均匀单轴压应力场下岩石的力学性质

为了研究在均匀压应力场下岩石的力学性质,制作了中等壁厚的环形岩石试件,该试件在承受均布外压时,其内壁处于均匀单轴压应力状态,且内壁的应变可直接量测。控制试件的壁厚,内壁的应力可在一定的误差范围内由静力平衡条件求得。试验在自行研制的中壁圆环抗压试验机上进行,结果表明:在均匀压应力场下,岩石的应力——应变曲线无明显的峰后段,且其强度高于常规单轴抗压强度并具有较小的变异系数。     

蒸汽疏水阀用等壁浮球和不等壁浮球的设计计算

等壁浮球与不等壁浮球在蒸汽疏水阀中虽然均为浮子,但在设计计算校核过程中,却有很大的区别。等壁浮球采用外压球形容器的强度计算公式及外压球形容器的壁厚计算图表计算确定浮子壁厚,应用内压浮球形容器的强度计算公式进行强度校核;而不等壁浮球必须先初步计算等壁壁厚,然后确定出不等壁壁厚,依据浮球材料的弹性临界皱缩压力进行强度校核。     

大型储罐外压稳定性

应用ANSYS有限元软件对某大型外压储罐进行屈曲分析,得到非线性屈曲分析的临界失稳外压只有特征值(或线性)屈曲分析结果的70%～80%,说明了线性屈曲分析不能用于工程实际.同时,研究了初始缺陷对非线性屈曲分析临界失稳外压的影响,发现缺陷大小与临界失稳外压成线性关系,因此标准规范中对大型储罐的设计制造误差提出了严格的要求.     

开孔接管对卧式储罐承载能力的影响分析

压力容器上都不可避免地有开孔接管,从而可能影响容器的承载能力。该文采用有限元方法分析了一个带有接管卧式容器的外压临界载荷和内压极限载荷,并通过改变接管大小和接管壁厚来考察开孔接管的影响。研究发现:开孔接管并没有降低卧式容器的外压承载能力,但会降低设备的内压极限承载能力;壁厚相同时开孔接管的直径增大,对外压失稳临界压力几乎没有影响,但塑性极限载荷值会明显降低;开孔接管直径相同,壁厚增大,设备的外压临界载荷稍有增加,而塑性极限载荷明显提高。     

环境温变对纤维增强夹芯板临界热屈曲温度的影响

基于三角剪切变形理论,推导出了夹芯板的控制方程,利用瑞利-里兹法求解夹芯板的临界热屈曲温度。考虑温度沿厚度方向变化,研究了温度函数指数、边界条件、长厚比、长宽比、面板厚度与总厚度的比值和纤维角度对夹芯板临界热屈曲温度的影响。结果表明,均匀温度夹芯板临界热屈曲温度最低;非线性温度夹芯板临界热屈曲温度最高。临界热屈曲温度随着长厚比、面板厚度与总厚度的比值的增大而减小。在四边简支边界条件下,长方形夹芯板的临界热屈曲温度大于正方形夹芯板的临界热屈曲温度。四种边界条件下的正方形夹芯板,四边简支夹芯板的临界热屈曲温度最小,四边固支夹芯板的临界热屈曲温度最大。正方形夹芯板临界热屈曲温度最大值出现在纤维角度为45°和135°附近。     

静水压荷载下功能梯度圆环的弹性屈曲

管道屈曲问题中,结构通常被考虑为平面应力圆环,但若存在轴向位移约束,其状态更接近平面应变圆环的状态.文中从理论上研究静水压作用下平面应力和平面应变功能梯度材料圆环的弹性屈曲问题.假定材料沿厚度方向弹性物性按照幂律分布连续变化,结合一阶剪切变形理论和Kárman几何关系,应用虚位移原理,导出结构的基本平衡方程;采用本征值方法得到了屈曲控制方程和结构屈曲临界荷载的解析解.通过算例比较了平面应力和平面应变状态下结构理论屈曲性能,同时考察了结构径厚比和材料组分参数的影响.结果表明:平面应变功能梯度材料圆环屈曲临界荷载略高于平面应力的结果;当材料组分参数介于0.1至10区间内时,两种圆环的屈曲临界荷载均下降得较为明显.     

轴压作用下薄壁方钢管局部屈曲失稳的有限元分析

通过有限元模拟分析了轴压作用下薄壁方钢管的局部屈曲失稳形式．通过对一系列不同高宽比的方钢管模型的屈曲模态分析,研究了薄壁方钢管在轴压作用下发生局部屈曲失稳的规律．通过有限元模型分析,发现在轴向压力作用下,方钢管发生局部失稳破坏时,其临界荷载的大小主要受方钢管的宽厚比影响,而其高宽比对临界荷载的影响可以忽略不计．轴压作用下方钢管发生屈曲破坏时的屈曲系数非常接近于4,与四边简支的薄板在轴压作用下失稳的屈曲系数相同．这一结论对于薄壁方钢管在轴压作用下的屈曲分析具有参考价值．     

复合材料变刚度薄圆环板的轴对称屈曲分析

假定正交各向异性薄圆环板的抗弯刚度沿径向按照任意函数形式连续变化,基于经典板壳理论推导出变刚度薄圆环板轴对称屈曲问题基本方程,并采用加权残值法计算了周边弹性约束时变刚度薄圆环板的临界屈曲值.与已有文献结果进行比较,验证了该方法的正确性和有效性.通过数值算例研究了弹性约束、刚度面内变化等对正交各向异性变刚度薄圆环板临界屈曲载荷的影响,研究结果可为复合材料变刚度薄圆环板的分析及优化设计提供参考.     

含内部随机点蚀的2D圆环管道模型屈曲研究

通过建立有限元模型分析了内部随机点蚀对外压作用下2D圆环屈曲压力的影响.由于管道内部多相流侵蚀-腐蚀的影响,管道极易在6点钟方向产生内部沟槽腐蚀和点腐蚀,进而导致管道损坏失效.内部腐蚀是造成深海管道损坏失效的重要因素,针对内部随机点蚀对管道屈曲压力影响的问题,将用户自定义的Python程序嵌入Abaqus有限元数值模拟软件进行研究.把管道简化为2D圆环模型,利用Python程序中均匀分布随机数生成器,建立多个随机点蚀圆片模型;根据内部随机点蚀的特点,采用随机数发生器得到在2D圆环内表面3点钟到9点钟方向随机分布的点蚀坐标;在整体坐标系下完成模型装配后,运用Abaqus软件中的布尔切割运算功能建立了含内部随机点蚀的2D圆环有限元模型.使用上述模型研究了外压作用下内部随机点蚀对圆环屈曲压力的影响,模型校准后基于该2D圆环模型开展了参数敏感性分析,研究结果表明椭圆度、径厚比和腐蚀比是影响2D圆环屈曲压力折减系数的主要因素.基于多参数非线性回归分析,建立了椭圆度、径厚比和腐蚀比3个参数对外压作用下含内部随机点蚀2D圆环屈曲压力折减的经验公式.研究结果可为内部随机点蚀作用下的海底管道的极限强度评估和剩余寿命分析提供参考.     

加筋真空容器稳定性分析

研究塑料加筋容器在真空状态下的稳定性·基于线性和非线性分支屈曲模型,用有限元法分析了这种组合壳体的临界载荷·分别计算了圆柱壳和椭圆封头的屈曲,并将总体屈曲载荷作为结构承载能力的理论值·利用平衡路径上两点间的割线,求解非线性路径的分支点·为了检查壳体稳定性的缺陷敏感度以及理论结果与真实的承载能力间的差别,做了两种壁厚容器的真空试验·理论与实验比较表明加筋真空容器稳定性对几何缺陷敏感·根据实验结果,建议了一个对于临界载荷理论值的修正系数·     

静水压力作用下两铰圆拱稳定的截面优化设计

采用泛函极值分析方法,推导出圆拱截面函数和挠曲函数的稳定方程．利用瑞利-里兹法,近似求解在静水压力作用下,两铰圆拱呈反对称屈曲和正对称屈曲状态的临界荷载和截面的优化形式．     

非对称Y型岔管抗外压稳定性分析

利用拱轴圆弧临界荷载理论讨论了岔管环向稳定性,并与相应圆柱管的抗外压临界荷载进行定性比较;用非线性有限元屈曲分析法,对岔管和相应圆柱管的抗外压临界荷载进行了量化比较;通过加劲环间距、管壁厚度对岔管临界荷载与相应圆柱管临界荷载比值的影响分析得出,岔管的抗外压临界荷载与其几何参数有关,不一定总是大于相应圆柱管临界荷载值.     

MEMS光纤压力传感器压力膜片的仿真与分析

阐述了一种使用周边固定的圆形膜片的反射式强度调制型MEMS光纤压力传感器的工作原理,在现有外界压力下的膜片应力、应变及固有频率公式的基础上,推导了膜片应力、应变和固有频率三者随传感器尺度变化的一般规律.利用有限元分析软件ANSYS对推演出的规律仿真模拟和分析,验证了此规律的正确性和普适性,同时修正分析模型,总结了理论公式与实际应用之间的联系与区别.     

非理想边界拱的面内失稳模式与屈曲荷载

将拱结构中既非固结也非铰支的非理想边界考虑为沿不同方向的具有一定刚度的弹性约束,利用变形几何关系和能量变分原理推导了拱的非线性平衡方程.以圆弧拱为例建立了径向均布荷载下外荷载与结构内力、径向位移之间的关系,通过定义拱的深浅参数和临界约束刚度进行分析并得到了跳跃屈曲、分岔屈曲等的发生条件及存在区间.本文方法所得屈曲路径和屈曲荷载与有限元法所得结论吻合良好,且用数值法分析了不同约束刚度时的屈曲路径和临界荷载.结果表明,临界深浅参数和临界约束刚度对圆弧拱的屈曲模式及屈曲临界荷载影响显著.     

埋藏式钢管的抗外压稳定研究

应用壳体稳定理论结合某一工程实例研究了圆形加劲环式钢管和锚筋式钢管的抗外压稳定问题。首先分析了非对称外压对失稳荷载的影响;其次根据壳体稳定分析结果对锚筋式和加劲环式钢管的失稳形态和影响因素进行了分析,并对现有计算公式进行了评述。结果表明,对锚筋式和加筋环式钢管采用本文提出的按壳体稳定理论建立的有限元计算公式是可靠合理的。     

钢制薄壁圆筒外压试验压力的研究

基于随机-模糊概率模型,定量分析了钢制薄壁圆筒临界失稳强度的模糊可靠度、稳定系数与外压试验压力系数之间的关系。研究表明：1）如果要求钢制薄壁圆筒临界失稳强度的模糊可靠度范围,在外压气压试验、液压试验和正常操作时分别为0．9997091～0．9999992822,0．998411～0．9991836与0．9999992822～0．99999999864,可取常规稳定系数不小于2．60,外压试验压力系数的取值范围在气压试验时应不小于1．08但不大于1．16,在液压试验时应不小于1．08但不大于1．61;2）采用55组试验数据验证了文中方法的合理性。     

加肋圆柱壳稳定性计算方法若干问题探讨

对静水压力下环加肋圆柱壳弹性失稳临界载荷现有计算方法进行了比较和计论。采用各种方法，对Ｔ形截面和槽形截面环助圆柱壳总体失稳临界压力进行了计算，结果表明，现有解析公式都未能综合考虑加肋壳体失稳临界压力的各个影响因素。为此，提出了改进的解析公式和半解析数值方法。     

非均匀堆载作用下圆形基坑主动土压力分析

基于轴对称情况下土体的极限平衡理论,将圆形基坑主动土压力的滑移线解推广到非均匀堆载情况.通过分析得出基坑半径和土体参数对基坑主动土压力的影响规律,并发现与朗肯土压力理论一致.比较了非均匀和均匀堆载作用下的滑移线场和相应的土压力分布,发现基坑周围不同位置的堆载大小只影响基坑侧壁某部分深度范围内的土压力分布.因此,可根据基坑周围堆载的分布形式,定性估计得到基坑侧壁的土压力分布.     

带槽口缺陷的圆钢管短柱轴压性能试验

本文对带有在圆钢管切割工艺中所产生的槽口缺陷的圆钢管短柱进行了系列力学性能试验研究。通过对144根圆钢管短柱进行筛选,挑选出合计51根带槽口缺陷的圆钢管短柱,并对该51根带槽口缺陷的圆钢管短柱试件进行轴压性能试验研究。分析了槽口缺陷类型、槽口缺陷高度以及钢管壁厚对试件破坏模式、初始刚度、延性和轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线、初始刚度-槽口缺陷高度曲线、延性系数-槽口缺陷高度曲线、荷载-应变强度曲线以及极限承载力-槽口高度曲线。研究结果表明：对于带槽口缺陷的圆钢管短柱,管壁较厚的圆钢管短柱在槽口缺陷处只会产生凸起屈曲,而管壁较薄的圆钢管短柱在槽口缺陷处会有凸起屈曲和凹陷屈曲两种破坏模式。槽口缺陷会小概率使得圆钢管短柱有更明显的屈服平台,形成双峰曲线;槽口缺陷的存在会普遍减小圆钢管短柱的初始刚度和延性系数;槽口缺陷高度在0.5倍的壁厚范围内对初始刚度、延性系数和极限承载力的影响微乎其微;钢管管壁越薄,缺陷对极限承载力的影响愈加显著,其极限承载力下降幅值更大。最后,本文提出槽口缺陷影响系数并给出了考虑槽口缺陷的圆钢管短柱极限承载力计算公式。     

油气井套管侧向屈曲分析与井下加强工具探讨

针对油气井套管挤毁的研究多局限于强度分析,忽视了套管侧向稳定性问题。除小直径或特厚壁的套管外,常用套管的失效形式应属于失稳损坏。基于外压作用下套管侧向屈曲机制,分别采用API标准和圆筒屈曲分析的方法,计算套管侧向屈曲的临界压力。另外,对减小套管计算长度的井下加强工具进行探讨和设计。结果表明:套管纵向长度对侧向屈曲的临界压力具有重要影响;若把套管的计算长度减小到某一范围,可有效地提高套管的抗失稳能力。结果为提高套管抗失稳能力提供了一种新途径,可作为完井后高挤毁风险套管的加强补救措施。