非均匀长圆柱超导体的热应力分析

用解析法研究了非均匀长圆柱超导体在冷却过程中,随着时间及位置变化的温度场以及热应力应变的分布.其中,假定杨氏模量呈现出与坐标和温度相关的指数形式变化.利用贝塞尔方程解析求解了热传导方程,得到了温度场的分布.结果表明:计算结果与实验结果相符,温度场在很短的时间内达到稳定,并最终趋于液氮温度,而剧烈变化的温度会导致较大的热应力.结果表明,径向应力先增大后减小,直至趋于热平衡状态;环向应力则表现为靠近中心处应力为拉应力,反之靠近边界处为压应力.     

钛镍合金固体火箭发动机一维非稳态导热及热应力研究

以固体发动机地面试车启动工况为背景,将其简化为等厚壁圆筒,研究一维非稳态工作条件下圆筒热应力计算。首先,将钛镍合金火箭发动机启动时温度随时间变化作为边界条件,利用ABAQUS软件分析等厚圆筒非稳态导热,得到瞬态温度场,并对比解析法结果得到瞬态温度场有限元和解析法的计算方法;其次,用MATLAB编程实现等厚壁圆筒的热应力的计算。优化了固体发动机减维热应力计算方法,为概念设计和参数敏感性分析提供方法支持。     

日光直射下混凝土梁的力学响应

依据热量平衡原理建立混凝土梁结构在等强度日光直射下的瞬态热传导数学模型,依据此模型导出其内部温度场的解析解,由此得到日光直射下混凝土梁在任意时刻的温度分布.通过弹性理论由位移法求解得出梁在该温度场下的温度应力及热变形响应,分析了温度应力随日光照射时间的变化;为验证数学模型的有效性,进行了日光照射模拟实验,采用碳纤维混凝土涂层梁的电热效应使梁内温度场发生变化,并将梁上下表面的温差及梁跨中挠度与模拟实验结果进行了比较;分析了混凝土材料的导热系数对温度应力和变形的影响,由此结果说明可以通过提高混凝土材料的导热系数来减小日照引起的温度应力及变形.     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。     

有限差分法在圆柱辊子温度场及热应力场计算中的应用

本文根据差分原理推导出温度分布关于轴对称柱坐标系无内热源情况下稳定温度场与不稳定温度场的差分方程计算公式,并以数值积分形式的计算公式来近似理论公式计算热应力场,二者结合起来可以解决圆柱辊子温度场及热应力场的计算问题。计算结果表明沿辊子横截面的应力分布规律与理论分析一致,计算数值同理论解相接近,并符合实测结果。此种计算方法可应用于冷轧辊进而可以解决连铸机二冷区夹辊及拉矫机拉辊的温度场及热应力场的计算问题。     

热固性炸药固化过程中的温度分布与热应力研究

为研究热固性炸药固化过程中的温度场分布及热应力变化规律,采用光纤布拉格(Bragg)光栅测试了其加热固化成型时的温度场分布,同时采用Procast软件对不同固化条件下热应力场变化规律进行了数值模拟。固化实验表明:在48℃固化过程中,药柱内部温度差小于3℃,不会产生过高的热积累;数值模拟结果表明:热固性炸药不同固化温度条件下的药柱应力集中主要在下半部分,当固化温度为48℃,60℃和70℃时,固化过程中的最大热应力分别为2.35 k Pa,5.66 k Pa及6.69k Pa,且固化温度越高,应力集中区域面积越大。     

青银黄河大桥混凝土温度实时监测与有限元仿真

通过对青银高速公路济南黄河特大跨桥大体积混凝土温度场实时测试,获得混凝土内部瞬时温度场和温度的发展规律;采用有限元软件建立承台模型进行仿真计算分析,对特大跨桥大体积混凝土现场施工进行全程跟踪监测和实时动态控制;模拟的温度场结果与实测的温度数据基本吻合,说明利用有限元软件MIDAS/CIVIL进行温度场数值模拟是有效可行...     

基于等效龄期的钢管拱内混凝土硬化过程热应力

为揭示大直径钢管拱内混凝土硬化过程中力学性能增长的温度依赖性因素对组合结构热力作用效应的影响机理,采用有限元程序模拟钢管拱内混凝土的水化热传导过程,并与实测温度场数据进行对比,随后基于等效龄期法考虑其对管内混凝土弹性模量增长的影响,在此基础上结合热弹性力学理论得到了硬化过程中组合结构热应力的变化规律,并与未考虑温度依赖性影响的计算结果进行比较分析.结果表明,水化热温度场加快了管内混凝土硬化过程中弹性模量的增长速度,进而导致混凝土温度应力明显增大,截面径向、环向以及纵向温度应力增幅分别可达1.3倍、1.3倍和1.4倍,但对钢管应力的影响可忽略不计.因此,在分析大直径钢管拱内混凝土硬化过程中的热力作用效应时,必须考虑水化热温度场对管内混凝土弹性模量增长的影响.     

碳纤维增强混凝土结构温度应力的弹性解

针对混凝土与碳纤维热膨胀系数不同的特点，首先根据界面上变形协调与截面上内力平衡，导出了变温工况下混凝土梁与碳纤维内部温度应力的计算公式，并分析了影响温度应力的主要参数。然后针对实际问题将解析解与有限元分析结果进行对比，证实了利用解析方法可对温度应力进行正确的计算，说明了在加固设计中考虑温度应力的必要性。     

基于平面应变假设的橡胶圆筒静态受压分析

研究了减振元件中橡胶圆筒的静态受压机制.基于轴对称平面应变假设,给出了橡胶圆筒的几何描述,并结合3次缩减多项式本构模型推导了橡胶圆筒应力解析式.建立了相应边界条件下橡胶圆筒数值模型,仿真获得其应力响应后与解析式计算结果进行了对比验证.分析了压缩量改变对橡胶圆筒应力的影响规律.结果表明:随压缩量增大,径向应力和切向应力增大且增幅基本不变;边界层应力与压缩量近似成正比例关系,压缩量1%时,内外表面切向应力相差很小.     

深部巷道围岩瞬态温度-热应力的耦合作用

为了研究深部巷道温度场与应力场的耦合作用,采用理论推导得到圆形巷道围岩瞬态热-弹性耦合解析解,分析了巷道围岩温度场和热应力的分布规律,并通过数值模拟和现场观测研究了热应力对巷道围岩稳定性的影响。研究表明:围岩温度分布呈非线性变化,表层温度梯度大,围岩深处温度梯度小;随通风时间延长,围岩温度逐渐降低,冷却圈不断增大,温度梯度逐渐减小,温度分布曲线趋于平缓;通风能够改变围岩应力状态,切向热应力在围岩表层表现为较大的拉应力,而在深处表现为较小的压应力;径向热应力为拉应力,热应力加剧了巷道围岩顶底板塑性区扩展的深度。     

大体积混凝土桥梁承台温度及应力场模拟

为掌握大体积混凝土在龄期范围内的温度及应力分布,为某即建大桥承台施工提供合理、有效的调控措施,采用大型商用软件ANSYS对混凝土承台浇筑后七天内的温度场及温度应力进行数值模拟.结果表明:内部温峰出现在浇筑后的3.5 d左右,表面温峰则出现在第2 d,且先后浇筑的三层混凝土的温度场分布随龄期变化规律有较高的一致性;混凝土内部的最大温度应力出现在浇筑后的7 d,且高于当日混凝土抗拉强度,为避免早期裂缝的发生,在承台施工过程中需在混凝土内部埋设冷凝水管,且要对温度场及温度应力值进行监测.     

桥梁大体积混凝土施工温度场与温度应力的仿真分析

采用三维瞬态温度场理论,运用有限元程序ANSYS的通用平台,建立大体积混凝土温度场与温度应力有限元计算模型,对湖北野三河大桥3#主墩混凝土的温度场与温度应力进行仿真分析,计算了大体积混凝土内部温度场及仿真应力场,并与实测结果进行比较,结果显示所建立的有限元分析模型可以较好地计算混凝土施工时的温度场与温度应力。     

非均匀温度场中厚壁圆筒变形研究

厚壁圆筒工作时多处于非均匀温度场中，厚壁圆筒在非均匀温度场中的热变形理论要考虑热应力产生的形变对其变形量的影响。用热弹性力学的方法推导了由于热应力和自然膨胀所产生的厚壁圆筒在非均匀温度场中的热变形公式，实验结果证实了公式的可用性。     

对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟

通过求解45号钢国柱体零件淬火过程中温度场的分布，给出了一种不需要由实验测量的平面及轴对称零件淬火冷却时温度分布的确定方法。该法适用于各种淬火液，数值计算较为简单、稳定，并为史精确地计算淬火过程中的热应力，残余应力做好了准备工作。     

厚壁圆筒热冲击作用下的应力场

针对冲击的瞬时特性,在热冲击问题的边界条件中引入δ函数,在运用Laplace变换的方法求解厚壁圆筒内部受热冲击作用温度场的基础上,求解了圆筒的热应力响应,探讨了热应力随时间的变化,随圆筒内外径比的变化,为研究管式反应器减小热冲击损伤提供理论参考。     

饱和氢气加注过程中低温贮箱降温特性及热应力分布的数值研究

为了获得低温贮箱在饱和氢气加注过程中的降温特性以及箱体壁面的热应力分布,通过计算流体力学软件FLUENT计算了一定加注流量下贮箱内部流体区域的流场、温度场和壁面内的温度场变化,分析了加注过程中贮箱内的流动特性和降温特性;采用单向流固耦合方法进行壁面热应力分析,得到了3种不同进、出口约束条件下热应力在壁面中的分布以及最大热应力随时间的变化情况,并分析了进、出口弹性支撑约束条件设置的合理性;考虑贮箱内的压力变化,进行了箱体壁面的综合应力分析。计算结果表明:加注过程可以分为3个阶段,前2个阶段贮箱内部的流场、温度场和壁面温度分布特性依次由入口强制对流和壁面自然对流单独决定,第3阶段由入口强制对流及壁面自然对流共同决定;在3种不同的约束条件下,箱体壁面中的最大热应力均出现在贮箱加注口和排气口处,在进、出口弹性支撑条件下,壁面最大热应力随时间先增大而后趋于稳定,在稳定应力状态下,热应力的存在使箱体壁面总应力增加了15%左右。     

采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。     

相变储能大体积混凝土的控温性能

提出相变控温储能材料机敏控制混凝土结构温度裂缝技术途径.在混凝土浇注过程中将相变材料掺入使之与混凝土结构一体化,利用相变材料在特定温度范围的热效应控制混凝土内部温度场,从而机敏控制温度应力防止温度裂缝.通过自行设计的温度测试系统,对相变控温混凝土控温性能进行实测研究,结果表明:相变材料不但可以降低大体积混凝土的最高绝热温升值,而且可以降低大体积混凝土升温速度和降温速度,从根本上防止了大体积混凝土温度裂缝的出现.     

泵闸施工期温度作用有限元分析

施工期温度作用常常是混凝土结构开裂的主要原因之一.对底板等重点关注的结构进行了非稳定温度场及温度徐变应力场的研究,考查了温度徐变应力场对底板结构受力状态的影响.底板内部和表面较大的温差使底板产生较大的拉应力,对于有添加剂的混凝土,底板结构温度应力在一定程度上得到改善.