渐开线谐波齿轮柔轮最高装配应力分析研究

为探究轮齿对柔轮齿圈装配应力的影响,建立包含实际齿廓的实体单元柔轮齿圈有限元模型(FEM).分析最大周向应力随齿根倒圆半径的变化规律,获得最佳齿根倒圆半径,以降低最大周向应力,并研究齿圈壁厚和齿槽宽度对最大周向应力的影响.引入轮齿应力影响系数以揭示齿圈最大周向应力与光圈应力的关系;考虑轮齿对齿圈弯曲刚度的影响,提出基于内力等效的弯曲刚度增大系数计算方法,并数值计算应力集中系数.得到了弯曲刚度增大系数和应力集中系数随齿圈壁厚及齿槽宽度的变化规律.研究表明:设计规范低估了轮齿对应力集中的影响;随着齿圈厚度的增大,应力偏差由11.2%增大至16.9%,设计规范低估了应力随壁厚的增长率.     

拉伸载荷下U形缺口薄板试件应力集中系数修正公式

利用平面单元与三维实体单元的有限元方法分别计算了拉伸载荷下对称U形缺口薄板试件的应力集中系数,得到了平面单元计算结果总是小于三维单元计算结果的结论,在此基础上,比较了三维有限元结果与Neuber公式、Barrata-Neal公式的计算结果.发现:对于所研究的6种缺口形状,相较于三维有限元计算结果,Neuber公式和Barrata-Neal公式都低估了缺口应力集中系数,其中,Neuber公式低估的程度界于8.5%-13.3%之间,Barrata-Neal公式低估的最大偏差为5.8%.基于这些事实,利用三维有限元计算结果修正了Neuber公式和Barrata-Neal公式的估算结果,得到了拉伸载荷下U形缺口薄板试件的应力集中系数修正公式.     

两侧有半圆形切口的薄板应力集中系数分析

通过有限元计算,得到薄板两侧半圆形切口及其附近的应力分布情况,并分析了这些地方的应力集中系数.并将计算结果与实验研究得到的应力集中系数进行了比较.结果表明,有限元方法可以直接而有效地模拟应力集中情况.     

表面形貌对应力集中系数的影响研究

基于线弹性力学计算了机加工试样表面各点的应力分布,提出了等效应力集中系数的概念,该参量可以反映机加工表面的总体应力集中水平.采用谐波叠加的方式模拟表面形貌,提出了表面形貌有限元建模的新方法.分析了粗糙度的各表征参数对有效应力集中系数的影响.结果表明表面形貌各粗糙度表征参数对有效应力集中系数均具有明显的影响,各粗糙度表征参数与有效应力集中系数之间具有二次曲线拟合关系式.      

基于残余应力和应力集中系数的凹坑细节疲劳额定值预测

采用有限元分析及试验验证的方法对冲击能量进行研究,给出了冲击能量与尺寸系数之间的关系曲线。对凹坑的不同尺寸系数下的残余应力和应力集中系数进行计算,提成了一种基于残余应力和应力集中系数的凹坑疲劳分析工程方法。通过疲劳分析与试验结果的比较,结果表明：两种吻合很好,适用于工程计算。     

正交异性钢桥面板焊接节点应力集中系数

以千米级斜拉桥苏通大桥为工程背景,建立桥面板纵肋与盖板节点有限元模型,基于国内外现有的几种焊接节点热点应力计算方法,对节点焊缝周围的热点应力和应力集中系数进行数值计算,全面分析单元类型、网格划分对计算结果的影响,并通过将现场实测的应力集中系数与数值分析的相应结果进行比较,从而确立热点应力的有效计算方法,获得了节点焊缝周围的应力分布规律和应力集中系数.最后分析了板件几何参数对热点应力集中的影响.     

含圆孔有限厚度板的三维弹性应力场分析

通过三维有限元计算来研究含圆孔有限厚度板的圆孔边缘应力场,找出了应力集中系数与板的厚度、圆孔半径之间的关系,同时还分析了圆孔边缘的三维应力约束程度和三维应力约束区域的大小.研究结果表明:离面应力约束系数在板的中面最大,而在表面为0,三维应力约束影响区域的长度约为板厚的一半;应力集中系数沿厚度的分布是不均匀的,其最大值及位置与厚度有关;有限厚度板中面的应力集中系数及其最大值均大于平面应力或平面应变的应力集中系数;对含圆孔任意厚度板的应力集中问题,按平面应力或平面应变来考虑是不安全的;Sternberg等人对含圆孔任意厚度板的应力分布及应力集中系数的近似三维求解,仅适用于厚度较小的板,当板超过一定厚度时同样也是不安全的.     

基于ANSYS/LS-DYNA的击针撞击应力数值仿真

本文针对自动武器中重要但又容易出现断裂的击针,从应力分析的角度出发,利用有限元分析软件ANSYS,建立了击锤撞击下击针应力仿真的有限元模型,计算得到了击针的应力、速度、位移等参数.从仿真结果可知,击针的危险断面不在击针的尖端,而在距离尾端约15 mm处,这与击针实际发生破断的位置相一致,说明该仿真方法能够较真实地模拟击针的应力分布状态.危险断面内的最大应力并没有超过材料的屈服极限,所以击针的断裂不是因为瞬间应力过大引起的,而是在交替-拉压应力的作用下疲劳破坏的,因此,要提高击针的寿命,首要的是提高接近尾端区域的表面质量,减小应力集中以降低循环应力的幅值.     

高铁制动盘不同分布热裂纹应力强度因子计算

为研究裂纹间的相互作用关系,应用扩展有限元法对高速列车制动盘进行热疲劳裂纹应力强度因子计算。采用有限元软件ABAQUS仿真计算得出制动盘在制动过程中的瞬态温度场及应力场,并将两组平行裂纹置于制动盘表面最高温度分布区域内,最后在线弹性断裂力学的框架下进行热疲劳裂纹应力强度因子计算。仿真结果表明:初速度为400 km/h的一次紧急制动模式下计算出制动盘峰值温度为638. 4℃,周向残余应力为375. 5 MPa。裂纹的径向与周向距离很小时,两裂纹尖端表现为屏蔽作用。随着其间距的增大屏蔽作用相应减弱。两条错位平行裂纹随着其径向距离的增加,尖端应力强度因子在小范围内会相互增强。     

平面内弯矩作用下主圆支方K型节点的应力集中系数研究

文中采用有限元与试验方法系统地分析了主圆支方K型管节点在平面内弯矩作用下的应力集中系数。使用ABAQUS软件进行了125组在平面内弯矩作用下节点的数值模拟,得到了K型管节点在平面内弯矩作用下焊缝区域的应力集中系数,并且对主管和支管的应力集中系数进行了系统研究,分析了节点几何参数对主管和支管的应力集中系数的影响。结果表明,β(支管与主管直径比值)和2γ(主管直径与壁厚比值)值对节点的应力集中系数影响较大,而τ(支管与主管壁厚比值)对主管和支管的应力集中系数影响较小。主管的应力集中系数值主要出现在鞍点的附近,而支管的应力集中系数值出现的位置主要由β、2γ和τ等几何参数来决定。根据有限元模型的分析结果,通过曲线拟合提出了计算平面内弯矩作用下主圆支方K型管节点应力集中系数的参数方程,并对该方程的准确性进行了评价。最后,通过节点平面内弯曲试验再次验证了本文提出的应力集中系数公式的可靠性和安全性。     

基于有限元的高压容器开孔接管区应力分析

对压力容器开孔接管区进行了三维有限元分析,获得了容器筒体、接管及其连接部位的应力分布信息。结果表明:压力容器开孔接管区产生明显的应力集中,且应力集中系数随接管与筒体连接处距离的增大而快速降低,各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处且位于接管上部位的内侧区域,是筒体失效的危险区域。     

柔性板弹簧槽端封闭曲线的形状优化

基于有限元分析的形状优化算法,构建圆的渐开线型柔性板弹簧的有限元模型.以最小应力集中系数作为优化目标,最小应力值作为参变量,并分别以椭圆方程和阿基米德方程作为工具曲线确定形状控制参数,对板弹簧槽端封闭曲线进行形状优化.计算结果表明:最显著降低应力集中系数和最大应力的是经修正的外偏型阿基米德线封闭曲线,其次是椭圆弧线;优化计算结果与实验结果符合较好,表明所采用的柔性弹簧形状优化方法有效.     

焊接结构错位应力集中系数研究

研究由错位引起的焊接接头处应力集中现象，对于准确地计算焊趾处的热点应力及应力分布，评估焊接钢结构的疲劳强度具有非常重要的意义。总结了简单板对接和管对接结构中错位应力集中系数的计算方法，并通过对某海洋平台局部结构的有限元计算来验证Moddox公式和Lotsberg公式在复杂结构中的适用性。     

幂强化材料平板拉伸变形时椭圆孔口的应力集中

本文借助伪应力函数和复变函数法得到了含椭圆孔和椭圆形刚性夹杂的幂强化材料无限大板在单向拉伸作用下的解析解,讨论了孔口和夹杂附近的应力集中问题,给出了应力集中系数、应变集中系数与对应的线弹性问题的应力集中系数之间的关系。     

基圆渐开线涡旋盘齿根综合应力集中系数的确定

分析涡旋齿根应力集中的主要影响因素,建立涡旋齿根应力集中的等效几何模型,在不考虑涡旋齿面质量影响的前提下,以齿根应力疲劳缺口系数和形状变化系数综合形成涡旋齿根综合应力集中系数,并基于机械设计手册数据拟合得到涡旋齿根综合应力影响系数的简化计算公式,实例说明计算结果与对应几何模型从《机械设计手册》中查取的结果吻合较好.     

页岩水化对岩石应力分布关系的影响

页岩气钻井井壁不稳定是钻井过程中的一个重要难题,含水量的多少直接影响岩石应力分布.根据现场数据得到含水量随时间和距井眼轴线距离的变化规律.通过力学与化学耦合的总吸附水量模型表征含水量和应力分布关系,并且考虑地层的各向异性.将假设地层为各向同性时的水化应力和地层为各向异性时的应力耦合.通过计算机编程分别得到径向应力、切向应力和垂向应力随井周角和距井眼轴线距离之间的三维关系图.结果表明,页岩径向应力,切向应力和垂向应力随距井眼轴线距离的增加而减小,说明在井壁处水化膨胀造成应力值很高,随距离井眼轴线距离的增加钻井液入侵减小,从而水化膨胀应力逐渐减小.切向应力和垂向应力随井周角变化明显,是由于地应力非均匀性造成的,页岩的水化增加了地层的不稳定性.     

拱坝非线性分析与极限荷载的估算

本文根据拱坝结构和应力分布的特点,假设坝段缝、边缘接触面和新老混凝土交接面是拱坝的几个强度薄弱面.由于这些面的开裂引起坝体应力的重分布.在有限元计算时采用六节点等参数单元,以单元高斯点的应力值确定坝体开裂范围,同时采用压扁的坝体单元来模拟坝体与地基的接缝.在拱坝非线性分析基础上探讨了拱坝极限承载能力的估算方法,由于接缝单元开裂后应力转移缓慢且拱坝破坏时坝体单元开裂很多,单纯用初应力法或变劲度迭代法已不能满足计算的需要,本文提出用交替迭代法可以得到较好的效果.     

一维六方准晶中n条平行位错与半无限裂纹的相互作用（英文）

根据解析函数理论,研究了一维六方准晶中n条平行位错与半无限裂纹的相互作用问题,得到了n条平行位错与半无限裂纹相互作用下应力场的解析解.结果表明,位错芯和裂纹尖端处会产生应力集中现象,并且相互作用下的应力随Burgers矢量的增大而增大,随离位错芯距离的增大而减小.     

突出煤层槽硐周围煤体的应力与应变

为研究水力掏槽技术在突出煤层中实现快速掘进,分析槽硐周围煤岩的应力与应变、煤体弹性模量与竖固性系数的关系。利用ANSYS有限元软件建立水力掏槽槽硐数值模型,分析槽硐横向、竖向剖面周围煤岩体应力、应变云图。结果表明:槽硐周围煤体在应力重组作用下,径向、轴向应力集中带均向深部移动;距离槽硐不同位置测点,煤体应力、应变均呈规律性变化;同一剖面上距离槽硐中心径向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越小;距离槽口轴向距离越大,煤岩位移量、应变、应力变化越大,但是超过一定距离后,又逐渐减小。现场实验结果验证了理论分析和数值模拟结果的准确性。     

K型管节点焊接残余应力及其对应力集中系数的影响

采用有限元软件ANSYS,以K型管节点为研究对象,利用生死单元技术,模拟焊接过程和退火处理过程,研究管节点的焊接残余应力,得到焊接温度场和应力场的分布。分别对考虑焊接残余应力与不考虑焊接残余应力而只考虑焊缝对结构影响的管节点模型施加轴向载荷,计算这两种模型的热点应力集中系数,得到焊接残余应力对管节点应力集中系数的影响。结果表明:对焊接管节点进行退火处理可以显著降低焊接残余应力,降低发生变形和断裂失效的风险,大幅度提高管节点的安全性能;管节点结构中热点位置及热点应力集中系数与尺寸参数、载荷类型、加载方式、焊缝结构等有关。