带传扭销的环形平面接触轴段扭转特性研究

为了研究重型燃气轮机压气机转子中常用的带传扭销的环形平面接触轴段的扭转特性,提出了带传扭销的环形平面接触轴段扭转变形双线性解析模型。采用三维有限元数值计算,对理论模型进行了验证,并在此基础上分析了压紧力、摩擦因数、传扭销个数和传扭销直径等对该模型的两个线性段扭转刚度、双线性转折点扭矩和接触界面的传扭能力等关键参数的影响规律。研究结果表明,环形接触平面滑移前的扭转刚度和连续轴段的扭转刚度基本相同,环形接触平面滑移后的扭转刚度则由传扭销的纵向剪切刚度决定,而双线性转折点的扭矩与预应力和摩擦因数成正比。研究结果对工程应用中带传扭销环形平面接触界面的设计及重型燃气轮机转子扭转动力学分析具有参考价值。     

螺纹联接轴向预紧力试验分析

螺纹联接的轴向预紧力是影响产品质量的重要因素之一,轴向预紧力及相对误差与装配扭矩有关并受联接件的几何参数和摩擦系数影响,装配扭矩不宜简单推算,应结合具体联接条件试验确定.     

实心试件大变形扭转试验的有限元模拟

对类似于Lindholm型扭转试件外部几何尺寸的实心扭转试件的大变形扭转试验过程进行了有限元模拟,并对通常的根据扭转角-扭矩曲线确定材料的剪应变-剪应力曲线的方法进行了误差分析。分析表明,由于存在因截面的突然变化所引入的端部效应,试件标距部分外表面的单位长度扭角不再保持不变,靠近标距端部的横截面上的半径不再保持为直线。作为比较,对均匀实心试件的大变形扭转响应特性亦进行了分析。此外,还分别对试件在夹持端轴向自由和轴向固定时的轴向应力和应变进行了分析,结果表明对于确定材料的剪应变-剪应力曲线或等效应力-应变关系,轴向效应的影响可以忽略不计。     

配体外预应力钢束的曲线箱梁桥抗扭设计

为了抵抗曲线箱梁桥的扭转效应、改善结构的受力状态,在不增加预应力钢束数量的前提下,提出一种利用体外预应力钢束形成空间抗扭作用的方法.基于空间解析几何关系推导了体外预应力扭矩计算公式,以此建立了以最小扭矩为目标的体外预应力钢束的抗扭设计流程,并利用非线性规划方法给出钢束最优平面线形参数的数值解法.分析结果表明,与体内预应力钢束相比,通过合理的体外预应力钢束空间布置,能大幅降低扭矩峰值,抗扭效果明显,且不影响抗弯、抗剪能力;扭矩计算数值解与有限元分析结果吻合良好,能方便地用于实际设计.     

盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明：隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。     

防摩擦层对非粘结柔性立管截面力学性能影响

以一类八层非粘结柔性立管为研究对象,对防摩擦层分别采用计入实际几何形状的螺旋带模型和简化的圆柱壳模型,采用理论和数值方法计算立管在不同边界下的轴向及扭转刚度.计算结果表明:数值解与理论值符合较好;在轴向拉力、逆时针扭矩、顺时针扭矩(限制立管轴向位移)下,使用两种防摩擦层模型对立管刚度影响可以忽略;在轴向压力、顺时针扭矩(自由边界)下,采用圆柱壳模拟防摩擦层会大幅增大立管刚度.     

基于板梁理论的单轴对称箱形钢梁组合扭转分析

以端部作用一个集中扭矩的单轴对称箱形截面悬臂梁为研究对象,基于板梁理论研究其扭转变形和截面扭转角.依据Timoshenko梁和Kirchhoff板力学模型,引入腹板翘曲变形偏移值m,求出单轴对称箱形钢梁扭转的总应变能和扭转刚度;根据端部作用集中扭矩的荷载,建立箱形钢梁的总势能方程,并求得单轴对称钢箱梁组合扭转最大扭转角的理论解.借助大型通用有限元分析软件ANSYS,依据扭转参数K,计算6组不同尺寸的钢梁在端部集中扭矩作用下的最大扭转角.与板梁理论的理论解进行对比,最大误差为3.37%,证明了理论解的正确性.     

长齿廓齿顶修形对减速箱振动噪声影响研究

针对高速工况下电动汽车减速箱振动噪声过大问题,考虑长齿廓齿顶修形,并探究修形时长齿廓齿顶线性、圆弧、渐开线和折线圆弧曲线对减速箱整体性能的影响规律。基于扭转振动原理,建立斜齿轮非线性动力学模型,分析了4种典型曲线对齿面载荷、齿轮副时变啮合刚度、时变啮合力和减速箱声功率级敏感性的变化规律。结果表明：齿面载荷、时变啮合刚度和时变啮合力受修形曲线影响较大,各修形曲线均能降低箱体声功率级,其中,圆弧、渐开线修形对齿轮副时变啮合刚度和时变啮合力的波动有抑制作用,满足全频域降噪要求。折线圆弧修形后齿面载荷、特征频率处声功率级和平均声功率级降幅最大,满足减速箱高速工况下的减振降噪需求。     

波形钢腹板混凝土组合箱梁纯扭性能全过程分析

为获得波形钢腹板混凝土组合箱梁在纯扭矩作用下全过程的扭矩-扭率曲线,基于混凝土开裂前后2个阶段,建立了组合箱梁纯扭性能全过程分析模型.针对混凝土开裂前阶段,考虑截面宽高比和波形钢腹板形状的影响,提出了组合箱梁弹性扭转刚度的修正公式,同时引入普通钢筋和预应力筋的影响,修正了组合箱梁开裂扭矩计算公式.对于混凝土开裂后阶段,针对RASTM T中混凝土已开裂和忽略混凝土拉应力的不合理假定,提出了考虑扭率计算值修正的组合箱梁纯扭转非线性分析方法.然后,利用C++语言编制了组合箱梁纯扭性能全过程分析计算程序.分析结果表明,模型计算值与试验值吻合良好.该模型可准确预测波形钢腹板混凝土组合箱梁纯扭转受力全过程的扭矩-扭率曲线.     

承插型盘扣式钢管支架盘扣节点抗扭刚度影响因素

承插型盘扣式钢管支架盘扣节点属于半刚性连接,其抗扭刚度是架体结构稳定承载力的重要影响因素。为保证承插型盘扣式钢管支架设计安全可靠和经济合理,对架体盘扣节点抗扭刚度影响因素进行研究,揭示各影响因素对盘扣节点抗扭刚度的作用机理,提出合理的抗扭刚度值。在盘扣节点抗扭试验的基础上,分析得盘扣节点扭矩-转角关系曲线和抗扭刚度影响因素,建立盘扣节点实体有限元模型对影响因素进行数值分析,提出合理的盘扣节点抗扭刚度建议值,并通过架体压载试验和有限元数值分析的结果对比,验证节点抗扭刚度建议值的合理性。研究结果表明:插销与连接盘的接触面积和材料应变硬化模量对盘扣节点抗扭刚度影响较大;盘扣节点扭矩与转角关系曲线非线性特性明显,抗扭刚度分3个阶段进行选取较为合理,各阶段盘扣节点抗扭刚度值宜取50～60、20～25、0～5 kN·m/rad。