外壁环向拉应力越大,而内壁环向压应力则越来越小;轴向应力同样与减径量的大小成反比例关系.残余应力沿圆周方向有明显不同,较小的轴向拉应力和较大的径向拉应力有利于轧制后轴向变形,较小的减径量有利于接近理论壁厚,但冷轧脱模后钢管直径大于理论直径.研究成果对于无缝钢管冷轧成型工艺设计以和轧辊孔型设计具有参考价值.     

多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合分析

具有良好化学稳定性及较高存储容量的多孔材料在锂离子电池及超级电容器中有广泛的应用,但已有的扩散-应力耦合模型大多忽略多孔材料的微观结构.基于此,建立考虑孔隙率和迂曲度的多孔球形电极颗粒中的扩散-应力耦合模型.针对Mn_2O_4电极进行恒压充电下的数值计算,探讨孔隙率和迂曲度系数对锂离子浓度、径向应力、环向应力及体积应变的影响,并将模型结果与他人结果进行对比.数值结果表明:迂曲度系数越大,电极中锂离子的扩散越差、体积应变越小且径向应力和环向应力越大;孔隙率越大,电极中的锂离子浓度和体积应变越大但径向应力和环向应力越小;多孔电极结构更有利于提高嵌锂能力.因此,应选择孔隙率大且迂曲度系数小的材料作为高存储容量的电极材料.     

深水浅部地层水泥环应力分布规律研究

位于深水浅部地层的固井水泥环面临十分复杂的环境,目前针对深水浅层水泥环力学分布规律的研究较少。研究深水浅层水泥环应力分布规律,对于预测水泥环的完整性,防止安全事故的发生具有十分重要的意义。以弹塑性力学理论为基础,运用ABAQUS有限元软件,建立套管-水泥环-深水浅层组合体模型,分析不同因素对水泥环应力分布规律的影响;并得出以下结论:水泥环内壁为危险界面;随套管内压的增加,水泥环径向压应力逐渐增大,水泥环周向应力由压应力状态向拉应力状态过渡,水泥环的失效形式主要是周向拉伸破坏;水泥环弹性模量越大,其周向拉应力和径向压应力越大,而水泥环泊松比对应力分布规律的影响规律相反;深水浅部地层弹性模量和泊松比越大,水泥环越安全;水泥石在硬化过程中传递深水浅部地层孔隙压力在一、二界面产生初始应力,该力能减小水泥环周向拉伸破坏风险,有利于维持水泥环完整性。     

喷瓷管道热喷瓷层应力状态分析

计算分析了喷瓷管道热喷瓷层的应力状态。计算结果表明 ,由于瓷层与金属基体热膨胀系数存在差异 ,瓷层处于压应力状态 ,金属基体处于拉应力状态 ;瓷层所处几何位置不同 ,其中的应力也存在差异。管道内瓷层的受力状态好于管道外瓷层。随着管道半径的增大 ,径向应力绝对值减小 ,瓷层所受的压应力也减小。由于管道内瓷层的半径小于外瓷层的半径 ,因而内瓷层所受的压应力大于外瓷层的压应力     

基于盲孔法的网架焊接空心球节点球面焊趾处残余应力的测试

基于盲孔法对3种规格的焊接空心球节点球面焊趾处焊接残余应力进行了试验测量,根据常规模型和Kirsch理论解对比计算了本次试验选取的应变片的应变释放系数。依据Scara-Mangas经验公式对计算得到的球面径向、环向焊接残余应力进行塑性修正,最终得出球面焊接残余应力分布图。探讨了焊接残余应力对工程领域中节点疲劳的影响。     

分数阶黏弹性不可压缩油气井管杆动态力学响应

基于分数导数和弹性力学理论,将油气井管杆模型简化为黏弹性圆柱管,建立了轴对称情况下不可压缩黏弹性圆柱管的运动控制方程,由不可压缩性假定直接得到了位移解形式,利用Laplace变换求解得到了油气井管杆环向位移和应力的解析解。数值算例分析结果表明:分数导数的阶数、模型常数比和管杆内外半径比对油气井管杆径向位移有较大的影响,且径向位移随频率变曲线存在峰值,分数导数的阶数和模型常数比越大,则峰值越小,峰值对应的频率越大,而内外半径比的影响则相反;分数导数的阶数、模型常数比和管杆内外半径比对油气井管杆对环向应力和竖向应力有较大的影响,而对径向应力的影响校对较小。     

圆锯片基体辊压适张残余应力试验与仿真研究

为了指导制锯企业开展辊压适张工艺优化，研究辊压适张后圆锯片基体的残余应力分布状态。利用有限元仿真分析圆锯片基体辊压适张后残余应力分布，并应用X射线衍射法检测残余应力，对比辊压适张残余应力检测试验结果和有限元仿真结果，得出辊压后圆锯片基体残余应力的分布特性。研究结果表明，辊压后圆锯片基体径向残余应力沿半径方向呈“低-高-低”的分布趋势，切向残余应力沿半径方向呈“外正内负”的分布规律，辊压适张仿真模型能够反映辊压带内外两侧真实的应力分布状况。