柴油机机体热-机耦合分析

文章以4105型柴油机为研究对象,建立包括缸体、缸盖、缸套、缸垫、连接螺栓的内燃机机体装配多体接触模型,利用ANSYS Workbench平台,采用多场耦合方法,计算考虑螺栓预紧力、燃气压力、热负荷综合作用下的机体应力与变形。结果表明,热负荷对于缸体、缸盖的应力应变影响最大,缸体内各部位刚度的差异导致缸体、缸盖变形的大小和形态显著不同。     

拧紧工艺的螺栓连接结构预紧力变化规律

针对航空发动机装配过程中螺栓预紧力一致性差的问题，建立螺栓连接转子有限元模型，获得螺栓在顺序拧紧和星形拧紧时预紧力的衰减规律和分布特点.进行螺栓预紧力实验研究，分析了拧紧顺序及拧紧速度对螺栓预紧力的影响，并揭示了预紧力随时间的衰减机理.结果表明：拧紧相邻螺栓会使预紧力大幅衰减；提高拧紧速度会使螺栓获得较大预紧力，使得连接结构更加稳定；螺栓拧紧后预紧力会在短时间内大幅衰减，衰减规律与扭矩幅值息息相关.因此，在发动机装配中，严格控制螺栓拧紧工艺的同时，预紧力短时间内的衰减不可忽视.     

汽车发动机缸盖螺栓拆装工艺探析

缸盖螺栓是发动机气缸盖和气缸体的主要联接件，缸盖螺栓的预紧程度和拆装工艺直接影响到缸盖的寿命，甚至影响到发动机的工作性能。运用力学原理分析缸盖内力的分布，揭示不正确拆装工艺对缸盖造成损坏的原因，可以加深对缸盖拆装工艺的正确认识。     

不均匀预紧对螺栓法兰垫片接头密封性能的影响

测量了柔性石墨-不锈钢金属缠绕垫片的非线性压缩-回弹曲线,建立了螺栓法兰垫片接头整体结构有限元模型,采用泄漏率来表征其密封性能,分析了螺栓不均匀预紧对接头密封性能的影响。结果表明：个别螺栓欠预紧会导致密封泄漏率增加;欠预紧程度越大,欠预紧螺栓数目越多,螺栓间越互相靠近,则泄漏率越大,且泄漏位置出现在欠预紧螺栓区域;个别螺栓超预紧时,泄漏率不降反略有增加,泄漏位置出现在超预紧螺栓对侧区域。     

大口径法兰瞬态工况正交试验

采用有限元分析方法结合正交试验研究了法兰的压力、口径、螺栓预紧载荷等参数对大口径法兰密封性能的影响.对有限元正交试验数据,通过多元回归得到缠绕垫片应力与螺栓预紧力、法兰压力、法兰温度和缠绕垫片回弹模量之间的关系式.研究表明,螺栓预紧力和法兰压力对缠绕垫片应力的影响是高度显著的,法兰温度和缠绕垫片回弹模量的影响是显著的.     

垫片含缺陷钢制螺栓法兰结构密封性仿真分析

以法兰-螺栓-垫片组成的螺栓法兰连接系统为研究对象,利用ABAQUS软件构建该模型中的连接件整体和各个部件,进行不同工况下,垫片有无缺陷时螺栓法兰连接系统紧密性的应力及接触分析.结果表明：螺栓预紧力、介质内压和外加弯矩载荷都会对螺栓法兰连接的密封性产生影响;当垫片存在缺陷时,缺陷的尺寸和存在的位置会改变垫片接触应力的分布,缺陷深度越大,密封效果越差.     

螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响

为了研究螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响,建立了带螺纹的三维螺栓连接有限元模型,使用Newmark算法进行了螺栓连接横向振动瞬态求解,分析了不同螺距和孔隙对螺栓连接横向振动自松弛的影响。研究结果表明:在横向循环载荷作用下,粗牙螺纹的螺栓连接相比细牙螺纹的预紧力下降速度要慢、螺纹啮合面和承压面的滑移要剧烈,因此细牙螺纹较粗牙螺纹不容易发生自松弛;孔隙越大螺栓连接预紧力下降速度越快、螺纹啮合面和承压面的滑移越剧烈,因此，孔隙越大越容易发生自松弛。     

改良双锥密封结构及其设计方法

在传统的双锥密封结构基础上提出了一种新型的半自紧金属垫片密封结构——改良双锥密封结构,通过有限元分析,得到了预紧工况下改良双锥环Mises等效应力分布以及垫片应力随预紧载荷和操作压力的变化规律.与传统的双锥密封结构相比,改良双锥密封结构的螺栓预紧力小;操作工况下,自紧作用较好.通过改良双锥密封机制分析,确定了影响密封的主要结构参数,提出了相应的设计方法.以内径1 m的改良双锥密封结构为例,设计了三因素三水平正交试验方案.通过数值模拟,得到了最佳结构参数.     

螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响

为了研究螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响,建立了带螺纹的三维螺栓连接有限元模型,使用Newmark算法进行了螺栓连接横向振动瞬态求解,分析了不同螺距和孔隙对螺栓连接横向振动自松弛的影响。研究结果表明:在横向循环载荷作用下,粗牙螺纹的螺栓连接相比细牙螺纹的预紧力下降速度要慢、螺纹啮合面和承压面的滑移要剧烈,因此细牙螺纹较粗牙螺纹不容易发生自松弛;孔隙越大螺栓连接预紧力下降速度越快、螺纹啮合面和承压面的滑移越剧烈,因此,孔隙越大越容易发生自松弛。     

螺栓支承面有效半径的影响因素

为得到螺栓拧紧扭矩与预紧力之间的精确关系,对影响螺栓支承面(螺栓头和螺母)有效半径的计算方法、预紧力、被连接件弹性模量、板厚、孔隙、螺距等因素进行了研究.采用ANSYS参数化设计语言,构建了具有螺纹特征的螺栓连接件参数化有限元模型,通过Ⅰ-Scan压力薄膜传感器测量被连接板结合面的压力分布,并与有限元模型的计算结果进行比较,间接地验证了参数化模型的可靠性.通过获取螺栓连接件支承面的压力分布方式,结合螺栓支承面有效半径的计算方法对螺栓支承面的有效半径进行了计算.计算结果表明,螺栓支承面的有效半径随着预紧力、孔隙的增加而增加,随着板厚、被连接板弹性模量的增加而减小,有效半径与预紧力、弹性模量之间成非线性关系,与孔隙之间成线性关系且斜率为0.53～0.56.     

基于随机有限元法的非机动车钢桥摩擦型高强螺栓可靠性分析

摩擦型高强螺栓连接是实现全拆装非机动车钢结构桥梁快速装配化建设的重要构件之一。为研究非机动车钢结构桥梁高强螺栓连接的可靠性能,首先,采用有限元方法建立高强螺栓数值模型,并对模拟方法进行了准确性分析;其次,在此基础上,利用响应面随机有限元法研究了随机变量对高强螺栓结构性能响应的影响,通过随机车流程序计算了非机动车桥梁荷载效应;最后,利用可靠度设计方法研究了钢板梁高强螺栓的抗力分项系数。结果表明：随机变量变异性对高强螺栓不同目标性能有不同程度影响,非机动车荷载作用下的钢桥高强螺栓设计承载力要稍高于现行规范理论公式计算值。     

管桩-塔脚机械型连接接头及其轴向性能分析

为解决传统桩-塔脚现浇型连接接头存在的受拉性能差、施工周期长等问题,提出了一种新型预应力混凝土高强管桩(precast high-strength concrete pile,PHC)管桩-塔脚机械型连接接头。先通过理论分析对新型连接接头中的圆筒和腹板最小厚度进行确定,再利用ABAQUS软件对其进行轴向性能有限元分析,并将其与传统现浇型连接接头进行对比。研究结果表明:当圆筒厚度为10 mm、腹板厚度为10 mm时,其能满足单项承载力要求、整体承载力要求及经济性要求。在受压荷载下,传统现浇型连接接头最终因塔脚全域受压屈曲而破坏;机械型连接接头最终因连接主体中的圆筒和腹板全域屈服而破坏,其可满足同型号管桩-塔脚的受压设计承载力要求,且可选择增大圆筒厚度和腹板厚度来提高整体受压承载力。在受拉荷载下,现浇型连接接头最终因预埋件中锚筋与混凝土锚固力不足而发生拔出破坏,拉伸位移均为预埋件刚体位移,连接接头具有很差的延性。机械型连接接头最终因啮合式连接接头中的连接销受拉变形过大而破坏,其受拉承载力远大于现浇型受拉承载力且具有较好的延性。     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。     

基于Kriging模型的特殊螺纹油管和套管接头密封可靠性分析

以某型特殊螺纹接头为分析对象,建立该特殊螺纹密封可靠性功能函数,通过有限元方法对螺纹接头进行载荷包络线试验仿真,确定载荷包络线试验中螺纹接头密封失效的最危险载荷点。基于该最危险载荷点,通过随机化影响特殊螺纹密封性能的11个参量,利用Kriging代理模型对螺纹接头进行可靠性分析,确定其在载荷包络线试验中最危险载荷点下的密封可靠度。结果表明:基于Kriging模型的密封可靠性分析是评价特殊螺纹接头密封性能的一种有效方法,能够满足工程应用的需要,可用于特殊螺纹接头的设计、优化和选用。     

梁柱刚接节点盖板加固的焊接残余应力分析

为研究残余应力对梁柱节点加固后性能的影响,通过选择焊接参数,进行三维的热一结构耦合计算,模拟了盖板加固梁柱刚接节点中盖板与柱翼缘之间的对接焊缝的焊接过程,初步讨论了焊接残余应力对加固节点受力性能的影响.计算得到了焊接温度场以及残余应力的分布,以及焊接残余应力对RI指数的影响.分析表明,焊接残余应力对节点的整体受力性能影响很小,但是焊接残余应力的存在会极大的增加焊接热影响区发生脆性断裂的可能性.     

PHC管桩机械性连接接头抗拔性能有限元分析

为研究抱箍式连接接头、啮合式连接接头以及内扣式连接接头在受拉状态下的力学性能,基于ABAQUS平台建立三种接头的有限元模型,对三种接头的抗拔性能进行分析。研究结果表明：抱箍式连接接头试件受拉时,拉力主要由连接卡承担。抱箍式连接接头试件最终由于连接卡与端板外侧变形过大而破坏。啮合式连接接头试件受拉时,拉力全部由连接块与连接销承担。试件因连接销受拉应变过大而破坏。内扣式连接接头试件受拉时,拉力主要由内扣件承担,试件最终因内扣件受拉应变过大而破坏。内扣式连接接头不能满足管桩的抗拔连接要求,啮合式与抱箍式连接接头可以满足抗拔要求。啮合式连接接头承载能力高,受力直接,是最经济合理的机械性连接接头。     

基于ANSYS Workbench的新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈的有限元分析

针对天然气输送管线过滤器锁环式快开盲板密封应用,提出一种新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈。采用ANSYS Workbench有限元分析软件进行参数化仿真分析,得到橡胶密封圈应力分布、变形情况和密封接触处压力分布,并重点分析了装配间隙处局部橡胶挤出状态。结果表明改进后密封圈的密封性能良好,橡胶变形及局部挤出现象得以改善。该型密封圈与原金属弹簧嵌入式鞍形密封圈相比,具有结构简单、制造经济、使用寿命长等特点。     

非圆胀圈型密封环的设计方法与性能分析

为解决重载车辆中由于胀圈密封失效而导致的传动系统故障问题,提出通过胀圈的非圆设计减小辅助密封面和接口处漏率,并减小胀圈失稳破坏的可能性,以提高胀圈密封的可靠性和使用寿命. 分别通过基于曲梁解的理论解析和有限元数值模拟方法分析了胀圈装配状态下的受力与变形情况,计算出可以实现辅助密封面理想贴合的非圆胀圈的外轮廓曲线,讨论了解析方法的适用范围和接口形式对非圆线形的影响. 通过对胀圈变形和受力状态的有限元分析,发现非圆胀圈的密封间隙和漏率明显减小,密封性能显著提高.      

Sealing Reliability and Sensitivity Analysis for a Premium Threaded Connection Based on Kriging Model

In order to analyze the sealing performance of a new designed premium threaded connection,this paper studies the sealing reliability and sensitivity of the premium threaded connection at its most dangerous load condition based on Kriging model.The load condition of premium threaded connection in deep well is so complex that the most dangerous load point of premium threaded connection under the typical series loads is studied by finite element analysis(FEA) method firstly.Since the FEA of the premium threaded connection is too time-consuming,Kriging model which is accurate and efficient for multidimensional and highly nonlinear problems is built to calculate the sealing reliability of the premium threaded connection at the most dangerous load point.Finally,the sealing sensitivity analysis of the premium threaded connection is performed by the method of variance-based global sensitivity analysis.The work in this paper could contribute for the analysis and further improvement of the premium threaded connection.     

基于Gamma过程的水下连接器密封性能退化随机模型

水下连接器服役期间密封性能退化现象客观存在,为准确获得不同时刻连接器的密封性能指标,考虑密封面接触应力和有效接触长度对水下连接器密封性能的影响,以密封接触强度为连接器密封性能评价指标,建立连接器密封性能有限元分析模型,结合Norsok腐蚀速率预测模型,获得不同时刻连接器密封接触强度指标。以此作为密封性能退化数据,根据密封性能退化过程随机性与不可逆性特点,采用Gamma过程建立连接器密封性能退化随机模型,形成水下连接器密封性能退化模型建模新方法。